Новый понижающий импульсный стабилизатор от ti с интерфейсом pmbus™

Импульсный стабилизатор напряжения — принцип работы стабилизатора

Линейные стабилизаторы имеют общий недостаток – это малый КПД и высокое выделение тепла. Мощные приборы, создающие нагрузочный ток в широких пределах имеют значительные габариты и вес. Чтобы компенсировать эти недостатки, разработаны и используются импульсные стабилизаторы.

Устройство, поддерживающее в постоянном виде напряжение на потребителе тока с помощью регулировки электронным элементом, действующим в режиме ключа. Импульсный стабилизатор напряжения, так же как и линейный существует последовательного и параллельного вида. Роль ключа в таких моделях исполняют транзисторы.

Так как действующая точка стабилизирующего устройства практически постоянно расположена в области отсечки или насыщения, проходя активную область, то в транзисторе выделяется немного тепла, следовательно, импульсный стабилизатор имеет высокий КПД.

Стабилизация осуществляется с помощью изменения продолжительности импульсов, а также управления их частотой. Вследствие этого различают частотно-импульсное, а другими словами широтное регулирование. Импульсные стабилизаторы функционируют в комбинированном импульсном режиме.

В устройствах стабилизации с регулированием широтно-импульсным частота импульсов имеет постоянную величину, а продолжительность действия импульсов является непостоянным значением. В приборах с регулированием частотно-импульсным продолжительность импульсов не изменяется, меняют только частоту.

На выходе устройства напряжение представлено в виде пульсаций, соответственно оно не годится для питания потребителя. Перед подачей питания на нагрузку потребителя, его нужно выровнять. Для этого на выходе импульсных стабилизаторов монтируют выравнивающие емкостные фильтры. Они бывают многозвенчатыми, Г-образными и другими.

Средняя величина напряжения, поданная на нагрузку, вычисляется по формуле:

  • Ти – продолжительность периода.
  • tи – продолжительность импульса.
  • Rн – значение сопротивления потребителя, Ом.
  • I(t) – значение тока, проходящего по нагрузке, ампер.

Ток может перестать протекать по фильтру к началу следующего импульса, в зависимости от индуктивности. В этом случае идет речь о режиме действия с переменным током. Ток также может дальше протекать, тогда имеют ввиду функционирование с постоянным током.

При повышенной чувствительности нагрузки к импульсам питания, выполняют режим постоянного тока, не смотря со значительными потерями в обмотке дросселя и проводах. Если размер импульсов на выходе прибора незначителен, то рекомендуется функционирование при переменном токе.

Принцип работы

В общем виде импульсный стабилизатор включает в себя импульсный преобразователь с устройством регулировки, генератор, выравнивающий фильтр, снижающий импульсы напряжения на выходе, сравнивающее устройство, подающее сигнал разности входного и выходного напряжения.

Схема основных частей стабилизатора напряжения показана на рисунке.

Напряжение на выходе прибора поступает на сравнивающее устройство с базовым напряжением. В результате получают пропорциональный сигнал. Его подают на генератор, предварительно усилив его.

При регулировании в генераторе разностный аналоговый сигнал модифицируют в пульсации с постоянной частотой и переменной продолжительностью. При регулировании частотно-импульсном продолжительность импульсов имеет постоянное значение. Она меняет частоту импульсов генератора в зависимости от свойств сигнала.

Образованные генератором управляющие импульсы проходят на элементы преобразователя. Транзистор регулировки действует в режиме ключа. Изменяя частоту или интервал импульсов генератора, есть возможность менять нагрузочное напряжение. Преобразователь модифицирует значение напряжения на выходе в зависимости от свойств управляющих импульсов. По теории в приборах с частотной и широтной регулировкой импульсы напряжения на потребителе могут отсутствовать.

Читайте также:  Восстановление и зарядка аккумулятора

При релейном принципе действия сигнал, который управляется стабилизатором, образуется с помощью триггера. При поступлении постоянного напряжения в прибор транзистор, работающий в качестве ключа, открыт, и повышает напряжение на выходе. сравнивающее устройство определяет сигнал разности, который достигнув некоторого верхнего предела, поменяет состояние триггера, и произойдет коммутация регулирующего транзистора на отсечку.

Напряжение на выходе станет уменьшаться. При падении напряжения до нижнего предела сравнивающее устройство определяет сигнал разности, переключающий снова триггер, и транзистор опять войдет в насыщение. Разность потенциалов на нагрузке прибора станет повышаться. Следовательно, при релейном виде стабилизации напряжение на выходе повышается, тем самым выравнивается. Предел срабатывания триггера настраивают с помощью корректировки амплитуды значения напряжения на сравнивающем устройстве.

Стабилизаторы релейного типа имеют повышенную скорость реакции, в отличие от приборов с частотным и широтным регулированием. Это является их преимуществом. В теории при релейном виде стабилизации на выходе прибора всегда будут импульсы. Это является их недостатком.

Повышающий стабилизатор

Импульсные повышающие стабилизаторы применяют вместе с нагрузками, разность потенциалов которых выше, чем напряжение на входе приборов. В стабилизаторе нет гальванической изоляции сети питания и нагрузки. Импортные повышающие стабилизаторы называются boost converter. Основные части такого прибора:

Транзистор вступает в насыщение, и ток проходит по цепи от положительного полюса по накопительному дросселю, транзистору. При этом накапливается энергия в магнитном поле дросселя. Нагрузочный ток может создать только разряд емкости С1.

Отключим выключающее напряжение с транзистора. При этом он вступит в положение отсечки, а следовательно на дросселе появится ЭДС самоиндукции. Оно будет коммутировано последовательно с напряжением входа, и подключено по диоду к потребителю. Ток пойдет по цепи от положительного полюса к дросселю, по диоду и нагрузке.

В этот момент магнитное поле индуктивного дросселя выдает энергию, а емкость С1 резервирует энергию для поддержки напряжения на потребителе после вхождения транзистора в режим насыщения. Дроссель является для резерва энергии и не работает в фильтре питания. При повторной подаче напряжения на транзистор, он откроется, и весь процесс пойдет заново.

Стабилизаторы с триггером Шмитта

Такой вид импульсного устройства имеет свои особенности наименьшим набором компонентов. Основную роль в конструкции играет триггер. В его состав входит компаратор. Основной задачей компаратора является сравнивание величины выходной разности потенциалов с наибольшим допустимым.

Принцип действия аппарата с триггером Шмитта состоит в том, что при увеличении наибольшего напряжения осуществляется коммутация триггера в позицию ноля с размыканием электронного ключа. В одно время разряжается дроссель. Когда напряжение доходит до наименьшего значения, то выполняется коммутация на единицу. Это обеспечивает замыкание ключа и прохождение тока на интергратор.

Такие приборы имеют отличия своей упрощенной схемой, но использовать их можно в особых случаях, так как импульсные стабилизаторы бывают только повышающими и понижающими.

Понижающий стабилизатор

Стабилизаторы импульсного типа, функционирующие с понижением напряжения, являются компактными и мощными приборами питания электрическим током. При этом они имеют низкую чувствительность к наводкам потребителя постоянным напряжением одного значения. Гальваническая изоляция выхода и входа в понижающих устройствах отсутствует. Импортные приборы получили название chopper. Выходное питание в таких устройствах постоянно находится меньше входного напряжения. Схема импульсного стабилизатора понижающего типа изображена на рисунке.

Читайте также:  Индикация места ключа (часть1)

Подключим напряжение для управления истоком и затвором транзистора, который войдет в положение насыщения. По нему будет проходить ток по цепи от положительного полюса по выравнивающему дросселю и нагрузке. В прямом направлении ток по диоду не протекает.

