Είναι δυνατός ο έλεγχος του ελεγκτή PWM με ένα πολύμετρο; Επισκόπηση των σύγχρονων κυκλωμάτων τροφοδοσίας

Η διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM) είναι μια μέθοδος μετατροπής σήματος στην οποία η διάρκεια του παλμού (συντελεστής λειτουργίας) αλλάζει, αλλά η συχνότητα παραμένει σταθερή. Στην αγγλική ορολογία αναφέρεται ως PWM (pulse-width modulation). Σε αυτό το άρθρο θα δούμε αναλυτικά τι είναι το PWM, πού χρησιμοποιείται και πώς λειτουργεί.

Πεδίο εφαρμογής

Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροελεγκτών, έχουν ανοίξει νέες ευκαιρίες για το PWM. Αυτή η αρχή έχει γίνει η βάση για ηλεκτρονικές συσκευές που απαιτούν τόσο την προσαρμογή των παραμέτρων εξόδου όσο και τη διατήρησή τους σε ένα δεδομένο επίπεδο. Η μέθοδος διαμόρφωσης πλάτους παλμού χρησιμοποιείται για την αλλαγή της φωτεινότητας του φωτός, της ταχύτητας περιστροφής των κινητήρων, καθώς και για τον έλεγχο του τρανζίστορ ισχύος των τροφοδοτικών παλμικού τύπου (PSU).

Η διαμόρφωση πλάτους παλμού (PW) χρησιμοποιείται ενεργά στην κατασκευή συστημάτων ελέγχου φωτεινότητας LED. Λόγω της χαμηλής αδράνειας, το LED έχει χρόνο να αλλάξει (αναβοσβήνει και σβήνει) σε συχνότητα αρκετών δεκάδων kHz. Η λειτουργία του σε παλμική λειτουργία γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι ως μια συνεχής λάμψη. Με τη σειρά του, η φωτεινότητα εξαρτάται από τη διάρκεια του παλμού (ανοικτή κατάσταση του LED) κατά τη διάρκεια μιας περιόδου. Εάν ο χρόνος παλμού είναι ίσος με τον χρόνο παύσης, δηλαδή ο κύκλος λειτουργίας είναι 50%, τότε η φωτεινότητα του LED θα είναι το ήμισυ της ονομαστικής τιμής. Με τη διάδοση των λαμπτήρων LED 220V, προέκυψε το ερώτημα της αύξησης της αξιοπιστίας της λειτουργίας τους με ασταθή τάση εισόδου. Η λύση βρέθηκε με τη μορφή ενός γενικού μικροκυκλώματος - ενός οδηγού ισχύος που λειτουργεί με βάση την αρχή του πλάτους παλμού ή της διαμόρφωσης συχνότητας παλμού. Ένα κύκλωμα που βασίζεται σε ένα από αυτά τα προγράμματα οδήγησης περιγράφεται λεπτομερώς.

Η τάση δικτύου που παρέχεται στην είσοδο του τσιπ οδηγού συγκρίνεται συνεχώς με την τάση αναφοράς στο κύκλωμα, δημιουργώντας ένα σήμα PWM (PWM) στην έξοδο, οι παράμετροι του οποίου ρυθμίζονται από εξωτερικές αντιστάσεις. Ορισμένα μικροκυκλώματα διαθέτουν μια ακίδα για την παροχή αναλογικού ή ψηφιακού σήματος ελέγχου. Έτσι, η λειτουργία του προγράμματος οδήγησης παλμού μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας έναν άλλο μετατροπέα PHI. Είναι ενδιαφέρον ότι το LED δεν λαμβάνει παλμούς υψηλής συχνότητας, αλλά ένα ρεύμα που εξομαλύνεται από τον επαγωγέα, το οποίο είναι υποχρεωτικό στοιχείο τέτοιων κυκλωμάτων.

Η μεγάλης κλίμακας χρήση του PWM αντικατοπτρίζεται σε όλα τα πάνελ LCD με οπίσθιο φωτισμό LED. Δυστυχώς, στις οθόνες LED, οι περισσότεροι μετατροπείς PWB λειτουργούν σε συχνότητα εκατοντάδων Hertz, γεγονός που επηρεάζει αρνητικά την όραση των χρηστών Η/Υ.

Ο μικροελεγκτής Arduino μπορεί επίσης να λειτουργήσει σε λειτουργία ελεγκτή PWM. Για να το κάνετε αυτό, καλέστε τη συνάρτηση AnalogWrite(), υποδεικνύοντας σε παρένθεση την τιμή από 0 έως 255. Το μηδέν αντιστοιχεί σε 0V και 255 έως 5V. Οι ενδιάμεσες τιμές υπολογίζονται αναλογικά.

Η ευρεία εξάπλωση συσκευών που λειτουργούν με την αρχή PWM επέτρεψε στην ανθρωπότητα να απομακρυνθεί από τα τροφοδοτικά μετασχηματιστών γραμμικού τύπου. Το αποτέλεσμα είναι η αύξηση της απόδοσης και η πολλαπλάσια μείωση του βάρους και του μεγέθους των τροφοδοτικών.

Ένας ελεγκτής PWM είναι αναπόσπαστο μέρος ενός σύγχρονου τροφοδοτικού μεταγωγής. Ελέγχει τη λειτουργία ενός τρανζίστορ ισχύος που βρίσκεται στο πρωτεύον κύκλωμα του μετασχηματιστή παλμών. Λόγω της παρουσίας ενός κυκλώματος ανάδρασης, η τάση στην έξοδο του τροφοδοτικού παραμένει πάντα σταθερή. Η παραμικρή απόκλιση της τάσης εξόδου ανιχνεύεται μέσω ανάδρασης από ένα μικροκύκλωμα, το οποίο διορθώνει αμέσως τον κύκλο λειτουργίας των παλμών ελέγχου. Επιπλέον, ένας σύγχρονος ελεγκτής PWM επιλύει μια σειρά από πρόσθετες εργασίες που συμβάλλουν στην αύξηση της αξιοπιστίας του τροφοδοτικού:

• παρέχει μια λειτουργία μαλακής εκκίνησης για τον μετατροπέα.
• περιορίζει το πλάτος και τον κύκλο λειτουργίας των παλμών ελέγχου.
• ελέγχει το επίπεδο τάσης εισόδου.
• προστατεύει από βραχυκυκλώματα και υπερθερμοκρασία του διακόπτη τροφοδοσίας.
• εάν χρειάζεται, αλλάζει τη συσκευή σε κατάσταση αναμονής.

Αρχή λειτουργίας ενός ελεγκτή PWM

Η αποστολή του ελεγκτή PWM είναι να ελέγχει τον διακόπτη λειτουργίας αλλάζοντας τους παλμούς ελέγχου. Όταν λειτουργεί σε λειτουργία μεταγωγής, το τρανζίστορ βρίσκεται σε μία από τις δύο καταστάσεις (πλήρως ανοιχτό, εντελώς κλειστό). Στην κλειστή κατάσταση, το ρεύμα μέσω της διασταύρωσης p-n δεν υπερβαίνει πολλά μΑ, πράγμα που σημαίνει ότι η απαγωγή ισχύος τείνει στο μηδέν. Στην ανοιχτή κατάσταση, παρά το υψηλό ρεύμα, η αντίσταση του κόμβου pn είναι εξαιρετικά χαμηλή, γεγονός που οδηγεί επίσης σε ασήμαντες θερμικές απώλειες. Η μεγαλύτερη ποσότητα θερμότητας απελευθερώνεται τη στιγμή της μετάβασης από τη μια κατάσταση στην άλλη. Αλλά λόγω του μικρού χρόνου μετάβασης σε σύγκριση με τη συχνότητα διαμόρφωσης, οι απώλειες ισχύος κατά τη μεταγωγή είναι ασήμαντες.

Η διαμόρφωση πλάτους παλμού χωρίζεται σε δύο τύπους: αναλογική και ψηφιακή. Κάθε τύπος έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μπορεί να εφαρμοστεί με διαφορετικούς τρόπους κυκλώματος.

Αναλογικό PWM

Η αρχή λειτουργίας ενός αναλογικού διαμορφωτή PWM βασίζεται στη σύγκριση δύο σημάτων των οποίων οι συχνότητες διαφέρουν κατά πολλές τάξεις μεγέθους. Το στοιχείο σύγκρισης είναι ένας λειτουργικός ενισχυτής (συγκριτής). Μια τάση πριονωτή υψηλής σταθερής συχνότητας παρέχεται σε μια από τις εισόδους της και μια τάση διαμόρφωσης χαμηλής συχνότητας με μεταβλητό πλάτος παρέχεται στην άλλη. Ο συγκριτής συγκρίνει και τις δύο τιμές και παράγει ορθογώνιους παλμούς στην έξοδο, η διάρκεια των οποίων καθορίζεται από την τρέχουσα τιμή του σήματος διαμόρφωσης. Σε αυτή την περίπτωση, η συχνότητα PWM είναι ίση με τη συχνότητα του σήματος του πριονιού.

Ψηφιακό PWM

Η διαμόρφωση πλάτους παλμού στην ψηφιακή ερμηνεία είναι μία από τις πολλές λειτουργίες ενός μικροελεγκτή (MCU). Λειτουργώντας αποκλειστικά με ψηφιακά δεδομένα, το MK μπορεί να παράγει είτε υψηλό (100%) είτε χαμηλό (0%) επίπεδο τάσης στις εξόδους του. Ωστόσο, στις περισσότερες περιπτώσεις, για τον αποτελεσματικό έλεγχο του φορτίου, πρέπει να αλλάξει η τάση στην έξοδο MC. Για παράδειγμα, ρύθμιση στροφών κινητήρα, αλλαγή φωτεινότητας του LED. Τι πρέπει να κάνω για να λάβω οποιαδήποτε τιμή τάσης στην περιοχή από 0 έως 100% στην έξοδο του μικροελεγκτή;

Το πρόβλημα επιλύεται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο διαμόρφωσης πλάτους παλμού και χρησιμοποιώντας το φαινόμενο της υπερδειγματοληψίας, όταν η καθορισμένη συχνότητα μεταγωγής είναι αρκετές φορές υψηλότερη από την απόκριση της ελεγχόμενης συσκευής. Με την αλλαγή του κύκλου λειτουργίας των παλμών, αλλάζει η μέση τιμή της τάσης εξόδου. Κατά κανόνα, ολόκληρη η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε συχνότητα από δεκάδες έως εκατοντάδες kHz, γεγονός που επιτρέπει την ομαλή προσαρμογή. Τεχνικά, αυτό υλοποιείται χρησιμοποιώντας έναν ελεγκτή PWM - ένα εξειδικευμένο μικροκύκλωμα που είναι η «καρδιά» κάθε ψηφιακού συστήματος ελέγχου. Η ενεργή χρήση ελεγκτών που βασίζονται σε PWM οφείλεται στα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματά τους:

• υψηλή απόδοση μετατροπής σήματος.
• σταθερότητα εργασίας·
• εξοικονόμηση ενέργειας που καταναλώνεται από το φορτίο.
• χαμηλό κόστος?
• υψηλή αξιοπιστία ολόκληρης της συσκευής.

