Силовая электроника №4'2005

Маломощные встраиваемые импульсные источники питания AC-DC для электронной аппаратуры на микросхемах от Power Integrations

Алексей Арбузов


Компания Power Integrations выпускает микросхемы для построения импульсных источников питания в диапазоне выходных мощностей от 0 до 300 Вт.


Разработчикам радиоэлектронной аппаратуры в своей работе приходится решать большое количество различных задач, и одна из них — организация надежного электропитания для разрабатываемой схемы.

На первый взгляд, задача простая и всем хорошо известная. Берем сетевой трансформатор, диодный мост, пару конденсаторов и микросхему линейного стабилизатора напряжения. Теперь блок питания необходимо разместить на печатной плате нашего изделия, а затем установить в имеющийся корпус прибора. И тут мы обнаруживаем, что места в корпусе практически нет, а вес всей конструкции существенно увеличился. А если учесть мировую тенденцию к миниатюризации электронных изделий, то наш дизайн не оптимален и не отвечает современным требованиям. Для упрощения решения таких задач инженерами компании Power Integrations были разработаны специализированные микросхемы для построения импульсных источников питания в диапазоне выходных мощностей от 0 до 300 Вт.

На рис. 1 представлена упрощенная принципиальная схема, которая демонстрирует основную концепцию построения маломощных (до 6 Вт) источников питания на базе микросхем семейств LinkSwitch. За последние полгода компания Power Integrations анонсировала три новых семейства: LinkSwitch-HF, LinkSwitch-LP и LinkSwitch-XT. Как видно, вся схема содержит минимальное количество элементов. Весь инвертор реализован на одной микросхеме, которая содержит высоковольтный полевой транзистор, контроллер и несколько схем защиты (от перегрузки по выходу, перегрева, превышения допустимого уровня входного напряжения).

Рис. 1

Малое количество элементов и высокая частота коммутации (от 66 до 200 кГц) позволяет расположить всю конструкцию сетевого источника питания на односторонней печатной плате размером со спичечный коробок.

На рис. 2 приведена основная топология печатной платы. Данная топология рекомендуется компанией Power Integrations для построения импульсных источников питания на базе всех своих микросхем.

В данной топологии для охлаждения микросхемы и выпрямительного диода в качестве теплоотвода используется слой медной фольги, который является фрагментом печатной платы.

На рис. 3 представлена схема импульсного источника питания мощностью до 9 Вт, реализованного на микросхеме LNK362P семейства LinkSwitch-XT. Данная принципиальная схема разработана для построения маломощных одноканальных импульсных источников питания с гальванической развязкой и имеет минимальное количество элементов. Она как нельзя лучше подходит для питания видеокамер наблюдения, индустриальных контроллеров и модемов. Благодаря свойствам схемы здесь удалось отказаться от цепи гашения высоковольтного выброса и уменьшить количество элементов. Источник питания работает от сети переменного тока 50 Гц в диапазоне входных напряжений 85-265 В и имеет на выходе стабилизированное постоянное напряжение 6,2 В. Схема содержит: входной высоковольтный выпрямитель (VD1…4), выполненный на четырех стандартных диодах 1N4005; НЧ-фильтр (L1, L2, C1, C2, R1); инвертор U1, выполненный на LNK362P с частотой коммутации 132 кГц; импульсный трансформатор T1; выходной выпрямитель (VD5 — диод 1N4934) и цепь обратной связи с оптронной развязкой (U2, VR1, R2, R3).

Семейство LinkSwitch-LP (LNK562/3/4) очень похоже на LinkSwitch-XT, но работает на более низкой частоте (66/83/100 кГц) и предназначено для использования в маломощных источниках питания с выходной мощностью от 2 до 3 Вт, но с более жесткими требованиями по высокочастотным помехам (рис. 4).

Все микросхемы, выпускаемые компанией  Power Integrations,  имеют встроенную триггерную защиту от перегрузки и короткого замыкания по выходу. Однако существует возможность перевести источник питания в режим стабилизатора тока, что делает возможным использовать данную схему для зарядки аккумуляторов. На рис. 5 представлена принципиальная схема автоматического зарядного устройства, реализованного на микросхеме LNK354P с частотой коммутации 200 кГц.

Данный источник питания отличается от рассмотренного на рис. 4 только наличием обратной связи по току, работает от однофазной сети переменного тока 50 Гц в диапазоне входных напряжений 85-265 В и обеспечивает заряд аккумуляторов стабилизированным постоянным током до 400 мА. Хотелось бы обратить внимание на схему ограничителя высоковольтного выброса, который возникает во время работы источника питания, на выводе D микросхемы. В данной схеме используется стандартный диод 1N4007 (D5) со временем восстановления 2-3 мкс, благодаря которому происходит снижение уровня высокочастотных колебаний, возникающих из-за наличия остаточной индукции рассеивания в цепи первичной обмотки трансформатора. Происходит это потому, что на высокой частоте данный диод не успевает закрываться, и вся энергия ВЧ рассеивается на резисторе R3 (200 Ом). Кроме того, этот резистор ограничивает обратный ток через диод D5 в момент включения мощного транзистора микросхемы.

На рис. 6 представлена диаграмма, поясняющая работу данного зарядного устройства.

Рис. 6

При подключении разряженного аккумулятора источник питания переходит в режим ограничителя (стабилизатора) тока по установленному уровню. Если же напряжение на аккумуляторе достигнет заданной величины, то источник питания перейдет в режим ограничителя (стабилизатора) напряжения и будет находиться в этом состоянии неограниченное время.

Не так давно специалистами Power Integrations было разработано техническое решение (рис. 7) по источнику питания для 3-фазного счетчика электроэнергии на базе микросхемы еще одного маломощного семейства микросхем TinySwitch-II. В стандартную схему включения микросхемы был добавлен высоковольтный полевой транзистор (IRFBC20), что позволило увеличить верхний предел диапазона входных питающих напряжений до 450 В (АС). Источник питания имеет два гальванически развязанных выходных канала. В каждом установлены недорогие маломощные линейные стабилизаторы напряжения (78L05), что обеспечивает независимую стабилизацию и защиту от перегрузки. Так как в техническом задании не требовалась гальваническая развязка одного из вторичных каналов, то была упрощена и цепь обратной связи. Оптопара была заменена биполярным транзистором (КТ3102). Напряжение прочности изоляции второго канала составляет не менее 4 кВ. Трансформатор выполнен на сердечнике Е13 производства компании EPCOS.

Это техническое решение было проверено разработчиками нескольких российских компаний. По данному техническому решению было получено несколько положительных отзывов. В ближайшее время на российском рынке ожидается появление целого ряда электросчетчиков, в которых будут использоваться микросхемы семейств TinySwitch-II, LinkSwitch-HF и LinkSwitch-XT.

Что же дает разработчикам электронной аппаратуры использование микросхем Power Integrations? Первое — сокращение сроков и упрощение разработки источника питания. Второе — снижение габаритов источника питания и, как следствие, всей конструкции. Третье — снижение стоимости устройства. Четвертое — повышение технологичности и надежности устройства (системы) в целом.

*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2005_04_38.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо