Блок живлення - простий, регульований, імпульсний.
Сучасна схемотехніка і виробники мікросхем здорово полегшили життя конструктору-наприклад, при створенні джерел живлення. Продемонструємо це на мікросхемі L4960.Согласно заводської документації, на ній можна виготовити регульований джерело живлення з вихідною напругою 5,1В ... 40В, з струмом навантаження 2.5 А, вбудованим захистом по струму і перегріву, ККД до 90% .Мощность розсіювання з радіатором - 15 ват, корпус HEPTAWATT, частота перетворення 50..150 кГц.
Підключення такого операційного підсилювача до позитивної та негативної шини живлення дозволяє вимірювати сигнал у всьому діапазоні до нуля. Для забезпечення такої системи необхідне джерело негативної напруги низької напруги. Генерація негативного напруги з використанням трансформатора.
Один з найбільш простих способівотримати негативна напруга - додати ще одну обмотку до вже існуючого в джерелі живлення трансформатора. При підключенні трансформатора енергія, накопичена в осерді трансформатора, або струм, що протікає через первинну обмотку, передається вторинній обмотці. Цей струм може бути переміщений щодо іншого опорного напруги. Зміна напрямку вторинної обмотки, напрямки діода і приєднання другого заземлення в системі призведе до мінусової напруги.
На малюнку представлена схема включення, в основному, відповідає рекомендованої.
Пояснимо призначення і характеристики використаних елементів. Трансформатор- потужністю не менше 80 ват, вихідною напругою 36 вольт і струм 3 ампера.Конденсатори С1, С5, С6- звичайні електролітіческіе.Конденсатор С2 забезпечує "м'яке" включення мікросхеми, і може бути ємністю до 2 МКФ. Конденсатори С3 і С4 задають робочу частоту і частотну компенсацію вбудованого генератора, тип-плівкові. Діод D1-найкраще Шотткі, частотою 100кГц і струм не менше 3 А. Резистори R1, R2, R4- звичайні потужністю 0,25Вт, R3-дротяний, опором 0,1 Ом 1% потужність 1 Вт, служить шунтом для амперметра ( Хотілося б зауважити шановному Автору і читачам, що сучасні вимірювальні головки ампер- і вольтметрів не потребують в зовнішньому шунтування, оскільки мають внутрішній шунт. Прим. Кота.); Можна замінити перемичкою, якщо не потрібно вимірювати струм. Резистор Р1- багатооборотний, служить для плавного регулювання вихідної напруги; можна замінити двома последовательнимі- для грубої і точної установки напруги.
На діаграмі показана топологія зворотного ходу з трьома вторинними обмотками. Один з них створює негативне напруга живлення. Такі рішення мають сенс, якщо топологія даної системи вже містить трансформатор. Однак додавання трансформатора тільки для створення негативного напруги зазвичай недоцільно. Однак, якщо до існуючого трансформатора додається додаткова обмотка, результуюча напруга не регулюється контуром зворотнього зв'язкуі працює незалежно. Тому його поведінка строго не визначено і не піде за навантаженням першої вторинної обмотки, яка зазвичай закриває петлю зворотного зв'язку системи зворотного ходу.
Параметри дроселя L1- індуктивність 150..300 мікрогенрі. При індуктивності 150 мкГн максимальний вихідний струм буде дорівнює 2 А, при індуктивності 300 мкГн- 3 а. При макетування схеми перевірялися різні дросселі- різної індуктивності, на різних сердечниках, намотані різним проводом. Найкращі результати отримані на феритових кільцях проводом діаметром 1 мм. На жаль, дроселі все були заводський намотування з невідомої магнітною проникністю і числом витків. Можна було виміряти тільки індуктивність і комплексне опір обмоток. Мікросхема здатна розсіювати потужність до 15 ват, і тому для регульованого стабілізатора треба встановити її на відповідний радіатор площею не менше 200кв.см. Бажано забезпечити радіатором і випрямляючий міст VD1. L2 і C6- необов'язкові елементи, служать для усунення комутаційних викидів напруги.
