Мощный импульсный стабилизированный блок питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

В предлагаемой вниманию читателей статье описан мощный импульсный источник для питания различной электронной аппаратуры. Он собран по схеме полумостового инвертора, управляемого ШИ-контроллером TL494.

Появление мощных высоковольтных полевых транзисторов явилось предпосылкой для развития сетевых высокочастотных блоков питания с широт-но-импульсным (ШИ) управлением [1,2]. Основные преимущества подобных источников перед традиционными линейными - получение большей мощности на нагрузке при меньших габаритах и, соответственно, большего КПД [3].

Схема предлагаемого импульсного блока питания показана на рис. 1. Основа устройства - преобразователь, собранный по полумостовой схеме. В источнике питания выполнена полная гальваническая развязка между входной высоковольтной и выходной цепями. Узел управления собран на основе ШИ-контроллера TL494.

(нажмите для увеличения)

Основные технические характеристики источника питания

• Выходное напряжение, В......28
• Максимальный ток нагрузки, А......10
• Номинальная частота преобразования, кГц......100

Транзисторный оптрон U2 обеспечивает гальваническую развязку в цепи отрицательной обратной связи по напряжению. Падение напряжения на резисторе R7 приблизительно равно 2,5 В. Сопротивление этого резистора рассчитывают, задавшись током через резистивный делитель R6R7. Сопротивление резистора R6 вычисляют по формуле

где Uвыx - выходное напряжение источника питания; I1 - ток через резистивный делитель R6R7.

Сопротивление резистора R9 определяет ток через излучающий диод оптрона U2.1, а также минимальный рабочий ток стабилизатора DA1. При выбранном токе в этой цепи I2 (значение тока должно быть в допустимых пределах для стабилизатора DA1) сопротивление резистора R9 рассчитывают по формуле

где U F - падение напряжения на излучающем диоде оптрона U2.1.

Микросхема DA5 стабилизирует напряжение 8 В для питания делителя, состоящего из фототранзистора оптрона U2.2 и резистора R17. Напряжение от средней точки делителя поступает на неинвертирующий вход первого усилителя сигнала ошибки ШИ-контроллера DA6.

Напряжение для питания узла управления и драйверов (микросхема DA7) полевых транзисторов обеспечивает вспомогательный источник на сетевом трансформаторе Т2 и аналоговых стабилизаторах напряжения DA2 и DA3.

Узел защиты по току собран на компараторе DA4 и триггере DD1.1. Функцию датчика тока выполняет резистор R5, включенный в диагональ полумоста. На неинвертирующий вход компаратора DA4 подается напряжение треугольной формы с конденсатора (С26) частотозадающей цепи тактового генератора ШИ-контроллера (рис. 2). На выходе компаратора формируются тактовые импульсы, поступающие на вход С триггера DD1.1.

(нажмите для увеличения)

Если падение напряжения на резисторе R5 достигнет 1,1В, включаются излучающие диоды и открывается фототранзистор оптрона U1. На вход S триггера DD1.1 поступит низкий уровень. На прямом выходе триггера DD1.1 и, следовательно, на неинвертирующем входе второго усилителя сигнала ошибки ШИ-контроллера DA6 установится высокий уровень. В этом случае оба транзистора VT1 и VT2 будут закрыты.

Для управления мощными коммутирующими полевыми транзисторами применена специализированная микросхема - двуканальный драйвер DA7. На рис. 3 показана внутренняя структура одного канала. В скобках указаны номера выводов второго канала. Каждый канал содержит оптрон и усилитель с мощным токовым выходом. Подобные микросхемы широко используют для управления как асинхронными, так и электродвигателями постоянного тока.

Параметры драйвера позволяют непосредственно управлять полевыми транзисторами с изолированным затвором, коммутирующими ток до 50 А при напряжении не более 1200 В.

Основные параметры микросхемы HCPL315J

• Максимальный пиковый выходной ток, А......0,6
• Максимальное выходное напряжение, В......1
• Максимальный потребляемый ток, мА......5
• Интервал напряжения питания, В.......15...30
• Рабочий интервал температуры, °С......-40...+100

Сопротивление резисторов R3 и R4 в цепях затворов коммутирующих транзисторов рассчитывают по формуле

где UC2o (С22) - напряжение питания драйвера (напряжение на конденсаторе С20 или С22); UL - выходное напряжение драйвера; lL - максимальный пиковый выходной ток.

В диагональ полумоста включены первичная обмотка трансформатора Т1 и дроссель L2 (индуктивность дросселя может включать в себя индуктивность рассеивания трансформатора) [4]. Трансформатор выполнен на магнитопроводе Е-Е типоразмера F-43515 фирмы Magnetics Inc. Первичная обмотка содержит 38 витков провода #19AWG, а вторичная - 5+5 витков, намотанных проводом #12AWG. Дроссель L2 наматывают на магнитопроводе F-41808EC фирмы Magnetics Inc. Обмотка дросселя L2 состоит из 8 витков провода #19AWG.

Дроссель L3 выполнен на магнитопроводе тороидальной формы МРР 55930А2 фирмы Magnetics Inc. Обмотка дросселя L3 содержит 20 витков провода #12AWG. Дроссель входного фильтра L1 - Е3993 фирмы Coilcraft, его индуктивность - 900 мкГн.

