RUЭВМ
Вы хотите отреагировать на этот пост ? Создайте аккаунт всего в несколько кликов или войдите на форум.
Сентябрь 2021
ПнВтСрЧтПтСбВс
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930   

Календарь Календарь

Последние темы
» ПЭВМ "Ириша". Модуль контроллера графического дисплея (МКГД).
автор RN1TZ Вс Сен 12 2021, 22:19

» HM-SHA256-v1. (74AC) МФДС - Модули формирования дополнительных слов.
автор Viktor2312 Вс Сен 12 2021, 19:54

» Новые монеты.
автор Viktor2312 Пн Сен 06 2021, 11:36

» HM-SHA256-v1. Теория.
автор Viktor2312 Вт Авг 31 2021, 10:40

» Майнер: Xmrig-proxy
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:51

» Майнер: Xmrig
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:49

» Майнер: Team Red Miner
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:47

» Майнер: T-Rex
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:44

» Майнер: SRBMiner
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:41

» Майнер: PhoenixMiner
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:39

» Майнер: NPlusMiner
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:37

» Майнер: NiceHash-Miner-Legacy-Fork-Fix
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:34

» Майнер: NiceHash-miner
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:30

» Майнер: NBMiner
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:26

» Майнер: Nanominer
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:24

» Майнер: MindMiner
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 13:21

» Майнер: miniZ
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 12:51

» Майнер: lolMiner
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 12:32

» Майнер: GMiner
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 12:25

» Майнер: cpuminer-opt
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 12:21

» Архив сайта spetsialist-mx.ru
автор Viktor2312 Пн Авг 30 2021, 10:33

» ZX Microdrive
автор Shofer Ср Авг 11 2021, 17:06

» "Станция Юных техников в Пятигорске, на Дунаевского 3 - из детства".
автор Viktor2312 Вс Авг 08 2021, 00:28

» Интернет. Статьи, заметки, очерки, разное...
автор Viktor2312 Ср Авг 04 2021, 09:55

» Netbox.Global (NBX) - браузер с инновационной технологией.
автор Viktor2312 Чт Июл 29 2021, 20:58

Самые активные пользователи за месяц
Atari1974
питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. Vote_l10питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. Voting10питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. Vote_r10 
Viktor2312
питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. Vote_l10питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. Voting10питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. Vote_r10 
RN1TZ
питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. Vote_l10питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. Voting10питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. Vote_r10 

Поиск
 
 

Результаты :
 


Rechercher Расширенный поиск


Сетевой источник питания на основе VIPER26xK.

Перейти вниз

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. Empty Сетевой источник питания на основе VIPER26xK.

Сообщение  Viktor2312 Вт Авг 18 2020, 05:07

1
.
Сетевой источник питания с расширенным диапазоном входных напряжений на основе VIPER26xK.

Александр Русу (г. Одесса)

____Преобразователи на базе микросхем VIPER26xK из нового семейства VIPerPlus, разработанного компанией STMicroelectronics, можно с успехом использовать для питания интеллектуальных счётчиков электроэнергии, датчиков для промышленных автоматизированных систем, кабельных модемов, а также в приложениях, которые должны работать от одно- или трехфазных источников электрической энергии постоянного или переменного тока с повышенным напряжением.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372164

____Питание стационарных электронных устройств в большинстве случаев осуществляется переменным напряжением 220 В, получаемым от одной фазы трехфазной промышленной сети. Однако существует ряд приложений, которым принципиально необходимо получать энергию из всех трёх фаз, в том числе и в аварийных режимах, например, при обрыве нулевого или фазных проводов. Решение этой задачи до недавнего времени требовало введения в модули питания дополнительных узлов, увеличивающих как их размеры, так и стоимость.
____Главной технической проблемой при создании любых сетевых источников питания является высокое значение входного переменного напряжения. При использовании трёх фаз действующее значение линейного напряжения на входе источника питания равно приблизительно 400 В. Такая же величина напряжения может быть на входе однофазного источника питания в аварийных режимах работы, например, при обрыве нулевого провода. Поскольку максимально допустимое напряжение «сток-исток» («коллектор-эмиттер») большинства силовых транзисторов, используемых в выпрямительных устройствах, обычно не превышает 800 B, столь высокое напряжение может привести к их пробою, что повлечет за собой отказ всей системы. Это заставляет отслеживать величину входного напряжения и либо аварийно отключать источник питания, либо, если прибор должен работать и в этих режимах, вводить дополнительные ограничители напряжений.
____Очевидно, что такой подход на практике весьма неудобен. Поэтому появление на рынке специализированных преобразователей с расширенным диапазоном входного напряжения позволило значительно упростить схемы источников питания интеллектуальных счётчиков электроэнергии, устройств автоматики, промышленного освещения и кондиционирования, а также ряда других приложений, требующих питания от трехфазной сети переменного тока либо от других высоковольтных источников. Одними из упомянутых преобразователей являются микросхемы VIPER26xK из нового семейства VIPerPlus, разработанного компанией STMicroelectronics.


