159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171

Раздел 16 Импульсные источники питания

Схемы без гальванической развязки

Инвертирующая схема накачки заряда со стабилизацией выходного напряжения

На Рис. 4.11 изображена инвертирующая схема накачки заряда со стабилизацией выходного напряжения, в которой использованы микросхема МАХ868 и несколько внешних компонентов (четыре конденсатора и два резистора).

Инвертирующая схема накачки заряда со стабилизацией выходного напряженияРис. 4.11. Инвертирующая схема накачки заряда со стабилизацией выходного напряжения

В течение фазы заряда микросхема подключает два «летающих» конденсатора параллельно первичному источнику питания. В ходе фазы разряда ключи перекоммутируются таким образом, чтобы соединённые последовательно «летающие» конденсаторы давали отрицательное напряжение, равное удвоенному входному (VIN).

Фирма Maxim описывает механизм стабилизации как ШИМ-управление, но на самом деле механизм управления заключается в подавлении импульсов. Тактовый генератор работает на постоянной частоте 450 кГц, а схема управления «отбрасывает» (подавляет) импульсы по мере необходимости, чтобы удерживать выходное напряжение стабильным.
Обратите внимание, что один из резисторов обратной связи «привязан» к входному напряжению. Это сделано для того, чтобы напряжение на выводе обратной связи всегда было положительным относительно земли. Для схемы на Рис. 4.11 требуется стабилизированное входное напряжение, так как цепь обратной связи использует его в качестве опорного. Можно также подключить и второй источник входного напряжения, который будет использоваться в качестве опорного. В справочных данных рекомендуется задавать величину сопротивления R2 в пределах 100…500 кОм, чтобы ограничить ток делителя. Для того чтобы рассчитать величину R1, применим следующую формулу:

R1 = R2 x (|VOUT| / VREF).

В справочных данных приведены формулы, которые позволяют нам рассчитать требуемые значения ёмкости для С1, С2 и СOUT.

По заданным значениям С1 и С2 можно проверить, соответствует ли максимальный выходной ток проектной величине. Фирма Maxim вместо формулы для расчёта конденсаторов приводит следующее уравнение:

IOUT (MAX= ( (2 x VIN) — |VOUT|) / (4 / (ƒMAX x (C1 + C2)) + ROUT x 10 / (VIN + |VOUT|)).   (4.9)

В справочных данных указываются максимальная частота 450 кГц и эквивалентное выходное сопротивление ROUT = 70 Ом. Предположив, что ёмкости конденсаторов С1 и С2 бесконечно велики, мы можем преобразовать уравнение (4.9) в уравнение (4.10), которое определяет максимальный ток с учётом только напряжений и характеристик микросхемы. Подставим входное напряжение 5.0 В и выходное напряжение — 9.0 В, чтобы определить, достигнет ли выходной ток проектного значения 15 мА:

IOUT (MAX= ( (2 x 5.0) — |-9|) / (70 x 10 / (5 + |-9|)) = 20 мА.   (4.10)

Получается, что микросхема сможет работать при таком токе. Теперь вернёмся немного назад, чтобы получить соответствующие значения для С1 и С2. Для выходного тока 15 мА знаменатель уравнения (4.9) равен

66.6 Ом = 1 В / 0.015 А.

Теперь можно вычислить ёмкость в знаменателе уравнения (4.9):

66.6 = 4 / (450 кГц x (C1 + C2)) + 50.

Решение уравнения даёт:

С1 = С2 = 0.27 мкФ.

В справочных данных приводится также уравнение на основе ХC, ROUT и ЭПС:

VRIPPLE (P-P) = ( (2 x VIN) — |VOUT|) x (1 / ( (1 + (4 x COUT / (C1 + C2))) + ЭПС / ROUT)

Так как ROUT равно 70 Ом, влияние ЭПС керамического конденсатора (оно составляет доли вольта) фактически равно нулю. Начнём с того, что зададим ёмкость COUT 10 мкФ. Напряжение пульсаций, в таком случае, будет равно:

VRIPPLE (P-P) = ( (2 x 5.0) — |9|) x (1 / (1 + (4×10 мкФ / (0.27 мкФ + 0,27 мкФ)))) = 13 мВ.

Танталовые конденсаторы в этом диапазоне ёмкостей и напряжений имеют ЭПС порядка 0.5…3 Ом зависимости от производителя и технологии), поэтому напряжение пульсаций будет значительно выше.

Величина ЭПС входного конденсатора в инвертирующем источнике питания имеет важное значение, так как микросхема потребляет ток только при заряде «летающих» конденсаторов. Пиковый входной ток в 2 раза выше выходного тока. Величина пульсаций входного напряжения особенно важна, когда напряжение VIN используется в качестве опорного. При этом снова потребуется керамический конденсатор большой ёмкости с малым ЭПС.

159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171