Импульсные преобразователи напряжения – выбор конденсаторов

Как выбрать конденсатор?

Во время работы над разделом о конденсаторах я подумал, что было бы полезно объяснить, почему один тип конденсаторов может быть заменен другим.

Это важный вопрос, так как существует множество факторов (температурные характеристики, тип корпуса и так далее), которые делают тот или иной тип конденсаторов (электролитический, керамический и пр.

) наиболее предпочтительным для вашего проекта.

В статье будут рассмотрены популярные типы конденсаторов, их достоинства и особенности, а также области применения. В каждом разделе помещены ссылки на результаты поисковых запросов для некоторых серий наиболее популярных конденсаторов из каталога компании Терраэлектроника.

Например, результат поиска для DIP конденсаторов  c рабочим напряжением 450 В серии HP3 производства компании Hitachi с емкостью 56…680 мкФ приведен на Рис.1.

Рис. 1. Результат поискового запроса для  имеющихся на складе конденсаторов серии HP3 с рабочим напряжением 450 В от Hitachi  с емкостью в диапазоне  56…560 мкФ

Конденсаторы (Рис. 2) представляют собой двухвыводные компоненты, используемые для фильтрации, хранения энергии, подавления импульсов напряжения и других задач. В самом простом случае они состоят из двух параллельных пластин, разделенных изоляционным материалом, называемым диэлектриком.

Рис. 2. Конденсаторы различных типов

Конденсаторы хранят электрический заряд. Единицей емкости является Фарад (Ф). Это название было дано в честь Майкла Фарадея, который в свое время стал пионером в области практического использования конденсаторов.

Конденсаторы могут быть полярными и неполярными. К полярным относятся почти все электролитические и танталовые конденсаторы. Они должны подключаться с учетом полярности напряжения.

Если перепутать выводы «-» и «+», то это приведет к короткому замыканию. К неполярным относятся керамические, слюдяные и пленочные конденсаторы.

Они могут работать при любой полярности приложенного напряжения, что делает их подходящими для применения в цепях переменного тока.

Несмотря на широкое распространение конденсаторов, выбор конкретной модели бывает достаточно сложным.

Вы можете знать емкость и рабочее напряжение, которые требуются в вашем проекте, но у конденсаторов есть и множество других характеристик, таких как полярность, температурный коэффициент, стабильность, последовательное эквивалентное сопротивление (ESR) и так далее.

Это делает каждый конкретный тип конденсаторов пригодным для конкретного приложения. Ниже перечислены наиболее популярные типы конденсаторов с кратким описанием их достоинств и особенностей.

Типы конденсаторов

Существует несколько типов конденсаторов, которые отличаются электрическими характеристиками и стоимостью.

Ниже приведено описание наиболее популярных типов конденсаторов: алюминиевых электролитических, керамических, танталовых, пленочных, слюдяных и полимерных (твердотельных).

Кроме того, для каждого типа представлены наиболее подходящие приложения, а также информация о корпусных исполнениях и примеры конкретных серий.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Рис. 3. Алюминиевый электролитический конденсатор

Описание: алюминиевые электролитические конденсаторы (Рис. 3) являются полярными, поэтому их нельзя использовать в цепях переменного напряжения. Они могут иметь высокую номинальную емкость, но отклонение от номинала обычно составляет до 20%.

Приложения: алюминиевые электролитические конденсаторы оптимальны для приложений, которые не требуют высокой точности и работы с переменными напряжениями. Чаще всего они применяются в качестве развязывающих конденсаторов в источниках питания, то есть для уменьшения пульсаций напряжения. Они также широко используются в импульсных DC/DC-преобразователях напряжения.

Корпусное исполнение: как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа.

Примеры:

Для монтажа в отверстия:

• 25 В серия TKR производства Jamicon с диапазоном доступных емкостей 10…5000 мкФ.
• 50 В серия ECA-1HM  от Panasonic с диапазоном доступных емкостей 4.7…3300 мкФ.
• 450 В серия HP32 от Hitachi AIC с диапазоном доступных емкостей 56…1000 мкФ.

Для поверхностного монтажа:

• 10 В серия EEE-FP1A от Panasonic с диапазоном доступных емкостей 33…1000 мкФ.
• 50 В серия CA050 от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,22…220 мкФ.

Керамические конденсаторы

Рис.4. Керамические конденсаторы

Описание: существует два основных типа керамических конденсаторов (Рис. 4): многослойные чип-конденсаторы (MLCC) и керамические дисковые. MLCC пользуются большой популярностью и широко применяются в электронных устройствах, поскольку обладают высокой стабильностью и малым уровнем потерь.

Они отличаются низким последовательным сопротивлением (ESR) и минимальной погрешностью номинала по сравнению с электролитическими или танталовыми конденсаторами. Вместе с тем их максимальная емкость невелика и достигает всего нескольких десятков мкФ.

Из-за высокой удельной емкости MLCC имеют очень малые габариты и отлично подходят для размещения на печатных платах.

Приложения: поскольку керамические конденсаторы являются неполярными, то их можно применять в цепях переменного тока. Они широко используются в качестве «универсальных» конденсаторов, например, для высокочастотной развязки, фильтрации, подстройки резонаторов и подавления электромагнитных помех. Как MLCC, так и керамические дисковые конденсаторы подразделяются на два класса:

Керамические конденсаторы I класса – точные (+/- 5%) и стабильные конденсаторы с минимальной зависимостью емкости от температуры. Конденсаторы NP0/C0G отличаются минимальным температурным коэффициентом 30 ppm/K.

К сожалению, их максимальная емкость ограничена несколькими нанофарадами (нФ).

Поскольку они очень стабильны и точны, то их чаще всего используют в системах с частотным регулированием, например, в резонансных схемах для радиочастотных приложений.

Керамические конденсаторы II класса менее точны, но обеспечивают более высокую удельную емкость (номинальные значения – до десятков мкФ) и, следовательно, подходят для фильтрации и развязки. Среди их недостатков можно отметить большой коэффициент напряжения. Например, даже при приложении напряжения, равного половине рабочего, обычно наблюдается снижение емкости на 50%.

• X5R может работать в диапазоне – 55…85°C с изменением емкости +/- 15%;
• X7R может работать в диапазоне – 55…125°C с изменением емкости +/- 15%;
• Y5V – в диапазоне от – 30…+ 85°C с изменением емкости -20/ +80%.

Корпусные исполнения: наиболее распространены корпуса для поверхностного монтажа 0201, 0402, 0603, 0805, 1206 и 1812. Цифры обозначают габаритные размеры в дюймовой системе. Например, 0402 составляет 0,04х0,02″, 0603 – 0,06х0,03″ и так далее.

