impulsní ovladač. Přehled moderních napájecích obvodů

Moderní trh s napájecími zdroji nabízí vývojářům široký výběr různých elektronických produktů, z nichž každý je více či méně připraven řešit úkoly přidělené inženýrům. Tento článek si klade za cíl zhodnotit a pomoci vybrat nejlepší řešení z návrhů nejznámějších hráčů na trhu zdroje impulsů výživa.

Úvod

Dříve byla energetickým systémům ve funkčním schématu ve fázi návrhu často věnována pozornost již v konečné fázi, mnoho specialistů podceňovalo jejich schopnost zlepšit produkt jako celek. V Nedávno trendy ve vývoji elektronického průmyslu kladou pro vývojáře do popředí takové úkoly, jako je snížení spotřeby energie, hmotnostních a rozměrových charakteristik, doby vývoje a konečných nákladů na produkt. Tyto požadavky změnily kdysi druhotný přístup k napájecím jednotkám zařízení, protože v mnoha ohledech závisí schopnost konečného produktu být konkurenceschopný a odolávat přísným požadavkům trhu.

Vedoucí pozici v této oblasti již tradičně zaujímá Power Integration. Výrobky této společnosti jsou dobře známé, technologie aplikace byla opakovaně zpracována, což je faktor, který převažuje v jejím směru.

U konkurenčních produktů zvažte nabídku napájecího zdroje od Fairchild Semiconductor. Tato společnost se dlouhodobě etabluje v oblasti výkonové elektroniky, nabízí nízkonákladová, vysoce kvalitní a multifunkční řešení. Produkty tohoto výrobce jsou zpravidla zaměřeny na oblasti vyžadující vysokou míru spolehlivosti a výkonu.

Zásoby energie

Prakticky všechny produkty v elektronickém průmyslu potřebují stejnosměrné napájení baterie nebo zdroj energie. Většina zařízení má navíc zvýšené požadavky na jeho kvalitu. Napětí musí být regulováno a chráněno před výsledným zvlněním. Existují tři typy měničů energie:

• DC\DC měnič;
• AC\DC napájení;
• DC/AC měnič.

Ideální zdroj by měl produkovat požadovaná napětí navzdory změnám okolní teploty, zátěže nebo vstupního napětí. Musí však mít 100% účinnost. Na Obr. 1 můžete vidět nedostatky skutečného napájecího zdroje.

Rýže. 1. Skutečné napájení

K dnešnímu dni existují lineární a. Pulzní konverze je zajímavá svou vysokou účinností a hustotou výkonu. Tabulka porovnává některé hlavní vlastnosti lineárních a spínaných napájecích zdrojů. Stabilita napětí a proudu je obvykle lepší u lineárních zdrojů, někdy až o řád, ale spínané zdroje často používají lineární výstupní regulátory pro zlepšení parametrů výstupního napětí.

Stůl. Porovnání spínaných a lineárních zdrojů

Konečně, spínané zdroje mají širší rozsah vstupního napětí. Rozsah vstupního napětí lineárních zdrojů obvykle nepřesahuje 10 % jmenovité hodnoty, což má přímý vliv na účinnost. U pulzních zdrojů je vliv změny vstupního napětí na účinnost velmi malý nebo vůbec chybí a široký pracovní rozsah vstupních napětí umožňuje pracovat se silnými změnami síťového napětí (až 40 %) . Nejčastěji používaným (vzhledem k jeho výhodám) je obvod flyback měniče (obr. 2). Bylo vyvinuto mnoho mikroobvodů pro řízení těchto měničů. Existují jak mikrosestavy, které využívají externí výkonový tranzistor, tak ve svém složení obsahují výkonový prvek, který zmenšuje jeho rozměry.

Rýže. 2. Schéma zpětného měniče s přizpůsobovacím transformátorem a galvanickým oddělením

V nedávné minulosti byla implementace metody pulzně šířkové modulace a řízení charakteristik prováděna na úkor diskrétních prvků. Vzhled integrované obvody převzetí těchto funkcí značně zjednodušilo proces vývoje a několikrát se snížilo rozměry napájecí zdroje (obr. 3). Power Integrations a Fairchild Semiconductor jsou lídry ve výrobě integrovaných řídicích obvodů napájecích zdrojů.

Rýže. 3. Vývoj napájecích zdrojů

Integrace napájení Regulátory napětí

Tady jste netrpěliví, abyste ze sebe udělali mocné LED svinstvo, které bude blikat a třpytit se. Ano, dokonce i v RGB a plynule. Shromáždili jste tento případ, podívali jste se na počet kanálů, které musíte řídit, a přemýšleli o tom ...

▌Co je špatného na PWM?
Ano, vše je s ním v pořádku, jen obvykle existuje jen několik hardwarových kanálů. A softwarové PWM má řadu nevýhod. Ano, můžete to vzít na základnu pomocí jediného časovače a sestavit vícekanálový PWM, ale kolik budeme mít přerušovaných hovorů?

Každá jednotlivá fronta bude vyžadovat vlastní přerušení změny úrovně. A představte si, že těchto kanálů nebudeme mít 4, ale 40? Nebo 400? Ano, ovladač se z přerušení nedostane. Přerušení se budou navzájem překrývat a generovat jitter. Nemluvě o skutečnosti, že všechny tyto kanály budou muset být přeřazeny podle doby trvání pro jakoukoli změnu pracovního cyklu. Obecně to bude stále hloupé.

▌BAM nás zachrání
Ale existuje řešení. Tato metoda se nazývá BAM. Jeho podstatou je, že zátěž zapínáme pulzy, kousek po kousku, s dobou trvání rovnající se váze výboje.

V důsledku toho máme vysokou diskrétnost, ale zároveň máme pouze 7 přerušení pro libovolný počet kanálů. Podle hodností.

Vše je integrováno stejným způsobem jako konvenční PWM. Ale existuje několik nuancí:

1. Frekvence plave a při malých výbojích stoupá. U LED nebo vyhřívací podložky je to fuk. Ale nekrmil bych motor nebo jinou zátěž reaktivními prvky jako vinutí nebo nádrže s takovým signálem.
2. Při přechodu z malých šupin na jednu velkou je pozorováno blikání. Ale to se dá řešit, podrobnosti níže.
3. Je lepší dát váhu od větší k menší, takže vliv druhého bodu je méně patrný.

