Квазирезонансный преобразователь с переключением при нулевом напряжении

Второй тип квазирезонансных преобразователей — это семейство с переключением при нулевом напряжении (ПНН). Здесь ключ остается замкнутым большую часть времени и производит резонансные периоды выключения для снижения выходной мощности. Фактически, семейство преобразователей с ПНН — это зеркальное отражение семейства преобразователей с ПНТ. Если сравнить формы сигналов напряжения и тока для ключа обоих семейств и инвертировать оба эти сигнала, то обнаружится их поразительное сходство.
Временные сегменты семейства преобразователей с ПНН зеркально противоположны аналогичным сегментам семейства преобразователей с ПНТ. Коммутирующий диод проводит ток в течение резонансного периода выключения. Между такими резонансными периодами выключения, ключ замкнут, а протекающий через него ток — это уже знакомый пилообразный сигнал прямоходового преобразователя с ШИМ с наклоном (Vin - Vmt) I Lmt. Этот период также является временем статического состояния колебательного контура. В течение этого времени резонансный индуктор насыщен и эффективно короткозамкнут. На контакты резонансного конденсатора подано напряжение.

Узел переменного напряжения

Внутри каждого импульсного источника питания присутствует один узел с самым большим по сравнению с другими узлами переменным напряжением. Этот узел находится на стоке (или коллекторе) ключа. В неизолированных преобразователях типа DC-DC этот узел также соединен с индуктором и ограничительным (или выходным) выпрямителем. В топологиях с изолирующим трансформатором существует столько узлов переменного напряжения, сколько насчитывается обмоток у трансформатора. С электрической точки зрения, они по-прежнему представляют общий узел, только отраженный через трансформатор. Следует уделить особое внимание каждому узлу переменного напряжения в отдельности.
Эти узлы приводят к различным проблемам. Их переменное напряжение легко может быть емкостно передано на любые смежные дорожки различных металлических слоев, впрочем как и электромагнитные помехи. К сожалению, это, обычно, — дорожка, которая должны также служить в роли теплоотвода для ключа и выпрямителей, особенно в источниках питания с поверхностным монтажом. С электрической точки зрения, эта дорожка должна быть как можно меньше, но, с термической точки зрения, она должна быть большой. В поверхностном монтаже существует один хороший компромисс, который заключается в том, чтобы сделать верхнюю монтажную площадку печатной платы идентичной нижней площадке и соединить их с помощью многочисленных сквозных перемычек (соединений через сквозные отверстия).

Отключение выходного напряжения

Иногда требуется выключить какую-либо секцию изделия, но при этом остальные его части должны продолжать работать. Это — типичный случай для портативных компьютеров, когда необходимо сэкономить энергию, или для приложений бытовых электроприборов, наподобие ЭЛТ-мониторов, телевизоров и стереофоническая аппаратура.
Многие бытовые электроприборы должны самостоятельно переходить в режим ожидания, когда пользователь на время оставляет изделие. Такой режим работы называется "зеленым сертифицированным" режимом (с экологической точки зрения).Такая сертификация требует, чтобы изделие использовало менее 5 Вт мощности, пока находится в режиме ожидания. Только импульсный источник питания имеет рабочий ток покоя мощностью более 5 Вт, так что для питания только тех частей изделия, которые нуждаются в повторной активации по запросу, может быть использован импульсный источник питания очень низкой мощности с гораздо более низкими токами покоя.В случае источника питания переменного тока с коррекцией коэффициента мощности, основной преобразователь может быть выключен, и схема, чтобы оставаться активной, может использовать вспомогательное напряжение на трансформаторе коэффициента мощности. Схема коррекции коэффициента мощности будет запускаться при сильно уменьшенной длительности и/или частоте импульсов.

Подавление низкого входного напряжения

Часто желательно останавливать работу изделия в периоды состояний провала напряжения, когда входное напряжение падает ниже минимальной величины, спеинфицированной для нормального функционирования. Подобное состояние может привести к тому, что управляемый в режиме напряжения источник питания войдет в режим "защелкивания", в котором быстро перескакивает на свой максимальный рабочий цикл и больше не управляет стабилизацией выхода. Это может оказаться разрушительным как для источника, так и для нагрузки после того как входное напряжение вернется на нормальные уровни. Кроме того, при низких входных напряжениях более высокие максимальные токи, протекающие через ключи, могут привести к сбою переключения из-за чрезмерного рассеивания. Чтобы этого избежать, необходим простой компаратор напряжения, опрашивающий входную линию.

