Простые схемы импульсных преобразователей постоянного напряжения для питания радиолюбительских устройств
Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Сегодня на сайте “ “
мы рассмотрим несколько схем несложных, даже можно сказать – простых, импульсных преобразователей напряжения DC-DC
(преобразователей постоянного напряжения одной величины, в постоянное напряжение другой величины)
Все схемы управления включены, вы подключаете только небольшую батарею кнопки для питания вольтметра и заряженного аккумулятора. Это помогло только один сезон, и на практике это было не очень ясно. Слишком простое здание без балансира для правильной и одновременной разрядки обоих аккумуляторов приводило к тому, что один из них работал быстрее, чем другой.
Чтобы добиться равномерного напряжения, одна батарея накапливалась более чем на одной батарее. На практике это проявлялось, особенно, после нескольких часов работы, когда было меньше проблем с зарядкой, поскольку одна батарея была почти разряжена, а другая - еще более 7 вольт. Кроме того, эти более дорогие батареи имеют собственную встроенную защиту, чтобы предотвратить их полную разрядку. Зарядка одной детали длится долгое время - в случае позднего приезда, это проблема, чтобы зарядить две батареи до конца ночи, чтобы ее можно было продолжить утром. Самым большим недостатком этой конструкции является поддержание пропорциональности их разряда, когда два аккумулятора 4 В соединены последовательно. Существует небольшое различие в внутреннем сопротивлении одного аккумулятора для разряда больше, чем у другого. На практике это означает, что одна батарея почти разряжена, а другая - заметно меньше. Если это происходит, когда две батареи подключены последовательно, это, очевидно, прерывается, чтобы обеспечить как ток, так и другой. Изменение контрольной лампы для велотренажера позволило включить только одну батарею.
Чем хороши импульсные преобразователи. Во-первых, они имеют высокий КПД, и во-вторых могут работать при входном напряжении ниже выходного.
Импульсные преобразователи подразделяются на группы:
– понижающие, повышающие, инвертирующие;
– стабилизированные, нестабилизированные;
– гальванически изолированные, неизолированные;
– с узким и широким диапазоном входных напряжений.
Для изготовления самодельных импульсных преобразователей лучше всего использовать специализированные интегральные микросхемы – они проще в сборке и не капризны при настройке.
В течение короткого времени использовалась оригинальная конструкция для двух батарей, но не была подключена последовательно, но с использованием переключателя в качестве автономного. В зимнее время конструкция обычно превращалась в «напольный» вариант с одним аккумулятором.
Второе поколение мобильного источника зарядки «тонкое». На первом изображении также показано боковое отверстие для одновременного питания с неустойчивым напряжением. После еще одного года использования оказалось, что вольтметр также бесполезен для контроля снижения напряжения батареи.
Первая схема.
Нестабилизированный транзисторный преобразователь:
Этот преобразователь работает на частоте 50 кГц, гальваническая изоляция обеспечивается трансформатором Т1, который наматывается на кольце К10х6х4,5 из феррита 2000НМ и содержит: первичная обмотка – 2х10 витков, вторичная обмотка – 2х70 витков провода ПЭВ-0,2. Транзисторы можно заменить на КТ501Б. Ток от батареи, при отсутствии нагрузки, практически не потребляется.
Маленький карман позволяет подключение к ремню, а зарядка - бесперебойно или по мере необходимости. Однако для удобства и простоты вы платите за различные времена зарядки в зависимости от емкости аккумулятора. С другой стороны, нет необходимости в зарядном устройстве, оснащенном сложной и дорогой автоматикой. В случае велосипедных осей или прокладок также предпочтительным является относительно низкий вес зарядного устройства с импульсным адаптером. Также хорошо в комплекте входит система зарядки автомобиля в автомобиле через бортовую сеть.
Вторая схема.
Трансформатор Т1 наматывается на ферритовом кольце диаметром 7 мм, и содержит две обмотки по 25 витков провода ПЭВ=0,3.
