Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Podnoszenie napięcia z 12V do 140V dzięki zaledwie jednemu układowi scalonemu

ghost666 13 Lis 2015 23:50 3783 7
  • 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.

    Podnoszenie napięcia z 12V do 140V dzięki zaledwie jednemu układowi scalonemu


    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.

    Podnoszenie napięcia z 12V do 140V dzięki zaledwie jednemu układowi scalonemu
    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.

    Podnoszenie napięcia z 12V do 140V dzięki zaledwie jednemu układowi scalonemu Podnoszenie napięcia z 12V do 140V dzięki zaledwie jednemu układowi scalonemu
    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!
  • #2 14 Lis 2015 10:25
    viayner
    Poziom 34  

    Witam,
    Wszystko ladnie ale ciut skomplikowany uklad aplikacyjny, ta sama firma dawno temu oferowala uklady z serii LT117xHV (jezeli dobrze pamietam symbol) i byla aplikacja dajaca typowo 100V z 12V z malymi modyfikacjami do 300V, calosc zawierala ten uklad i pare RC, diode i cewke/trafo. Uklady dzialaja u mnie poprawnie do dzis.
    Pozdrawiam

  • #3 14 Lis 2015 14:02
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    viayner napisał:
    Witam,
    Wszystko ladnie ale ciut skomplikowany uklad aplikacyjny, ta sama firma dawno temu oferowala uklady z serii LT117xHV (jezeli dobrze pamietam symbol) i byla aplikacja dajaca typowo 100V z 12V z malymi modyfikacjami do 300V, calosc zawierala ten uklad i pare RC, diode i cewke/trafo. Uklady dzialaja u mnie poprawnie do dzis.
    Pozdrawiam


    Przy jakim prądzie wyjściowym i jakiej wydajności?

  • #4 14 Lis 2015 19:31
    bind2
    Poziom 3  

    Gdzie można kupić ten scalak :)?

  • #5 14 Lis 2015 21:05
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
  • #6 15 Lis 2015 10:33
    pawem1
    Poziom 25  

    ghost666 napisał:
    Podnoszenie napięcia z 12 V do 140 V z pomocą zaledwie jednego układu scalonego
    Tytuł przeczy schematowi przetwornicy, nawet w oryginale "Boost 12V to 140V with a Single Converter IC
    Victor Khasiev", układ ltc4440 też jest układem scalonym.

  • #7 15 Lis 2015 13:55
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    pawem1 napisał:
    ghost666 napisał:
    Podnoszenie napięcia z 12 V do 140 V z pomocą zaledwie jednego układu scalonego
    Tytuł przeczy schematowi przetwornicy, nawet w oryginale "Boost 12V to 140V with a Single Converter IC
    Victor Khasiev", układ ltc4440 też jest układem scalonym.


    Tak, ale można go zastąpić driverem MOSFETa z elementów dyskretnych zawsze, albo FETem z wejściem/bramką TTL.

  • #8 15 Lis 2015 14:55
    viayner
    Poziom 34  

    Witam,
    odnosnie LT1070 to typowa aplikacja bez zewnetrznych kluczy dawala 100V/300mA a 330V/50mA, moze nie za duzo ale bez zadnych elementow dodatkowych po za elementami aplikacyjnymi (2-3R, 2C i 1-2D) a calosc w obudowie z 5cioma nozkami i ewentualnym radiatorem. Chyba troche wygodniejsze w obsludze.
    Zewnetrzny tranzystor oczywiscie podnosi prad.
    Pozdrawiam