Проектирование цепи обратной связи по напряжению

Единственная функция контура обратной связи по напряжению — сохранение постоянного значения выходного напряжения. Осложнения возникают в таких областях как реакция на переменную нагрузку, точность выходного сигнала, несколько выходов и изолированные выходы. Все эти факторы могут стать "головной болью" для проектировщика, однако, если подходы к проектированию осознаны, то каждое из осложнений легко может быть удовлетворительно разрешено.
Сердцем контура обратной связи по напряжению является операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления, называемый усилителем ошибки, который усиливает разницу между двумя напряжениями и создает напряжение рассогласования. В источниках питания одно из этих напряжений — это опорное напряжение, а второе соответствует уровню выходного напряжения. Выходное напряжение обычно делится до уровня опорного напряжения еще до того как подается на усилитель ошибки. Этим создается точка "нулевой ошибки" для усилителя ошибки. Если выход отклоняется от этого "идеального" значения, то напряжение рассогласования на выходе усилителя значительно изменяется. Это напряжение затем используется источником питания для организации коррекции длительности импульсов с целью приведения выходного напряжения обратно к его идеальному значению.
Основные аспекты проектирования, имеющие отношение к усилителю ошибки:
• он должен иметь высокий коэффициент усиления при постоянном токе, который обеспечивал бы хорошую стабилизацию выхода по нагрузке;
• он должен иметь хорошую реакцию на высокой частоте, что обеспечивает хорошую переходную характеристику при изменениях нагрузки.

Трехуровневый индикатор напряжения аккумулятора автомобиля

Любители с малым опытом практической радиоэлектроники могут собрать простую конструкцию трехуровневого индикатора напряжения аккумулятора, состоящую из трех светодиодов, ствбилитрона и 4 резисторов. Индикатор позволяет быстро оценить напряжение аккумуляторной батареи. Контроль производится по яркости свечения светодиодов VD2...VD4. Потребляемый индикатором ток не превышает 6 мА при напряжении 12,6 В.Работа прибора основана на принципе «растянутой шкалы». При напряжении на клеммах аккумулятора ниже 10 В, стабилитрон VD1 закрыт и светодиоды не светятся. Если напряжение на клеммах равно 11,4 В, то открывается стабилитрон VD1 и через него и цепочку R1...R4 начинает протекать ток. На резисторе R2 создается падение напряжения, которое достаточно для того, чтобы зажегся светодиод VD2. Дальнейшее повышение напряжения приводит к зажиганию светодиода VD3. При нормальном напряжении 12...13 В светятся два светодиода VD2, VD3. В случае завышенного напряжения на клеммах аккумулятора, то есть при напряжении больше 14 В, загорается третий светодиод VD4.
Налаживание индикатора производят на макете, при этом резисторы R2...R4 на время заменяют близкими по значению переменными резисторами. В схему включают средний и один из крайних выводов переменного резистора. Движки переменных резисторов ставят в среднее положение и подают с выхода регулируемого источника питания напряжение 11,4 В на вход индикатора и, вращая оси переменных резисторов,добиваются загорания светодиода VD2. Потом подают напряжение 12,5 В и вращают переменные резисторы R3, R4, добиваясь загорания светодиода VD3. В заключение подают напряжение 14,5 В и смотрят: не загорелся ли светодиод VD4, и при необходимости производят подстройку переменным резистором R4. После этого всю настройку повторяют снова, наблюдая за тем: происходит ли последовательное загорание светодиодов при подаче контрольных напряжений. Если нормально, то омметром замеряют сопротивление переменных резисторов между средним и крайним выводами, которые были включены в схему. В соответствии с полученными результатами измерений подбирают постоянные резисторы с близкими значениями сопротивлений.