Примеры:

Тип NP0/C0G:

• 0402 – серия CC0402JRNPO9 производства компании Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,01…1 нФ;
• 0603 – серия CC0603JRNPO9 от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,008…2,7 нФ.

Тип X7R:

• 0402 – серия CC0402KRX7R9BB от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,1…10 нФ;
• 0603 – серия CC0603KRX7R7BB от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,1…1 мкФ;
• 1206 – серия GRM31 от Murata с диапазоном доступных емкостей 470 пф…22 мкФ;
• 0805 – серия CL21 от Samsung с диапазоном доступных емкостей 150 пф…10 мкФ.

Для монтажа в отверстия:

Танталовые конденсаторы

Рис. 5. Танталовые конденсаторы

Описание: танталовые конденсаторы (Рис. 5) – это подтип электролитических конденсаторов с высоким уровнем поляризации.

При их использовании необходимо проявлять осторожность, поскольку они имеют склонность к катастрофическим отказам даже при воздействии импульсов напряжения с амплитудой, лишь немного превышающей номинальное рабочее напряжение.

Танталовые конденсаторы могут иметь высокую номинальную емкость и отличаются высокой временной стабильностью. Они меньше по размеру, чем алюминиевые электролитические конденсаторы той же емкости. Но алюминиевые электролиты могут выдерживать более высокие максимальные напряжения.

Приложения: из-за малого тока утечки, стабильности и высокой емкости танталовые конденсаторы часто используются в схемах выборки-хранения, в которых требуется обеспечивать минимальный ток утечки для продолжительного хранения заряда. Также, благодаря малым размерам и долговременной стабильности, они применяются для фильтрации по цепям питания.

Корпусные исполнения: танталовые конденсаторы выпускаются как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа (SMD). Тем не менее, чаще всего используются именно SMD-компоненты. В дюймовой системе типоразмер А соответствует размеру 1206 (0,12х0,06″), типоразмер В соответствует размеру 1210, типоразмер C соответствует размеру 2312, типоразмер D – размеру 2917.

Примеры:

• Типоразмер A: серия TAJA от AVX с диапазоном доступных емкостей 1…10 мкФ;
• Типоразмер B: серия TAJB от AVX с диапазоном доступных емкостей 10…47 мкФ;
• Типоразмер C: серия TAJC от AVX с диапазоном доступных емкостей 47…220 мкФ;
• Типоразмер D: серия TAJD от AVX с диапазоном доступных емкостей 220…680 мкФ.

Пленочные конденсаторы

Рис. 6. Пленочные конденсаторы

Описание: пленочные конденсаторы (Рис. 6) являются неполярными, что позволяет использовать их в цепях переменного напряжения. Они отличаются малыми значениями эквивалентного сопротивления (ESR) и последовательной индуктивности (ESL).

Приложения: пленочные конденсаторы часто применяются в схемах с аналого-цифровыми преобразователями. Кроме того, они способны работать с высоким пиковым током и, таким образом, могут применяться в снабберных цепочках для фильтрации индуктивных выбросов напряжения в DC/DC-преобразователях.

Примеры: серия B32021 производства компании EPCOS с диапазоном доступных емкостей 1 нФ…10 нФ и рабочим напряжением 300В AC.

Слюдяные конденсаторы

Рис. 7. Слюдяной конденсатор

Описание: слюдяные конденсаторы (Рис. 7) являются неполярными, отличаются малой величиной потерь, высокой стабильностью и обладают отличными характеристиками на высоких частотах.

Приложения: эффективны при работе в составе радиочастотных схем. Они могут стоить несколько долларов за штуку, поэтому в маломощных приложениях чаще используют керамические конденсаторы. Однако слюдяные конденсаторы благодаря высокому напряжению пробоя остаются практически незаменимыми для таких приложений, как  радиопередатчики высокой мощности.

Примеры:

Полимерные (твердотельные) конденсаторы

Рис. 8. Полимерные (твердотельные) конденсаторы

Описание: твердотельные конденсаторы являются полярными, так же как и другие электролитические конденсаторы, но имеют ряд преимуществ, например, меньшие потери благодаря низкому последовательному сопротивлению ESR и длительный срок службы. Для обычных алюминиевых электролитов существует риск высыхания электролита при низких температурах, но твердотельные конденсаторы благодаря применению твердого полимерного диэлектрика обладают высокой надежностью даже при очень низких температурах.

Приложения: используются вместо электролитов в высококачественных материнских платах и DC/DC-преобразователях.

Примеры:

Конденсаторные сборки

Описание: конденсаторная сборка (capacitor array)  – это группа конденсаторов, конструктивно объединенных в одном корпусе, причем любой из конденсаторов может быть отдельно от остальных подключен к внешней цепи. Существует много различных типов сборок, которые отличаются количеством конденсаторов, типом диэлектрика, величиной отклонения емкости конденсатора от номинального значения, максимальным рабочим напряжением, типом корпуса и др.

Приложения: конденсаторные сборки широко применяются в мобильной и носимой аппаратуре, в материнских платах компьютеров и цифровых приставках, в радиочастотных модемах и усилителях, в автомобильных и медицинских приложениях и т.д.

Корпусные исполнения: конденсаторные сборки выпускаются как в DIP корпусах, так и в SMD исполнении. Наиболее популярные типоразмеры сборок для поверхностного монтажа 0508, 0612, 0805 представлены в нашем каталоге.

Примеры:

Подобрать необходимый конденсатор в каталоге Терраэлектроники можно двумя способами:

1. использовать параметрический поиск в соответствующем разделе каталога, для чего необходимо зайти в раздел конденсаторов, выбрать соответствующий задаче тип конденсатора, а далее заполнить ряд фильтров с параметрами. Фрагмент скриншота поиска MLCC конденсатора с параметрами: номиналом 1 нФ, точностью 10 %, диэлектриком X7R, напряжением  250 В и корпусом 0805 представлен на Рис. 9.
2. воспользоваться интеллектуальным поиском конденсатора по параметрам. Для этого достаточно скопировать строку из спецификации “Конденсатор 1 нФ, X7R, 10%, 250 В, 0805″ или ввести «1n X7R 10% 250V 0805» в строку поиска и получить тот же самый  список подходящих по указанным параметрам компонентов.

Рис. 9. Фрагмент скриншота сервиса поиска конденсатора

Заключение

В данном руководстве были рассмотрены некоторые наиболее популярные типы конденсаторов.

Кроме них существуют суперконденсаторы, кремниевые конденсаторы, оксид-ниобиевые и подстрочные конденсаторы, которые обладают уникальными преимуществами по величине емкости, уровню надежности или возможности подстройки. Однако в большинстве электронных схем вы чаще всего увидите один из шести рассмотренных выше типов конденсаторов.

