Задающие генераторы импульсных блоков питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

При проектировании двухтактных импульсных преобразователей напряжения необходимо принять меры по предотвращению сквозного тока через коммутирующие транзисторы. Обеспечить нормальную работу преобразователей можно, если сформировать для управления транзисторами сигнал специальной формы (отличной от меандра).

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.

(нажмите для увеличения)

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.

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.

Литература

1. Колганов А. Импульсный блок питания мощного УМЗЧ. - Радио, 2000, № 2,с.36-38.
2. Бирюков С. А. Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП. - ДМК, 1999.

Автор: В.Козельский

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 Микроэлектрический трактор Aftrak 22.03.2026 Развитие сельского хозяйства в бедных регионах мира все чаще связывают не только с агротехнологиями, но и с доступом к энергии. Там, где электричество остается дефицитом, а обработка земли требует огромных физических усилий, появляются гибридные решения, объединяющие транспорт, энергетику и цифровые сервисы. Одним из таких проектов стал микроэлектрический трактор Aftrak, созданный в Великобритании для стран Африки к югу от Сахары. Британская компания Aftrak представила компактный "микроэлектрический трактор", работающий исключительно на солнечной энергии. Разработка создана на базе Лафборского университета в Англии и задумана как универсальный инструмент, который одновременно помогает обрабатывать землю и обеспечивает локальное энергоснабжение. Основная идея проекта заключается в том, чтобы повысить урожайность фермерских хозяйств и одновременно улучшить доступ сельских сообществ к электричеству. Конструктивно машина выполнена в формате мотоблока с задним управлением: оператор идет следом и направляет устройство, пока оно самостоятельно движется по полю. Трактор оснащен стальным разрыхлителем, способным пробивать уплотненный верхний слой почвы, характерный для земель, обрабатываемых вручную. Такое глубокое рыхление создает борозды, через которые вода и корни растений проникают значительно легче, что снижает эрозию и повышает способность почвы удерживать влагу даже в условиях засухи. Технологически проект связан с системой глубокой обработки почвы deep bed farming (DBF), которую развивает некоммерческая организация Tiyeni. По ее оценкам, применение DBF способно более чем вдвое увеличить урожайность и почти в девять раз повысить доходы фермеров, что делает метод особенно значимым для регионов с хронической бедностью и нестабильным сельским хозяйством. Отдельным элементом системы стали модульные солнечные панели, которые Aftrak предлагает использовать как децентрализованный источник энергии. Пилотным регионом выбрана Малави, где в 2023 году доступ к электричеству имели лишь 15,6% населения, а в сельской местности этот показатель составлял около 6%. Комбинация солнечной энергетики и сельхозтехники должна одновременно повысить доходы фермеров и создать базовую энергетическую инфраструктуру на местах. Руководитель проекта Aftrak, преподаватель систем устойчивой энергетики в Loughborough University Джонатан Уилсон (Jonathan Wilson), подчеркивает, что технологические решения должны начинаться с экономики сообществ. По его словам, приоритетом является рост доходов и обеспечение продовольственной стабильности, а уже затем - решение энергетических задач, поскольку без устойчивого сельского хозяйства невозможно развитие инфраструктуры. Стоимость одного трактора оценивается примерно в $3500, а солнечного модуля - около $1500. Планируется, что оборудование будет распространяться через кооперативы, фермерские объединения и неправительственные организации, а также через модель почасовой аренды, напоминающую сервисы совместного использования транспорта. Такой подход должен сделать технологию доступной даже для небольших хозяйств. Проект уже получил поддержку: в 2024 году Aftrak стала обладателем премии Milken-Motsepe Green Energy Prize в размере $1 млн, что позволило начать пилотные внедрения. В Малави солнечные панели уже используются в школе и родильной клинике, а в деревне Мзама на севере страны тестируется связка трактора и энергомодулей. По словам старосты села Арнольда Соко (Arnold Soko), механизация радикально сократила время обработки земли: если раньше работа мотыгами занимала три-четыре дня, то теперь - один-два дня. Солнечная система, связанная с трактором, производит около 7,5 кВт?ч в сутки, чего достаточно либо для зарядки техники, либо для обеспечения электроэнергией до пяти домохозяйств. Дополнительно она открывает доступ к цифровым сервисам, включая интернет, мобильный банкинг и онлайн-обучение, а расширяемая модульная архитектура позволяет увеличивать мощность системы по мере необходимости. Жители отмечают, что в деревнях появились освещение, бытовая техника и новые возможности для образования, как отметила фермер Elizabeth Gondwe, связывая это с ростом качества жизни. Компания Aftrak сегодня выпускает около 100 тракторов в Великобритании и планирует перенести часть производства в город Блантайр в партнерстве с INFLO Inc. В перспективе проект может быть масштабирован в Кении, Южно-Африканской Республике, Гане и Нигерии, где сочетание агротехнологий и солнечной энергетики рассматривается как инструмент долгосрочного развития сельских территорий.

Другие интересные новости:

▪ Компьютерный корпус с пылесосом

▪ Квантовые новинки IBM

▪ Животные чувствуют магнитное поле благодаря бактериям

▪ Наушники JVC Nearphones HA-NP1T

▪ Весь автотранспорт США переведут с бензина на газ

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Афоризмы знаменитых людей. Подборка статей

▪ статья Грязеочистительная машинка для колодца. Чертеж, описание

▪ статья Отчего появляется перхоть? Подробный ответ

▪ статья Большой Каньон. Чудо природы

▪ статья Металлоискатель на микросхеме К176ЛП2. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок регулировок любительского усилителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026