Лекции 9-10 - Конспекты (1095378), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

СУ содержит генераторлинейно изменяющегося (пилообразного) напряжения (генератор "пилы") Uлин.Это напряжение сравнивается с ΔU. Независимо от вида пилообразногонапряжения (линейно нарастающее или линейно спадающее) переключениеуровня напряжения Uупр осуществляется в момент времени, когда U  U лин .14Электропитание РЭАГлава 7.1Причём в любом случае, когдаU  U лин , формируется сигнал Uупр,открывающий РЭ. В противном случае ( U  U лин ) U упр  0 – и РЭ закрыт.Рисунок 7.6 – Принцип формирования управляющих импульсов при ШИМрегулированииТаким образом, при увеличении выходного напряжения Uвых сигналошибки ΔU также увеличивается, а длительность импульса управления tвклуменьшается.

При уменьшении выходного напряжения Uвых сигнал ошибкиуменьшается ΔU, а длительность импульса tвкл увеличивается. Изменениедлительности импульса tвкл приводит к изменению времени включенногосостояния силового ключа и, следовательно, к пропорциональному изменениювыходного напряжения. Так в ПН с ШИМ обеспечивается стабилизациявыходного напряжения.В настоящее время наибольшее распространение получили две схемыШИМ: с управлением по напряжению (voltage mode) и с управлением по току(current mode). Соответствующие схемы приведены на рисунке 7.7.ШИМ с управлением по напряжению имеет давнюю историю – этотспособ управления РЭ начал применяться с момента появления первыхимпульсных стабилизаторов. В таких стабилизаторах используют одну цепьотрицательной ОС по напряжению.

Управляющий ШИМ сигнал формируется15Электропитание РЭАГлава 7.1компаратором, который сравнивает сигнал ошибки выходного напряжения спилообразным сигналом задающего генератора (рисунок 7.7а).а)б)Рисунок 7.7 – ШИМ с управлением по напряжению (а) и току (б)Анализируя передаточную функцию системы "СУ-выход" для данноготипа стабилизатора, можно заметить, что входное напряжение напрямуювлияет накоэффициентусиленияконтурарегулирования,приводякухудшению стабилизации выходного напряжения. Однако современныестабилизаторы избавлены от этого недостатка благодаря ОС по входномунапряжению, которая изменяет наклон пилообразного сигнала, формирующегоШИМ, в зависимости от входного напряжения.В стабилизаторах с управлением по току в дополнение к цепи ОС понапряжению имеется ещё одна петля ОС, сигнал в которой определяется токомв дросселе.

Этот сигнал вместе с сигналом ошибки выходного напряженияпоступает на вход модулятора (рисунок 7.7б).Дополнительный сигнал ОС поступает с датчика тока дросселя исравнивается с управляющим сигналом, формируемым из сигнала ошибкивыходного напряжения. Схема коррекции наклона пилообразного напряженияустраняет возможность самовозбуждения стабилизатора на субгармониках прикоэффициенте заполнения управляющего сигнала более 50%.При открытом регулирующем транзисторе ток через резистор датчикатока дросселя обеспечивает линейно нарастающее напряжение на выходеусилителя тока. Изменение этого напряжения пропорционально изменению16Электропитание РЭАГлава 7.1тока в дросселе.

Далее этот пилообразный сигнал после коррекции наклонасравнивается с выходным сигналом усилителя ошибки.Регулирующий транзистор открыт до тех пор, пока напряжение стокоизмерительного резистора не сравняется с управляющим напряжением.При равенстве этих двух напряжений регулирующий транзистор закрывается.Следующий цикл начнётся с установки RS-триггера по сигналу от тактовогогенератора фиксированной частоты. Таким образом, цепь ОС по напряжениюопределяет уровень выходного напряжения, при котором цепь ОС по токуосуществляет регулировку пикового тока через регулирующий транзистор идроссель.

Временны́ е диаграммы работы ШИМ-управления по току приведенына рисунке 7.8.Рисунок 7.8 – Временны́ е диаграммы работы ШИМ-управления по токуВажно отметить, что контуры ОС работают с разным быстродействием –токовый контур осуществляет регулирование по каждому импульсу включения,аконтуруправлениянапряжением17работаетгораздомедленнее.ЭтоЭлектропитание РЭАГлава 7.1необходимо для того, чтобы иметь на выходе стабилизатора напряжение,которое стабильно в течение долгого периода времени и не имеет колебаний.Введение местной ОС по току позволяет перенести один из полюсовпередаточной функции стабилизатора в область высоких частот за частотусреза разомкнутого контура регулирования напряжения.

Таким образом, впередаточной функции внешнего контура регулирования напряжения остаётсяодин полюс, обусловленный выходным фильтром и сопротивлением нагрузки.То есть такой стабилизатор можно рассматривать как источник тока, питающийконтур из параллельно соединённых выходного конденсатора и сопротивлениянагрузки, полюс передаточной характеристики которого находится нижеполосы частот контура регулирования тока. В целом, это значит, чтообеспечить устойчивость ШИМ-контроллера с управлением по току гораздолегче, чем ШИМ-контроллера с управлением по напряжению.Прежде к числу недостатков управления по току относили необходимостьточного измерения тока, следствием чего были потери на датчике тока.Современные интегральные микросхемы (ИМС) стабилизаторов уже нетребуют внешнего токоизмерительного резистора; в качестве такого внастоящее время используют сопротивление канала сток-исток открытоговнутреннего полевого транзистора.

