15 | 10 | 2018
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3770
Просмотры материалов : 8939674

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
Сейчас на сайте:
  • 20 гостей
  • 2 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Задающие генераторы импульсных блоков питания PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
15.05.2012 18:49

Задающие генераторы импульсных блоков питания

При конструировании импульсных блоков питания (ИБП), работающих на повышенной частоте, основное внимание уделяют обеспечению их надежности и высокого КПД. Именно этими качествами обладают двухтактные ИБП [1]. Однако без принятия специальных мер по устранению сквозного тока добиться устойчивой работы блоков с приемлемым КПД (80 %) невозможно.

Сквозной ток в двухтактных ИБП возникает из-за конечного (ненулевого) времени выключения коммутирующих транзисторов. Дело в том, что время выключения (tвык) большинства мощных транзисторов, применяемых в ИБП, находится в пределах 1,5...8 мкс, а время их включения (tвкл) примерно в десять раз меньше. Это и приводит к тому, что на повышенной частоте форма тока в цепях коллекторов искажается, становится отличной от меандра. В результате увеличивается длительность импульсов тока и уменьшается, особенно на спаде, их крутизна.

На рис. 1 представлена форма тока базы транзисторов ИБП (диаграммы а и б) и их коллектора (в и г). Из диаграмм видно, что за время уменьшения тока IК1 увеличивается ток IK2, что как раз и приводит к возникновению сквозного тока. На диаграммах в и г штриховой линией показан сквозной ток на фронтах и спадах импульсов тока коллекторов коммутирующих транзисторов.

Радикальный метод устранения сквозного тока - формирование в задающих генераторах (ЗГ) импульсов, отличающихся от меандра и имеющих паузы (tп), длительность которых в первом приближении равна tп = tвык - tвкл. Однако на практике время включения и выключения даже у двух одинаковых транзисторов различно. Зависит оно от напряжения первичного источника питания, температуры переходов, тока коллектора и т. д. Поэтому длительность паузы должна быть больше указанной величины, а лучше - регулируемой.

Цель настоящей статьи - предложить наиболее простые способы формирования импульсов в ЗГ, пригодных для управления ИБП. В ней приведены схемы ЗГ различной сложности, обеспечивающих как фиксированную, так и регулируемую длительность паузы.

Устройство, схема которого показана на рис. 2, позволяет сформировать импульсную последовательность с регулируемой паузой. Тактовый генератор собран на элементах DD1.1-DD1.3. Он вырабатывает импульсы - меандр удвоенной частоты по сравнению с частотой переключения коммутирующих транзисторов (рис. 3, диаграмма а). Дифференцирующая цепь C2R2 формирует короткие запускающие импульсы высокого уровня, которые управляют работой формирователя длительности пауз на элементах DD2.1, DD2.2 (рис.3, диаграмма б).
С выхода формирователя импульсы поступают на входы элементов DD2.3, DD2.4 и триггера DD3.1, которые выполняют функцию распределителя импульсов. На выходах ЗГ (диаграммы д, е) формируются импульсные последовательности, сдвинутые друг относительно друга на 180°, с паузой длительностью tп. Частота импульсов на выходе ЗГ в два раза меньше, чем на выходе тактового генератора. Длительность паузы регулируют переменным резистором R3.

Иногда для управления ИБП необходимо получить импульсы низкого уровня с паузой. В этом случае в схеме рис. 2 элементы DD2.1, DD2.2 микросхемы К561ЛЕ5 заменяют одним элементом микросхемы К561ЛС2, а вместо элементов DD2.3, DD2.4 включают элементы И-ИЛИ по схеме 2ИЛИ. Для этого лишь необходимо на выводы 9 и 14 микросхемы К561ЛС2 подать напряжение высокого уровня.

Если требуется увеличить мощность импульсов и крутизну их фронтов и спадов, в выходных ступенях ЗГ следует применять микросхемы ТТЛ и ТТЛШ. На рис. 4 приведена схема ЗГ на микросхемах ТТЛШ.