Журнал: https://blog.octopart.com/archives/2016/03/how-to-select-a-capacitor

Источник: https://www.terraelectronica.ru/news/5188

Выбор емкости конденсатора звена постоянного тока двухзвенного преобразователя частоты с инвертором напряжения

В статье рассмотрены вопросы выбора емкости накопительного конденсатора звена постоянного тока двухзвенного электрического преобразователя частоты с инвертором напряжения. Предложена методика выбора накопительного конденсатора, исходя из допустимого уровня пульсации и перенапряжения в звене постоянного тока.

Ключевые слова: двухзвенный преобразователь частоты, накопительный конденсатор, инвертор напряжения, пульсации напряжения, перенапряжение, ключевой режим работы, алгоритм работы, коммутация.

Неотъемлемой частью двухзвенного электрического преобразователя с инвертором напряжения является звено постоянного тока, состоящее, в общем случае, из накопительного конденсатора — фильтра, который задает режимы работы инвертора — инвертора напряжения и блока торможения, осуществляющего гашение энергии торможения и предотвращающего повышение напряжения в звене постоянного тока выше допустимого значения.

В общем случае двухзвенный электрический преобразователь частоты (рис. 1) состоит из выпрямителя, фильтра — промежуточного накопителя энергии, блока гашения энергии и инвертора. Каждый из этих составных элементов, в свою очередь, может быть реализован с использованием различных элементов силовой электроники и отличаться схемотехнически.

Инвертор напряжения преобразователя частоты, как правило, реализуют либо на транзисторах, либо на полностью управляемых тиристорах, работающих в ключевом режиме [1, с. 8].

Для устранения перенапряжений на элементах схемы при коммутации силовых ключей их шунтируют антипараллельными диодами, обеспечивающими путь для протекания тока на интервалах времени, на которых знаки выходного тока и мгновенно формируемого напряжения противоположны.

Основным назначением конденсатора, установленного в звене постоянного тока, является устранение перенапряжений, вызванных коммутацией силовых ключей инвертора и сглаживание пульсаций напряжения, вызванных работой выпрямителя.

Следует отметить, что напряжение в звене постоянного тока под нагрузкой преобразователя имеет форму периодически изменяющегося однополярного сигнала, модулированного в общем случае низкочастотной и высокочастотной составляющими.

Число пульсаций напряжения в звене постоянного тока электрического преобразователя на периоде сетевого напряжения m = n·k, где n — число фаз питающего выпрямитель напряжения; k=1 — для однополупериодного, а k=2 — для двухполупериодного выпрямителя.

Рис.1. Схема силовой части двухзвенного преобразователя частоты с инвертором напряжения

Таким образом, частота низкочастотной составляющей напряжения определяется типом выпрямителя согласно выражению fн = m·fс, где fс — частота напряжения питающей сети.

Частота высокочастотной составляющей напряжения определяется частотой коммутации и алгоритмом работы силовых ключей инвертора.

Уровень пульсации напряжения в звене постоянного тока определяется типом выпрямителя, частотой коммутации и алгоритмом работы силовых ключей инвертора, характером нагрузки электрического преобразователя и величиной емкости самого конденсатора, установленного в звене постоянного тока.

На основании выше изложенного, можно заключить, что конденсатор, установленный в звене постоянного тока, необходим для снижения:

–          перенапряжений, вызванных коммутацией силовых ключей инвертора при работе на активно-индуктивную или индуктивную нагрузку, которые могут привести к отказу силовых модулей из-за превышения допустимого уровня напряжения (пробой по напряжению);

–          низкочастотных пульсаций напряжения, что повышает качество формируемого напряжения на выходе инвертора, так как при синтезе алгоритма управления силовыми ключами, как правило, не учитывают пульсации напряжения в звене постоянного тока.

Ниже приводится методика расчета накопительного конденсатора, установленного в звене постоянного тока.

Расчет емкости конденсатора для уменьшения низкочастотной составляющей пульсации напряжения в звене постоянного тока

Рассмотрим работу выпрямителя с емкостным фильтром при работе на нагрузку.

Если величина емкости конденсатора звена постоянного тока равна нулю, то напряжение этого звена будет меняться от некоторого минимального значения (определяемого типом выпрямителя) до амплитуды сетевого напряжения [3, с. 145]. Если положить, что выпрямитель питается от сети бесконечной мощности, то величина напряжения определится выражением

ed = ud = Umax··(sign(Umax·)+1)/2,

где Umax=×Uф и Umax=×Uф — для одно и двухполупериодных выпрямителей соответственно; Uф –действующее значение фазного напряжения сети; l=2×p/m — угол повторяемости процессов в звене постоянного тока; frac — дробная часть числа; sign — знаковая функция; w — угловая частота сети.

При установке конденсатора в звено постоянного тока пульсации напряжения будут тем меньше, чем больше емкость конденсатора.

На интервалах времени, когда напряжение на конденсаторе выше уровня выпрямленного напряжения, диоды выпрямителя оказываются запертыми обратно приложенным напряжением конденсатора и идет процесс разряда конденсатора на нагрузку. Временные диаграммы выпрямленных ЭДС и тока представлены на рис. 2.

Если положить, что преобразователь питается от сети бесконечной мощности, а ток потребляемый инвертором постоянный, то напряжение на конденсаторе будет уменьшаться по линейному закону согласно выражению:

.

На интервалах времени, когда выпрямленное напряжение сети оказывается равным напряжению на конденсаторе (uc=ed), имеет место процесс заряда емкости конденсатора от ЭДС выпрямителя и его работа на нагрузку. Угол заряда конденсатора l2 определится как решение уравнения

.

2. Временные диаграммы выпрямленных ЭДС и тока

Приближенное решение данного уравнения определяет значение угла

, где.

Пульсации напряжения в звене постоянного тока

.

Максимальная величина пульсаций напряжения будет при отсутствии конденсатора (l2=l):

Если задать DU

Источник: https://moluch.ru/conf/tech/archive/89/5361/

Преобразователи напряжения на коммутируемых и модулируемых конденсаторах (13 схем)

Принцип работы преобразователей напряжения на коммутируемых конденсаторах основан на периодическом одновременном заряде группы конденсаторов, включенных параллельно или последовательно. В следующий рабочий цикл эти конденсаторы переключают, соответственно, в последовательную цепочку, либо параллельно.

В первом случае преобразователь является повышающим; во втором — понижающим. Коэффициент «трансформации» напряжения преобразователя равен числу переключаемых конденсаторов.

Как и при использовании настоящего трансформатора с увеличением (понижением) выходного напряжения кратно и пропорционально с учетом потерь понижается (возрастает) выходной ток.

