Лекция 13 - Конспекты

ГЛАВА 7.3ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯСоставитель:к.т.н. Родин М.В.Москва – 2017Электропитание РЭАГлава 7.3СОДЕРЖАНИЕ7.14 Интегральные импульсные стабилизаторы .............................................. 37.15 Цифровые технологии в импульсных стабилизаторах .......................... 107.16 Электромагнитная совместимость импульсных источниковэлектропитания .................................................................................................... 187.16.1 Общие сведения.............................................................................................

–7.16.2 Виды и допустимые нормы электромагнитных помех ............................. 217.16.3 Электромагнитные аномалии в сетях электроснабжения ......................... 277.16.4 Помехи в импульсных источниках электропитания ................................. 297.16.5 Методы обеспечения электромагнитной совместимости .........................

357.16.6 Расчёт сетевого помехоподавляющего фильтра ........................................ 552Электропитание РЭАГлава 7.37.14 Интегральные импульсные стабилизаторыИнтегральныенеотъемлемойимпульсныечастьюстабилизаторысовременнойРЭА,напряженияхарактеристикиявляютсякоторойвзначительной мере определяются стабильностью питающих напряжений.Применение ИМС в ИЭП значительно упрощает задачу их построения, атакже способствует улучшению массогабаритных характеристик РЭА.Отечественная и зарубежная промышленность выпускает значительноечисло типономиналов ИМС, предназначенных для построения импульсныхИЭП. В частности, на рынке представлены две разновидности ИМС дляимпульсных ИЭП:1.

Законченные (полноценные) импульсные стабилизаторы, содержащие всвоём составе силовые ключи.2. ИМС, содержащие элементы СУ для импульсных стабилизаторов.Наиболее универсальными являются ИМС второй группы, которые, посуществу, представляют собой набор элементов для построения импульсныхстабилизаторов различных типов.Втаблице7.4приведеныосновныехарактеристикинаиболеераспространённых ИМС для разработки импульсных ИЭП.Таблица 7.4 – Основные характеристики распространённых ИМСТип ИМСКР1446ПН1Е("Ангстрем")142ЕП2Т("Элтом")1156ЕУ1(НТЦ "СИТ")ВходныеФункциональноенапряжения,назначениеВПовышающийрегулятор0,9-5напряженияНабор элементовдля ШИМуправления2,5-25мощнымрегулирующимэлементомНабор элементовдля ШИМуправления2,5-403ВыходныепараметрыПримечание3,3; 5 В0,1 А0,7-24 В0,2 А1,25-40 В1,5 АРассчитана дляпонижающих,повышающих иинвертирующихЭлектропитание РЭАТип ИМСГлава 7.3ВходныеФункциональноенапряжения,назначениеВВыходныепараметрыПримечаниеимпульсныхстабилизаторов1114ЕУ1("Элтом")1114ЕУ3("Элтом")ДвухтактныйШИМ-контроллерШИМ-контроллер10-209-3636 В0,1 ААналог TL4942x0,2 АИмеетдополнительныйусилитель дляорганизации ОС потоку ивозможностьвключениясинфазногорежима работывыходных каскадовдля увеличения ихнагрузочнойспособностиК1156ЕУ5(НТЦ "СИТ")ШИМ-контроллерс регулированиемпо токуDC-DCпреобразовательAN1203("Ангстрем")ШИМ контроллердля AC/DCAN2827("Ангстрем")3,3/5В илипрограммируемыйповышающийрегулятор0.8-63,3; 5 В илирегулируемое0,5 АLM2594("TexasInstruments")DC-DCпреобразователь<601,23-37 В0,5 АLM2663("NationalSemiconductor")DC-DCпреобразователь1,5-5,50,75-11 В0,2 АНа переключаемыхконденсаторахLM3262("TexasInstruments")DC-DCпреобразователь суправляемымнапряжением2,5-5,50,-3,6 В1А6 МГцДля СВЧусилителейК1033ЕУ15В(НТЦ "СИТ")Аналог UC38423-401,5 АТоковый режим спереходом в режимпропусканияимпульсов164ИмпульсночастотнаямодуляцияЭлектропитание РЭАГлава 7.3Как видно из приведённой таблицы, выпускаемые ИМС для импульсныхИЭП имеют весьма широкую номенклатуру.

