Uc3842 описание принцип работы схема включения: описание, принцип работы, схема включения, применение

ПРИМЕНЕНИЕ Примечание UC3842 / 3/4/5 ПРЕДОСТАВЛЯЕТ ДЕШЁВЫЙ ТОК-РЕЖИМ УПРАВЛЕНИЯ

1 ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ UC3842 / 3/4/5 ОБЕСПЕЧИВАЕТ НИЗКИМ РЕЖИМ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ ВВЕДЕНИЕ Основная задача проектирования источника питания состоит в одновременной реализации двух противоречащих друг другу целей: хорошие электрические характеристики и низкая стоимость.UC3842 / 3/4/5 — это интегрированный широтно-импульсный модулятор (ШИМ), разработанный с учетом обеих этих целей. Эта ИС предоставляет разработчикам недорогой контроллер, с помощью которого они могут получить все преимущества работы в текущем режиме. Кроме того, серия UC3842 оптимизирована для эффективного упорядочивания питания автономных преобразователей, регуляторов постоянного тока в постоянный и для управления силовыми полевыми МОП-транзисторами или транзисторами. В этом примечании к применению приводится функциональное описание семейства UC3842 и выделяются особенности каждого отдельного элемента, UC3842, UC3843, UC3844 и UC3845 По всему тексту будет упоминаться номер детали UC3842, однако общие схемы и характеристики производительности применимы к каждому. член серии UC3842, если не указано иное.Включен обзор текущего управления режимом и его преимуществ, а также упомянуты методы предотвращения распространенных ошибок. В последнем разделе представлены конструкции блоков питания, использующих управление UC3842. УПРАВЛЕНИЕ В РЕЖИМЕ ТОКА На рис. 1 показана двухконтурная система управления в режиме регулирования тока в типичном понижающем стабилизаторе. Тактовый сигнал инициирует импульсы мощности с фиксированной частотой. Завершение каждого импульса происходит, когда аналог тока индуктора достигает порога, установленного сигналом ошибки.Таким образом, сигнал ошибки фактически контролирует пиковый ток индуктора. Это контрастирует с традиционными схемами, в которых сигнал ошибки напрямую управляет шириной импульса без учета тока катушки индуктивности. Некоторые преимущества производительности являются результатом использования управления в режиме тока. Во-первых, достигается характеристика с прямой связью входного напряжения; то есть схема управления мгновенно корректирует изменения входного напряжения без использования какого-либо динамического диапазона усилителя ошибки. Таким образом, линейная стабилизация превосходна, и усилитель ошибки может быть предназначен исключительно для коррекции колебаний нагрузки.Для преобразователей, в которых ток в катушке индуктивности является непрерывным, управление пиковым током почти эквивалентно управлению средним током. Следовательно, когда в таких преобразователях используется управление в токовом режиме, катушка индуктивности может рассматриваться как выход тактовой частоты с защелкой. Рисунок 1. Двухконтурная система управления в токовом режиме 3-53

2 источник тока, управляемый ошибкой-напряжением, для анализа слабых сигналов.Это проиллюстрировано на рисунке 2. Двухполюсная АЧХ этих преобразователей, управляющих выходом, уменьшена до однополюсной (конденсатор фильтра подключен параллельно нагрузке). Одним из результатов является то, что компенсация усилителя ошибки может быть спроектирована так, чтобы обеспечить стабильный отклик преобразователя с обратной связью с большей шириной полосы усиления, чем это было бы возможно при широтно-импульсном управлении, обеспечивая улучшенный динамический отклик источника слабого сигнала на изменение нагрузки. Второй результат состоит в том, что схема компенсации усилителя ошибки становится более простой, как показано на рисунке 3.Конденсатор Ci и резистор Ri на рисунке 3a добавляют ноль низкой частоты, который отменяет одно из двух переключений управления на-. выходные полюса нетоковых преобразователей. При значительных изменениях нагрузки, когда отклик преобразователя ограничивается скоростью нарастания индуктивности, усилитель ошибки будет насыщаться, пока индуктор догоняет нагрузку. За это время Ci зарядится до ненормального уровня. Когда ток индуктора достигает необходимого уровня, напряжение на Ci вызывает соответствующую ошибку в выходном напряжении источника питания.Время восстановления — R&I, что может быть довольно большим. Однако компенсационная схема, показанная на Рисунке 3b, может использоваться там, где при токовом режиме управления полюс индуктора не используется. Тогда динамический отклик на большой сигнал значительно улучшается из-за отсутствия Ci. Ограничение тока значительно упрощается с управлением в режиме тока. Пошаговое ограничение, конечно, заложено в схеме управления. Кроме того, верхний предел пикового тока может быть установлен путем простого ограничения напряжения ошибки. Точное ограничение тока позволяет оптимизировать магнитные и силовые полупроводниковые элементы, обеспечивая при этом надежную работу источника питания.Наконец, управляемые по току силовые каскады могут работать параллельно с равным разделением тока. Это открывает возможность модульного подхода к проектированию источников питания. Рисунок 2. Катушка индуктивности выглядит как источник тока для слабых сигналов Vref A) Прямое управление рабочим циклом B) Управление текущим режимом Рисунок 3. Требуемая компенсация погрешности усилителя для конструкций с непрерывным индуктивным током 3-54

3 ОПИСАНИЕ СЕРИЯ UC3842 / 3/4/5 ИС ШИМ-РЕЖИМА ТОКА S Семейство управляющих ИС UC1842 / 3/4/5 обеспечивает необходимые функции для реализации схем управления в автономном режиме или в режиме постоянного тока с фиксированной частотой постоянного тока. с минимальным количеством внешних деталей.Встроенные схемы включают блокировку пониженного напряжения с пусковым током менее 1 мА, прецизионный эталон, настроенный для точности на входе усилителя ошибки, логику для обеспечения работы с фиксацией, компаратор PWM, который также обеспечивает контроль ограничения тока, и выход на тотемный полюс каскад, предназначенный для источника или приема высокого пикового тока. Выходной каскад, подходящий для управления полевыми МОП-транзисторами с N каналом или переключателями на биполярных транзисторах, имеет низкий уровень в выключенном состоянии. Различия между членами этого семейства заключаются в порогах отключения при пониженном напряжении и максимальных диапазонах рабочего цикла.UC1842 и UC1844 имеют пороги UVLO 16 В (вкл.) И 10 В (выкл.), Что идеально подходит для автономных приложений. Соответствующие пороговые значения для UC1843 и UC1845 составляют 8,5 В и 7,9 В. UC1842 и UC1843 могут работать с рабочими циклами, приближающимися к 100%. Диапазон от нуля до <50% достигается UC1844 и UC1845 за счет добавления внутреннего тумблера-флип-флип, который блокирует выходной сигнал через каждый второй тактовый цикл. ОСОБЕННОСТИ РУКОВОДСТВА ПО ВЫБОРУ ИС l Оптимизирован для автономных преобразователей и преобразователей постоянного тока в постоянный Подавление l Сильноточный выход на тотемный полюс l Внутренняя подрезка эталонной ширины запрещенной зоны l Работа 500 кГц l Усилитель ошибки низкого напряжения РЕКОМЕНДУЕМОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Примечание: 1.(A / B / A = номер контакта DIL-8. B = номер контакта SO-16. 2. Перекидной триггер, используемый только в 1844A и 1845A. Рисунок