Для преобразования постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня Л. Г. Зотовым и А. А. Шориным в а. с. 756568 (СССР) была предложена схема бес-трансформаторного преобразователя (рис. 2.1 и 2.2).

Схема базового ключевого элемента преобразователя показана на рис. 2.1, общая схема устройства — на рис. 2.2. Управление типовыми ключевыми элементами 1 осуществляется генераторами прямоугольных импульсов, работающими на частотах 30 и 80 кГц (рис.

2.2). При входном напряжении 160 б и токе потребления 170 мА на выходе преобразователя получено напряжение 24 В при токе нагрузки 1 А. КПД преобразователя составил 90%. Все устройство имело размеры 80x50x20 мм и удельную энергоемкость 300 Вт/дм3.

В преобразователе (рис. 2.3) для повышения КПД преобразования использована идея начального заряда последовательно соединенных конденсаторов от источника питающего напряжения с последующим их переключением в параллельную цепь.

Рис. 2.1. Схема базового элемента преобразователя.

Рис. 2.2. Схема преобразователя напряжения 160В/24 В.

Рис. 2.3. Схема преобразователя напряжения на переключаемых конденсаторах.

Очевидно, что КПД такого преобразователя тем выше, чем выше напряжение питания устройства, поскольку в области малых питающих напряжений будут заметно сказываться потери на коммутирующих элементах.

При питании устройства от аккумулятора напряжением 12,6 В на выходе получено стабилизированное напряжение 5 В при КПД 80% (ток нагрузки 1 А). Для переключения конденсаторов использован генератор управляющих импульсов, работающий на частоте 6,5 кГц.

Следует отметить, что схема, изображенная на рис. 2.3, в значительной мере является демонстрационной, предназначенной для ознакомления со способами преобразования напряжения, хотя при моделировании средствами Electronics Workbench 5.12 и показала результаты, близкие к заявленным. В первоисточнике [2.2] резисторы R2 — R6 (рис. 2.3) отсутствуют (R2=R3=R4=R5=0; R6=бесконечность).

В качестве микросхемы DA1 возможно использование отечественного аналога — К142ЕН5А(В).

Для повышения КПД устройства должны быть получены крутые фронты коммутирующих импульсов и приняты меры по снижению падения напряжения на транзисторных ключах.

Принцип действия следующего преобразователя также основан на начальном заряде нескольких конденсаторов, подключенных параллельно источнику питания. Затем эти конденсаторы переключаются в последовательную цепочку. Напряжения на них суммируются.

В эту сумму входит и напряжение источника питания. Таким образом, при использовании двух конденсаторов на выходе может быть получено утроенное напряжение питания.

На практике это значение несколько ниже, поскольку часть напряжения теряется на коммутирующих элементах, диодах.

Так, в схеме на рис. 2.4 при напряжении питания 5В на выходе получается напряжение 12 В при токе нагрузки 12 мА.

Аналог транзистора 2N3904 — КТ375А(Б).

Параллельно-последовательный умножитель напряжения (рис. 2.5) работает по принципу одновременного заряда нескольких конденсаторов и последовательного разряда их на суммирующий конденсатор. Устройство является умножителем напряжения на три.

Рис. 2.4. Схема преобразователя напряжения на коммутируемых конденсаторах.

Рис. 2.5. Схема параллельно-последовательного умножителя напряжения.

Задающий мультивибратор, собранный на транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 (типовой блок 1, рис. 1.1, R1=R4=10 кОм R2=R3=47 кОм; С1=С2=0,01 мкФ транзисторы — КТ201), формирует сигнал прямоугольной формы. Рабочую частоту генератора можно определить по приближенной формуле:

Для уменьшения выходного сопротивления генератора предназначен эмиттерный повторитель на транзисторах ѴТЗ и ѴТ4 (типовой блок 2, рис. 1.1, транзисторы — ГТ321 и П307). Когда на

выходе каскада 2 напряжение равно 30 В, конденсатор С1 (рис. 2.5) заряжается через диод VD1. За это время заряжаются также конденсаторы С2 и СЗ через соответствующие диоды VD2 и VD3. При переключении каскада 2 на его выходе появляется нулевое напряжение. Напряжения на конденсаторах С1 и С2 откроют транзисторы ѴТ1 и ѴТ2.

В результате конденсаторы С1 — СЗ будут включены последовательно. Суммарное напряжение через диод VD4 будет приложено к конденсатору С4. Конденсатор С4 зарядится до утроенного напряжения источника питания.

Поскольку вторая обкладка этого конденсатора подключена к питающему напряжению, то суммарное выходное напряжение будет превышать 100 В.

На выходе умножителя можно получить любое другое напряжение, увеличив число каскадов. Частота работы мультивибратора 1 выбирается с учетом постоянной времени заряда конденсаторов С2 и СЗ через резисторы R1 и R2.

При помощи устройств, изображенных на рис. 2.6 и 2.7 на выходе формирователей импульсов с различным числом каскадов — элементов цепочки — удается получить короткие импульсы длительностью порядка 20 не напряжением 2…3 кВ (рис 2.6) и 5. ..7,5 кВ (рис 2.7).

Рис. 2.6. Схема формирователя коротких импульсов напряжением 2…3 кВ.

Формирователь выполнен из цепочки однотипных узлов, состоящих из накопительных конденсаторов и тиристорных ключей (тиристоры КУ221Б, КУ224).

Отдельные узлы соединены между собой отрезками линий длиной по 4 м, выполненных из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом.

В начальный момент времени (все тиристоры закрыты) конденсаторы С1 — С1п через резисторы R2 — R2n и R3 — R3п заряжены до напряжения питания (850 В).

Рис. 2.7. Схема формирователя коротких импульсов напряжением 5…7,5 кВ.

При подаче на вход формирователя импульса запуска происходит включение предварительно заряженных от источника питания конденсаторов С1 — С1n в последовательную цепочку. На выходе формируется короткий импульс высокого напряжения.

Теоретически максимальная амплитуда импульса выходного напряжения должна быть равна nЕ, где Е — напряжение питания.

Однако в связи с тем, что тиристоры несколько отличаются друг от друга и включаются не одновременно, выходной импульс «размывается», идеального суммирования напряжений не происходит. Реально коэффициент умножения напряжения формирователей импульсов (рис. 2.6 и 2.

7) примерно равен квадратному корню из 2n, где л — число каскадов. После разряда конденсаторов тиристоры вновь закрываются, схема готова к запуску последующим управляющим импульсом.