Ключевые особенности микросхем VIPER26xK.

____Линейка VIPerPlus является дальнейшим развитием семейства микросхем VIPer (Vertical Intelligent Power Enhanced Regulator), содержащих интегрированный полевой транзистор с вертикальным каналом. На их основе можно создавать компактные импульсные преобразователи постоянного напряжения с выходной мощностью до 15 Вт, построенные по понижающей, инвертирующей или обратноходовой схеме. Семейство VIPer выпускается с 2002 года (VIPerPlus – с 2008 года) и за это время приобрело широкую популярность среди разработчиков самых разнообразных устройств.
____Основными ключевыми преимуществами микросхем VIPerPlus являются:

  • высокая степень интеграции, в том числе и благодаря наличию встроенного высоковольтного MOSFET, позволяющая создавать на их основе преобразователи с минимальным количеством внешних компонентов;

  • поддержка нескольких вариантов организации отрицательной обратной связи;

  • использование технологии «качающейся» частоты переключений, уменьшающей спектральную плотность создаваемых помех, что позволяет в ряде случае отказаться от установки на входе традиционных фильтров электромагнитных помех;

  • наличие широкого спектра защит, в том числе и защиты от перегрева, перегрузки по току и короткого замыкания выхода;

  • высокий КПД, позволяющий устанавливать микросхемы на плату без дополнительных внешних радиаторов;

  • привлекательная цена.

____Всё это делает микросхемы VIPerPlus идеальной основой для создания недорогих компактных преобразователей постоянного напряжения, способных работать в широком диапазоне входных напряжений. Очевидно, что при установке на входе источника питания узла выпрямления и сглаживающего фильтра преобразователи постоянного напряжения превращаются в выпрямительные устройства, пригодные для использования в большом количестве приложений, рассчитанных на питание от промышленной сети.
____Большинство микросхем семейства VIPerPlus содержит интегрированный транзистор, максимально допустимое напряжение между стоком и истоком которого равно 800 B. Этого вполне достаточно для создания выпрямителей, работающих в стандартном и даже расширенном диапазонах питающих напряжений (90…280 В), но для приложений с ультрашироким диапазоном входных напряжений на момент написания статьи подходят всего две микросхемы из этого семейства: VIPER265K и VIPER267K.
____Ключевым отличием микросхем VIPER26xK от остальных представителей семейства VIPerPlus является повышенное максимально допустимое напряжение между стоком и истоком интегрированного полевого транзистора, равное 1050 B. Структурная схема (рисунок 1) и технические характеристики (таблица 1) микросхем VIPER265K и VIPER267K практически одинаковы, а отличаются они только порогом ограничения тока стока полевого транзистора, равным, соответственно, 500 и 700 мА.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372194
Рис. 1. Структурная схема микросхем VIPER26xK.

____Таблица 1. Основные технические характеристики микросхем VIPER26xK

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372198

____Максимальная мощность источников питания на основе микросхем VIPER26xK зависит от величины входного напряжения и условий охлаждения. При эксплуатации внутри невентилируемых объёмов, например, внутри корпусов сетевых адаптеров, этот параметр обычно не превышает 10 Вт во всём рабочем диапазоне рабочих напряжений, а при обеспечении необходимого обдува, обеспечивающего требуемое охлаждение кристалла, выходную мощность микросхемы можно увеличить до 20 Вт (таблица 2).
____Таблица 2. Максимальная выходная мощность преобразователей на основе микросхем VIPER26xK при температуре окружающей среды 50⁰С.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372208

____Для стабилизации выходного напряжения в микросхемах VIPER26xK используется метод управления на основе ШИМ с ограничением тока силового транзистора в каждом цикле преобразования. Порог отключения MOSFET зависит от текущего уровня расхождения между выходным и внутренним опорными напряжениями: при уменьшении выходного напряжения ток выключения транзистора увеличивается. При коротком замыкании, когда величина расхождения максимальна, ток стока MOSFET ограничивается компаратором OCP (Overcurrent Protection) схемы защиты от перегрузки по току. При малых токах нагрузки схема переходит в пакетный режим (Burst mode), при котором энергия в выходных конденсаторах пополняется в течение коротких периодов времени, в которые успевает произойти всего несколько циклов преобразования (рисунок 2). В микросхеме также реализован механизм плавного нарастания выходного напряжения при включении (Soft Start).

