конструкції радіоаматорів
Головна Про мене Гостьова книга Зворотній зв'язок Новини космонавтика Софт антени конструкції схеми модернізація радіоаматорська технологія Довідники QSL-bureau
Головна
/ конструкції / ..
"Радіо" №3 2001р
В. Козельський
м Лохвиця Московської обл.
При проектуванні двотактних імпульсних перетворювачів напруги необхідно вжити заходів щодо запобігання наскрізного струму через комутуючі транзистори. Забезпечити нормальну роботу перетворювачів можна, якщо сформувати для управління транзисторами сигнал спеціальної форми (відмінною від меандру).
При конструюванні імпульсних блоків живлення (ІБП), які працюють на підвищеній частоті, основну увагу приділяють забезпеченню їх надійності та високого ККД. Саме цими якостями володіють двотактні ДБЖ [1]. Однак без прийняття спеціальних заходів щодо усунення наскрізного струму домогтися стійкої роботи блоків з прийнятним ККД (80%) неможливо.
Наскрізний струм в двотактних ДБЖ виникає через кінцевого (ненульового) часу виключення комутуючих транзисторів. Справа в тому, що час вимикання (tвик) більшості потужних транзисторів, які застосовуються в ДБЖ, знаходиться в межах 1,5 ... 8 мкс, а час їх включення (tВКЛ) приблизно в десять разів менше. Це і призводить до того, що на підвищеній частоті форма струму в ланцюгах колекторів спотворюється, стає відмінною від меандру. В результаті збільшується тривалість імпульсів струму і зменшується, особливо на спаді, їх крутизна.
На рис. 1 представлена форма струму бази транзисторів ДБЖ (діаграми а і б) і їх колектора (в і г). З діаграм видно, що за час зменшення струму Iк1 збільшується струм IK2, що як раз і призводить до виникнення наскрізного струму. На діаграмах в і г штриховий лінією показаний наскрізний струм на фронтах і спадах імпульсів струму колекторів комутуючих транзисторів.
Радикальний метод усунення наскрізного струму - формування в задають генераторах (ЗГ) імпульсів, що відрізняються від меандру і мають паузи (tп), тривалість яких в першому наближенні дорівнює tп = tвик - tВКЛ. Однак на практиці час включення і виключення навіть у двох однакових транзисторів по-різному. Залежить воно від напруги первинного джерела живлення, температури переходів, струму колектора і т. Д. Тому тривалість паузи повинна бути більше зазначеної величини, а краще - регульованої.
Мета цієї статті - запропонувати найбільш прості способи формування імпульсів в ЗГ, придатних для управління ДБЖ. У ній наведено схеми ЗГ різної складності, що забезпечують як фіксовану, так і регульовану тривалість паузи.
Пристрій, схема якого показана на рис. 2, дозволяє сформувати імпульсну послідовність з регульованою паузою. Тактовий генератор зібраний на елементах DD1.1-DD1.3. Він виробляє імпульси - меандр подвоєною частоти в порівнянні з частотою перемикання комутуючих транзисторів (рис. 3, діаграма а). Диференціюються ланцюг C2R2 формує короткі запускають імпульси високого рівня, які керують роботою формувача тривалості пауз на елементах DD2.1, DD2.2 (рис.3, діаграма б).
З виходу формувача імпульси надходять на входи елементів DD2.3, DD2.4 і тригер DD3.1, які виконують функцію розподільника імпульсів. На виходах ЗГ (діаграми д, е) формуються імпульсні послідовності, зрушені один щодо одного на 180 °, з паузою тривалістю tп. Частота імпульсів на виході ЗГ в два рази менше, ніж на виході тактового генератора. Тривалість паузи регулюють змінним резистором R3.
Іноді для управління ДБЖ необхідно отримати імпульси низького рівня з паузою. В цьому випадку в схемі рис. 2 елементи DD2.1, DD2.2 мікросхеми К561ЛЕ5 замінюють одним елементом мікросхеми К561ЛС2, а замість елементів DD2.3, DD2.4 включають елементи І-АБО за схемою 2ИЛИ. Для цього лише необхідно на висновки 9 і 14 мікросхеми К561ЛС2 подати напругу високого рівня.
Якщо потрібно збільшити потужність імпульсів і крутизну їх фронтів і спадів, в вихідних щаблях ЗГ слід застосовувати мікросхеми ТТЛ і ТТЛШ. На рис. 4 наведена схема ЗГ на мікросхемах ТТЛШ.