В обобщенной форме вид преобразователей (рис. 2.8), реализующих принцип умножения напряжения на переключаемых конденсаторах. Это устройство содержит ряд одинаковых каскадов на тиристорах или иных элементах с S-образной вольтамперной характеристикой. Межкаскадные связи (С1 — С1п) выполнены конденсаторами равной емкости. Напряжение питания схемы — Е — ниже напряжения пробоя тиристоров.

В исходном состоянии после включения напряжения питания все тиристоры заперты, конденсаторы С1 — С1п заряжены до напряжения питания устройства.

При подаче на вход преобразователя импульса управления происходит цепная реакция переключения тиристоров из непроводящего состояния в проводящее. Все конденсаторы С1 — С1п оказываются соединенными последовательно.

Рис. 2.8. Электрическая схема преобразователя с умножением напряжения на коммутируемых тиристорами конденсаторах.

Рис. 2.9. Умножитель напряжения Н. М. Катасонова.

Напряжения на них суммируются и на выходе формируется короткий импульс напряжения с амплитудой, приближающейся к значению nЕ.

Типовые значения длительности импульсов, генерируемых тиристорными формирователями, зависят от RC-параметров формирователя, вида нагрузки, марки тиристоров и составляют: длительность импульса — 100…200 не, длительность фронта — 5…20 нc. В ранних конструкциях преобразователей подобного рода вместо тиристоров широко использовали искровые разрядники или механические прерыватели.

Для умножения напряжения Н. М. Катасонов предложил схему устройства (рис. 2.9), позволяющего при включении ключевых элементов S1 — S7 по определенному алгоритму заряжать конденсаторы С1 — С4 от источника питания, а затем

соединять в последовательную цепочку. В соответствии с числом примененных в цепочке конденсаторов на выходе устройства формируется умноженное в п-раз напряжение.

Для преобразования напряжения высокого уровня в низковольтное был разработан понижающий преобразователь на переключаемых конденсаторах (рис. 2.10). В отличие от повышающих конденсаторных преобразователей, он работает наоборот: вначале заряжается длинная цепочка последовательно соединенных конденсаторов, затем они включаются параллельно.

Таким образом получается подобие трансформатора: малый потребляемый ток в первичной цепи при большом напряжении и малое выходное напряжение при работе на нагрузку и большой ток.

Разумеется, такому преобразователю присущи заметные потери, да и само устройство отличается повышенной сложностью, поэтому полная практическая схема устройства не приводится.

Рис. 2.10. Пример понижающего конденсаторного преобразователя напряжения.

Отдельный класс преобразователей с использованием конденсаторов с управляемой емкостью представляют собой устройства, рассмотренные ниже.

Достаточно оригинальный метод преобразования напряжения для питания варикапов предложил А. В. Топалов.

У обычных потенциометров, применяющихся при регулировке напряжения на варикапах, перемещение движка по токопроводящему слою сопровождается неустойчивостью контакта, а то и обрывом соединения.

В этой связи в работе было предложено для получения питающего варикапы напряжения использовать высокочастотный генератор, нагруженный на повышающий трансформатор, к выходу которого подключен регулируемый емкостной делитель напряжения, выпрямитель и фильтр (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Пример схемы преобразователя напряжения для питания варикапов.

Рис. 2.12. Практическая схема преобразователя с регулируемым емкостным делителем выходного напряжения.

Практическая схема такого преобразователя показана на рис. 2.12. При питании генератора от батареи напряжением 3…6 В на выходе формируется регулируемое нестабилизиро-ванное напряжение 1,4…20 В, предназначенное для питания варикапов.

В качестве конденсатора емкостного делителя использован сдвоенный конденсатор переменной емкости от радиоприемника 2×12…250 пФ.

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце типа К7х4х2 с магнитной проницаемостью 1000…2000.

Первичная обмотка содержит 49 витков провода ПЭЛШО 0,25, вторичная — 200 витков ПЭВ 0,1, При изменении напряжения питания частота генерации колеблется в пределах от 25 до 40 кГц.

Генерацию высокочастотного сигнала для регулируемого емкостного делителя можно осуществлять и в более простых схемах с бестрансформаторным выходом на основе КМОП-микросхем (рис. 2.13).

Выходное напряжение преобразователя, разумеется, не может превысить или даже сравниться с напряжением питания, однако на этом принципе могут быть созданы регулируемые источники напряжения положительной и/или отрицательной полярности, гальванически разделенные от основного источника питания конденсаторами небольшой емкости.

Выходное напряжение преобразователя (рис. 2.13) при напряжении питания 9 В регулируется в пределах 1…7 В. Отметим, что при смене полярности подключения диодов выпрямителя на выходе преобразователя может быть получено напряжение отрицательной полярности, а при использовании умножителя напряжения — напряжение, превышающее напряжение питания.

Рис. 2.13. Вариант схемы преобразователя напряжения с регулируемым емкостным делителем выходного напряжения.

Для снижения уровня высокочастотных помех на выходе преобразователя включен П-образный LC-фильтр, в котором дроссель L1 содержит 50 витков провода ПЭЛШО 0,1, намотанного на кольце типа К7х4х2 1000НН.

В схеме на рис. 2.14 для получения повышенного выходного напряжения применен утроитель выходного напряжения задающего генератора, выполненный по достаточно традиционной схеме, принцип действия которой изложен выше, в главе 1. Отличительной же особенностью этого устройства (рис. 2.

14) является то, что выходное напряжение преобразователя плавно регулируют при помощи резистивного делителя напряжения (транзисторы VT1 и VT2), в свою очередь, управляемого выпрямленным высокочастотным сигналом, амплитуда которого регулируется блоком конденсаторов переменной емкости С2 и СЗ.

включенных параллельно.

Рис. 2.14. Схема регулируемого преобразователя напряжения с утроителем выходного напряжения.

Таким образом, управляющее напряжение для регулировки выходного напряжения преобразователя снимается с регулируемого емкостного делителя напряжения (конденсаторы С4 и С2, СЗ) и диодного выпрямителя (диоды VD5 и VD6). В итоге на выходе устройства получается плавно регулируемое в пределах от 1 до 18 В напряжение.

Попутно отметим, что для решения основной задачи — изменения емкости без использования резистивного делителя напряжения в цепи питания варикапа — достаточно было бы использовать просто блок конденсаторов переменной емкости, сузив при необходимости диапазон перекрытия за счет параллельного и/или последовательного подключения емкостей. Однако в плане создания преобразователей напряжения нового типа идея, описанная .4. В. Топаловым, достаточно продуктивна и может иметь дальнейшее развитие.

Отдельный вид преобразователей — преобразователи на конденсаторах с управляемой (модулируемой) емкостью. Иногда такие преобразователи называют мультипликаторами (умножителями) напряжения. Принцип их действия основан на том, что при неизменной величине заряда на обкладках конденсатора уменьшение их емкости сопровождается пропорциональным возрастанием напряжения на обкладках, и наоборот.

