スイッチング電源のマスタージェネレーター。スキーム、説明

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スイッチング電源のマスタージェネレータ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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プッシュプルパルス電圧コンバータを設計する場合、スイッチングトランジスタの貫通電流を防止するための対策を講じる必要があります。トランジスタを制御するために特別な形式の信号（蛇行以外）を生成する場合、コンバータの正常な動作を保証することが可能です。

高い周波数で動作するスイッチング電源 (UPS) を設計する場合、その信頼性と高効率を確保することに主な注意が払われます。プッシュプル UPS はこれらの特性を備えています [1]。しかし、貫通電流を排除するための特別な措置を講じなければ、許容可能な効率率 (80%) でユニットを安定して動作させることは不可能です。

プッシュプル UPS の貫通電流は、スイッチングトランジスタの有限 (ゼロではない) ターンオフ時間によって発生します。実際、UPS で使用される最も強力なトランジスタのターンオフ時間 (toff) は 1,5 ～ 8 μs の範囲にあり、それらのターンオン時間 (ton) は約 XNUMX 分の XNUMX です。これは、周波数が高くなるとコレクタ回路の電流形状が歪み、蛇行とは異なるという事実につながります。その結果、電流パルスの持続時間が増加し、特に減少時にその急峻さが減少します。

図上。図1は、UPSトランジスタのベース(図aおよびb)とコレクタ(cおよびd)の電流形状を示しています。図から、電流 IK1 が減少する間に電流 IK2 が増加し、貫通電流が発生することがわかります。図cとdでは、破線はスイッチングトランジスタのコレクタの電流パルスの前部と立ち下がり部での貫通電流を示しています。

スイッチング電源のマスタージェネレーター

貫通電流を除去する根本的な方法は、マスターオシレーター (CG) 内で、蛇行とは異なり、休止 (tp) を持つパルスを形成することです。その持続時間は、一次近似では tp = toff - ton となります。ただし、実際には、XNUMX つの同一のトランジスタであっても、ターンオン時間とターンオフ時間は異なります。これは、一次電源の電圧、接合部の温度、コレクタ電流などに依存します。したがって、一時停止の期間は指定された値より大きくなければならず、できれば調整可能である必要があります。

この記事の目的は、UPS 制御に適した ZG でパルスを生成する最も簡単な方法を提供することです。さまざまな複雑さの CG スキームが含まれており、固定および調整可能な一時停止期間の両方を提供します。

装置のスキームを図に示します。 2 を使用すると、調整可能な一時停止を伴うパルスシーケンスを生成できます。クロックジェネレーターは要素 DD1.1 ～ DD1.3 に組み込まれています。スイッチングトランジスタのスイッチング周波数と比較して3倍の周波数の蛇行であるパルスを生成します(図2、図a)。微分回路 C2R2.1 は、要素 DD2.2、DD3 上の休止期間発生器の動作を制御する短い高レベルのトリガーパルスを生成します (図 XNUMX、図 b)。

スイッチング電源のマスタージェネレーター

シェーパーの出力から、パルスは、パルス分配器として機能する要素 DD2.3、DD2.4、およびトリガー DD3.1 の入力に供給されます。 CG の出力 (図 e、f) では、持続時間 tp の休止を伴い、相互に 180° シフトされたパルスシーケンスが形成されます。 CG の出力におけるパルス周波数は、クロックジェネレーターの出力におけるパルス周波数の 3 分の XNUMX です。一時停止の継続時間は可変抵抗器 RXNUMX によって調整されます。

UPS を制御するために、一時停止して低レベルのパルスを受信する必要がある場合があります。この場合、図の図では、 K2LE2.1 チップの 2.2 つの素子 DD561、DD5 が K561LS2 チップの 2.3 つの素子に置き換えられ、素子 DD2.4、DD2 の代わりに 9OR 回路による AND-OR 素子が含まれています。これを行うには、K14LS561 マイクロ回路のピン 2 と XNUMX に高レベルの電圧を印加するだけで済みます。

パルスの出力とその立ち上がりと立ち下がりの急峻性を高める必要がある場合は、MO の出力段で TTL および TTLSH マイクロ回路を使用する必要があります。図上。図４は、ＴＴＬＳＨマイクロ回路上のＺＧの図を示す。