З цієї причини додаткове регулювання шини негативного напруги зазвичай потрібно за допомогою лінійного регулятора, що працює з негативною напругою. Генерація негативного напруги з використанням додаткової обмотки в існуючій топології зворотного ходу.
Генерація негативного напруги з використанням зарядного насоса. Вантажні насоси складаються з конденсаторів і вимикачів. Заряд збирається на конденсаторі, а потім через розумне перемикання може бути додано до різних рейках, щоб подвоїти напруга. Така ж методика також може використовуватися для перетворення позитивних напруг в негативні напруги. Однак граничним є максимальний вихідний струм, зазвичай 100 мА. Крім того, існуючі вантажні насоси можуть бути досить гучними, особливо якщо струм навантаження перевищує кілька десятків міліампер.
Характеристики отриманого стабілізатора:
вихідна напруга 5 ... 32 вольта;
ток максимальний-2,5 ампера, при перевантаженні зменшується вихідна напруга, самовідновлення відбувається при збільшенні навантаження на 20..30%;
високочастотні пульсації вихідної напруги менше 10 мв і менше, ніж варіації вихідного напруги при зміні вхідної напруги.
Принцип завантаження насоса, який перетворює позитивне і негативне напруга. Досить незвичайне рішення було названо на честь Слободана Чук, який представив його першим. У цій топології негативне вихідна напруга генерується з позитивного вхідного напруги. Вам не потрібен трансформатор, але є дві котушки - хоча вони можуть бути двома обмотками на одному сердечнику. Вам також потрібен конденсатор зв'язку на лінії електропередачі. На діаграмі показана топографія Лука. Щоб реалізувати цю схему, вам потрібен джерело живлення з перемикається режимом або контролер з негативним зворотним зв'язком.
Стабілізатор зібраний в корпусі від колишнього комп'ютерного БП розмірами 15х14х8,5 см. В якості цифрового індикатора використаний готовий модуль на базі К572пв5.Можно використовувати модуль, описаний в статті "цифровий індикатор". малюнок використаної
Стабілізація ВИХІДНИХ НАПРУГ
ІМПУЛЬСНИХ БЛОКІВ ХАРЧУВАННЯ
Зрозуміло, пристрої з позитивним зворотним зв'язком можуть використовуватися до тих пір, поки на шляху зворотного зв'язку виявлено дискретний інвертор напруги. Це додатковий операційний підсилювач, який не тільки збільшує вартість системи, але і додає безліч елементів до чутливої лінії зворотного зв'язку, що часто викликає проблеми з точністю вихідної напруги і може легко пов'язувати системний шум в контурі зворотного зв'язку, що призводить до шуму в напрузі вихід. Це пов'язано з наявністю котушок як на вхідний, так і на вихідний сторонах.
Стаття підготовлена на основі КНИГИ А. В. Головкове і В. Б Любицьке "БЛОКИ ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ СИСТЕМНИХ МОДУЛІВ ТИПУ IBM PC-XT / AT" ВИДАВНИЦТВА «ЛАД і Н»
Схема стабілізації вихідних напруг в розглянутому класі ДБЖ являє собою замкнуту петлю автоматичного регулювання(Рис. 31). Ця петля включає в себе:
схему управління 8;
узгоджувальний предпідсилюючий каскад 9;
керуючий трансформатор DT;
силовий каскад 2;
силовий імпульсний трансформатор РТ;
випрямний блок 3;
дросель міжканального зв'язку 4;
блок фільтрів 5;
дільник напруги зворотного зв'язку 6;
дільник опорного напруги 7.
У складі схеми управління 8 є наступні функціональні вузли:
підсилювач сигналу неузгодженості 8.1 з ланцюгом корекції Zk;
ШІМ-компаратор (модулятор) 8.2;
генератор пилкоподібної напруги (осцилятор) 8.3;
джерело опорного стабілізованої напруги Uref 8.4.