Mikroobvody pro spínané zdroje. Adresář.
Nakladatelství: Dodeka.

Velmi dobrý průvodce. Pozoruhodné v tom, že je ... nejvíce obyčejný překlad datové listy. Jeden k jednomu, obrázek k obrázku.
Přeložených datasheetů je spousta, jen seznam ve čtyřech sloupcích zabere tucet stránek. Našel jsem tam všechny impulsní mikroobvody, které jsem znal! A co obzvlášť potěší, že existuje dokumentace pro domácí stavebnici. Se kterými jsou vždy problémy. Pokud nezvednete analog a nenatáhnete na něj papír, pište zbytečně.

DC-DC konverze
Pro změnu napětí stejnosměrný proud S minimální ztráty Jsou používány DC-DC měniče pracující na principu Pulse Width Modulation ( PWM, je PWM v Basurmanu). Pokud jste nečetli mé předchozí články, kde jsem podrobně vysvětlil princip fungování PWM, pak krátce připomenu. Základním principem zde je, že napětí není přiváděno v kontinuálním proudu, jako u lineárních stabilizátorů, ale v krátkých pulzech a ve vysoké frekvenci.

Tedy u vašeho východu PWM ovladač, například, nejprve po dobu deseti mikrosekund, napětí, například dvanáct voltů, pak je pauza. Řekněme stejných deset mikrosekund, když na výstupu není vůbec žádné napětí. Pak se vše opakuje, jako bychom rychle, rychle zapínali a vypínali vypínač.

Tak dostáváme obdélníkové impulsy. Pokud si vzpomeneme na matan a konkrétně integraci, tak po integraci těchto impulsů dostaneme oblast pod obrazcem nastíněnou impulsy. Změnou šířky impulsů a jejich průchodem integrátorem lze tedy plynule měnit napětí z nuly na maximum s jakýmkoli krokem a prakticky bez ztráty.
Tak jako integrátor slouží jako kondenzátor, nabíjí se ve špičce a během přestávek dodává energii obvodu. Také je tam vždy sériově umístěna tlumivka, která zároveň slouží jako zdroj energie, pouze ukládá a vydává proud. Proto se takové převodníky s malými rozměry snadno krmí silné zatížení a zároveň téměř neutrácejí energii na přebytečné vytápění.

Pokud jsem nestíhal, tak jsem to pro jednoduchost posunul do srozumitelného "kanalizační koryto". Podívejte se na obrázek, kde je klíčový tranzistor PWM ovladač je podobný ventil, otevírá a zavírá kanál. Kondenzátor je to banka, která akumuluje energii. Plyn jedná se o mohutnou turbínu, která prouděním rozptyluje při otevřeném ventilu svou setrvačností vodu potrubím i po uzavření ventilu.

Samozřejmě je obtížné takový zdroj vyvinout vlastními silami, je vyžadováno dobré vzdělání v oblasti elektroniky, ale neměli byste se na to namáhat. chytří kluci z Motorola, STM, Dallas a další Philips'ov pro nás všechno vymyslel a už propustil hotové mikroobvody obsahující PWM regulátor. Stačí to připájet a přidat bodykit, který nastaví parametry práce, a nemusíte nic vymýšlet sami, v datasheetech je podrobně popsáno, co a jak připojit, jaké nominální hodnoty zvolit a někdy i dát hotový výkres desky s plošnými spoji. Stačí umět trochu anglicky :)

Při psaní článku o UART mě napadla jedna zvrácená myšlenka - na základě UARTu můžete uspořádat nejpřirozenější nízkodiskrétní PWM!

Stačí si někde v paměti udělat proměnnou, kam nalepíme číslo s daným pracovním cyklem nul a jedniček a po přerušení vyprazdňování bufferu toto číslo znovu natlačíme do registru UDRE. Generování PWM tedy bude spontánní, bez zbytečných gest. Pravda, můžete získat pouze 10 různých hodnot PWM, ale zdarma !!!

Pro ty, kteří nechápou jak, uvedu čísla, která bude potřeba průběžně posílat přes UART:
dostaneme dvě další hodnoty díky bitům start a stop.

00000000 — 1/10
00000001 — 2/10
00000011 — 3/10
00000111 — 4/10
00001111 — 5/10
00011111 — 6/10
00111111 — 7/10
01111111 — 8/10
11111111 — 9/10

Ano, a frekvence tam lze získat nefigovye!
Krása! =))))

Už několikrát jsem proklel cizí slovo PWM. Je na čase si ujasnit a ujasnit, co to je. Obecně již, ale stále opakuji v rámci mého kurzu.

Krátce, Pulzní šířková modulace(v buržoazní notaci se tento režim nazývá PWM — Pulse Width Modulation) je způsob, jak nastavit analogový signál digitální metoda , tedy z digitálního výstupu, který dává pouze nuly a jedničky, získáte nějaké plynule se měnící hodnoty. Zní to šíleně, ale přesto to funguje. A pointa je:

Představte si těžký setrvačník, který můžete otáčet motorem. A můžete buď zapnout nebo vypnout motor. Když to budeš neustále zapínat, tak se setrvačník vytočí na maximální hodnotu a bude se tak točit. Pokud jej vypnete, zastaví se vlivem třecích sil.

Ale pokud je motor zapnutý na deset sekund každou minutu, setrvačník se bude točit, ale zdaleka ne plná rychlost- velká setrvačnost vyhladí škubání od startujícího motoru a třecí odpor zabrání jeho nekonečnému protáčení.

Více pracovní cyklus motoru za minutu, tím rychleji se bude setrvačník otáčet.
Na PWM na výstup přivádíme signál skládající se z vysokých a nízkých úrovní (platí pro naši analogii - zapínání a vypínání motoru), tedy nuly a jedničky. A pak to vše prochází integračním řetězcem (analogicky setrvačníkem). V důsledku integrace bude mít výstup hodnotu napětí rovnou ploše pod impulsy.
Proporcionální ovládání je klíčem k tichu!
Co je úkolem našeho systému řízení? Ano, aby se vrtule netočily nadarmo, aby závislost rychlosti otáčení byla na teplotě. Čím je zařízení teplejší, tím rychleji se ventilátor otáčí. Je to logické? Logicky! Pojďme se o tom rozhodnout.
S mikrokontroléry se samozřejmě můžete potrápit, v některých ohledech to bude ještě jednodušší, ale vůbec ne nutné. Podle mého názoru je jednodušší vytvořit analogový řídicí systém - nebudete se muset obtěžovat programováním v assembleru.

