magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 59 reszLényegében minden analóg elektronikus áramkör, amely a földpontra szimmetrikus jelet dolgoz fel, kettős tápfeszültség-ellátást igényel. Ennek „elemi” megoldása egy földfüggetlen tápfeszültség, amelyet kettéosztunk és az osztópontot földeljük. Robert cikke fejlettebb változatokat mutat.

 

 

 


Találkozott már olyan igénnyel, hogy egy kisteljesítményű, osztott tápfeszültséget kellett létrehoznia egyetlen bemenő egyenfeszültségből? A feladat egy lehetséges változata például, ha +12 és ‑12 V-os egyenfeszültséget kell előállítania 5 V-ból, vagy akár fordítva, +5/‑5V-ot 12 V-ból. A jelen cikk három tápfeszültség-topológiát mutat be, amelyek képesek kielégíteni ezt a követelményt – természetesen különböző minőségi és költségszinten.

1abra

1. ábra A feszültségnövelő DC/DC-átalakító egy töltésszivattyúval kiegészítve negatív tápfeszültséget állít elő, ha VOUT>VIN

Az 1. ábrán egy egyszerű módszert láthatunk, amelyet egy feszültségnövelő egyenfeszültség-átalakítóba integrált töltésszivattyús áramkör valósít meg. A feszültségnövelő áramkör kimenete adja a szabályozott, pozitív feszültséget, míg a negatív feszültséget a töltésszivattyú állítja elő. Amikor az ábrán Q1-gyel jelölt MOSFET kikapcsol, a C4 kondenzátor a D4 diódán keresztül olyan feszültségre töltődik, amelynek a nagysága a pozitív kimeneti feszültség és a diódán eső feszültség összege. Amikor a Q1 bekapcsol, a C4 a D3 diódán át kisül, és feltölti a C3 kimeneti kondenzátort. A D1 és D2 egy-egy dióda nyitófeszültségével növeli a C4 feszültségét, és ez ellensúlyozza a töltésszivattyú D3 és D4 diódájának feszültségesését. Ha a D1-et eltávolítjuk az áramkörből, annak az a következménye, hogy a negatív tápfeszültség abszolút értéke egy dióda nyitófeszültségével lesz kisebb a +12 V-os táp-feszültségénél. Ez az áramkör azt igényli, hogy a pozitív kimeneten legalább akkora – vagy nagyobb – terhelés legyen, mint a negatív oldalon, különben a negatív tápfeszültségen jelentős nagyságú hullámosság keletkezik. Például ha a pozitív oldalt terheletlenül hagyjuk, a tápegység kapcsolása leáll, a negatív oldal kimeneti kapacitása pedig a következő kapcsolási ciklusig csökken.

2abra

 2. ábra A feszültségcsökkentő/növelő áramkör két kimeneti feszültséget állít elő egy csatolt induktivitás segítségével úgy, hogy nincs korlátozás a VIN és a VOUT egymáshoz viszonyított értékét tekintve

A 2. ábra a feladat egy másik lehetséges megközelítését mutatja, amelyben egy feszültségcsökkentő/növelő konvertert egy csatolt induktivitással egészítjük ki. Ez az áramkör akkor hasznos, ha a bemeneti és a kimeneti feszültség széles tartományban változik, és nem korlátozódik kizárólag a fe-szültségnövelő üzemmódra. Az áramkörben egy integrált fetes kapcsolóval ellátott feszültségcsökkentő konver-tert használunk a feszültségcsökkentő/növelő áramkör teljesítményfokozataként. A vezérlő referenciapontját (GND) a negatív kimeneti feszültséghez kapcsoljuk, az indítás a D2 kimeneti diódán keresztül történik. Amint a nagyáramú induktivitás primer körén keresztül áram kezd folyni, a negatív kimeneti pont feszültsége negatívabbra változik. Ebben az áramkörben a pozitív és a negatív tápfeszültség összege szabályozott. Ez jobb minőségű szabályozást eredményez, mintha csak az egyiküket szabályoznánk. Ha ugyanis csak az egyik tápfeszültségre vonatkozik a pontos szabályozás, a másikon akár ±10% változás is létrejöhet. Ebben az esetben viszont az összegfeszültség szabályozásával egyik tápfeszültség maximális hibája sem lépi túl a ±5%-ot. A vezérlőáramkör visszatérő vezetéke a negatív kimenetre csatlakozik, aminek van előnye és hátránya is. Előnyös, hogy ezzel feleslegessé válik egy differenciaerősítő, amelyre akkor lenne szükség, ha a visszavezetés a tápfeszültségkimenet közös földpontjára lenne csatlakoztatva. Hátránya viszont, hogy az olyan jeleknél, mint a „tápfeszültség rendben” (Power Good), az engedélyezés és az órajel, szinteltolást kell alkalmaznunk. A másik változtatás, amit ezen áramkörön alkalmazhatunk, az, hogy az induktivitáson mindig állandó áram folyjon. Folytonos üzemnél a D2-t (és talán aD1-et is) gyakran MOSFET-tel szokás helyettesíteni, amely lehetővé teszi, hogy az áram visszafelé folyhasson a kapcsolási periódusnak abban a szakaszában is, amikor a kimeneti kondenzátor kisül. Ha a D1-et nem helyettesítjük fettel, és a csatolt induktivitás áttétele 1:1, a pozitív kimenet egy dióda-nyitófeszültségnyivel kisebb, mint a negatív tápfeszültség abszolút értéke. Állandó vezetést használva jobb a hatásfok és a „keresztszabályozottság”, ám a megoldás bonyolultabb és költségesebb.