4 БЛОКИРОВКА ПОНИЖЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Схема UVLO гарантирует, что VCC достаточен для обеспечения полной работоспособности UC3842 / 3/4/5 перед включением выходного каскада. На рисунке 5 показано, что пороги включения и выключения UVLO имеют внутреннее фиксированное значение 16 В и 10 В соответственно.Гистерезис 6V предотвращает колебания Vcc во время последовательности мощности. На рисунке 6 показаны требования к току питания. Пусковой ток составляет менее 1 мА для эффективного самонастройки с выпрямленного входа автономного преобразователя, как показано на рисунке 6. Во время нормальной работы схемы VCC создается вспомогательной обмоткой WAux с D1 и GIN. Однако при запуске GIN должен быть заряжен до 16 В через RtN. При пусковом токе 1 ма RtN может достигать 100 крон и по-прежнему заряжать GIN, когда VAc = 90 В RMS (нижняя линия).В этом случае рассеиваемая мощность в RIN будет менее 350 мВт даже в условиях высокой линии (VAc = 130 В RMS). Во время УВЛО; выходной драйвер находится в низком состоянии. Несмотря на то, что он не демонстрирует такие же характеристики насыщения, как при нормальной работе, он может легко потреблять 1 миллиампер, что достаточно для того, чтобы обеспечить отключение полевого МОП-транзистора. Рисунок 5 Рисунок 6. Во время блокировки при пониженном напряжении выходной драйвер смещается, чтобы потреблять незначительные количества тока. ОСЦИЛЛЯТОР Генератор UC3842 запрограммирован, как показано на рисунке 8. Временной конденсатор CT заряжается от VREF (5 В) через временный резистор RT и разряжается внутренним источником тока.Первым шагом при выборе компонентов генератора является определение требуемого времени нечувствительности цепи. После получения рисунок 9 используется для точного определения ближайшего стандартного значения CT для заданного мертвого времени. Затем соответствующее значение RT интерполируется с использованием параметров CT и частоты генератора. На рисунке 10 показаны комбинации RT / CT в зависимости от частоты генератора. Временной резистор можно рассчитать по следующей формуле. Fosc (khz) = 1,72 / (RT (k) CT (pf)) UC3844 и UC3845 имеют внутренний триггер деления на два, управляемый генератором для максимального рабочего цикла 50%.Следовательно, их генераторы должны быть настроены на работу с удвоенной частотой переключения источника питания. Генераторы UC3842 и UC3843 работают на частоте переключения. Каждый генератор семейства UC3842 / 3/4/5 может использоваться до 500 кГц. Рисунок 7. Подача питания на UC3842 / 3/4/

5 МАКСИМАЛЬНЫЙ РАБОЧИЙ ЦИКЛ UC3842 и UC3843 имеют максимальный рабочий цикл приблизительно 100%, тогда как UC3844 и UC3845 ограничены до 50% с помощью внутреннего триггера.Этот фиксатор рабочего цикла является преимуществом в большинстве преобразователей прямого и обратного хода. Для оптимальной работы ИС мертвое время не должно превышать 15% периода тактовой частоты генератора. Во время разряда или мертвого времени внутренний тактовый сигнал переводит выход в низкое состояние. Это ограничивает максимальный рабочий цикл DMAX до: DhnAx = 1 — ODEAD / ~ PERI ~ D) UC3842 / 3 DMAX = 1 — (tdead / 2 X tper & UC3844 / 5, где TPERIOD = 1 / F ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКА генератора. сенсорный вход настроен, как показано на рисунке 12.Преобразование тока в напряжение выполняется извне с помощью заземленного резистора Rs. При нормальной работе пиковое напряжение на Rs регулируется E / A в соответствии со следующим соотношением: где VC = управляющее напряжение = выходное напряжение E / A. Rs можно подключать к силовой цепи напрямую или через трансформатор тока, как показано на Рисунке 11. Хотя прямое подключение проще, трансформатор может уменьшить рассеиваемую мощность в Rs, уменьшить ошибки, вызванные базовым током, и обеспечить сдвиг уровня, чтобы устранить ограничение измерения по заземлению.Связь между VC и пиковым током в силовом каскаде определяется следующим образом: где: N = коэффициент трансформации токового трансформатора = 1, когда трансформатор не используется. Для целей анализа слабых сигналов коэффициент усиления по управляющему току равен: Рисунок 8 Мертвое время в зависимости от CT (RT> 5k) Рисунок 9 Временное сопротивление в зависимости от частоты При измерении тока последовательно с силовым транзистором, как показано на рисунке 11, Форма волны тока часто имеет большой всплеск на переднем фронте. Это происходит из-за восстановления выпрямителя и / или межобмоточной емкости силового трансформатора.При отсутствии ослабления этот переходный процесс может преждевременно прервать выходной импульс. Как показано, для подавления этого выброса обычно достаточно простого RC-фильтра. Постоянная времени RC должна быть приблизительно равна длительности всплеска тока (обычно несколько сотен наносекунд). Инвертирующий вход токового компаратора UC3842 имеет внутреннее ограничение на 1 В (рисунок 12). Ограничение тока происходит, если напряжение на выводе 3 достигает этого порогового значения, т. Е. Ограничение тока определяется следующим образом: FREOUENCY — (Гц) Рисунок Рисунок 11.Измерение тока с трансформаторной связью 3-57

6 УСИЛИТЕЛЬ ОШИБКИ Конфигурация усилителя ошибки (E / A) показана на рисунке 13. Неинвертирующий вход не выводится на контакт, а имеет внутреннее смещение до 2,5 В ± 2%. Выход E / A доступен на контакте 1 для внешней компенсации, что позволяет пользователю управлять частотной характеристикой преобразователя в замкнутом контуре. На рисунке 14 показана схема компенсации E / A, подходящая для стабилизации любой топологии с управляемым режимом тока, за исключением обратных и повышающих преобразователей, работающих с током катушки индуктивности.Компоненты обратной связи добавляют полюс к передаточной функции контура при fp = 4 / * 7r RF, + RF и CF выбираются так, чтобы этот полюс подавлял нуль ESR конденсатора выходного фильтра в силовой цепи. RI и RF фиксируют усиление низкой частоты. Они выбраны для обеспечения максимального усиления, при этом позволяя полюсу, образованному конденсатором выходного фильтра и нагрузкой, снизить коэффициент усиления контура до единицы (0 дБ) при f =: fswttchtng / 4. Этот метод обеспечивает стабильность преобразователя и хороший динамический отклик.Рисунок 12. Измерение тока Рисунок 14. Компенсация Выход E / A будет источником 0,5 мА и потребителем 2 мА. Нижний предел для RF определяется следующим образом: Рисунок 13. Конфигурация E / A

7 Входной ток смещения E / A (2 PA max) протекает через RI, что приводит к ошибке постоянного тока в выходном напряжении (VO), определяемой следующим образом: Поэтому желательно поддерживать значение RI как можно более низким. На рисунке 15 показана частотная характеристика без обратной связи UC3842 E / A.Коэффициент усиления представляет собой верхний предел усиления скомпенсированного E / A. Фазовая задержка быстро увеличивается, когда частота превышает 1 МГц из-за полюсов второго порядка на ~ 10 МГц и выше. Каждый из преобразователей постоянного и обратного тока с повышающим и обратным током имеет нуль в правой полуплоскости в их передаточной функции. Дополнительный полюс компенсации необходим, чтобы уменьшить усиление контура на частоте меньше, чем у нуля RHP. Rp и Cp в схеме на рисунке 16 обеспечивают этот полюс. ТОТЕМНО-ПОЛЮСНЫЙ ВЫХОД ШИМ UC3842 имеет один тотемно-полюсный выход, который может работать до пикового значения ± 1 А для управления затворами МОП-транзистора и среднего тока для биполярных силовых транзисторов.Поперечная проводимость между выходными транзисторами минимальна, средняя добавленная мощность при VIN = 30 В составляет всего 80 мВт при 200 кГц. Ограничение пикового тока через интегральную схему достигается путем размещения резистора между выходом тотемного полюса и затвором полевого МОП-транзистора. Значение определяется путем деления напряжения коллектора тотемного полюса VC на пиковый ток номинального тока тотемного полюса ИС. Без этого резистора пиковый ток ограничен только скоростью dv / dt переключения тотемных полюсов и емкостью затвора полевого транзистора.Использование диода Шоттки между выходом ШИМ и землей предотвратит падение выходного напряжения ниже уровня земли, вызывая нестабильность внутри ИС. Для эффективности выбранный диод должен иметь прямое падение напряжения менее 0,3 В при 200 мА. Большинство диодов Шоттки с током от 1 до 3 ампер демонстрируют эти характеристики при температуре выше комнатной. Размещение диода как можно физически ближе к ШИМ улучшит характеристики схемы. Реализация полной схемы привода показана на следующих схемах.В цепях с трансформаторным приводом также требуется использование диодов Шоттки для предотвращения аналогичного набора окружностей K 10K 100K 1M 10M ЧАСТОТА — (Гц) Рисунок 15. Частотная характеристика разомкнутого контура усилителя ошибки Рисунок 16. Схема компенсации E / A для непрерывного повышения и Топологии обратного хода 3-59

