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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Osciladores mestres de fontes chaveadas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Ao projetar conversores de tensão de pulso push-pull, é necessário tomar medidas para evitar a passagem de corrente através dos transistores chaveadores. É possível garantir o funcionamento normal dos conversores se um sinal de formato especial (diferente de um meandro) for gerado para controlar os transistores. Ao projetar fontes de alimentação chaveadas (UPS) operando em frequências mais altas, a principal atenção é dada para garantir sua confiabilidade e alta eficiência. Os UPS push-pull possuem precisamente essas qualidades [1]. No entanto, sem tomar medidas especiais para eliminar a corrente de passagem, é impossível alcançar um funcionamento estável de unidades com eficiência aceitável (80%). A corrente de passagem em UPSs push-pull surge devido ao tempo de desligamento finito (diferente de zero) dos transistores chaveadores. O fato é que o tempo de desligamento (toff) dos transistores mais potentes usados em UPSs está na faixa de 1,5...8 μs, e seu tempo de ativação (ton) é aproximadamente dez vezes menor. Isso leva ao fato de que em uma frequência aumentada a forma da corrente nos circuitos coletores é distorcida e se torna diferente de um meandro. Como resultado, a duração dos impulsos de corrente aumenta e a sua inclinação diminui, especialmente durante o declínio. Na Fig. A Figura 1 mostra o formato atual da base dos transistores do UPS (diagramas a e b) e seu coletor (c e d). Pode-se observar nos diagramas que à medida que a corrente IK1 diminui, a corrente IK2 aumenta, o que leva precisamente à ocorrência de uma corrente de passagem. Nos diagramas c e d, a linha tracejada mostra a corrente de passagem nas subidas e descidas dos pulsos de corrente dos coletores dos transistores chaveadores.
Um método radical de eliminação da corrente passante é a formação em osciladores mestres (MG) de pulsos diferentes do meandro e com pausas (tp), cuja duração, numa primeira aproximação, é igual a tp = toff - ton. Porém, na prática, os tempos de ativação e desativação são diferentes, mesmo para dois transistores idênticos. Depende da tensão da fonte de alimentação primária, temperatura da junção, corrente do coletor, etc. Portanto, a duração da pausa deve ser maior que o valor especificado, ou melhor ainda, ajustável. O objetivo deste artigo é propor os métodos mais simples de geração de pulsos no MG, adequados para controlar um UPS. Ele contém esquemas GB de complexidade variável, fornecendo duração de pausa fixa e ajustável. O dispositivo cujo diagrama é mostrado na Fig. 2, permite gerar uma sequência de pulsos com pausa ajustável. O gerador de clock é montado nos elementos DD1.1-DD1.3. Produz pulsos - um meandro de frequência dupla em comparação com a frequência de comutação dos transistores chaveadores (Fig. 3, diagrama a). O circuito diferenciador C2R2 gera pulsos curtos de disparo de alto nível, que controlam o funcionamento do driver de duração de pausa nos elementos DD2.1, DD2.2 (Fig. 3, diagrama b).
Da saída do shaper, os pulsos chegam às entradas dos elementos DD2.3, DD2.4 e do gatilho DD3.1, que desempenham a função de distribuidor de pulsos. Nas saídas do CG (diagramas e, f), são formadas sequências de pulsos, deslocadas entre si em 180°, com uma pausa de duração tп. A frequência de pulso na saída do gerador é duas vezes menor que na saída do gerador de clock. A duração da pausa é regulada pelo resistor variável R3. Às vezes, para controlar o UPS é necessário receber pulsos de baixo nível com pausa. Neste caso, no diagrama da Fig. 2, os elementos DD2.1, DD2.2 do microcircuito K561LE5 são substituídos por um elemento do microcircuito K561LS2 e, em vez dos elementos DD2.3, DD2.4, elementos AND-OR são incluídos de acordo com o circuito 2OR. Para fazer isso, basta aplicar uma tensão de alto nível nos pinos 9 e 14 do microcircuito K561LS2. Caso seja necessário aumentar a potência dos pulsos e a inclinação de suas subidas e descidas, devem ser utilizados microcircuitos TTL e TTLSh nos estágios de saída do MG. Na Fig. A Figura 4 mostra um diagrama do XNUMXG em microcircuitos TTLSh.