Отключим управляющее напряжение, которое выключает ключевой транзистор. После этого он будет находиться в положении отсечки. ЭДС индукции выравнивающего дросселя будет преграждать путь для изменения тока, который пойдет по цепи через нагрузку от дросселя, по общему проводнику, диод, и опять придет на дроссель. Емкость С1 будет разряжаться и будет удерживать напряжение на выходе.

При подаче отпирающей разницы потенциалов между истоком и затвором транзистора, он перейдет в режим насыщения и вся цепочка вновь повторится.

Инвертирующий стабилизатор

Импульсные стабилизаторы инвертирующего типа используют для подключения потребителей с постоянным напряжением, полюсность которого имеет противоположное направление полюсности разности потенциалов на выходе устройства. Его значение может быть выше сети питания, и ниже сети, в зависимости от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция сети питания и нагрузки отсутствует. Импортные приборы инвертирующего типа называются buck-boost converter. На выходе таких приборов напряжение всегда ниже.

Подключим управляющую разность потенциалов, которое откроет транзистор между истоком и затвором. Он откроется, и ток пойдет по цепи от плюса по транзистору, дросселю к минусу. При таком процессе дроссель резервирует энергию с помощью своего магнитного поля. Отключим разность потенциалов управления от ключа на транзисторе, он закроется. Ток пойдет от дросселя по нагрузке, диоду, и возвратится в первоначальное положение. Резервная энергия на конденсаторе и магнитном поле будет расходоваться для нагрузки. Снова подадим питание на транзистор к истоку и затвору. Транзистор опять станет насыщаться и процесс повторится.

Преимущества и недостатки

Как и все приборы, модульный импульсный стабилизатор не идеален. Поэтому ему присущи минусы и плюсы. Разберем основные из преимуществ:

  • Простое достижение выравнивания.
  • Плавное подключение.
  • Компактные размеры.
  • Устойчивость выходного напряжения.
  • Широкий интервал стабилизации.
  • Повышенный КПД.
  • Сложная конструкция.
  • Много специфических компонентов, снижающих надежность устройства.
  • Необходимость в использовании компенсирующих устройств мощности.
  • Сложность работ по ремонту.
  • Образование большого количества помех частоты.

Допустимая частота

Функционирование импульсного стабилизатора возможно при значительной частоте преобразования. Это является основной отличительной чертой от устройств, имеющих трансформатор сети. Увеличение этого параметра дает возможность получить наименьшие габариты.

Для большинства приборов интервал частот будет равен 20-80 килогерц. Но при выборе ШИМ и ключевых приборов необходимо учесть высокие гармоники токов. Верхняя граница параметра ограничена определенными требованиями, которые предъявляются к радиочастотным приборам.

Параметрический поиск по компонентам

  • 21.02.2018 10:40Приемопередатчики интерфейса CAN с единым напряжением питания 3.3 В и защитой от перегрузок на шине до ±36 В
    Устройства также отличаются высокой пропускной способностью, функцией регулировки скорости нарастания выходного сигнала и малопотребляющим режимом ожидания
    Производитель: Exar Группа компонентов: CAN

  • 21.02.2018 10:22Миниатюрный модуль зарядного устройства малой мощности для работы в системах накопления энергии из окружающей среды
    Устройство, выполненное в виде готового решения с минимальным числом внешних компонентов, отличается низкой стоимостью, высокой эффективностью и чрезвычайно компактными размерами
    Производитель: Silvertel Группа компонентов: PoE-модули питания
Читайте также:  Пожарный датчик задымления

  • 21.02.2018 10:08Низковольтный модуль драйвера светодиодов Ag201 с программируемой величиной выходного тока
    Благодаря возможности пользовательской установки максимального тока нагрузки, драйвер способен управлять различными типами светодиодов
    Производитель: Silvertel Группа компонентов: Контроллеры Дисплеев