Μπορείτε να λάβετε ένα σήμα PWM στις ακίδες του μικροελεγκτή με δύο τρόπους: υλικό και λογισμικό. Κάθε MK έχει ένα ενσωματωμένο χρονόμετρο που είναι ικανό να παράγει παλμούς PWM σε ορισμένες ακίδες. Έτσι επιτυγχάνεται η υλοποίηση υλικού. Η λήψη σήματος PWM με χρήση εντολών λογισμικού έχει περισσότερες δυνατότητες ως προς την ανάλυση και σας επιτρέπει να χρησιμοποιήσετε μεγαλύτερο αριθμό ακίδων. Ωστόσο, η μέθοδος λογισμικού οδηγεί σε υψηλό φορτίο στο MK και καταλαμβάνει πολλή μνήμη.

Αξίζει να σημειωθεί ότι στο ψηφιακό PWM ο αριθμός των παλμών ανά περίοδο μπορεί να είναι διαφορετικός και οι ίδιοι οι παλμοί μπορούν να εντοπιστούν σε οποιοδήποτε μέρος της περιόδου. Το επίπεδο σήματος εξόδου καθορίζεται από τη συνολική διάρκεια όλων των παλμών ανά περίοδο. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι κάθε πρόσθετος παλμός είναι μια μετάβαση του τρανζίστορ ισχύος από μια ανοιχτή κατάσταση σε μια κλειστή κατάσταση, η οποία οδηγεί σε αύξηση των απωλειών κατά τη μεταγωγή.

Παράδειγμα χρήσης ρυθμιστή PWM

Μία από τις επιλογές για την εφαρμογή ενός απλού ρυθμιστή PWM έχει ήδη περιγραφεί νωρίτερα. Είναι κατασκευασμένο με βάση ένα μικροκύκλωμα και έχει μια μικρή ζώνη. Όμως, παρά το κύκλωμα του προστάτη, ο ρυθμιστής έχει ένα αρκετά ευρύ φάσμα εφαρμογών: κυκλώματα για τον έλεγχο της φωτεινότητας των LED, λωρίδες LED, ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής των κινητήρων συνεχούς ρεύματος.

Διαβάστε επίσης

Το άρθρο παρέχει μια επισκόπηση των ελεγκτών ON Semiconductor PWM, οι οποίοι αποτελούν εξαιρετική βάση για την κατασκευή σύγχρονων τροφοδοτικών μεταγωγής δικτύου. Ένας διάσημος κατασκευαστής και παγκόσμιος ειδικός σε θέματα εξοικονόμησης ενέργειας και ενέργειας, το ON Semiconductor προσφέρει μια ευρεία γκάμα IC ελεγκτών PWM για να διαλέξετε. Τα μικροκυκλώματα χαρακτηρίζονται από χαμηλό κόστος, υψηλή απόδοση μετατροπής, αποδοτικότητα λόγω μειωμένης κατανάλωσης ενέργειας σε κατάσταση αναμονής, υψηλή αξιοπιστία που εξασφαλίζεται από την παρουσία ενός συνόλου ενσωματωμένων προστασιών, καθώς και χαμηλό επίπεδο EMI.

Εισαγωγή

Η παροχή ρεύματος είναι ένα από τα πιο κρίσιμα στοιχεία στη δομή του ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Οι πιο σημαντικές παράμετροι ενός μετατροπέα δικτύου είναι: το εύρος λειτουργίας της τάσης εισόδου, η κατανάλωση ενέργειας σε κατάσταση αναμονής, οι συνολικές διαστάσεις, η αξιοπιστία, η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα και το κόστος. Η συντριπτική πλειοψηφία του σύγχρονου εξοπλισμού που τροφοδοτείται από το δίκτυο χρησιμοποιεί τροφοδοτικά μεταγωγής. Το τροφοδοτικό μεταγωγής δικτύου παρέχει γαλβανική απομόνωση των κυκλωμάτων εξόδου από την τάση του δικτύου. Η απομόνωση εξασφαλίζεται με τη χρήση ενός μετασχηματιστή παλμών στο κύκλωμα ισχύος και ενός οπτικού συζεύκτη στο κύκλωμα ανάδρασης.

Το βασικό στοιχείο ενός τροφοδοτικού δικτύου μεταγωγής είναι ένα τσιπ ελεγκτή PWM. Η κύρια λειτουργία ενός ελεγκτή PWM είναι να ελέγχει το τρανζίστορ ισχύος (τρανζίστορ) που βρίσκεται στο πρωτεύον κύκλωμα του μετασχηματιστή παλμών και να διατηρεί την τάση εξόδου σε ένα δεδομένο επίπεδο χρησιμοποιώντας ένα σήμα ανάδρασης. Η δομή των σύγχρονων ελεγκτών PWM παρέχει επίσης πρόσθετες λειτουργίες που αυξάνουν την απόδοση και την αξιοπιστία του τροφοδοτικού:

• περιορισμός του ρεύματος και του κύκλου λειτουργίας των παλμών στο κύκλωμα ελέγχου των τρανζίστορ ισχύος.
• ομαλή εκκίνηση του μετατροπέα μετά την παροχή ρεύματος (Soft Start).
• ενσωματωμένο δυναμικό τροφοδοτικό από τάση εισόδου υψηλής τάσης.
• έλεγχος του επιπέδου τάσης εισόδου με την εξάλειψη των "πτώσεων" και "υπέρβασης".
• Προστασία βραχυκυκλώματος στο κύκλωμα του μετασχηματιστή ισχύος και στα κυκλώματα εξόδου του ανορθωτή εξόδου.
• προστασία θερμοκρασίας του ελεγκτή, καθώς και του βασικού στοιχείου.
• μπλοκάρισμα της λειτουργίας του μετατροπέα σε χαμηλή και υψηλή τάση εισόδου.
• βελτιστοποίηση του ελέγχου για τη λειτουργία αναμονής και τη λειτουργία με μειωμένο ρεύμα στο φορτίο (παράλειψη κύκλων ή μετάβαση σε χαμηλότερη συχνότητα μετατροπής).
• βελτιστοποίηση των επιπέδων EMR.

Οι ελεγκτές PWM που αναφέρονται στο άρθρο δεν διαθέτουν ενσωματωμένο τρανζίστορ ισχύος που ελέγχει το ρεύμα στο πρωτεύον κύκλωμα του μετασχηματιστή ισχύος.

Βασικές παράμετροι του τρόπου λειτουργίας ελέγχου σταδίου ισχύος

Ανάλογα με τις απαιτήσεις μιας συγκεκριμένης εφαρμογής, ο ελεγκτής μπορεί να χρησιμοποιήσει διαφορετικά κυκλώματα του σταδίου εξόδου ελέγχου του διακόπτη ισχύος, τον τύπο ελέγχου του κυκλώματος ανάδρασης (ρεύμα ή τάση), καθώς και διαφορετικούς τρόπους μετατροπής συχνότητας. Ο τύπος του σταδίου εξόδου του ελεγκτή PWM καθορίζει επίσης την τοπολογία του μετατροπέα.

Τύποι τοπολογιών μετατροπέων δικτύου:

• κίνηση επιστροφής;
• ευθεία προς τα εμπρός?
• ώθηση-τράβηγμα?
• μισή γέφυρα?
• πεζοδρόμιο;
• οιονεί ηχηρό.

Ο Πίνακας 1 δείχνει τα χαρακτηριστικά των βασικών τοπολογιών κυκλωμάτων που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τροφοδοτικών δικτύου μεταγωγής.

Πίνακας 1. Βασικές τοπολογίες κυκλωμάτων που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τροφοδοτικών μεταγωγής

Μετατροπέας Flyback

Το βασικό κύκλωμα με το οποίο παράγονται πολλά τροφοδοτικά μεταγωγής χαμηλής ισχύος είναι ένας μετατροπέας flyback (Εικ. 1). Αυτό το κύκλωμα μετατρέπει μια τάση συνεχούς ρεύματος σε μια άλλη ρυθμίζοντας την τάση εξόδου μέσω διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM) ή διαμόρφωσης συχνότητας παλμού (PFM). Η διαμόρφωση πλάτους παλμού είναι μια μέθοδος ελέγχου που βασίζεται στην αλλαγή του λόγου της διάρκειας του διακόπτη ενεργοποίησης προς την κατάσταση απενεργοποίησης σε σταθερή συχνότητα. Σε έναν μετατροπέα flyback, η διάρκεια της κατάστασης ενεργοποίησης του διακόπτη είναι μεγαλύτερη από τη διάρκεια της κατάστασης απενεργοποίησης, έτσι ώστε περισσότερη ενέργεια να αποθηκεύεται στον μετασχηματιστή και να μεταφέρεται στο φορτίο.

Ρύζι. 1. Τυπικό κύκλωμα μετατροπέα flyback

Μπροστινός μετατροπέας

Μια άλλη δημοφιλής διαμόρφωση τροφοδοτικού μεταγωγής είναι γνωστή ως κύκλωμα μετατροπέα προς τα εμπρός και φαίνεται στο Σχ. 2. Αν και αυτό το κύκλωμα μοιάζει πολύ με ένα κύκλωμα flyback, υπάρχουν μερικές θεμελιώδεις διαφορές. Ένας μπροστινός μετατροπέας αποθηκεύει ενέργεια όχι σε μετασχηματιστή, αλλά σε επαγωγέα εξόδου (επαγωγέα). Οι κουκκίδες που σηματοδοτούν την αρχή των περιελίξεων στον μετασχηματιστή δείχνουν ότι όταν το τρανζίστορ μεταγωγής είναι ενεργοποιημένο, εμφανίζεται τάση στη δευτερεύουσα περιέλιξη και το ρεύμα ρέει μέσω της διόδου VD1 στον επαγωγέα. Αυτό το κύκλωμα έχει μεγαλύτερο χρόνο ενεργοποίησης σε σχέση με την κατάσταση απενεργοποίησης, υψηλότερη μέση τάση στο δευτερεύον τύλιγμα και υψηλότερο ρεύμα φορτίου εξόδου.