Запасные решения для неэлектриков
Пример замены платежа в зарядное устройство, используемое при построении мобильного ресурса. Его можно приобрести отдельно для батарей любого типа. Если вы используете более сильную батарею, вы все равно сможете ее сохранить. Мое редактирование заключается в удалении перемычек кабеля.
Вся поверхность склеена мягкой, пористой резиной, улучшая удерживание держателя в руке и сосательный пот. Литий-ионные батареи имеют это напряжение 6, 7 вольт указаны как номинальные или что-то среднее. Конкретные данные следует найти в техническом описании типа используемой батареи.
Третья схема.
: 
Двухтактный нестабилизированный преобразователь на основе мультивибратора (VТ1 и VТ2) и усилителя мощности (VТ3 и VТ4). Выходное напряжение подбирается количеством витков вторичной обмотки импульсного трансформатора Т1.
Более старый тип не использовался в течение некоторого времени, поэтому текущие львы заряжаются от источника питания 4, 1 В с ограниченным током. Опасность взрыва и утечки батареи за счет расширения взрывоопасных газов! используйте деформированные или иным образом механически поврежденные мембраны, если ячейка имеет увеличенный или деформированный алюминиевый корпус, необходимо прекратить ее использовать и немедленно нарезать наборы. Существует опасность возникновения пожара, выделяющегося от газов. При зарядке убедитесь, что зарядное устройство установлено на правильное количество батарей! Зарядка двух трехпроводных напряжений для трехпроводного устройства приведет к его надежному разрушению, а огонь расширяющихся газов снова станет угрожать. не помещайте разъемы на силовые кабели, которые могут соединяться друг с другом, даже если у них есть множество напряжений на своих выходах, особенно дети любят подключать провода, которые вписываются - обратите внимание на кодирование терминалов! Опасность повреждения аккумулятора! . Также возможно использовать его, но с ограниченными требованиями к току и мощности.
Четвертая схема.
Преобразователь на специализированной микросхеме:
Преобразователь стабилизирующего типа на специализированной микросхеме фирмы MAXIM. Частота генерации 40…50 кГц, накопительный элемент – дроссель L1.
ИИП с поддержкой питания
Химическая среда внутри клетки довольно агрессивна. Это приводит к тому, что статья медленно деградирует, даже если она не используется. Практическая жизнь статьи не превышает 2 лет, независимо от того, была ли эта статья использована или нет. Таким образом, если изделие интенсивно используется с быстрой последовательностью зарядки и разрядки, оно достигает гораздо большего числа используемых циклов, чем изделие, которое используется всего несколько раз, поэтому оно остается внутренне распределенным до достижения ожидаемого количества зарядов.
Пятая схема.
Нестабилизированный двухступенчатый умножитель напряжения:
Можно использовать одну из двух микросхем отдельно, например вторую, для умножения напряжения от двух аккумуляторов.
Для двухэлементных батарей обычно нет рассеивания мощности, но неплохо иметь служебный разъем для повышения напряжения. В терминах функции мы можем разделить диски следующим образом. На практике мы часто сталкиваемся с комбинацией различных типов инверторов.
С точки зрения технологии мы можем разделить преобразователи напряжения на две группы. Классические инверторы - работа по электромагнитному или электромеханическому принципу электронных преобразователей - работа по принципу полупроводников. Практически всегда используют магнитные компоненты.
Шестая схема.
Импульсный повышающий стабилизатор на микросхеме фирмы MAXIM:
Типовая схема включения импульсного повышающего стабилизатора на микросхеме фирмы MAXIM. Работоспособность сохраняется при входном напряжении 1,1 вольта. КПД – 94%, ток нагрузки – до 200 мА.