Nastavení a konfigurace bude levnější a snazší, a co je nejdůležitější, kdokoli, bude-li to chtít, bude moci systém rozšiřovat a stavět na něm podle svých představ přidáním kanálů a senzorů. Vše, co potřebujete, je jen pár rezistorů, jeden čip a teplotní senzor. No, stejně jako rovná ramena a nějaké to pájení.

V tomto článku s vámi budeme mluvit o PWM regulátory : co to je, k čemu a kde se používá.

PWM - pulzně šířkový modulátor.

Chcete-li převést napětí v televizním zařízení a jiných elektronických zařízeních, PWM regulátory . Pomocí zařízení bylo možné zavést do výroby inovativní nápady a nové technologie. Hlavní předností PWM regulátorů jsou skromné ​​rozměry, vynikající výkon a vysoká spolehlivost.

Nejžádanější PWM regulátory při výrobě modulů pulzní napájení typ. Stejnosměrné napětí na vstupu zařízení se převádí na impulsy obdélníkového tvaru, vytvořené s určitou frekvencí a pracovním cyklem. Pomocí řídicích signálů na výstupu zařízení je možné provést nařízení provoz vysokovýkonového tranzistorového modulu. Výsledkem bylo, že vývojáři dostali jednotku pro řízení napětí regulované typ.

V televizních zařízeních jsou velmi žádané kompaktní regulátory PWM. Kromě toho se zařízení používají v dalších elektronických zařízeních, stejně jako součásti systému regulace otáček elektrických pohonů v domácí přístroje. V závislosti na parametrech systému a řídicím signálu mění PWM regulátory rychlost pohonné jednotky. Zpětnou vazbu lze provádět jak hodnotou síly proudu, tak úrovní napětí.

Typická konstrukce regulátoru PWM používaného v televizi a dalších elektronických zařízeních se vyznačuje přítomností několika výstupů. Společný kolík je připojen ke stejnému kolíku. systém napájení modulu. Kolík ovládání napájení a kolík napájení jsou umístěny vedle sebe. První z nich je zodpovědný za sledování napětí na výstupu obvodu a vypíná jej, když hodnota klesne pod prahovou hodnotu. Druhý výstup je zodpovědný za napájení systém .

Výstupní napětí se odebírá z odpovídajícího výstupu. Existují dvouramenné a jednoramenné PWM regulátory. První z nich slouží k ovládání standardních tranzistorů. Pokud je nutné je sepnout, regulátor sepne příslušný kontakt na společný kabel. Při práci s bipolárním tranzistorem se používá jednoramenná kaskáda, protože pro nastavení je nutná změna síly proudu. Pro vypnutí tranzistoru je nutné zakázat průchod proudu. Proto uzavření do společný kontakt nepoužívá.

Regulátory PWM používané v televizních zařízeních se vyznačují následujícími vlastnostmi:

• Zařízení jsou schopna generovat referenční napětí s vysokou přesností. Často se tento výstup spíná společným vodičem. V tomto případě se používá kapacita 1 mF nebo více, což zlepšuje kvalitu stabilizace výstupní hodnoty.

• Omezovač proudu se spustí, když je napětí na odpovídajícím výstupu výrazně vyšší než prahová hodnota. V tomto případě se vypínače automaticky vypnou.

• Soft start slouží k postupnému navyšování hodnoty výstupních impulsů na vypočtené hodnoty. Přítomnost kapacity mezi odpovídajícím výstupem a společným vodičem vede k jeho postupnému nabíjení. V důsledku toho se každý impuls rozšíří, dokud není dosaženo požadované hodnoty.

Moderní zásoby energie pro různá zařízení jsou navrženy na bázi PWM regulátorů. Životnost modulu závisí na kvalitě komponentů. Hlavním účelem, pro který jsou regulátory PWM zahrnuty do obvodů zdroje napětí, je poskytovat stabilní výstupní napětí. Malé rozměry regulátorů jim dávají výhodu oproti standardním obvodům využívajícím transformátory.

PWM regulátory používané v zásoby energie Kromě stabilizace výstupního napětí implementují několik dalších funkcí. Použití pulzně-šířkové modulace umožňuje ovládat velikost signálu. V tomto případě je možné změnit délku impulsu a pracovní cyklus.

Regulátory PWM mají vysokou účinnost, což může výrazně rozšířit rozsah jejich použití. To platí zejména pro audio zařízení. Při použití PWM regulátorů v napájecích zdrojích se navíc výrazně rozšiřuje rozsah dostupných výkonů zařízení.

Zařízení založená na PWM regulátorech jsou univerzální a lze je použít nejen v televizních zařízeních, ale i v mnoha dalších zařízeních. Na základě těchto regulátorů jsou realizovány napájecí zdroje pro různá elektrická zařízení. Použití přístrojů snižuje náklady na provoz zařízení a zlepšuje jeho kvalitu. Vysoká účinnost dělá z vývoje zdrojů na bázi PWM regulátorů slibnou a žádanou oblast činnosti.

Článek poskytuje přehled PWM řadičů ON Semiconductor, které jsou vynikajícím základem pro budování moderních síťových spínaných zdrojů. ON Semiconductor, známý výrobce a celosvětový odborník na napájení a úspory energie, nabízí širokou škálu integrovaných obvodů PWM řadičů, ze kterých si můžete vybrat. Mikroobvody se vyznačují nízkou cenou, vysokou účinností konverze, účinností díky nižší spotřebě energie v pohotovostním režimu, vysokou spolehlivostí zajištěnou přítomností komplexu vestavěných ochran a také nízká úroveň AMY.

Úvod

Síťové napájení je jedním z nejkritičtějších uzlů ve struktuře elektronické vybavení. Většina důležité parametry síťový převodník: provozní rozsah vstupního napětí, spotřeba energie v pohotovostním režimu, celkové rozměry, spolehlivost, elektromagnetická kompatibilita a cena. Naprostá většina moderních zařízení napájených ze sítě využívá spínané zdroje. Síťový spínaný zdroj zajišťuje galvanické oddělení výstupních obvodů od síťového napětí. Oddělení je zajištěno použitím pulzního transformátoru v napájecím obvodu a optočlenu v obvodu zpětná vazba.

