ON Chip-uri controler Semi PWM pentru surse de alimentare de rețea. Ce este un controler PWM și cum funcționează?

·o ·r

Modularea lățimii impulsului(PWM, engleză) Modulație pe lățime de impuls (PWM)) - aproximarea semnalului dorit (multi-nivel sau continuu) la semnalele binare reale (cu două niveluri - pe/oprit), astfel încât, în medie, pe o anumită perioadă de timp, valorile lor sunt egale. Formal, poate fi scris astfel:

Unde x(t) - semnalul de intrare dorit în limita de la t1 la t2, și ∆ T i- durata i al-lea impuls PWM, fiecare cu amplitudine O. ∆T i este selectat în așa fel încât suprafețele totale (energiile) ale ambelor cantități să fie aproximativ egale pe o perioadă de timp suficient de lungă, iar valorile medii ale cantităților de-a lungul perioadei să fie, de asemenea, egale:

„Nivelurile” controlate sunt de obicei parametrii de putere ai centralei electrice, de exemplu, tensiunea convertoarelor de impulsuri/regulatoarelor de tensiune DC/sau viteza unui motor electric. Pentru surse pulsate x(t) = U const stabilizare.

GHIMPE- un convertor de lățime a impulsului care generează un semnal PWM pe baza unei valori date a tensiunii de control. Principalul avantaj al PWM este eficiența ridicată a amplificatoarelor sale de putere, care se realizează prin utilizarea lor exclusiv în modul de comutare. Acest lucru reduce semnificativ puterea de ieșire a convertorului de putere (PC).

Aplicație

În modulația pe lățime a impulsurilor, o secvență periodică de impulsuri dreptunghiulare este utilizată ca oscilație purtătoare, iar parametrul de informație asociat semnalului de modulare discret este durata acestor impulsuri. O secvență periodică de impulsuri dreptunghiulare de aceeași durată are o componentă constantă, invers proporțională cu ciclul de lucru al impulsurilor, adică direct proporțională cu durata acestora. Prin trecerea impulsurilor printr-un filtru trece-jos cu o frecvență de tăiere semnificativ mai mică decât rata de repetare a impulsurilor, această componentă constantă poate fi ușor izolată, obținându-se o tensiune constantă. Dacă durata impulsurilor este diferită, filtrul trece-jos va elibera o tensiune care variază lent care urmărește legea modificării duratei impulsurilor. Astfel, folosind PWM puteți crea un DAC simplu: valorile eșantionului de semnal sunt codificate de durata impulsurilor, iar filtrul trece-jos convertește secvența impulsurilor într-un semnal care variază ușor.

Fundația Wikimedia.

Anterior, pentru alimentarea dispozitivelor, ei foloseau un circuit cu un transformator coborâtor (sau crescător sau cu înfășurare multiplă), o punte de diode și un filtru pentru a netezi ondulațiile. Pentru stabilizare s-au folosit circuite liniare care folosesc stabilizatori parametrici sau integrati. Principalul dezavantaj a fost eficiența scăzută și greutatea și dimensiunile mari ale surselor de alimentare puternice.

Toate aparatele electrocasnice moderne folosesc surse de alimentare comutatoare (UPS, IPS - același lucru). Majoritatea acestor surse de alimentare folosesc un controler PWM ca element de control principal. În acest articol ne vom uita la structura și scopul acestuia.

Definiție și principalele beneficii

Un controler PWM este un dispozitiv care conține o serie de soluții de circuit pentru controlul comutatoarelor de alimentare. În acest caz, controlul are loc pe baza informațiilor primite prin circuitele de feedback pentru curent sau tensiune - acest lucru este necesar pentru a stabiliza parametrii de ieșire.

Uneori, generatoarele de impulsuri PWM sunt numite controlere PWM, dar nu au capacitatea de a conecta circuite de feedback și sunt mai potrivite pentru regulatoarele de tensiune decât pentru furnizarea de energie stabilă dispozitivelor. Cu toate acestea, în literatură și portaluri de internet puteți găsi adesea nume precum „controller PWM, pe NE555” sau „... pe Arduino” - acest lucru nu este în întregime adevărat din motivele de mai sus, ele pot fi folosite doar pentru a regla parametrii de ieșire, dar nu pentru a le stabiliza.

Abrevierea „PWM” înseamnă modularea lățimii impulsului - aceasta este una dintre metodele de modulare a unui semnal nu datorită tensiunii de ieșire, ci tocmai prin modificarea lățimii impulsului.

Ca rezultat, un semnal simulat este format prin integrarea impulsurilor folosind circuite C sau LC, cu alte cuvinte, datorită netezirii.

Concluzie: Un controler PWM este un dispozitiv care controlează un semnal PWM.

Caracteristici principale

Pentru un semnal PWM, se pot distinge două caracteristici principale:

1. Frecvența impulsurilor - frecvența de funcționare a convertorului depinde de aceasta. Frecvențele tipice sunt peste 20 kHz, de fapt 40-100 kHz.

2. Factor de funcționare și ciclu de funcționare. Acestea sunt două cantități adiacente care caracterizează același lucru. Ciclul de funcționare poate fi notat cu litera S, iar ciclul de funcționare cu D.

Partea de timp din perioada în care un semnal de control este generat la ieșirea controlerului este întotdeauna mai mică de 1. Ciclul de lucru este întotdeauna mai mare de 1. La o frecvență de 100 kHz, perioada semnalului este de 10 μs, iar comutatorul este deschis timp de 2,5 μs, apoi ciclul de funcționare este 0,25, ca procent - 25 %, iar ciclul de lucru este 4.

De asemenea, este important să se ia în considerare designul intern și scopul numărului de chei gestionate.

Diferențele față de schemele de pierderi liniare

După cum sa menționat deja, avantajul față de circuitele liniare este eficiența ridicată (mai mult de 80, iar în prezent 90%). Acest lucru se datorează următoarelor:

Să presupunem că tensiunea netezită după puntea de diode este de 15V, curentul de sarcină este de 1A. Trebuie să obțineți o sursă de alimentare stabilizată de 12 V. De fapt, un stabilizator liniar este o rezistență care își modifică valoarea în funcție de valoarea tensiunii de intrare pentru a obține o ieșire nominală - cu mici abateri (fracții de volți) când se modifică intrarea (unități și zeci de volți).

