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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Hauptgeneratoren von Schaltnetzteilen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Beim Entwurf von Gegentakt-Pulsspannungswandlern müssen Maßnahmen ergriffen werden, um einen Durchgangsstrom durch die Schalttransistoren zu verhindern. Es ist möglich, den normalen Betrieb der Wandler sicherzustellen, wenn zur Steuerung der Transistoren ein Signal einer besonderen Form (außer einem Mäander) erzeugt wird. Bei der Entwicklung von Schaltnetzteilen (USV), die mit höheren Frequenzen arbeiten, wird das Hauptaugenmerk auf deren Zuverlässigkeit und hohe Effizienz gelegt. Push-Pull-USVs verfügen genau über diese Eigenschaften [1]. Ohne besondere Maßnahmen zur Eliminierung von Durchgangsströmen ist es jedoch unmöglich, einen stabilen Betrieb der Geräte mit akzeptablem Wirkungsgrad (80 %) zu erreichen. Der Durchgangsstrom in Push-Pull-USVs entsteht aufgrund der endlichen (ungleich Null) Abschaltzeit der Schalttransistoren. Tatsache ist, dass die Ausschaltzeit (toff) der leistungsstärksten in USVs verwendeten Transistoren im Bereich von 1,5 bis 8 μs liegt und ihre Einschaltzeit (ton) etwa zehnmal kürzer ist. Dies führt dazu, dass bei erhöhter Frequenz die Form des Stroms in den Kollektorkreisen verzerrt wird und sich von einem Mäander unterscheidet. Dadurch nimmt die Dauer der Stromimpulse zu und ihre Steigung ab, insbesondere beim Abfall. In Abb. Abbildung 1 zeigt die aktuelle Form der Basis der USV-Transistoren (Diagramme a und b) und ihres Kollektors (c und d). Aus den Diagrammen ist ersichtlich, dass mit abnehmendem Strom IK1 der Strom IK2 zunimmt, was genau zum Auftreten eines Durchgangsstroms führt. In den Diagrammen c und d zeigt die gestrichelte Linie den Durchgangsstrom beim Anstieg und Abfall der Stromimpulse der Kollektoren der Schalttransistoren.
Eine radikale Methode zur Eliminierung durch Strom ist die Bildung von Impulsen in Masteroszillatoren (MG), die sich vom Mäander unterscheiden und Pausen (tp) aufweisen, deren Dauer in erster Näherung tp = toff – ton beträgt. In der Praxis sind die Ein- und Ausschaltzeiten jedoch selbst bei zwei identischen Transistoren unterschiedlich. Sie hängt von der Spannung der primären Stromquelle, der Sperrschichttemperatur, dem Kollektorstrom usw. ab. Daher sollte die Dauer der Pause größer als der angegebene Wert sein oder besser noch einstellbar sein. Der Zweck dieses Artikels besteht darin, die einfachsten Methoden zur Erzeugung von Impulsen im MG vorzuschlagen, die zur Steuerung einer USV geeignet sind. Es enthält GB-Schemata unterschiedlicher Komplexität, die sowohl eine feste als auch eine einstellbare Pausendauer bieten. Das Gerät, dessen Diagramm in Abb. 2 ermöglicht die Erzeugung einer Pulsfolge mit einstellbarer Pause. Der Taktgenerator ist auf den Elementen DD1.1-DD1.3 aufgebaut. Es erzeugt Impulse – einen Mäander doppelter Frequenz im Vergleich zur Schaltfrequenz von Schalttransistoren (Abb. 3, Diagramm a). Die Differenzierschaltung C2R2 erzeugt kurze Triggerimpulse mit hohem Pegel, die den Betrieb des Pausendauertreibers an den Elementen DD2.1, DD2.2 steuern (Abb. 3, Diagramm b).
Vom Ausgang des Shapers gelangen Impulse zu den Eingängen der Elemente DD2.3, DD2.4 und Trigger DD3.1, die die Funktion eines Impulsverteilers übernehmen. An den Ausgängen des CG (Diagramme e, f) bilden sich um 180° gegeneinander verschobene Impulsfolgen mit einer Pause der Dauer tp. Die Pulsfrequenz am Ausgang des Generators ist doppelt so hoch wie am Ausgang des Taktgenerators. Die Dauer der Pause wird durch den variablen Widerstand R3 reguliert. Manchmal ist es zur Steuerung der USV erforderlich, Impulse mit niedrigem Pegel und einer Pause zu empfangen. In diesem Fall ist im Diagramm von Abb. 2 Elemente DD2.1, DD2.2 der Mikroschaltung K561LE5 werden durch ein Element der Mikroschaltung K561LS2 ersetzt und enthalten anstelle der Elemente DD2.3, DD2.4 UND-ODER-Elemente gemäß der 2OR-Schaltung. Dazu müssen Sie lediglich eine Hochspannung an die Pins 9 und 14 der Mikroschaltung K561LS2 anlegen. Wenn es notwendig ist, die Leistung der Impulse und die Steilheit ihrer Anstiege und Abfälle zu erhöhen, sollten in den Ausgangsstufen des MG TTL- und TTLSh-Mikroschaltungen verwendet werden. In Abb. Abbildung 4 zeigt ein Diagramm der XNUMXG-auf-TTLSh-Mikroschaltungen.
Das Gerät ermöglicht eine Pulsweitenregelung der USV-Ausgangsspannung. Die PWM-Einheit ist auf den Elementen DD2.1, VT1, VT2, R3, C3, R5, R6 aufgebaut. Spannungsdiagramme sind in Abb. dargestellt. 5. Hier: Unop ist die Schwellenschaltspannung der Elemente DD1.4 und DD2.1; tpf – feste Pausendauer; tp - einstellbare Pausendauer; tir – einstellbare Impulsdauer; t und max, t und min – maximale und minimale Impulsdauer.
Das Impulsdauer-Steuerintervall beträgt 0,2 μs bis 18 μs (bei einer Ausgangsimpulsfrequenz von 25 kHz). Die Dauer der Impulse wird durch Ändern der Spannung basierend auf dem Transistor VT1 reguliert, der den Widerstand R5 parallel zu R6 verbindet und dadurch die Zeitkonstante der Differenzierschaltung C3R6 ändert. Der Widerstand R7 sorgt für Hysterese und verhindert die Selbsterregung des Elements DD2.1. Der Uynp-Pin kann mit einem Rückmeldungssignal vom USV-Ausgangsspannungsstabilisator versorgt werden. Beim Aufbau des GB stellt der Widerstand R2 die Dauer der Pause und der Widerstand R5 die Mindestdauer (tn min) der erzeugten Impulse ein (Diagramm k). Es ist zu beachten, dass die Verwendung von PWM in USVs durch die Tatsache begrenzt ist, dass mit einer Verringerung der Impulsdauer auf weniger als t und max/2 der Wirkungsgrad der USV stark abnimmt, da sich die Schalttransistoren die meiste Zeit über in einem Zustand befinden ungesättigter Zustand. Daher ist der Einsatz einer USV mit SHI-Ausgangsspannungsstabilisierung auf die Mindestlast, in der Regel mindestens 10 % der Nennlast, beschränkt. Interessant ist das 6G (Abb. 561), mit dem Sie die Pausendauer ohne Zeiteinstellung durch Differenzierungsschaltungen mithilfe der Zähler K8IE561 (K9IEXNUMX) einstellen können. Die Dauer der Pause kann durch Änderung der Frequenz des Taktgenerators und des Teilungskoeffizienten des Zählers innerhalb der in der Tabelle angegebenen Grenzen für die Frequenz des Ausgangssignals des Generators von 25 kHz diskret eingestellt werden. Aus der Tabelle geht hervor, dass die Pulsdauer gleich der Periodendauer des Taktgenerators ist.
Der ZG verwendet CMOS-Mikroschaltungen mit Dezimalzählern und Ausgangsdekodierern. Dies schließt jedoch die Verwendung von TTL- und TTLSh-Mikroschaltungen mit Ausgangsdekodierern nicht aus. Der Teilungskoeffizient wird geändert, indem die Rückkopplungsschaltung (Punkt e im Diagramm in Abb. 6) mit dem Eingang R des Zählers und der Ausgang mit dem Impulsverteiler (Punkt e) verbunden wird [2]. Die Frequenz des Taktgenerators wird durch Ändern der Parameter der R1C1-Schaltung angepasst.
Ansonsten unterscheidet sich das Gerät nicht von den oben beschriebenen. Spannungsdiagramme an den Punkten des Stromkreises sind in Abb. dargestellt. 7 für die Frequenz der Ausgangsimpulse des Hauptgenerators beträgt 25 kHz, die Pausendauer beträgt 4 μs bei einem Teilungsfaktor von 5.
Prinzipiell ist es bei allen betrachteten MGs (mit Ausnahme von MGs mit diskret variabler Pausendauer, Abb. 6) möglich, eine PID-Regelung zur Einleitung eines Rückkopplungssignals vom USV-Ausgang in die Pausensteuereinheit zu verwenden, was eine entsprechende Begrenzung der Pausendauer vorsieht die minimale und maximale Pulsdauer. Um die USV-Ausgangsspannung über den Rückkopplungskreis galvanisch von der Primärspannungsquelle zu trennen, ist es am bequemsten und einfachsten, Komparatoren in Kombination mit Optokopplern als einfachste und kostengünstigste Methode zu verwenden. Die Verwendung von PWM führt jedoch zu einer Komplexität des Filters im Gleichstromkreis am Ausgang, was manchmal das Gewicht, die Größe und die wirtschaftlichen Indikatoren zunichte macht, insbesondere bei USVs mit geringer Leistung und der Anforderung eines niedrigen Welligkeitsfaktors der Ausgangsspannung. Literatur
Autor: V.Kozelsky
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