8 позиций от встречающихся на выходе ШИМ. Звон под землей значительно усиливается за счет индуктивности рассеяния трансформатора и паразитной емкости в дополнение к индуктивности намагничивания и емкости затвора полевого транзистора.Схема реализации аналогична предыдущему примеру. На рисунках 18, 19 и 20 показаны предлагаемые схемы для управления полевыми МОП-транзисторами и биполярными транзисторами с выходом UC3842. Простая схема, показанная на рисунке 18, может использоваться, когда управляющая ИС электрически не изолирована от включения и выключения полевого МОП-транзистора до ± 1 ампер. Он также обеспечивает демпфирование паразитной цепи резервуара, образованной входной емкостью полевого транзистора и индуктивностью последовательной проводки. Диод Шоттки D1 ​​предотвращает попадание выхода ИС далеко под землю во время выключения.На рисунке 19 показана схема управления изолированным полевым МОП-транзистором, которая подходит, когда управляющий сигнал должен быть сдвинут по уровню или передан через границу изоляции. Биполярные транзисторы могут эффективно управляться схемой на рисунке 20. Резисторы R1 и R2 фиксируют базовый ток в открытом состоянии, в то время как конденсатор Cl обеспечивает отрицательный импульс базового тока для удаления накопленного заряда при выключении. Поскольку серия UC3842 имеет только один выход, для управления двухтактной полупроводниковой или полной мостовой топологией требуется схема интерфейса.Драйвер двойного вывода UC3706 с внутренним триггером выполняет эту функцию. Пример схемы в конце этой статьи иллюстрирует типичное применение этих двух ИС. Повышенные возможности привода для параллельного управления множеством полевых транзисторов или других нагрузок могут быть выполнены с использованием одной из микросхем драйвера UC3705 / 6/7. ВЫХОДНОЙ ТОК ОТ 10 ДО 20 В ИСТОЧНИК ИЛИ ПРИЕМКА — (A) Рисунок 17. Характеристики насыщения на выходе Рисунок 18. Прямой привод MOSFET от 20 до 30 В, от 12 до 20 В Рисунок 19. Изолированный привод MOSFET Рис.Биполярный привод с отрицательным смещением выключения 3-61

9 ШУМ Как упоминалось ранее, шум в сигналах считывания тока или управляющих сигналов может вызвать значительное дрожание ширины импульса, особенно в конструкциях с непрерывным индуктивным током. Хотя компенсация наклона помогает решить эту проблему, лучшим решением является минимизация шума. В целом, помехозащищенность улучшается по мере уменьшения импеданса в критических точках цепи.Одной из таких точек для импульсного источника питания является линия заземления. Небольшие индуктивности проводки между различными точками заземления на печатной плате могут поддерживать синфазный шум с достаточной амплитудой, чтобы мешать правильной работе модулирующей ИС. Медная пластина заземления и отдельные обратные линии для сильноточных трактов значительно снижают синфазный шум. Обратите внимание, что UC3842 имеет единственный вывод заземления. Поэтому большие токи стока на выходе не могут быть возвращены отдельно. Керамические монолитные байпасные конденсаторы (0.1 пФ) от VCC и VREF к земле обеспечит тракты с низким импедансом для высокочастотных переходных процессов в этих точках. Однако вход усилителя ошибки представляет собой точку с высоким импедансом, которую нельзя обойти, не повлияв на динамический отклик источника питания. Поэтому следует позаботиться о том, чтобы разместить плату таким образом, чтобы путь обратной связи был удален от компонентов, генерирующих шум, таких как силовые транзисторы. На рисунке 21 показана другая распространенная проблема, вызванная шумом. Когда силовой транзистор выключается, на клемму FIT / CT генератора возникает импульсный шум.При высокой продолжительности включения напряжение на RT / CT приближается к своему пороговому уровню (~ 2,7 В, установленному схемой внутреннего генератора), когда возникает этот всплеск. Пик достаточной амплитуды преждевременно отключит осциллятор, как показано пунктирными линиями. Чтобы свести к минимуму всплеск шума, выберите ТТ как можно большего размера, помня, что мертвое время увеличивается с ТТ. Рекомендуется, чтобы CT никогда не был меньше ~ 1000 пФ. Часто шум, вызывающий эту проблему, вызван тем, что выход (контакт 6) оказывается под землей при выключении из-за внешних паразитов.Это особенно верно при управлении MOSFET. Зажим диода Шоттки от земли к выводу 6 предотвратит попадание такого выходного шума на генератор. Если эти меры не помогут исправить проблему, частоту генератора всегда можно стабилизировать с помощью внешних часов. Использование схемы на рисунке 31 приводит к форме волны FIT / CT, подобной той, что показана на рисунке 21B. Здесь генератор гораздо более устойчив к шуму, потому что линейное напряжение никогда не приближается близко к внутреннему порогу. СИНХРОНИЗАЦИЯ В простейшем методе принудительной синхронизации используется синхронизирующий конденсатор (ТТ) в почти стандартной конфигурации.Вместо прямого заземления ТТ, небольшой резистор подключается последовательно с ТТ на землю. Этот резистор служит входом для синхроимпульса, который поднимает напряжение ТТ выше внутреннего верхнего порога генератора. ШИМ может работать на частоте, установленной RT и CT, пока не появится синхроимпульс. Эта схема предлагает несколько преимуществ, в том числе наличие локальной рампы для компенсации уклона. Генератор UC3842 / 3/4/5 Рис. 22. Реализация схемы синхронизации Рис. 21. (a.) Шум на выводе 4 может вызвать предварительный запуск генератора. (b.) При внешней синхронизации шум не приближается к пороговому уровню. 3-61

10 должен быть установлен на более низкую частоту, чем поток синхроимпульсов, обычно 20 процентов с импульсом 0,5 В, приложенным к резистору. Дополнительную информацию о синхронизации можно найти в разделе «Практические рекомендации по источникам питания в токовом режиме», указанном в справочном приложении.UC3842 также может быть синхронизирован с внешним источником синхронизации через клемму FIT / CT (контакт 4), как показано на рисунке 23. В нормальном режиме работы синхронизирующий конденсатор CT заряжается между двумя пороговыми значениями, верхним и нижним пределами компаратора. Когда CT начинает свой цикл заряда, выход ШИМ инициируется и включается. Конденсатор синхронизации продолжает заряжаться, пока не достигнет верхнего порогового значения внутреннего компаратора. После пересечения схема разряда активируется и разряжает трансформатор тока до тех пор, пока не будет достигнут нижний порог.В течение этого времени разряда выход ШИМ отключен, таким образом обеспечивая время простоя или отключения для выхода. Цифровое представление состояния заряда / разряда генератора можно использовать в качестве входа для клеммы FIT / CT. В таких случаях, когда нет легкодоступного порта синхронизации, схема синхронизации может управляться от цифрового логического входа, а не в обычном аналоговом режиме. При вводе цифровой последовательности импульсов могут быть учтены основные аспекты времени включения, мертвого времени, рабочего цикла и частоты.Вход логического уровня LOW определяет максимальное время включения ШИМ. И наоборот, вход ВЫСОКИЙ определяет время отключения или мертвое время. Критические ограничения частоты, рабочего цикла или мертвого времени могут точно контролироваться чем угодно, от таймера 555 до сложной программы, управляемой микропроцессором. Рис. 23 Синхронизация с внешними часами. Рис.