Ρύζι. 2. Μετατροπέας τάσης προς τα εμπρός

Μετατροπέας ώθησης-έλξης προς τα εμπρός

Στο Σχ. Το σχήμα 3 δείχνει έναν μετατροπέα ώθησης-έλξης, ο οποίος είναι ένας τύπος μετατροπέα προς τα εμπρός, με τη διαφορά ότι και οι δύο διακόπτες περιλαμβάνονται στο κύκλωμα πρωτεύοντος τυλίγματος του μετασχηματιστή.

Ρύζι. 3. Σχέδιο μετατροπέα ώθησης-έλξης προς τα εμπρός

Η γκάμα των ελεγκτών ON Semi PWM περιλαμβάνει μικροκυκλώματα με διαφορετικές τοπολογίες σταδίου εξόδου, τύπους ελέγχου, λειτουργίες ελέγχου συχνότητας, καθώς και πρόσθετες ενσωματωμένες λειτουργίες. Ο Πίνακας 2 παρουσιάζει τις κύριες παραμέτρους των ελεγκτών ON Semi PWM που παράγονται αυτήν τη στιγμή.

Πίνακας 2. Βασικές παράμετροι των ελεγκτών ON Semi PWM για τροφοδοτικά μεταγωγής δικτύου

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η δομή των τελευταίων τσιπ ελεγκτών PWM είναι πολύ παρόμοια. Οι κύριες διαφορές καθορίζονται από τον τύπο της τοπολογίας, τον τρόπο ελέγχου (ρεύμα/τάση), τον τρόπο ελέγχου συχνότητας (σταθερή ή μεταβλητή συχνότητα), καθώς και τη λογική λειτουργίας όταν ανιχνεύονται κρίσιμες καταστάσεις. Η δομή του ελεγκτή PWM περιέχει λογική που ορίζει τη μηχανή κατάστασης. Το κύκλωμα της μηχανής μετάβασης υλοποιείται χρησιμοποιώντας συγκριτές, flip-flops, χρονόμετρα και λογικά στοιχεία. Οι κύριες καταστάσεις του ελεγκτή: αρχική εκκίνηση της γεννήτριας συχνότητας, είσοδος στον τρόπο λειτουργίας, προσαρμοστική παρακολούθηση του ρεύματος φορτίου και επιλογή της βέλτιστης λειτουργίας, ανίχνευση κρίσιμων καταστάσεων, μετάβαση σε λειτουργία έκτακτης ανάγκης, αυτόματη ανάκτηση μετά από βλάβες.

Προστασία και ασφάλεια εργασίας

Οι μετατροπείς δικτύου πρέπει να παρέχουν επαρκές επίπεδο ασφάλειας κατά τη λειτουργία χωρίς υποβάθμιση των χαρακτηριστικών των στοιχείων ισχύος σε περίπτωση υπερφόρτωσης ρεύματος λόγω βραχυκυκλωμάτων στις περιελίξεις του μετασχηματιστή ή στο φορτίο. Ένα βραχυκύκλωμα ανιχνεύεται κυρίως από την ξαφνική εξαφάνιση του σήματος ανάδρασης μέσω του οπτικού συζεύκτη. Το πρόγραμμα οδήγησης τρανζίστορ εξόδου πρέπει να είναι απενεργοποιημένο για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση του τρανζίστορ και ο κορεσμός του μετασχηματιστή. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία εκκίνησης, το σήμα ανάδρασης απουσιάζει επίσης για κάποιο χρονικό διάστημα. Πρέπει να προσδιορίσουμε αυτές τις δύο καταστάσεις. Ορισμένοι φθηνοί ελεγκτές δεν παρέχουν προστασία από βραχυκύκλωμα. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η εμφάνιση βραχυκυκλώματος θα οδηγήσει σε ανεξέλεγκτες συνέπειες και μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή των στοιχείων ισχύος του μετατροπέα μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Ένα βραχυκύκλωμα μπορεί να είναι πολλών τύπων - στο ίδιο το φορτίο, στις περιελίξεις, στον ηλεκτρολυτικό πυκνωτή του ανορθωτή εξόδου ή στις διόδους ανορθωτή. Η εισαγωγή ντετερμινιστικών καταστάσεων αυξάνει την πολυπλοκότητα του μηχανήματος, αλλά αυξάνει την αξιοπιστία του μετατροπέα.

Λειτουργία κλειδώματος έκτακτης ανάγκης

Κατά την επιλογή ενός ελεγκτή κατάλληλου για την εφαρμογή, ο προγραμματιστής θα πρέπει να δώσει ιδιαίτερη προσοχή στη λογική του κρατικού μηχανήματος, ιδιαίτερα στη λογική του χειρισμού καταστάσεων έκτακτης ανάγκης. Η μετάβαση σε λειτουργία έκτακτης ανάγκης όταν εντοπίζονται κρίσιμες καταστάσεις μπορεί να περιλαμβάνει τόσο περιορισμό του εξαναγκασμένου ρεύματος όσο και πλήρη αποκλεισμό της λειτουργίας του μετατροπέα. Όταν είναι μπλοκαρισμένη, η κύρια γεννήτρια PWM σταματά και η παροχή ενεργού σήματος στο τρανζίστορ ισχύος απαγορεύεται. Ανάλογα με τον τύπο ή τις τροποποιήσεις των μικροκυκλωμάτων, είναι δυνατά δύο σενάρια κλειδώματος (Μάνταλο).

Στην πρώτη περίπτωση, μετά την ενεργοποίηση της κλειδαριάς, ο μετατροπέας «κλείνει» σε αυτήν την κατάσταση και δεν την αλλάζει, ακόμα κι αν η κατάσταση που προκάλεσε αυτήν την κατάσταση έχει ήδη εξαφανιστεί. Η αποκατάσταση της λειτουργίας του μετατροπέα είναι δυνατή μόνο μετά την απενεργοποίηση της τάσης δικτύου και την εκ νέου ενεργοποίηση του ρεύματος.

Στη δεύτερη περίπτωση, γίνονται προσπάθειες αυτόματης ανάκτησης της κανονικής λειτουργίας του μετατροπέα. Για να γίνει αυτό, ξεκινά ένας χρονοδιακόπτης στη δομή του ελεγκτή για χρόνο περίπου 1,5 δευτερολέπτου. Μετά τη λήξη αυτού του χρόνου, ο ελεγκτής ελέγχει ξανά για κρίσιμες καταστάσεις και εάν επιμείνουν, το μπλοκάρισμα παραμένει. Σε αυτήν την περίπτωση, το LED της πηγής δικτύου θα αναβοσβήνει με περίοδο 1,5 δευτερολέπτου. Η αυτόματη ανάκτηση πραγματοποιείται μόνο όταν ενεργοποιείται από χαμηλή τάση.

Ενσωματωμένο δυναμικό τροφοδοτικό

Η ενσωματωμένη δυναμική πηγή ρεύματος αυτοτροφοδοσίας (Dynamic Self-Supply, DSS) εγγυάται αξιόπιστη εκκίνηση του μετατροπέα και ταυτόχρονα χαμηλή κατανάλωση σε κατάσταση απενεργοποίησης. Το ενσωματωμένο δυναμικό τροφοδοτικό απλοποιεί σημαντικά τη σχεδίαση του παλμικού μετασχηματιστή επειδή δεν χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε πρόσθετη περιέλιξη για την τροφοδοσία του τσιπ.

Το δυναμικό τροφοδοτικό παρέχει ισχύ στον ελεγκτή κατά την εκκίνηση του μετατροπέα και επίσης τροφοδοτεί το κύκλωμα του ελεγκτή σε περιπτώσεις όπου η τάση τροφοδοσίας στην περιέλιξη ισχύος του ελεγκτή χάνεται για μικρό χρονικό διάστημα, για παράδειγμα κατά τη διάρκεια υπερφόρτωσης. Η γεννήτρια ρεύματος εκκίνησης του μικροκυκλώματος εξασφαλίζει ομαλή εκκίνηση του μετατροπέα. Μετά την εκκίνηση του μετατροπέα, τροφοδοτείται από την περιέλιξη τροφοδοσίας του μετασχηματιστή. Υπάρχουν τροποποιήσεις μικροκυκλωμάτων στα οποία δεν υπάρχει δυναμική πηγή ισχύος και η τροφοδοσία παρέχεται πάντα μόνο από τη γραμμή υψηλής τάσης. Από τη μία πλευρά, αυτό οδηγεί σε αυξημένη κατανάλωση και, από την άλλη, δεν απαιτεί πρόσθετη περιέλιξη τροφοδοσίας του μετασχηματιστή. Η είσοδος υψηλής τάσης διαθέτει έναν ανιχνευτή χαμηλής ισχύος που σας επιτρέπει να απενεργοποιήσετε τον ελεγκτή (κατάσταση καφέ εξόδου) ή την υπέρταση γραμμής. Αυτή η προστασία λειτουργεί τόσο με AC όσο και με ανορθωμένη τάση εισόδου και δεν επηρεάζεται από κυματισμό τάσης. Το DSS χρησιμοποιεί έναν σύγχρονο ανιχνευτή αιχμής.

Λειτουργία χαμηλής συχνότητας

Οι πιο πρόσφατοι ελεγκτές χρησιμοποιούν μια λειτουργία αναδίπλωσης συχνότητας. Κάτω μετατόπιση συμβαίνει όταν το σήμα ανάδρασης πέσει κάτω από το όριο. Η μείωση της συχνότητας μετατροπής σάς επιτρέπει να μειώσετε την κατανάλωση σε κατάσταση αναμονής.

Λειτουργία Soft-Skip

Η λειτουργία παράβλεψης κύκλων συχνότητας σάς επιτρέπει να μειώσετε την κατανάλωση σε κατάσταση αναμονής. Η λειτουργία ενεργοποιείται όταν το επίπεδο πλάτους του σήματος ανάδρασης μειωθεί κάτω από το καθορισμένο όριο. Το Soft-Skip και το Foldback Frequency υλοποιούνται σε μία μονάδα μπλοκ ελεγκτή.

Μείωση EMI λόγω jitter του εσωτερικού ταλαντωτή (Internal frequency jittering)

Για ελεγκτές που λειτουργούν σε σταθερή συχνότητα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η τεχνική της εισαγωγής διαμόρφωσης χαμηλής συχνότητας γύρω από την κεντρική συχνότητα (jitter). Η παρουσία jitter δεν επηρεάζει τη λειτουργία του μετατροπέα, αλλά σας επιτρέπει να «θολώσετε» το φάσμα EMI και έτσι να μειώσετε το εύρος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που προκαλείται στο κύκλωμα του μετασχηματιστή και σε άλλα κυκλώματα ισχύος του μετατροπέα.

