magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

Texas PowerTips cikksorozat 29 resz

Gyakori feladat, hogy nagy váltakozó feszültséget szolgáltató energiahálózatból kell jóval kisebb egyenfeszültséget létrehozni – például az elektronikus fogyasztásmérőkben. Erre mutat egyszerű, olcsó megoldást Robert cikksorozatának e havi folytatása.

.

 

 

Segédtápegység kisfeszültségű, feszültségcsökkentő szabályozóval

 

A jelen cikkünkben megoldást keresünk arra a jellegzetes problémára, amikor nagy értékű váltakozó feszültséget előállító forrásból kell nála jóval alacsonyabb egyenfeszültséget előállítani – pédául egy elektronikus fogyasztásmérő elektronikus elemeinek tápfeszültség-ellátására. Ez esetben nem szükséges szigetelt elválasztást létesíteni a be- és a kimenet között. A megoldásban a bemeneti váltakozófeszültség egyenirányítása után akár 375 V egyenfeszültség is keletkezhet, miközben a kimeneti feszültség 5 VDC nagyságrendű, néhány száz mA terheléssel. Az ilyen tömeggyártású alkalmazások rendszerint nagyon árérzékenyek, ezért kevés – és olcsó – alkatrészből álló áramköri megoldást kell választanunk. A feszültségcsökkentő kapcsolóüzemű szabályozó olcsón beszerezhető, ám a nagy bemeneti feszültségű megoldás megvalósítása nehézségekbe ütközhet. Folytonos működésű üzemmódban a feszültségcsökkentő szabályozó 400 V-ból 5 V-ot 1,25% kitöltési tényezővel tud előállítani (Uout/Uin = 5 V/400 V = 0,0125 = 1,25%) Ha a kapcsolási frekvenciát 100 kHz-re választjuk, a tranzisztor bekapcsolási idejére 125 ns adódik, amelyet a kapcsolótranzisztor kapcsolási sebességéből adódó korlátozások miatt nem könnyű megvalósítani.
    Az 1. ábra olyan áramkört mutat, amely megbirkózik a kis kitöltési tényezőből adódó nehézségekkel. Egy folytonos működésű kapcsolóüzemű tápgység (U1) vezérli a nagyfeszültségű, feszültségcsökkentő teljesítménykapcsoló-fokozatot, egy p-csatornás kapcsolófetet (Q4), amely a 400 V-ból 5 V-ra csökkentett kimeneti feszültséget állítja elő. A kapcsoló MOSFET-et a Q2-ből és Q3-ból álló szinteltoló áramkör hajtja meg. A példánkban TPS64203 típusú kapcsolóüzemű vezérlő a tervezett áramkör kulcsfontosságú alkatrésze. Ezt rendkívül alacsony nyugalmi áram (35 μA) jellemzi, amely lehetővé teszi, hogy a konvertert bekapcsoláskor offline-üzemmódban az R2 és R3 ellenállásokon felvett árammal lehessen elindítani.

 

1.ábra Kisfeszültségű feszültségcsökkentő IC-vel egyszerű, olcsó segédtápegységet tervezhetünk

1.ábra Kisfeszültségű feszültségcsökkentő IC-vel egyszerű, olcsó segédtápegységet tervezhetünk


    A másik fontos követelmény, hogy a meghajtó áramkör legyen képes rövid (600 ns-os) kapuvezérlő impulzusokat előállítani annak érdekében, hogy a minimális kapcsolási frekvenciát (a folytonos vezetésű üzemmódban) 20 kHz fölé emelhessük. A Q1 tranzisztor szinteltolóként működik, hogy a felső oldali meghajtótranzisztor előállíthassa a kapuvezérlő feszültséget. Az alacsony értékű, 5 V-os kimenőfeszültséget az R4 ellenállással előterheljük, hogy állandóan folyjon áram a Q1-en és az R5-ön. Az R5-ön eső feszültség ­emit­ter­­­­-
követőkön keresztül hajtja meg a p-csatornás MOSFET kapuelek­tródáját. Az áram tölti a C4 kondenzátort is, amelyen ezen a módon létrejön a meghajtófokozat tápfeszültsége. Azért választottunk p-csatornás kapcsolófetet, hogy egyszerűbb lehessen a meghajtó­áramkör. Ha n-csatornást használtunk volna, lényegesen bonyolultabb megoldással érhettük volna csak el a célunkat.
    A 2. ábra két hullámformát mutat, amelyből látható, hogy megfelelően gyors kapcsolás érhető el az egyszerű, bipoláris meg­hajtóáramkör alkalmazásával is. A kapufeszültség fel- és lefutási ideje kisebb 50 ns-nál, amelynek következtében 30 ns-nál rövidebb kapcsolási időket olvashatunk le a nyelőelektróda-feszültség időfüggvényéről. A sebességet tovább növelhetjük a meghajtóáram értékének növelésével, ami révén gyorsabban töltődik a p-csatornás MOSFET kapuelektróda-kapacitása. Ennek az az ára, hogy nő az áramkör teljesítményvesztesége. Az áramkör hatásfoka 70% körüli, amely jónak mondható érték, tekintettel arra, hogy a teljes kimenőteljesítmény csupán 4 W, a 400 VAC-ról 5 VDC-re történő átalakítás pedig egyszerű és olcsó áramkörrel valósul meg. A megoldásnak két hiányossága van: nem tartalmaz védelmet a rövidzár és a túlfeszültség ellen. Viszont ezek nélkül az áramkör költséghatékonysága sok alkalmazásban döntő tényező lehet. 

 

2.ábra A MOSFET-tel megfelelően nagy (<50 ns) kapcsolási sebességet érhetünk el.

2.ábra A MOSFET-tel megfelelően nagy (<50 ns) kapcsolási sebességet érhetünk el.

 

A következő folytatásban olyan módszert tárgyalunk, amivel megmérhető egy tápegységvezérlő szabályozóhurok fázistartaléka anélkül, hogy tudomásunk lenne, mi van az áramkör belsejében.

 

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

24. rész

25. rész

26. rész

27. rész

28. 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
--!>