Ugyanez flybuck-konverterrel

A 3. ábrán látható egyszerű, szigetelt, osztott tápfeszültséget előállító áramkört flybuck-konverternek nevezzük. A példában bemutatott áramkör egy elsődlegesen szabályozott 12 V-os, és két másodlagosan szabályozott ±15 V-os kimenetet állít elő. Az áramkör egy szinkron feszültségcsökkentő áramkört tartalmaz, amely csatolt tekercsekkel működik. A szinkronműködés ahhoz szükséges, hogy garantálja a szabályozást még abban az esetben is, ha a 12 V-os kimenet terheletlen, miközben a másodlagos, ±15 V-os kimeneteken terhelés van. A szinkronműködés megengedi, hogy az áram visszafelé is folyhasson a primer induktivitáson, ami megakadályozza, hogy a kimeneti kondenzátor a csúcsértékre töltődhessen fel. A szabályozás a primer körben történik, a szekunder oldali szabályozás a kapcsolási periódusnak abban a szakaszában történik, amikor a kimeneti kondenzátort a terhelőáram süti ki. Ebben az időszakaszban az induktivitás primer feszültsége 12 V-ra van korlátozva, a szekunder kimeneti feszültségeket pedig a menetszámarány határozza meg. Az áramkör szekunder szabályozása ±10%-on belüli eltérést garantál a terhelőáram széles tartományában.

3abra

 3. ábra Csatolt induktivitásokkal működő flybuck-áramkör egy szigeteletlen és két szigetelt kimeneti feszültséggel

Összefoglalás

A táblázat összegzi a topológiaválasztás kritériumait. Sok esetben a töltésszivattyús megoldás is megfelel – ez a bemutatottak legolcsóbbja. Ha viszont jól szabályozott kimeneti feszültséget szeretnénk előálltani a terhelőáram széles tartományában, a két másik megoldás alkalmazását kell megfontolnunk. Mivel a flybuck[1]-áramkör valójában egy csatolt induktivitásokkal leválasztott feszültségcsökkentő kapcsolás, a bemeneti feszültség és a fő kimeneti feszültség hányadosa mindig nagyobb 1-nél. Ha ezt az áramkört további csatolt tekercsekkel bővítjük, más feszültségarányokat is megvalósíthatunk. Ezenkívül a csatolt induktivitások szigetelt, leválasztott megvalósítást is lehetővé tesznek. Végül pedig a feszültségcsökkentő/növelő topológia a legnagyobb rugalmasságot kínálja a be- és kimenőfeszültségek egymáshoz viszonyított értéke szempontjából.

tablazat


A sorozat következő cikkében igen nagy konverziós arányú feszültségnövelő átalakítókat mutatunk be.

 


[1] Az „ahol lehet, lefordítjuk a szakkifejezéseket” elvünket kedvelő olvasóink elnézését kérjük, de erre a fogalomra rövid és kifejező (egyszóval „életképes”) magyar fordítást nem találtunk. Felhívjuk a figyelmet, hogy a „flybuck”kifejezés nem tévesztendő össze a nagyon hasonló – és hasonlóan nehezen fordítható – „flyback” szóval – A szerk. megj.

 

Robert Kollman – Texas Instruments

www.ti.com/power-ca és www.ti.com/powerhouse-ca

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

8. rész

9. rész

10. rész

11. rész

12. rész

13. rész

14. rész

15. rész

16. rész

17. rész

18. rész

19. rész

20. rész

21. rész

22. rész

23. rész

24. rész

25. rész

26. rész

27. rész

28. rész

29. rész

30. rész

31. rész

32. rész

33. rész

34. rész

35. rész

36. rész

37. rész

38. rész

39. rész

40. rész

41. rész

42. rész

43. rész 

44. rész

45. rész

46. rész

47. rész

48. rész

49. rész

50. rész

51. rész

52. rész

53. rész

54. rész

55. rész

56. rész

57. rész

58. rész

 

 

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.

 

 

   
Advertisement