Αντιστάθμιση ράμπας - αντιστάθμιση πριονωτή σήματος ανάδρασης

Οι πιο πρόσφατες εξελίξεις των ελεγκτών PWM χρησιμοποιούν αντιστάθμιση για το σήμα ανάδρασης του πριονιού. Αυτό καθιστά δυνατή τη βελτίωση της λειτουργίας σταθεροποίησης κατά τη διαδικασία ρύθμισης.

OCP διπλού επιπέδου - προστασία υπερφόρτωσης ρεύματος δύο επιπέδων

Η προστασία από υπερένταση σε κυκλώματα φορτίου και ισχύος έχει δύο διαφορετικά επίπεδα. Σε χαμηλό επίπεδο, ο ελεγκτής διατηρεί την ικανότητα ρύθμισης, αλλά έχει μεγάλο χρόνο εκκίνησης. Σε υψηλό επίπεδο, όταν χαθεί το σήμα ελέγχου, ξεκινά ένας κανονικός χρονοδιακόπτης. Αυτό επιτρέπει στο τροφοδοτικό να λειτουργεί σε κρίσιμη ισχύ για σύντομο χρονικό διάστημα. Η προστασία ρεύματος εξαρτάται μόνο από το σήμα στο κύκλωμα ανάδρασης.

Οι παραπάνω λειτουργίες υλοποιούνται πλήρως στις τελευταίες εξελίξεις των τσιπ ελεγκτών ON Semi PWM - τις σειρές τσιπ NCP1237/38/88 και NCP1379/80.

Δομή των ελεγκτών PWM NCP1237, NCP1238, NCP1287 και NCP1288

Τα μικροκυκλώματα αυτού του τύπου είναι σχεδόν πανομοιότυπα στο κύκλωμα pinout και μεταγωγής. Χρησιμοποιούν τρέχουσα λειτουργία ελέγχου με σταθερή συχνότητα μετατροπής. Τα μικροκυκλώματα προορίζονται για χρήση σε μετατροπείς flyback με γαλβανική απομόνωση (μετασχηματιστής, ανάδραση ελέγχου - τάσης μέσω οπτικού ζεύγους, ανάδραση ρεύματος μέσω πρόσθετης περιέλιξης του μετασχηματιστή ισχύος). Στο Σχ. Το σχήμα 4 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα του ελεγκτή PWM NCP1237.

Ρύζι. 4. Μπλοκ διάγραμμα του ελεγκτή PWM NCP1237

Το ενσωματωμένο Dynamic Self-Supply (DSS) απλοποιεί τη σχεδίαση και μειώνει τα πρόσθετα εξαρτήματα. Η παρουσία της λειτουργίας Soft-Skip με κύκλους παράβλεψης παρέχει αυξημένη απόδοση μετατροπής σε ελαφριά φορτία, ενώ διατηρεί χαμηλή κατανάλωση σε κατάσταση αναμονής. Υποστηρίζεται επίσης η μείωση της συχνότητας μετατροπής στα 31 kHz (αναδίπλωση συχνότητας) με υστέρηση. Το όριο για την ενεργοποίηση της λειτουργίας είναι 1,5 V, η μετάβαση επιστροφής στον τρόπο λειτουργίας πραγματοποιείται όταν ξεπεραστεί το όριο του 1 V Όταν η τάση του σήματος ανάδρασης πέσει κάτω από το όριο των 0,7 V, ενεργοποιείται η λειτουργία παράλειψης κύκλου Soft-Skip. , που σας επιτρέπει να μειώσετε περαιτέρω την κατανάλωση, καθώς και να μειώσετε την εμφάνιση ακουστικού θορύβου στον μετασχηματιστή και τους πυκνωτές, χρησιμοποιήστε φθηνότερους μετασχηματιστές. Ο ενσωματωμένος προστατευτικός χρονοδιακόπτης δύο κατωφλίων χρησιμεύει για την προστασία από βλάβες και δυσλειτουργίες του κυκλώματος ελέγχου λόγω υπερτάσεων ρεύματος. Το ενσωματωμένο κύκλωμα παραγωγής jitter συχνότητας παρέχει «θάμπωμα» του φάσματος και μείωση των κορυφαίων επιπέδων EMI. Ο ελεγκτής περιλαμβάνει επίσης ένα νέο κύκλωμα καταρράκτη υψηλής τάσης, το οποίο, μαζί με το κύκλωμα εκκίνησης, σας επιτρέπει να αξιολογήσετε το επίπεδο σήματος από τον αισθητήρα ρεύματος τόσο στο κύκλωμα τάσης AC όσο και στο κύκλωμα ανορθωμένης τάσης DC. Το ON Semiconductor χρησιμοποιεί τεχνολογία εισόδου ελεγκτή υψηλής τάσης, ώστε το NCP1288 να μπορεί να τροφοδοτηθεί απευθείας στη ράγα τροφοδοσίας υψηλής τάσης.

Η λειτουργία μπλοκαρίσματος για το NCP1237 (Εικ. 5) μπορεί να ενεργοποιηθεί υπό μία από τις δύο συνθήκες: όταν το επίπεδο τάσης αυξάνεται πάνω από το όριο στην είσοδο Latch λόγω υπέρτασης ή όταν η τάση μειώνεται κάτω από ένα άλλο καθορισμένο όριο λόγω αρνητικής θερμοκρασίας θερμίστορ συντελεστή που βρίσκεται στο τρανζίστορ ισχύος.

Ρύζι. 5. Τυπικό διάγραμμα σύνδεσης για τον ελεγκτή PWM NCP1237

Η πηγή ρεύματος εκκίνησης HV φορτίζει τον πυκνωτή VCC στην τάση κατωφλίου VCC (ενεργό) και λειτουργεί όσο η τάση εισόδου είναι πάνω από το VHV (εκκίνηση), παρέχοντας λειτουργία ενεργοποίησης. Στη συνέχεια, ο ελεγκτής εκτελεί μια Soft-Start, κατά την οποία η κατανάλωση ρεύματος αυξάνεται γραμμικά πριν ενεργοποιηθεί η λειτουργία ελέγχου. Κατά την περίοδο μαλακής εκκίνησης, το μπλοκάρισμα αγνοείται και το ρεύμα μπλοκαρίσματος διπλασιάζεται, επιτρέποντας στον πυκνωτή στην είσοδο του πείρου αποκλεισμού να προφορτιστεί γρήγορα.

Τα μικροκυκλώματα έχουν προστασία από βραχυκυκλώματα στην έξοδο.

Η συχνότητα μετατροπής είναι 65/100/133 kHz και καθορίζεται από την τροποποίηση των μικροκυκλωμάτων. Τα μικροκυκλώματα έχουν σχεδιαστεί για χρήση σε εκτεταμένο εύρος θερμοκρασιών από -40 έως +125 °C, το οποίο είναι ιδιαίτερα σημαντικό για βιομηχανικές εφαρμογές. Τυπικές εφαρμογές ελεγκτών:

• τροφοδοτικά δικτύου για εκτυπωτές, οθόνες.
• φορτιστές μπαταριών?
• ενσωματωμένες πηγές δικτύου οικιακού εξοπλισμού.

Λειτουργικές διαφορές μεταξύ μικροκυκλωμάτων

Για τροποποιήσεις των μικροκυκλωμάτων NCP1238B και NCP1288B υπάρχουν λειτουργίες υποστήριξης αυτόματης ανάκτησης. Το NCP1237 έχει σχεδιασμό OCP διπλού κατωφλίου, ενώ το NCP1238 όχι. Οι βασικές διαφορές μεταξύ των τσιπ της σειράς φαίνονται στον Πίνακα 3.

Πίνακας 3. Βασικές διαφορές μεταξύ των τροποποιήσεων των ελεγκτών PWM της σειράς NCP12xx

Ελεγκτές PWM της σειράς NCP1379/80

Τα τσιπ είναι κυρίως προσανατολισμένα για χρήση σε προσαρμογείς δικτύου υψηλής ισχύος (προσαρμογείς τοίχου AC/DC). Η κύρια διαφορά από τη σειρά NCP12xx είναι η λειτουργία οιονεί συντονισμού, η οποία παρέχει υψηλή χωρητικότητα φορτίου ρεύματος. Κατά τη ρύθμιση, χρησιμοποιείται ανάδραση τάσης. Στο Σχ. Το σχήμα 6 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα του τσιπ ελεγκτή PWM NCP1379.

Ρύζι. 6. Δομή τσιπ NCP1379

Η δυναμική ισχύς για τη φάση εκκίνησης δεν χρησιμοποιείται σε μικροκυκλώματα αυτής της σειράς. Το ρεύμα τροφοδοτείται συνεχώς μέσω μιας αντίστασης από το δίαυλο τάσης εισόδου και μέσω μιας διόδου από την περιέλιξη τροφοδοσίας του μετασχηματιστή. Τα NCP1379 και NCP1380 παρέχουν εξαιρετικά χαμηλή ισχύ αναμονής και υψηλή απόδοση λειτουργίας με μειωμένο φορτίο ρεύματος λόγω της εναλλαγής χαμηλής συχνότητας.

Το μπλοκάρισμα για μικροκυκλώματα της σειράς NCP1379/80, σε αντίθεση με τα μικροκυκλώματα της σειράς NCP1237/38/87/88, συμβαίνει υπό διαφορετικές συνθήκες. Προστασία από την υπερβολική ισχύ στο φορτίο Εφαρμόζεται Προστασία υπερφόρτωσης (OPP), ή υψηλό ρεύμα. Μια πρόσθετη περιέλιξη του μετασχηματιστή χρησιμοποιείται ως αισθητήρας ρεύματος. Το σήμα από την περιέλιξη παρέχεται στον ακροδέκτη 1 των μικροκυκλωμάτων NCP1379/80. Χρησιμοποιώντας το σήμα στην είσοδο του ακροδέκτη 1, παρακολουθείται όχι μόνο η αρχική κατάσταση εκκίνησης στο σημείο διέλευσης μηδέν (Zero Crossing Detection), αλλά αξιολογείται και το πλεόνασμα ρεύματος στο φορτίο πάνω από ένα κρίσιμο όριο. Στο Σχ. Το σχήμα 7 δείχνει ένα τυπικό διάγραμμα σύνδεσης για τον ελεγκτή PWM NCP1379.

Ρύζι. 7. Τυπικό διάγραμμα σύνδεσης για τον ελεγκτή PWM NCP1379

Τα μικροκυκλώματα NCP1379/80 εφαρμόζουν εσωτερική θερμική προστασία (Internal Shutdown).

