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:

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Микросхемы из бактерий 05.09.2015 Специалисты, изучающие в университете Райса поведение бактерий, смогли создать некое подобие микросхемы. По словам ученых, бактерии в пищеварительной системе образуют сообщество, функционирующее по определенным правилам. Чтобы подселить в кишечник новые бактерии (это может быть необходимо в медицинских целях), следует сделать "новоселов" частью этого сообщества. Разные бактерии, входящие в сообщество, влияют на деятельность друг друга, и результат отличается от результата раздельной работы бактерий. Модель, созданная исследователями, включает два вида генетически модифицированных бактерий (модификации кишечной палочки). Бактерии связаны межклеточными связями и оказывают влияние друг на друга, регулируя выработку белка. Задачей одной группы бактерий, "активаторов", было увеличение выраженности определенного гена. Другая группа, "подавители", снижала проявление других генов. Действуя совместно, они вызывали колебания выраженности генов во всей популяции. Это позволило колонии вырабатывать больше белка, чем вырабатывают бактерии без такого регулирования. На следующем этапе исследователи рассчитывают научиться управлять работой многоклеточных систем. Скоординированные действия таких систем, вызывающие широкий отклик популяции бактерий, близки к тому, что происходит в таких сложных организмах, как человеческое тело, когда клетки разных тканей взаимодействуют между собой. В перспективе ученые говорят о своеобразном биологическом компьютере в виде йогурта из искусственно созданных бактерий. Чтобы активировать или деактивировать тот или ной механизм в нем после "заселения" в кишечник, человеку достаточно будет придерживаться определенной диеты.

Другие интересные новости:

▪ 8-разрядный PIC-микроконтроллер PIC16F639 с Flash-памятью

▪ Город в аэродинамической трубе

▪ Ударопрочное стекло на основе раковин моллюсков

▪ Материнская плата MSI Z87 MPOWER MAX AC

▪ Цифровой музыкальный плейер SONY NW-E107

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Основы первой медицинской помощи (ОПМП). Подборка статей

▪ статья Круглые числа всегда лгут. Крылатое выражение

▪ статья Почему в любом современном цирке диаметр арены равен 13 метрам? Подробный ответ

▪ статья Начальник департамента развития бизнеса. Должностная инструкция

▪ статья Миниатюрный радиопередатчик на туннельном диоде. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Дело не только в плащах. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025