Klíčovým prvkem spínaného síťového zdroje je čip PWM řadiče. Hlavní funkcí PWM regulátoru je řízení výkonového tranzistoru (tranzistorů) v primárním obvodu pulzního transformátoru a udržování výstupního napětí na dané úrovni pomocí zpětnovazebního signálu. Struktura moderních PWM regulátorů také poskytuje další funkce, které zvyšují účinnost a spolehlivost napájecího zdroje:

• omezení proudu a pracovního cyklu impulsů v řídicím obvodu výkonových tranzistorů;
• měkký start převodníku po napájení ( Jemný začátek);
• vestavěné dynamické napájení z vysokonapěťového vstupního napětí;
• řízení úrovně vstupního napětí s eliminací "propadů" a "emisí";
• ochrana proti zkratu v obvodu výkonového transformátoru a výstupních obvodech výstupního usměrňovače;
• teplotní ochrana regulátoru, stejně jako klíčový prvek;
• blokování provozu převodníku při nízkém a vysokém vstupním napětí;
• optimalizace řízení pro pohotovostní režim a režim se sníženým proudem v zátěži (přeskočení cyklů nebo přepnutí na sníženou konverzní frekvenci);
• Optimalizace úrovně EMP.

Regulátory PWM uvažované v článku nemají vestavěný výkonový tranzistor, který řídí proud v primárním obvodu výkonového transformátoru.

Základní parametry režimu řízení výkonového stupně

V závislosti na požadavcích konkrétní aplikace může regulátor použít různá schémata koncový stupeň pro ovládání výkonových spínačů, typ zpětné vazby (proudové nebo napěťové) a také různé režimy frekvenční konverze. Typ koncového stupně PWM regulátoru určuje topologii převodníku.

Typy topologie síťových převodníků:

• letět zpátky;
• přímý chod;
• tlačit táhnout;
• poloviční můstek;
• chodník;
• kvazi-rezonanční.

V tabulce 1 jsou uvedeny charakteristiky základních obvodových topologií používaných při konstrukci spínaných síťových napájecích zdrojů.

Tabulka 1. Základní obvodové topologie používané při konstrukci spínaných zdrojů

flyback převodník

Hlavním schématem, podle kterého se vyrábí mnoho spínaných zdrojů s nízkým výkonem, je flyback převodník (obr. 1). Tento obvod převádí jeden konstantní tlak k jinému nastavením výstupního napětí pomocí modulace šířky pulzu (PWM) nebo modulace pulzní frekvence (PFM). Pulzní šířková modulace je metoda řízení založená na změně poměru doby zapnutí a vypnutí klávesy při konstantní frekvenci. U zpětného měniče je trvání zapnutého stavu klíče delší než trvání vypnutého stavu, aby bylo v transformátoru uloženo více energie a přeneseno do zátěže.

Rýže. 1. Typické schéma flyback převodník

Dopředný převodník

Další populární konfigurace spínaného zdroje je známá jako obvod dopředného převodníku a je znázorněna na obrázku 1. 2. Přestože je tento obvod velmi podobný obvodu flyback, existují zde některé zásadní rozdíly. Dopředný měnič neukládá energii do transformátoru, ale do výstupní tlumivky (tlumivky). Body označující začátek vinutí na transformátoru ukazují, že když je klíčový tranzistor otevřený, v sekundárním vinutí se objeví napětí a proud protéká diodou VD1 do induktoru. Tento obvod má delší zapnutý stav ve srovnání s vypnutým stavem, vyšší průměrné sekundární napětí a vyšší výstupní zátěžový proud.

Rýže. 2. Dopředný převodník síťového napětí

Push-Pull Forward Converter

Na Obr. 3 ukazuje push-pull měnič, který je variantou dopředného měniče s tím rozdílem, že oba spínače jsou zahrnuty v primárním obvodu transformátoru.

Rýže. 3. Schéma push-pull dopředného měniče

Řada ON Semi PWM regulátorů zahrnuje mikroobvody s různou topologií koncového stupně, typem řízení, režimem řízení frekvence a také doplňkovými vestavěnými funkcemi. Tabulka 2 ukazuje hlavní parametry aktuálně vyráběných ON Semi PWM regulátorů.

Tabulka 2. Hlavní parametry ON Semi PWM regulátorů pro síťové spínané zdroje

Nutno podotknout, že struktura čipů nejnovějších PWM regulátorů je velmi podobná. Hlavní rozdíly jsou dány typem topologie, režimem regulace (proud/napětí), ovládání frekvence(frekvenční konstanta nebo proměnná), stejně jako logika práce při zjištění kritických situací. Struktura PWM regulátoru obsahuje logiku, která definuje stavový automat. Obvod přechodového automatu je implementován na komparátorech, triggerech, časovačích a logických prvcích. Hlavní stavy regulátoru: prvotní spuštění frekvenčního generátoru, přechod do provozního režimu, adaptivní sledování zátěžového proudu a volba optimálního režimu, detekce kritických situací, přechod do nouzového režimu, automatická obnova po poruchách .

Ochrana a bezpečnost práce

Síťové měniče musí poskytovat dostatečnou úroveň bezpečnosti při provozu bez degradace charakteristik výkonových prvků v případě proudových přetížení v důsledku zkratů ve vinutí transformátoru nebo v zátěži. Zkrat je detekován především náhlým vymizením zpětnovazebního signálu přes optočlen. Musíte deaktivovat ovladač výstupního tranzistoru, abyste zabránili přehřátí tranzistoru a nasycení transformátoru. Během procesu spouštění však také nějakou dobu chybí zpětnovazební signál. Tyto dvě situace je třeba identifikovat. V některých levných regulátorech není ochrana proti zkratu implementována. V takových případech povede výskyt zkratu k nekontrolovaným následkům a může vést ke zničení výkonových prvků převodníku během několika sekund. Zkrat může být několika typů - v samotné zátěži, ve vinutí, v elektrolytickém kondenzátoru výstupního usměrňovače, usměrňovací diody. Zavedení deterministických stavů zvyšuje složitost automatu, ale zvyšuje spolehlivost převodníku.