Универсальные преобразователи - SEPIC
Трансформаторы преобразуют электроэнергию в магнитный поток, а затем обратно в электричество. Кроме того, вращающиеся преобразователи используют вращающееся движение при изменении электрических параметров. Одним из самых простых и самых старых преобразователей напряжения является трансформатор.
Вращательный привод может использоваться для преобразования потока постоянного тока, который представляет собой электрическую машину, состоящую из электродвигателя постоянного тока и генератора на общей оси. Проблема с вращающимися приводами заключается в том, что движущиеся части вызывают шум и снижают их надежность.
Седьмая схема.
Два напряжения от одного источника питания
: 
Позволяет получать два разных стабилизированных напряжения с КПД 50…60% и током нагрузки до 150 мА в каждом канале. Конденсаторы С2 и С3 – накопители энергии.
Обычные трансформаторы и поворотные преобразователи, работающие при частом питании 50 Гц, очень большие и тяжелые. Функцию деления можно разделить на. Выпрямители импульсные преобразователи инверторы инверторы инверторы переменного тока. Выпрямители обсуждаются в отдельной главе.
Типовые схемы каскадов импульсных преобразователей с применением индуктивных элементов – дросселей и импульсных трансформаторов
Импульсные преобразователи непрерывно изменяются и с небольшими потерями вводят ток постоянного тока и напряжение в другое выходное значение. Коммутационные схемы, которые вызывают само или даже принудительное переключение тока в инверторе. Схема подключения тиристорного импульсного преобразователя и принцип импульсного управления постоянным током показаны на рис.
Восьмая схема.
Импульсный повышающий стабилизатор на микросхеме-2 фирмы MAXIM:
Типовая схема включения специализированной микросхемы фирмы MAXIM. Сохраняет работоспособность при входном напряжении 0,91 вольта, имеет малогабаритный SMD корпус и обеспечивает ток нагрузки до 150 мА при КПД – 90%.
Описание функции импульсного привода тиристора
Рис. 1: тиристорный импульсный преобразователь. Индуктивность дросселя заставляет ток протекать в исходном направлении, а магнитная энергия дросселя передается на конденсатор. Напряжение и ток двигателя контролируются путем периодического включения и выключения импульсного преобразователя. Ток можно контролировать, регулируя ширину импульса на постоянной частоте с помощью временного сдвига импульсов запуска основного тиристора. Другой способ - контролировать частоту импульсов, когда ширина импульса постоянна.
Девятая схема.
По свету ходит много мифов о высокочастотных силовых трансформаторах и дросселях. Постараемся их развенчать. К несчастью, с магнитными компонентами связана наименее членораздельная часть учебников и руководств, усложняющая в общем-то простые обыденные предметы и явления. Да, много неизвестных переменных, да, много тонкостей, которые надо знать, но как раз о них теория умалчивает, а популярная литература врет, предлагая эмпирические формулы для конкретных задач как решения на все случаи жизни. Например.
Совсем недавно было применено регулирование частотной ширины. Коммутируемые ресурсы обсуждались в отдельной главе. Инверторы представляют собой полупроводниковые бесконтактные преобразователи постоянного тока в переменный, где изменения происходят плавно и практически без задержки.
Описание однофазной инверторной функции
Таким образом, чередование переключения тиристоров от постоянного напряжения будет чередоваться. Тиристоры переменного тока выключаются, когда ток проходит ноль - происходит сетевое коммутирование тиристоров. Коммутационными элементами могут быть также диоды или силовые транзисторы.
Миф первый . Чем больший процент площади окна сердечника заполнен медью - в идеале 100% - тем лучше. Неверно. Во многих конструкциях 100% заполнение, по сравнению со скажем 75% (то же число витков, разное сечение провода) приведет на ВЧ к бОльшим потерям. Нельзя слепо переносить методы расчета с 50 Гц на 500 кГц.