După cum se știe, rezistențele eliberează energie termică atunci când curentul electric trece prin ele. Același proces are loc pe stabilizatorii liniari. Puterea alocată va fi egală cu:

Ploss=(Uin-Uout)*I

Deoarece în exemplul considerat curentul de sarcină este de 1A, tensiunea de intrare este de 15V, iar tensiunea de ieșire este de 12V, vom calcula pierderile și eficiența stabilizatorului liniar (KRENK sau tip L7812):

Ploss=(15V-12V)*1A = 3V*1A = 3W

Atunci eficiența este:

n=Puseful/Pconsumat

n=((12V*1A)/(15V*1A))*100%=(12W/15W)*100%=80%

Caracteristica principală a PWM este că elementul de putere, fie un MOSFET, este fie complet deschis, fie complet închis și nu trece curent prin el. Prin urmare, pierderile de eficiență sunt cauzate doar de pierderile de conductivitate

Și pierderile de comutare. Acesta este un subiect pentru un articol separat, așa că nu ne vom opri asupra acestei probleme. De asemenea, apar pierderi de alimentare (intrare și ieșire, dacă sursa este alimentată de rețea), precum și pe conductori, elemente de filtrare pasive etc.

Structura generală

Să luăm în considerare structura generală a unui controler PWM abstract. Am folosit cuvântul „abstract” pentru că, în general, toate sunt similare, dar funcționalitatea lor poate diferi în anumite limite, iar structura și concluziile vor diferi în consecință.

În interiorul controlerului PWM, ca orice alt circuit integrat, există un cristal semiconductor pe care se află un circuit complex. Controlerul include următoarele unități funcționale:

1. Generator de impulsuri.

2. Sursa de tensiune de referință. (ION)

3. Circuite pentru procesarea semnalului de feedback (OS): amplificator de eroare, comparator.

4. Comenzi ale generatorului de impulsuri tranzistoare încorporate, care sunt concepute pentru a controla o tastă sau taste de pornire.

Numărul de comutatoare de alimentare pe care un controler PWM le poate controla depinde de scopul său. Cele mai simple convertoare flyback din circuitul lor conțin 1 întrerupător de alimentare, circuite semi-punte (push-pull) - 2 întrerupătoare, circuite punte - 4.

Alegerea controlerului PWM depinde și de tipul de cheie. Pentru a controla un tranzistor bipolar, principala cerință este ca curentul de control de ieșire al controlerului PWM să nu fie mai mic decât curentul tranzistorului împărțit la H21e, pentru a-l porni și opri pur și simplu prin trimiterea de impulsuri la bază. În acest caz, majoritatea controlorilor o vor face.

În cazul managementului, există anumite nuanțe. Pentru a opri rapid, trebuie să descărcați capacitatea porții. Pentru a face acest lucru, circuitul de ieșire al porții este format din două chei - una dintre ele este conectată la sursa de alimentare cu pinul IC și controlează poarta (pornește tranzistorul), iar a doua este instalată între ieșire și masă, când trebuie să opriți tranzistorul de putere - prima cheie se închide, a doua se deschide, închizând obturatorul la pământ și îl descarcă.

Interesant:

Unele controlere PWM pentru surse de alimentare cu putere redusă (până la 50 W) nu folosesc întrerupătoare de alimentare încorporate sau externe. Exemplu - 5l0830R

În general, un controler PWM poate fi reprezentat ca un comparator, dintre care o intrare este furnizată cu un semnal de la circuitul de feedback (FC), iar un semnal de schimbare a dinților de ferăstrău este furnizat la a doua intrare. Când semnalul dinți de ferăstrău atinge și depășește semnalul OS în mărime, apare un impuls la ieșirea comparatorului.

Când semnalele de la intrări se schimbă, lățimea impulsului se modifică. Să presupunem că ați conectat un consumator puternic la sursa de alimentare, iar tensiunea la ieșire scade, apoi și tensiunea sistemului de operare va scădea. Apoi, în cea mai mare parte a perioadei, semnalul dinți de ferăstrău va depăși semnalul de feedback, iar lățimea impulsului va crește. Toate cele de mai sus sunt reflectate într-o anumită măsură în grafice.

Diagrama funcțională a unui controler PWM folosind TL494 ca exemplu, o vom analiza mai detaliat mai târziu. Scopul pinilor și nodurilor individuale este descris în următorul subtitlu.

Alocarea PIN

Controlerele PWM sunt disponibile în diverse pachete. Pot avea de la trei la 16 sau mai multe concluzii. În consecință, flexibilitatea utilizării controlerului depinde de numărul de pini, sau mai degrabă de scopul acestora. De exemplu, un microcircuit popular are cel mai adesea 8 pini, iar unul și mai emblematic are TL494- 16 sau 24.

Prin urmare, să ne uităm la numele tipice de pin și scopul lor:

GND- borna comună este conectată la minusul circuitului sau la masă.

Uc(Vc)- alimentarea microcircuitului.

Ucc (Vss, Vcc)- Ieșire pentru controlul puterii. Dacă puterea scade, atunci există posibilitatea ca comutatoarele de alimentare să nu se deschidă complet și, din această cauză, vor începe să se încălzească și să se ardă. Ieșirea este necesară pentru a dezactiva controlerul într-o astfel de situație.

OUT- după cum sugerează și numele, aceasta este ieșirea controlerului. Semnalul PWM de control pentru comutatoarele de alimentare este scos aici. Am menționat mai sus că convertoarele de diferite topologii au numere diferite de chei. Numele pinului poate diferi în funcție de aceasta. De exemplu, în controlerele cu jumătate de punte, acesta poate fi numit HO și LO pentru comutatoarele înalte și, respectiv, joase. În acest caz, ieșirea poate fi cu un singur capăt sau push-pull (cu un comutator și două) - pentru a controla tranzistoarele cu efect de câmp (vezi explicația de mai sus). Dar controlerul în sine poate fi pentru circuite cu un singur ciclu și push-pull - cu unul și, respectiv, doi pini de ieșire. Acest lucru este important.

Vref- tensiune de referință, de obicei conectată la masă printr-un mic condensator (unități de microfarad).