Funkce nouzového blokování

Při výběru vhodného ovladače pro aplikaci by měl vývojář věnovat zvláštní pozornost logice stavového automatu, zejména logice vypracování nouzových situací. Přepnutí do nouzového režimu při detekci kritických situací může zahrnovat jak nucené omezení proudu, tak úplné zablokování provozu měniče. Při zablokování se hlavní oscilátor PWM zastaví a aktivní signál pro výkonový tranzistor je zakázán. V závislosti na typu nebo modifikacích mikroobvodů jsou možné dva scénáře blokování (Latch).

V prvním případě po spuštění blokace převodník v tomto stavu "zapadne" a nezmění jej, i když stav, který tento stav způsobil, již pominul. Obnovení chodu převodníku je možné až po vypnutí síťového napětí a znovuzavírání výživa.

Ve druhém případě jsou implementovány pokusy o automatické obnovení. normální operace konvertor. K tomu se ve struktuře regulátoru spustí časovač na dobu asi 1,5 s. Po uplynutí této doby regulátor znovu zkontroluje kritické situace, a pokud přetrvávají, blokování zůstává. V tomto případě led indikátor síťový zdroj bude blikat s periodou 1,5 s. K automatické obnově dochází pouze při spuštění poklesem napětí.

Vestavěný dynamický napájecí zdroj

Vestavěný dynamický zdroj energie (Dynamic Self-Supply, DSS) zaručuje spolehlivé spuštění měniče a zároveň nízkou spotřebu energie ve vypnutém stavu. Vestavěný dynamický napájecí zdroj značně zjednodušuje konstrukci pulzního transformátoru, protože pro napájení mikroobvodu není potřeba používat přídavné vinutí.

Dynamický napájecí zdroj dodává energii do regulátoru při startu měniče a také napájí obvod regulátoru v případech, kdy napájecí napětí na napájecím vinutí regulátoru na krátkou dobu zmizí, například při přetížení. Generátor startovacího proudu mikroobvodu zajišťuje hladký start měniče. Po spuštění měniče je napájení napájeno z napájecího vinutí transformátoru. Existují modifikace mikroobvodů, ve kterých není dynamické napájení a napájení je vždy napájeno pouze z linky vysokého napětí. Jednak to vede ke zvýšení spotřeby a jednak to nevyžaduje dodatečné napájecí vinutí transformátoru. Vysokonapěťový napájecí vstup má detektor nízkého výkonu, který umožňuje vypnout regulátor (podmínka zhnědnutí) nebo příliš vysoké napětí (přepětí ve vedení). Tato ochrana pracuje se střídavým i usměrněným vstupním napětím a je nezávislá na zvlnění napětí. DSS používá synchronní špičkový detektor.

Režim nízké frekvence

Nejnovější ovladače používají režim skládání frekvence. K poklesu dochází, když zpětnovazební signál klesne pod práh. Snížení frekvence konverze snižuje spotřebu v pohotovostním režimu.

Režim měkkého přeskočení

Režim přeskakování frekvenčního cyklu umožňuje snížit spotřebu v pohotovostním režimu. Režim se aktivuje, když úroveň amplitudy signálu zpětné vazby klesne pod nastavenou prahovou hodnotu. Soft-Skip a Frequency foldback jsou implementovány v jednom konstrukčním modulu regulátoru.

Snížení EMI v důsledku jitteru vnitřního oscilátoru (jitter vnitřní frekvence)

U regulátorů pracujících na pevné frekvenci je technika zavedení malého frekvenční modulace kolem střední frekvence (jitter). Přítomnost jitteru nemá vliv na činnost převodníku, umožňuje však „rozostřit“ spektrum EMI a tím snížit amplitudu elektromagnetického záření indukovaného v obvodu transformátoru a dalších výkonových obvodech převodníku.

Kompenzace rampy - zpětná kompenzace pilových zubů

V nejnovějším vývoji PWM regulátorů se používá pilová kompenzace zpětnovazebního signálu. To umožňuje zlepšit stabilizační režim v procesu regulace.

Dvouúrovňová OCP - dvouúrovňová nadproudová ochrana

Nadproudová ochrana v zátěžových a silových obvodech má dvě různé úrovně. Na nízké úrovni si regulátor zachovává schopnost regulace, ale má dlouhý začátek. Na vysoká úroveň při ztrátě řídicího signálu se spustí normální časovač. To umožňuje, aby napájecí zdroj krátce pracoval při kritickém výkonu. Proudová ochrana závisí pouze na signálu v obvodu zpětné vazby.

Výše uvedené funkce jsou plně implementovány v nejnovějším vývoji čipů řadiče ON Semi PWM - čipy řady NCP1237/38/88 a NCP1379/80.

Struktura řadičů PWM NCP1237, NCP1238, NCP1287 a NCP1288

Mikroobvody těchto typů jsou téměř totožné v pinoutu a spínacím obvodu. Používají režim řízení proudu s pevnou konverzní frekvencí. Mikroobvody jsou určeny pro použití ve zpětných měničích (Flyback) s galvanickým oddělením (transformátor, řízení - napěťová zpětná vazba přes optočlen, proudová zpětná vazba - přes přídavné vinutí výkonového transformátoru). Na Obr. 4 znázorněno strukturální schéma PWM regulátor NCP1237.

Rýže. 4. Strukturní schéma regulátoru NCP1237 PWM

Vestavěný obvod Dynamic Self-Supply (DSS) zjednodušuje design a snižuje nadbytečné vybavení. Přítomnost režimu Soft-Skip s cykly přeskakování poskytuje zlepšenou efektivitu konverze při nízké zátěži při zachování nízké spotřeby v pohotovostním režimu. Podporuje také snížení konverzní frekvence na 31 kHz (frekvenční foldback) s hysterezí. Prahová hodnota aktivace režimu je 1,5 V, zpětný přechod do provozního režimu nastává při překročení prahové hodnoty 1 V. Když napětí zpětnovazebního signálu klesne pod prahovou hodnotu 0,7 V, aktivuje se režim přeskočení cyklu Soft-Skip, který umožňuje pro další snížení výskytu akustického hluku na transformátoru a kondenzátorech použijte levnější transformátory. Vestavěný časovač dvouprahové ochrany slouží k ochraně proti poruchám a poruchám činnosti regulačního obvodu vlivem proudových rázů. Vestavěný obvod pro tvarování jitteru frekvence poskytuje rozmazání spektra a snížení špičkových úrovní EMI. Součástí je i ovladač nové schéma vysokonapěťový stupeň, který spolu se spouštěcím obvodem umožňuje vyhodnotit úroveň signálu z proudového snímače jako v obvodu střídavé napětí a v obvodu stejnosměrného usměrněného napětí. ON Semiconductor využívá vstupní technologii vysokonapěťového ovladače, takže NCP1288 lze napájet přímo do vysokonapěťové napájecí lišty.