Миф второй . В оптимальном трансформаторе потери на сопротивлении обмотки и потери в сердечнике совпадают. Неверно. Часто одна цифра потерь отличается от другой на 1-2 порядка. Ну и что - это вовсе не главный критерий для конструктора. Этот подход также наследствие "пятидесяти Герц" - так обеспечивают температурное равновесие в массивных сетевых трансформаторах. А у нас вся обмотка - один или два слоя, и условия теплообмена намного упрощаются.
Если инвертор подает индуктивную нагрузку, к тиристорам подключаются антипараллельные диоды. На практике трехфазные мостовые инверторы с 6 перемычками и 6 антипараллельными диодами часто используются для управления скоростью асинхронных двигателей, питаемых от источника постоянного тока.
Изучите трансформатор без трансформатора постоянного напряжения. График выходного напряжения источника питания в зависимости от тока нагрузки. Транзистор управляется генератором прямоугольной формы волны, встроенным в схему. Отметим, что увеличение выходного тока за пределами критического значения приводит к уменьшению выходного напряжения преобразователя. Токи катушек показывают, что в системе есть две фазы. Сигнал в виде пилы подается внутри. Данные передаются параллельно с использованием 8-битной шины.
Миф третий . Индуктивность рассеивания должна составлять 1% от индуктивности намагничивания. Неверно. Она должна быть настолько низкой, насколько возможно - без существенного ухудшения других важных параметров. Сможете довести до 0.1% - прекрасно. А, бывает, и на 10% приходится остановиться.
Миф четвертый . Индуктивность рассеивания есть функция проницаемости сердечника. Неверно. Индуктивность рассеивания обмотки практически не зависит от того, есть ли в витке сердечник или нет. Точнее, вся разница укладывается в 10% (и это при мю в несколько тысяч!). Можете проверить.
Список использованных источников и литературы
Передача имеет полудуплексный тип, в данный момент на шине может быть активен только один отправитель и до четырнадцати приемников. Шина управляется контроллером шины и является единственным устройством, которое имеет возможность указать, кто на шине имеет возможность передавать и кто может получать данные.
Все строки имеют отрицательную логику. «Истинное» значение данной строки характеризуется низким логическим уровнем и «ложным» на высоком уровне. Также строки данных сбрасываются. Для управления шиной данных используются три линии данных. «Истинное» состояние линии указывает, что данные на шине фиксированы и могут быть прочитаны. «Истинный» статус этой линии означает, что устройство не готово к приему данных. Как уже упоминалось, для контроля используются 5 дополнительных шин.
Миф пятый . Оптимальная плотность тока в обмотках - 2А на кв.мм. Или 4А. Или 8А. А пес с ним. Плотность тока не имеет значения. Имеет значение тепловыделение в проводе, и способность, или неспособность, конструкции в целом обеспечить тепловой баланс на допустимой температуре. В зависимости от эффективности охлаждения (от излучения в вакуум до охлаждения в кипящей фазе) - допустимая плотность тока изменяется на два порядка. Ridley cтроит трансформаторы 20 лет, но мы так и не узнали "оптимальную плотность тока" - для нас важна только температура трансформатора.
Контроллер, устанавливающий эту строку в «истинное» состояние, указывает всем подключенным устройствам переключиться в режим дистанционного управления. Обычно в этом режиме устройство имеет заблокированную панель оператора, и пользователь может принудительно переключиться в локальный режим с помощью выделенной кнопки на устройстве. Контроллер, устанавливающий эту строку на истину, заставляет все устройства на шине переходить в неактивное состояние. Это удалит все ранее обработанные устройства. Эта строка используется устройствами в состоянии «Слушать», чтобы сигнализировать контроллеру шины, что он готов к отправке данных или если возникает ошибка.
- Высокий на этой линии означает, что шина находится в режиме данных.
- В этом режиме данные передаются между адресованными устройствами.
Миф шестой . В оптимальном трансформаторе потери в первичке и во вторичке равны. Неверно. А если не равны, тогда что? Главное, чтоб ни одна не перегревалась.
