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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Электрический ветряк в небе 07.11.2007 На больших высотах ветер всегда сильнее и дует более устойчиво, чем на уровне земли. Заманчиво было бы использовать энергию этих воздушных потоков. Между тем самый высокий из существующих ветро-электрогенераторов установлен на башне высотой всего чуть более 200 метров. Несколько лет назад австралийский ученый Брайан Роберте предложил установить крыльчатку ветродвигателя на воздушном змее, запущенном на достаточно большую высоту. Первые опыты оказались удачными, а сейчас воплотить идею Робертса в крупном масштабе намерена одна из калифорнийских фирм. Аппарат, проектируемый американцами, похож на гибрид воздушного змея с вертолетом. Он должен запускаться на высоту более пяти километров, причем, если у земли в момент запуска не окажется достаточно сильного ветра, можно подать электричество на кабель, связывающий "змей" с землей, и его роторы, вращаясь, поднимут аппарат до того уровня, где дует сильный ветер. А там они начнут вращаться под ветром, давая энергию. Проектируемый генератор мощностью 240 киловатт должен иметь четыре ротора диаметром по 10 метров.

Другие интересные новости:

▪ Выращена пшеница, терпимая к соленой почве

▪ Сверхминиатюрная цифровая фотокамера CardCam

▪ Половина плодородных почв уничтожена

▪ Телевизор Philips 55PUS9109 на Android

▪ Кофе вредит шопингу

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Защита электроаппаратуры. Подборка статей

▪ статья Война всех против всех. Крылатое выражение

▪ статья Что такое промышленный алмаз? Подробный ответ

▪ статья Методы активной детоксикации организма. Медицинская помощь

▪ статья Малогабаритная квадратная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок УКВ автомагнитолы YAMAHA 9500. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025