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372211
Рис. 2. Диаграммы работы микросхем VIPER26xK в режиме легких нагрузок.

____Микросхемы VIPER26xK имеют также защиту от перегрева, отключающую схему при повышении температуры кристалла выше 150⁰С (Thermal Shutdown), а также защиту от выхода напряжения питания микросхемы за пределы допустимого диапазона.
____Для питания внутренних узлов микросхем VIPER26xK предназначен встроенный источник питания на основе стабилизатора тока, подключаемый к стоку полевого транзистора, что позволяет значительно уменьшить количество внешних компонентов, необходимых для запуска микросхемы (рисунок 3). В целом, благодаря высокому уровню интеграции и наличию в составе микросхемы таких узлов как собственный источник питания, усилитель ошибки, датчик тока силового транзистора и многих других, количество внешних компонентов для построения преобразователей на основе VIPER26xK сведено к минимуму.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372212
Рис. 3. Типовая схема включения микросхем VIPER26xK.

____Средняя частота переключений силового транзистора равна 60 кГц, при этом для уменьшения спектральной плотности создаваемых высокочастотных помех она постоянно изменяется в диапазоне ±4 кГц. Такой подход позволяет значительно упростить входные фильтры электромагнитных помех вплоть до полного их исключения, а также упростить процедуру сертификации устройств.
____Микросхемы VIPER26xK наилучшим образом подходят для создания обратноходовых преобразователей – основной схемы преобразования при построении маломощных изолированных выпрямительных устройств. При этом можно использовать несколько вариантов формирования сигналов отрицательной обратной связи, используя в качестве основы напряжение с выходных клемм, передаваемое в схему управления с помощью изолированного (рисунок 4) или неизолированного (рисунок 5) датчика выходного напряжения, или напряжение со вспомогательной обмотки дросселя (рисунок 6), используемой также для питания микросхемы. Очевидно, что в последнем случае точность установки выходного напряжения будет немного хуже. Кроме этого, на основе микросхем VIPER26xK можно создавать преобразователи, построенные по другим схемам, например, по понижающей (рисунок 7).

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372214
Рис. 4. Изолированный обратноходовой преобразователь на основе VIPER26xK.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372224
Рис. 5. Неизолированный обратноходовой преобразователь на основе VIPER26xK.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372227
Рис. 6. Изолированный обратноходовой преобразователь на основе VIPER26xK с регулированием на первичной стороне.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372230
Рис. 7. Неизолированный понижающий преобразователь на основе VIPER26xK.


Оценочная плата STEVAL-VP26K03F.

____Особенностью импульсных источников питания является высокая стоимость ошибок, допущенных во время проектирования и способных проявиться даже через несколько лет эксплуатации серийных образцов. Поэтому разработчики электроники с большой неохотой переходят от старых проверенных решений к новым продуктам, даже если они имеют лучшие технические характеристики. Для ускорения и облегчения этого процесса практически все ведущие производители электронных компонентов выпускают различные ознакомительные наборы, позволяющие оценить возможности того или иного решения, минуя такие долгие и сложные этапы проектирования как разработка принципиальной схемы, трассировка печатных плат и многие другие.
____Именно таким решением является оценочная плата STEVAL-VP26K03F, готовый к использованию двухканальный изолированный источник питания на основе микросхемы VIPER267K с выходной мощностью до 13 Вт (рисунок 8 ). Ключевой особенностью этого преобразователя является ультраширокий диапазон входного переменного напряжения – 85…498 В, при этом плата рассчитана на подключение к трехфазной сети, хотя для её работы достаточно наличия напряжения на любой из трех фаз.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372233
Рис. 8. Внешний вид оценочной платы STEVAL-VP26K03F.