Миф седьмой . Если диаметр провода меньше глубины скин-эффекта, то существенных потерь на ВЧ нет. Очень вредное утверждение. В многослойных обмотках даже при очень тонком проводе - потери будут.
Миф восьмой . Резонансная частота трансформаторной цепи в отсутствии нагрузки должна существенно превышать частоту преобразования. Неверно. Она не играет значения. В идеальном трансформаторе - индуктивность стремится к бесконечности, стало быть резонансная частота на обрыв стремится к нулю … и что? А то, что важен резонанс не на обрыв, а на КЗ вторичной цепи. Вот этот резонанс должен отстоять от несущей частоты на два порядка вверх, не менее.
Вариант подключения прибора
В данной конфигурации анализатор отображает импеданс трансформатора от 10Гц до 15 МГц, для состояний короткорго замыкания нагрузки и обрыва нагрузки. Для импульсных трансформаторов с короткими обмотками необходимо обеспечить КЗ по кратчайшему пути с минимальными потерями. Ведь замыкающее полукольцо даже диаметром несколько сантиметров уже имеет индуктивность, сравнимую с индуктивностью рассеяния первички. Индуктивность рассеивания зависит от частоты! В качестве балласта Rsense R=0.1..1 Ом. Омическое сопротивление обмоток измеряйте только низкоомным мостом или омметром с генератором тока. Проведя цикл измерений, можно определить:
Индуктивность намагничивания - Сопротивление обмотки - Индуктивность рассеивания - Частоту и добротность резонанса на КЗ и на обрыв - Емкость обмотки (до 3 пФ на виток).
Потактное ограничение тока, правильно реализованное, позволяет создать неубиваемый ПН. Для этого датчик тока должен быть быстрым (задержка несколько наносекунд), и быть нагружен непосредственно на управляющий вход ИС контроллера.
Контроллеры с отключением защиты на переднем фронте импульса также не панацея. Те 100 нс задержки (или около того), в течение которых защита слепа - также могут убить ПН. Поэтому бывает целесообразно принудительно ограничить скорость переключения транзистора (что также снижает уровень наводок и излучения как в датчик тока, так и в пространство).
Как протестировать токовую защиту?
Закоротите выход ПН - после выпрямителя и выходного фильтра. К сожалению, при КЗ в самом выпрямителе вашим транзисторам никакая токовая защита не поможет.
Подключите щуп к датчику тока. Постепенно повышайте питающее напряжение до момента, когда контроллер начинает генерировать несущую. На осциллографе вы должны наблюдать узкие пики - схема защиты должна быстро отключать открытые транзисторы. Амплитуда импульсов должна соответствовать порогу срабатывания защиты. Повышайте напряжение питания до максимума. Длительность импульсов должна сузится. Амплитуда может подрасти (за счет задержек распространения токовой ОС) но не существенно. А если растет пропорционально входному напряжению - стоп, ваша ОС слишком медленная.
Затем - это принципиально - цикл измерений следует повторить при минимальных и максимальных температурах воздуха
Вот это важно: параметры феррита, на котором намотан трансформатор тока, могут так уплыть с температурой, что мало не покажется.
Снаббер (snubber - успокоитель) - RC цепь, параллельная обмотке - для шунтирования ВЧ звона. Звон обязательно должен быть подавлен, иначе возможны отказы, излишние наводки и неустойчивость преобразователя. Как правило, RC шунт достаточен для успокоения непокорных обмоток, если частота звона превышает несущую примерно на два порядка или выше. А если нет - то надо искать обходные пути, ведь тогда в полосу пропускания шунта попадет и существенная доля несущей и ее ближайших гармоник.
Второе. Рассчитайте эквивалентный RLC контур под частоту и добротность колебаний. Со стороны первички, известна (должна быть известна!) индуктивность рассеивания. Со стороны вторички - известны емкости диодов.
Характеристическое сопротивление Z = 2 * Pi * f * L (для известной L), Z = 1 / (2 * Pi * f * C) для известной С
Третье. Для начала, попробуем только R-шунт, R=Z. Посчитаем тепловые потери на шунте. Если они неприлично высоки, дополняем звено емкостью С=1 / (Pi * f * R). Увеличение емкости бесполезно - потери растут, подавление звона не улучшается (емкость на ВЧ полностью проводит).
Четвертое. Пересчитаем мощность потерь на R: P = 2* C * V * Fнесушая - это потери только несущей без выделения тепла на звоне. Проверяем в реальной схеме. Первое приближение - как правило - сразу подходит для большинства случаев.
Расположение компонентов и разводка трасс рядом с ИС принципиально важны! Это повторяют в каждом даташите, но не мешает и снова повторить.
Прежде всего - частотозадающая емкость генератора. Разместите ее у самой ноги ИС. Не в пяти миллиметрах, а чем ближе - тем лучше. Иначе, возможны необъяснимые явление - например, схема, рассчитанная на 100 кГц, загенерит на мегаГерцах, из Яузы вылезет русалка и т.п. Причем на прототипе она может и не выплыть, а в серийной плате - проявится во всей красе.
Во-вторых - емкости в цепях питания - также распаять как можно ближе к ногам ИС.
Выход пилы генератора (там, где он доступен извне) не любит когда его нагружают (как и я). Поэтому при отборе сигнала с этого выхода будьте осторожны - даже 100 кОм нагрузка может изменить форму пилы. Правильнее всего генерить пилу параллельно, не подключаясь к первичной цепи генератора.
ИС 3842, 3843 позволяют устанавливать паузу между импульсами от 5% до 30% периода. 3844, 3845 - до 70%. Если необходимо удлинить паузу, можно обойти эти ограничения, изменив времязадающите R, C. Затем добавьие еще один резистор с вывода RTCT на плюс питания - это ускорит заряд и замедлит разряд, удлиняя доступное время паузы.
ИС UC3825 - минимальное время паузы (абсолютное, в миллисекундах) жестко задается емкостью Сt, смотри документацию. Но возможно поступать и так, как описано выше - подключая резистор к Сt. Вот только время это будет плавать всесте с питающим напряжением.
Выходные драйверы ИС не любят индуктивные нагрузки - например, изолирующие трансформаторы - что приводит к дребезгу сигнала на затворе. Причем если оно не проявляется в лаборатории, то в реальной жизни обязательно выплывет в самый неподходящий момент. Ведь параметры трансформатора плавают… Поэтому рекомендуется защищать затвор диодами, а параллельно первичке транчформатора - резистором.
Контроллеры первого поколения, особенно старых лет выпуска, бывают исключительно нестабильны как по опорным напряжениям (с этим можно жить), так и по временным параметрам, вплоть до неверной последовательности срабатывания триггеров и чрезмерного дрейфа несущей частоты (зависит от \стабильности опорных уровней). Если хотите - используйте ИС либо недавнего года выпуска, либо с суффиксами, указывающими на "улучшенные" варианты. Т.е. TL594 а не TL494 и т.д.
Например, недокументированная особенность брянских ИС КР1156ЕУ2 (аналог 3825) - при 12В питании, правильной разводке, при запрещающем уровне на входе ILIM выход 14 в низком уровне (норма) а на выход 11 пролезают короткие, примерно 100нс пики - "недорезанные" фронты несущей амплитудой до 9В. Где-то триггер не работает как надо. А ведь этих обрезков достаточно, чтоб открыть затвор и (а вдруг) убить схему.
Об измерении коэффициента усиления ПН с замкнутой петей ОС - лучше всего измерять ее так, как изложено в следующем разделе, используя анализатор спектра (генератора не достаточно).
