magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

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

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 24 resz

Amint megígértük, egy kis „elméleti kitérő” után folytatjuk Robert cikksorozatát, amelyben a digitális és kapcsolóüzemű terhelésekre különösen jellemző, ugrásszerű terhelésváltozásokra „békésebben” reagáló tápegység kialakítására tett javaslatait folytatja.

.

 

 

A tápegység viselkedésének javítása tranziens terhelésváltozásnál – 2. rész

 

Ez a cikk a Teljesítményelektronikai ötletek sorozat 22. részében megkezdett témához csatlakozik. Emlékeztetőül: egy olyan szigetelt tápegységet vizsgáltunk, amely a TL431 söntszabályozóra épül. Lássuk, hogy reagál ez az áramkör a visszacsatoló hurok zárására. Ennek keretében bemutatunk egy módszert a tápegység-szabályozóhurok sávszélességének növelésére, amelynek hatására a szabályozás a terhelés és a bemeneti feszültség ugrásszerű változásait „nyugodtabban” követi. Emlékeztetőül: a 22. részben bemutatott tápegység teljesítményfokozata áram-üzemmódú flyback-szabályozó, kondenzátoros kimeneti szűrővel és egypólusú frekvenciamenettel. Az 1. ábra mutatja a szabályozóhurok – erősen egyszerűsített – tömbvázlatát. A bal oldali blokkban a hibaerősítőt egy integrátor képviseli, amelynek pólusa a zérus frekvencián (logaritmikus léptékben a „mínusz végtelenben”) van. A jobb oldali tömbben az optocsatolót és az áram-üzemmódú vezérlő áramkört vontuk össze úgy, hogy egyetlen K2 erősítés és az R ellenállás és a C kapacitás által beállított pólus jellemezze.

texas 1

1.ábra A jelentősen egyszerűsített, két hurkot tartalmazó tömbvázlat


A tömbvázlat két visszacsatoló hurkot mutat. Az egyik az integrátoron keresztül vezet, és a teljes áramkör kimeneti feszültségét hasonlítja a referenciafeszültséghez. A másikat az integrátor kimeneti feszültségéből kivont kimeneti feszültség vezérli. A két blokk frekvenciamenetét a 2. ábra mutatja. A kék görbe a teljesítményfokozat frekvenciafüggése, amelynek befolyásolására nem sok eszköz áll rendelkezésünkre, ugyanis a terhelő-ellenállást a kimeneti áram és feszültség határozza meg, a szűrőkondenzátort a zajcsökkentési szempontok, a kapcsolási frekvencia és a terhelés tranziens válaszfüggvénye szempontjainak megfelelően kell megválasztanunk.

texas 2

2.ábra A hibaerősítő egy 1. típusú integrátorként korlátozza a sávszélességet


Ezzel szemben az optocsatoló és az áram-üzemmódú vezérlő­rész erősítési tényezőjét tekintve van valamennyi mozgásterünk.
A piros görbe a kimeneti feszültség frekvenciamenetét mutatja a teljesítményfokozat bemenetétől számítva. Ha csak egy integrátorunk lenne, nagyon korlátozott lehetőségeink lennének a tápegység frekvenciakompenzációjára. Nagy frekvencián a teljesítményfokozat bemenetétől a kimenetig számított erősítés egységnyihez tart. Az egyetlen szabad paraméter, hogy hova helyezzük el a zérushelyet. Ezt az határozza meg, hol lesz az integrátornak egységnyi erősítése. A 2. ábrán a kompenzálóhálózat zérushelye egybeesik a teljesítményfokozat pólusával, és együtt egy egypólusú frekvenciamenetet alkotnak. Vegyük észre, hogy mivel a kompenzáció erősítése egységnyi, a tápegység egységnyi erősítésének frekvenciája (a 0 dB-es szint keresztezése) oda esik, ahol magának a teljesítményfokozatnak a 0 dB-es pontját találjuk.
Sok esetben az integrátor nem ad elegendő sávszélességet a megfelelő tranziensviselkedés eléréséhez. Könnyen javíthatunk azonban ezen, ha az 1. típusú hibaerősítőt 2. típusúvá alakítjuk át. Ehhez egy ellenállást kell sorba kapcsolni az integráló kapacitással, majd egy párhuzamosan kapcsolt, nagy frekvencián rövidzárt képviselő kondenzátorral hozzuk létre a két pólussal és egy zérushellyel jellemezhető frekvenciamenetet. A 3. ábra mutatja a 2. típusú erősítőnek ezt a javított frekvenciamenetét. Ebben az esetben nem létezik az a korlátozás, amely az első zérushelynél 0 dB erősítést engedélyez, hanem akár 10 dB-es erősítést is beállíthatunk. Ez lehetővé teszi, hogy az egységnyi erősítés frekvenciáját (ahol a két görbe összegzésének eredője 0 dB-lel egyenlő) 2 kHz-ről 6 kHz-re növeljük. Érdemes azonban megfigyelni a viselkedést nagyobb frekvenciákon is. Elhelyeztünk ugyanis egy pólust az egységnyi erősítés frekvenciáján túl, amellyel a tápegység zajérzékenységét kívánjuk csökkenteni. Éppúgy, mint egy egyszerű integrátornál, a kompenzációs rész erősítése sehol sem csökken 0 dB alá. 

 

texas 3   

3.ábra A 2. típusú kompenzátor növeli a sávszélességet

 

A megnövelt egységerősítési frekvencia, amelyet a 2. típusú erősítő tett lehetővé, javítja a tranziens viselkedést. A 4. ábra mutatja a javulás mértékét a 2. és 3. ábrán látható változatok közt. Az áramkört az ismert P-Spice áramkör-szimulátor szoftverrel modelleztük, mindkettőn azonos mértékű, ugrásszerű terhelésváltozást feltételezve. Amint az várható is, a sávszélesség háromszoros növekedése harmadára csökkenti a kimeneti feszültség változását.  


texas 4   

4.ábra A 2. típusú hibaerősítő háromszoros javulást hoz a tranziens terhelésváltozásra adott válaszban


A következő részben a nagyfrekvenciás vezetőkben kialakuló árameloszlást vizsgáljuk.

 

www.ti.com/power-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

 

 

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