Generowanie napięcia w układzie zasilanym znacznie niższym napięciem powoduje niemało problemów, przy klasycznym podejściu w postaci przetwornicy typu boost. Przykładowo ograniczenia maksymalnego wypełnienia impulsów w danym kontrolerze, mogą uniemożliwić osiągnięcie wymaganego stopnia zwiększenia napięcia. A gdy jest możliwe osiągnięcie tak wysokiego wypełnienia, to nadal wydajność przetwornicy w tak skrajnych warunkach daleka jest od optymalnej. Z drugiej strony możliwe jest obniżenie wymaganego wypełnienia impulsów pod warunkiem zastosowania nieciągłego trybu pracy, jednakże to rozwiązanie także nie jest pozbawione wad - układy takie muszą przenosić duży prąd w impulsach, charakteryzują się większymi stratami i generacją zakłóceń elektromagnetycznych.
Alternatywą dla pojedynczej przetwornicy jest wykorzystanie układu dwustopniowego. W takiej topologii pierwszy stopień podnosi napięcie do pośredniej wartości, a drugi podnosi to napięcie do wymaganego w układzie poziomu. Tego rodzaju system zasilania można skonstruować w oparciu o pojedynczy układ scalony, taki jak LTC3788. Jest to scalony kontroler dwufazowej, synchronicznej przetwornicy typu boost. Układ ten może sterować dowolnymi tranzystorami MOSFET z kanałem typu N.
Układ LTC może być skonfigurowany w taki sposób, że pierwszy stopień układu wykorzystuje wbudowany prostownik synchroniczny. Pozwala to zmniejszyć straty cieplne, zwiększyć wydajność układu i ułatwić zarządzanie odprowadzaniem ciepła w układzie. Maksymalne napięcie wyjściowe przetwornicy w takim układzie wynosi 60 V. Jeśli potrzebne jest większe napięcie niż 60 V, wtedy można uruchomić drugi stopień zawarty w układzie, który może pracować jako opisana poniżej przetwornica asynchroniczna.
Dwustopniowa przetwornica produkuje 140 V z napięcia zasilającego 12 V
Diagram blokowy pokazany na schemacie obok pokazuje w jaki sposób funkcjonuje opisana dwustopniowa przetwornica. Na schemacie blokowym warto zauważyć kilka zasadniczych rzeczy:
* Wyjście pierwszego stopnia (Q1 CINT) podłączone jest do wejścia drugiego stopnia (RS2, L2). Wyjście z pierwszego stopnia nie może być większe niż 40 V, ponieważ maksymalne dopuszczalne napięcie na pinie SENSE omawianego układu wynosi 40 V.
* Napięcie bramki równe 5 V odpowiednie jest dla MOSFETów z wejściem na poziomie TTL, jednakże nie jest wystarczające dla typowych tranzystorów polowych, które wymagają napięcia bramki na poziomie od 7 V do 12 V. Zewnętrzny sterownik bramki - DR - kontrolowany poprzez sygnał BG2, może być wykorzystany do sterowania tranzystorami, tak jak pokazano na schemacie.
* Aby wygenerować napięcie większe niż 60 V na wyjściu z przetwornicy musimy zamienić synchroniczne prostowanie na MOSFETach na prostownik skonstruowany w oparciu o pojedynczą diodę - D1.
Rysunek 2. Kompletny schemat dwustopniowej przetwornicy o napięciu wyjściowym 140 V i prądzie do 1A.
Rysunek drugi pokazuje kompletny schemat opisywanego urządzenia. Tranzystory Q1 i Q2 wraz z indukcyjnością L1 tworzą pierwszy stopień przetwornicy, który generuje napięcie pośrednie wynoszące 38 V. W pierwszym stopniu zastosowano aktywne prostowanie, dla zwiększenia wydajności. Wyjście z pierwszego stopnia podane jest na wejście drugiego, złożonego z tranzystora Q3, diody D1 i indukcyjności L2. Na wyjściu tego stopnia obecne jest 140 V o maksymalnym prądzie 1 A.
Tranzystor Q3 to standardowy MOSFET, sterowany jest poprzez układ LTC4440. Stabilizator LDO oparty o tranzystor Q4 polaryzuje driver bramki, jednakże zamiast stabilizatora liniowego można zbudować w tym miejscu niewielką przetwornicę, np. opartą o LTC3536, co pozwoli na dalsze zwiększenie całkowitej wydajności układu.
Zaprezentowany układ zasilany może być napięciem od 3 V do 36 V. Aby zmniejszyć narażenie układów na przegrzanie przy napięciu zasilającym poniżej 10 V, należy zmniejszyć prąd wyjściowy. Zaprezentowany obok wykres pokazuje wydajność układu dla różnych napięć wejściowych i obciążeń. Drugi wykres pokazuje krzywą rozruchu układu.
Dla napięcia wejściowego 24 V i wyjściowego równego 140 V układ dla prądów w zakresie od 400 mA do 1 A osiąga sprawność 93%. Nie wymaga aktywnego chłodzenia i może w ten sposób bezawaryjnie działać przy pełnym obciążeniu.