Blokovací režim pro NCP1237 (obr. 5) lze aktivovat jednou ze dvou podmínek: když úroveň napětí stoupne nad prahovou hodnotu na vstupu Latch kvůli přepětí, nebo když napětí klesne pod jinou stanovenou prahovou hodnotu kvůli termistoru s negativní teplotní koeficient stojící na výkonovém tranzistoru.

Rýže. 5. Typický obvod pro zapnutí regulátoru NCP1237 PWM

Zdroj spouštěcího proudu HV nabíjí kondenzátor VCC na prahové napětí VCC (zapnuto) a funguje tak dlouho, dokud je vstupní napětí větší než VHV (start), poskytuje režim zapnutí. Ovladač pak vyrábí hladký start Soft-Start, při kterém se lineárně zvyšuje odběr proudu před zapnutím režimu regulace. Během období měkkého startu je blokování ignorováno a blokovací proud je zdvojnásoben, což umožňuje rychlé přednabití vstupního kondenzátoru blokovacího kolíku.

Mikroobvody mají ochranu proti zkratu na výstupu.

Převodní frekvence je 65/100/133 kHz a je určena úpravou mikroobvodů. Mikroobvody jsou určeny pro použití v rozšířeném teplotním rozsahu od -40 do +125 °C, což je důležité zejména pro průmyslové aplikace. Typické aplikace ovladačů:

• síťové napájecí zdroje pro tiskárny, monitory;
• nabíjecí zařízení pro baterie;
• vestavěné síťové zdroje vybavení domácnosti.

Funkční rozdíly mikroobvodů

Pro modifikace čipu NCP1238B a NCP1288B existují podpůrné funkce automatického obnovení. NCP1237 má dvouprahový obvod OCP, zatímco NCP1238 ne. Základní rozdíly mezi sériovými čipy jsou uvedeny v tabulce 3.

Tabulka 3. Základní rozdíly mezi modifikacemi PWM regulátorů řady NCP12xx

Řadiče PWM řady NCP1379/80

Mikroobvody jsou primárně orientovány pro aplikaci v síťové adaptéry s vysokým výkonem (AC/DC nástěnné adaptéry). Hlavním rozdílem od řady NCP12xx je kvazi-rezonanční režim, který poskytuje vysokou proudovou zatížitelnost. K regulaci se používá napěťová zpětná vazba. Na Obr. 6 ukazuje blokové schéma čipu řadiče NCP1379 PWM.

Rýže. 6. Struktura čipu NCP1379

Dynamický výkon pro spouštěcí fázi se v mikroobvodech této řady nepoužívá. Napájení je nepřetržitě přiváděno přes rezistor ze vstupní sběrnice vstupního napětí a přes diodu z napájecího vinutí transformátoru. NCP1379 a NCP1380 poskytují ultranízký výkon v pohotovostním režimu a také vysokou účinnost se sníženým proudovým zatížením přepnutím na nižší frekvenci.

Blokování pro mikroobvody řady NCP1379/80 na rozdíl od mikroobvodů řady NCP1237/38/87/88 nastává podle jiných podmínek. Je implementována ochrana proti přepětí (OPP) nebo ochrana proti vysokému proudu. Jako proudový snímač je použito přídavné vinutí transformátoru. Signál z vinutí je přiveden na pin 1 mikroobvodů NCP1379 / 80. Signál na vstupu výstupu 1 řídí nejen podmínku počátečního startu v bodě překročení nuly (Zero Crossing Detection), ale také odhaduje přebytek proudu v zátěži nad kritickým prahem. Na Obr. 7 ukazuje typické schéma zapojení regulátoru NCP1379 PWM.

Rýže. 7. Typický obvod pro zapnutí PWM regulátoru NCP1379

Mikroobvody NCP1379/80 mají vnitřní tepelnou ochranu (Internal Shutdown).

Tabulka 4. Základní rozdíly mezi modifikacemi PWM regulátorů řady NCP1379/80

Rozdíly mezi modifikacemi mikroobvodů NCP1380 jsou určeny logikou počátečních spouštěcích obvodů a činností ochranných obvodů.

V modifikacích je buď implementováno blokování (Latch), nebo je povoleno automatické obnovení po selhání (AutoRecovery). Blokování se aktivuje, když je v obvodu zátěže detekován nadměrný proud, například v případě zkratu. Stav zkratu je určen 80ms časovačem. Pokud je detekován nadproud po dobu delší než 80 ms, je situace vyhodnocena jako nouzová a činnost převodníku je zablokována.

Ochrana proti přepětí, podpětí na vstupu, jakož i ochrana proti přehřátí výstupního tranzistoru je realizována pomocí dvouprahového detektoru umístěného na vstupu výstupu 7 mikroobvodů NCP1379/80. Je třeba vzít v úvahu pouze to, že ne všechny typy ochrany jsou okamžitě implementovány v jednom čipu, ale pouze určité kombinace. Čtyři modifikace čipu NCP1380 umožňují vybrat sadu konkrétních ochran.

V souladu s tím jsou typické spínací obvody pro modifikace NCP1380 mírně odlišné (obr. 8, 9).

Rýže. 8. Typické schéma pro zapínání modifikací mikroobvodů NCP1380A / B

Rýže. 9. Typické schéma pro zapínání modifikací mikroobvodů NCP1380C / D

Uvažované regulátory PWM jsou navrženy pro ty aplikace, kde jsou klíčovými faktory volby odolnost vůči drsným provozním podmínkám a cena zařízení.