ILIM- semnal de la senzorul de curent. Necesar pentru a limita curentul de ieșire. Se conectează la circuitele de feedback.

ILIMREF- tensiunea de declanșare a piciorului ILIM este setată pe acesta

SS- este generat un semnal pentru o pornire uşoară a controlerului. Proiectat pentru tranziția lină la modul nominal. Între acesta și firul comun este instalat un condensator pentru a asigura o pornire lină.

RtCt- terminale pentru conectarea unui circuit de temporizare RC, care determină frecvența semnalului PWM.

CEAS- impulsuri de ceas pentru a sincroniza mai multe controlere PWM între ele, apoi circuitul RC este conectat doar la controlerul master, iar slavele RT cu Vref, slavele CT sunt conectate la cel comun.

RAMPĂ este intrarea de comparație. I se aplică o tensiune cu dinte de ferăstrău, de exemplu de la pinul Ct Când depășește valoarea tensiunii la ieșirea de amplificare a erorii, apare un impuls de oprire la OUT - baza pentru reglarea PWM.

INV și NONINV- acestea sunt intrările inversoare și neinversoare ale comparatorului pe care este construit amplificatorul de eroare. Cu cuvinte simple: cu cât tensiunea pe INV este mai mare, cu atât impulsurile de ieșire sunt mai lungi și invers. Semnalul de la divizorul de tensiune din circuitul de feedback de la ieșire este conectat la acesta. Apoi, intrarea non-inversoare NONINV este conectată la firul comun - GND.

EAOUT sau Ieșire amplificator de eroare rus. Eroare de ieșire a amplificatorului. În ciuda faptului că există intrări de amplificator de eroare și, cu ajutorul lor, în principiu, puteți ajusta parametrii de ieșire, dar controlerul reacționează la acest lucru destul de lent. Ca urmare a unui răspuns lent, circuitul poate deveni excitat și eșua. Prin urmare, semnalele sunt furnizate de la acest pin prin circuite dependente de frecvență către INV. Aceasta se mai numește și corectarea frecvenței amplificatorului de eroare.

Exemple de dispozitive reale

Pentru a consolida informațiile, să ne uităm la câteva exemple de controlere PWM tipice și circuitele lor de conectare. Vom face acest lucru folosind exemplul a două microcircuite:

TL494 (analogii săi: KA7500B, KR1114EU4, Sharp IR3M02, UA494, Fujitsu MB3759);

Sunt utilizate activ. Apropo, aceste surse de alimentare au o putere considerabilă (100 W sau mai mult pe magistrala de 12 V). Adesea folosit ca donator pentru conversia într-o sursă de alimentare de laborator sau într-un încărcător universal puternic, de exemplu pentru bateriile auto.

TL494 - recenzie

Să începem cu al 494-lea cip. Caracteristicile sale tehnice:

În acest exemplu special, puteți vedea majoritatea constatărilor descrise mai sus:

1. Intrare non-inversoare a primului comparator de eroare

2. Intrarea inversă a primului comparator de eroare

3. Intrare feedback

4. Intrare de reglare a timpului mort

5. Terminal pentru conectarea unui condensator de sincronizare extern

6. Ieșire pentru conectarea unui rezistor de temporizare

7. Pinul comun al microcircuitului, minus sursa de alimentare

8. Terminalul colector al primului tranzistor de ieșire

9. Borna emițătorului primului tranzistor de ieșire

10. Borna emițătorului celui de-al doilea tranzistor de ieșire

11. Terminalul colector al celui de-al doilea tranzistor de ieșire

12. Intrare tensiune de alimentare

13. Intrare pentru selectarea modului de funcționare cu un singur ciclu sau push-pull a microcircuitului

14. Ieșire de referință de 5 volți încorporată

15. Intrarea inversă a celui de-al doilea comparator de eroare

16. Intrare neinversabilă a celui de-al doilea comparator de eroare

Figura de mai jos arată un exemplu de sursă de alimentare pentru computer bazată pe acest cip.

UC3843 - recenzie

Un alt PWM popular este cipul 3843 - computer și alte surse de alimentare sunt, de asemenea, construite pe el. Pinout-ul său este situat mai jos, după cum puteți vedea, are doar 8 pini, dar îndeplinește aceleași funcții ca și IC-ul anterior.

Interesant:

Există UC3843 într-un caz cu 14 picioare, dar sunt mult mai puțin frecvente. Acordați atenție marcajelor - pinii suplimentari fie sunt duplicați, fie nu sunt utilizați (NC).

Să descifrăm scopul concluziilor:

1. Intrare pentru comparator (amplificator de eroare).

2. Intrare tensiune de feedback. Această tensiune este comparată cu tensiunea de referință din interiorul CI.

3. Senzor de curent. Este conectat la un rezistor situat între tranzistorul de putere și firul comun. Necesar pentru protectie la suprasarcina.

4. Circuit de sincronizare RC. Cu ajutorul acestuia, se setează frecvența de funcționare a IC.

6. Ieșire. Tensiunea de control. Conectat la poarta tranzistorului, iată o etapă de ieșire push-pull pentru a controla un convertor cu un singur capăt (un tranzistor), care poate fi văzut în figura de mai jos.

Tipuri Buck, Boost și Buck-Boost.

Poate că unul dintre cele mai de succes exemple va fi microcircuitul LM2596 larg răspândit, pe baza căruia puteți găsi o mulțime de convertoare pe piață, așa cum se arată mai jos.

Un astfel de microcircuit conține toate soluțiile tehnice descrise mai sus și, de asemenea, în loc de o etapă de ieșire pe întrerupătoarele de putere redusă, are un întrerupător de alimentare încorporat capabil să reziste la un curent de până la 3A. Structura internă a unui astfel de convertor este prezentată mai jos.

Puteți fi sigur că, în esență, nu există diferențe speciale față de cele discutate în acesta.

Dar iată un exemplu pe un astfel de controler, după cum puteți vedea, nu există un întrerupător de alimentare, ci doar un microcircuit 5L0380R cu patru pini. Rezultă că, în anumite sarcini, circuitele complexe și flexibilitatea TL494 pur și simplu nu sunt necesare. Acest lucru este valabil pentru sursele de alimentare cu putere redusă, unde nu există cerințe speciale pentru zgomot și interferență, iar ondulația de ieșire poate fi suprimată cu un filtru LC. Aceasta este o sursă de alimentare pentru benzi LED, laptopuri, playere DVD etc.