Podsumowanie
Zaprezentowany system oparty o układ scalony LTC3788 to wysokiej sprawności dwufazowy kontroler przetwornicy synchronicznej, pozwalający na generację wysokiego napięcia o dużym prądzie. Dwa wyjścia układu połączone mogą być kaskadowo, co umożliwia osiągnięcie bardzo wysokich napięć wyjściowych przy niewielkim napięciu zasilania.
Źródło: http://cds.linear.com/docs/en/lt-journal/LTJournal-V25N3-05-di-LTC3788-VictorKhasiev.pdf
Alternatywą dla pojedynczej przetwornicy jest wykorzystanie układu dwustopniowego. W takiej topologii pierwszy stopień podnosi napięcie do pośredniej wartości, a drugi podnosi to napięcie do wymaganego w układzie poziomu. Tego rodzaju system zasilania można skonstruować w oparciu o pojedynczy układ scalony, taki jak LTC3788. Jest to scalony kontroler dwufazowej, synchronicznej przetwornicy typu boost. Układ ten może sterować dowolnymi tranzystorami MOSFET z kanałem typu N.
Układ LTC może być skonfigurowany w taki sposób, że pierwszy stopień układu wykorzystuje wbudowany prostownik synchroniczny. Pozwala to zmniejszyć straty cieplne, zwiększyć wydajność układu i ułatwić zarządzanie odprowadzaniem ciepła w układzie. Maksymalne napięcie wyjściowe przetwornicy w takim układzie wynosi 60 V. Jeśli potrzebne jest większe napięcie niż 60 V, wtedy można uruchomić drugi stopień zawarty w układzie, który może pracować jako opisana poniżej przetwornica asynchroniczna.
Dwustopniowa przetwornica produkuje 140 V z napięcia zasilającego 12 V
Diagram blokowy pokazany na schemacie obok pokazuje w jaki sposób funkcjonuje opisana dwustopniowa przetwornica. Na schemacie blokowym warto zauważyć kilka zasadniczych rzeczy:
* Wyjście pierwszego stopnia (Q1 CINT) podłączone jest do wejścia drugiego stopnia (RS2, L2). Wyjście z pierwszego stopnia nie może być większe niż 40 V, ponieważ maksymalne dopuszczalne napięcie na pinie SENSE omawianego układu wynosi 40 V.
* Napięcie bramki równe 5 V odpowiednie jest dla MOSFETów z wejściem na poziomie TTL, jednakże nie jest wystarczające dla typowych tranzystorów polowych, które wymagają napięcia bramki na poziomie od 7 V do 12 V. Zewnętrzny sterownik bramki - DR - kontrolowany poprzez sygnał BG2, może być wykorzystany do sterowania tranzystorami, tak jak pokazano na schemacie.
* Aby wygenerować napięcie większe niż 60 V na wyjściu z przetwornicy musimy zamienić synchroniczne prostowanie na MOSFETach na prostownik skonstruowany w oparciu o pojedynczą diodę - D1.
Rysunek 2. Kompletny schemat dwustopniowej przetwornicy o napięciu wyjściowym 140 V i prądzie do 1A.
Rysunek drugi pokazuje kompletny schemat opisywanego urządzenia. Tranzystory Q1 i Q2 wraz z indukcyjnością L1 tworzą pierwszy stopień przetwornicy, który generuje napięcie pośrednie wynoszące 38 V. W pierwszym stopniu zastosowano aktywne prostowanie, dla zwiększenia wydajności. Wyjście z pierwszego stopnia podane jest na wejście drugiego, złożonego z tranzystora Q3, diody D1 i indukcyjności L2. Na wyjściu tego stopnia obecne jest 140 V o maksymalnym prądzie 1 A.
Tranzystor Q3 to standardowy MOSFET, sterowany jest poprzez układ LTC4440. Stabilizator LDO oparty o tranzystor Q4 polaryzuje driver bramki, jednakże zamiast stabilizatora liniowego można zbudować w tym miejscu niewielką przetwornicę, np. opartą o LTC3536, co pozwoli na dalsze zwiększenie całkowitej wydajności układu.
Zaprezentowany układ zasilany może być napięciem od 3 V do 36 V. Aby zmniejszyć narażenie układów na przegrzanie przy napięciu zasilającym poniżej 10 V, należy zmniejszyć prąd wyjściowy. Zaprezentowany obok wykres pokazuje wydajność układu dla różnych napięć wejściowych i obciążeń. Drugi wykres pokazuje krzywą rozruchu układu.
Dla napięcia wejściowego 24 V i wyjściowego równego 140 V układ dla prądów w zakresie od 400 mA do 1 A osiąga sprawność 93%. Nie wymaga aktywnego chłodzenia i może w ten sposób bezawaryjnie działać przy pełnym obciążeniu.
Podsumowanie
Zaprezentowany system oparty o układ scalony LTC3788 to wysokiej sprawności dwufazowy kontroler przetwornicy synchronicznej, pozwalający na generację wysokiego napięcia o dużym prądzie. Dwa wyjścia układu połączone mogą być kaskadowo, co umożliwia osiągnięcie bardzo wysokich napięć wyjściowych przy niewielkim napięciu zasilania.
Źródło: http://cds.linear.com/docs/en/lt-journal/LTJournal-V25N3-05-di-LTC3788-VictorKhasiev.pdf
Fajne? Ranking DIY