11 ГЕНЕРАТОР СИНХРОНИЗАЦИОННЫХ ИМПУЛЬСОВ Генератор UC3842 / 3/4/5 может использоваться для генерации синхронизирующих импульсов с минимальным количеством внешних компонентов.Эта простая схема, показанная на Рисунке 25, запускается по заднему фронту сигнала CT и генерирует импульс синхронизации, необходимый для ранее упомянутой схемы синхронизации. Эта цепь, запускаемая мертвым временем ведущего, может использоваться до нескольких сотен килогерц с минимальными задержками между ведущим и ведомым (-ями). На фотографиях, показанных на рисунках 26 и 27, изображены представляющие интерес формы сигналов схемы. Рисунок 25. Верхняя кривая цепи генератора синхроимпульсов: Нижняя кривая входа цепи: Выходная линия цепи через 24 Ом По вертикали: O.5 В / см По горизонтали: 0,5 ~ SICM Верхняя кривая: Ведомый ТТ Нижняя кривая: Главный ТТ по вертикали: 0,5 В / см По горизонтали: 0,5 $ XYvI Рисунок Рабочие формы сигналов при 500 кГц Рисунок 27. Формы сигналов синхронизации ведущий / ведомый на ТТ 3-63

12 ЦЕПИ ЗАРЯДНОГО НАСОСА ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА НИЗКОЙ МОЩНОСТИ Повышающее преобразование Рис. 28 Рис. 29 Режим понижающего напряжения маломощного понижающего регулятора Базовый понижающий стабилизатор описан в Руководстве по применению UNITRODE.* Подробную информацию о компенсации см. В Книге семинаров по проектированию источников питания UNITRODE; см. Замыкание петли обратной связи, Топология понижающего преобразователя. Рисунок

13 ПРИМЕРЫ ЦЕПЕЙ 1. Обратный ход в автономном режиме На рис. 31 показан автономный обратный стабилизатор с несколькими выходами мощностью 25 Вт, управляемый с помощью UC3844. Этот регулятор недорогой, поскольку в нем используются только два магнитных элемента, метод измерения напряжения на первичной стороне и недорогая схема управления.Технические характеристики перечислены ниже. Также обратитесь к инструкции по применению UNITRODE U-96 в руководстве по применению. Рисунок Характеристики источника питания 1. Входное напряжение: от 95 до 130 В переменного тока (50 Гц / 60 Гц) 2. Изоляция линии: 3750 В 3. Частота переключения: 40 кгц 4. Полная нагрузка: 70% 5. Выходное напряжение: A. + 5 В , ± 5%: нагрузка от 1 A ​​до 4 A Напряжение пульсации: 50 мВ PP Макс. В, ± 3% 0,1 A до 0,3 A нагрузка Напряжение пульсации: 100 мВ PP Макс. C. -12 В ± 3%, нагрузка от 0,1 А до 0,3 А Напряжение пульсации: 100 мВ P-P Макс. 3-65

14 Рисунок W Двухтактный преобразователь постоянного тока в постоянный 2.Двухтактный преобразователь постоянного тока в постоянный ток На рис. 45 показан двухтактный преобразователь постоянного тока в постоянный ток мощностью 500 Вт, использующий микросхемы UC3642, UC3706 и UC3901. Он работает от стандартной телекоммуникационной шины для выработки 5 В при токе до 100 А. Работа этой схемы подробно описана в ссылке 6. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: Входное напряжение: -48 В ± 8 В Выходное напряжение: + 5 В Выходной ток: от 25 до 100 А Частота генератора: 200 кГц Регулировка линии: 0,1% Регулировка нагрузки: 1% VIN = 48 В lo = 25A: 75% lo = 50A: 80% Выходное пульсационное напряжение: 200 мВ PP Также см. Примечание по применению U-101 в Руководстве по применению Unitrode

15 ВАЖНОЕ УВЕДОМЛЕНИЕ Texas Instruments и ее дочерние компании (TI) оставляют за собой право вносить изменения в свои продукты или прекращать выпуск любого продукта или услуги без уведомления и рекомендовать клиентам получить последнюю версию соответствующей информации для проверки перед размещением заказов, что информация, на которую полагаются, является актуальной и полной.Все продукты продаются в соответствии с условиями продажи, предоставленными на момент подтверждения заказа, включая те, которые относятся к гарантии, нарушению патентных прав и ограничению ответственности. TI гарантирует соответствие своей полупроводниковой продукции техническим характеристикам, действующим на момент продажи, в соответствии со стандартной гарантией TI. Испытания и другие методы контроля качества используются в той степени, в которой TI считает необходимым для поддержки данной гарантии. Специальное тестирование всех параметров каждого устройства не обязательно, кроме тех, которые предусмотрены государственными требованиями.ОПРЕДЕЛЕННЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРОДУКТЫ, МОГУТ СОЗДАТЬ ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ РИСК СМЕРТИ, ТРАВМ ИЛИ СЕРЬЕЗНОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ ИМУЩЕСТВА ИЛИ ЭКОЛОГИИ (КРИТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ). ПРОДУКТЫ TI ПОЛУПРОВОДНИКИ НЕ РАЗРАБОТАНЫ, РАЗРЕШЕНЫ И НЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В УСТРОЙСТВАХ ИЛИ СИСТЕМАХ ЖИЗНЕННОЙ ПОДДЕРЖКИ ИЛИ ДРУГИХ ВАЖНЫХ ПРИМЕНЕНИЯХ. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОДУКТОВ TI В ТАКИХ ПРИЛОЖЕНИЯХ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПОЛНОСТЬЮ НА РИСК КЛИЕНТА. Чтобы свести к минимуму риски, связанные с приложениями заказчика, заказчик должен обеспечить соответствующие конструктивные и эксплуатационные меры безопасности, чтобы минимизировать внутренние или процедурные риски.TI не несет ответственности за помощь в использовании приложений или разработку продукта для клиентов. TI не гарантирует и не заявляет, что какая-либо лицензия, явная или подразумеваемая, предоставляется на основании каких-либо патентных прав, авторских прав, прав на маскировку или других прав интеллектуальной собственности TI, охватывающих или относящихся к любой комбинации, машине или процессу, в котором такой полупроводник продукты или услуги могут быть или используются. Публикация TI информации о продуктах или услугах третьих лиц не является их одобрением, гарантией или одобрением TI.Авторское право 1999 г., Texas Instruments Incorporated

Принцип импульсного источника питания

Введение

Это видео показывает нам, как работает импульсный источник питания, на схемах, объяснениях, примерах и модификациях.

Каталог

1. Принцип импульсного источника питания

1.1 Базовый Принцип импульсного источника питания

Импульсный источник питания — это источник питания, в котором используется современная технология силовой электроники для управления соотношением времени включения и выключения переключающего транзистора для поддержания стабильного выходного напряжения. Простая конструкция показана на рисунке 1.

Рисунок 1 . B asic C Схема из Переключение P подача S подача

Коммутационный транзистор VT включен последовательно между входным напряжением VI и выходным напряжением Vo.Когда база транзистора VT вводит импульсный сигнал переключения, VT периодически переключается, то есть поочередно включается и выключается. Предполагая, что VT является идеальным переключателем, падение напряжения между базой и эмиттером приблизительно равно нулю, когда VT насыщен, и входное напряжение Vi подается на выход через VT; Напротив, в то время, когда VT отключена, выход равен нулю. После периодического переключения VT импульсное напряжение получается на выходе, а среднее постоянное напряжение получается схемой фильтра.Выходное напряжение указано в формуле 1:

(1)

T _на — время включения, T — период переключения, а D — рабочий цикл. Можно видеть, что импульсный регулируемый источник питания может управлять значением выходного постоянного напряжения, изменяя рабочий цикл импульса переключения, то есть время включения.

1.2 Рабочий процесс импульсного источника питания

Импульсный источник питания обычно состоит из шести частей, как показано на рисунке 2.

Первая часть — это входная цепь, которая содержит фильтрацию нижних частот и одноступенчатое выпрямление. Vi получается после того, как переменный ток 220 В проходит низкочастотную фильтрацию и мостовое выпрямление. Это напряжение отправляется во вторую часть для коррекции коэффициента мощности. Цель состоит в том, чтобы улучшить коэффициент мощности. Форма должна поддерживать входной ток в фазе с входным напряжением. Третья часть — это преобразование мощности, которое завершается электронным переключателем и высокочастотным трансформатором. Он преобразует постоянное напряжение с высоким коэффициентом мощности в высокочастотное импульсное напряжение прямоугольной формы, которое соответствует проектным требованиям.Четвертая часть — это выходная цепь, которая используется для выпрямления и фильтрации высокочастотного прямоугольного импульсного напряжения на выходе постоянного напряжения. Пятая часть — это схема управления. После разделения и выборки выходного напряжения оно сравнивается с опорным напряжением схемы и усиливается. Шестая часть — это генератор частотных колебаний, который генерирует сигнал высокочастотного диапазона волн, который накладывается на управляющий сигнал для выполнения широтно-импульсной модуляции для достижения регулируемой ширины импульса.При высокочастотном колебании происходит преобразование мощности, поэтому суть импульсного источника питания заключается в преобразовании мощности.