Concluzie

La începutul articolului, se spunea că un controler PWM este un dispozitiv care modelează valoarea medie a tensiunii prin modificarea lățimii impulsului în funcție de semnalul din circuitul de feedback. Observ că numele și clasificările fiecărui autor sunt adesea diferite, uneori, un controler PWM este numit un regulator de tensiune PWM simplu, iar familia de microcircuite electronice descrisă în acest articol se numește „Subsistem integrat pentru convertoare stabilizate cu impulsuri”. Numele nu schimbă esența, dar apar dispute și neînțelegeri.

Pentru o persoană obișnuită care nu se adâncește în electronică, trecerea tuturor dispozitivelor de alimentare de la liniar la pulsat a fost invizibilă. Este vorba despre surse de alimentare cu comutare (SMPS) care sunt instalate în toate echipamentele moderne. Principalul motiv pentru trecerea la acest tip de convertor de tensiune este reducerea dimensiunii. Din moment ce tot timpul, de la începutul apariției și invenției lor, dispozitivele electronice necesită o reducere constantă a dimensiunii lor. Figura arată, spre comparație, dimensiunile unei surse de curent continuu convențional și pulsat. Diferențele de mărime sunt vizibile cu ochiul liber.

Principiul de funcționare al SMPS și proiectarea acestuia

O sursă de alimentare cu comutație este un dispozitiv care funcționează pe principiul unui invertor, adică mai întâi transformă tensiunea alternativă în tensiune continuă și apoi o transformă din nou într-o tensiune alternativă cu frecvența dorită. În cele din urmă, ultima etapă a convertorului se bazează încă pe rectificarea tensiunii, deoarece majoritatea dispozitivelor încă funcționează la o tensiune DC redusă. Esența reducerii dimensiunii acestor dispozitive de alimentare și de conversie se bazează pe funcționarea transformatorului. Faptul este că transformatorul nu poate funcționa cu tensiune constantă. Pur și simplu, la ieșirea înfășurării secundare, atunci când curentul continuu este furnizat înfășurării primare, nu va fi indusă nicio EMF (forță electromotoare). Pentru ca tensiunea să apară pe înfășurarea secundară, aceasta trebuie să se schimbe în direcție sau mărime. Tensiunea alternativă are această proprietate, curentul din ea își schimbă direcția și magnitudinea cu o frecvență de 50 Hz. Cu toate acestea, pentru a reduce dimensiunea sursei de alimentare în sine și, în consecință, a transformatorului, care este baza izolației galvanice, este necesară creșterea frecvenței tensiunii de intrare.

În același timp, transformatoarele de impulsuri, spre deosebire de cele liniare convenționale, au un miez de ferită al circuitului magnetic, mai degrabă decât un miez de oțel format din plăci. Și, de asemenea, sursele de alimentare moderne care funcționează pe acest principiu constau în:

1. redresor de tensiune de rețea;
2. un generator de impulsuri care funcționează pe baza PWM (modularea lățimii impulsului) sau a unui declanșator Schmitt;
3. Convertor de tensiune stabilizat DC.

După redresorul de tensiune de rețea, un generator de impulsuri care utilizează PWM îl generează în tensiune alternativă cu o frecvență de aproximativ 20-80 kHz. Această creștere de la 50 Hz la zeci de kHz face posibilă reducerea semnificativă atât a dimensiunilor, cât și a greutății sursei de alimentare. Gama superioară ar putea fi, totuși, mai mare, atunci dispozitivul va crea interferențe de înaltă frecvență, care va afecta funcționarea echipamentelor de radiofrecvență. Atunci când alegeți stabilizarea PWM, este imperativ să luați în considerare și armonicile mai mari ale curenților.

Chiar și atunci când funcționează la aceste frecvențe, aceste dispozitive cu impulsuri produc zgomot de înaltă frecvență. Și cu cât sunt mai mulți într-o cameră sau într-un spațiu închis, cu atât sunt mai mulți în frecvențe radio. Pentru a absorbi aceste influențe negative și interferențe, la intrarea și la ieșirea dispozitivului sunt instalate filtre speciale de suprimare a zgomotului.

Acesta este un exemplu clar de sursă de alimentare cu comutație modernă utilizată în computerele personale.

A - redresor de intrare. Pot fi utilizate circuite semi-bridge și full-bridge. Mai jos este un filtru de intrare cu inductanță;
B - condensatori de netezire de intrare cu o capacitate destul de mare. În dreapta este un radiator pentru tranzistoare de înaltă tensiune;
C - transformator de impulsuri. Un radiator pentru diode de joasă tensiune este montat în dreapta;
D - bobină filtru de ieșire, adică șocul de stabilizare a grupului;
E - condensatori de filtru de ieșire.
Bobina și condensatorul galben mare de sub E sunt componente ale unui filtru de intrare suplimentar montat direct pe conectorul de alimentare și nu fac parte din placa de circuit principal.

Dacă un radioamator inventează el însuși un circuit, atunci trebuie să se uite în cartea de referință despre componentele radio. Cartea de referință este principala sursă de informații în acest caz.

Sursă de alimentare comutatoare Flyback

Acesta este unul dintre tipurile de surse de alimentare în comutație care au izolație galvanică atât a circuitelor primare, cât și a celor secundare. A fost inventat imediat acest tip de convertor, care a fost brevetat încă din 1851, iar versiunea sa îmbunătățită a fost folosită în sistemele de aprindere și în scanarea orizontală a televizoarelor și monitoarelor, pentru a furniza energie de înaltă tensiune anodului secundar al kinoscopului.

Partea principală a acestei surse de alimentare este, de asemenea, un transformator sau poate un șoc. Există două etape în activitatea sa:

1. Acumularea energiei electrice din retea sau din alta sursa;
2. Ieșirea energiei acumulate către circuitele secundare ale semi-puntului.

Când circuitul primar se deschide și se închide, curent apare în circuitul secundar. Rolul cheii de deconectare a fost îndeplinit cel mai adesea de un tranzistor. Pentru a afla parametrii cărora trebuie să utilizați cartea de referință. Acest tranzistor este cel mai adesea controlat de un tranzistor cu efect de câmp folosind un controler PWM.