Рис. 2.15. Схема преобразователя напряжения кольцевого типа.

Преобразователи напряжения кольцевого типа на модулируемых конденсаторах (рис. 2.15) содержат последовательнозамкнутую цепочку из конденсаторов с модулируемой емкостью, разделенных диодными ключами. Запуск преобразователя осуществляется кратковременной подачей напряжения на один из конденсаторов.

При изменении емкости конденсаторов, роторы которых заземлены и вращаются синхронно со сдвигом по фазе, происходит «перекачка» энергии по последовательной замкнутой в кольцо диодно-емкостной цепочке с нарастанием выходного напряжения.

Параллельно одному из конденсаторов включен электрический разрядник.

Когда напряжение на этом конденсаторе превысит напряжение пробоя разрядника, происходит разряд конденсатора на сопротивление нагрузки, и на конденсатор подают новую порцию энергии от источника питания.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Источник: http://www.qrz.ru/schemes/contribute/power/preobrazovateli-naprazenia-na-kommutiruemyh-i-moduliruemyh-kondensatorah-13-shem.html

Теория работы и расчёт неизолированного повышающего преобразователя. Часть 2. Анализ работы и расчёт элементов boost-конвертера

Итак, у нас есть задача получить из входного напряжения Vin выходное напряжение Vout.

Что нам нужно рассчитать? Нужно рассчитать индуктивность катушки (L), номиналы входного и выходного конденсаторов (Cin, Cout), а так же подобрать ключевой транзистор и диод.

Для этого, в свою очередь, нам нужно определить максимальный пиковый ток через катушку (такой же пиковый ток должны выдерживать ключ и диод), а так же найти амплитуду колебаний заряда на конденсаторах.

Как мы помним, у преобразователя есть два режима работы: непрерывный (ток в катушке никогда не падает до нуля) и прерывистый (в течении некоторого времени ток через катушку не течёт).

Какой же режим нам выбрать? Чтобы определиться — давайте вспомним, что в непрерывном режиме мы получим меньший пиковый ток, кроме того (смотрим рисунок слева), для непрерывного режима чем меньше амплитуда пульсаций тока — тем меньше будут колебания заряда на входном конденсаторе (эти колебания равны площади треугольника ABC), а меньшие колебания заряда позволят использовать конденсатор меньшего номинала при заданной величине пульсаций напряжения на входе.

Таким образом, с точки зрения уменьшения номинала входного конденсатора и уменьшения пикового тока через ключ и диод — нам нужно использовать непрерывный режим, причём с как можно меньшей амплитудой пульсаций тока через катушку.

С другой стороны, уменьшение амплитуды пульсаций за счёт увеличения индуктивности ведёт к уменьшению относительных пульсаций (LIR=(Imax-Imin)/Iin), а они, в свою очередь, влияют на габариты катушки (с точки зрения габаритов катушки оптимальным является случай, когда преобразователь работает на границе между непрерывным и прерывистым режимом).

При расчётах, в качестве исходных данных, задают именно относительные пульсации, а уже исходя из них находят всё остальное. Обычно преобразователь рассчитывают так, чтобы минимальное значение LIR находилось в пределах 30-40%, а алгоритм расчёта выглядит следующим образом:

1. — задаём LIR
2. — зная максимальный выходной ток, находим максимальный пиковый ток через ключ и диод:

   Imax=Iin*(1+LIR/2)=Iout*(1+LIR/2)/k

   (k у нас, как вы помните, равно Vin/Vout)

3. — находим величину колебаний заряда на входном конденсаторе:

   ΔQin=1/8*LIR*Iin*1/f=1/8*LIR*Iout/(k*f)

4. — задав определённый уровень входных пульсаций (Vp-p_in) находим ёмкость входного конденсатора:

   Сin=ΔQin/Vp-p_in

5. — величину ёмкости выходного конденсатора оценим, исходя из того, что величина колебаний заряда на нём, в любом случае не превышает разницы между зарядом, протёкшим через катушку за время выключенного состояния ключа, и зарядом, утёкшим за это же время в нагрузку:

   ΔQout=1/2*(Imax+Imin)*Toff-Iout*Toff

   С учётом того, что Imax=Iin*(1+LIR/2), а Imin=Iin*(1-LIR/2), получим Imax+Imin=2*Iin=2*Iout/k. Кроме того, Toff=k/f, таким образом, для ΔQout получим:

   ΔQout=Iout*(2-k)/f

6. — зная ΔQout и задав уровень пульсаций на выходе (Vp-p_out), находим ёмкость
   выходного конденсатора (аналогично ёмкости входного):

   Сout=ΔQout/Vp-p_out

Вот вроде бы и весь расчёт, но есть одно «но». Этот расчёт сделан для случая, когда у нас постоянный коэффициент k, то есть когда входное напряжение не изменяется.

А что делать, если оно может меняться? При каком k производить расчёт? Может просто вычислить все параметры по указанным выше формулам для концов интервала [kmin;kmax], да и выбрать из них самую большую индуктивность, пиковый ток и номиналы кондёров?

Давайте вспомним формулу максимального тока для непрерывного режима из первой части:

Вспомним также, что в этой формуле первое слагаемое — это средний входной ток, а второе — амплитуда пульсаций тока. Запишем дополнительно формулу для LIR (второе слагаемое умножим на 2 и разделим на первое):

А теперь давайте нарисуем максимальный ток, средний входной ток, абсолютные пульсации и LIR в зависимости от k на одном графике (поскольку речь о повышайке, то k нас интересует только в диапазоне от 0 до 1), и посмотрим, что получится:

А получится очень интересно. Получится, что максимальный пиковый ток будет при минимальном k, максимальная амплитуда пульсаций — при k=0.5, а максимальные относительные пульсации — при k=2/3 (как искать экстремумы все из школы помнят? берём производную и приравниваем к нулю).

То есть, вполне может получиться, что если k изменяется в каком-то диапазоне, то максимальный пиковый ток, ёмкости конденсаторов и индуктивность придётся рассчитывать в разных точках.

Причём вполне может оказаться вообще невозможным найти такие параметры, чтобы при максимальном токе преобразователь всегда был в непрерывном режиме и, одновременно с этим, LIR никогда не становился меньше определённого значения. Так что придётся выбирать.