Для прямоходных и обратноходных ПН при управлении по напряжению - частота среза должна быть не более четверти частоты нуля передаточной функции на правой половине комплексной плоскости. Если выполнение этого условия не позволяет надежно стабилизировать выход - значит, надо переделывать выходной фильтр.
Для всех ПН - частота среза не должна превышать1/8 несущей частоты.
Самое главное - частота среза ОС не самоцель. Важно выходное сопротивление в диапазоне частот, требуемых нагрузкой, подавление нестабильности входного напряжения, и подавление входных шумов.
Обязательно измерьте поведение петли ОС прежде чем запустить прибор в эксплуатацию.
Прибор, о котором говорится далее - вводит в разрыв цепи ОС (точки 1-2) источник напряжения (свип-генератор). Затем записываются спектры сигнала в двух любых точках схемы и выводится АЧХ отношения этих спектров. Отношение выходного спектра к входному и есть передаточная характеристика (по амплитуде). Можно повторить устройство качественно, используя генератор с трансформаторным выходом и стабилизацией напряжения на вторичной обмотке, и осциллограф.
Измерение параметров петли анализатором спектра АР102В - ПН с оптронной развязкой
Точки подключения щупов каналов А и В позволяют измерить различные передаточные функции
Измерение параметров петли - ПН без гальванической развязки
А-1 B-2: петлевое усиление
А-3 В-2: усиление силового узла и модулятора
А-1 В-3: усиление (ослабление) цепи частотной коррекции
Всегда заземляйте измеряемую схему. Если ее первичная цепь гальванически связана с сетью, включите измерительные приборы в сеть через изолирующий 1:1 трансформатор (но не ЛАТР). Если же заземлить невозможно - изолируйте входы анализатора. Лучше не просто емкостью (она может вылететь) но через специальный развязывающий усилитель.
На низших частотах используйте максимальный выходной сигнал генератора, а при переходе через частоту среза ОС его стоит снизить, при этом удостоверьтесь, что схема не вошла в перевозбуждение. Выше 30 кГц измерения мало надежны изза проблем с заземлением и наводками. В любом случае, сигнал генератора должен впрыскиваться в ту часть схемы, в которой мало переменных составляющих как от несущей частоты ПН, так и от сетевой частоты.
Пример АЧХ устройства
Очень неприятные явления. Многие компоненты импульсного ПН работают на пределе области безопасной работы, и когда летит один элемент, за ним гибнут и другие, уничтожая саму причину, по которой произошел отказ. И искать ее впотьмах - невесело. Вот краткий перечень основных причин, известных профессионалам (которые, тем не менее, молчат…).
А. Перегрузка ключа по току - или гибнет кристалл транзистора, или сгорает проволочка между кристаллом и ногой. Поэтому необходима оперативная защита по току, независимо от мощности. Отсутствие токовой защиты часто сокращает жизнь устройства.
Зная построение ПН автомобильных усилителей, как правило не имеющих потактной токовой защиты (ИС TL494), читатель вправе возмутиться! Собака, как мне кажется, вот где порылась. С одной стороны, ПН с токовой защитой предъявляет более высокие требования к точности и согласованию всех компонентов тракта, а выполнить их в автомобильном температурном диапазоне - приведет к удорожанию усилителя. А с другой - при 12В первичного питания и реальном (кратковременном) пределе МДП по току порядка 50…250А на плечо (1...4 хороших транзисторов) ток - с учетом всех сопротивлений цепи - просто не способен достичь разрушительных значений (другой вопрос - долговременная работа на КЗ, которая и приведет к фатальному перегреву). Сравните это с сетевым БП, где на первичке 300В, а предел по току (при тех же мощностях в нагрузку) - 5…25А.