Controlul controlerului PWM

Conversia tensiunii de rețea, care a trecut deja de etapa de redresare, în impulsuri dreptunghiulare se realizează cu o oarecare periodicitate. Perioada de oprire și pornire a acestui tranzistor se realizează folosind microcircuite. Controlerele PWM ale acestor chei sunt principalul element de control activ al circuitului. În acest caz, atât sursele de alimentare înainte, cât și sursele de retur au un transformator, după care are loc re-rectificarea.

Pentru a se asigura că tensiunea de ieșire din SMPS nu scade odată cu creșterea sarcinii, a fost dezvoltată o buclă de feedback care a fost introdusă direct în controlerele PWM. Această conexiune face posibilă stabilizarea completă a tensiunii de ieșire controlată prin modificarea ciclului de lucru al impulsurilor. Controlerele care funcționează pe modulație PWM oferă o gamă largă de modificări ale tensiunii de ieșire.

Microcircuitele pentru comutarea surselor de alimentare pot fi de producție internă sau străină. De exemplu, NCP 1252 sunt controlere PWM care au control curent și sunt concepute pentru a crea ambele tipuri de convertoare de impulsuri. Generatoarele de impulsuri master ale acestui brand s-au dovedit a fi dispozitive de încredere. Controlerele NCP 1252 au toate caracteristicile de calitate pentru a crea surse de alimentare rentabile și fiabile. Sursele de comutare bazate pe acest microcircuit sunt folosite în multe mărci de calculatoare, televizoare, amplificatoare, sisteme stereo etc. Căutând în cartea de referință, puteți găsi toate informațiile necesare și detaliate despre toți parametrii săi de funcționare.

Avantajul comutării surselor de alimentare față de cele liniare

Sursele de alimentare bazate pe comutare oferă o serie de avantaje care le deosebesc calitativ de cele liniare. Iată pe cele principale:

1. Reducerea semnificativă a dimensiunilor și greutății dispozitivelor;
2. Reducerea cantității de metale neferoase scumpe, cum ar fi cuprul, utilizate la fabricarea acestora;
3. Fără probleme atunci când apare un scurtcircuit, acest lucru se aplică mai ales dispozitivelor flyback;
4. Reglarea excelentă a tensiunii de ieșire, precum și stabilizarea acesteia prin introducerea feedback-ului în controlerele PWM;
5. Indicatori de înaltă eficiență.

Cu toate acestea, ca tot ce este în această lume, blocurile de puls au dezavantajele lor:

1. Emisia de interferențe care pot apărea din cauza circuitelor de suprimare a zgomotului defecte, cel mai adesea din cauza uscării condensatoarelor electrolitice;
2. Funcționare nedorită fără sarcină;
3. Un circuit mai complex care utilizează un număr mai mare de piese, pentru a găsi analogi pentru care este nevoie de o carte de referință.

Utilizarea surselor de alimentare bazate pe modulația de înaltă frecvență (impuls) în electronica modernă, atât în ​​viața de zi cu zi, cât și în producție, a influențat semnificativ dezvoltarea tuturor echipamentelor electronice. Ei au înlocuit de mult sursele învechite construite pe un circuit liniar tradițional de pe piață și se vor îmbunătăți doar în viitor. Controlerele PWM sunt inima acestui dispozitiv, iar dezvoltarea funcționalității și a caracteristicilor tehnice ale acestora se îmbunătățește constant.

Video despre funcționarea unei surse de alimentare comutatoare

Până în prezent, au fost dezvoltate aproximativ 14 topologii diferite de surse de alimentare cu comutație (Tabelul 1). Fiecare are proprietăți unice care îi permit să fie folosit pentru a rezolva o serie specifică de probleme.

Tabelul 1. Topologii de bază ale circuitelor utilizate în construcția surselor de alimentare în comutație

Topologie	Sistem	Putere, W	Domeniul de aplicare	Particularități
Flyback (flyback)		până la 300	Surse de alimentare pentru echipamente de uz casnic (TV, DVD, etc.), încărcătoare puternice și surse de alimentare externe.	Simplitatea circuitului, cost redus
Direct înainte (feed forward)		până la 300	Surse de alimentare pentru echipamente de uz casnic (TV, DVD, etc.), încărcătoare puternice, surse de alimentare externe și încorporate.	Zgomot redus, eficiență crescută la tensiuni scăzute de ieșire
Rezonant (rezonanţă)		până la 300	Surse de alimentare pentru echipamente de uz casnic (TV, DVD, etc.)	Frecvență mare de operare și, ca urmare, dimensiuni reduse, filtrare ușoară a interferențelor
Împingeți-trageți (împinge-trage)		100…5000	Surse de alimentare externe și încorporate pentru echipamente casnice, industriale și auto	Nivel de interferență redus
Jumătate de pod (semi pod)		100…1000	Surse de alimentare externe și încorporate (de exemplu, computere)	Dimensiuni mici Nivel de interferență redus
Mostovoy (punte întreagă)		100…3000	Surse de alimentare neîntreruptibile, încărcătoare	Eficiență crescută

Astăzi, „inima” aproape oricărei surse de alimentare cu comutare cu transformator de putere medie și mare modernă este un circuit integrat specializat care controlează funcționarea unui tranzistor/tranzistori externi de putere. Marea majoritate a acestor surse utilizează mai multe moduri de control pentru funcționarea tranzistoarelor de putere: lățimea impulsurilor (PWM), frecvența impulsului (FPM), cvasi-rezonantă (QR). De asemenea, pentru a crește eficiența, este adesea folosit un mod mixt: moduri PFM sau cvasi-rezonante la putere de ieșire mică și PWM la puteri medii și mari.

Sarcinile și funcțiile controlerelor PWM se reduc nu numai la controlul tranzistorilor de putere externi și la menținerea tensiunii de ieșire la nivelul necesar cu o anumită eroare. De fapt, lista acestor funcții include în mod necesar:

monitorizarea stării tranzistoarelor cheie (limitarea curentului și a ciclului de lucru al impulsurilor de control);

pornire lină după alimentare (pornire ușoară);

controlul nivelului tensiunii de intrare și al „scăderilor” și „supratensiunii” acestuia;

protecția împotriva defecțiunii transformatorului de putere și a circuitelor de ieșire ale redresorului de ieșire;

monitorizarea temperaturii controlerului în sine (mai rar a tranzistoarelor de putere).