Рис. 2. Принципиальная блок-схема импульсного источника питания

1.3 Метод модуляции импульсного источника питания

Методы модуляции схемы импульсного источника питания в основном включают три типа: PWM, PFM и PSM. Частота переключения режима широтно-импульсной модуляции (ШИМ) постоянна.Изменяя ширину импульса включения для изменения рабочего цикла, достигается контроль выходной энергии, что называется расширением фиксированной частоты; Ширина импульса режима частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) постоянна. Регулируя частоту переключения, коэффициент заполнения изменяется таким образом, чтобы реализовать управление выходной энергией, что называется модуляцией фиксированной ширины; ширина импульса в режиме модуляции с пропуском импульсов постоянна, а выходная энергия регулируется путем выборочного пропуска определенных рабочих циклов.

1.3.1 P ulse W ширина M odulation (PWM)

Режим ШИМ-модуляции — это наиболее часто используемый метод управления импульсным источником питания. Сигнал обратной связи на стороне нагрузки сравнивается с пилообразной волной, генерируемой внутри, и выходной прямоугольный сигнал с постоянной частотой расширяется для управления трубкой переключателя, а время включения трубки переключателя регулируется в реальном времени в соответствии с нагрузкой. состояние, чтобы стабилизировать выходное напряжение.Его рабочая форма сигнала показана на рисунке 3.

Рисунок 3. W orking P Принцип действия D iagram из PWM

В настоящее время режим управления ШИМ является наиболее часто используемым в импульсных источниках питания и имеет следующие преимущества: высокий КПД в случае большой нагрузки, хорошая скорость регулировки напряжения, высокая линейность, небольшая пульсация на выходе и подходит для режима контроля тока или напряжения.Но он также имеет следующие недостатки: слабая модуляция входного напряжения, плохие частотные характеристики и снижение эффективности при небольшой нагрузке.

1.3.2 Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ)

PFM — это метод модуляции, часто используемый в импульсных источниках питания. Сравнивая сигнал обратной связи конца нагрузки с опорным сигналом, выходной сигнал ошибки регулирует рабочую частоту, а затем выводит прямоугольный сигнал постоянной ширины и переменной частоты для управления трубкой переключателя и регулирует время включения трубка переключателя в реальном времени в соответствии с условиями нагрузки, тем самым стабилизируя выходное напряжение.Его рабочая форма сигнала показана на рисунке 4.

Рисунок 4 . Принцип работы PFM

1.3.3 Пропуск импульса Модуляция n (PSM)

PSM — это новый метод управления импульсными источниками питания, который называется перекрестно-импульсной модуляцией. Сигнал обратной связи конца нагрузки преобразуется в цифровой уровень, а уровень сигнала обратной связи определяется по нарастающему фронту тактового сигнала, чтобы определить, работать ли в тактовом цикле, а время включения переключающей трубки регулируется для стабилизации. выходное напряжение.Его рабочая форма сигнала показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Принцип работы PSM

В настоящее время режим управления PSM используется для импульсных источников питания и имеет следующие преимущества: высокая скорость при небольшой нагрузке, высокая рабочая частота, хорошие частотные характеристики и меньшая частота переключения силовых трубок, подходящая для небольших ИС управления питанием. Однако он также имеет следующие недостатки: большая пульсация на выходе и слабая возможность регулировки входного напряжения.

1.4 Метод управления импульсным источником питания

Импульсные источники питания, которые мы обычно используем, основаны на режиме ШИМ, поэтому мы сосредоточимся на технологии управления в режиме ШИМ. Существует два основных типа технологии управления ШИМ: один — это технология управления ШИМ в режиме напряжения, а другой — технология управления ШИМ в текущем режиме.

1.4.1 ШИМ-контроллер в режиме напряжения

Импульсный источник питания изначально был основан на технологии PWM в режиме напряжения.Основной принцип работы показан на рисунке 6. Выходное напряжение Vo сравнивается с опорным напряжением для получения сигнала ошибки VE. Это напряжение ошибки сравнивается с пилообразным сигналом, генерируемым пилообразным генератором. Компаратор PWM выдает управляющий сигнал прямоугольной формы с изменением рабочего цикла. Это принцип работы технологии управления ШИМ в режиме напряжения. Поскольку эта система представляет собой одноконтурную систему управления, ее самым большим недостатком является отсутствие сигнала обратной связи по току.Поскольку ток импульсного источника питания протекает через катушку индуктивности, соответствующий сигнал напряжения имеет определенную задержку. Однако для регулируемого источника питания необходимо постоянно регулировать входной ток, чтобы адаптироваться к изменению входного напряжения и требований нагрузки, тем самым достигая цели стабилизации выходного напряжения. Следовательно, недостаточно использовать метод выборки выходного напряжения, потому что реакция регулирования напряжения медленная. Даже при изменении сильного сигнала трубка переключателя мощности повреждается из-за колебаний, что является самым большим недостатком технологии управления ШИМ в режиме напряжения.

Рисунок 6. Принцип работы технологии ШИМ управления в режиме напряжения

1.4.2 ШИМ-контроллер текущего режима

Технология управления ШИМ в режиме тока была разработана из-за недостатков технологии управления ШИМ в режиме напряжения. Так называемое управление ШИМ в режиме тока заключается в прямом сравнении сигнала обнаружения тока выходной катушки индуктивности с выходным сигналом усилителя ошибки на входе компаратора ШИМ, чтобы реализовать управление рабочим циклом выходного импульса, так что пиковый ток выходного дросселя следует за изменением напряжения ошибки.Этот метод управления может эффективно улучшить скорость регулирования напряжения и скорость регулирования тока импульсного источника питания, а также может улучшить переходную характеристику всей системы. Принцип работы технологии управления ШИМ в текущем режиме показан на рисунке 7.

Технология управления PWM в токовом режиме в основном делится на технологию управления пиковым током и технологию управления средним током. Две технологии управления обнаруживают и возвращают пиковое значение и среднее значение изменения тока в течение одного периода проводимости.

Технология управления пиковым током: Управление режимом пикового тока напрямую управляет током индуктора на стороне пикового выхода, а затем косвенно регулирует ширину импульса ШИМ. Пиковый ток индуктора легко обнаружить и логически согласуется с изменением среднего тока индуктора. Однако пиковый ток индуктора не может быть во взаимно однозначном соответствии со средним током индуктора, потому что один и тот же пиковый ток индуктора может соответствовать разным средним токам индуктора с разными рабочими циклами и единственным фактором, определяющим значение выходного напряжения. — значение среднего тока индуктора.Когда коэффициент заполнения системы ШИМ D> 50%, режиму управления режимом пикового тока с фиксированной частотой присуща нестабильность разомкнутого контура, и необходимо ввести соответствующую компенсацию наклона, чтобы устранить возмущение среднего тока индуктора из-за различных рабочих циклов и довести контролируемый пиковый ток индуктора до среднего значения тока индуктора. Когда крутизна применяемого сигнала компенсации крутизны увеличивается до определенной степени, управление режимом пикового тока преобразуется в управление режимом напряжения.Поскольку сигнал компенсации наклона полностью заменяется треугольной волной в колебательном контуре, он становится регулятором режима напряжения, но текущий сигнал в это время можно рассматривать как текущий сигнал прямой связи. Режим управления пиковым током представляет собой систему управления с двойным замкнутым контуром (внешний контур — это контур напряжения, а внутренний контур — это контур тока), а текущий внутренний контур мгновенно и быстро управляется в соответствии с импульсом за импульсом. При управлении с двойным контуром текущий внутренний контур отвечает только за динамическое изменение выходной катушки индуктивности, поэтому внешнему контуру напряжения необходимо только управлять выходным напряжением, и ему не нужно управлять схемой накопления энергии.Следовательно, управление в режиме пикового тока имеет гораздо большую полосу пропускания, чем управление в режиме напряжения.

Рисунок 7. Принцип работы технологии ШИМ управления в токовом режиме

Метод контроля среднего тока: Контроль среднего тока требует определения тока катушки индуктивности, сигнала определения тока индуктора и заданного VE. После сравнения управляющий сигнал VC генерируется регулятором тока и сравнивается с сигналом пилообразной модуляции для генерации импульса ШИМ.Регуляторы тока обычно используют схему компенсации PI-типа и отфильтровывают высокочастотные компоненты в дискретизированном сигнале.

Сравнение двух технологий управления током: Технология управления пиковым током удобна и быстра, но требует компенсации стабильности; Технология управления средним током отличается стабильностью и надежностью, но скорость отклика ниже, а управление более сложным. Поэтому в практических приложениях режим управления пиковым током более распространен, чем режим управления средним током.

