. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy V - Záporné napětí ze snižujícího regulátoru

Power tipy V - Záporné napětí ze snižujícího regulátoru

Článek popisuje princip získání zdroje záporného napětí pomocí standardního snižujícího DC/DC měniče, včetně rozboru požadavků na jednotlivé prvky systému.

Elektronické obvody jsou obvykle napájeny stabilizovaným kladným napětím, často získávaným s pomocí snižujícího DC/DC měniče. Je-li v aplikaci vyžadováno i záporné napájecí napětí, je i zde často využíván snižující měnič. Je to proto, že většina z nich umožňuje snadnou konfigurovatelnost do tzv. buck-boost (invertující) topologie. Záporný výstup takového regulátoru, často nazývaného rovněž jako záporný flyback regulátor, pracuje s plněním 50% a poskytuje výstupní napětí rovnající se vstupní napětí. Samozřejmě však s opačnou polaritou. Jeho schopnost jak snížit (buck), tak i zvýšit (boost) vstupní napětí, umožňuje udržovat výstupní napětí na přesně dané úrovni. Automatickou změnou pracovního režimu je tak schopen zajistit pevně daný výstup bez vlivu kolísajícího vstupního napětí.

Obrázek 1 ukazuje zjednodušené blokové schéma uvedeného buck-boost regulátoru, spínajícího napětí do indukčnosti. Podobnost s klasickým snižujícím uspořádáním regulátoru je z obrázku jasně patrná. Ve skutečnosti se totiž jedná o obyčejné snižující zapojení, ovšem výstupní napětí je vůči společné zemi opačné. Takové uspořádání je použitelné i pro synchronní snižující měniče. Nicméně zde podobnost se snižujícím, nebo synchronním snižujícím převodníkem, končí, neboť vlastní obvod pracuje odlišným způsobem.

Napětí, které je během spínání tranzistoru FET přítomné na indukčnosti, je ve srovnání s klasickým zapojením snižujícího měniče odlišné. Avšak stejně jako v případě snižujícího měniče, je třeba i zde dosáhnout optimální rovnováhy mezi napětím a časem, obecně označované jako volt-mikrosekundová (V-µs) charakteristika. To je především z důvodu zabránění nežádoucího přetěžování kapacity jádra indukčnosti.

Zatímco je spínač FET sepnutý, je na indukčnosti plné vstupní napětí. Na obr. 1 je tento stav označen jako tON. Kladné napětí na tečkou označeném konci indukčnosti způsobí, že proud stoupá nahoru. Výsledkem je aktivní V-µs perioda, působící na indukčnost. Během doby kdy je spínač FET rozepnut (tOFF), snaží se indukčnost udržet tekoucí proud, čímž obrací polaritu naakumulované energie. Na jejím konci, označeném tečkou, je tedy v tuto chvíli záporné napětí. Proud indukčností dále klesá a přes diodu teče do výstupního kondenzátoru a samozřejmě i zátěže. Hodnota V-µs při vypnutém spínači je ekvivalentní téže hodnotě při sepnutém spínači. Vzhledem k tomu, že VIN a VOUT mají pevnou hodnotu, je možné úroveň plnění (D) vyjádřit jako D=VOUT/(VOUT – VIN), což je velice snadno odvoditelná rovnice. Regulační obvod se přitom změnou úrovně plnění snaží udržet výstupní napětí na konstantní úrovni. Neustálým střídáním sepnutého a rozepnutého stavu výkonového spínače, vzniká na obvodu kontinuální provoz.


Obr. 1: Indukčnost v Buck-Boost regulátoru vyžaduje nalezení rovnováhy mezi jednotlivými V-µs

V uvedené konfiguraci musí mít indukčnost maximální mezní proud vyšší, než jaký je maximální výstupní proud, tekoucí do zátěže. To je definováno jako IL = IOUT/(1-D), nebo jednoduše jako součet vstupního a výstupního proudu. Pro záporné výstupní napětí, které má stejnou velikost jako vstupního napětí, a D = 0,5, je třeba počítat s průměrným proudem indukčností jako dvojnásobku výstupního proudu.