Πίνακας 4. Βασικές διαφορές μεταξύ των τροποποιήσεων των ελεγκτών PWM της σειράς NCP1379/80

Οι διαφορές μεταξύ των τροποποιήσεων των μικροκυκλωμάτων NCP1380 καθορίζονται από τη λογική των κυκλωμάτων αρχικής εκκίνησης και τη λειτουργία των κυκλωμάτων προστασίας.

Οι τροποποιήσεις είτε εφαρμόζουν το κλείδωμα (Μάνταλο) είτε επιτρέπουν την αυτόματη ανάκτηση μετά από αποτυχία (Αυτόματη Ανάκτηση). Η ασφάλιση ενεργοποιείται όταν ανιχνευτεί αυξημένο ρεύμα στο κύκλωμα φορτίου, για παράδειγμα κατά τη διάρκεια ενός βραχυκυκλώματος. Η κατάσταση βραχυκυκλώματος προσδιορίζεται από ένα χρονόμετρο 80 ms. Εάν ανιχνευτεί αυξημένο ρεύμα για περισσότερο από 80 ms, τότε η κατάσταση αξιολογείται ως έκτακτη ανάγκη και η λειτουργία του μετατροπέα μπλοκάρεται.

Η προστασία από την υπέρταση, την υποτάση στην είσοδο, καθώς και την προστασία από υπερθέρμανση του τρανζίστορ εξόδου υλοποιείται χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή δύο κατωφλίων που βρίσκεται στην είσοδο του ακροδέκτη 7 των μικροκυκλωμάτων NCP1379/80. Θα πρέπει να λάβετε υπόψη μόνο ότι δεν εφαρμόζονται αμέσως όλοι οι τύποι προστασίας σε ένα τσιπ, αλλά μόνο ορισμένοι συνδυασμοί. Τέσσερις τροποποιήσεις του τσιπ NCP1380 σάς επιτρέπουν να επιλέξετε ένα σύνολο συγκεκριμένων προστασιών.

Κατά συνέπεια, τα τυπικά κυκλώματα μεταγωγής για τροποποιήσεις NCP1380 είναι ελαφρώς διαφορετικά (Εικ. 8, 9).

Ρύζι. 8. Τυπικό διάγραμμα κυκλώματος για την ενεργοποίηση τροποποιήσεων μικροκυκλωμάτων NCP1380A/B

Ρύζι. 9. Τυπικό διάγραμμα κυκλώματος για την ενεργοποίηση τροποποιήσεων μικροκυκλωμάτων NCP1380C/D

Οι θεωρούμενοι ελεγκτές PWM προορίζονται για εκείνες τις εφαρμογές όπου η αντίσταση στις σκληρές συνθήκες λειτουργίας και το κόστος της συσκευής είναι βασικοί παράγοντες επιλογής.

Λογοτεχνία

1. AND8344/D Εφαρμογή τροφοδοτικού τηλεόρασης LCD με τα NCP1392B, NCP1606 και NCP1351B Προετοιμασία: Jaromir Uherek ON Semiconductor.
2. Romadina I. ON Ελεγκτές ημιαγωγών για τροφοδοτικά δικτύου με οικονομική κατάσταση αναμονής // Components and Technologies. 2009. Νο 7.
3. Φύλλο δεδομένων NCP1237 Ελεγκτής λειτουργίας ρεύματος σταθερής συχνότητας για μετατροπείς Flyback.
4. Φύλλο δεδομένων NCP1288 Ελεγκτής λειτουργίας ρεύματος σταθερής συχνότητας για μετατροπείς Flyback.
5. Φύλλο δεδομένων NCP1379 Ελεγκτής λειτουργίας ρεύματος οιονεί συντονισμού για καθολικά αναλώσιμα υψηλής ισχύος εκτός σύνδεσης.
6. Φύλλο δεδομένων NCP1380 Ελεγκτής λειτουργίας ρεύματος οιονεί συντονισμού για καθολικές προμήθειες εκτός γραμμής υψηλής ισχύος.

Οι μετατροπείς πλάτους παλμού αποτελούν δομικό μέρος των τροφοδοτικών μεταγωγής για ηλεκτρονικές συσκευές. Ας δούμε πώς να ελέγξετε έναν ελεγκτή PWM χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας μητρικής πλακέτας υπολογιστή.

Ελέγξτε τη μητρική πλακέτα

Έτσι, όταν ενεργοποιηθεί η τροφοδοσία της πλακέτας, ενεργοποιείται η προστασία. Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να ελέγξετε την αντίσταση των βραχιόνων σταθεροποιητή με ένα πολύμετρο.

Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για αυτούς τους σκοπούς. Εάν ένα από αυτά εμφανίσει βραχυκύκλωμα, δηλαδή η μετρούμενη αντίσταση είναι μικρότερη από 1 Ohm, τότε ένα από τα βασικά τρανζίστορ φαινομένου πεδίου έχει σπάσει.

Ο εντοπισμός ενός σπασμένου τρανζίστορ εάν ο σταθεροποιητής είναι μονοφασικός δεν είναι δύσκολος - μια ελαττωματική συσκευή, όταν ελέγχεται με ένα πολύμετρο, δείχνει βραχυκύκλωμα. Εάν το κύκλωμα σταθεροποιητή είναι πολυφασικό και έτσι τροφοδοτείται ο επεξεργαστής, πραγματοποιείται παράλληλη σύνδεση τρανζίστορ. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να προσδιορίσετε την κατεστραμμένη συσκευή με δύο τρόπους:

Η δεύτερη μέθοδος δεν λειτουργεί σε όλες τις περιπτώσεις. Εάν δεν ήταν δυνατό να προσδιοριστεί το σπασμένο στοιχείο, θα πρέπει και πάλι να ξεκολλήσετε το τρανζίστορ.

Στη συνέχεια, αντικαθίσταται το κατεστραμμένο τρανζίστορ και αντικαθίστανται όλα τα ραδιοστοιχεία που είχαν συγκολληθεί κατά τη διάρκεια της διαγνωστικής διαδικασίας. Μετά από αυτό, μπορείτε να δοκιμάσετε να ξεκινήσετε τον πίνακα. Η πρώτη εκκίνηση μετά την επισκευή γίνεται καλύτερα αφαιρώντας τον επεξεργαστή και ρυθμίζοντας τα κατάλληλα jumper. Εάν η πρώτη εκτέλεση ήταν επιτυχής, μπορείτε να εκτελέσετε μια δοκιμή φορτίου, παρακολουθώντας τη θερμοκρασία των μοσφετ.

Οι δυσλειτουργίες του ελεγκτή PWM μπορούν να εκδηλωθούν με τον ίδιο τρόπο όπως μια βλάβη των μοσφετών, δηλαδή, η τροφοδοσία ρεύματος μεταβαίνει σε προστασία. Ταυτόχρονα, ο έλεγχος των ίδιων των τρανζίστορ για βλάβη δεν δίνει κανένα αποτέλεσμα. Επιπλέον, η συνέπεια μιας δυσλειτουργίας του ελεγκτή PWM μπορεί να είναι η απουσία τάσης εξόδου ή η ασυμφωνία της με την ονομαστική τιμή. Για να ελέγξετε τον ελεγκτή PWM, θα πρέπει πρώτα να μελετήσετε το φύλλο δεδομένων του. Η παρουσία τάσης υψηλής συχνότητας σε παλμική λειτουργία, απουσία παλμογράφου, μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας έναν ελεγκτή χαλαζία σε έναν μικροελεγκτή.

Συμπτώματα δυσλειτουργίας και εξάλειψή τους

Ας προχωρήσουμε στην εξέταση συγκεκριμένων συμπτωμάτων δυσλειτουργιών του ελεγκτή PWM.

Διακοπή αμέσως μετά την εκκίνηση

Ο ρυθμιστής παλμών ξεκινά αλλά σταματά αμέσως. Πιθανοί λόγοι: ανοιχτό κύκλωμα ανάδρασης. το τροφοδοτικό είναι υπερφορτωμένο. Οι πυκνωτές φίλτρου στην έξοδο είναι ελαττωματικοί. Εύρεση του προβλήματος: επιθεώρηση της πλακέτας, αναζήτηση για ορατή εξωτερική ζημιά. Χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο για τη μέτρηση της τάσης τροφοδοσίας του μικροκυκλώματος, της τάσης στους διακόπτες (στις πύλες και στην έξοδο) και στους πυκνωτές εξόδου. Στη λειτουργία ωμόμετρου, χρησιμοποιήστε ένα πολύμετρο για να μετρήσετε το φορτίο του σταθεροποιητή και να το συγκρίνετε με την τυπική τιμή για παρόμοια κυκλώματα.

Ο ρυθμιστής παλμών δεν ξεκινά

Πιθανοί λόγοι: παρουσία απαγορευτικού σήματος στην αντίστοιχη είσοδο. Πληροφορίες θα πρέπει να βρεθούν στο φύλλο δεδομένων του αντίστοιχου μικροκυκλώματος. Η δυσλειτουργία μπορεί να είναι στο κύκλωμα τροφοδοσίας του ελεγκτή PWM ή μπορεί να υπάρχει εσωτερική ζημιά στο ίδιο το μικροκύκλωμα. Βήματα για τον προσδιορισμό της δυσλειτουργίας: εξωτερική επιθεώρηση της πλακέτας, οπτική αναζήτηση για μηχανική και ηλεκτρική βλάβη. Για έλεγχο, χρησιμοποιήστε ένα πολύμετρο για να μετρήσετε τις τάσεις στις ακίδες του μικροκυκλώματος και να ελέγξετε τη συμμόρφωσή τους με τα δεδομένα στο φύλλο δεδομένων, εάν είναι απαραίτητο, πρέπει να αντικαταστήσετε τον ελεγκτή PWM.

Προβλήματα τάσης

Η τάση εξόδου διαφέρει σημαντικά από την ονομαστική τιμή. Αυτό μπορεί να συμβεί για τους ακόλουθους λόγους: θραύση ή αλλαγή στην αντίσταση στο κύκλωμα ανάδρασης. σφάλμα στο εσωτερικό του ελεγκτή. Αντιμετώπιση προβλημάτων: οπτική επιθεώρηση του κυκλώματος. έλεγχος των επιπέδων των τάσεων ελέγχου και εξόδου και έλεγχος των τιμών τους με το φύλλο δεδομένων. Εάν οι παράμετροι εισόδου είναι κανονικές, αλλά η έξοδος δεν αντιστοιχεί στην ονομαστική τιμή, αντικαταστήστε τον ελεγκτή PWM.

