Припустимо, що після подачі живлення ТОР успішно запустився. У момент запуску конденсатори вихідного випрямляча Зои (|, Зош2 розряджені. Тому схема зворотного зв’язку видає в керуючий висновок З мінімальний струм, відповідний максимальної величини робочого циклу = 0,78. За перший імпульс прирощення струму ключа складе

Тобто за відсутності «м’якого включення» вже на першому імпульсі ток ключа перевищить більш ніж в три рази піковий струм ключа сталого режиму. При цьому для ТОР232 / 242 спрацює захист по струму (поріг – 0,5 / 0,45 А). При відсутності захисту по струму вже на 12-15 імпульсі ток ключа перевищить 10 А (див. Рис. 3.8).

У ТОР функція «м’якого включення» є.

Описати повністю перехідною процес, що відбувається при цьому (рис. 3.9), можна, розбивши його на 3 етапи:

• етап 1 – «розгін» джерела, етап 2 – перехід до стаціонарного режиму, етап 3 – стаціонарний режим.

На етапі 1 відбувається заряд вихідних конденсаторів Cotttl, До номінальної напруги 5 В. У міру зростання вихідної напруги більша частина струму вихідного випрямляча іде не на заряд конденсаторів, а в навантаження. Амплітуда імпульсу струму ключа зростає від нуля на початку етапу розгону до максимуму в кінці етапу. Завдяки наявності «м’якого включення» зростання амплітуди імпульсів струму відбувається порівняно повільно.

На початку етапу 2 вихідна напруга джерела стає рівним номінальному. Схема зворотного зв’язку збільшує струм виводу З мікросхеми ТОР, схема управління ТОР зменшує величину робочого циклу D. У індуктивностях трансформатора Тр залишається деяка надлишкова енергія, яка у вигляді струму віддається в конденсатори C0U,|, Cout2, Тому вихідна напруга джерела «проскакує» номінальне значення 5 В і стає трохи вище 5 В, переви-

Рис. 3.9. Графік функції «м’якого включення».

(Три етапи перехідного процесу.)

Шая номінальне значення на dU ^ ,. Реагуючи на це перевищення напруги, ТОР додатково зменшує величину D, амплітуда імпульсу струму ключа додатково зменшується. Можливо, що зменшення величини D призведе до того, що напруга U ^, стане трохи нижче номінального, т. Е. Виникнуть затухаючі коливання. Після їх закінчення напруга U “стає рівним номінальному, а імпульсний струм ключа – рівним стаціонарного значення з піком 270 мА. Етап 2 закінчується.

На етапі 3 вихідну напругу і пікове значення струму ключа залишаються постійними (якщо не відбувається зміна навантаження – див. Далі).

Результати комп’ютерного моделювання для різних значень сумарної ємності, конденсаторів С ^, = С ^, + і навантаження 1,666 Ом зведені в табл. 3.5.

Таблиця 3.5

Пікові значення Ismax для тих же умов при відсутності навантаження наведено в табл. 3.6.

^ Таблиця 3.6

Аналіз отриманих результатів показує, що величина максимального пікового струму ключа на етапі «розгону» джерела (при виході на режим після включення) може значно перевищувати стаціонарне значення пікового струму при максимальному навантаженні. Навіть при включенні джерела без навантаження (стаціонарне значення пікового струму близько до нуля) максимальний піковий струм ключа на перехідному процесі порівняємо або перевищує значення стаціонарного пікового струму при повному навантаженні. Величина максимального пікового струму на перехідному процесі безпосередньо залежить від величини ємності конденсаторів вихідного випрямляча.

5.2.                                                        Кидки навантаження

У сталому режимі при стрибкоподібних змінах опору навантаження джерело не відразу відпрацьовує ці кидки. Тому напруга на виході джерела, наприклад, при стрибкоподібному збільшенні навантаження в перший момент часу має зменшитися, оскільки джерело «за інерцією» продовжує видавати струм, відповідний колишньої навантаженні, і брак струму нрузка забирає з конденсатора Cout = Cout, + C ^. Далі схема управління ТОР форсує вихідний струм, заряджаючи вихідний конденсатор Соц, До номінальної напруги, і виходить на сталий режим роботи з новим вихідним струмом. З найбільш загальних міркувань може здатися, що, чим більше величина ємності конденсаторів С ^ ,,, Cout2, Тим менше повинні бути скачки вихідної напруги UBUX, Викликані кидками навантаження, і тим менше повинні бути кидки імпульсного струму ключа. Однак виявляється, що завдяки глибокій зворотного зв’язку і високій швидкодії ТОР величина стрибків напруги при кидках навантаження мало залежить від сумарної величини Сои | = С ^ ,, + 0Μ2. Результати моделювання описаного джерела при кидку навантаження від 0 до 3 А наведено в табл. 3.7.