În mod convențional, toate controlerele PWM produse de STMicroelectronics (Tabelul 2) pot fi împărțite în trei grupuri: controlul tensiunii, controlul curentului și controlul mixt.

Tabelul 2. Scurte caracteristici și parametri ai controlerelor PWM STMicroelectronics

SG2525A/SG3524/SG3525A- o serie de controlere PWM controlate de tensiune (Fig. 1) cu o frecvență de conversie fixă, special concepute pentru construirea oricăror tipuri de surse de alimentare în comutație (conform declarației producătorului) și care permit reducerea la minimum a numărului de componente externe necesare .

Orez. 1.

Acest lucru a devenit posibil datorită prezenței unei surse de alimentare de referință încorporate (+5,1 V ± 1%), capacității de a controla frecvența de funcționare a unui circuit RC extern, durata intervalului de timp „mort” - cu unul extern. rezistență, durata timpului de pornire ușoară - cu un condensator extern (pin SOFT-START), drivere încorporate (±200 mA) pentru a controla tranzistoarele de putere externe sau un transformator extern de putere redusă. În plus față de toate cele de mai sus, IC oferă capacitatea de a sincroniza mai multe surse de la un singur semnal de ceas extern (pin SYNC) și protecția curentă a tranzistoarelor de putere externe (pin SHUTDOWN). Domeniul de aplicare - aproape orice convertor DC/DC de putere mică și medie (Fig. 2 și Fig. 3).

Orez. 2.

Orez. 3.

UC2842B/3B/4B/5B și UC3842B/3B/4B/5B — o serie populară de controlere PWM de dimensiuni mici, cu o frecvență de conversie fixă ​​și control al curentului, găzduite în pachete SO și MiniDIP cu 8 pini (Fig. 4).

Orez. 4.

În ciuda faptului că este în producție de aproximativ 10 ani, rămâne încă una dintre cele mai populare serii, în principal datorită costului său scăzut și fiabilității ridicate, parțial datorită ușurinței sale de implementare. Proiectat pentru construirea de convertoare DC/DC cu un singur ciclu cu tensiuni de intrare de până la 8,2...30 V. Prezența unui generator RC (frecvență de funcționare până la 500 kHz), un driver puternic încorporat (±200 mA) pentru control un tranzistor extern cu efect de câmp sau bipolar, o sursă de referință stabilizată termic încorporată +5 V ± 1% fac posibilă construirea de surse de alimentare cu flyback bazate pe circuite integrate din această serie cu setul necesar de funcții de protecție - protecție la supratensiune de intrare, curent protecția unui tranzistor de putere extern, protecția la temperatură a circuitului integrat. Pentru a elimina funcționarea falsă a comparatorului de curent încorporat (Current Sense) din cauza posibilelor interferențe care apar la comutarea unui tranzistor de putere extern, așa-numitul modul de blocare a comparatorului (Leading Edge Blanking) pentru un timp fix (aproximativ 100 ns) din momentul comutării tranzistorului (Fig. 5).

Orez. 5.

Caracteristica seriei — controlul curentului unui tranzistor de putere extern, ceea ce face posibilă excluderea circuitelor suplimentare de feedback izolate galvanic (optocupler) din circuit, ceea ce poate reduce semnificativ dimensiunea și costul convertorului final DC/DC. În plus, la construirea convertoarelor de putere redusă (până la 3 W), este posibil să eliminați tranzistorul de putere extern și să utilizați driverul de ieșire încorporat.

L5991/L5991A - o serie de controlere PWM cu control curent, frecvență mare de operare (până la 1 MHz) și funcționalitate sporită (Fig. 6).

Orez. 6.

Caracteristicile distinctive ale circuitelor integrate din această serie includ: un driver puternic cu un curent de ieșire de până la 1 A pentru controlul unui tranzistor puternic cu efect de câmp, pornire soft programabilă, capacitatea de a sincroniza atât intrarea (Slave) cât și ieșirea (Master) , intrare de oprire cu consum redus de curent la 120 µA, capacitatea de limitare a ciclului de lucru maxim prin circuite externe RC, prezența unui mod Standby care crește eficiența (lucrarea cu sarcină scăzută sau fără sarcină). Seria a fost creată pentru construcția de convertoare DC/DC puternice.

Pentru a elimina funcționarea falsă a comparatorului de curent încorporat (Current Sense) din cauza posibilelor interferențe care apar la comutarea unui tranzistor de putere extern, așa-numitul modul de blocare a comparatorului (Leading Edge Blanking) pentru un timp fix (aproximativ 100 ns) din momentul comutării tranzistorului (Fig. 7).

Orez. 7.

L6566A/L6566B/L6668 — o serie de controlere PWM multifuncționale, special concepute pentru a funcționa ca parte a convertoarelor de tensiune în impulsuri flyback de putere medie și mare (Fig. 7). Caracteristici distinctive ale CI: două moduri de operare selectabile - modul de frecvență fixă ​​(Fixed Frequency - FF) și modul cvasi-rezonant (Cvasi-resonant - QR). Frecvența de funcționare este în modul de frecvență fixă, care este determinată de evaluările circuitului RC extern. O intrare suplimentară FMOD permite funcționarea în modul de modulare a frecvenței, ceea ce reduce interferența de la sursă. Circuitul integrat are o sursă de alimentare de intrare de înaltă tensiune încorporată pentru pornirea inițială.

Separat, merită remarcate caracteristicile funcționării CI în modul cvasi-rezonant, în care sursa funcționează în limita modurilor de curent continuu și intermitent. În acest scop, în transformatorul de putere trebuie prevăzută o înfășurare suplimentară, concepută pentru a determina cu exactitate momentul deschiderii tranzistorului de putere. În acest mod, se atinge eficiența maximă a convertorului: la sarcini mici, frecvența de operare este scăzută, iar pierderile la tranzistorul de putere sunt minime. La sarcini medii și grele, frecvența de funcționare crește la frecvența setată determinată de circuitul RC extern.