（クリックして拡大）

このデバイスにより、UPS の出力電圧のパルス幅調整が可能になります。 PWM ノードは、要素 DD2.1、VT1、VT2、R3、C3、R5、R6 上に組み立てられます。電圧図を図に示します。 5. ここで: Unop - 要素 DD1.4 および DD2.1 の閾値スイッチング電圧。 tpf - 固定の一時停止期間。

tp - 調整可能な一時停止時間;

tir - 調整可能なパルス幅; t と max、t と min - 最大および最小のパルス持続時間。

スイッチング電源のマスタージェネレーター

パルス幅制御間隔は 0,2 μs ～ 18 μs (出力パルス周波数 25 kHz の場合) です。パルスの持続時間は、抵抗器Ｒ５をＲ６と並列に接続するトランジスタＶＴ１のベースの電圧を変化させることによって調整され、それによって微分回路Ｃ３Ｒ６の時定数が変化する。抵抗 R1 はヒステリシスを提供し、要素 DD5 の自己励起を防止します。 Uynp ピンは、UPS 出力電圧レギュレータからフィードバック信号を受信できます。

ZG を確立するとき、抵抗器 R2 は一時停止の継続時間を設定し、抵抗器 R5 は生成されるパルスの最小継続時間 (tn min) を設定します (図 k)。

UPS での PWM の使用は、パルス幅が t および max / 2 未満に減少すると、ほとんどの場合スイッチングトランジスタが不飽和状態にあるため、UPS の効率が急激に低下するという事実によって制限されることに注意してください。したがって、SHI 出力電圧安定化機能を備えた UPS の使用は、最小負荷 (通常は公称値の 10% 以上) に制限されます。

興味深いのは ZG (図 6) です。これにより、カウンタ K561IE8 (K561IE9) を使用して微分回路の時間を設定することなく、一時停止の継続時間を設定できます。

休止期間は、ZG 25 kHz の出力信号の周波数の表に示されている制限内で、クロックジェネレーターの周波数とカウンタ分周比を変更することによって個別に設定できます。この表は、パルス幅がクロックジェネレーターの周期と等しいことを示しています。

スイッチング電源のマスタージェネレーター

ZG は、出力デコーダを備えた 6 進カウンタを備えた CMOS マイクロ回路を使用しますが、これは出力デコーダを備えた TTL および TTLSH マイクロ回路の使用を妨げるものではありません。分周比は、カウンタの入力 R にフィードバック回路 (図 2 の図の e 点) を接続し、出力をパルス分配器 (e 点) に接続することで変更されます [1]。クロックジェネレータの周波数は、R1CXNUMX回路のパラメータを変更することで調整されます。

クロックジェネレータ周波数、kHz (周期、ミリ秒)	除算係数	休止時間、μs	使用カウンタ出力 K561IE8（出力）
500（2）	10	2	0（3）
450（2,2）	9	2,2	8（9）
400（2,5）	8	2,5	7（6）
350（2,9）	7	2,9	6（5）
300（3,3）	6	3,3	5（1）
250（4）	5	4	4（10）
200（5）	4	5	3（7）
150（6,6）	3	6,6	2（4）
100（10）	2	10	1（2）

それ以外の場合、デバイスは上記と変わりません。回路の各点における電圧のプロットを図に示します。 MO の出力パルスの周波数は 7 kHz、分割係数 25 での休止期間は 4 μs の場合の図 5。

スイッチング電源のマスタージェネレーター

原則として、考慮されているすべての CG (離散的に可変の一時停止期間を持つ CG を除く、図 6) では、UPS 出力から一時停止制御ユニットへのフィードバック信号の導入に PWM 制御を適用することが可能で、対応する最小および最大パルス期間の制限を提供します。

フィードバック回路を介して一次電圧源から UPS 出力電圧をガルバニック絶縁するには、最も簡単で安価な方法としてコンパレータとフォトカプラを組み合わせて使用するのが最も便利で簡単です。

ただし、PWM を使用すると、出力の DC 回路のフィルタが複雑になり、特に UPS 電力が低く、出力電圧リップルが低い場合に、重量、サイズ、および経済指標が無効になる場合があります。

文学

Kolganov A. 強力な UMZCH のスイッチング電源。 - ラジオ、2000 年、第 2 号、36 ～ 38 ページ。
Biryukov SA TTL および CMOS シリーズのデジタル回路の応用。 -DMK、1999。

著者: V.コゼルスキー

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