Z pohledu blokování napájení existují dvě možnosti připojení vstupních kondenzátorů, které mají vliv především na efektivní hodnotu proudu, tekoucího výstupním kondenzátorem. Na rozdíl od typické konfigurace, kdy je kondenzátor umístěn mezi +VIN a GND, může být rovněž umístěn i mezi piny +VIN a –VOUT. Taková konfigurace umožňuje snížení efektivní hodnoty proudu na výstupním kondenzátoru. Nicméně, vstupní kondenzátor připojený na –VOUT tvoří kapacitní dělič napětí právě z –VOUT.

To může být zdrojem kladných špiček na výstupu měniče při jeho zapnutí, než začne pracovat vlastní regulátor. Pro minimalizaci těchto stavů, je zpravidla nejlepší používat vstupní kondenzátor mnohem menší kapacity, než jakou má výstupní kondenzátor. Takové uspořádání můžete vidět na obr. 2. Vstupní kondenzátor střídavě odebírá DC proud z výstupního kondenzátoru a vstupu napájecího zdroje. RMS hodnota proudu je nejvyšší v případě kombinace nízkého vstupního napětí s vysokého výstupního proudu. Nutností je samozřejmě volba kondenzátoru s nízkým ESR. Vhodné jsou především keramické nebo polymerové kondenzátory.


Obr. 2: Využití snižujícího měniče pro získání záporného napětí

Při výběru vhodného regulátoru musí být brána v úvahu nejen schopnost startu obvodu při minimálním vstupním napětí, zmenšeném o úbytek na diodě, ale také odolnost vůči rozdílu potenciálu napětí VIN plus VOUT během provozu. Podobné vlastnosti musí mít i použitý výkonový FET a dioda. Výstupní napětí je regulováno pomocí zpětné vazby, získané odporovým děličem z výstupní země regulátoru, neboť ta reprezentuje záporné výstupní napětí.

Jak je vidět, při pečlivém výběru několika málo komponent a drobné změně v zapojení, může snižující regulátor velice snadno poskytnout záporné napětí s vysokým zatížením.

Zvláštní poděkování patří Johnu Bettenu ze společnosti Texas Instruments a to za jeho příspěvek k tomuto článku.

V příštím díle se zaměříme na správný postup při měření zvlnění napájecího zdroje.

Autor: Robert Kollman, Texas Instruments







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk
Příbuzné články:
Power tipy I - Výběr správné pracovní frekvence spínaného zdroje
Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje
Power tipy III - Tlumení vstupního filtru - Díl 1 z 2
Power tipy IV - Tlumení vstupního filtru - Díl 2 z 2
Power tipy V - Záporné napětí ze snižujícího regulátoru
Power tipy VI - Správné měření napájecího zdroje
Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED
Power tipy VIII - Omezení EMI technikou rozprostřeného spektra
Power tipy IX - Odhad nárůstu teploty výkonových součástek
Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje
Power tipy XI - Řešení ztrát v obvodu napájení
Power tipy XII - Maximalizování účinnosti napájecího zdroje
Power tipy XIII - Omezte ztráty v jádře indukčnosti
Power tipy XIV - Zdroj topologie SEPIC zajišťuje vyšší účinnost
Power tipy XV - Levný a výkonný budič LED
Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče
Power tipy XVII - Komutační obvod u Flyback regulátoru
Power tipy XVIII - Jednoduché zlepšení stability regulátoru
Power tipy XIX - Snadné získání více záporných napětí
Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji
Power tipy XXI - Hlídejte RMS proud kondenzátorů
Power tipy XXII - Vyhněte se častým problémům s chybovým zesilovačem
Power tipy XXIII - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 1
Power tipy XXIV - Převod paralelní impedance na sériovou
Power tipy XXV - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 2
Power tipy XXVI - Přenos vysokofrekvenční energie vodičem
Power tipy XXVII - Paralelní řazení napájecích zdrojů
Power tipy XXIIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 1
Power tipy XXIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 2
Power tipy XXX - Síťový zdroj s obyčejným obvodem
Power tipy XXXI - Poměr vnitřních odporů v synchronním regulátoru
Power tipy XXXII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 1
Power tipy XXXIII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 2
Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj
Power tipy XXXV - Omezení parazitní kapacity v transformátorech

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
SDR-5+ HF receiver - All Mode Softwarový přijímač
Digitální softwarový přijímače SDR-5+ je již pátou generací špičkových produktů naší společnosti. Jedná se o All Mode Receiver s integrovaným generátorem, dvěma anténními vstupy a VCO vstupem s frekvenčním rozsahem 0 až 100 MHz.
Skladem od 2550 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007