wersja mobilna
Online: 640 Poniedziałek, 2016.12.05

Technika

Metoda precyzyjnej regulacji prądu wyjściowego

piątek, 03 grudnia 2010 12:03

Separowane przetwornice zaporowe (offline flyback converter) są obecnie powszechnie stosowane w zasilaczach o małej mocy wyjściowej lub zasilaczach dla diod LED. Ich zadaniem jest stabilizacja wyjściowego napięcia lub prądu, zwykle za pośrednictwem znajdującego się po stronie wtórnej obwodu sprzężenia zwrotnego. Obwód ten przekazuje za pośrednictwem złącza optycznego sygnał sterujący ze strony wtórnej do modulatora PWM po stronie pierwotnej.

Rys. 1. Schemat separowanej przetwornicy zaporowej (flyback) ze sterownikiem w obwodzie pierwotnym (PRS) wraz z ilustracją przebiegów napięcia i prądu

W modulatorze sygnał sterujący wyznacza czas przewodzenia tranzystora MOSFET włączającego transformator, kontrolując w ten sposób moc dostarczaną do wyjścia. Wadą takiego tradycyjnego rozwiązania jest duża liczba elementów, co za tym idzie mniejsza niezawodność i większy koszt.

Nowa metoda TrueCurrent pozwala stabilizować prąd wyjściowy przetwornicy flyback od strony pierwotnej (PSR) bez użycia jakichkolwiek elementów obwodu sprzężenia zwrotnego znajdujących się po stronie wtórnej (rys. 1). Prąd wyjściowy IO można obliczyć znając prąd pierwotny iPK i czas w którym pojemność wyjściowa CO po stronie wtórnej jest rozładowywana tROZ.

IO = 1/2tS⋅(iPK⋅NP/NW⋅tROZ)

gdzie tS jest okresem przebiegu przełączania dla sterownika, a NP i NW oznaczają liczby zwojów uzwojeń pierwotnego i wtórnego w transformatorze.

Prąd pierwotny iPK można otrzymać przez wewnętrzną detekcję IPK w sterowniku zasilacza, a czas rozładowania po stronie wtórnej tROZ przez próbkowanie pomocniczego uzwojenia transformatora, ponieważ sumaryczne napięcie wyjściowe UO z napięciem przewodzenia diody wtórnej UD odpowiada w uzwojeniu dodatkowym wyrażeniu (UO + UD)·NP/NW. Ponieważ napięcie przewodzenia diody maleje wraz z prądem po stronie wtórnej, metoda z próbkowaniem może być wykorzystana do wyznaczenia tROZ, jak pokazano na rys. 1.

Rys. 2. Charakterystyka napięciowo-prądowa przetwornicy z układem FSEZ1216B o mocy 3,5W

W systemie TrueCurrent sterownik korzysta z tej informacji do kontrolowania czasu przewodzenia tranzystora MOSFET, a zatem do stabilizacji stałego wyjściowego prądu IO. Przy okazji uzyskiwana jest informacja o wartości napięcia wyjściowego, wykorzystywana do jego regulacji. Przykładem przetwornicy działającej na tej zasadzie jest układ FSEZ1216B firmy Fairchild Semiconductor. Może on dostarczać napięcie od 4,75-5,25V przy prądzie 0,7-0,9A.

Krzywe napięciowo-prądowe (rys. 2) wykazują stabilność napięcia wyjściowego w granicach 3,3% wartości nominalnej przy napięciu wejściowym od 90 do 264VAC i w pełnym zakresie obciążeń. Stabilność prądu wynosi 2,64% przy napięciu foldback równym 2V. Eliminacja obwodu próbkowania sygnału analogowego po stronie wtórnej z wykorzystaniem optoizolatora poprawia też sprawność zasilacza i niezawodność działania przetwornicy. Są to zalety istotne np. dla ładowarek baterii, i sterowników LED, pozwalające zmniejszyć wymiary i zwiększyć sprawność zasilaczy. (KKP)