. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče
26. října 2010 - 9:38 | Robert Kollman | Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče | Komentářů: 0  

Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče

Máte problém s výběrem vhodných komutačních prvků do napájecího zdroje? Získání hodnoty kapacity a odporu není tak náročné, jak by se na první pohled mohlo zdát. Na následujících řádcích se vám pokusím nastínit možné jednoduché způsoby řešení tohoto problému.

Na Obrázku 1 je uvedeno zjednodušené schéma propustného měniče (Forward Converter). Tento obvod pracuje tak, že transformátor převádí vstupní napětí do sekundárního vinutí, kde je následně usměrněno a filtrováno. Zamezení komutací je obvykle nutné v případě, kdy je dioda D2 nucena odvádět nežádoucí přepětí, vznikající na nevhodné impedanci obvodu. Na její pozici může být použita zcela běžná, křemíková pn dioda s nábojem (tedy kapacitou přechodu) takové velikosti, aby se stihl vybít dříve, než se uzavře. Takový stav nastává především v případě nadměrného proudu v indukčnosti a má za následek vznik vysokofrekvenčního rušení a napěťových špiček na pinech diody. Podobná situace existuje i v případě Schottkyho diod a to vzhledem k jejich velké přechodové kapacitě, případně v synchronních usměrňovačích dokonce i vzhledem k jejich zpožděnému vypnutí.


Obr. 1: Rozptylová indukčnost zabraňuje rychlému zavření D2

Obrázek 2 zachycuje několik naměřených průběhů. Horní průběh představuje napětí na elektrodě Drain tranzistoru Q1 a na prostředním je napětí na katodách D1 a D2. Spodní průběh zachycuje proud, tekoucí přes D1. Na průběhu horní křivky je dobře patrný okamžik sepnutí tranzistoru, kdy dojde k poklesu napětí na jeho výstupní elektrodě téměř na nulovou hodnotu. V tento okamžik začne protékat proud i diodou D1. Pokud na diodě není aktuálně přítomen zotavovací náboj, začne na její katodě stoupat napětí a procházející proud se rovná výstupnímu proudu. Právě kvůli zotavovacímu náboji, roste proud a napětí na diodě i dále nad jejich nominální hodnotu, což může vést i k nevratnému poškození diody. Jakmile je energie vyčerpána, dioda se zavře a proud začne klesat. Všimněte si však, že napětí na diodě i nadále stoupá a to klidně až na hodnotu vstupního napětí, které se sem dostává prostřednictvím rozptylové indukčnosti. Vlivem parazitních kapacit se tento stav periodicky opakuje v rytmu rezonanční frekvence parazitních prvků v obvodu.


Obr. 2: D2 způsobuje překmity zdroje

Tyto špičky jsou obvykle považovány za nežádoucí, neboť mohou stát za problémem vysokého EMI, případně mohou zapříčinit nárůst napětí na diodě i nad její mezní hodnoty. Komutační RC obvod, umístěný paralelně k D2, může tento problém účinně potlačit a navíc jen s malým dopadem na celkovou účinnost zdroje. Rezonanční frekvence se snadno spočítá pomocí známého výrazu (Rovnice 1):

Rovnice 1

Jak ale v obvodu zjistit hodnoty parazitních prvků L a C? Známý trik spočívá ve snížení rezonanční frekvence tím, že se k diodě D2 přidá známá hodnota kapacity - z čehož následně vzniknou dvě rovnice o dvou neznámých. Dále je možné použit ještě jednodušší řešení, spočívající v přidání takové kapacity, která povede ke snížení rezonanční frekvence na polovinu. Pro poloviční frekvenci je třeba zajistit Celkovou kapacitu v hodnotě čtyřnásobku výchozí parazitní kapacity. Poté přidanou kapacitu stačí jednoduše rozdělit na tři díly a dostat hodnotu parazitní kapacity. Obrázek 3 ukazuje výsledné průběhy s kondenzátorem 470 pF u D2 a tedy polovinou původní rezonanční frekvence. Z toho vyplývá, že parazitní kapacita obvodu je rovna hodnotě přibližně 150 pF. Všimněte si však, že pouhé přidání kapacity má na amplitudu špiček jen velmi malý vliv. Obvod totiž vyžaduje osazení i určitého odporu. To je další důvod pro použití druhého z uvedených principů. S vhodným odporem je možné dosáhnout požadovaného útlumu při minimálním dopadu na účinnost. Optimální hodnota tohoto odporu je téměř rovna charakteristické impedanci parazitických prvků (Rovnice 2).

Rovnice 2


Obr. 3: Snížení frekvence na polovinu umožňuje získání hodnoty parazitních kapacit

Pomocí Rovnice 1 s rezonanční frekvencí 35 MHz a parazitní kapacitou 150 pF, je možné získat hodnotu rozptylové indukčnosti, které zde činí 150 nH. Dosazením 150 nH do Rovnice 2 je získán komutační odpor v hodnotě asi 30 Ohmů. Na obrázku 4 je uveden výsledek s použitím tohoto odporu. Nežádoucí kmitání je prakticky zcela eliminováno a napěťový překmit je z 60 V snížen na pouhých 40 V. Tím je možné použít diody s nižším mezním napětím, které mohou být navíc vybrány s lepším důrazem na zvýšení energetické účinnosti. Posledním krokem v procesu je výpočet ztráty v komutačním obvodu. To je možné provést pomocí Rovnice 3, kde f je pracovní frekvence:

Rovnice 3

Jakmile známe i ztrátovou hodnotu, je třeba zvážit, zda si tyto ztráty v komutačním obvodu můžeme vůbec dovolit. Pokud ne, je třeba volit jisté kompromisní řešení mezi zákmity a ztráty v komutačním obvodu. Pokud nevíte jak zvolit optimální tlumicí odpor, podívejte se na Power Tip 4 - obr. 3.


Obr. 4: Volba vhodného komutačního odporu prakticky eliminuje zákmity

Abychom to shrnuli, zatlumení komutací v napájecím zdroji je jednoduchá operace:

  1. Přidat kapacitu pro snížení rezonanční frekvence na polovinu.
  2. Vypočítat parazitní kapacity a indukčnosti.
  3. Vypočítat velikost tlumícího odporu.
  4. Určit, zda jsou ztráty v obvodu přijatelné.

V příštím díle seriálu Power Tip se k tomuto témat ještě znovu vrátíme a rozebereme si ho podrobněji.

Reference:
Middlebrook, R. D., and Slobodan Cuk, “Advances in Switched-Mode Power Conversion,” Volumes I and II, 2nd Edition, TESLAco, 1983. 533 p. Available from TESLAco, #10 Mauchly, Irvine, CA 92718, Phone (714) 727-1960. (First edition c 1981.)
Robert Kollman, Power Tip 4: Damping an Input Filter.

Pro více informací o tomto a dalších napájecích řešení navštivte stránku www.ti.com/power-ca.

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:
PUSBIO1R - Multifunkční relé s USB rozhraním
Multifunkční relé s USB rozhraním - PUSBIO1R patří do skupiny nové řady USB – relé a USB – I/O převodníků. Moduly jsou vybaveny výkonovými relé a izolovanými vstupy. Pro ovládání slouží aplikace PUSBIO – Control Software.
Skladem od 345 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