Гибридный преобразователь вырабатывает второе входное напряжение

Журнал РАДИОЛОЦМАН, май 2017

Gheorghe Plasoianu

EDN

Довольно часто приложению требуются два напряжения противоположных полярностей, из которых в точной стабилизации нуждается только одно. В этой статье описывается гибридный преобразователь с двумя выходами, объединяющий топологии SEPIC и Кука, положительное выходное напряжение которого может быть как меньше, так и больше входного напряжения (Рисунок 1). Нестабилизированное напряжение отрицательного выхода представляет собой зеркальную копию положительного выхода.

Рисунок 1.	Контроллер светодиодов.

Чтобы рассчитать величины выходных напряжений, мы воспользуемся принципом вольт-секундного баланса индуктивностей и баланса зарядов конденсаторов. Для упрощения вычислений пренебрежем падениями напряжений на MOSFET и диоде, и будем рассматривать только режим непрерывной проводимости.

Рисунок 2.	Эквивалентная схема при открытом ключе.

При включенном MOSFET эквивалентная схема соответствует Рисунку 2, а напряжения на индуктивностях и токи конденсаторов при аппроксимации для малых пульсаций описываются выражениями:

При выключенном MOSFET эквивалентная схема соответствует Рисунку 3, а напряжения на индуктивностях и токи конденсаторов описываются выражениями:

Прировняв к нулю средние за период переключения значения напряжений на индуктивностях и токов конденсаторов, получим:

где D – коэффициент заполнения.

Рисунок 3.	Эквивалентная схема при закрытом ключе.

Решаем эти уравнения относительно V4 и V5:

На практике благодаря действию обратной связи положительное выходное напряжение V4 имеет фиксированную величину.

Совместное решение уравнений для V4 и V5 дает

Отсюда видно, что такая топология лучше всего подходит для случаев, когда разница величин выходных токов невелика.

Если две нагрузки одинаковы, то

и

Вариант схемы с «плавающим» подключением нагрузки показан на Рисунке 4.

Рисунок 4.	Модификация цепи обратной связи для незаземленной нагрузки.

Несимметричное напряжение обратной связи формируется операционным усилителем из дифференциального выходного напряжения, равного

Для схемы на Рисунке 4

где V_FB – напряжение на выводе обратной связи микросхемы LM3488, равное 1.26 В.

При сопротивлении нагрузки R_L = 47 Ом измеренное мною значение выходного напряжения V_OUT равнялось 18 В, а при 94 Ом – 18.02 В. Это означает, что коэффициент стабилизации по току нагрузки равен примерно 0.1 В/А, или 0.55% от величины V_OUT.

Рисунок 5.	Формы напряжений на выводах MOSFET.

На Рисунке 5 показаны формы напряжений на затворе, истоке и стоке MOSFET. Коэффициент заполнения равен примерно 60%.

Ссылки

Материалы по теме