Απενεργοποίηση τροφοδοσίας μέσω προστασίας

Όταν ξεκινά ο διαμορφωτής πλάτους παλμού, η παροχή ρεύματος απενεργοποιείται λόγω προστασίας. Κατά τον έλεγχο των βασικών τρανζίστορ, δεν ανιχνεύεται βραχυκύκλωμα. Τέτοια συμπτώματα μπορεί να υποδηλώνουν δυσλειτουργία του ελεγκτή PWM ή του προγράμματος οδήγησης κλειδιού. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να μετρήσετε την αντίσταση μεταξύ της πύλης και της πηγής των διακοπτών σε κάθε φάση. Μια χαμηλή τιμή αντίστασης μπορεί να υποδηλώνει δυσλειτουργία του οδηγού. Εάν είναι απαραίτητο, τα προγράμματα οδήγησης αντικαθίστανται.

Η σύγχρονη αγορά τροφοδοσίας προσφέρει στον προγραμματιστή μια ευρεία επιλογή από διάφορα ηλεκτρονικά προϊόντα, καθένα από τα οποία, στον ένα ή τον άλλο βαθμό, είναι έτοιμο να λύσει τα προβλήματα που έχουν ανατεθεί στους μηχανικούς. Αυτό το άρθρο στοχεύει να εξετάσει και να βοηθήσει στην επιλογή των βέλτιστων λύσεων από τις προτάσεις των πιο γνωστών παικτών στην αγορά τροφοδοσίας μεταγωγής.

Εισαγωγή

Προηγουμένως, τα συστήματα ισχύος στο λειτουργικό διάγραμμα στο στάδιο του σχεδιασμού έδιναν πολύ συχνά προσοχή στο τελικό στάδιο, πολλοί ειδικοί υποτίμησαν την ικανότητά τους να βελτιώσουν το προϊόν ως σύνολο. Πρόσφατα, οι τάσεις στην ανάπτυξη της βιομηχανίας ηλεκτρονικών έφεραν στο προσκήνιο για τους προγραμματιστές εργασίες όπως η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, τα χαρακτηριστικά βάρους και μεγέθους, ο χρόνος ανάπτυξης και το τελικό κόστος του προϊόντος. Τέτοιες απαιτήσεις έχουν αλλάξει την άλλοτε δευτερεύουσα στάση απέναντι στις μονάδες τροφοδοσίας της συσκευής, επειδή από πολλές απόψεις εξαρτάται από αυτές η ικανότητα του τελικού προϊόντος να είναι ανταγωνιστικό και να αντέχει σε αυστηρές απαιτήσεις της αγοράς.

Σήμερα, την ηγετική θέση σε αυτόν τον τομέα παραδοσιακά καταλαμβάνει η Power Integration. Τα προϊόντα αυτής της εταιρείας είναι γνωστά, η τεχνολογία εφαρμογής έχει αποδειχθεί πολλές φορές, που είναι ο παράγοντας που γέρνει τη ζυγαριά υπέρ της.

Ως ανταγωνιστικά προϊόντα, εξετάστε την προσφορά τροφοδοσίας από την Fairchild Semiconductor. Αυτή η εταιρεία έχει καθιερωθεί εδώ και καιρό στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος, προσφέροντας φθηνές, υψηλής ποιότητας και πολυλειτουργικές λύσεις. Κατά κανόνα, τα προϊόντα αυτού του κατασκευαστή επικεντρώνονται σε τομείς που απαιτούν υψηλό βαθμό αξιοπιστίας και απόδοσης.

Τροφοδοτικά

Σχεδόν όλα τα ηλεκτρονικά προϊόντα απαιτούν τροφοδοσία συνεχούς ρεύματος από μπαταρία ή πηγή ενέργειας. Επιπλέον, οι περισσότερες συσκευές έχουν αυξημένες απαιτήσεις για την ποιότητά του. Η τάση πρέπει να ρυθμίζεται και να προστατεύεται από κυματισμούς που εμφανίζονται. Υπάρχουν τρεις τύποι μετατροπέων ισχύος:

• Μετατροπέας DC\DC.
• Τροφοδοτικό AC\DC;
• Μετατροπέας DC\AC.

Μια ιδανική πηγή θα πρέπει να παράγει τις απαιτούμενες τιμές τάσης, παρά τις αλλαγές στη θερμοκρασία περιβάλλοντος, το φορτίο ή την τάση εισόδου. Επιπλέον, πρέπει να είναι 100% αποτελεσματικό. Στο Σχ. 1 μπορείτε να δείτε τις ελλείψεις του πραγματικού τροφοδοτικού.

Ρύζι. 1. Πραγματικό τροφοδοτικό

Σήμερα υπάρχουν γραμμικά και. Η μετατροπή παλμού είναι ενδιαφέρουσα λόγω της υψηλής απόδοσης και της πυκνότητας ισχύος. Ο πίνακας συγκρίνει μερικά από τα κύρια χαρακτηριστικά των γραμμικών και μεταγωγικών τροφοδοτικών. Η σταθερότητα τάσης και ρεύματος είναι συνήθως καλύτερη με γραμμικά τροφοδοτικά, μερικές φορές κατά μια τάξη μεγέθους, αλλά τα τροφοδοτικά μεταγωγής συχνά χρησιμοποιούν γραμμικούς σταθεροποιητές εξόδου που βελτιώνουν τις παραμέτρους της τάσης εξόδου.

Τραπέζι. Σύγκριση μεταγωγικών και γραμμικών τροφοδοτικών

Τέλος, τα τροφοδοτικά μεταγωγής έχουν μεγαλύτερο εύρος τάσης εισόδου. Το εύρος της τάσης εισόδου των γραμμικών τροφοδοτικών συνήθως δεν υπερβαίνει το 10% της ονομαστικής τιμής, γεγονός που έχει άμεσο αντίκτυπο στην απόδοση. Για παλμικές πηγές, η επίδραση της αλλαγής της τάσης εισόδου στην απόδοση είναι πολύ μικρή ή απουσιάζει εντελώς και ένα ευρύ φάσμα λειτουργίας τάσεων εισόδου καθιστά δυνατή την εργασία με μεγάλες αλλαγές στην τάση δικτύου (έως 40%). Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο (λόγω των πλεονεκτημάτων του) είναι το κύκλωμα μετατροπέα flyback (Εικ. 2). Έχουν αναπτυχθεί πολλά μικροκυκλώματα για τον έλεγχο αυτών των μετατροπέων. Υπάρχουν τόσο μικροσυσκευές που χρησιμοποιούν εξωτερικό τρανζίστορ ισχύος, όσο και εκείνες που περιλαμβάνουν στοιχείο ισχύος στη σύνθεσή τους, το οποίο μειώνει τις διαστάσεις του.

Ρύζι. 2. Διάγραμμα μετατροπέα flyback με αντίστοιχο μετασχηματιστή και γαλβανική απομόνωση

Στο πρόσφατο παρελθόν, η εφαρμογή διαμόρφωσης εύρους παλμού και παρακολούθησης απόδοσης πραγματοποιούνταν με χρήση διακριτών στοιχείων. Η εμφάνιση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που αναλαμβάνουν αυτές τις λειτουργίες απλοποίησε σημαντικά τη διαδικασία ανάπτυξης και μείωσε πολλές φορές τις συνολικές διαστάσεις των τροφοδοτικών (Εικ. 3). Οι ηγέτες στην παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ελέγχου τροφοδοσίας είναι τα Power Integrations και Fairchild Semiconductor.

Ρύζι. 3. Εξέλιξη τροφοδοτικών

Ενσωματώσεις ισχύος Ρυθμιστές τάσης

Προηγουμένως, για την τροφοδοσία συσκευών, χρησιμοποιούσαν ένα κύκλωμα με μετασχηματιστή υποβάθμισης (ή ανόδου ή πολλαπλής περιέλιξης), μια γέφυρα διόδου και ένα φίλτρο για την εξομάλυνση των κυματισμών. Για τη σταθεροποίηση χρησιμοποιήθηκαν γραμμικά κυκλώματα που χρησιμοποιούν παραμετρικούς ή ολοκληρωμένους σταθεροποιητές. Το κύριο μειονέκτημα ήταν η χαμηλή απόδοση και το μεγάλο βάρος και οι διαστάσεις των ισχυρών τροφοδοτικών.

Όλες οι σύγχρονες οικιακές ηλεκτρικές συσκευές χρησιμοποιούν τροφοδοτικά μεταγωγής (UPS, IPS - το ίδιο πράγμα). Τα περισσότερα από αυτά τα τροφοδοτικά χρησιμοποιούν έναν ελεγκτή PWM ως κύριο στοιχείο ελέγχου. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τη δομή και τον σκοπό του.

Ορισμός και κύρια οφέλη

Ο ελεγκτής PWM είναι μια συσκευή που περιέχει έναν αριθμό λύσεων κυκλώματος για τον έλεγχο των διακοπτών ισχύος. Σε αυτήν την περίπτωση, ο έλεγχος πραγματοποιείται με βάση τις πληροφορίες που λαμβάνονται μέσω κυκλωμάτων ανάδρασης για ρεύμα ή τάση - αυτό είναι απαραίτητο για τη σταθεροποίηση των παραμέτρων εξόδου.

Μερικές φορές οι γεννήτριες παλμών PWM ονομάζονται ελεγκτές PWM, αλλά δεν έχουν τη δυνατότητα σύνδεσης κυκλωμάτων ανάδρασης και είναι πιο κατάλληλες για ρυθμιστές τάσης παρά για παροχή σταθερής ισχύος σε συσκευές. Ωστόσο, στη βιβλιογραφία και στις πύλες του Διαδικτύου μπορείτε συχνά να βρείτε ονόματα όπως "PWM controller, on NE555" ή "... on Arduino" - αυτό δεν ισχύει απολύτως για τους παραπάνω λόγους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για τη ρύθμιση παραμέτρων εξόδου, αλλά όχι για να τα σταθεροποιήσουν.

Η συντομογραφία "PWM" σημαίνει διαμόρφωση πλάτους παλμού - αυτή είναι μια από τις μεθόδους διαμόρφωσης ενός σήματος όχι λόγω της τάσης εξόδου, αλλά ακριβώς αλλάζοντας το πλάτος του παλμού.

Ως αποτέλεσμα, ένα προσομοιωμένο σήμα σχηματίζεται με την ενσωμάτωση παλμών χρησιμοποιώντας κυκλώματα C ή LC, με άλλα λόγια, με εξομάλυνση.

Συμπέρασμα: Ένας ελεγκτής PWM είναι μια συσκευή που ελέγχει ένα σήμα PWM.

Κύρια Χαρακτηριστικά

Για ένα σήμα PWM, μπορούν να διακριθούν δύο κύρια χαρακτηριστικά:

1. Συχνότητα παλμού - η συχνότητα λειτουργίας του μετατροπέα εξαρτάται από αυτό. Οι τυπικές συχνότητες είναι πάνω από 20 kHz, στην πραγματικότητα 40-100 kHz.

