Вторичные блоки питания с применением микроконтроллеров

Вторичными блоками питания называют устройства, устанавливаемые вблизи потребителей и обеспечивающие их электроэнергией за счет преобразования напряжения сети в напряжение питания с повышенными требованиями к качеству. Как и в других системах, обеспечение требуемого качества выходных параметров осуществляется путем измерений и оценки этих параметров, на основании чего принимается решение о выдаче соответствующих управляющих воздействий. Сегодня эти задачи успешно решаются с помощью микроконтроллеров, причем наилучшим образом с помощью специализированных микросхем.

В качестве примера рассмотрим интегральный ШИМ-контроллер и МОП-транзистор в одном корпусе с тремя выводами (рис. 56), включающий все компоненты, необходимые для работы автономного импульсного преобразователя:

- мощный МОП-транзистор с управляемым временем включения,

- ШИМ-контроллер со встроенным генератором 100 кГц,

- высоковольтные пусковые цепи питания,

- источник опорного напряжения,

- параллельный стабилизатор/усилитель сигнала ошибки и схему защиты от повреждений.

По сравнению с другими вариантами схемы, например с дискретным МОП-транзистором и контроллером или автоколебательным ключевым преобразователем, интегральная схема TOP-switch может уменьшить общую стоимость преобразователя, число деталей в нем, вес и одновременно увеличить надежность системы и ее КПД. Эти приборы предназначены для автономных систем питания с входным переменным напряжением 100/110/230 В и мощностью 0…100 Вт (0…50 Вт при универсальном питании) и автономных систем коррекции коэффициента мощности с входным напряжением 230/277 В и мощностью 0…150 Вт.

Высокая эффективность достигнута с помощью КМОП-технологии и интеграции на одном кристалле максимального числа возможных функций. КМОП-технология по сравнению с биполярными или дискретными приборами значительно уменьшает потребляемый ток. Высокая степень интеграции позволяет отказаться от внешних мощных резисторов, используемых для датчика тока и для обеспечения питания цепей первоначального запуска.

Достаточно сложная внутренняя структура прибора позволяет выполнять следующие функции:

- линейное преобразование значения входного тока в длительность импульсов рабочего цикла и передачу сигналов управления на выходной МОП-транзистор;

- обеспечение питанием встроенных устройств контроллера и управления затвором выходного ключа;

- формирование уровней опорных напряжений;

- работу встроенного генератора пилообразного напряжения и ШИМ-регулятора;

- регулирование тока открывания ключа с целью уменьшения электромагнитных помех;

- усиление сигнала ошибки регулирования выходного напряжения;

- ограничение пиковых токов выходного ключа путем измерений протекающего тока и отключение выходного транзистора до окончания рабочего цикла;

- защиту от перегрузки стабилизатора путем отключения и периодического перезапуска до устранения перегрузки;

- защиту от перенапряжений путем отключения выходного транзистора с автоматическим восстановлением после нормализации;

- тепловую защиту с отключением выходного транзистора при достижении температуры 145 °С;

- автоматический перезапуск контроллера при срабатывании защит.

Типовые схемы применения – это разнообразные маломощные стабилизированные источники питания с небольшими габаритами, часто используемые в компьютерной технике, источниках бесперебойного питания, контроллерах электродвигателей, счетчиках электроэнергии и контроллерах различных приборов. Данное решение является хорошей альтернативой по сравнению с использованием схем с сетевыми трансформаторами и линейными стабилизаторами или импульсными источниками питания с блокинг-генератором, когда требуется обеспечить широкий диапазон входных напряжений, высокий КПД, коррекцию коэффициента мощности и/или небольшой размер.

Одна из рекомендованных типовых схем применения приведена на рис..57 и представляет собой обратноходовой источник питания с регулированием по первичной цепи трансформатора с использованием дополнительной обмотки для получения обратной связи по напряжению. Для улучшения параметров стабилизации используются схемы с оптронной развязкой от вторичных цепей источника.

Дополнительным преимуществом данных приборов является возможность их использования в схемах улучшения коэффициента мощности и снижения коэффициента гармоник в первичных сетях, при работе импульсных источников питания, статических преобразователей и электронных балластов.