Лекции 9-10 - Конспекты (1095378), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Подходит дроссель типаД17-2, у которого L  2 мГн , I под _ макс  6,3 А , RL  0,3 Ом .3. Определяют требуемое значение ёмкости C выходного конденсатора изусловий обеспечения заданной пульсации выходного напряжения и амплитудыего выброса ΔUвыбр при сбросе тока нагрузки от максимального доминимального.Для первого условия ёмкость находят какC 1  Dмин U вых16  f 2  L  U вых~,(7.101)а для второго –IC  Помаксимальному2Н _ макс I Н _ мин  L2  U выбр  U выхзначениюполученных.(7.102)ёмкостейвыбираютокончательную ёмкость конденсатора С.Для рассматриваемого случая с учётом U выбр  0, 2 В искомые ёмкостисоставятC   52 мкФиC   104 мкФ .Окончательноможно выбратьконденсатор типа К50-92 ("Элеконд", г.

Сарапул) со следующими параметрами:C  220 мкФ , U ном  25 В .4.Определяютпараметрырегулирующеготранзистора:Iс_макс–максимальный ток стока; Uси_макс – максимальное напряжение сток-исток. Ихоценка может быть произведена как76Электропитание РЭАГлава 7.1U си _ макс  U вх _ макс ,I с _ макс  I Н _ макс (7.103)I L,2(7.104)гдеI L U вых 1  Dmin .Lf(7.105)По найденным значениям Iс_макс, Uси_макс и частоте преобразования fвыбирают тип транзистора.ДлярассматриваемогопримераI c _ макс  1,09 А ,U cи _ макс  26, 4 В .Подходит полевой транзистор типа IRLML0060 ("Infineon") с параметрами:U cи _ макс  60 В , I c _ макс  1,09 А , Rcи  92 мОм .Как правило, рассеиваемая транзистором мощность зависит от потерьP1VT на сопротивлении канала сток-исток в открытом состоянии и потерь напереключение P2VT.Максимальные потери на сопротивлении канала сток-исток открытоготранзистора могут быть определены какP1VT  I c2 Rси .Так каксопротивление(7.106)в справочных данных обычно приводят максимальноеканаласток-истокоткрытоготранзисторатолькопритемпературе 25°C, требуется оценить эту величину для нагретого транзистора.Согласно практическому правилу, температурный коэффициент 0,5%/°Cобеспечивает хорошее приближение для расчёта максимального сопротивленияканала сток-исток открытого транзистора при любой температуре.

Такимобразом, сопротивление канала сток-исток открытого транзистора в нагретомсостоянии можно найти какRси _ макс  1  0,005(TJмакс  25) Rси ,(7.107)где TJмакс – максимальная температура перехода транзистора (для выбранноготранзистора TJмакс составляет 175 °C).77Электропитание РЭАГлава 7.1Таким образом, для выбранного транзистора максимальное значениемощности потерь на сопротивлении открытого канала сток-исток составитоколо 0,15 Вт.Всвоюочередь,максимальноезначениемощностипотерьнапереключение транзистора можно определить какP2VT CVTU си _ макс fI с _ максIЗ,(7.108)где CVT – проходная ёмкость транзистора, равная для выбранного транзистора300 пФ; IЗ – ток, втекающий в затвор транзистора, равный 0,1 А.Для выбранного транзистора мощность потерь на переключение составитоколо 0,05 Вт.Тогда суммарные потери мощности PVT в регулирующем транзистореможно найти какPVT  P1VT  P2VT ,(7.109)и для рассматриваемого примера они составят около 0,2 Вт.

Для выбранноготранзистора максимальная мощность рассеяния равна 1,25 Вт. Следуетотметить, что обычно производители транзисторов приводят графики собластью безопасных режимов работ транзистора. В этом случае его выборможет быть проведён согласно этим графикам.5.Определяютпараметрыкоммутирующегодиода:UVD_макс–максимальное обратное напряжение на диоде; IVD_макс – прямо ток через диод.Их оценка может быть произведена какUVD _ макс  U вх _ макс ,IVD _ макс  I Н _ макс (7.110)I L.2(7.111)По найденным значениям параметров UVD_макс, IVD_макс и f выбирают типдиода, находят прямое падение напряжения на нём и определяют рассеиваемуюна нём мощность.78Электропитание РЭАДляГлава 7.1рассматриваемогопримераIVD _ макс  1,09 А ,UVD _ макс  26,4 В .Подходит сборка диодов Шоттки типа КД289Б ("ВЗПП-С", г.

Воронеж),имеющая следующие параметры: IVD _ макс  2 А , UVD _ макс  50 В .Рассеиваемая на диоде мощность может быть рассчитана какPVD  UVD IVD _ макс ,(7.112)где UVD – падение напряжения на открытом диоде. В рассматриваемом примерерассеиваемая на диоде мощность составит около 0,5 Вт.6. Определяют требуемый коэффициент передачи цепи ОС, исходя иззаданного значения коэффициента стабилизации:K ОС  Dмакс  Dмин  KUU вхU вх _ макс  U вх _ мин U вых.(7.113)Для рассматриваемого примера K ОС  4,6 .7.5Преобразователинапряженияснакачкойзаряда(конденсаторные)В отличие от ПН, использующих индуктивности для накопления энергиив магнитном поле, ПН с накачкой заряда (charge pump) используютконденсаторы для переноса и накопления энергии.

