4. Источник питания на основе обратноходового преобразователя

Рис. 5. Микросхема TOP-204

Рассмотрим схему обратноходовой преобразователя, построенного на основе продукта компании «PowerIntegrations». Эта компания пошла по пути упрощения схемотехники и разработала уникальную технологию, совместив в одной микросхеме МОП-транзистор и ШИМ-контроллер (ШИМ-модулятор) для управления транзистором. Данная технология позволила создать серию микросхем «TOPSwitch», которые содержат в себе силовой МОП-транзистор, драйвер, ШИМ-контроллер, задающий генератор, источник опорного напряжения, усилитель сигнала ошибки, схемы защиты от перегрузки и перегрева, схемы перезапуска и другие узлы, обеспечивающие эффективную работу источника питания. По сравнению со схемами на дискретных элементах, применение «TOPSwitch» микросхем позволяет уменьшить размеры источника питания и его вес, а также снизить стоимость разработки и изготовления источников.

В данной работе используется микросхема «TOP204», которая имеет всего три вывода и выполнена в корпусеTO-220 (рис. 5).

Выводы микросхемы:

DRAIN–вывод стока силового транзистора. От этого вывода также обеспечивается внутреннее питание микросхемы. Ток этого вывода контролируется с целью обеспечения защиты всей схемы от перегрузок.

CONTROL– вход усилителя сигнала ошибки ШИМ-модулятора. Этот вход также является входом триггера защиты и используется для подключения внешнего конденсатора.

SOURCE– вывод истока силового транзистора. Общий вывод схемы управления и источника опорного напряжения.

На рис. 6 изображена принципиальная схема источника питания, построенного с использованием микросхемы «TOP204».

На вход источника подается переменное напряжение питающей сети. Питающее напряжение в такие схемы обычно поступает через фильтр низких частот F₁. В цепь питания включен резисторR₁. Это специальный терморезистор, который увеличивает свое сопротивление при увеличении тока, протекающего через него. Он предназначен для ограничения импульсного тока зарядки конденсатораC₁в начальные момент времени после подключения источника к сети. Выпрямительный мостVD₁и фильтрующий конденсаторС₁преобразует переменное напряжение сети в постоянное напряжение, которое подается на вход схемы обратноходового преобразователя.

Трансформатор T₁обеспечивает гальваническую развязку (изоляцию) между входными и выходными цепями схемы. Работа обратноходового преобразователя была рассмотрена в предыдущем разделе, поэтому рассмотрим только особенности работы данной схемы. Трансформатор кроме первичнойW₁и вторичной обмоткиW₂, имеет дополнительную обмоткуW₃, которая вырабатывает сигнал обратной связи по напряжению для использования в усилителе сигнала ошибки контроллера, находящегося в микросхеме «TOP204».

Рис. 6. Источник питания, построенный по схеме обратноходового преобразователя на основе микросхемы TOP204

В начальный интервал времени работы источника его выходное напряжение (напряжение на емкости C₃) и напряжение наC₂нарастают. Так как эти конденсаторы заряжаются от обмоток, намотанных на одном сердечнике, напряжения на конденсаторах будут пропорциональны числу витков соответствующих обмоток. И изменяться эти напряжения будут одновременно. По мере нарастания напряжения на конденсатореC₂выше характерного для микросхемы «TOP204» уровня 4,7 В, во вход «CONTROL» микросхемы начнет втекать ток. Этот ток с некоторого момента начнет вызывать уменьшение интервала времениt₁, в течение которого ключ в микросхемеU₁открыт. Это вызовет уменьшение запасаемой в трансформаторе энергии, что соответственно приведет к уменьшению мощности, передаваемой в нагрузку и замедлению роста выходного напряжения источника. В какой-то момент рост напряжения остановится и наступит равновесие. Источник питания перейдет в основной режим работы.

Таким образом, дополнительная обмотка трансформатора обеспечивает подачу сигнала обратной связи на вход «CONTROL» микросхемы. Кроме обмотки W₃цепь обратной связи составляют: диодVD₅и фильтрующая цепочкаR₂–C₂.