При включении транзистора VT1 (или VT2) через первичную обмотку трансформатора Т1 за время управляющего импульса t1 начинает протекать линейно нарастающий ток (рис. 4). Когда транзистор VT1 (или VT2) закроется, вследствие накопленной в первичной обмотке трансформатора и дросселе L2 энергии в цепи за время t2 в этом же направлении продолжает протекать линейно уменьшающийся ток. Он замыкается через диод VD7, если выключился транзистор VT1 (или через диод VD6, если выключился транзистор VT2).

Не учитывая активные потери мощности в цепи первичной обмотки трансформатора, запишем уравнения для интервалов времени t1 и t2:

где Е0 = Uпит/2 - половина напряжения питания; U'0 - выходное напряжение источника, приведенное к первичной обмотке трансформатора; L1 -суммарная индуктивность первичной обмотки трансформатора Т1 и дросселя L2.

Отсюда получим выражения для времени t1 и t2 (см. рис. 4):

где lm - максимальный ток первичной обмотки трансформатора.

Время протекания тока через первичную обмотку трансформатора в одном направлении tn = t1 +t2 можно выразить следующим образом:

Если принять, что

то время протекания тока равно

Из этого равенства получим уравнение для внешней характеристики источника питания. Например, для коэффициента заполнения управляющих импульсов

следует

откуда

Если обозначить

то уравнение внешней характеристики источника питания имеет вид

Внешняя характеристика блока питания показана на рис. 5. Выходное напряжение источника зависит от сопротивления резистора R17 - чем меньше сопротивление, тем меньше напряжение на выходе. Ток срабатывания защиты определяется сопротивлением датчика - резистора R5.

Литература

1. Hexfet designer's manual, vol. I. - Published by International Rectifier, 1993.
2. Carmelo L. A New Driving Circuit for IGBT Devices. - IEEE Transaction On Power electronics, vol. 10, № 3, May 1995, pp. 373-378.
3. Brown M. Practical Switching Power Supply Design. - San Diego, 1990.
4. Ivensky G. Reducing IGBT Losses in ZCS Series Resonant Converters. - IEEE Transactions on industrial electronics, vol. 46, № 1, February 1999.

Авторы: Р.Каров, С.Иванов, г.София, Болгария

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Опасность городского смога 11.01.2022 Крупные города во всем мире страдают от смога, и он уносит жизни людей. Согласно данным ученых, только в 2019 году загрязнение воздуха привело к 1,8 миллиона смертей в мире. Моделирование, которое провели ученые, показало, что 86% жителей крупных городов - а это примерно 2,6 миллиарда людей - подвергаются воздействию мелких твердых частиц на уровнях, которые превосходят рекомендации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). PM2,5 - мелкие твердые частицы диаметром 2,5 микрометра или меньше - являются ведущим экологическим фактором риска заболеваний. Их вдыхание увеличивает риск преждевременной смерти от сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний, рака легких и инфекций нижних дыхательных путей. Выяснилось, что средняя взвешенная по населению концентрация PM2,5 во всех городских районах мира в 2019 году составляла 35 микрограммов на кубический метр, что эквивалентно семикратному превышению рекомендаций ВОЗ на 2021 год. В 2019 году каждая 61 из 100 тысяч смертей во всем мире была связана с загрязнением воздуха. Примерно 55% населения мира живет в городах. В некоторых областях наблюдается как повышение, так и снижение концентрации РМ2,5 в воздухе. Так, в Юго-Восточной Азии в период с 2000 по 2019 год средняя концентрация PM2,5 увеличилась на 27%. Смертность же, связанная загрязнением воздуха, увеличилась за эти годы на 33%, с 63 до 84 на 100 000 человек. В африканских городах концентрация PM2,5 снизилась на 18%, в европейских городах - на 21%, а в городах Северной и Южной Америки - на 29%. Вместе с тем, это не привело к аналогичному снижению смертности от РМ2,5. По словам ученых, это свидетельствует о том, что другие факторы, такие как старение населения и плохое состояние здоровья людей являются важными факторами смертности, связанной с загрязнением окружающей среды. Загрязнение воздуха является одной из самых больших экологических угроз для здоровья человека, наряду с изменением климата. ВОЗ заявила о том, что проблема с загрязнением воздуха стала еще более существенной, чем раньше, и снизила максимально допустимый уровень содержания ключевых загрязняющих веществ, как, например, диоксид азота.

Другие интересные новости:

▪ В Тибете построят детектор гравитационных волн

▪ Дрон гоняет голубей

▪ Титановый пластик

▪ Горбатые киты научат вертолеты летать

▪ Создан прибор для имитации запахов в компьютерных играх

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аудиотехника. Подборка статей

▪ статья Великий почин. Крылатое выражение

▪ статья Сколько железа в теле здорового взрослого человека? Подробный ответ

▪ статья Лаборант-оператор фотолаборатории. Должностная инструкция

▪ статья Искусственные жиры. Простые рецепты и советы

▪ статья Фруктовые соки испытываем на сахар. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026