1,5 W orking M ode of S witching P ower S подача

Возьмем обратноходовой преобразователь, используемый в этой конструкции в качестве примера, так называемый обратный преобразователь означает, что первичная полярность трансформатора противоположна вторичной полярности, как показано на рисунке 8. Он состоит из переключающей трубки VT, выпрямителя. диод D1, конденсатор фильтра C и развязывающий трансформатор.Если верхний конец первичной обмотки трансформатора положительный, верхний конец вторичной обмотки отрицательный, и переключающая трубка VT работает в режиме ШИМ. Обратный преобразователь имеет высокий КПД, простую схему и может обеспечивать несколько выходов, поэтому он получил широкое распространение.

Рисунок 8 . B asic C ircuit из Обратный ход C onverter

Обратный преобразователь PWM имеет два режима: постоянный ток и прерывистый ток.Для тока, протекающего через переключающую трубку первичной обмотки W1, его ток не может быть непрерывным, потому что ток переключающей трубки VT обязательно равен нулю после отключения. Но в это время во вторичной обмотке W2 неизбежно возникает ток. Для обратного преобразователя постоянный ток означает, что суммарный ампер двух обмоток преобразователя не равен нулю в течение одного цикла переключения, а прерывание тока означает, что синтетическая ампула равна нулю в течение периода выключения переключающей лампы VT.Когда ток является непрерывным, обратный преобразователь имеет два режима переключения, как показано на (a) и (b) на рисунке 9; и когда ток прерывается, обратноходовой преобразователь имеет три режима переключения, как показано на (a) (b) (c) рисунка 9.

Рис. 9. Эквивалентная схема в различных режимах переключения

1.5.1 Принцип работы обратноходового преобразователя при постоянном токе

Как показано на рисунке 9 (а), при t = 0 переключающий транзистор VT включается, и напряжение питания Vi подается на первичную обмотку трансформатора W ₁ .В это время индуцированное напряжение во вторичной обмотке W ₂ отключает диод D ₁ , и ток нагрузки подается с конденсатора фильтра C. В этот момент вторичная обмотка трансформатора разомкнута, только работает первичная обмотка, что эквивалентно катушке индуктивности. Индуктивность L ₁ , первичный ток L _p линейно увеличивается от минимального значения I _Pmin , а скорость увеличения составляет: （1-2）

Когда t = T _на , ток I _p достигает максимума I _Pmax

(1-3)

Во время этого процесса сердечник трансформатора намагничивается, и его магнитный поток Φ также линейно увеличивается.Приращение потока Φ:

(1-4)

Как показано на рисунке 9 (b), когда t = T _на , переключающая трубка VT выключена, первичная обмотка разомкнута, а индуцированная электродвижущая сила вторичной обмотки меняет направление на включение диода D ₁ . Энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора, высвобождается через диод D ₁ , заряжая конденсатор C, с одной стороны, и подает питание на нагрузку, с другой стороны.В этот момент работает только вторичная обмотка трансформатора, которая эквивалентна катушке индуктивности, и ее индуктивность равна L ₂ . Напряжение на вторичной обмотке составляет В _o , вторичный ток I _с линейно падает от максимального значения I _Smin и скорость его падения составляет:

(1-5)

При t = T ток I _s достигает минимума I _Smin

(1-6)

Во время этого процесса сердечник трансформатора размагничивается, и его магнитный поток Φ также линейно уменьшается.Величина уменьшения магнитного потока Φ составляет:

(1-7)

1.5.2 Basic R elationship of F lyback C onverter W курица C urrent I s C непрерывно

При работе с регулируемым напряжением величина увеличения магнитного потока переключающего сердечника обязательно равна величине уменьшения, когда переключатель VT выключен, то есть.Из формул (1-4) и (1-7) мы можем получить:

(1-8)

В формуле — соотношение витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Когда K ₁₂ = 1 ，

(1-9)

Напряжение, которому подвергается переключающая трубка VT при выключении, складывается из Vi и наведенной электродвижущей силы в первичной обмотке W1, то есть

(1-10)

Когда напряжение источника питания V _i является постоянным, напряжение переключающего транзистора VT зависит от продолжительности включения D, поэтому значение максимальной продолжительности включения D _max должно быть ограничено.Напряжение диода D ₁ равно сумме выходного напряжения V и входного напряжения Vi, преобразованного во вторичное напряжение:

(1-11)

Ток нагрузки Io — это среднее значение тока, протекающего через диод D1:

(1–12)

В соответствии с принципом работы трансформатора устанавливаются следующие две формулы.

(1-13)

(1-14)

Из формулы (1-3) и формулы (1-12) в (1-14) мы можем получить:

(1-15)

(1–16)

I _Pmax и I _Smax — соответственно максимальные значения тока, протекающие через переключающую трубку VT и диод D ₁ .

1.5.3 Принцип работы и основные отношения обратного преобразователя при прерывании тока

Формула (1-9) все еще работает, если критический ток постоянный. В это время максимальный ток первичной обмотки составляет I _Pmax , то есть ток нагрузки составляет

(1-17)

Критический длительный ток нагрузки

(1-18)

Когда D = 0.5, I _oG достигает максимального значения

(1-19)

Тогда формулу (1-18) можно записать как ：

(1-20)

Формула (1-20) — критическая непрерывная граница тока индуктора.

Когда ток индуктора прерывается, это связано не только с рабочим циклом D, но и со значением тока нагрузки I _o .Предположим, что относительное время свободного хода I _с , мы можем получить, потому что величина увеличения и уменьшения магнитного потока сердечника равна одному циклу переключения. Итак,, и, то:

(1-21)

(1-21) показывает, что, когда ток прерывается, выходное напряжение не только связано с рабочим циклом D, но также связано с величиной тока нагрузки I _o .Когда рабочий цикл D является постоянным, уменьшение тока нагрузки I _o может привести к увеличению выходного напряжения V _o .

В случае режима прерывания тока энергия, запасенная в первичной катушке индуктивности, зависит от пикового тока:

(1-22)

Энергия доставляется один раз за цикл,

(1-23)

Эта формула говорит нам, что как только входное напряжение зафиксировано, только T может увеличить выходную мощность за счет уменьшения частоты переключения или уменьшения индуктивности.А если также выбрана частота коммутации, то мощность можно увеличить только за счет уменьшения индуктивности. Однако фактическая индуктивность имеет минимальное значение, и обратный преобразователь, работающий в прерывистом режиме, имеет предел максимальной выходной мощности, обычно менее 50 Вт.

1,6 Резюме

Эта глава в основном знакомит с основным принципом работы и рабочим процессом импульсного источника питания. Он также вводит режим модуляции импульсного источника питания.В настоящее время режим управления ШИМ является наиболее часто используемым в импульсных источниках питания. Он имеет следующие преимущества: высокий КПД в случае большой нагрузки, хорошее регулирование напряжения, высокая линейность и небольшая пульсация на выходе и подходит для режима управления током или напряжением. Следовательно, в этой конструкции будет использоваться модуляция ШИМ.

Существует два основных типа технологии управления ШИМ: один — это технология управления ШИМ в режиме напряжения, а другой — технология управления ШИМ в режиме тока. Поскольку метод управления током быстро реагирует на входное напряжение, в этой конструкции будет использоваться метод управления током.

В этой главе также описывается режим работы импульсного источника питания. Поскольку контур обратной связи в прерывистом режиме является стабильным, а мощность этой конструкции мала, принимается прерывистый режим.

2. Управление D Устройства U sed in S witching P ower S upplies

2,1 Высокий F Требование T преобразователь

2.1.1 Кривая намагничивания и петля гистерезиса

Рисунок 10 . Намагниченность C urve и H ysteresis L oop трансформатора T C руда

Как показано на рисунке 10, в качестве прямого и мостового преобразователей большинство из них работают в зонах 1 и 2. Эти две зоны имеют следующие характеристики: внешнее магнитное поле небольшое и процесс намагничивания обратим.В зоне 1,. μ ₁ — начальная проницаемость. И явно линейно. Для силовых трансформаторов с низкой выходной мощностью и низкой частотой значение B при работе может быть рассчитано чрезвычайно точно. В зоне 2,. Здесь B — постоянная Рэлея, и эта область не была линейной. Но процесс намагничивания все же обратим. Обычно для этих двух областей мы все же используем приблизительную формулу для инженерных приложений:. Из-за обратимости прямой преобразователь почти не имеет гистерезиса (на самом деле, из-за технологического процесса и других причин, все еще существует необратимое намагничивание, но это относительно неочевидно).Для источника питания с одинаковым входом и выходом, если используются топологии прямого и обратного возбуждения, соответственно, эффективность прямого трансформатора должна быть выше, чем у обратного трансформатора, если рабочая частота одинакова.