____Входная цепь платы STEVAL-VP26K03F рассчитана на подключение к трёхфазной сети по четырёхпроводной схеме (рисунок 9). Преобразование входного напряжения из переменного в постоянное выполняется с помощью восьми диодов: D1…D8, включённых таким образом, что плату можно подключать к одной, двум или трём фазам как с использованием нулевого провода, так и без него.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372237
Рис. 9. Схема входной цепи платы STEVAL-VP26K03F.

____Для снижения уровня эмиссии высокочастотных помех предназначены дроссели L1…L4, коэффициента ослабления которых вполне достаточно для большинства приложений. Если же плата будет использоваться в оборудовании с более жесткими требованиями к уровню электромагнитной совместимости, то на ней предусмотрено место для установки дополнительного помехоподавляющего дросселя СК1, однако при этом необходимо будет удалить шунтирующие перемычки R0a и R0b.
____Преобразователь постоянного напряжения собран на основе микросхемы VIPER267K по обратноходовой схеме со стабилизацией напряжения на первичной стороне (рисунок 10). Напряжение сигнала отрицательной обратной связи снимается со вспомогательной обмотки (AUX) дросселя Т1 и подаётся на вывод FB микросхемы с помощью делителей напряжения R12 и R13.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372243
Рис. 10. Схема преобразователя платы STEVAL-VP26K03F.

____Основное преобразование параметров электрической энергии осуществляется с помощью компактного дросселя (обратноходового трансформатора) T1 (таблица 3) производства компании Wurth Elektronik. Кроме первичной обмотки, с помощью которой происходит накопление энергии в ферритовом Ш-образном магнитопроводе с немагнитным зазором, дроссель имеет ещё три изолированные обмотки: одну вспомогательную (AUX), используемую для питания микросхемы и стабилизации выходных напряжений, и две вторичные (SEC1 и SEC2), как показано на рисунке 11. Такая конфигурация позволила создать двухканальный источник питания с выходными напряжениями 6 и 12 В с максимальными выходными токами, соответственно, 200 и 700 мА.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372244
Рис. 11. Электрическая схема и габаритные размеры дросселя Т1.

____Таблица 3. Технические характеристики силового дросселя Т1.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372247

____Как и все импульсные преобразователи электрической энергии, выпрямитель, реализованный на плате STEVAL-VP26K03F, критичен к конфигурации дорожек печатной платы. Однако большинство рекомендаций по трассировке проводников, приведённых в технической документации на плату STEVAL-VP26K03F, являются стандартными для всех импульсных источников питания и сводятся к разделению силовых и сигнальных цепей, максимально возможному уменьшению общей длины соединительных проводников, использованию «звездообразной» схемы трассировки общего провода (рисунок 12), а также правильному выбору фильтрующих компонентов.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372249
Рис. 12. Рекомендации по трассировке печатных проводников.

____Технические характеристики платы STEVAL-VP26K03F (таблица 4) позволяют использовать её в большом количестве приложений. Например, она отлично подходит для питания промышленных кабельных модемов, в которых напряжение 12 В будет использоваться для питания аналоговых приёмопередатчиков, а 6 В – для питания узлов цифровой обработки сигналов. В целом преобразователи, реализованные по схемам, аналогичным схеме платы STEVAL-VP26K03F, можно с успехом использовать для питания интеллектуальных счётчиков электроэнергии, датчиков для промышленных автоматизированных систем, а также во многих других приложениях, которые должны работать от источников электрической энергии постоянного или переменного тока с повышенным напряжением.
____Таблица 4. Технические характеристики платы STEVAL-VP26K03F.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372251


Результаты исследований тестовых образцов плат STEVAL-VP26K03F.

____Результаты исследований двух тестовых образцов платы STEVAL-VP26K03F показывают, что её выходные напряжения имеют малый уровень пульсаций, не превышающий 2% для любого из каналов, в промежутке входных напряжений 100…400 В во всём рабочем диапазоне токов нагрузок (рисунок 13). Помимо этого при наличии нагрузки в выходном напряжении присутствует ярко выраженная низкочастотная составляющая с частотой около 250 Гц, причиной которой могут быть неточности, допущенные при расчёте устойчивости контура отрицательной обратной связи. При этом уровень пульсаций на частоте преобразования (60 кГц ±4 кГц) как минимум на порядок меньше.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372289
Рис. 13. Выходные напряжения 6-вольтового (желтая осциллограмма) и 12-вольтового (фиолетовая осциллограмма) каналов при: а) входном напряжении 100 В АС и выходном токе канала 180 мА; б) входном напряжении 400 В АС и выходном токе канала 500 мА.