L6566A/L6566B/L6668 sunt concepute în principal pentru a fi utilizate în convertoare AC/DC cu un singur canal și multicanal de putere medie și mare (Fig. 8). Principalele aplicații sunt sursele de alimentare externe pentru laptopuri, electrocasnicele, sursele de alimentare încorporate pentru echipamente industriale etc.

Orez. 8.

Concluzie

Astăzi, familia de controlere PWM de la STMicroelectronics a ocupat cu încredere și ferm o nișă printre sursele de alimentare în comutație ieftine, fiabile, multifuncționale și, în același timp, ușor de utilizat, de putere mică, medie și mare. În cea mai mare parte, ele pot fi găsite atât în ​​aparatele electrocasnice obișnuite (calculatoare, laptopuri, playere DVD, televizoare și monitoare LCD etc.), cât și în echipamente industriale și medicale complexe. Unul dintre motivele pentru aceasta a fost un preț foarte mic, cu funcționalitate ridicată în pachete SO și DIP de dimensiuni mici cu 8 și 16 pini, fiabilitate ridicată cu un ciclu de viață prelungit (conform experienței multor dezvoltatori). Marea popularitate a unor serii, care persistă de mai bine de zece ani, oferă o anumită garanție producătorilor de surse de alimentare că controlerele PWM de la STMicroelectronics nu vor fi întrerupte mulți ani de acum înainte.

Obținerea informațiilor tehnice, comandarea mostrelor, livrarea -
e-mail:

TI a anunțat noi DSP-uri

Modelarea sistemului și implementarea inițială a algoritmului se bazează în cele mai multe cazuri pe aritmetică în virgulă mobilă. După care, algoritmul depanat este încărcat pe un microcontroler sau un procesor de semnal digital cu punct fix. Procesoarele cu virgulă mobilă sunt utilizate numai în aplicații care necesită precizie și performanță ridicate, unde costul dispozitivului final nu este critic.

Pentru astfel de aplicații, Texas Instruments a lansat procesoare de semnal digital în virgulă mobilă TMS320F28335, TMS320F28334, TMS320F28332. Dar, ca și înainte, ea nu s-a oprit aici. Există noi DSP-uri în virgulă fixă ​​TMS320F2823x care sunt compatibile software și hardware cu procesoarele în virgulă mobilă TMS320F2833x.

Acum utilizatorii pot simula sistemul, îl pot depana pe o platformă în virgulă mobilă (TMS320F2833x) și apoi pur și simplu recompila codul de program rezultat sub TMS320F2823x, reducând astfel timpul de dezvoltare (timpul necesar pentru încărcarea unei aplicații pe o platformă în virgulă fixă) și costul dispozitivului final.

Producția în serie a TMS320F2823x și TMS320F2833x va începe în al doilea trimestru al anului 2008.

TI dezvăluie detalii despre tehnologia sa de proces de 45 nm

Texas Instruments (TI) este pregătită pentru producția în masă a primelor sale cipuri de 45 de nanometri. Se spune că tranziția la standardele de 45 nm a redus consumul de energie pentru cip cu 63% și a crescut performanța cu 55% în comparație cu produsele de 65 nm.

TI livrează în prezent mostre de evaluare ale primului procesor de 45 nm pentru dispozitive 3.5G. La producerea noului produs se folosesc siliciu tensionat, litografie prin imersie și dielectrici cu o constantă dielectrică ultra-scăzută (K ultra-scăzut).

Acest procesor va permite producerea de dispozitive mai compacte și mai ușoare pentru rețele 3.5G.

Despre ST Microelectronics

În ultimul deceniu, am observat un ritm accelerat de dezvoltare a dispozitivelor electronice. Odată cu acesta, și cerințele pentru dispozitivul de alimentare sunt în creștere. Regulatoarele liniare de tensiune au o eficiență scăzută și nu pot îndeplini întotdeauna cerințele pentru dispozitiv. Circuitele cu redresoare sincrone au devenit larg răspândite astăzi. Gama de circuite integrate produse de diverși producători este foarte mare. Acest articol va discuta caracteristicile utilizării unui comutator sincron într-un redresor sincron și va lua în considerare mai multe tipuri de controlere PWM de la International Rectifier.

Circuitul redresor sincron a fost dezvoltat cu foarte mult timp în urmă. Pentru a-l construi, se folosesc tranzistoare obișnuite cu efect de câmp cu canale n, doar că funcționează în surse de alimentare cu tensiune de ieșire scăzută și înlocuiesc diodele redresoare. Tensiunea dren-sursă a unor astfel de tranzistoare este de obicei mică, dar capacitățile dintre dren-sursă și gate-drain sunt foarte, foarte semnificative. O trăsătură caracteristică a funcționării tranzistoarelor cu efect de câmp ca redresoare sincrone este funcționarea lor în al patrulea cadran al caracteristicii curent-tensiune, adică curentul trece prin ei în direcția opusă - de la sursă la scurgere. În fig. Figura 1 prezintă o diagramă a construcției unui redresor sincron.

Figura 1 Schema schematică a unui redresor sincron

Figura 2 Schema bloc a tipurilor de dispozitive pentru construirea regulatoarelor sincrone produse de International Rectifier

Cerințele pentru selectarea elementelor de circuit la construirea unui redresor sincron sunt următoarele:

Pentru a rezuma selecția elementelor, observăm că atunci când alegeți tranzistori, compania recomandă dezvoltatorilor să aleagă întrerupătoare sincrone cu o valoare minimă a rezistenței. Pentru comutatorul de comutare, este necesar să selectați un tranzistor cu o valoare minimă de încărcare a porții.

International Rectifier oferă o gamă largă de circuite integrate pentru controler PWM cu funcționalități diferite (vezi Figura 2). Familia de regulatoare sincrone cu impulsuri include ansambluri integrate în pachete monolitice (SupIRBuck, IPower) și controlere PWM fără comutatoare interne. Ansamblurile cu două canale sunt reprezentate, în primul caz, de circuite integrate monolitice și controlere PWM cu sau fără un convertor de referință liniar intern. Sistemele multifazate sunt reprezentate de circuite integrate din familiile X-Phase și I-Power.

