Рубрики
Электрическая сопоставимость

Регулируемые источники питания на базе микросхем Power Integrations

Регулируемые источники питания на базе микросхем Power Integrations Алексей Арбузов Основной неувязкой при проектировании регулируемых импульсных источников питания является изменение

Регулируемые источники питания на базе микросхем Power Integrations Алексей Арбузов

Основной неувязкой при проектировании регулируемых импульсных источников питания является изменение выходных характеристик в широких границах.

С развитием электрической аппаратуры и усложнением автоматических систем управления технологией производства потребовались источники питания с возможностью регулирования (конфигурации) выходных характеристик в широких границах. Мощность их может быть от сотен милливатт до сотен кв.

В данной статье мы разглядим несколько вариантов регулируемых импульсных источников питания с выходной мощностью менее 300 Вт, построенных по однотактной обратноходовой схеме (рис. 1).

В текущее время проектирование источников питания с фиксированными выходными параметрами не составляет особенного труда. Обычно, такие источники питания строятся на базе обширно узнаваемых принципных схем.

В маломощных и импульсных преобразователях напряжения средней мощности питание схемы управления обычно организуется через дополнительную обмотку трансформатора, которая рассчитывается на основании величины выходного напряжения либо тока. Потому время от времени появляются трудности с поддержанием данных выходных характеристик источника питания на холостом ходу. Так либо по другому эту делему научились решать: или употребляют дополнительный источник питания схемы управления, или устанавливают на выходе источника дополнительную нагрузку (балластный резистор). Правда, это приводит к ухудшению КПД, но на это нередко закрывают глаза в пользу удешевления конструкции. Но когда мы начинаем изменять уровень выходного напряжения в сторону уменьшения, это приводит к автоматическому понижению напряжения в цепи питания схемы управления.

В системах источников питания с спектром регулирования выходного напряжения от 50% до предела обычно увеличивают уровень напряжения в обмотке питания схемы управления, а потом устанавливают дополнительный линейный стабилизатор.

На рис. 1 изображена принципная схема изолированного DC-DC преобразователя напряжения, по которой строится большая часть импульсных источников питания, производимых в мире. В качестве контроллера тут употребляется обширно узнаваемый контроллер UC3842 либо его аналоги. Это так именуемая дискретная схема. Питание схемы управления осуществляется через обмотку W3. Количество витков подобрано так, чтоб напряжение питания контроллера находилось в границах 11-14 В при выходном напряжении 12 В.

Если же появляется необходимость обеспечить регулировку выходного напряжения в спектре от 6 до 12 В, то можно добавить микросхему, как показано на рис. 2.

Для этого довольно прирастить количество витков в обмотке W3 и установить дополнительный линейный стабилизатор.

Но если нам будет нужно обеспечить регулировку в спектре от 10 до 100%, то возникают некие трудности. Это происходит из-за того, что с уменьшением (понижением) малого уровня выходного напряжения приходится очень завышать напряжение на входе линейного стабилизатора. Также не надо забывать, что нужно питать микросхему оборотной связи (DA3). А при предстоящем расширении спектра регулирования метод питания схемы управления, показанный на рис. 2, становится массивным и неэффективным исходя из убеждений КПД.

Следуя тенденциям развития электроники и требованиям, предъявляемым к современным источникам питания наикрупнейшими глобальными компаниями, которые занимаются созданием полупроводниковых частей, были разработаны массивные микросхемы, созданные для построения импульсных источников питания типа DC-DC и AC-DC.

На сегодня выпускается огромное количество типов и семейств таких микросхем, благодаря которым можно строить импульсные преобразователи напряжения с выходной мощностью от сотен милливатт до сотен ватт. Посреди огромнейших производителей, занимающих лидирующее место, хотелось бы особо отметить южноамериканскую компанию Power Integrations. Невзирая на жесткую конкурентнсть посреди производителей, практически 10% мирового рынка источников питания занимают источники, построенные на микросхемах этой компании.

На рис. 3 представлен источник питания типа AC-DC, построенного на микросхеме TOP247Y семейства TOP Switch GX.

Данный источник питания с выходной мощностью до 100 Вт работает от сети переменного напряжения 220 В ±25%, 50 Гц. На выходе мы имеем стабилизированное напряжение 12 В с наибольшим током 8 А.

Вся схема инвертора реализована
на одной микросхеме (DA1). В одном корпусе расположены такие узлы, как: мощнейший MOSFET полевой транзистор с наибольшим напряжением на стоке до 700 В; ШИМ-контроллер; схемы защиты: от недлинного замыкания в первичной и вторичной обмотках, от перегрева всего кристалла, от пониженного и завышенного входного напряжения питания; схема программного ограничения наибольшей выходной мощности источника питания и схема выбора частоты переключения (66/132 кГц). Все это не только лишь понижает размеры принципной схемы, да и значительно увеличивает технологичность и надежность источника питания.

В этом семействе имеется более мощная микросхема TOP250Y, на которой можно строить источники питания мощностью до 300 Вт.

На рис. 4 приведена схема источника питания AC-DC с регулировкой выходного напряжения в спектре от 5 до 15 В.

Читатель может сопоставить два технических решения 1-го и такого же источника питания: построенный по дискретной схеме (рис. 2) и на микросхеме от Power Integrations (рис. 4). Направьте внимание на отсутствие дополнительного линейного стабилизатора в цепи питания микросхемы. Благодаря схемотехническому решению, на котором построена микросхема семейства TOP Switch GX, это стало ненадобным.

Разглядим вариант построения лабораторного импульсного источника питания с спектром регулирования выходного напряжения от 0 до 20 В и режимом стабилизации тока по данному значению. Устройство представляет собой два независящих преобразователя напряжения. 1-ый — изолированный AC-DC преобразователь напряжения с выходным размеренным фиксированным напряжением 25 В, построенный по однотактной обратноходовой схеме (рис 5). 2-ой — неизолированный DC-DC преобразователь напряжения с регулируемым выходным напряжением в спектре от 0 до 20 В и наибольшим током до 10 А, построенный по схеме понижающего преобразователя напряжения с синхронным выпрямителем (рис. 6).

Такая концепция более предпочтительна для построения конкретно лабораторных источников питания, потому что позволяет не только лишь работать в широком спектре токов и напряжений, да и обеспечивать высшую точность выходных характеристик.

В конструкции источника питания употребляются комплектующие узнаваемых компаний: Power Integrations, ON-Semiconductor, Panasonic. Обычно, надежность всего устройства обоснована малой надежностью 1-го либо нескольких компонент. Менее надежным элементом хоть какого источника питания является электролитический конденсатор. Потому по способности от их стараются избавляться, хоть это и не всегда выходит. В этом случае были применены электролитические конденсаторы Panasonic серии FM-A с низким иммитансом (LowESR), температурным спектром от -40 до +105 °С с наработкой без ухудшения характеристик до 7000 часов при температуре 105 °С.

Считается, что малая стоимость может обеспечить отличные реализации изделия, в особенности это касается русского рынка, где властвуют низкокачественные продукты, а производители часто употребляют в собственных изделиях дешевенькую комплектацию неведомого происхождения. Все же только применение качественных девайсов может гарантировать надежность выпускаемого изделия, рост стиля компании и успешное продвижение продукции не только лишь на русском, да и мировом рынке.