В процесі роботи підсилювач сигналу неузгодженості 8.1 порівнює вихідний сигнал дільника напруги б з опорною напругою дільника 7. Посилений сигнал неузгодженості надходить на широтно-імпульсний модулятор 8.2, керуючий предоконечним каскадом підсилювача потужності 9, який, в свою чергу, подає модульований керуючий сигнал на силовий каскад перетворювача 2 через керуючий трансформатор DT. Харчування силового каскаду здійснюється за бестрансформаторних схемою. Змінна напругаживильної мережі випрямляється мережевим випрямлячем 1 і подається на силовий каскад, де згладжується конденсаторами ємнісної стоїки. Частина вихідної напруги стабілізатора порівнюється с постійною опорною напругою і потім здійснюється підсилення отриманої різниці (сигналу неузгодженості) з введенням відповідної компенсації. Широтно-імпульсний модулятор 8.2 перетворює аналоговий сигнал керування в широтно-модульований сигнал з змінним коефіцієнтом заповнення імпульсу. В даному класі ДБЖ схема модулятора здійснює порівняння сигналу, що надходить з виходу підсилювача сигналу неузгодженості з напругою пилкоподібної форми, яке виходить від спеціального генератора 8.3.
Струм, що протікає через котушку, не може бути негайно змінений, тому вхідні струми на виході дуже стабільні - на відміну від іншої топології імпульсних джерелхарчування. Генерація негативного напруги з використанням зворотного топологічної топології.
Реверсивна топологія буксирування є однією з трьох основних топологій імпульсних джерел живлення. Для цього потрібно тільки одна котушка, дві клавіші і конденсатор на вході і виході. Інші топології також використовують ці елементи - це інвертор, який зменшує напругу і збільшує напругу. Інвертор зменшує напругу на котушці на виході, збільшуючи напругу - на вході. Навпаки, інвертується топологія має його в середині - включається між ключем і масою, як показано на діаграмі.
Малюнок 31. Контур регулювання типового імпульсного блоку живлення на основі керуючої мікросхеми TL494.
Малюнок 32. Регулювання рівня вихідних напруг ИБП PS-200B.
Малюнок 33. Регулювання рівня вихідних напруг ИБП LPS-02-150XT.
Імпульсна система харчування, яка може використовуватися в реверсивної топології, може бути будь-якою моделлю, призначеної для понижувальної напруга топології. На ринку є багато продуктів такого типу. Цей регулятор в инвертирующей топології генерує негативне вихідна напруга, рівна напрузі його маси. Отже, вихідна напруга регулятора навантаження буде дорівнює напрузі заземлення системи. Зазвичай це не проблема, але в результаті все додаткові виходи контролера будуть ставитися до маси контролера, а не до маси системи.
Малюнок 34. Регулювання рівня вихідних напруг ІБП "Appis".
Малюнок 35. Регулювання рівня вихідних напруг ИБП GT-200W.
Однак найбільш поширеним є випадок, коли регулювання, що дозволяє впливати на вихідні напруги блоку, відсутній. У цьому випадку напруга на будь-якому з входів 1 або 2 вибирається довільним в межах від +2,5 до +5 В, а напруга на останньому вході підбирається за допомогою високоі-ного шунтирующего резистора таким, щоб блок видавав обумовлені в паспорті вихідні напруги в номінальному нагрузочном режимі. Мал. 35 ілюструє випадок підбору рівня опорного напруги, рис. 34 - показує випадок підбору рівня сигналу зворотного зв'язку. Раніше було відзначено, що значення нестабільності вихідної напруги при впливі будь-яких дестабілізуючих факторів (зміна струму навантаження, напруги мережі живлення і температури довкілля) Можна було б зменшити, збільшуючи коефіцієнт посилення ланцюга зворотного зв'язку (коефіцієнт посилення підсилювача DA3).