Устройство допускает широтно-импульсное регулирование выходного напряжения ИБП. Узел ШИМ собран на элементах DD2.1, VT1, VT2, R3, С3, R5, R6. Диаграммы напряжения показаны на рис. 5. Здесь: Unop - пороговое напряжение переключения элементов DD1.4 и DD2.1; tпф - фиксированная длительность паузы;
tпp - регулируемая длительность паузы;
tир - регулируемая длительность импульса; tи maх, tи min - максимальная и минимальная длительности импульса.

Интервал регулирования длительности импульса - от 0,2 мкс до 18 мкс (при частоте выходных импульсов 25 кГц). Длительность импульсов регулируют изменением напряжения на базе транзистора VT1, который подключает резистор R5 параллельно R6 и тем самым изменяет постоянную времени дифференцирующей цепи C3R6. Резистор R7 обеспечивает гистерезис и предотвращает самовозбуждение элемента DD2.1. На вывод Uynp можно подавать сигнал обратной связи от стабилизатора выходного напряжения ИБП.

При налаживании ЗГ резистором R2 устанавливают длительность паузы, а резистором R5 - минимальную длительность (tn min) формируемых импульсов (диаграмма к).

Следует отметить, что применение ШИМ в ИБП ограничивается тем обстоятельством, что с уменьшением длительности импульсов менее чем tи mах/2 резко снижается КПД ИБП, так как большую часть времени коммутирующие транзисторы находятся в ненасыщенном состоянии. Поэтому применение ИБП с ШИ стабилизацией выходного напряжения ограничено минимальной нагрузкой, обычно не менее 10 % номинальной.

Представляет интерес ЗГ (рис. 6), позволяющий устанавливать длительность паузы без времязадающих дифференцирующих цепей с применением счетчиков К561ИЕ8 (К561ИЕ9).

Длительность паузы можно устанавливать дискретно изменением частоты тактового генератора и коэффициента деления счетчика в пределах, указанных в таблице для частоты выходного сигнала ЗГ 25 кГц. Из таблицы видно, что длительность импульса равна периоду тактового генератора.

В ЗГ использованы микросхемы КМОП, имеющие десятичные счетчики с дешифраторами на выходе, однако это не исключает применение ТТЛ и ТТЛШ микросхем с дешифраторами на выходе. Коэффициент деления изменяют подключением цепи обратной связи (точка е на схеме рис. 6) на вход R счетчика и выхода к распределителю импульсов (точка д) [2]. Частоту тактового генератора регулируют изменением параметров цепи R1C1.

Частота тактового генератора, кГц (период, мкс)

Коэффициент деления

Длительность паузы, мкс

Используемый выход счетчика К561ИЕ8 (вывод)

500 (2) 10 2 0(3)
450 (2,2) 9 2,2 8(9)
400 (2,5) 8 2,5 7(6)
350 (2,9) 7 2,9 6(5)
300 (3,3) 6 3,3 5(1)
250 (4) 5 4 4(10)
200 (5) 4 5 3(7)
150(6,6) 3 6,6 2(4)
100(10) 2 10 1(2)

В остальном устройство не отличается от вышеописанных. Эпюры напряжения в точках схемы приведены на рис. 7 для частоты выходных импульсов ЗГ 25 кГц, длительности паузы 4 мкс при коэффициенте деления 5.

В принципе, во всех рассмотренных ЗГ (кроме ЗГ с дискретно изменяемой длительностью паузы, рис. 6) можно применить ШИ управление введением сигнала обратной связи с выхода ИБП на узел регулирования паузы, предусмотрев соответствующее ограничение минимальной и максимальной длительности импульса.

Для гальванической развязки выходного напряжения ИБП от источника первичного напряжения по цепи обратной связи наиболее удобно и просто использовать компараторы в сочетании с оптронами как наиболее простой и дешевый способ.

Однако применение ШИМ приводит к усложнению фильтра в цепи постоянного тока на выходе, что иногда сводит на "нет" массогабаритные и экономические показатели, особенно при малой мощности ИБП и требовании малого коэффициента пульсации выходного напряжения.

 
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья