Єдина функція контуру зворотного зв'язку по напрузі - збереження постійного значення вихідної напруги. Ускладнення виникають в таких областях як реакція на зміну навантаження, точність вихідного сигналу, кілька виходів і ізольовані виходи. Всі ці фактори можуть стати "головним болем" для проектувальника, однак, якщо підходи до проектування усвідомлені, то кожне з ускладнень легко може бути задовільно дозволено.
Серцем контуру зворотного зв'язку по напрузі є операційний підсилювач з високим коефіцієнтом посилення, званий підсилювачем помилки, який посилює різницю між двома напругами і створює напругу неузгодженості. У джерелах живлення одне з цих напруг - це опорна напруга, а друге відповідає рівню вихідної напруги. Вихідна напруга зазвичай ділиться до рівня опорного напруги ще до того як подається на підсилювач помилки. Цим створюється точка "нульовий помилки" для підсилювача помилки. Якщо вихід відхиляється від цього "ідеального" значення, то напруга неузгодженості на виході підсилювача значно змінюється. Ця напруга потім використовується джерелом харчування для організації корекції тривалості імпульсів з метою приведення вихідної напруги назад до його ідеального значення.
Основні аспекти проектування, що мають відношення до підсилювача помилки:
• він повинен мати високий коефіцієнт посилення при постійному струмі, який забезпечував би хорошу стабілізацію виходу за навантаженням;
• він повинен мати хорошу реакцію на високій частоті, що забезпечує хорошу перехідну характеристику при змінах навантаження.
Стабілізація виходу з навантаженні (output load regulation) визначає, наскільки стабільним підтримується вихідна напруга зі зміною навантаження відслідковується виходу. Тривалість перехідних процесів (transient response) визначає, наскільки швидко вихідна напруга повертається до його номінального значення після відгуку на зміну навантаження. Ці питання належать до області компенсації контуру зворотного зв'язку, детально висвітленої у Додатку Б.
Прикладом елементарного додатки зворотного зв'язку по напрузі є неізольований імпульсний джерело живлення з одним виходом. Якщо знехтувати компенсацією підсилювача помилки, то конструкція виявиться зовсім простий. Досліджуємо ситуацію, при якій стабілізується вихід 5 В, а всередині схеми управління забезпечено опорна напруга 2,5 В (рис. 3.43).
Мал. 3.43. Схема неізольованою зворотного зв'язку по напрузі
Для того щоб почати процес, слід вирішити, скільки зчитує струму повинно бути отримано через резистивний дільник вихідної напруги. Для отримання розумних значень компенсації для підсилювача помилки в верхньому плечі резистивного дільника слід використовувати значення опору в діапазоні 1,5-15 кОм. Як струму зчитування резистивного подільника будемо використовувати струм сили 1 мА. В результаті резистор в нижньому плечі дільника (R)
Ri = 2,5 В / 0,001 А = 2,5 кОм
Точність вихідної напруги безпосередньо залежить від допустимого відхилення номіналів резисторів, використаних в дільнику напруги, і точності опорного напруги. Для визначення результуючої точності всі допустимі відхилення складаються. Тобто, якщо всередині подільника використовуються два резистора з допустимим відхиленням 1%, а допустиме відхилення опорного напруги становить 2%, то в кінцевому вихідній напрузі слід очікувати допустимого відхилення 4%. Деяка додаткова помилка вводиться вхідною напругою зміщення підсилювача. Внесок цієї помилки дорівнює значенню напруги зсуву, поділеного на коефіцієнт розподілу резисторного подільника. Так, якщо максимальна напруга зсуву підсилювача в цьому прикладі становить 10 мВ, то можна очікувати відхилення вихідної напруги в 20 мВ (в залежності від температури це значення може дрейфувати).
В продовження розглянутого прикладу проекту використовуємо найближче значення опору резистора з допустимим відхиленням 1% - 2,49 кОм. Це дає наступний фактично прочитується ток:
Is = 2,5 В / 2,49 кОм = 1,004 мА
Верхній резистор (R2) в резисторного делителе матиме опір R2 = (5,0 В - 2,5 В) / 1,004 мА = 2,49 кОм
На цьому розрахунок завершений. Пізніше необхідно виконати компенсацію навколо підсилювача, щоб встановити посилення постійного струму і характеристики смуги пропускання.
Якщо у джерела живлення присутні кілька виходів, то слід потурбуватися про їх перехресної стабілізації. Зазвичай тільки один або кілька виходів можуть опрашиваться підсилювачем напруги неузгодженості. В цьому випадку неопрашіваемие виходи можуть стабілізуватися тільки внутрішніми здібностями до перехресної стабілізації трансформатора та / або вихідних фільтрів. Це може привести до проблем, оскільки зміна навантаження на опитуваних виходах призводить до значної зміни стану неопрашіваемих виходів. І навпаки, якщо навантаження на неопрашіваемих виходах змінюється, це неадекватно сприймається через зв'язок в трансформаторі з опитуваними виходами, щоб отримати хорошу стабілізацію.
Для того щоб істотно поліпшити перехресну стабілізацію виходів, можна зчитувати більше одного вихідного напруги. Це називається опитуванням декількох виходів (multiple output sensing). Зазвичай непрактично опитувати всі виходи, та в цьому й немає необхідності. Прикладом поліпшеною перехресної стабілізації може служити типовий обратноходового перетворювач з виходами +5 В, +12 В і -12 В. Коли навантаження на виході +5 В змінюється від половини номінальної до повної, напруга на виході +12 В прагне до значення 13,5 В, а на виході -12 В - до значення -14,5 В.
Це вказує на погані внутрішні здатності трансформатора до перехресної стабілізації, які можна трохи поліпшити за допомогою методик філярной намотування, розглянутої в розділі 3.5.9. Якщо виходи +5 В і +12 В опитуються, а потім вихід +5 В навантажується так, як описано вище, то напруга на виході +12 В прагне до значення +12,25 В, а на виході -12 В- до значення - 12,75 В.
Опитування кількох виходів здійснюється шляхом використання двох резисторів в верхньому плечі резисторного подільника зчитує напруги. Верхні кінці резисторів підключені до виходів з різною напругою (рис. 3.44).
Мал. 3.44. Опитування кількох виходів
Середня точка резисторного подільника стає точкою підсумовування струму, в якій частина загального зчитує струму виходить з кожного з зчитувальних вихідних напруг. Вихід більшої потужності, а також зазвичай вихід, який вимагає більш ретельної стабілізації, вимагають більшої частини зчитує струму. Вихід з меншим навантаженням вимагає балансу зчитує струму. Відсоток зчитує струму з кожного виходу вказує на те, наскільки добре він стабілізовано.
Ще раз повернемося до джерела живлення з виходами +5 В, +12 В і -12 В. Оскільки навантаження виходів +/- 12В зазвичай забезпечують потужність для операційних підсилювачів, порівняно стійких до змін напруги на їх лініях Vcc і Vee. стабілізація їх напруги може бути гірше. Використовуємо ті ж дані, що і в першому прикладі цього розділу: R = 2,49 кОм, зчитування ток - 1,004 мА.
На першому кроці визначимо розбиття струму. Чим менше зчитування ток, отриманий з конкретного виходу, тим гірше стабілізація цього виходу. Визначимо розбиття струму наступним чином: 70% для виходу +5 В і 30% для виходу +12 В. Тоді опір R2:
R2 = (5,0 В - 2,5 В) / (0,7 ■ 1,004 мА) = 3557 Ом
R2 = 3,57 кОм (найближче значення)
Для резистора R3 на виході +12 В:
Лз = (12 В - 2,5 В) / (0,3 ■ 1,004мА) = 31,5 кОм
При опитуванні декількох виходів спостерігаються поліпшення у всіх комбінаціях навантаження.
Останнім способом розміщення зворотнього зв'язку по напрузі є ізольована зворотний зв'язок. Такий зв'язок використовується, коли вхідна напруга розглядається як смертельно небезпечне для оператора обладнання (> 42,5 VDC). Існує два прийнятних методу електричної ізоляції: оптична (оптрон) і магнітна (трансформатор). У цьому розділі розглядається більш поширений метод ізоляції, коли для ізолювання смертельно небезпечних елементів схеми від частини оператора використовується оптрон.
Коефіцієнт посилення по струму Ст (7out // ul) оптрона дрейфує зі зміною температури, може трохи зменшуватися з часом і зазвичай має велике допустиме відхилення від блоку до блоку. Величина Сщ- - це посилення по току для оптрона, що вимірюється у відсотках. Для того щоб компенсувати ці зміни в оптроні і усунути потребу в потенціометрі, підсилювач помилки повинен бути розміщений на вторинній стороні (або вході) оптрона. Підсилювач помилки буде відслідковувати відхилення на виході, зумовлені дрейфом параметрів оптрона, і відповідним чином коригувати силу струму. Схема типової ізольованою ланцюга зворотного зв'язку показана на рис. 3.45.
Мал. 3.45. Приклад ланцюга зворотного зв'язку по напрузі, ізольованою за допомогою оптрона
В якості вторинного підсилювача помилки зазвичай вибирають TL431, який має опорна напруга з компенсацією температурний впливів і підсилювач всередині корпусу з трьома висновками. Для точного функціонування йому потрібно мінімум 1,0 мА безперервного струму, що протікає через його вихідний контакт, а вихідний сигнал буде потім доданий до цього току зсуву.