Самыми распространёнными изних являются ИМС ШИМ-контроллеров, предназначенные для построения какдроссельных ПН (понижающего, повышающего и инвертирующего типов), таки трансформаторных. Ряд фирм также выпускает специализированные ИМСдля построения конденсаторных ПН, а также ПН с ЧИМ-регулированием.РассмотримдляпримераотечественнуюИМСтипа1156ЕУ1,упрощённая структурная схема которой приведена на рисунке 7.102. ИМСпредставляет собой набор типовых функциональных элементов импульсногостабилизатора, расположенных на одном кристалле. В состав ИМС входятследующие элементы: источник опорного напряжения 1,25 В; операционныйусилитель с напряжением смещения 4 мВ, коэффициентом усиления больше200 тыс., скоростью нарастания 0,6 В/мкс; широтно-импульсный модулятор,включающий задающий генератор, компаратор, схему "И" и RS-триггер;ключевой транзистор с драйвером; силовой диод с прямым током 1 А иобратным напряжением 40 В.Рисунок 7.102 – Структура ИМС 1156ЕУ1Рассматриваемая ИМС предназначена для построения импульсногостабилизатора повышающего, понижающего или инвертирующего типа.Отметим основные характеристики ИМС:5Электропитание РЭАГлава 7.3- регулировка выходного напряжения в пределах 1,25…40 В;- выходной импульсный ток до 1,5 А;- входное напряжение от 2,5 В до 40 В;-рабочая частота от 0,1 до 100 кГц;- диапазон рабочих температур от минус 60°С до +125°С.Данная ИМС может управлять внешним биполярным или полевымтранзистором, если требуется выходной ток больше 1,5 А и напряжение выше40 В.Пожалуй, самыми распространёнными в импульсных ИЭП бытовой икомпьютерной техники являются ИМС ШИМ-контроллера UC3844, UC3845,UC2844, UC2845.

Они специально были разработаны для управления полевымключевымтранзисторомв схемахDC-DCпреобразователей.ИМСснаименованием UC3844 выпускает фирма "Texas Instruments". Аналогами этойИМСявляются:DBL3844фирмы"DAEWOO",SG3844фирмы"MICROSEMI/LINFINITY", KIA3844 фирмы "КЕС", GL3844 фирмы "LG", атакже ИМС других фирм с различными литерами (AS, МС, IP и т. д.) ицифровым индексом 384Х.ПомимоИМСконтроллеровимпульсных ИЭП особымспросомпользуются модули электропитания, которые являются по сути готовыми ИЭП.Они содержат в себе стабилизаторы напряжения, защитные элементы, а такжевыпрямители и фильтры. В настоящее время на мировом рынке широкопредставлены модули электропитания фирм "Vicor" (США), "Traco Power"(Швейцария), "Crane Electronics" (США).

В России модули электропитаниявыпускают фирмы АО "СКТБ РТ" (г. Великий Новгород), АО "НПП "Элтом"(пос. Томилино), АО "ГК "Электронинвест" (г. Москва), ООО "АЕДОН"(г. Воронеж), ЗАО "ММП-Ирбис" (г. Москва) и некоторые другие.Внешний вид некоторых модулей электропитания представлен нарисунке 7.103.6Электропитание РЭАГлава 7.3Рисунок 7.103 – Внешний вид модулей электропитанияРассмотрим некоторые интегральные ПН, представленные на рынке ИЭП.ПН семейства Cool-Power ZVS Buck Regulator ("Vicor") – этоинтегральныеимпульсныепонижающиестабилизаторынапряженияссинхронным управлением силовыми ключами, неизолированным (от входныхэлектрических цепей) выходом и внешней катушкой индуктивности. Отклассического синхронного buck-преобразователя с двумя силовыми ключами,работающими в противофазе, ZVS buck-преобразователь отличается тем, что вего структуре есть третий силовой ключ S1 (рисунок 7.104).