2. Συντελεστής λειτουργίας και κύκλος λειτουργίας. Πρόκειται για δύο παρακείμενες ποσότητες που χαρακτηρίζουν το ίδιο πράγμα. Ο κύκλος λειτουργίας μπορεί να υποδηλωθεί με το γράμμα S και ο κύκλος λειτουργίας με το D.

όπου T είναι η περίοδος σήματος,

Το τμήμα του χρόνου από την περίοδο που παράγεται ένα σήμα ελέγχου στην έξοδο του ελεγκτή είναι πάντα μικρότερο από 1. Ο κύκλος λειτουργίας είναι πάντα μεγαλύτερος από 1. Σε συχνότητα 100 kHz, η περίοδος σήματος είναι 10 μs και ο διακόπτης είναι ανοιχτό για 2,5 μs, τότε ο κύκλος λειτουργίας είναι 0,25, ως ποσοστό - 25 %, και ο κύκλος λειτουργίας είναι 4.

Είναι επίσης σημαντικό να λάβετε υπόψη τον εσωτερικό σχεδιασμό και τον σκοπό του αριθμού των διαχειριζόμενων κλειδιών.

Διαφορές από γραμμικά σχήματα απώλειας

Όπως ήδη αναφέρθηκε, το πλεονέκτημα έναντι των γραμμικών κυκλωμάτων είναι η υψηλή απόδοση (πάνω από 80 και επί του παρόντος 90%). Αυτό οφείλεται στα εξής:

Ας υποθέσουμε ότι η εξομαλυνόμενη τάση μετά τη γέφυρα διόδου είναι 15V, το ρεύμα φορτίου είναι 1Α. Πρέπει να πάρετε μια σταθεροποιημένη τροφοδοσία 12 V. Στην πραγματικότητα, ένας γραμμικός σταθεροποιητής είναι μια αντίσταση που αλλάζει την τιμή της ανάλογα με την τάση εισόδου για να αποκτήσει μια ονομαστική έξοδο - με μικρές αποκλίσεις (κλάσματα βολτ) όταν αλλάζει η είσοδος (μονάδες και δεκάδες βολτ).

Όπως είναι γνωστό, οι αντιστάσεις απελευθερώνουν θερμική ενέργεια όταν τις διαρρέει ηλεκτρικό ρεύμα. Η ίδια διαδικασία συμβαίνει σε γραμμικούς σταθεροποιητές. Η κατανεμημένη ισχύς θα είναι ίση με:

Δεδομένου ότι στο εξεταζόμενο παράδειγμα το ρεύμα φορτίου είναι 1A, η τάση εισόδου είναι 15V και η τάση εξόδου είναι 12V, θα υπολογίσουμε τις απώλειες και την απόδοση του γραμμικού σταθεροποιητή (KRENK ή τύπου L7812):

Ploss=(15V-12V)*1A = 3V*1A = 3W

Τότε η αποτελεσματικότητα είναι:

n=Παιχνίδι/Ακαταναλωμένο

n=((12V*1A)/(15V*1A))*100%=(12W/15W)*100%=80%

Το κύριο χαρακτηριστικό του PWM είναι ότι το στοιχείο ισχύος, ας είναι MOSFET, είναι είτε τελείως ανοιχτό είτε τελείως κλειστό και δεν το διαρρέει ρεύμα. Επομένως, οι απώλειες απόδοσης οφείλονται μόνο σε απώλειες αγωγιμότητας

Και απώλειες μεταγωγής. Αυτό είναι ένα θέμα για ένα ξεχωριστό άρθρο, επομένως δεν θα σταθούμε σε αυτό το θέμα. Επίσης, συμβαίνουν απώλειες τροφοδοσίας (είσοδος και έξοδος, εάν το τροφοδοτικό τροφοδοτείται από το δίκτυο), καθώς και σε αγωγούς, στοιχεία παθητικού φίλτρου κ.λπ.

Γενική δομή

Ας εξετάσουμε τη γενική δομή ενός αφηρημένου ελεγκτή PWM. Χρησιμοποίησα τη λέξη "αφηρημένο" επειδή, γενικά, είναι όλα παρόμοια, αλλά η λειτουργικότητά τους μπορεί να διαφέρει εντός ορισμένων ορίων και η δομή και τα συμπεράσματα θα διαφέρουν ανάλογα.

Μέσα στον ελεγκτή PWM, όπως και σε κάθε άλλο IC, υπάρχει ένας κρύσταλλος ημιαγωγών στον οποίο βρίσκεται ένα σύνθετο κύκλωμα. Ο ελεγκτής περιλαμβάνει τις ακόλουθες λειτουργικές μονάδες:

1. Γεννήτρια παλμών.

2. Πηγή τάσης αναφοράς. (ΙΟΝ)

3. Κυκλώματα για την επεξεργασία του σήματος ανάδρασης (OS): ενισχυτής σφάλματος, συγκριτής.

4. Χειριστήρια γεννήτριας παλμών ενσωματωμένα τρανζίστορ, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για τον έλεγχο ενός κλειδιού ή πλήκτρων λειτουργίας.

Ο αριθμός των διακοπτών ισχύος που μπορεί να ελέγξει ένας ελεγκτής PWM εξαρτάται από τον σκοπό του. Οι απλούστεροι μετατροπείς flyback στο κύκλωμά τους περιέχουν 1 διακόπτη ισχύος, κυκλώματα μισής γέφυρας (push-pull) - 2 διακόπτες, κυκλώματα γέφυρας - 4.

Η επιλογή του ελεγκτή PWM εξαρτάται επίσης από τον τύπο του κλειδιού. Για τον έλεγχο ενός διπολικού τρανζίστορ, η κύρια απαίτηση είναι το ρεύμα ελέγχου εξόδου του ελεγκτή PWM να μην είναι χαμηλότερο από το ρεύμα του τρανζίστορ διαιρούμενο με H21e, ώστε να το ενεργοποιείτε και να το απενεργοποιείτε απλά στέλνοντας παλμούς στη βάση. Σε αυτήν την περίπτωση, οι περισσότεροι ελεγκτές θα το κάνουν.

Στην περίπτωση της διαχείρισης, υπάρχουν ορισμένες αποχρώσεις. Για γρήγορη απενεργοποίηση, πρέπει να αποφορτίσετε την χωρητικότητα της πύλης. Για να γίνει αυτό, το κύκλωμα εξόδου πύλης αποτελείται από δύο κλειδιά - ένα από αυτά συνδέεται στην τροφοδοσία ρεύματος με τον ακροδέκτη IC και ελέγχει την πύλη (ανάβει το τρανζίστορ) και το δεύτερο είναι εγκατεστημένο μεταξύ της εξόδου και της γείωσης, όταν πρέπει να απενεργοποιήσετε το τρανζίστορ ισχύος - το πρώτο κλειδί κλείνει, το δεύτερο ανοίγει, κλείνοντας το κλείστρο στο έδαφος και το εκφορτώνει.

Ενδιαφέρων:

Ορισμένοι ελεγκτές PWM για τροφοδοτικά χαμηλής ισχύος (έως 50 W) δεν χρησιμοποιούν ενσωματωμένους ή εξωτερικούς διακόπτες ισχύος. Παράδειγμα - 5l0830R

Σε γενικές γραμμές, ένας ελεγκτής PWM μπορεί να αναπαρασταθεί ως συγκριτής, μια είσοδος του οποίου παρέχεται με ένα σήμα από το κύκλωμα ανάδρασης (FC) και ένα σήμα αλλαγής πριονιού παρέχεται στη δεύτερη είσοδο. Όταν το σήμα του πριονιού φτάσει και υπερβεί το σήμα του λειτουργικού συστήματος σε μέγεθος, εμφανίζεται ένας παλμός στην έξοδο του συγκριτή.

Όταν αλλάζουν τα σήματα στις εισόδους, αλλάζει και το πλάτος του παλμού. Ας πούμε ότι συνδέσατε έναν ισχυρό καταναλωτή στο τροφοδοτικό και η τάση στην έξοδό του πέφτει, τότε θα πέσει και η τάση του λειτουργικού συστήματος. Στη συνέχεια, στο μεγαλύτερο μέρος της περιόδου, το σήμα του πριονωτή θα υπερβαίνει το σήμα ανάδρασης και το πλάτος του παλμού θα αυξηθεί. Όλα τα παραπάνω αποτυπώνονται ως ένα βαθμό στα γραφήματα.

Λειτουργικό διάγραμμα ενός ελεγκτή PWM που χρησιμοποιεί το TL494 ως παράδειγμα, θα το εξετάσουμε λεπτομερέστερα αργότερα. Ο σκοπός των ακίδων και των μεμονωμένων κόμβων περιγράφεται στην ακόλουθη διάκριση.

Ανάθεση καρφίτσας

Οι ελεγκτές PWM διατίθενται σε διάφορα πακέτα. Μπορούν να έχουν από τρία έως 16 ή περισσότερα συμπεράσματα. Αντίστοιχα, η ευελιξία χρήσης του ελεγκτή εξαρτάται από τον αριθμό των ακίδων, ή μάλλον από τον σκοπό τους. Για παράδειγμα, ένα δημοφιλές μικροκύκλωμα έχει τις περισσότερες φορές 8 ακίδες και ένα ακόμη πιο εμβληματικό έχει TL494- 16 ή 24.

Επομένως, ας δούμε τα τυπικά ονόματα καρφιτσών και τον σκοπό τους:

GND- ο κοινός ακροδέκτης συνδέεται στο μείον του κυκλώματος ή στη γείωση.

Uc(Vc)- τροφοδοσία του μικροκυκλώματος.

Ucc (Vss, Vcc)- Έξοδος για έλεγχο ισχύος. Εάν η τροφοδοσία πέσει, τότε υπάρχει πιθανότητα οι διακόπτες τροφοδοσίας να μην ανοίξουν εντελώς και εξαιτίας αυτού θα αρχίσουν να θερμαίνονται και να καίγονται. Η έξοδος απαιτείται για την απενεργοποίηση του ελεγκτή σε μια τέτοια κατάσταση.

