134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146

Раздел 16 Импульсные источники питания

Схемы управления

Управление по току

На Рис. 2.14 приведена базовая схема ШИМ-контроллера с управлением по току в повышающем преобразователе. Эта схема имеет два контура управления.

Базовая схема ШИМ-контроллера с управлением по токуРис. 2.14. Базовая схема ШИМ-контроллера с управлением по току

Внешний контур предназначен для измерения выходного напряжения и подачи сигнала ошибки во внутренний контур. Внутренний контур сравнивает сигнал ошибки с сигналом, зависящим от тока дросселя, и «решает», когда запирать ключ, что и определяет ширину импульса. Ширина импульса в большей степени зависит от тока дросселя, чем от сигнала ошибки.

Генератор начинает каждый цикл, устанавливая ВЫСОКИЙ уровень на выходе триггера-защёлки ШИМ, открывая тем самым выходной ключ. Усилитель ошибки вырабатывает сигнал, который используется для сравнения с сигналом, зависящим от тока дросселя. Когда этот сигнал сравняется с сигналом ошибки, компаратор сбрасывает в НИЗКИЙ уровень триггер-защёлку выхода и ключ закрывается. Если выходное напряжение уменьшается, сигнал ошибки возрастает, что приводит к увеличению пикового тока в следующем импульсе.

Контроллер с управлением по току обладает рядом преимуществ перед контроллером с управлением по напряжению. Первое из них состоит в том, что ток дросселя напрямую зависит от напряжения ошибки, поэтому при анализе схемы методом малых сигналов дроссель можно заменить источником тока, управляемым напряжением. Этим «убирается» один порядок передаточной функции. Контур управления в данном случае скорректировать проще, чем для схемы с управлением по напряжению. Другим преимуществом является то, что изменения входного напряжения питания не влияют на процесс коррекции. Пиковый ток в дросселе зависит от напряжения на нём. Если входное напряжение падает, то это приводит лишь к увеличению времени нарастания тока дросселя до необходимого значения и к соответствующему увеличению времени запирания ключа компаратором.

Проектирование контроллеров с управлением по току не обходится и без определённых проблем. Когда коэффициент заполнения ШИМ превышает 50%, а через дроссель непрерывно протекает ток, в контроллерах возникают так называемые субгармонические колебания. Внутренний контур управления по току сохраняет устойчивость, пока коэффициент заполнения ниже 50%. Когда же коэффициент заполнения превышает 50%, выходной сигнал становится нестабильным под воздействием внутренних шумов или пульсаций. Средний ток дросселя будет по-прежнему управляем с помощью усилителя ошибки, но будут наблюдаться его колебания на субгармониках (В отличие от гармоник, частота которых кратна частоте исходного сигнала и выше её, частота субгармоник кратна частоте исходного сигнала и ниже её) частоты коммутации. Для рабочей частоты 40 кГц ток дросселя содержит субгармонические составляющие 20 кГц, 10 кГц и т. д., в результате чего в дросселе и других компонентах схемы могут возбуждаться звуковые колебания, слышимые человеческим ухом. Контроллер с управлением по току можно стабилизировать путём коррекции крутизны нарастания выходного сигнала. Такая коррекция обычно выполняется подачей напряжения с конденсатора генератора либо на усилитель измерителя тока, либо на усилитель ошибки и заключается в том, что управление точкой срабатывания компаратора осуществляется не постоянным напряжением, а пилообразным сигналом с частотой коммутации. Ток срабатывания снижается с увеличением коэффициента заполнения. При достижении в ходе коррекции определённой минимальной крутизны можно гарантировать, что полученная система безусловно устойчива. Процесс коррекции описывается следующим неравенством:

SCOMPENSATION >= SCHARGE (2DC — 1) / (1 — DC),   (2.4)

где SCOMPENSATION — крутизна нарастания напряжения коррекции, SCHARGE — крутизна нарастания сигнала заряда дросселя, DC — коэффициент заполнения.

К счастью, большинство современных микросхем с управлением по току снабжено внутренней схемой коррекции крутизны нарастания, которая может использоваться в готовом виде либо модифицироваться в случае необходимости этого. Для устаревших компонентов, таких, как 1846А, расчёт величины коррекции крутизны нарастания можно произвести на основании документации производителя или справочных данных. Инструкция U-97 фирмы TI и инструкция 19 фирмы Linear Technology содержат подробные описания такой коррекции.

134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146