Literatura

1. AND8344/D Implementace LCD TV zdroj napájení s NCP1392B, NCP1606 a NCP1351B Zpracoval: Jaromír Uherek ON Semiconductor.
2. Romadina I. ON Polovodičové regulátory pro síťové zdroje s úsporným pohotovostním režimem // Komponenty a technologie. 2009. č. 7.
3. Datový list NCP1237 Regulátor proudu s pevnou frekvencí pro konvertory Flyback.
4. Datový list NCP1288 Regulátor proudu s pevnou frekvencí pro konvertory Flyback.
5. Datasheet NCP1379 kvazi-rezonanční regulátor proudu pro vysoce výkonné univerzální off-line zdroje.
6. Datasheet NCP1380 kvazi-rezonanční regulátor proudu pro vysoce výkonné univerzální off-line zdroje.

K dnešnímu dni bylo vyvinuto asi 14 různých topologií spínaných zdrojů (tabulka 1). Každý z nich má jedinečné vlastnosti, které umožňují jeho použití k řešení jeho řady problémů.

Stůl 1. Základní obvodové topologie používané při konstrukci spínaných zdrojů

Topologie	Systém	Napájení, út	Oblast použití	Zvláštnosti
letět zpátky (letět zpátky)		až 300	Zdroje pro vybavení domácnosti (TV, DVD atd.), výkonné nabíječky a venkovní jednotky výživa.	Jednoduchost obvodu, nízká cena
vpřed (přejít dopředu)		až 300	Zdroje pro vybavení domácnosti (TV, DVD atd.), výkonné nabíječky, externí a vestavěné zdroje.	Snížená hlučnost, zlepšená účinnost při nízkém výstupním napětí
rezonanční (rezonance)		až 300	Napájecí zdroje pro domácí zařízení (TV, DVD atd.)	Vysoká pracovní frekvence a v důsledku toho malé rozměry, snadná filtrace rušení
tlačit táhnout (tlačit táhnout)		100…5000	Externí a vestavěné napájecí zdroje pro domácí, průmyslová a automobilová zařízení	Snížené rušení
poloviční most (poloviční most)		100…1000	Externí a vestavěné napájecí zdroje (například počítače)	Malé rozměry Snížené rušení
Most (plný most)		100…3000	Bloky nepřerušitelný zdroj energie, nabíjecí zařízení	Zvýšená účinnost

Dnes je „srdcem“ téměř každého moderního transformátorového spínaného zdroje středního a vysoký výkon je specializovaný IC, vedoucí práce externí výkonový tranzistor/tranzistory. V naprosté většině těchto zdrojů se používá několik režimů řízení činnosti výkonových tranzistorů: pulsně šířkový (PWM - PWM), frekvenčně pulsní (FPM - PWM), kvazirezonanční (QR). Za účelem zvýšení účinnosti se také často používá smíšený režim: PFM nebo kvazi-rezonanční režimy při nízkém výstupním výkonu a PWM při středních a vysokých výkonech.

Úkoly a funkce PWM regulátorů se redukují nejen na ovládání externích výkonových tranzistorů a udržování výstupního napětí na požadované úrovni s danou chybou. Ve skutečnosti je seznam těchto funkcí v bez chyby zahrnuje:

řízení stavu klíčových tranzistorů (omezení proudu a pracovní cyklus řídicích impulsů);

měkký start po napájení (soft start);

řízení úrovně vstupního napětí a jeho "poklesů" a "emise";

ochrana proti poruchám výkonového transformátoru a výstupních obvodů výstupního usměrňovače;

regulace teploty samotného regulátoru (méně často výkonové tranzistory).

Všechny regulátory STMicroelectronics PWM (tabulka 2) lze konvenčně rozdělit do tří skupin: řízení napětí, řízení proudu a smíšené řízení.

Tabulka 2 Stručná charakteristika a parametry PWM regulátorů STMicroelectronics

SG2525A/SG3524/SG3525A- řada napěťově řízených PWM regulátorů (obr. 1) s pevnou konverzní frekvencí, speciálně navržených pro stavbu libovolného typu spínaných zdrojů (dle vyjádření výrobce) a minimalizující počet potřebných externích komponent.

Rýže. 1.

To bylo možné díky přítomnosti vestavěného referenčního napájecího zdroje (+5,1 V ± 1%), schopnosti ovládat provozní frekvenci externím RC obvodem, délky intervalu mrtvého času - s jedním externím rezistorem, doba měkkého startu - s jedním externím kondenzátorem (výstup SOFT-START), vestavěnými budiči (±200 mA) pro buzení externích výkonových tranzistorů nebo externím nízkopříkonovým transformátorem. Kromě všeho výše uvedeného poskytuje IC možnost synchronizace více zdrojů z jednoho externího hodinového signálu (vývod SYNC) a proudovou ochranu externích výkonových tranzistorů (vývod SHUTDOWN). Rozsah - téměř jakýkoli DC / DC měnič malých a střední výkon(obr. 2 a obr. 3).

Rýže. 2.

Rýže. 3.

UC2842B/3B/4B/5B a UC3842B/3B/4B/5B — oblíbená řada malých, pevně frekvenčních, proudem řízených PWM regulátorů umístěných v 8pinových SO a MiniDIP pouzdrech (obrázek 4).

Rýže. 4.

Navzdory tomu, že se vyrábí zhruba 10 let, stále zůstává jednou z nejoblíbenějších sérií, a to především díky nízké ceně a vysoké spolehlivosti, částečně díky snadnosti implementace. Určeno pro stavbu jednocyklových DC/DC měničů se vstupním napětím až 8,2…30 V. RC generátor (pracovní frekvence až 500 kHz), vestavěný výkonný driver (±200 mA) pro ovládání externího pole popř. bipolární tranzistor, vestavěný tepelně stabilizovaný referenční zdroj +5 V ± 1%, umožňují stavbu flyback napájecích zdrojů na bázi této řady IO s potřebnou sadou ochranných funkcí - vstupní přepěťová ochrana, ochrana externího výkonového tranzistoru proudem, teplotní ochrana IC. Pro vyloučení falešného chodu vestavěného proudového komparátoru (Current Sense) z důvodu možného rušení, ke kterému dochází při spínání externího výkonového tranzistoru, tzv. režim blokování komparátoru (Leading Edge Blanking) na pevnou dobu (asi 100 ns) od okamžiku sepnutí tranzistoru (obr. 5).

Rýže. 5.