В даному прикладі підсилювач помилки в схемі управління (а саме UC3843AP) відключений на увазі такого з'єднання своїх виходів, при якому на виході буде гарантовано отриманий високий рівень сигналу. Конкретні значення опорів R не настільки важливі - приймемо, скажімо, по 10 кОм кожне. Через компенсаційний контакт протікає струм 1 мА від внутрішнього джерела. На нього також подано "високе" напруга +4,5 В для отримання максимальних параметрів виходу.
Ланцюг, яка встановлює вихідну тривалість імпульсів на компенсаційному контакті, - це ланцюг підсумовування струму. Резистор R гарантує, що робочий струм від підсилювача TL431, пов'язаного через оптрон, не навантажує внутрішній навантажувальний джерело струму 1 мА в схемі управління, і що на цьому контакті досягається напруга +4,5 В, коли потрібно вихідний імпульс повної тривалості. Цей найгірший мінімальний струм при максимальних параметрах виходу дорівнює:
Звідси, значення Л ,:
Приймаємо Л, = 820 Ом (запас надійності).
Оптрон повинен забезпечувати струм більшої сили на компенсаційний контакт, щоб отримати на ньому мінімальна вихідна напруга +0,3 В. Для цього ток, який передається від оптрона, має дорівнювати:
Опір резистора R2 тепер можна визначити шляхом соложенія максимальних падінь напруги світлодіода оптрона і напруги на висновках підсилювача TL431:
Приймаємо R2 = 200 Ом (запас надійності).
Резистори, використовувані для опитування вихідної напруги, - ті ж, що і в попередньому прикладі застосування перехресного зчитування. Для завершення цього розділу залишається тільки виконати компенсацію підсилювача помилки (див. Додаток Б). В даному випадку повинен попередити проектувальника: допустимі відхилення параметрів і температурний дрейф грають дуже важливу роль в проектуванні ізольованою зворотного зв'язку, і повинні бути враховані в розрахунках. Характеристики оптронів (наприклад, С ^) можуть варіювати в діапазоні до 300%, що може зажадати додати в схему потенціометр. Деякі оптрони упорядковано їх виробниками за більш вузькому діапазону значень Ctrr. але це буває рідко. Опорна напруга також має варіюватися з урахуванням компенсації температурних впливів, як це забезпечується в підсилювачі TL431.
Завдання забезпечення точності вихідного сигналу від блоку до блоку зазвичай вимагає, щоб відхилення опорного напруження було скорочено до 2% або менше, а резистори всередині резисторного подільника напруги - до 1%. В такому випадку точність вихідних сигналів виходить у вигляді суми цих допустимих відхилень і будь-яких похибок всередині обмотки трансформатора.
Може існувати безліч різних варіантів ланцюга зворотного зв'язку по напрузі, тут їжак були продемонстровані лише найбільш прості і поширені підходи.
Блок живлення на ТВК-110ЛМ
Блок живлення забезпечує двуполярное вихідна напруга, яке можна змінювати від 5 до 25 В. Максимальний струм навантаження може досягати 1 А. При перевищенні цього струму або короткому замиканні по виходу .......
Простий автогенераторного ПІП потужністю 1,5 кВт для УМЗЧ
Простий автогенераторного ПІП потужністю 1,5 кВт для УМЗЧ Е. Москат, м Таганрог Ростовської обл. Яким повинен бути джерело живлення УМЗЧ? Потужним, з високим ККД, надійним, легким, дешевим. Незважаючи на суперечливість .......
Підвищує (Boost) перетворювач потужністю до декількох кіловат
Підвищує (Boost) перетворювач (рис.4.) Відноситься до типу обратноходових схем. Його особливість - вихідна напруга завжди більше вхідного. Вихідна потужність може становити сотні ват в переривчастому режимі і до декількох кіловат .......
Активна схема корекції коефіцієнта потужності на 180 Вт з універсальним входом
Цей приклад демонструє процес проектування підвищувальної схеми корекції коефіцієнта потужності на 180 Вт, що працює в переривчастому режимі. Її можна масштабувати для отримання вихідних потужностей до 200 Вт. Каскад корекції коефіцієнта .......
Проектування резонансного коливального контуру
Резонансний коливальний контур забезпечує унікальну функціональність квазірезонансного імпульсного джерела живлення. Оскільки імпульсні джерела живлення складаються з безлічі потужних елементів з різними паразитними характеристиками, резонансні топології можуть фактично перетворити ці дратівливі .......