6.4 Обратная связь по току

Обратная связь по току бывает:

1) с помощью шунта ;

2) с помощью трансформатора тока.

Трансформатор тока бывает:

1. низкочастотным;

2. высокочастотный ;

Рисунок 56— Схема включения трансформатора тока

(6.4.1)

(6.4.2)

6.5 Проектирование схемы запуска и смещения

Схема запуска и смещения обеспечивает рабочее напряжение для секций схемы управления и драйвера ключа. Поскольку вся извлеченная и выданная этой схемой мощность рассматривается как потеря, важно обеспечить как можно более высокий общий КПД ее функционирования.

Схема запуска приобретает особую важность с повышением уровней входных напряжений. Для входных напряжений, превышающих 20 В DC, когда схема управления и ключ не могут для своего питания напрямую использовать входное напряжение, следует использовать схему запуска/смещения. Ее функция, в основном, сводится к функции параллельного или последовательного линейного стабилизатора в порядке обеспечения относительно стабильного напряжения для цепей контроллера и драйвера ключа.

Для запуска источника питания из полностью обесточенного состояния (например, когда входное питание подается на источник впервые) ток должен извлекаться от входной линии электроснабжения. Номинальное значение напряжения схемы запуска должно быть больше, чем наибольшее предполагаемое входное напряжение, включая любые всплески, которые могут быть пропущены секцией входного фильтра электромагнитных помех источника питания. Чтобы добиться требуемой функциональности этой схемы, следует немного поразмыслить. Существует несколько общих функций, которые может выполнять схема запуска, и эти функции должны удовлетворять рабочим требованиям всей системы:

1. Полная функциональность схемы управления-ключа в моменты короткого замыкания на выходе источника питания с немедленным возвратом к работе после устранения короткого замыкания.

2. Источник питания входит в «икающий» режим перезапуска в моменты коротких замыканий и перезапускается после их устранения.

3. Вход в полностью отключенное состояние и, как следствие, отключение системы на время короткого замыкания. Входное питание должно быть отключено, а затем опять подано в порядке перезапуска источника питания.

Два первых режима работы – наиболее распространенные подходы к функциональности схемы запуска и рекомендуются в тех случаях, когда в системе есть съемные секции (например, телефонные системы или каркасные системы для съемных плат), или же когда ожидается регулярное обслуживание, и технический персонал может случайно создать короткое замыкание в нагрузке. Метод отключения подходит для важных измерительных приборов, где неправильная работа может причинить вред этому прибору или его оператору.

В изделиях, где небольшие добавочные потери не важны, типичным подходом является использование простого параллельного стабилизатора на стабилитроне (рисунок 57). Здесь ток запуска постоянно извлекается из входной линии электроснабжения даже во время установившегося режима работы. Если ток запуска ниже, чем ток, требуемый для работы схемы управления и драйвера (примерно 0,5 мА), то источник питания входит в «икотный» режим восстановления. Если сила тока запуска достаточна для питания схемы (от ~10 до 15 мА), то на протяжении периодов короткого замыкания источник питания остается в состоянии ограничения перегрузки по току, а после их устранения сразу же восстанавливается. Различие заключается в количестве потерянной мощности внутри схемы запуска в процессе работы. Значение гистерезисного напряжения в любой цепи подавления низкого напряжения (low voltage inhibit, LVI) внутри схемы управления влияет на «икотный» перезапуск источника. Блокировочный конденсатор емкостью 10 мкФ или более в схеме питания микросхемы необходим для хранения энергии, достаточной для запуска источника до падения напряжения и переустановки схемы LVI. В общем случае, чем выше гистерезисное напряжение, тем вероятнее запуск источника с первой попытки.

Рисунок 57 – Стабилизатор питания схемы управления настабилитроне

Для автономных импульсных источников питания, в которых непрерывный ток, извлекаемый из входной линии, представляет существенные потери, ток запуска на время установившегося режима работы рекомендуется отключать. После полной стабилизации источника питания в установившемся режиме схемы управления и драйвера могут получать питание полностью от вспомогательной обмотки трансформатора. Здесь коэффициент преобразования составляет около 75% в сравнении с 5..10%. Схема для реализации описанного метода представлена на рисунке 58.

Рисунок 58 – Схема запуска линейного стабилизатора высокого напря­жения (используется только во время запуска и ограничения по току)

Показанная схема является высоковольтным линейным стабилизатором с ограничением по току, и отключение его тока запуска в продолжение установившегося режима работы осуществляется обратным смещением диода на эмиттере и перехода база-эмиттер. Небольшой сигнальный транзистор должен иметь напряжение V_ceo(sus) больше, чем максимальное входное напряжение. Почти все потери обеспечивает резистор коллектора. Лишь небольшой ток смещения продолжает протекать на базу транзистора и стабилитрон.

И снова разработчику следует решить, должен ли источник работать в «икотном» режиме перезапуска или же иметь секцию управления и драйвера, продолжающую работать в период состояния короткого замыкания. Соответствующая функциональность обеспечивается выбором сопротивления коллекторного резистора для тока 0,5 или 15 мА.

Один из вариантов рассмотренного метода называется схемой выключения при перегрузке по току (рисунок 59).

Рисунок 59 – Схема отключения при перегрузке по току

Здесь схема запуска является дискретной высоковольтной одноходовой цепью, которая активна только на протяжении запуска, но затем полностью отключается. Если возникает состояние ограничения перегрузки по току, то схема управления и драйвер больше не имеют источника напряжения, от которого они получали бы ток. Этим отключается весь источник питания до тех пор, пока входное напряжение опять не будет подано.

Во многих случаях описанные выше проекты функционируют нормально, однако существует множество других вариантов реализации с использованием тех же принципов работы. Если вы задумали другой подход к проектированию, то имейте в виду следующее: период запуска импульсного источника питания – наиболее травматичный период в его жизни, поскольку на протяжении этого периода случается больше сбоев, чем в другие периоды работы источника. Последовательность различных источников смещения для источника питания крайне важна. Драйверы ключа всегда должны быть полностью запитаны, прежде чем схема управления начнет процесс переключения – в противном случае ключи не будут работать в режиме насыщения и, следовательно, выйдут из строя из-за чрезмерного рассеяния мощности.

Еще один важный фактор – номинальное напряжение пробоя резисторов. Для резисторов на 0,25 Вт номинальное напряжение пробоя составляет 250 В DC, а для резисторов на 0,5 Вт – 350 В DC. Для того чтобы обезопасить проект, на всех ветвях, соединенных в автономных преобразователях с входной линией, следует использовать два последовательно включенных резистора.