Для обратноходового трансформатора рабочая зона — это зоны 1, 2 и 3. Среди них зона 3 относится к зоне необратимого намагничивания. Эта область является основной областью формирования гистерезиса, поэтому обратный трансформатор имеет компонент потерь на гистерезис.Работает в среднем диапазоне магнитного поля. Даже если диапазон изменения магнитного поля невелик, изменение B очень значительное. Магнитная проницаемость быстро увеличивается и достигает максимального значения. Эта область также является областью с максимальной магнитной проницаемостью. Очевидно, что магнитная проницаемость зоны 1, 2 и 3 не равна, но при расчете параметров трансформатора мы пользуемся формулой. Здесь μ _e — эффективная проницаемость, приравнивающая кривую B — H зон 1,2 и 3 к отношению B и H, полученному по прямой линии.Следует отметить, что эта формула адаптирована для обратноходового преобразователя, работающего в режиме DCM. Обратные преобразователи, работающие в режиме CCM, должны использовать инкрементную проницаемость для точных расчетов. Расчет индуктивности накопления энергии в прямом преобразователе также считается используемым в режиме DCM с использованием μ _e и в режиме CCM с использованием инкрементной магнитной проницаемости.

Для петли максимального гистерезиса, если процесс намагничивания не может вернуться по первоначальному пути, неизбежно возникает потребление энергии.Мощность, потребляемая намагничиванием для одного круга, равна площади, окруженной кривой намагничивания. Чтобы снизить энергопотребление, мы всегда надеемся, что петля гистерезиса будет как можно более тонкой при выборе сердечника, поскольку она больше похожа на прямую, пересекающую нулевую координату. При использовании формулы она ближе к реальной ситуации. Поскольку это приблизительная формула, а B _max магнитопровода понижается с повышением температуры, значение △ B необходимо оставить с запасом при проектировании трансформатора.(Режим DCM обычно не должен превышать 2/3 своего номинального значения B _max . Следует отметить, что это значение соответствует максимальной температуре, при которой продукт может работать). Если запас небольшой, необходимо учитывать ограничение тока максимальной токовой защиты источника питания. Обычно, когда правильно спроектированный источник питания работает без обратной связи в полном диапазоне входного напряжения при полной нагрузке, сердечник трансформатора не насыщается.

Для трансформатора, если все вторичные обмотки не подключены, первичная обмотка эквивалентна индуктору, и весь ток, протекающий через первичную обмотку, намагничивается.В состоянии постоянного тока трансформатор эквивалентен короткозамкнутому компоненту и не может передавать энергию. Когда ток намагничивания велик, трансформатор будет насыщен. В это время резко падает эффективность передачи энергии. В реальных инженерных измерениях все другие обмотки обычно закорачивают для измерения при измерении индуктивности рассеяния определенной обмотки.

Когда вторичная обмотка разомкнута, первичный ток является током возбуждения.Индуктивность первичной обмотки соответствующей вторичной разомкнутой цепи может быть приблизительно равна индуктивности намагничивания. Для фиксированного трансформатора ток возбуждения в основном определяется напряжением, приложенным к первичной обмотке, а индуктивность намагничивания является реальной индуктивностью. Идеальный трансформатор — это просто черный ящик, передающий энергию.

Для прямого трансформатора и преобразователя, работающих как прямой трансформатор, необходим магнитный сброс, и индуктивность намагничивания пропускается через схему сброса для достижения баланса вольт-секунда.Обратный источник питания не требует магнитного сброса, потому что процесс обратного преобразователя сам по себе является процессом магнитного сброса. Существуют некоторые распространенные схемы сброса, такие как резонансный сброс LC, сброс RC или RCD, активный фиксатор и сброс с одной обмоткой.

2.1.2 Управление A ir G ap

Обратный трансформатор по сути является индуктором. Весь его ток — это ток возбуждения. Формула накопления энергии индуктора:.Чтобы увеличить запас энергии, кажется, есть два пути: во-первых, увеличить индуктивность (то есть увеличить количество витков). Таким образом, объем трансформатора будет значительно увеличен. Другая проблема состоит в том, что поскольку магнитопровод постоянен, максимальный рабочий ток неизбежно уменьшается, поэтому неразумно увеличивать индуктивность для увеличения накопления энергии. Второй — увеличить рабочий ток. Текущие требования к накоплению энергии магнитного сердечника возрастают, что в конечном итоге приводит к увеличению общего накопления энергии сердечника.

Хотя магнитная проницаемость после открытия воздушного зазора меньше, чем магнитная проницаемость, когда воздушный зазор не открыт, напряженность магнитного поля (которая пропорциональна току), достигающая магнитного насыщения магнитопровода, значительно увеличивается. Это способствует накоплению большего количества энергии. Увеличение сопротивления после воздушного зазора увеличивает утечку магнитного потока, особенно вокруг воздушного зазора. Если необходимо уменьшить индуктивность рассеяния, катушку можно намотать непосредственно на воздушный зазор, но катушка вокруг воздушного зазора будет находиться в сильном изменяющемся магнитном поле, и в проводе будет генерироваться локальный вихревой ток, и эмалированная проволока пригорает и обесцвечивается через долгое время.Для сердечника из железного порошка с дисперсными воздушными зазорами лучший способ уменьшить индуктивность рассеяния — это равномерно и равномерно обернуть весь сердечник. Ниже приводится формула расчета воздушного зазора трансформатора.

Во-первых, по закону Ома магнитопровода:

(2-1)

N — количество витков катушки, R _m, — магнитное сопротивление, NI — магнитный потенциал (аналогичный электродвижущей силе), и — магнитный поток.

Закон петли Ампера: подставляем его в формулу (2-1) и получаем:

(2-2)

(2-3)

(2-4)

(2-5)

Теперь мы можем получить формулу магнитосопротивления:

(2-6)

По магнитному пути открытого воздушного зазора мы можем узнать, что полное сопротивление равно сумме сопротивления материала и сопротивления воздушного зазора.Поскольку магнитная проницаемость материала намного больше, чем магнитная проницаемость воздушного зазора. Следовательно, магнитное сопротивление материала намного меньше, чем магнитное сопротивление воздушного зазора, поэтому магнитное сопротивление материала игнорируется.

(2-7)

Из формулы накопления энергии индуктора:

(2-8)

Из закона петли Ампера:

(2-9)

Мы экспортируем:

(2-10)

мкм ₀ — вакуумная проницаемость

I — первичный пиковый ток

B — значение магнитной индукции при номинальном режиме работы

S _e — эффективная площадь поперечного сечения A _e

2.1.3 Контроль индуктивности утечки

Рисунок 11. Распределение F люкс L чернил в A ctual T преобразователь

На рисунке 11 показан двухобмоточный трансформатор, N _p — первичный, а N _s — вторичный. — это магнитный поток, который первично связан с вторичным, и магнитные потоки, которые не связаны друг с другом, то есть индуктивность рассеяния.Из-за наличия индуктивности рассеяния первичной обмотки энергия будет передана вторичной обмотке через некоторое время. На практике трансформатор имеет два метода намотки: метод последовательной намотки и метод многослойной намотки. Эти два метода намотки по-разному влияют на электромагнитные помехи и индуктивность рассеяния. Метод последовательной намотки обычно имеет индуктивность рассеяния около 5% от индуктивности, но поскольку первичная и вторичная обмотки имеют только одну контактную поверхность, а емкость связи мала, EMI лучше.Метод сэндвич-намотки обычно имеет индуктивность рассеяния примерно от 1% до 3% от индуктивности. Последовательность намотки многослойной обмотки обычно сначала первичная, затем от одной секунды до одной трети вторичной вторичной обмотки. И чем меньше соотношение сторон, тем меньше индуктивность рассеяния трансформатора. Однако, поскольку первичная и вторичная обмотки имеют только две контактные поверхности и емкость связи велика, электромагнитные помехи возникают относительно сложно. Как правило, когда мощность ниже 30 ~ 40 Вт, энергия утечки приемлема, поэтому чаще используется метод последовательной намотки.Когда мощность превышает 40 Вт, энергия индуктивности рассеяния велика, и обычно можно использовать только метод сэндвич-намотки.