Пристрій допускає широтно-імпульсне регулювання вихідної напруги ДБЖ. Вузол ШІМ зібраний на елементах DD2.1, VT1, VT2, R3, С3, R5, R6. Діаграми напруги показані на рис. 5. Тут: Unop - порогове напруга перемикання елементів DD1.4 і DD2.1; tпф - фіксована тривалість паузи;
tпp - регульована тривалість паузи;
tір - регульована тривалість імпульсу; tи maх, tи min - максимальна і мінімальна тривалість імпульсу.
Інтервал регулювання тривалості імпульсу - від 0,2 мкс до 18 мкс (при частоті вихідних імпульсів 25 кГц). Тривалість імпульсів регулюють зміною напруги на базі транзистора VT1, який підключає резистор R5 паралельно R6 і тим самим змінює постійну часу диференціюються ланцюга C3R6. Резистор R7 забезпечує гістерезис і запобігає самозбудження елемента DD2.1. На висновок Uynp можна подавати сигнал зворотного зв'язку від стабілізатора вихідної напруги ДБЖ.
При налагодженні ЗГ резистором R2 встановлюють тривалість паузи, а резистором R5 - мінімальну тривалість (tn min) формуються імпульсів (діаграма к).
Слід зазначити, що застосування ШІМ в ДБЖ обмежується тією обставиною, що зі зменшенням тривалості імпульсів менш ніж tи mах / 2 різко знижується ККД ДБЖ, так як більшу частину часу комутуючі транзистори знаходяться в ненасиченому стані. Тому застосування ІБП з ШИ стабілізацією вихідної напруги обмежена мінімальним навантаженням, як правило, не менше 10% номінальної.
Цікавим є ЗГ (рис. 6), що дозволяє встановлювати тривалість паузи без времязадающих диференціюють ланцюгів із застосуванням лічильників К561ИЕ8 (К561ІЕ9).
Тривалість паузи можна встановлювати дискретно зміною частоти тактового генератора і коефіцієнта ділення лічильника в межах, зазначених в таблиці для частоти вихідного сигналу ЗГ 25 кГц. З таблиці видно, що тривалість імпульсу дорівнює періоду тактового генератора.
В ЗГ використані мікросхеми КМОП, що мають десяткові лічильники з дешифраторами на виході, однак це не виключає застосування ТТЛ і ТТЛШ мікросхем з дешифраторами на виході. Коефіцієнт розподілу змінюють підключенням ланцюга зворотного зв'язку (точка е на схемі рис. 6) на вхід R лічильника і виходу до розподільника імпульсів (точка д) [2]. Частоту тактового генератора регулюють зміною параметрів ланцюга R1C1.
Частота тактового генератора, кГц (період, мкс)
коефіцієнт розподілу
Тривалість паузи, мкс
Використовуваний вихід лічильника К561ИЕ8 (висновок)
500 (2) 10 2 0 (3) 450 (2,2) 9 2,2 8 (9) 400 (2,5) 8 2,5 7 (6) 350 (2,9) 7 2,9 6 ( 5) 300 (3,3) 6 3,3 5 (1) 250 (4) 5 4 4 (10) 200 (5) 4 5 3 (7) 150 (6,6) 3 6,6 2 (4) 100 (10) 2 10 1 (2)
В іншому пристрій не відрізняється від попередніх. Епюри напруги в точках схеми наведені на рис. 7 для частоти вихідних імпульсів ЗГ 25 кГц, тривалості паузи 4 мкс при коефіцієнті розподілу 5.
В принципі, у всіх розглянутих ЗГ (крім ЗГ з дискретно змінюваною тривалістю паузи, рис. 6) можна застосувати ШИ управління введенням сигналу зворотного зв'язку з виходу ДБЖ на вузол регулювання паузи, передбачивши відповідне обмеження мінімальної і максимальної тривалості імпульсу.
Для гальванічної розв'язки вихідної напруги ДБЖ від джерела первинного напруги по ланцюгу зворотного зв'язку найбільш зручно і просто використовувати компаратори в поєднанні з оптронами як найбільш простий і дешевий спосіб.
Однак застосування ШІМ призводить до ускладнення фільтра в ланцюзі постійного струму на виході, що іноді зводить на "ні" масогабаритні і економічні показники, особливо при малій потужності ДБЖ і вимозі малого коефіцієнта пульсації вихідної напруги.
ЛІТЕРАТУРА
1. Колганов А. Імпульсний блок живлення потужного УМЗЧ . - Радіо, 2000, № 2, С.36-38.
2. Бірюков С. А. Застосування цифрових мікросхем серій ТТЛ і КМОП. - ДМК, 1999..
Конструктор uCoz
<