Б. Перегрузка по напряжению затвор-сток. МДП-транзисторы из хороших домов - IR, Motorola (добавим в список SGS-Thomson и Infineon) убить не так-то просто. Они держат перегрузки по току и напряжению сток-исток, но перегрузки на затворе и их погубят. Драйвер затвора должен гарантированно удерживать напряжение в безопасной зоне, если надо - ставьте стабилитроны. Мы не рекомендуем использовать интегральные драйверы верхнего плеча в высоковольтные схемы. Лучше - трансформаторы, они и к помехам более устойчивы.
В. Чаще всего схема гибнет при включении. Ведь при включении выходная емкость разряжена - схема "видит" КЗ. Ваша токовая защита должна достаточно быстро сработать даже при предельно большом входном напряжении. "Мягкий запуск" контроллера не спасает от этой напасти!
Г. Встроенный "антипараллельный" диод МДП ключа - источник проблем. Он медленный. Пусть этот диод проводит ток, это не смертельно, но во время проводимости диода недопустимо быстрое изменение напряжения на обратное, если в момент изменения на затвор не подается отпирающее напряжение. Подобный отказ часто происходит в полномостовой схеме. По завершении проводящего состояния, индуктивность рассеивания порождает дребезг, и на первом его пике напряжение истока может превысить напряжение питания - диод откроется. Ну и ладно, сейчас этим транзисторам так и так открываться. Но вот если на втором - отрицательном - пике дребезга - и на противоположном плече диоды также откроются, не миновать пробоя. Решение - ставьте снабберы.
Д. Проверьте - правильно ли работает защита контроллера от недостаточного напряжения питания при включении. В ИС контроллеров она достаточно надежна. А в остальных компонентах (комараторы, драйверы и т.п.) - неизвестно. Требование простое - при включении питания контроллер в целом должен установиться в дежурное состояние, на затворах всех силовых ключей - строго запирающий уровень.
Е. Отказы высоковольтных емкостей при высоких температурах.
Ж. Отказ диодов Шотки изза избыточного обратного напряжения (при условии достаточного теплоотвода). Понижающий коэффициент 80% по напряжению - полезная подстраховка.
Поясняю. Особенность ДШ - экспоненциальный рост обратного тока с температурой. Во многих применениях мощность рассеяния на обратном токе сопоставима с потерями на прямом токе (до 20%)! Далее идет цепной разогрев и диод умирает. Поэтому силовые ДШ более критичны к теплоотводу чем обычные диоды.
З. Пользуйтесь правильным инструментом. Необходим скоростной запоминающий осциллограф, фиксирующий одиночные импульсы. Ведь МДП ключ может разрушиться за 10 наносекунд, и это надо уметь увидеть. Важно правильно подключить и землю осциллографа.
Если в схеме пара транзисторов, транс и выпрямитель, почему бы не взять и не промоделировать ее в лоб? Уж не сложнее чем промоделировать БИСину на миллион транзисторов. Хороший вопрос, нельзя и все - просто нет подходящего софта, а данные для расчета моделей трансформаторов все равно придется снимать вручную.
Из известного науке и практике лучше всего для наших целей подойдет аналоговый компьютер, который придется построить самому - Макетная Плата. И ничего с ним не сравнится. Во-первых, никакое моделирование не учтет множество критических для ПН параметров, особенно выходящих за границы реальных проводов и компонентов (теплообменные процессы, ЭМ излучение). Ведь многие из этих факторов определяются расположением компонентов и трасс на плате - их нельзя учесть, не построив ее. То же сопротивление и индуктивность провода от ключа до обмотки - критический компонент любого БП. А, во-вторых, модели внутри традиционного САПРа не предназначены для корректной отработки импульсов большой амплитуды, и нередко просто не сходятся к решению.
Роль моделирования в цикле проектирования. Стоит тогда вообще с моделированием связываться? Стоит, только всегда надо помнить (и знать, конечно) ограничения САПРовских моделей. Вот как рекомендуется ими пользоваться
Публикация: www.klausmobile.narod.ru, www.cxem.net
Смотрите другие статьи раздела .