Funkce série — proudové řízení externího výkonového tranzistoru, které umožňuje z obvodu vyloučit další galvanicky oddělené zpětnovazební obvody (optočlen), což umožňuje výrazně snížit rozměry a cenu finálního DC/DC měniče. Při stavbě nízkopříkonových měničů (do 3 W) je navíc možné vyloučit externí výkonový tranzistor a místo něj použít vestavěný výstupní budič.

L5991/L5991A -řada PWM regulátorů s řízením proudu, vysoká frekvence provozu (až 1 MHz) a zvýšení funkčnosti (obr. 6).

Rýže. 6.

Mezi charakteristické rysy této řady integrovaných obvodů patří: výkonný driver s výstupním proudem až 1 A pro buzení výkonných tranzistor s efektem pole, programovatelný měkký start, možnost synchronizace jak na vstupu (Slave), tak na výstupu (Master), vypínací vstup se snížením odběru proudu na 120 μA, možnost omezení maximálního pracovního cyklu externími RC obvody, přítomnost pohotovostního režimu, který zvyšuje efektivitu (práce s malou nebo žádnou zátěží). Tato řada je navržena pro výrobu výkonných DC/DC flyback měničů.

Pro vyloučení falešného chodu vestavěného proudového komparátoru (Current Sense) z důvodu možného rušení, ke kterému dochází při spínání externího výkonového tranzistoru, tzv. režim blokování komparátoru (Leading Edge Blanking) na pevnou dobu (asi 100 ns) od okamžiku sepnutí tranzistoru (obr. 7).

Rýže. 7.

L6566A/L6566B/L6668 — řada multifunkčních PWM regulátorů speciálně navržených pro práci jako součást středně a vysoce výkonných flyback pulsních měničů napětí (obr. 7). Charakteristické rysy IC: dva volitelné provozní režimy - režim s pevnou frekvencí (Fixed Frequency - FF) a kvazi-rezonanční režim (Quasi-resonant - QR). Frekvence provozu v režimu pevné frekvence, která je určena jmenovitými hodnotami externího RC obvodu. Přídavný FMOD vstup umožňuje pracovat v režimu frekvenční modulace, což umožňuje snížit rušení ze zdroje. IC má vestavěný napájecí zdroj s vysokonapěťovým vstupem pro počáteční spuštění.

Samostatně stojí za zmínku vlastnosti provozu IC v kvazi-rezonančním režimu, ve kterém zdroj pracuje na hranici režimu trvalého a přerušovaného proudu. Za tímto účelem v silový transformátor musí být zajištěno přídavné vinutí přesnou definici otevírací moment výkonového tranzistoru. V tomto režimu je dosaženo maximální účinnosti měniče: při nízké zátěži je pracovní frekvence nízká a ztráty na výkonovém tranzistoru jsou minimální. Při střední a velké zátěži se pracovní frekvence zvýší na nastavenou frekvenci určenou externím RC obvodem.

L6566A/L6566B/L6668 jsou primárně určeny pro jedno a vícekanálové středně a vysoce výkonné AC/DC měniče (obrázek 8). Hlavní aplikace jsou externí napájecí zdroje pro notebooky, domácí spotřebiče, vestavěné napájecí zdroje pro průmyslová zařízení atd.

Rýže. 8.

Závěr

K dnešnímu dni rodiny regulátorů STMicroelectronics PWM sebevědomě a pevně obsadily výklenek mezi levnými, spolehlivými multifunkčními a zároveň snadno použitelnými spínanými napájecími zdroji malého, středního a vysokého výkonu. Z velké části je lze nalézt jako obvykle domácí přístroje(počítače, notebooky, DVD přehrávače, LCD televizory a monitory atd.) a ve složitých průmyslových a lékařských zařízeních. Jedním z důvodů byla velmi nízká cena s vysokou funkčností v malých 8- a 16-pinových SO- a DIP pouzdrech, vysoká spolehlivost se zvýšenou životní cyklus(podle zkušeností mnoha vývojářů). Velká obliba některých sérií, která se udržuje již více než deset let, dává výrobcům napájecích zdrojů jistou záruku, že PWM regulátory od STMicroelectronics se ještě mnoho let nebudou vyrábět.

Získání technických informací, objednání vzorků, doručení -
e-mailem:

TI oznamuje nové DSP

Modelování systému a počáteční implementace algoritmu je ve většině případů založena na aritmetice s pohyblivou řádovou čárkou. Poté je laděný algoritmus nahrán do mikrokontroléru nebo digitálního signálového procesoru s pevnou čárkou. Procesory s pohyblivou řádovou čárkou se používají pouze v aplikacích, které vyžadují vysokou přesnost a výkon, kde cena koncového zařízení není kritická.

Pro takové aplikace vydala společnost Texas Instruments digitální signálové procesory s plovoucí desetinnou čárkou TMS320F28335, TMS320F28334, TMS320F28332. Ale stejně jako předtím to nezůstalo jen u toho. Existují nové DSP TMS320F2823x s pevnou čárkou, které jsou softwarově a hardwarově kompatibilní s procesory TMS320F2833x s pohyblivou řádovou čárkou.

Nyní mohou uživatelé simulovat systém, ladit jej na platformě s plovoucí desetinnou čárkou (TMS320F2833x) a poté jednoduše překompilovat výsledný programovací kód pod TMS320F2823x, čímž se zkrátí doba vývoje (doba potřebná ke stažení aplikace na platformu s pevným bodem) a náklady na koncové zařízení.

Sériová výroba TMS320F2823x a TMS320F2833x bude zahájena ve druhém čtvrtletí roku 2008.

TI odhaluje podrobnosti o své 45nm procesní technologii

Společnost Texas Instruments (TI) je připravena sériová výroba jejich první 45nm čipy. Přechod na 45nm údajně snížil spotřebu energie čipu o 63 % a zlepšil výkon o 55 % ve srovnání s 65nm produkty

TI v současné době dodává zkušební vzorky prvního 45nm procesoru pro 3,5G zařízení. Při výrobě novinky se používá namáhaný křemík, imerzní litografie a dielektrika s ultranízkou dielektrickou konstantou (ultra-low K).

Uvedený procesor umožní vyrábět kompaktnější a lehčí zařízení pro sítě 3,5G.

O společnosti ST Microelectronics