Circuitul integrat controler PWM sincron IR3651SPBF este proiectat pentru convertoare DC/DC sincrone de înaltă eficiență cu tensiuni de intrare de până la 150 V. Frecvențele de operare programabile în intervalul de până la 400 kHz permit ca cipul să fie utilizat în surse de alimentare pentru telecomunicații echipamente și stații de bază, servere de rețea, unități de control auto și industriale. Atunci când se utilizează cip în dispozitive de putere redusă, nivelul tensiunii de ieșire poate fi ajustat cu precizie datorită sursei de tensiune de referință încorporate (1,25 V). Circuitul integrat al controlerului IR3651S PWM cuplat cu o pereche de tranzistoare DirectFET oferă o eficiență de conversie de peste 88% la o tensiune de alimentare de 48 V și o tensiune de ieșire de 3,3 V la un curent de 6 A fără utilizarea radiatoarelor sau a fluxului de aer. Un alt avantaj al acestui IC față de analogii de pe piață este creșterea tensiunii maxime de alimentare. IC-ul este proiectat folosind tehnologia 160V HVIC. Acest lucru vă permite să creșteți parametrii de fiabilitate ai dezvoltării în ansamblu. Circuitul integrat al controlerului IR3651S PWM este proiectat pentru a conduce două MOSFET-uri externe cu canal N la curenți de acționare de până la 25 A și are mai multe opțiuni de protecție: pornire soft programabilă, protecție de curent și blocare de joasă tensiune. CI are, de asemenea, o funcție de sincronizare pentru funcționarea sa coordonată pe o fază comună. Astfel, acest cip poate fi utilizat atât pentru convertoarele DC/DC neizolate de putere mică (mai puțin de 60 W) ale echipamentelor de rețea, cât și pentru etapele de prereglare de mare putere (mai mult de 200 W) în convertoare izolate controlate. În fig. Figura 3 prezintă schema de conectare pentru CI IR3651S.

Figura 3 Schema de conectare a controlerului IR3651S

Circuitul controler PWM trifazat pentru convertorul sincron DC-DC IR3094MPbF, împreună cu utilizarea tranzistoarelor MOSFET într-un pachet DirectFET, face posibilă reducerea dimensiunii plăcii cu 40% în comparație cu analogii de astăzi. Dimensiunea redusă a controlerului IR3094 este ideală pentru construirea de convertoare sincrone compacte pentru sisteme de înaltă densitate. De obicei, soluțiile convertoare sincrone cu trei ieșiri necesită 14 elemente: 3 controlere, 6 comutatoare, 3 bobine, componente externe de activare, plus componente de feedback. Convertoarele asamblate folosind controlerul IR3094 și tranzistoarele MOSFET într-un pachet DirectFET, IRF6637 și IRF6678 reduc numărul de elemente de convertizor la 7 unități.

Trei perechi de tranzistoare DirectFET pot fi plasate în imediata apropiere a IR3094, creând o soluție care minimizează PCB-ul și dimensiunea pachetului. Driverele de mare putere încorporate ale IR3094, combinate cu o pereche de tranzistoare DirectFET în fiecare fază, creează o soluție de control al puterii cu densitate mare de curent pentru convertoarele POL (punct-la-sarcină). Controlerul IR3094M este proiectat pentru aplicații care necesită tensiuni de alimentare de la 0,85 la 5,1 V. Este găzduit într-un pachet compact MLPQ de 7 mm? 7 mm și conține un driver de control cu ​​cheie 3 A încorporat, sursă de tensiune de referință 1%, setare a tensiunii de ieșire pentru fiecare fază, frecvență de comutare programabilă până la 540 kHz.

Controlerul oferă următoarele tipuri de protecție:

• pornire soft programabilă;
• protecție la scurtcircuit sub formă de curent de sughiț la ieșirea fiecărei faze;
• protectie la supratensiune;
• ieșire care indică starea curentă a controlerului - „putere bună”.

În combinație cu acest tip de controler, se recomandă utilizarea tranzistorului IRF6678, care este un MOSFET sincron ideal care prezintă o valoare scăzută a rezistenței de 1,7 mOhm -10 V. Tranzistorul IRF6637 are o valoare scăzută de încărcare a porții (4 nC) și este mai puțin susceptibilă la efectul Miller, rezistența joncțiunii este de 5,7 mOhm la 10 V.

Pentru a obține o tensiune de ieșire precisă cu o abatere de 1%, International Rectifier produce IR3637 IC. Este utilizat acolo unde este necesară o tensiune de alimentare de înaltă calitate. Acest IC permite utilizatorului să opereze în intervalul de tensiune de intrare de la 4,5 la 16 V. Principalul avantaj al acestui controler PWM este designul simplificat și compactitatea sporită a convertorului DC-DC. Circuitul integrat este găzduit într-un pachet compact SO-8 și are protecții cum ar fi protecția la scurtcircuit, blocarea la joasă tensiune și funcția de pornire ușoară cu programare externă.

Controlerul oferă un ciclu de lucru al semnalului PWM de până la 85% la 400 kHz, ceea ce reduce dimensiunea inductorului și îmbunătățește caracteristicile dinamice ale convertorului. În fig. Figura 4 prezintă schema de conectare a circuitului integrat al controlerului IR3637 PWM.
Anterior, în aplicațiile de 12 V, proiectanții aveau opțiuni limitate și se concentrau în primul rând pe utilizarea convertoarelor DC-DC integrate, neizolate, care ocupă o suprafață semnificativ mai mare. Utilizarea unei soluții alternative pe componente discrete (noi controlere PWM și tranzistoare MOS) vă permite să profitați de integrarea circuitului convertor în placă.

La dezvoltarea unui circuit de redresare sincronă, proiectantului i se recomandă să acorde atenție la trei puncte principale în cablarea circuitului de masă al controlerului PWM:

Gama de controlere PWM și ansambluri integrate bazate pe acestea de la compania International Rectifier include peste 100 de articole. În tabel 1 prezintă parametrii principali ai unor controlere PWM. Pentru a accelera dezvoltarea unui convertor sincron de tensiune, International Rectifier prezintă un proiect pentru dezvoltatorii My-Power pe site-ul online - /engine/api/go.php?go=https://www.irf. com/design-center/mypower/index.html. Aici dezvoltatorul nu poate doar să calculeze parametrii circuitului și să vadă oscilogramele funcționării dispozitivului, ci și să primească recomandări cu privire la tipul de tranzistori și să vadă parametrii lor principali.