O dispositivo permite a regulação da largura de pulso da tensão de saída do UPS. A unidade PWM é montada nos elementos DD2.1, VT1, VT2, R3, C3, R5, R6. Os diagramas de tensão são mostrados na Fig. 5. Aqui: Unop é a tensão limite de comutação dos elementos DD1.4 e DD2.1; tпф - duração fixa da pausa; tp - duração de pausa ajustável; tir - duração do pulso ajustável; t e max, t e min - duração máxima e mínima do pulso.
O intervalo de controle da duração do pulso é de 0,2 μs a 18 μs (com uma frequência de pulso de saída de 25 kHz). A duração dos pulsos é regulada alterando a tensão com base no transistor VT1, que conecta o resistor R5 em paralelo com R6 e, assim, altera a constante de tempo do circuito diferenciador C3R6. O resistor R7 fornece histerese e evita a autoexcitação do elemento DD2.1. O pino Uynp pode ser fornecido com um sinal de feedback do estabilizador de tensão de saída do UPS. Ao definir o GB, o resistor R2 define a duração da pausa e o resistor R5 define a duração mínima (tn min) dos pulsos gerados (diagrama k). Deve-se notar que o uso de PWM em UPS é limitado pelo fato de que à medida que a duração do pulso diminui para menos de t e max/2, a eficiência do UPS diminui drasticamente, uma vez que na maioria das vezes os transistores chaveadores estão em uma posição estado insaturado. Portanto, o uso de um UPS com estabilização de tensão de saída SHI é limitado à carga mínima, normalmente pelo menos 10% da carga nominal. De interesse é o 6G (Fig. 561), que permite definir a duração da pausa sem circuitos diferenciadores de ajuste de tempo usando contadores K8IE561 (K9IEXNUMX). A duração da pausa pode ser ajustada discretamente alterando a frequência do gerador de clock e o coeficiente de divisão do contador dentro dos limites indicados na tabela para a frequência do sinal de saída do gerador 25 kHz. A tabela mostra que a duração do pulso é igual ao período do gerador de clock.
O ZG utiliza microcircuitos CMOS que possuem contadores decimais com decodificadores de saída, mas isso não exclui o uso de microcircuitos TTL e TTLSh com decodificadores de saída. O coeficiente de divisão é alterado conectando o circuito de realimentação (ponto e no diagrama da Fig. 6) à entrada R do contador e a saída ao distribuidor de pulsos (ponto e) [2]. A frequência do gerador de clock é ajustada alterando os parâmetros do circuito R1C1.
Caso contrário, o dispositivo não difere dos descritos acima. Diagramas de tensão nos pontos do circuito são mostrados na Fig. 7 para a frequência dos pulsos de saída do gerador principal é de 25 kHz, a duração da pausa é de 4 μs com fator de divisão de 5.
Em princípio, em todos os MGs considerados (exceto nos MGs com duração de pausa discretamente variável, Fig. 6), é possível aplicar o controle PID para introduzir um sinal de feedback da saída do UPS para a unidade de controle de pausa, proporcionando uma limitação correspondente de a duração mínima e máxima do pulso. Para isolar galvanicamente a tensão de saída do UPS da fonte de tensão primária através do circuito de feedback, é mais conveniente e simples usar comparadores em combinação com optoacopladores como o método mais simples e barato. Porém, o uso de PWM leva à complexidade do filtro no circuito DC de saída, o que às vezes anula o peso, tamanho e indicadores econômicos, especialmente com UPS de baixa potência e a exigência de um baixo fator de ondulação da tensão de saída. Literatura
Autor: V. Kozelsky
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