Я бы, с учётом всего сказанного выше, предложил для случая, когда k изменяется в некотором диапазоне, использовать такой алгоритм:

1) зная Vin_min и Vin_max, определяем диапазон изменения k

2) определяем по графику, при каком k у нас будет самое большое и самое маленькое значение LIR (если kmin и kmax меньше 2/3, то минимальный LIR будет при k=kmin, а максимальный — при k=kmax, если оба значения больше 2/3, то всё будет наоборот, а если точка 2/3 лежит где-то внутри диапазона k, то максимальное значение LIR будет в точке 2/3, а на минимальное могут претендовать оба конца интервала.

3) для k, при котором LIR будет минимально, задаём конкретное значение LIR и, исходя из него, находим индуктивность катушки:

4) для k, при котором LIR будет максимально, задаём LIR=200% и считаем минимальную индуктивность, необходимую для того, чтобы при максимальном выходном токе преобразователь всегда находился в непрерывном режиме (по той же формуле, что и в пункте 3).

5) если значение индуктивности, полученное в 3-м пункте, больше, чем в значение, полученное в 4-м пункте — всё нормально, а если нет, значит нужно либо уменьшить минимальное значение LIR и заново пересчитать 3-й пункт, либо смириться с тем, что при некоторых значениях k, преобразователь окажется в прерывистом режиме (при этом может оказаться, что пульсации придётся считать по формулам для прерывистого режима, поэтому проще уменьшить минимальное значение LIR или изменить диапазон входного напряжения).

6) находим по графику, при каком k у нас будет самая большая амплитуда пульсаций (аналогично тому, как мы это делали во втором пункте: если наш диапазон изменения k лежит левее точки k=0.

5, то самая большая амплитуда пульсаций будет при k=kmax, если правее, то самая большая амплитуда пульсаций будет при k=kmin, а если точка k=0.

5 лежит внутри нашего диапазона, то самая большая амплитуда пульсаций будет при k=0.5).

7) находим амплитуду пульсаций тока для k, при котором они максимальны (ΔIin_max).

8) находим величину колебаний заряда на входном конденсаторе:

ΔQin=1/4*ΔIin_max*1/f

9) задав определённый уровень входных пульсаций (Vp-p_in) находим ёмкость входного конденсатора:

Сin=ΔQin/Vp-p_in

10) оценим величину колебаний заряда на выходном конденсаторе аналогично тому, как мы это сделали выше (при этом возьмём минимальное значение k):

ΔQout=Iout*(2-k)/f

11) зная ΔQout и задав уровень пульсаций на выходе (Vp-p_out), находим ёмкость выходного конденсатора (аналогично ёмкости входного):

Сout=ΔQout/Vp-p_out

12) находим максимальный пиковый ток преобразователя (он будет самым большим при минимальном k). Чтобы катушка не попала в насыщение — её ток насыщения должен быть выше максимального пикового тока преобразователя. Ну и, кроме того, такой пиковый ток должны выдерживать диод и ключ.

Падение напряжения на ключе и диоде можно учесть, если считать, что реально требуется получить выходное напряжение больше идеального на величину падения на диоде, а реальные входные напряжения меньше идеальных на величину падения на открытом ключе (это конечно тоже идеализированный вариант, но всё же кое-что).

Вот и весь расчёт. Ниже представлен онлайн-калькулятор, реализующий рассмотренный алгоритм.

Online-калькулятор для расчёта повышающего преобразователя:

Исходные данные:

Расчётные данные:

Хотелось бы добавить, что расчёт этот в значительной степени идеализирован. Он, например, не учитывает ESR конденсаторов, поэтому логично предположить, что расчётные ёмкости получаются заниженными. Кроме всего прочего дополнительные условия и ограничения могут накладываться реализованным в конкретной микросхеме алгоритмом управления.

А вот здесь можно почитать аналогичную методику по расчёту понижающего преобразователя

Источник: http://radiohlam.ru/?p=1215

Пусковой ток в DC/DC-преобразователях

Вступление

Пусковой ток — это пиковый ток, возникающий в цепях источника питания при включении. На рисунке 1 показана стандартная система источника питания. Входной фильтр электромагнитных помех (EMI-фильтр) включает в себя конденсатор, который подключается к входной линии.

DC/DC-преобразователь также имеет конденсаторы, которые подключаются на входе и выходе. Кроме того, к нагрузке может подключаться дополнительный конденсатор. Для каждого из этих конденсаторов требуется ток зарядки для обеспечения нужного уровня напряжения для устойчивого режима работы.

Таким током является пусковой ток.

Высокий пусковой ток зависит от конкретно выбранных элементов схемы. Существует проблема, заключающаяся в том, что большие скачки тока могут создавать электромагнитные помехи в прилегающих схемах и приводить в действие (активизировать) элементы защиты цепей на входе, например предохранитель или полупроводниковую защиту от сверхтоков.

Кривая пускового тока

Типовая кривая пускового тока показана на рисунке 2. На ней видны два пиковых скачка тока. Первый скачок пускового тока отмечается при включении источника входного напряжения.

Такой пиковый ток протекает через конденсаторы EMI-фильтра и входной конденсатор DC/DC-преобразователя, заряжая их до уровня, необходимого для устойчивого режима работы. Второй скачок тока наблюдается при включении DC/DC-преобразователя.

Такой пиковый ток течет через силовой трансформатор DC/DC-преобразователя и выходной конденсатор и, в свою очередь, заряжает их до необходимого для устойчивого режима работы уровня.

Пусковой ток

Первый пик тока часто называется пусковым пиком. Его пиковое значение и форма значительно зависят от характеристик источника входного питания, времени повышения напряжения и сопротивления источника питания.

Резко поднимающееся вверх колебание входного напряжения, как в случае замыкания пускового переключателя, будет соответствовать высокой и узкой кривой пика.

Более медленное и плавное нарастание входного напряжения, например на выходе любого входного электронного устройства или конденсаторной батареи, будет соответствовать более мягкому пику.

Пиковое значение пускового тока определяется уравнением i=Cхdv/dt, где С — емкостное сопротивление, общее сопротивление EMI-фильтра и входного сопротивления DC/DC-преобразователя, а dv/dt — это крутизна кривой напряжения.

Пик тока фиксируется только один раз, если источник входного напряжения характеризуется очень быстрым временем восстановления напряжения. Для этого источник должен обладать достаточным запасом мощности.

Как правило, резкое изменение напряжения бывает только в случаях механического переключения нагрузки или замыкания реле. Если источником питания является импульсный преобразователь, полупроводниковый регулятор мощности или конденсаторная батарея, то длительность импульса будет более продолжительной.

Обычно длительность импульса выходного напряжения импульсных преобразователей составляет несколько миллисекунд, полупроводниковых регуляторов (SSPC) обычно 50 мкс–500 мкс, а больших конденсаторных батарей — обычно не менее нескольких миллисекунд.