Восьмиуровневый индикатор напряжения автомобильного аккумулятора

Автомобильный аккумулятор требует постоянного ухода и контроля за его состоянием. Наиболее простыми устройствами, позволяющими проконтролировать напряжение бортовой сети или самой аккумуляторной батареи, являются электронные индикаторы, построенные на микросхемах и светодиодах. Количество светодиодов в конструкции зависит от того, сколько уровней напряжений аккумулятора необходимо проконтролировать. Выбор схемы индикатора напряжений для самостоятельного изготовления зависит напрямую от квалификации любителя. В связи с этим в данном разделе приводятся две схемы индикаторов напряжений разного уровня сложности и естественно разной точности контроля.
Потребляемый ток при индикации всех восьми уровней равен 80 мА. Особенность схемы — высокая крутизна характеристики срабатывания и возможность изменения количества индицируемых уровней напряжения, которые можно либо увеличивать, либо уменьшать.
В схеме индикатора, в качестве пороговых устройств, используются компараторы, собранные на операционных усилителях (ОУ). Для питания ОУ в индикаторе имеется стабилизатор с выходным напряжением 6 В, собранный на транзисторах VT1, VT2 и стабилитроне VD9. Делитель, задающий опорные напряжения компараторов, состоит из резисторов R1...R9, который подключен к стабилизатору напряжения. Резисторы R10...R12 служат для уменьшения измеряемого напряжения аккумулятора. В связи с тем, что опорные напряжения не превышают 6 В, при подаче на индикатор напряжения меньше 8 В, напряжение, снимаемое с делителя R9, R10, не превысит первого опорного напряжения, подаваемого на инверти¬рующий вход ОУ DA1.1. На выходах всех ОУ напряжение будет мало и поэтому ни один светодиод не засветится. При увеличении подаваемого на вход напряжения величиной 8...9 В, измеряемое напряжение превысит первое опорное напряжение на входе ОУ DA1.1 и на его выходе появится постоянное напряжение около 5 В, что приведет к свечению светодиода VD1. При превышении измеряемым напряжением второго опорного напряжения засветятся светодиоды VD1 и VD2 и т.д. Таким .образом, если напряжение бортовой сети автомобиля составит 15 В, то будут светиться все светодиоды.

Стабилизатор напряжения с защитой от импульсных помех двигателя автомобиля

Если радиоаппаратура используется в автомобиле при работающем двигателе, то, в бортовой сети автомобиля появляются импульсные помехи — выбросы положительной и отрицательной полярности, спадающие через 1 мс, амплитуда которых может достигать 160 В. Появляются также импульсы положительной полярности с амплитудой до 90 В, спадающие через 0,4 с. Схема стабилизатора напряжения, нечувствительная к подобного рода импульсным помехам. Еще одной особенностью стабилизатора является то, что он безразличен к полярности подключения к бортовой сети автомобиля. Выходное напряжение стабилизатора 9 В, максимальный ток нагрузки может доходить до 1 А.
На входе стабилизатора включена диодная сборка VD1...VD4, которая обеспечивает автоматическую установку полярности подключения. Это обусловлено .свойствами двухполупериодного мостового выпрямителя, размещенного в сборке. Ток от источника в зависимости от полярности протекает через пару VD1 и VD4 или VD2 и VD3, при этом полярность на выходе не меняется. При этом выходное напряжение будет ниже входного из-за потерь напряжения на диодах. Включенный за диодной сборкой фильтр LI, С1...СЗ подавляет помехи, появляющиеся в бортовой сети автомобиля. Стабилизация выходного напряжения осуществляется стабилизатором микросхемы DA1.

Стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения собран из распространенных деталей. Транзистор КТ814Б может быть заменен любым транзистором из серий КТ814, КТ816, транзистор КТ315Г — любым из серии КТ315. Стабилитрон VD1 может быть типа КС196 с любым буквенным индексом. Постоянные резисторы типа МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25. Резистор R2 имеет мощность 2 Вт. Подстроечный резистор R4 типа СПЗ-27а или СПЗ-16. В качестве разъема ХР1 используется переходник, включаемый в гнездо автомобильного прикуривателя.
Все детали стабилизатора монтируются на печатной плате, вырезанной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,8...1 мм. Регулирующий транзистор VT1 при монтаже устанавливается на радиатор размером 35x20 мм, вырезанный из листа дюралюминия толщиной 2...3 мм. Транзистор VT1 прижимается к радиатору и плате винтом и гайкой МЗ.