Такие ПМ называют такжеконденсаторными или ёмкостными (switched-capacitor converters).При появлении на рынке электронных компонентов в конце 1990-х гг. ПНснакачкой зарядасильноуступали индуктивнымпо широтесвоихвозможностей и могли предоставить лишь малые токи и нестабилизированныевыходные напряжения, кратные входным (обычно с кратностью 2, 3 или -1). Впоследующие годы интерес к ПН с накачкой заряда непрерывно возрастал из-запростоты их использования, дешевизны и высокого КПД.Функциональная схема простейшего удвоителя напряжения с накачкойзаряда представлена на рисунке 7.44а, а временна́ я диаграмма, поясняющая егоработу – на рисунке 7.44б. В фазе 1 ключи К2, К3 замкнуты, а К1, К4 –79Электропитание РЭАГлава 7.1разомкнуты: происходит зарядка конденсатора Cр до напряжения источникапитающей сети Uвх; в это время нагрузка расходует энергию конденсатора Cвых.В фазе 2 состояния ключей меняются на противоположные: К2, К3 разомкнуты,а К1, К4 замкнуты: конденсатор Cвых подзаряжается до напряжения, равногосумме напряжения источника Uвх и напряжения на конденсаторе Cр.

Такимобразом, напряжение на нагрузке колеблется в небольших пределах вокруг 2Uвхс частотой коммутации ключей.а)б)Рисунок 7.44 – Простейший преобразователь с накачкой зарада (а) и временны́ едиаграммы его работы (б)Исторически самым известным устройством, интегрирующим сразу дваПН с накачкой заряда, был драйвер интерфейса RS232 фирмы "Maxim"MAX202. Первый ПН удваивал напряжение 5 В, а второй инвертировалполученное напряжение 10 В в -10 В. И хотя параметры этих ПН былиневысоки: выходной ток – единицы миллиампер, а для работы необходимы 5электролитических конденсаторов по 10 мкФ, – компактное интегральноерешение MAX202 было экономически более выгодно, чем 3 отдельные ИМС:драйвер RS232 и два дроссельных ПН.В настоящее время в связи с миниатюризацией электронных компонентови бурным развитием рынка портативных устройств с электропитанием отгальванических элементов и аккумуляторов всё более привлекательнымистановятся именно ПН с накачкой заряда.

Усилия разработчиков ПН,80Электропитание РЭАГлава 7.1направленные на устранение главных недостатков: малой нагрузочнойспособности, повышенных пульсаций и отсутствия стабилизации выходногонапряжения, привели к созданию ряда весьма удачных ИМС с накачкой заряда.Проблема малой нагрузочной способности была решена с развитиемтехнологийпроизводствакомпонентов.Споявлениемкерамическихконденсаторов с низким внутренним сопротивлением и ёмкостью до сотнимикрофарад появилась возможность переносить большие заряды на высокихчастотах. Затем развитие кремниевых технологий позволило интегральнымКМОПключамкоммутироватьтокивединицыамперпринизкомуправляющем напряжении.

Благодаря этому современные ПН с накачкойзаряда работают, начиная от напряжения одного элемента (0,9-1,5 В), иобеспечивают ток нагрузки до 300 мА, используя керамические конденсаторыемкостью 1-4,7 мкФ, переключаемые с частотой до 1 МГц.Следующая проблема повышенных пульсаций решилась внедрениемдвухтактной (push-pull) схемы удвоителя напряжения (рисунок 7.45). Эта схемаобъединяет два ПН с накачкой заряда, работающих параллельно, но впротивофазе. Пока конденсатор Cр1 заряжается от источника напряжения Uвх,конденсатор Cр2 передаёт часть заряда выходному конденсатору Cвых; вследующем полупериоде заряжается Cр2, а разряжается Cр1.

Таким образом,происходит непрерывная передача энергии в нагрузку. При этом происходит изаметное снижение пульсаций выходного напряжения в двухтактной схеме посравнению с однотактной схемой, показанной на рисунке 7.44а.Последняяинаиболеетруднаязадачастабилизациивыходногонапряжения решается сегодня тремя способами:- изменением схемы коммутации;- преобразованием с пропуском импульсов;- преобразованием с постоянной частотой.Внедрениюстабилизацииметодомизменениясхемыкоммутацииспособствовала разработка схемы умножителя напряжения с нецелым81Электропитание РЭАГлава 7.1коэффициентом кратности преобразования. Развитие кремниевой технологиипозволило совместить на одном кристалле умножители ×1.5, ×2 и ×3.Стабилизация производится изменением в процессе работы коэффициентапередачи умножителя в зависимости от изменения входного напряжения и токанагрузки.

Характеристики

Список файлов лекций