Такое длительное нарастание напряжения не приведет к образованию высоких пиков. Важно также определить не только пиковый ток, но и крутизну нарастания тока, чтобы установить, будут ли приведены в действие входной предохранитель, выключатель и SSPC под воздействием пускового тока.

Ток включения

Второй пик тока на рисунке 2 также является важной частью пускового тока.

Этот скачок отмечается, когда DC/DC-преобразователь включается и направляет ток от входа для зарядки своего выходного конденсатора и конденсатора нагрузки. Стандартные кривые тока включения показаны на рисунке 3.

Ток включения остается одинаковым, независимо от того, включается ли преобразователь под воздействием входного напряжения или управляющим сигналом.

Для DC/DC-преобразователей компании VPT используется запатентованная схема обратной магнитной связи с жестким контролем внутреннего цикла запуска и четкой и плавной подачей выходного напряжения.

Плавная подача напряжения обеспечивает контролируемое изменение на выходе и меньшую крутизну dv/dt.

Благодаря мягкому пуску входной ток обычно не превышает значения входного тока устойчивого режима работы преобразователя во время пуска.

DC/DC-преобразователи компании VPT также характеризуются непрерывным постоянным предельным током на выходе. Они подают весь объем номинального тока на источник нагрузки, не дают сбоев и не отключаются, вызывая необходимость перезапуска. Это позволяет им запускать любой конденсатор источника нагрузки, независимо от емкости.

В случае использования очень больших емкостных нагрузок DC/DC-преобразователь входит в режим ограничения тока. В данном случае входной ток не должен более чем в 1,5 раза превысить номинальный ток работы. Этого оказывается достаточно, чтобы не вызывать помехи и/или активировать защитные устройства на входе.

Второй скачок пускового тока не оказывает негативного воздействия на DC/DC-преобразователи в рамках конструкции системы.

Ограничение активного скачка

В некоторых случаях требуется ограничить скачок тока, идущего на входные конденсаторы. Единственная возможность сделать это — включить в цепь последовательный элемент перед конденсаторами.

На рисунке 4 показана базовая схема ограничения скачка тока. Последовательный резистор R1 ограничивает входной ток, пока будут достаточно заряжены конденсаторы.

После зарядки входных конденсаторов реле S1 замыкается и полный объем тока подается на DC/DC-преобразователь.

Для ограничения пускового тока может также использоваться дроссель. Для такого решения не требуется обходного контура, так как постоянный ток проходит через него с низкими потерями. Вместе с тем, как правило, требуется большой номинал индуктивности для эффективного ограничения пускового тока.

Необходимо проявлять осторожность, так как дроссель может образовывать резонансный контур с входным фильтром или с внутренним контуром обратной связи DC/DC-преобразователя, вызывая нестабильность работы системы. Обычно требуется установка дополнительных компонентов для снижения возникшего резонанса.

Другая распространенная схема изображена на рисунке 5. В ней используется последовательный МОП-транзистор VT1. Транзистор VT1 обычно находится в выключенном состоянии, при этом через резистор R2 подается низкое напряжение на затвор. При подаче входного напряжения питание на затвор подается через R1.

Время включения транзистора VT1 ограничивается временем зарядки конденсатора С1. Значения R1 и С1 подбираются такие, чтобы входные конденсаторы заряжались медленно, ограничивая при этом пусковой ток. После зарядки входных конденсаторов на затвор транзистора VT1 подается напряжение до такого значения, пока оно не будет ограничено стабилитроном.

При этом транзистор VT1 остается полностью включенным.

Данная схема может быть изменена путем подключения транзистора VT1 к плюсу питающего провода. Питание может подаваться точно так же с помощью использования Р-канального МОП-транзистора.

Возможно также использование N-канального МОП-транзистора, но с подачей питания на затвор через генератор или отдельный источник питания. Существует множество других схем ограничения пускового тока.

Все они используют последовательное устройство в первичной цепи и работают приблизительно по одной и той же схеме.

Важно, чтобы всегда при окончании зарядки конденсаторов последовательное устройство было шунтировано или полностью включено в целях снижения сопротивления и потери мощности. Также важно, чтобы контроль пускового тока не приводил к возникновению шума и помех во входной линии, так как он осуществляется до EMI-фильтра.

Входные модули с ограничением пускового тока

Во многих входных модулях компании VPT предусмотрена встроенная система ограничения пускового тока (таблица 1). В каждом модуле используется последовательный N-канальный МОП-транзистор, подключенный к плюсу питающего провода.

N-канальный МОП-транзистор обеспечивает самое низкое сопротивление в открытом состоянии с целью минимальных потерь мощности. Благодаря подключению его к плюсу питающего источника обратная цепь остается замкнутой, что упрощает конструкцию системы. В таких моделях МОП-транзистор используется в двух целях.

Он также обеспечивает защиту от входного напряжения во время переходного режима.

Модели DV–704A и DVMN28 включают EMI-фильтр и ограничение пускового тока. Обе схемы оптимизированы для совместной работы.

Цепь пускового тока ограничивает любой ток, поступающий в EMI-конденсаторы, но не вызывает никаких дополнительных электромагнитных помех во входных линиях, как это может происходить в случае дискретных контуров.

Модель VPTPCM–12 содержит цепь контроля пускового тока, которая ограничивает пусковой ток на конденсаторах данной модели и на конденсаторах в нагрузке. Но в ней также имеются переключатели, вследствие чего могут потребоваться дополнительные EMI-фильтры на входе.

Заключение

Пусковой ток — это пиковый ток, возникающий при подаче или включении напряжения. В некоторых случаях может быть необходимо ограничение скачка тока во входных конденсаторах. Это требует построения дополнительной схемы.

А с применением DC/DC-преобразователей компании VPT многие системы питания будут соответствовать необходимым требованиям без построения специального решения ограничения пускового тока, что позволит упростить схему, снизить количество элементов, размер и цену на компоненты, при этом увеличив надежность и эффективность устройства.

Комментарий специалиста Построение качественных многоуровневых и многоканальных систем питания требует от инженеров и конструкторов решения проблемы минимизации негативного взаимовлияния комплексных переходных процессов в момент включения систем. Вследствие этого возникает необходимость согласования нагрузок, фильтрации помех до приемлемого уровня для обеспечения стабильного функционирования приборов в жестких условиях эксплуатации.Модули питания VPT успешно решают данную задачу, а системы питания, построенные на их основе, уже долгие годы обеспечивают надежную работу сложнейшей бортовой и научной аппаратуры в космических программах Роскосмоса, NASA и ESA.

Вадим Дроздов, технический специалист PT Electronics

Источник: http://vestnikmag.ru/puskovoj-tok-v-dcdc-preobrazovatelyax/