Таблиця 3.7

Основний висновок з аналізу даних табл. 3.7 – при ємності Сд ,,> 300 мкФ реакція джерела на кидки навантаження мало залежить від величини ємності конденсатора С ^ ,.

Підсумовуючи всі отримані дані, можна сказати, що, чим менше величина сумарної ємності СОш конденсаторів вихідного випрямляча джерела, тим з меншими кидками імпульсного струму ключа це джерело відпрацьовує перехідні процеси (при прийнятною величиною коливань вихідної напруги). Реально на перехідний процес впливає, звичайно, не ємність конденсатора C ^ ,, а величина електричного заряду, який треба «завантажити» в конденсатор СОш після включення джерела, щоб напруга на С ^ стало рівним номінальному вихідному напрузі іш. Проведене моделювання джерел з різною вихідною потужністю і різними вихідними напругами показало, що максимальна величина пікового струму ключа на перехідних режимах не перевищує

1,5 .. .1,8 від пікового струму ключа в сталому режимі на максимальному вихідному струмі при «запасатися» в С ^, заряді не більше, 800 мкКл на кожен ампер вихідного струму. У вигляді формули це умова можна виразити в наступному вигляді:

де

5.3.                                                                Пульсації

Зменшення величини С0|1, Зменшує величину кидків імпульсного струму ключа при перехідних процесах, але збільшує амплітуду пульсацій вихідної напруги джерела, викликаних переривчастим характером струму діода Прош, Вихідного випрямляча. Бели не враховувати впливу опору і індуктивності висновків конденсатора З ,,,, то форма пульсацій на виході джерела буде близька до трикутної (рис. 1.7, е). На «зворотному ході »циклу конденсатор Соі1 подзаряжается, на «прямому ході» – розряджається. У сталому режимі максимальна величина зменшення напруги dUC0Ut на конденсаторі Сош при розряді визначається виразом:

I

\

Звідси при заданій величині пульсаційможна отримати формулу для розрахунку мінімальної величини ємності вихідного конденсатора С01П:

Якщо задати максимальну величину пульсацій 0,5% від Ц ^ ,, то

Підставивши значення Т = 7,567 мксек, = 0,4 і привівши вираз до зручного для роботи увазі, отримуємо:

де Сош – МКФ, 1Вих max – A, UBbnt – В.

Вирази (5.1) і (5.4) дають межі вибору величини ємності . При такій величині ємності С ^, амплітуда пульсацій вихідної напруги не перевищує 0,5% від UBUX, А максимальний піковий струм МОП-транзистора ТОР на перехідних процесах не перевищує 1,5 … 1,8 від пікового струму стаціонарного режиму. .

6. Особливості схемотехніки імпульсних джерел живлення на ТОР і вимоги до окремих елементів

У схемі джерела живлення (рис. 3.7) можна виділити кілька основних функціональних вузлів. Кожен такий вузол може містити мінімальну кількість елементів (навіть один) і вводиться в схему для виконання якоїсь однієї конкретної функції або декількох пов’язаних функцій.

Нижче детально описана робота всіх вузлів (за винятком силового трансформатора, для якого виділено окремий розділ).

6.1.                                                       Запобіжник Fu

Швидкодія сучасної силової електроніки таке, що в разі возникнования якийсь аварійної ситуації, що приводить до великого стрибка струму мережі, електроніка встигає благополучно згоріти перш, ніж плавкий запобіжник відреагує на перевантаження. У схемі (рис. 3.7) врятувати ТОР від аварійних ситуацій може тільки сам ТОР, адже недарма в ньому міститься така безліч захистів. Якщо ТОР все ж виходить з ладу з перетворенням МОП-транзіста в коротке замикання (що буває вкрай рідко), то запобіжник, по-перше, рятує живильну мережу від пожежі і, по-друге, полегшує ремонт згорілого блоку, не даючи вигоріти провідникам друкованої плати. На відміну від пристроїв з трансформатором на 50 Гц, в імпульсних мережевих джерелах кидок струму при включенні джерела в мережу, викликаний зарядом конденсатора Сс, може досягати десятків ампер. Тому номінальний струм запобіжника повинен вибиратися порядку (Ю … 15) 1з, Де(Р ^ – ви Ходнев потужність джерела, Ucmto – Мінімальна напруга мережі). Оскільки запобіжник практично ніколи не доведеться міняти, зручно використовувати запобіжники типу ВП4, що мають розміри резистора МЛТ-0,25 і впаивать в друковану плату без спеціального тримача.

Джерело: За редакцією А. Я. Гріфа, Оригінальні схеми і конструкції. Творити разом! – М .: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с .: іл. – (Серія «СОЛОН – радіоаматори», вип. 23)