Однак максимальне значення коефіцієнта посилення DA3 обмежується умовою забезпечення стійкості. Оскільки як ДБЖ, так і навантаження містять реактивні елементи (індуктивність або ємність), накопичують енергію, то в перехідних режимах відбувається перерозподіл енергії між цими елементами. Ця обставина може призвести до того, що при певних параметрах елементів перехідний процес встановлення вихідних напруг ИБП набуде характеру незгасаючі коливань, або ж величина перерегулювання в перехідному режимі сягатиме неприпустимих значень.
Оскільки маса регулятора буде перебувати в негативному діапазоні напруг, після отримання стабільного стану роботи будуть зрушені деякі додаткові контакти - вхід синхронізації синхронізації, включення, відстеження та інші. Потім сигнали, що посилаються системою на ці контакти, визначаються вагою регулятора, а не масою системи. Перевагою інвертованого джерела живлення з витримкою напруги є використання невеликої кількості ступенів харчування, так що ефективність досить велика.
Ви також можете вибрати з декількох макетів контролерів. Недоліком цього рішення є те, що реверсивна топологія не включає котушку з боку введення або виведення. Розривні струми створюються по обидва боки периметра. У системах, чутливих до шуму, може знадобитися додаткова фільтрація.
Малюнок 36. Перехідні процеси (коливальний і апериодический) вихідної напруги ДБЖ при стрибкоподібному зміні струму навантаження (а) і вхідної напруги (б).
На рис. 36 зображені перехідні процеси вихідної напруги при стрибкоподібному зміні струму навантаження і вхідної напруги. ДБЖ працює стійко, якщо вихідна напруга знову приймає стале значення після припинення дії обурення, що вивів його з початкового стану (рис. 37, а).
Назва «реверсивна топологія» виходить з того факту, що значення вхідної напруги може бути вище або нижче, ніж модуль негативного вихідної напруги. Ця функція корисна в деяких додатках, в тому числі в тих, які не вимагають негативних напруг. Топологія зворотного буксирування підвищує негативна напруга від позитивного вхідного напруги.
Фільтрація негативного напруги з використанням лінійного регулятора. Вони можуть використовуватися для регулювання нерегульованого напруги, створюваного на додатковій обмотці трансформатора в топології зворотного ходу, і вони також можуть фільтрувати напруги на існуючих негативних шинах напруги, щоб отримати дуже чисте негативне напруга, що працює в чутливих до шуму системах.
Малюнок 37. Перехідні процеси вихідної напруги ДБЖ в стійкою (а) і нестійкою (б) системах.
Якщо ця умова не дотримується, то система є нестійкою (ріс.37,6). Забезпечення стійкості імпульсного блоку живлення є необхідною умовоюйого нормального функціонування. Перехідний процес в залежності від параметрів ДБЖ носить коливальний або апериодический характер, при цьому вихідна напруга ДБЖ має певне значення перерегулювання і час перехідного процесу. Відхилення вихідної напруги від номінального значення виявляється в вимірювальному елементі ланцюга зворотного зв'язку (в розглянутих ДБЖ в якості вимірювального елемента використовується резистивний дільник, підключається до шини вихідної напруги +5 В). Через інерційності петлі регулювання номінальне значення вихідної напруги встановлюється з певним запізненням. При цьому схема управління по інерції деякий час ще буде продовжувати свій вплив в тому ж напрямку. В результаті цього має місце перерегулирование, тобто відхилення вихідної напруги від його номінального значення в напрямку, протилежному первісному відхиленню. Схема управління знову змінює вихідну напругу в протилежну сторону і т.д. Для того щоб забезпечити стійкість петлі регулювання вихідних напруг ИБП при мінімальній тривалості перехідного процесу, амплітудно-частотна характеристика підсилювача помилки DA3 піддається корекції. Це робиться за допомогою RC-ланцюжків, що включаються як ланцюга негативного зворотного зв'язку, що охоплює підсилювач DA3. Приклади таких коригувальних ланцюжків показані на рис. 38.