ΕΞΩ- όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτή είναι η έξοδος του ελεγκτή. Εδώ εξάγεται το σήμα ελέγχου PWM για διακόπτες ισχύος. Αναφέραμε παραπάνω ότι οι μετατροπείς διαφορετικών τοπολογιών έχουν διαφορετικούς αριθμούς κλειδιών. Το όνομα της ακίδας μπορεί να διαφέρει ανάλογα με αυτό. Για παράδειγμα, στους ελεγκτές μισής γέφυρας μπορεί να ονομάζεται HO και LO για τους διακόπτες υψηλής και χαμηλής ταχύτητας, αντίστοιχα. Σε αυτήν την περίπτωση, η έξοδος μπορεί να είναι μονής άκρης ή push-pull (με έναν διακόπτη και δύο) - για τον έλεγχο των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου (βλ. εξήγηση παραπάνω). Αλλά ο ίδιος ο ελεγκτής μπορεί να είναι για κυκλώματα ενός κύκλου και ώθησης - με έναν και δύο ακροδέκτες εξόδου, αντίστοιχα. Αυτό είναι σημαντικό.

Vref- τάση αναφοράς, συνήθως συνδεδεμένη με τη γείωση μέσω μικρού πυκνωτή (μονάδες microfarads).

ΙΛΙΜ- σήμα από τον αισθητήρα ρεύματος. Απαιτείται για τον περιορισμό του ρεύματος εξόδου. Συνδέεται σε κυκλώματα ανάδρασης.

ILIMREF- η τάση σκανδάλης του σκέλους ILIM είναι ρυθμισμένη σε αυτό

SS- Παράγεται ένα σήμα για ομαλή εκκίνηση του ελεγκτή. Σχεδιασμένο για ομαλή μετάβαση στην ονομαστική λειτουργία. Ένας πυκνωτής είναι εγκατεστημένος μεταξύ αυτού και του κοινού καλωδίου για να εξασφαλιστεί η ομαλή εκκίνηση.

RtCt- ακροδέκτες για τη σύνδεση ενός κυκλώματος χρονισμού RC, το οποίο καθορίζει τη συχνότητα του σήματος PWM.

ΡΟΛΟΪ- παλμοί ρολογιού για συγχρονισμό πολλών ελεγκτών PWM μεταξύ τους, τότε το κύκλωμα RC συνδέεται μόνο με τον κύριο ελεγκτή και οι υποτελείς RT με Vref, οι υποτελείς CT συνδέονται με τον κοινό.

ΑΝΑΒΑΘΜΙΔΑείναι η είσοδος σύγκρισης. Εφαρμόζεται σε αυτό μια τάση πριονιού, για παράδειγμα από τον πείρο Ct Όταν υπερβαίνει την τιμή της τάσης στην έξοδο ενίσχυσης σφάλματος, εμφανίζεται ένας παλμός διακοπής λειτουργίας στο OUT - η βάση για τη ρύθμιση PWM.

INV και NONINV- αυτές είναι οι εισόδους αναστροφής και μη του συγκριτή στον οποίο είναι κατασκευασμένος ο ενισχυτής σφάλματος. Με απλά λόγια: όσο μεγαλύτερη είναι η τάση στο INV, τόσο μεγαλύτεροι είναι οι παλμοί εξόδου και αντίστροφα. Το σήμα από το διαιρέτη τάσης στο κύκλωμα ανάδρασης από την έξοδο συνδέεται σε αυτό. Στη συνέχεια, η μη αναστροφική είσοδος NONINV συνδέεται στο κοινό καλώδιο - GND.

Έξοδος EAOUT ή σφάλματος ενισχυτή rus. Σφάλμα εξόδου ενισχυτή. Παρά το γεγονός ότι υπάρχουν είσοδοι ενισχυτή σφάλματος και με τη βοήθειά τους, καταρχήν, μπορείτε να προσαρμόσετε τις παραμέτρους εξόδου, αλλά ο ελεγκτής αντιδρά σε αυτό μάλλον αργά. Ως αποτέλεσμα μιας αργής απόκρισης, το κύκλωμα μπορεί να διεγερθεί και να αποτύχει. Επομένως, τα σήματα παρέχονται από αυτόν τον ακροδέκτη μέσω κυκλωμάτων που εξαρτώνται από τη συχνότητα στο INV. Αυτό ονομάζεται επίσης διόρθωση συχνότητας ενισχυτή σφάλματος.

Παραδείγματα πραγματικών συσκευών

Για να ενοποιήσουμε τις πληροφορίες, ας δούμε μερικά παραδείγματα τυπικών ελεγκτών PWM και των κυκλωμάτων σύνδεσής τους. Θα το κάνουμε χρησιμοποιώντας το παράδειγμα δύο μικροκυκλωμάτων:

TL494 (τα ανάλογα του: KA7500B, KR1114EU4, Sharp IR3M02, UA494, Fujitsu MB3759);

Χρησιμοποιούνται ενεργά. Παρεμπιπτόντως, αυτά τα τροφοδοτικά έχουν σημαντική ισχύ (100 W ή περισσότερο στο δίαυλο 12 V). Συχνά χρησιμοποιείται ως δότης για μετατροπή σε εργαστηριακό τροφοδοτικό ή γενικό ισχυρό φορτιστή, για παράδειγμα για μπαταρίες αυτοκινήτου.

TL494 - κριτική

Ας ξεκινήσουμε με το 494ο τσιπ. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του:

Σε αυτό το συγκεκριμένο παράδειγμα, μπορείτε να δείτε τα περισσότερα από τα ευρήματα που περιγράφονται παραπάνω:

1. Μη αντιστρεπτική είσοδος του πρώτου συγκριτή σφαλμάτων

2. Αντιστροφή εισόδου του πρώτου συγκριτή σφάλματος

3. Εισαγωγή ανατροφοδότησης

4. Είσοδος ρύθμισης νεκρού χρόνου

5. Ακροδέκτης σύνδεσης εξωτερικού πυκνωτή χρονισμού

6. Έξοδος για σύνδεση αντίστασης χρονισμού

7. Κοινός πείρος του μικροκυκλώματος, μείον τροφοδοτικό

8. Ακροδέκτης συλλέκτη του πρώτου τρανζίστορ εξόδου

9. Ακροδέκτης εκπομπού του πρώτου τρανζίστορ εξόδου

10. Ακροδέκτης εκπομπού του δεύτερου τρανζίστορ εξόδου

11. Ακροδέκτης συλλέκτη του δεύτερου τρανζίστορ εξόδου

12. Είσοδος τάσης τροφοδοσίας

13. Είσοδος για την επιλογή τρόπου λειτουργίας ενός κύκλου ή push-pull του μικροκυκλώματος

14. Ενσωματωμένη έξοδος αναφοράς 5 volt

15. Αντιστροφή εισόδου του δεύτερου συγκριτή σφαλμάτων

16. Μη αντιστρεπτική είσοδος του δεύτερου συγκριτή σφαλμάτων

Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα παράδειγμα τροφοδοτικού υπολογιστή που βασίζεται σε αυτό το τσιπ.

UC3843 - κριτική

Ένα άλλο δημοφιλές PWM είναι το τσιπ 3843 - υπολογιστής και άλλα τροφοδοτικά είναι επίσης χτισμένα σε αυτό. Το pinout του βρίσκεται χαμηλότερα, όπως μπορείτε να δείτε, έχει μόνο 8 pin, αλλά εκτελεί τις ίδιες λειτουργίες με το προηγούμενο IC.

Ενδιαφέρων:

Υπάρχουν UC3843 σε περίπτωση 14 ποδιών, αλλά είναι πολύ λιγότερο συνηθισμένα. Προσέξτε τις σημάνσεις - οι πρόσθετες ακίδες είτε αντιγράφονται είτε δεν χρησιμοποιούνται (NC).

Ας αποκρυπτογραφήσουμε τον σκοπό των συμπερασμάτων:

1. Είσοδος συγκριτή (ενισχυτής σφάλματος).

2. Είσοδος τάσης ανάδρασης. Αυτή η τάση συγκρίνεται με την τάση αναφοράς μέσα στο IC.

3. Αισθητήρας ρεύματος. Συνδέεται με μια αντίσταση που βρίσκεται μεταξύ του τρανζίστορ ισχύος και του κοινού καλωδίου. Απαιτείται για προστασία από υπερφόρτωση.

4. Κύκλωμα χρονισμού RC. Με τη βοήθειά του, ρυθμίζεται η συχνότητα λειτουργίας του IC.

6. Έξοδος. Έλεγχος τάσης. Συνδεδεμένο στην πύλη του τρανζίστορ, εδώ υπάρχει ένα στάδιο εξόδου ώθησης-έλξης για τον έλεγχο ενός μετατροπέα μονής άκρης (ένα τρανζίστορ), το οποίο φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Τύποι Buck, Boost και Buck-Boost.

Ίσως ένα από τα πιο επιτυχημένα παραδείγματα θα είναι το ευρέως διαδεδομένο μικροκύκλωμα LM2596, βάσει του οποίου μπορείτε να βρείτε πολλούς μετατροπείς στην αγορά, όπως φαίνεται παρακάτω.

Ένα τέτοιο μικροκύκλωμα περιέχει όλες τις τεχνικές λύσεις που περιγράφονται παραπάνω, και επίσης αντί για μια βαθμίδα εξόδου σε διακόπτες χαμηλής ισχύος, έχει ενσωματωμένο διακόπτη ισχύος ικανό να αντέξει ρεύμα έως και 3Α. Η εσωτερική δομή ενός τέτοιου μετατροπέα φαίνεται παρακάτω.

Μπορείτε να είστε σίγουροι ότι στην ουσία δεν υπάρχουν ιδιαίτερες διαφορές από αυτές που συζητούνται σε αυτό.

Αλλά εδώ είναι ένα παράδειγμα σε έναν τέτοιο ελεγκτή, όπως μπορείτε να δείτε, δεν υπάρχει διακόπτης τροφοδοσίας, αλλά μόνο ένα μικροκύκλωμα 5L0380R με τέσσερις ακίδες. Από αυτό προκύπτει ότι σε ορισμένες εργασίες το πολύπλοκο κύκλωμα και η ευελιξία του TL494 απλά δεν χρειάζονται. Αυτό ισχύει για τα τροφοδοτικά χαμηλής ισχύος, όπου δεν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις για θόρυβο και παρεμβολές και ο κυματισμός εξόδου μπορεί να κατασταλεί με ένα φίλτρο LC. Αυτό είναι ένα τροφοδοτικό για ταινίες LED, φορητούς υπολογιστές, συσκευές αναπαραγωγής DVD κ.λπ.

Σύναψη

Στην αρχή του άρθρου, ειπώθηκε ότι ένας ελεγκτής PWM είναι μια συσκευή που μοντελοποιεί τη μέση τιμή τάσης αλλάζοντας το πλάτος του παλμού με βάση το σήμα από το κύκλωμα ανάδρασης. Σημειώνω ότι τα ονόματα και οι ταξινομήσεις κάθε συγγραφέα είναι συχνά διαφορετικά. Το όνομα δεν αλλάζει την ουσία, αλλά προκύπτουν διαφωνίες και παρεξηγήσεις.