____При наличии подключённой нагрузки хотя бы на одном из каналов выходные напряжения находились в заявленном производителем диапазоне и составляли 12,6 В при выходном токе 500 мА и 6,1 В при выходном токе 180 мА для первой платы и 12,2 В и 6,05 В для второй платы при тех же выходных токах. Однако при полном отключении нагрузки выходные напряжения обеих плат значительно увеличивались, достигая 18 В для 12-вольтового канала и 9 В для 6-вольтового. Такое поведение выходного напряжения является типовым для обратноходовых преобразователей с регулированием на первичной стороне, ведь в отличие от силовых обмоток SEC1 и SEC2, вспомогательная обмотка AUX, с которой снимается напряжение отрицательной обратной связи, остается под нагрузкой (от этой обмотки осуществляется питание внутренних узлов микросхемы), поэтому появление подобных расхождений неизбежно. При этом обе платы в целом показали неплохую реакцию на резкие изменения выходного тока без значительных всплесков и просадок напряжения (рисунок 14).

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372292
Рис. 14. Выходные напряжения 12-вольтового канала при входном напряжении 220 В АС при изменении выходного тока: а) с 0 мА до 500 мА; б) с 500 мА до 0 мА (6-вольтовый канал отключен).

____Анализ диаграмм в силовой части (рисунок 15) показывает, что при малых входных напряжениях накопительный дроссель Т1 работает в безразрывном режиме, постепенно, по мере увеличения входного напряжения, переходя в разрывный режим даже при значительных токах нагрузок.

питания - Сетевой источник питания на основе VIPER26xK. 31372311
Рис. 15. Напряжение «сток-исток» полевого транзистора (фиолет.) и на вспомогательной обмотке (AUX) дросселя T1 (желт.) при: а) Uвх 100 В АС и I вых канала 180 мА (6-вольтовый канал); б) Uвх 400 В АС и Iвых канала 500 мА (12-вольтовый канал).

____Еще одной особенностью преобразователей на основе VIPER26xK является высокое значение КПД. Анализ температурных режимов оценочных плат STEVAL-VP26K03F показал, что при входном напряжении 400 В АС и выходных токах 180 мА (6-вольтовый канал) и 500 мА (12-вольтовый канал) температура перегрева корпусов микросхем VIPER267K в условиях свободной конвенции воздуха окружающей среды не превысила 30°С, что свидетельствует о малой величине внутренних потерь.


Заключение.

____Обнаружение у оценочных плат STEVAL-VP26K03F ряда специфических особенностей, таких как наличие на выходе низкочастотных пульсаций 250 Гц и увеличение выходного напряжения при отключении нагрузок, в целом никоим образом не сужает сферу применения микросхем VIPER26xK, ведь эти особенности с большой долей вероятности относятся непосредственно к схемотехнике платы, а не к микросхеме VIPerPlus. При этом даже при наличии несущественных недостатков платы STEVAL-VP26K03F данную микросхему можно с успехом использовать для питания достаточно широкого круга устройств, для которых эти недостатки не имеют ключевого значения.
____Не следует забывать, что платы STEVAL-VP26K03F не позиционируются как законченные источники питания. Их задача – лишь быстро оценить возможности применения микросхем VIPER26xK в тех или иных ситуациях, ведь последнее слово всегда остаётся за разработчиком. А анализ схемы платы STEVAL-VP26K03F показывает, что при необходимости работы от источников энергии с ультрашироким диапазоном питающих напряжений использование микросхем VIPER26xK, благодаря наличию интегрированного высоковольтного транзистора и поддержке нескольких вариантов организации отрицательной обратной связи, позволяет уменьшить общее количество компонентов источников питания как минимум на треть. Это является весомым аргументом в пользу выбора микросхем семейства VIPerPlus в качестве основы для создания импульсных источников питания широкого спектра практических приложений.

***


.

_________________
"ЛП & ТИ"
Viktor2312
Viktor2312
Гуру++

Сообщения : 16038
Дата регистрации : 2012-08-10
Возраст : 42
Откуда : Пятигорск

Вернуться к началу Перейти вниз

Вернуться к началу


 
Права доступа к этому форуму:
Вы не можете отвечать на сообщения