Простий лінійний негативний стабілізатор напруги може бути побудований з транзистора, стабилитрона і декількох резисторів. На жаль, лінійні стабілізатори, призначені для роботи з позитивними напруженнями, не працюватимуть з негативним напругою живлення. На ринку існують стабілізатори негативного напруги, але вони зустрічаються рідко. З тих, які були доступні, багато були представлені на ринок давно і зроблені в старому технологічному процесі, тому у них немає відмінних параметрів.
Ця система підтримує вхідна напруга до -28 В і забезпечує максимальний вихідний струм до 200 мА. Загасання харчування становить -66 дБ на частоті 10 кГц, що дозволяє ефективно демпфіровать мерехтіння в додатках, що вимагають низького рівняшуму. Лінійний негативний стабілізатор напруги на виході системи в реверсивної топології.
Малюнок 38. Приклади конфігурвціі коригувальних RC-ланцюжків для підсилювача помилки по напрузі DA3.
Для зменшення рівня помехообразованія на вторинній стороні імпульсного блоку живлення встановлюються апериодические RC-ланцюжка. Зупинимося докладніше на принципі їх дії.
Перехідний процес струму через діоди випрямляча в моменти комутації відбувається у вигляді ударного збудження (рис. 39, а).
Приклад схеми з використанням спеціального инвертирующего підвищуючого перетворювача. Рішення, представлені вище, використовувалися протягом багатьох років. Однак останнім часом з'явилися нові конструкції інтегрованих контролерів для джерел живлення з перемикається режимом, оптимізованих для виробництва негативних напруг. Він включає в себе систему зсуву рівня, тому дозвіл штиря пов'язано з масою системи, а також з масою всієї системи. Це значно спрощує реалізацію контролю в такій системі.
Система також має функцію збільшення швидкості, яка зменшує перешкоди, викликані перемиканням джерела живлення з перемикається режимом. Введення швидкості наростання швидкості може регулювати час перемикання джерела живлення з перемикається режимом. Більш швидке переключення забезпечує меншу втрату потужності, більш повільне перемикання знижує рівень створюваних перешкод. Є три варіанти вибору, які дозволяють вам вибрати найменший рівень шуму або кращу ефективність на пізній стадії проектування.
Малюнок 39. Тимчасові діаграми напруги на діоді відновлення зворотного опору:
а) - без RC-ланцюжка; б) - при наявності RC-ланцюжка.
| Основні параметри ІМПУЛЬСНИХ БЛОКІВ ХАРЧУВАННЯ ДЛЯ IBM | Розглядаються основні параметри імпульсних блоків живлення, приведена цоколевка роз'єму, принцип роботи від напруги мережі 110 і 220 вольт, | |
| Детально розписана мікросхема TL494, схема включення і варіанти використання для управління силовими ключами імпульсних блоків живлення. | ||
| УПРАВЛІННЯ силові ключі ІМПУЛЬСНОГО БЛОКУ ХАРЧУВАННЯ ЗА ДОПОМОГОЮ TL494 | Описано основні способи управління базовими ланцюгами силових транзисторів імпульсних блоків живлення, варіанти побудови випрямлячів вторинного харчування. | |
| Стабілізація ВИХІДНИХ НАПРУГ ІМПУЛЬСНИХ БЛОКІВ ХАРЧУВАННЯ | Описано варіанти використання підсилювачів помилки TL494 для стабілізації вихідних напруг, описаний принцип роботи дроселя групової стабілізації. | |
| СХЕМИ ЗАХИСТУ | Описано кілька варіантів побудови систем захисту імпульсних Болкіах харчування від перевантаження | |
| СХЕМА "ПОВІЛЬНОГО ПУСКУ" | Описано принципи формування м'якого старту і вироблення напруги POWER GOOD | |
| ПРИКЛАД ПОБУДОВИ ОДНОГО З ІМПУЛЬСНИХ БЛОКІВ ХАРЧУВАННЯ | Повний опис принципової схемиі її роботи імпульсного блоку живлення | |