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

Szerokie napięcie wejściowe przetwornic kluczem do aplikacji przemysłowych

ghost666 10 Sie 2017 00:29 1887 0
  • Implementując przetwornicę impulsową zawsze trzeba poświęcić część jej sprawności lub zmniejszać gęstość mocy, aby dopasować się do innych wymagań projektu. Na rynku pojawia się coraz więcej aplikacji, które mają bardzo ścisłe i nietypowe wymagani co do systemów zasilania. Idealnie sprawdzają się tutaj przetwornice wykorzystujące kontrolery pracujące w trybie buck, po które coraz chętniej sięgają elektronicy. Tego typu systemy zapewniają dobre parametry elektryczne, jak i dużą elastyczność w aplikacji.

    Myśląc głównie o systemach przemysłowych i telekomunikacyjnych podstawowymi wyznacznikami parametrów przetwornicy będą:

    * Szeroki zakres napięć wejściowych układu, szczególnie dla układów step-down, dzięki czemu tego rodzaju zasilacze są bardzo niezawodne i niedrogie.
    * Elastyczność aplikacji, dzięki narzędziom ułatwiającym projektowanie przetwornicy i przyspieszającym wprowadzenie na rynek gotowego urządzenia.

    Szeroki zakres napięć wejściowych

    Kontroler przetwornicy, pracujący w szerokim zakresie napięć wejściowych zazwyczaj umożliwia także pracę przy dużej różnicy napięć pomiędzy wejściem a wyjściem układu. Pozwala to na bezpośrednią konwersję napięcia zasilającego - typowo 24 V, 28 V, 48 V lub 60 V - do napięcia używanego przez zasilany system, na przykład 12 V, jak pokazano na przykładzie synchronicznej przetwornicy buck, której schemat ideowy znalazł się na rysunku 1, poniżej.

    Szerokie napięcie wejściowe przetwornic kluczem do aplikacji przemysłowych
    Rys.1.Schemat przetwornicy typu buck z kontrolerem umożliwiającym pracę z szerokim zakresem napięć wejściowych i napięciem wyjściowym równym 12 V. Układ charakteryzuje się maksymalnym prądem wyjściowym na poziomie 5 A i częstotliwością przełączania równą 300 kHz.


    Kontroler zaprojektowany do pracy z dużym napięciem wejściowym łatwiej znosi przepięcia i wysokonapięciowe szpilki na wejściu. Dzięki temu zmniejszają się wymagania co do systemów tłumienia przepięć na wejściu układu, a przez to i jego rozmiar oraz cena, bez poświęcania niezawodności takiego systemu. Dzięki znacznie wyższemu maksymalnemu napięciu wejściowemu, niż przewidziane typowo w systemie jest on bardziej niezawodny, co jest niezwykle istotne w krytycznych aplikacjach, takich jak systemy medyczne, przemysłowe i telekomunikacyjne.

    Rysunek 2 pokazuje zależność wydajności przetwornicy z rysunku 1 od prądu wyjściowego z układu. W systemie tym linia VCC układu LM5145 podłączona jest do VOUT, aby zmniejszyć rozpraszanie mocy polaryzacji układu, co pozwala na zwiększenie wydajności systemu przy niskim obciążeniu układu. Dodatkowo, zintegrowane sterowniki bramek tranzystorów MOSFET redukują czasy martwe kluczy tranzystorowych, przez co zmniejszają straty w układzie i zwiększają wydajność przy dużych obciążeniach.





    Szerokie napięcie wejściowe przetwornic kluczem do aplikacji przemysłowych
    Rys.2.Wykres wydajności prezentowanej przetwornicy od obciążenia dla różnych napięć wejściowych.


    Łatwość implementacji

    Aby połączyć wysokie parametry układów scalonych z łatwą ich implementacją, firma Texas Instrumenst udostępnia projektantom urządzeń elektronicznych dedykowane narzędzia do wspomagania projektowania, takie jak WEBENCH - narzędzie PSPICE do modelowania układów oraz bogatą bibliotekę projektów referencyjnych. Dodatkowo, z uwagi na rozmaite zależności rządzące doborem poszczególnych elementów w układzie zasilania, dedykowany dla każdego z kontrolerów prosty kalkulator pozwala na szybkie zaprojektowanie systemu przetwornicy, bez zbędnego trudu.

    Na przykład, na rysunku 3, zaprezentowano projektowanie krok po kroku stabilizatora impulsowego pracującego w architekturze typu buck opartego na kontrolerze LM25145. Układ ten działa przy częstotliwości 500 kHz. Wyjście stabilizowane jest na poziomie 5 V z maksymalnym prądem wyjściowym równym 20 A.

    Opisywany kalkulator można pobrać za darmo z strony Texas Instruments.

    Szerokie napięcie wejściowe przetwornic kluczem do aplikacji przemysłowych
    Rys.3. Kalkulator kontrolera przetwornicy typu buck. Schemat jest generowany automatycznie na podstawie podanych i wyliczonych wartości elementów.


    W kroku pierwszym, jak pokazano na rysunku 3 użytkownik wprowadzić może specyfikacje dotyczące zakresu napięć wejściowych, napięcia wyjściowego, prądu wyjściowego i częstotliwości pracy układu. W kroku drugim możliwy jest dobór indukcyjności przetwornicy, natomiast w kroku trzecim dobiera się zabezpieczenie nadprądowe.

    Dalej, jak pokazano na rysunku 4 dobiera się pojemność wejściową, wyjściową, układ soft-startu, zabezpieczenie przed zbyt małym napięciem oraz układy kompensacji pętli.

    Szerokie napięcie wejściowe przetwornic kluczem do aplikacji przemysłowych
    Rys.4. Kalkulator charakterystyki Bodego dla kontrolera przetwornicy LM25145, podający wydajność i straty mocy na poszczególnych elementach układu.


    Po obliczeniu parametrów tranzystora MOSFET i komponentów pasywnych kalkulator, jak pokazano na rysunku 4 wylicza charakterystykę Bodego i wydajność przetwornicy.

    Podsumowanie

    W dobie wysokich wymagań co do wysokiej skuteczności przetwornicy i niskich kosztów systemu, synchroniczne przetwornice buck o wysokim napięciu wejściowym idealnie wpasowują się w szereg zasilaczy w przemyśle. Bogaty zestaw narzędzi deweloperskich i duża ilość wbudowanych w układy z rodziny LM5145 oraz LM25145 daje ogromną elastyczność w aplikacji tego układu w systemach o prądzie wyjściowym od 5 A do 25 A.

    Źródło: https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2017/06/29/synchronous-buck-controller-solutions-support-wide-vin-performance-and-flexibility


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.