аа

Силовая электроника №3'2006

Маломощные источники питания для систем промышленной автоматики на микросхемах Power Integrations

Алексей Арбузов


Для обеспечения функционирования и долговременной надежной работы всевозможной промышленной аппаратуры (счетчики электроэнергии, контроллеры, частотные преобразователи и т. п.) зачастую требуются дополнительные источники питания. Основной проблемой при построении импульсных источников питания для этих целей является необходимость работы от трехфазной сети 380 В с просадкой напряжения до 85 В. К тому же требуется, чтобы источник питания продолжал нормально работать при пропадании одной или двух фаз.


Компанией Power Integrations разработаны и выпускаются микросхемы для построения импульсных источников питания в диапазоне выходных мощностей от 0 до 300 Вт. Среди них есть семейства недорогих микросхем, которые специально оптимизированы на мощность до 10 Вт. Не так давно инженерами Power Integrations было разработано техническое решение (рис. 1) для источника питания трехфазного счетчика электроэнергии на базе семейства микросхем TNY-Switch-II. В стандартную схему включения микросхемы был добавлен высоковольтный MOSFET полевой транзистор, что позволило увеличить верхний предел диапазона входных питающих напряжений до 450 В переменного тока. Используя это техническое решение, инженеры компании «Макрогрупп» разработали и изготовили прототипы источников питания и выпустили их виде двух наборов для разработки (DAK — Design Accelerator Kit). Оба источника питания имеют три гальванически развязанных канала с независимой стабилизацией напряжения и защитой от перегрузки по току в каждом канале (благодаря установленным на выходе линейным стабилизаторам). По двум вторичным каналам обеспечивается прочность электрической изоляции (вход/выход) не менее 4,5 кВ, а по третьему каналу — не менее 1,5 кВ. Источники питания отличаются друг от друга тем, что один оптимизирован под однофазную, а другой под трехфазную сеть. На рис. 1 представлена схема импульсного источника питания для трехфазной сети мощностью до 1,5 Вт, реализованного на микросхеме TNY263P семейства TNY-Switch-II. Как видно, вся схема содержит небольшое количество элементов. В ней используются недорогие, доступные на российском рынке радиокомпоненты.

Малое количество элементов и высокая частота коммутации (132 кГц) позволяет разместить все элементы схемы источника питания на односторонней печатной плате размером 115x53 мм. На рис. 2 приведена фотография данного источника питания.

Рис. 2. Топология печатной платы импульсного источника питания мощностью до 1,5 Вт, реализованного на микросхеме TNY263P семейства TNY_Switch_II
Рис. 2. Топология печатной платы импульсного источника питания мощностью до 1,5 Вт, реализованного на микросхеме TNY263P семейства TNY-Switch II

Источник питания работает от сети переменного тока 50 Гц, в диапазоне входных напряжений 85-450 В переменного тока и имеет на выходе три независимых канала со стабилизированным напряжением 5 В. Весь инвертор реализован на одном высоковольтном MOSFET полевом транзисторе и одной микросхеме, которая содержит высоковольтный полевой транзистор MOSFET (до 700 В), контроллер и несколько схем защиты (от перегрузки по выходу, перегрева, превышения допустимого уровня входного напряжения).

В функциональную схему источника питания входят: входной высоковольтный выпрямитель, выполненный на восьми стандартных диодах 1N4007 (VD1…8); двунаправленный НЧ-фильтр (T2, C2, C3, С20); инвертор DA3 на TNY263P с частотой коммутации 132 кГц; импульсный трансформатор (T1) российского производства на сердечнике Е16; выходные выпрямители (VD1, VD7, VD10) на диодах 1N4933; цепь обратной связи с оптронной развязкой (DA5, VD15, R11, R12).

Хотелось бы обратить внимание на схему ограничителя высоковольтного выброса («дребезга»), который возникает на выводе D микросхемы во время работы источника питания. В данной схеме используется стандартный диод 1N4007 (VD6) со временем восстановления 2-3 мкс. Диод не успевает запираться на высокой частоте (1-15 МГц), благодаря чему происходит снижение уровня высокочастотных колебаний. Вся ВЧ-энергия рассеивается на резисторе R5 (100 Ом). Кроме того, этот резистор ограничивает обратный ток через диод VD6 в момент включения высоковольтного транзистора VT1.

Данное техническое решение было проверено разработчиками нескольких российских компаний. Было получено несколько положительных отзывов на это техническое решение. В ближайшее время на отечественном рынке ожидается появление целого ряда электросчетчиков, в которых будут использоваться микросхемы семейств TNY-Switch-II.

На рис. 3 представлена схема импульсного источника питания мощностью до 1,5 Ватт, реализованного на микросхеме TNY263P семейства TNY-Switch-II для однофазной сети.

Как видно, эта схема, так же как и рассмотренная выше, содержит небольшое количество элементов. Фактически изменения произошли только во входной цепи. Были убраны лишние диоды, резисторы и конденсаторы. В остальном различий нет.

Что же дает разработчикам электронной аппаратуры использование микросхем Power Integrations? Первое — сокращение сроков и упрощение разработки источника питания. Второе — снижение габаритов источника питания и, соответственно, всего прибора. Третье — снижение стоимости устройства. Четвертое — повышение технологичности и надежности источника питания в целом.

*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2006_03_58.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

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