2.1.4 A анализ C контроль P процесс F lyback P поток S подача

В блоке питания с обратным ходом первичный и вторичный ток фактически не изменяются.Теоретически ток первичной обмотки и ток вторичной обмотки плавно изменяются посредством магнитной связи, и ток каждой самой обмотки может изменяться, но на самом деле никаких изменений. Подробный рабочий процесс выглядит следующим образом: после выключения МОП первичный ток заряжает выходной МОП конденсатор и паразитную емкость трансформатора (на самом деле паразитная емкость является разрядом. Для упрощения описания она описывается вместе как зарядка), а затем напряжение на клеммах DS трубки переключателя резонансно возрастает.Поскольку ток очень велик, значение Q в резонансном контуре очень мало, так что в основном это линейный рост. Когда напряжение на клемме DS повышается до тех пор, пока напряжение на вторичной обмотке не достигнет суммы выходного напряжения и напряжения выпрямителя, вторичная обмотка должна быть включена. Однако из-за влияния индуктивности рассеяния вторичной обмотки напряжение будет расти, чтобы преодолеть влияние индуктивности рассеяния вторичной обмотки, так что напряжение, отраженное в первичную обмотку, также немного выше, чем нормальное отраженное напряжение.В таких условиях вторичный ток начинает расти, а первичный ток начинает уменьшаться. Но не забывайте об индуктивности рассеяния первичной обмотки. Поскольку он не может быть связан, его энергия должна высвобождаться. В это время индуктивность рассеяния, выходная емкость MOS и паразитная емкость трансформатора резонируют, напряжение высокое и формируются несколько колебаний. Энергия потребляется в цепи зажима. Следует отметить, что ток индуктивности рассеяния всегда идет последовательно с первичным током, поэтому процесс снижения тока утечки является процессом увеличения вторичного тока.А процесс снижения тока утечки определяется разницей между напряжением на конденсаторе цепи фиксатора и отраженным напряжением. Чем больше разница, тем быстрее падение. Чем быстрее процесс преобразования, тем очевиднее эффективность, и процесс преобразования представляет собой процесс суперпозиции напряжения и тока. При использовании RC для поглощения, поскольку разница между напряжением на C и отраженным напряжением не слишком велика в установившемся режиме, процесс преобразования идет медленно, а эффективность невысока.При использовании TVS для поглощения допустимое напряжение и отраженное напряжение сильно различаются, поэтому преобразование происходит быстро, а эффективность высока. Конечно, RC потребляет больше энергии, чем TVS, но он дешевле.

Когда источник питания использует УЗО в качестве контура поглощения, во время процесса установки вторичного тока напряжение постоянного тока, приложенное к конденсатору, отсутствует и превышает это напряжение. Энергия, поглощаемая контуром поглощения УЗО, состоит из двух частей: одна — это энергия индуктивности рассеяния, а другая — накопитель энергии первичной индуктивности.Если постоянная времени RC составляет от 1/10 до 1/5 периода переключения, потери будут большими, и в процессе обратного хода вторичная энергия будет поглощаться в большом количестве, что приведет к снижению энергоэффективности.

2.1.5 Конструкция A Поглощение C Управление C Схема

Звонок

UC3842: описание, принцип действия, схема включения, применение — Электроника

В статье будет описан принцип работы и схема включения UC3842.Это микросхема, которая представляет собой регулятор ширины импульса. Сфера применения — в преобразователях постоянного тока. Используя одну микросхему, можно создать качественный преобразователь напряжения, который можно использовать в блоках питания для различных устройств.

(обзор)

Для начала нужно продумать назначение всех выводов микросхемы. Описание UC3842 выглядит так:

1. На первый выход микросхемы подается напряжение, необходимое для реализации обратной связи.Например, если вы снизите на нем напряжение до 1 В или ниже, на выводе 6 время импульса начнет значительно уменьшаться.
2. Второй вывод тоже нужен для создания обратной связи. Однако, в отличие от первого, на него нужно подавать напряжение более 2,5 В, чтобы уменьшить длительность импульса. Мощность тоже снижена.
3. Если на третий выход подать напряжение более 1 В, то импульсы перестанут появляться на выходе микросхемы.
4. Четвертый резистор подключен к переменному резистору — с его помощью можно установить частоту импульсов.Между этим выходом и землей включен электролитический конденсатор.
5. Пятый вывод распространен.
С шестого вывода снимается
6. импульсов ШИМ.
7. Седьмой вывод предназначен для подключения питания в диапазоне 16..34 В. Встроенная защита от перенапряжения. Учтите, что при напряжении ниже 16 В микросхема работать не будет.
8. Для осуществления стабилизации частоты импульсов используется специальное устройство, подающее на восьмой вывод +5 В.

Прежде чем рассматривать практическую конструкцию, необходимо внимательно изучить описание, принцип работы и схемы включения UC3842.

Как работает микросхема

А теперь кратко рассмотрим работу элемента. Когда на восьмой ноге появляется постоянное напряжение +5 В, запускается генератор OSC. На входы триггера RS и S поступает положительный импульс небольшой длительности. Затем после подачи импульса срабатывает триггер и на выходе появляется ноль.Как только импульс OSC начнет спадать, напряжение на прямых входах элемента будет равно нулю. Но на инвертирующем выходе появляется логическая единица.

Эта логическая единица позволяет открывать транзистор, поэтому электрический ток начнется до

UC3842 Datasheet | СТ Микроэлектроника

UC2842 / 3/4/5

® UC3842 / 3/4/5

ШИМ-КОНТРОЛЛЕР С РЕЖИМОМ ТОКА

. ОПТИМИЗАЦИЯ ДЛЯ АВТОНОМНОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ DC

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

.НИЗКИЙ ТОК ЗАПУСКА (<1 мА)

. КОМПЕНСАЦИЯ ЗА АВТОМАТИЧЕСКУЮ ПОДАЧУ —

ТИОН

. ОГРАНИЧЕНИЕ ПОМПУЛЬСНОГО ТОКА

. ПОВЫШЕННАЯ НАГРУЗКА ХАРАКТЕРИСТИКИ —

ТЕРИСТИКА

. БЛОКИРОВКА ПОНИЖЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С HYSTER-

ESIS

. ДВОЙНОЕ ПОДАВЛЕНИЕ ИМПУЛЬСА

. ВЫСОКОТОЧНЫЙ ТОТЕМНЫЙ ПОЛЮС НА ВЫХОДЕ

. ЗАЗОРКА С ВНУТРЕННЕЙ ОБРЕЗКОЙ REFER-

ENCE

. 500 кГц РАБОТА

. LOW RO ERROR AMP

ОПИСАНИЕ

Семейство управляющих микросхемUC3842 / 3/4/5 обеспечивает

необходимых функций для реализации в автономном режиме или от постоянного тока до

Схемы управления режимом постоянного тока с фиксированной частотой

с минимальным количеством внешних частей.Внутренне простой —

упомянутые схемы включают функцию отключения при пониженном напряжении —

Пусковой ток менее 1 мА, точность

Обрезка для точности на входе усилителя ошибки,

Minidip

SO14

логика для обеспечения работы с фиксацией, компаратор ШИМ-

Tor, который также обеспечивает текущий контроль пределов, а to-

Темп. Выходной каскад, рассчитанный на источник или приемник

высокий пиковый ток. Выходной каскад, подходит для

, управляющий N-канальными MOSFET, имеет низкий уровень в выключенном состоянии.

Различия между членами этого семейства —

порога блокировки при пониженном напряжении и максимум

диапазонов рабочего цикла. UC3842 и UC3844 имеют

Пороги УВЛО 16В (вкл.) И 10В (выкл.), В идеале

подходит для автономных приложений Соответствующий

пороговые значения для UC3843 и UC3845 составляют 8,5 В

и 7,9 В. UC3842 и UC3843 могут работать с

до рабочих циклов, приближающихся к 100%. Модельный ряд

от нуля до <50% достигается UC3844 и

UC3845 путем добавления внутреннего триггера

, который блокирует вывод через каждый второй тактовый цикл.

БЛОК-ДИАГРАММА (триггер используется только в U3844 и UC3845)

Октябрь 1998 г.

1/11

UC3842. Ограничение тока