Как говорил мой сенсей: есть две панацеи – любовь и отрицательная обратная связь по напряжению, но о первой не рассказывают на курсе электроники.
В прошлой статье я рассказал об общей структуре блока питания, в этой подробно разберу ключевой процесс источника питания – стабилизацию выходного напряжения.
Итак, стабильность. Любая стабильность, что государственная, что схемотехническая, основывается на двух китах – накоплениях и эффективном управлении. Поскольку вариаций схемотехники блока питания достаточно много – давайте рассмотрим самый простой вариант. Он называется обратноходовым преобразователем или для любителей англоязычных терминов Flyback, и в самом примитивном варианте выглядит следующим образом:
Основа этой схемы – двухобмоточный дроссель. Первичная его сторона служит для накопления энергии. Энергия накапливается, пока ключ замкнут. Как только его размыкают, накопленная энергия через вторичную обмотку и диод идет на конденсатор и нагрузку. Голодный такт, пока энергия копится, помогает пережить конденсатор, который тоже выступает в роли накопителя энергии. Собственно, название «обратноходовый» как раз и указывает на то, что питание нагрузки производится при разомкнутом ключе.
Именно на этом принципе построены почти все блоки питания мощностью до 100 Вт. Это просто, дешево и надежно. Мириться приходиться с относительно невысоким КПД, около 85% , относительно большими пульсациями на выходе (все равно милливольты, не страшно) и мучительным процессом разработки. Минимизация компонентов приводит к тому, что всё влияет на всё и разработчики нужны талантливые и опытные или хотя бы удачливые. Но не будем отвлекаться.
Реальный блок питания устроен безусловно кратно сложнее описанного выше, но принцип именно такой. Но где же стабилизация, спросите вы?
Для стабилизации выходного напряжения нам необходимо управлять переключением ключей, подающим питание на обмотки. Принципы организации этого управления такие же, как и в любой саморегулирующейся системе. Помните, что говорил сенсей на ТАУ?
В этой схеме эталонное напряжение сравнивается с реальным напряжением на выходе блока питания и рассогласование этих величин задает алгоритм управления ШИМ-контроллера, который может реагировать на любые проблемы практически мгновенно.
В роли задающего устройства чаще всего выступает схема на основе стабалитрона, ну вы помните, такой интересный диод с интересной вольт-амперной характеристикой (рабочий участок выделен красным).
Откуда взять обратную связь для сравнения?
Можно, например, добавить еще одну небольшую обмотку на импульсный трансформатор и снимать с нее напряжение пропорциональное выходному. Выпрямлять, сглаживать и сравнивать с эталонным. Но это не очень хорошее решение. Блок лишается гальванической развязки между входом и выходом.
Чаще используют контроль выходного сигнала с вторичной обмотки и отделения его через оптопару. В ней используется светодиод, через который проходит ток, пропорциональный значению выходного напряжения. Его свечение воспринимается фототранзистором, который посылает соответствующий электрический сигнал на схему управления.
Дальше просто. Соответственным образом отранжированные сигналы с эталонного задатчика и выхода сравниваются и ШИМ-контроллер регулирует скважность импульсов на трансформаторе (сенсей больше любил термин заполнение) и тем самым корректирует выходное напряжение.
Схема настолько надежна, что колебания выходного напряжения даже при самых лютых разбросах входного напряжения устойчиво держится в допуске не более 2%. Воистину прав был мудрый сенсей и схемотехники прошлого.
Подписывайтесь на наш канал, пишите, какие темы вам интересны, любите силовую технику и да пребудет с вами сила. ОВЕН_СИЛА.
