157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169

Раздел 16 Импульсные источники питания

Схемы без гальванической развязки

Типовая схема преобразователя с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью (SEPIC)

Другой вариант комбинированной схемы преобразователя, в котором затраты на дополнительные ключ и диод заменяются затратами на дополнительные дроссель и конденсатор, представляет собой так называемый SEPIC-конвертер (Single-Ended Primary Inductance Converter — преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью). Типовая схема SEPIC изображена на Рис. 4.9.

Типовая схема преобразователя с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью (SEPIC)Рис. 4.9. Типовая схема преобразователя с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью (SEPIC)

Некоторые представители SEPIC-микросхем: DN48 фирмы TI (Unitrode), AN 1051 фирмы Maxim.

Лучше всего описать принцип действия преобразователя SEPIC также преобразователя Чука и zeta-преобразователя как частных случаев), представив схему как усилительный каскад с резистивно-ёмкостной связью по напряжению. В RC-усилителе наличие нагрузочного резистора позволяет активному компоненту данном случае — ключу) производить переменное напряжение, изменяя силу тока, текущего через этот резистор. Переменное напряжение связано с цепью нагрузки конденсатором, который является для него замкнутой цепью. Конденсатор защищает усилитель от постоянного напряжения, снимаемого с нагрузки. На высоких частотах резистор можно заменить дросселем, чтобы мощность рассеяния усилителя была меньше. Прямоугольный сигнал поступает в цепь нагрузки, где диод, дроссель и фильтрующий конденсатор преобразуют переменное выходное напряжение в постоянное, как это делается и в понижающем преобразователе.

Если индуктивность двух дросселей в схеме SEPIC одинакова, то к ним приложено одинаковое напряжение и в них течёт одинаковый ток. Схемы SEPIC для простоты проектируются обычно с равными индуктивностями дросселей, но это необязательно. Если индуктивности дросселей равны, то их можно намотать на одном и том же сердечнике. В справочных данных на микросхему DN48 приведена соответствующая последовательность проектирования. Уравнения дросселя и коэффициента заполнения для схемы SEPIC такие же, как и для комбинированной схемы, изображённой на Рис. 4.8.

Сначала нам нужно выбрать частоту коммутации. Затем мы рассчитываем величину максимального тока дросселя. Максимальный ток дросселя возникает, когда входное напряжение ниже выходного, и схема работает как повышающий преобразователь:

IL-AVG = (VOUT + VIN) х IOUT / VIN = (4.0 + 6.0) х 1.0 / 4.0 = 2.5 А.

Выберем ток пульсаций, равный 20% от среднего тока дросселя при максимальной нагрузке. Пиковый ток дросселя получается равным 2.75 А. Чтобы выбрать достаточно малую индуктивность дросселя для соответствующего тока, необходимо использовать минимальное входное напряжение.

Снова применим уравнение дросселя и выполним перестановку для комбинированного преобразователя:

L = (VIN х VOUT) / ( (ΔI х ƒ) х (VOUT + VIN)).

Подставив значения, указанные на Рис. 4.9, получим

L = (4.0 х 6.0) / ( (0.5×550 кГц) х (4.0 + 6.0)) = 8.7 мкГн.

Вычисленное нами значение представляет собой индуктивность каждого из двух дросселей.

Следующим шагом будет определение среднеквадратического тока пульсаций в разделительном конденсаторе. В справочных данных на DN48 приведено следующее уравнение:

ICRMS = 2 (I2OUT (MAX) x DC (MAX) x I2IN (MAX) x (1 — DC (MAX))) =

= 2 (1 + 4 / (4 + 6) x 2.52 х 1 + 4 / (4 + 6)) = 1.22 A.

Следует выбирать разделительный конденсатор, способный работать при таком токе пульсаций.

После этого подберём выходной конденсатор, обеспечивающий требуемую величину пульсаций выходного напряжения. Как и в уже рассмотренных нами схемах, «положим» две трети напряжения пульсаций на ЭПС конденсатора, а одну треть — на его ёмкостное сопротивление ХC. Выходной ток пульсаций равен

IRMS = IOUT2 (DC / (1- DC))

При расчёте ёмкости конденсатора и определении требуемой величины ЭПС используем уравнения, приведённые ранее для расчёта схемы понижающего преобразователя.

Напряжение затвора внешнего МОП-транзистора устанавливается в 5.2 В входящим в состав микросхемы LTC1871 внутренним стабилизатором напряжения, поэтому потребуется МОП-транзистор логического уровня. Напряжение стока равно VIN + VOUT. Пиковый ток транзистора равен IIN + IOUT. Пиковый ток и пиковое обратное напряжение диода равны току и напряжению МОП-транзистора.

157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169