  • 21.02.2018 09:53Коммутаторы Ethernet BCM56980 серий StrataXGS® Tomahawk® 3 с пропускной способностью 12.8 Tбит/с
    Семейство StrataXGS Tomahawk 3 с поддержкой до 32 портов стандарта 400GbE может использоваться для построения высокомасштабируемых распределительных, объединительных и масштабирующих коммутаторов
    Производитель: Broadcom Limited Группа компонентов: Ethernet

  • 21.02.2018 09:44Компактный DC/DC преобразователь в исполнении µModule® с током нагрузки 20 А в 1-канальной и 10 А на канал в 2-канальной конфигурации,
    ИС предназначена для каскадов питания ПЛИС, графических процессоров, специализированных микросхем и системного энергообеспечения
    Производитель: Analog Devices Группа компонентов: Понижающие преобразователи напряжения

  • 28.11.2017 06:05Скидки от 50% на ПО для проектирования печатных плат от Mentor Graphics
    ЗАО «Нанософт», официальный дистрибьютор компании Mentor Graphics, объявляет о старте специального предложения на приобретение программных решений для разработки электроники – PADS
    Производитель: Группа компонентов:
  • 24.09.2016 08:15Компания АВИТОН – официальный представитель Regatron (Швейцария)
    Компания Regatron осуществляет разработку и производство источников питания
    Производитель: Группа компонентов: Источники питания
  • 15.09.2016 08:42Arrow Electronics проводит в жизнь технологии краудфандинга с Indiegogo
    Их деятельность направлена на оптимизацию цепочки краудфандинг – продукт и должна ускорить темпы внедрения инноваций для технологии интернета вещей (IoT)
    Производитель: Arrow Electronics Russia Группа компонентов:
  • 08.08.2016 08:41«Новости Электроники + Светотехника» №01/2016: LED-освещение для промышленных объектов

    Производитель: Группа компонентов:

  • 22.07.2016 08:31Прошивка Serial Extender упрощает работу с модулями MBee
    Два радиомодуля MBee-868 с прошивкой Serial Extender позволяют заменить проводное последовательное соединение между двумя любыми устройствами с интерфейсом UART
    Производитель: Группа компонентов: Модули

  • 29.07.2015 10:24Компания Altera присоединилась с проекту OPNFV с целью привнести преимущества ПЛИС FPGA в технологию виртуализации сетевых функций
    Решения на базе ПЛИС FPGA и Систем-на-Кристалле уже ускоряют работу серверов дата-центров в области предоставления поисковых сервисов и свёрточных нейронных сетей
    Производитель: Altera Группа компонентов: FPGA
  • 29.07.2015 10:14Пример разработки хранилища данных на базе ПЛИС FPGA удваивает срок службы NAND FLASH памяти
    Архитектура ПЛИС FPGA со встроенным процессорным ядром предлагает инновационный метод создания устройств хранения данных для облачных приложений и высокопроизводительных вычислительных систем
    Производитель: Altera Группа компонентов: SoC FPGA
  • 08.07.2015 13:41Компания Pentair предлагает новые трехмерные чертежи и услуги для конструкторов на портале Traceparts
    Чертежи Schroff на портале Traceparts
    Производитель: Schroff Группа компонентов:
  • 13.04.2015 14:37Cypress Semiconductor: CySmart™ — приложения для устройств Bluetooth® с низким энергопотрбелением (BLE)

    Производитель: Cypress Группа компонентов: Bluetooth

  • 28.01.2015 09:43Audi выбрала Системы-на-Кристалле компании Altera для применения в автомобилях с функцией «Автопилот»
    Altera и TTTech Deliver Industry, лидер в области разработки продвинутых систем помощи водителю (ADAS), приступили к разработке систем управления автопилотируемых автомобилей для компании Audi
    Производитель: Altera Группа компонентов: Программируемая Логика

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector