Неизолированный импульсный преобразователь с двумя выходами для питания бытовых приборов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2017

Fabio Cacciotto, STMicroelectronics

EDN

Реализация многих функций современных бытовых приборов в значительной степени основана на использовании микроконтроллеров и дополнительных схем. Хотя обеспечить изоляцию от сети переменного тока могут обычные трансформаторы с железным сердечником, низковольтное питание микропроцессоров, выходные сигналы которых управляют связанными с сетью силовыми ключами, требуют еще одного уровня электрической изоляции, такой как оптроны или импульсные трансформаторы.

Разработчики могут избежать сложностей и затрат, связанных с добавлением дополнительных компонентов изоляции от неизолированной линии сети переменного тока. Но если получение с помощью автономного импульсного источника питания одного низкого напряжения не вызывает никаких трудностей, получение нескольких напряжений представляет определенную проблему и требует относительно сложной конструкции.

В качестве альтернативы вы можете использовать однокристальный контроллер импульсного преобразователя, такой, например, как Viper22A, выпускаемый STMicroelectronics (IC₁ на Рисунке 1), с помощью которого из напряжения сети переменного тока от 88 В до 265 В можно получить два стабилизированных напряжения суммарной мощностью до 3.3 Вт. При указанных на рисунке номиналах компонентов схема обеспечивает нагрузку напряжениями –5 В ±5% при токе до 300 мА и –12 В ±10% при токе до 150 мА.

Рисунок 1.	Этот автономный импульсный источник питания стабилизирует два выходных напряжения.

В состав Viper22A входят тактовый генератор 60 кГц, источник опорного напряжения, цепь защиты от перегрева и высоковольтный силовой MOSFET, способный рассеивать мощность в несколько ватт. Хотя микросхема Viper22A выпускается в 8-выводном корпусе, для ее работы требуются всего четыре контакта: вход напряжения питания V_DD, вход обратной связи FB, а также выводы истока и стока MOSFET. Остальные выводы – вход резервного питания и дополнительные контакты стока – служат для улучшения отвода тепла в печатную плату.

Резистор R₄ ограничивает броски входного тока и одновременно выполняет функцию защитного предохранителя. Диодом D₁ переменное напряжение сети выпрямляется до эффективного значения порядка 160 В и сглаживается фильтром на элементах C₁, R₁, L₁, и C₂. Помимо сглаживания пульсаций постоянного тока, фильтр снижает электромагнитные помехи до уровня, соответствующего требованиям европейского стандарта 55014 CISPR14. Дополнительное снижение кондуктивных излучений обеспечивает демпфирующий конденсатор C₉, включенный параллельно диоду D₁.

Конденсатор C₃ накапливает положительный заряд в течение времени, когда MOSFET закрыт, и отдает его для питания микросхемы IC₁ напряжением V_DD, когда MOSFET открыт. Обратное напряжение диода D₃ может достигать суммы пикового выпрямленного напряжения сети и максимального выходного постоянного напряжения, поэтому в качестве D₃ следует выбирать диод с быстрым восстановлением, рассчитанный на пиковое обратное напряжение 600 В.

Для обратной связи, замыкающей контур регулирования, используется напряжение V_OUT2. Сумма напряжения база-эмиттер PNP транзистора общего назначения Q₁ и обратного напряжения стабилитрона D₆ устанавливает напряжение V_OUT2 равным –5 В. Стабилитрон D₇ сдвигает напряжение на входе обратной связи микросхемы IC₁ в ее линейный диапазон 0…1 В. Для исключения высокочастотной генерации в цепи обратной связи проводники, идущие к конденсатору C₄, необходимо сделать как можно более короткими. Две обмотки катушки L2 намотаны на гантельном ферритовом сердечнике TDK SRW0913; соотношение витков обмотки определяет выходное напряжение V_OUT1. Для поддержания стабилизации при отсутствии нагрузки на выходе V_OUT1 и полной нагрузке на V_OUT2 между V_OUT1 и общей линией заземления включен дополнительный резистор R₅.

Материалы по теме