Он замыкается втот момент, когда ключ VT1 находится в разомкнутом состоянии, а ключ VT2переходит из замкнутого в разомкнутое состояние. При размыкании ключа S1 врезонансном контуре, частью которого является катушка индуктивности L,начинается переходный процесс, приводящий к росту напряжения в выходномузле . К тому моменту времени, когда замыкается главный силовой ключ VT1,напряжение в выходном узле достигает уровня, близкого к входномунапряжению Uвх. Таким образом, падение напряжения на ключе VT1 в момент7Электропитание РЭАГлава 7.3его замыкания приблизительно равно нулю, и именно этим обстоятельствомобъясняется название преобразователя – ZVS (Zero Voltage Switching).Рисунок 7.104 – Упрощённая схема ZVS преобразователя напряженияВ частности, PI33xx – это интегральный функционально законченныйстабилизатор с входным напряжением от 8 до 36 В, выходным напряжением от1 до 16 В, выходным током до 15 А, КПД до 98% и миниатюрным корпусомтипа LGA c габаритными размерами 10x14x2,6 мм3.

Для того чтобы на базетакой ИМС построить законченный ИЭП, необходимо подключить к ней всеготри внешних пассивных компонента – входной Cвх и выходной Cвыхконденсаторы и катушку индуктивности L (рисунок 7.105а). Ещё один внешнийконденсатор (между выводами TRK и SGND, на рисунке не показаны)требуется для программирования скорости нарастания выходного напряженияпри включении ИЭП (режим плавного пуска), а также один внешний резисторможет понадобиться для регулировки выходного напряжения.а)б)Рисунок 7.105 – Схема включения ИМС PI33XX (а) и её размеры (б)8Электропитание РЭАЕщёГлава 7.3однимпредставителемфирмы"Vicor"являютсямодулиэлектропитания семейства Maxi, Mini, Micro DC-DC converters.

Внешний вид, атакже внутреннее устройство Maxi модуля представлены на рисунке 7.106.Рисунок 7.106 – Внешний вид и устройство модуля электропитания типа V300("Vicor")Рассматриваемые модули представляют собой квазирезонансные DC-DCпреобразователи,использующиеЧИМ-регулированиеспереключениемсиловых транзисторов при нулевом токе, в отличие от ШИМ преобразования,характерногодляDC-DCпреобразователейбольшинствадругихпроизводителей. Технология ЧИМ-регулирования в DC-DC преобразователяхдаёт ряд преимуществ: у них выше удельная плотность конвертируемоймощности, высокий и не зависящий от нагрузки КПД, значительно меньшегенерируемые помехи, а также имеется возможность подстройки выходногонапряжения в широких пределах и параллельного включения модулей дляповышения мощности и резервирования.Основными особенностями серии модулей Maxi, Mini, Micro DC-DCconverters являются:- возможность параллельного включения для увеличения мощностисистемы и резервирования;- защита от пониженного и повышенного напряжений на входе;- защита от перенапряжения на выходе;- защита от перегрева;9Электропитание РЭАГлава 7.3- защита от перегрузки по току и короткого замыкания;-подстройкавыходногонапряжениявширокихпределах(0.1…1.1Uвых.ном);- дистанционное включение/отключение;- 5 градаций по температурам эксплуатации;- три типоразмера в зависимости от выходной мощности (рисунок 7.107).Рисунок 7.107 – Типоразмеры модулей электропитания семейства Maxi, Mini,Micro DC-DC converters ("Vicor")7.15 Цифровые технологии в импульсных стабилизаторахСистема управления ПН является его составной частью, выполняябольшое количество функций, сложность и число которых непрерывновозрастают.