Помимо более простой схемы коррекции,стабилизаторы с управлением по току имеют превосходную стабильностьвыходного напряжения, очень хорошую переходную характеристику прирезких изменениях нагрузки, а также обеспечивают поцикловое ограничениетока, поскольку ток измеряется в каждом цикле переключения.Стабильностьизменениявыходноговыходногонапряжениянапряженияприопределяетсяизменениикакстепеньвходного.Этахарактеристика связана с коэффициентом усиления передаточной функциисистемы "СУ-выход".

Поскольку в стабилизаторах с управлением по токуданный коэффициент усиления не зависит от напряжения на входе,обеспечивается очень хорошая стабилизация выходного напряжения. Кроме18Электропитание РЭАГлава 7.1того, поскольку такая топология обеспечивает ме́ ньшее запаздывание по фазе иво времени в контуре регулирования, стабилизатор с управлением по токуобладаетлучшейпереходнойхарактеристикой,чемстабилизаторсуправлением по напряжению.Рассмотрим далее назначение цепи коррекции наклона пилообразногосигнала. Предположим, что стабилизатор работает в режиме непрерывныхтоков. Это значит, что ток через дроссель никогда не снижается до нуля, акоэффициент заполнения составляет около 75% при большой нагрузке. Приэтом пилообразный сигнал, подаваемый на ШИМ-компаратор, определяетсяисключительно выходным током стабилизатора, то есть коррекция наклонаотсутствует.

Затем ток нагрузки уменьшается, в результате чего контуррегулирования по току начинает раньше закрывать регулирующий транзистор.Поскольку коэффициент заполнения составляет 75%, то ток в обмоткедросселя и магнитный поток в его сердечнике не успевают снизиться до нуля.При этом крутизна спада тока дросселя определяется напряжением на нагрузке.Если нагрузка не закорочена, то требуется некоторое время, чтобы ток ввыходном дросселе снизился до нижнего порога переключения ШИМкомпаратора.Когда сигнал от задающего генератора запустит следующий циклпереключения, транзистор не откроется, поскольку ток в дросселе всё ещёбудет слишком большим (или откроется на очень короткое время приминимальном рабочем цикле контроллера).

Если ток, потребляемый нагрузкой,действительно велик, то следующий цикл начнётся в тех же условиях – итранзистор останется закрытым.Описанные условия вызывают самовозбуждение стабилизатора насубгармониках частоты переключения. Чтобы избежать этого, и вводитсякоррекция наклона пилообразного сигнала, которая обеспечивает снижениепилообразного сигнала до нуля в течение короткой паузы. Это не устраняет19Электропитание РЭАГлава 7.1очень коротких импульсов, но предотвращает самовозбуждение, так как сигналгенератора суммируется с сигналом тока.Вместе с тем ШИМ используют практически в любом современном ИЭПглавным образом из-за постоянной частоты переключения РЭ.Однако ШИМ не обеспечивает высокого быстродействия и требуетсложной схемы компенсации для достижения устойчивой работы.

Кроме того,ШИМ накладывает ограничения и на динамический диапазон выходногонапряжения стабилизатора, а также обуславливает нестабильную работустабилизатора в режиме малых нагрузок и холостого хода.Действительно, основными причинами нестабильной работы ИЭП сШИМ являются:1. Невозможность ШИМ-контроллера установить требуемый (малый)коэффициент заполнения D. Так, например, минимальная длительностьимпульса ШИМ-контроллера типа UC38XX (1114ЕУX) с учётом всех задержексигнала составляет около 0,5 мкс.

С целью устранения данного недостатка навыходе стабилизатора устанавливают резистор или стабилитрон с напряжениемстабилизациичутьвыше,чемноминальноевыходноенапряжениестабилизатора.2. Уменьшение напряжения электропитания ШИМ-контроллера. Суменьшением длительности управляющего импульса, когда энергия в дросселезапасается, уменьшается и активная фаза паузы, когда энергия дросселяпередаётся в нагрузку и заряжает конденсатор. ШИМ-контроллер жепотребляется практически один и тот же ток независимо от режима работынагрузки.

В результате с уменьшением тока нагрузки уменьшается инапряжение электропитания ШИМ-контроллера, который выключается, а затемснова включается. При таком режиме работы среднее значение выходногонапряжения снижается и появляются значительные пульсации.20Электропитание РЭАГлава 7.17.3.3 Частотно-импульсное регулированиеПри частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) изменение выходногонапряжения Uвых производят за счёт изменения частоты следования выходныхимпульсов ( f 1 var ) при неизменной их длительности ( tвкл  const ).TСоответствующие импульсы управления приведены на рисунке 7.9.Типовая структура повышающего ПН с ЧИМ приведена на рисунке 7.10.Рисунок 7.9 – Импульсы управления в ЧИМ-контроллереРисунок 7.10 – Структура преобразователя напряжения с ЧИМВЧИМ-контроллереиспользуютдваодновибратора(monostablemultivibrator), функционирование которых определяется током, потребляемымот ПН.

Характеристики

Список файлов лекций