. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj
12. srpna 2011 - 10:39 | Robert Kollman | Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj | Komentářů: 0  

Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj

Návrh jednoduchého izolovaného regulátoru s jediným obvodem a regulační smyčkou, pracující bez nutnosti přímého měření výstupního napětí.

Také jste již někdy stáli před problémem návrhu jednoduchého izolovaného napájecího zdroje, například pro řízení spínacích součástek, izolovaných snímačů nebo komunikačních obvodů? V tom případě je následující díl našeho seriálu Power Tipů určen právě vám. Na následujících řádcích si společně představíme jednoduchý obvod, který nám zajistí izolované napájecí napětí, pro svůj provoz vyžaduje jen minimum diskrétních součástek a je dostupný v ceně zhruba od 50 Kč. Výsledný regulátor nalezne své uplatnění především v aplikacích, kde máme k dispozici nízké vstupní napětí a potřebujeme napájet obvody, kterým nevadí mírné kolísání napájecího napětí (typ. v hodnotě pěti procent).

Schéma regulátoru s obvodem TPS5501 je uvedeno na obr. 1. Příklad ukazuje zajímavé využití řídicího obvodu, který je primárně určen pro konstrukci synchronních snižujících regulátorů, ale plně vyhoví i našim požadavkům. Uvedené zapojení je obecně známé pod názvem „asymetrický flyback“, nebo také flyback s polovičním můstkem (flybuck) a ve své podstatě pracuje naprosto stejně jako klasický synchronní snižující regulátor. Integrované výkonové tranzistory FET spínají vstupní napájecí napětí do sériového LC filtru (T1, C6). Ze středního pinu filtru je zároveň odebíráno vzorkové napětí, které se po snížení odporovým děličem vede na negativní vstup integrovaného chybového zesilovače (VSNS). Chybový zesilovač má pak za úkol řídit integrované spínače FET tak, aby se v tomto bodě udržovalo konstantní stejnosměrné napětí.

Absolutní hodnota napětí na kondenzátoru C6 se rovná součinu hodnoty napájecího napětí a střídy. Podobně jako každém jiném DC/DC regulátoru, je i zde dodrženo pravidlo nulového součtu napětí na primárním a sekundárním vinutí, pokud mají shodnou indukčnost. Obvod na obr. 1 má však na sekundární straně dvě seriově zařazené indukčnosti a získané dvojnásobné napětí usměrňuje pomocí diody B120. Vzhledem k tomu, že napětí na primární indukčnosti se během provozu rovná také výstupnímu napětí (v ideálním případě v poměru 1:1), pracuje regulační smyčka i bez potřeby přímého měření výstupního napětí. Jakékoliv rozdíly na primární a sekundární straně se díky regulaci a magnetizačnímu obvodu automaticky vyrovnají. Jediným slabým článkem regulačního obvodu je závislost úbytku napětí na usměrňovací diodě D1. Mnohem lepšího výsledku bychom dosáhli jejím nahrazením tranzistorem FET.


Obr. 1: Izolovaný snižující synchronní regulátor

Stejně jako v případě regulátorů SEPIC s vázanou indukčností, mohou i zde parazitní prvky stát za nežádoucím omezením výstupního výkonu. Během aktivního času je celý obvod velmi citlivý na tok magnetizačních proudů v T1 a proudu do C6. Výstupní kondenzátor C3 zajišťuje zatížení výstupních svorek. Ovšem ve chvíli rozepnutí výkonových spínačů je C3 přes magnetický obvod T1 spojen paralelně s C6. Oba přitom mají rozdílnou velikost svorkového napětí a jediná věc, která zabraňuje toku vysokých proudů, jsou právě parazitární prvky ve smyčce. Mezi nejvýraznější patří hodnota ESR obou kondenzátorů, odpor vinutí vázaných indukčností, odpor spodního MOSFETu a diody, stejně jako rozptylová indukčnost.

Na obr. 2 jsou uvedeny výsledky simulace proudu při různých hodnotách rozptylové indukčnosti. První graf zachycuje proud v primárním vinutí T1 a druhý proud na výstupní diodě D1. Rozptylová indukčnost se při simulaci pohybovala od nízké hodnoty (cca. 10 nH) při silně vázaných indukčnostech až po volně vázané indukčnosti s 1 uH. V případě přímého spojení je maximální špičkový proud mnohem vyšší a je omezován pouze odporem smyčky.

Naopak nejnižší proud teče obvodem v případě volně vázaných indukčností. Vysoká hodnota úniku snižuje hodnotu RMS proudů a zlepšuje účinnost celého napájecího zdroje, což je velmi dobře vidět právě na obr. 2. Volně vázané indukčnosti omezují tok proudu až o 50 procent, což v některých případech může omezit ztráty až o 75%. Ovšem zároveň přitom dochází také k degradaci funkce regulační smyčky výstupního napětí a v praxi je vždy nutné volit kompromis.


Obr. 2: Vliv rozptylové indukčnosti na velikost proudů

Na obr. 3 je uveden graf zatěžovací charakteristiky regulátoru z obr. 1. Pokud je maximální zatěžovací proud omezen, poskytuje regulátor dostatečně dobrý výsledek, použitelný v celé řadě aplikací. Vliv úbytku napět na diodě, stejně jako zákmitů na primární straně zdroje, je naopak dobře patrný při nízkém zatížení výstupu. Pro omezení nežádoucího nárůstu napětí je dobré zajistit buď trvalé minimální zatížení, nebo do obvodu zařadit Zenerovu diodu. Při vysokém zatížení je naopak vidět degradace regulační smyčky, způsobená vlivem parazitních prvků v obvodu. Zlepšení stavu může pomoci například použití synchronního spínače namísto usměrňovací diody.


Obr. 3: Zatěžovací charakteristika obvodu Flybuck

Jak vidíme, regulátor typu flybuck představuje poměrně zajímavé řešení, které kombinuje levný, jednoduchý a izolovaný napájecí zdroj s tolerancí výstupního napětí lepší než pět až deset procent. Účinnost při 5 V na výstupu je poměrně dobrá (80 procent), ale může být i dále zlepšena právě použitím již uvedeného synchronního usměrňovače.

V příštím pokračování seriálu Power Tipů budeme diskutovat o minimalizaci vlivu přenosové kapacity v transformátorech.

Pro více informací o tomto a dalších dílech seriálu navštivte adresu: www.ti.com/power-ca.

Reference:
Chen and Chen; “Small-Signal Modeling of Assymetrical Half-Bridge Flyback Converter,” IPEMC 2006.

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:
USB teploměr a vlhkoměr
Digitální USB teploměr a vlhkoměr s možností připojení externího čidla, funkcí termostatu se zasíláním e-mailu i přenosem dat na webový server.
Skladem od 600 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