Использование токового зеркала для управления источником питания

Управление источником питания может потребоваться во многих приложениях, таких как зарядные устройства, контроллеры солнечных энергоустановок и т. д. Промышленность предлагает большое количество готовых интегральных источников питания, в которых, к сожалению, не предусмотрена возможность простого управления выходом. Как правило, источник питания схематично может быть представлен мощным операционным усилителем, к неинвертирующему входу которого подключен источник опорного напряжения (в зеленом прямоугольнике на Рисунке 1).

Рисунок 1.	Это схема источника питания, стабилизированного обратной связью.

Чаще всего, в микросхемах источников питания (таких, например, как выпускаемые TI приборы семейства Simple Switcher) единственный подходящий для изменения V_OUT вывод, к которому имеется внешний доступ – это инвертирующий вход, управляющий обратной связью (FB на Рисунке 1). Очень простой метод управления FB – это замена R_B на управляемый источник тока, а самый удобный и дешевый способ сделать это – использовать токовое зеркало (Рисунок 2).

Рисунок 2.	В этом источнике питания, управляемым напряжением, используется токовое зеркало.

Точность, которую вы получаете от этой конструкции, связана с точностью токового зеркала, которое вы будете использовать. Если вы решите выбрать классическую двухтранзисторную схему Видлара, важно применять в ней согласованные пары, специально созданные для таких целей, например, BCV61. Такие компоненты легко использовать и в более эффективном токовом зеркале Уилсона с четырьмя транзисторами. Токовое зеркало начинает работать только тогда, когда напряжение V_IN превышает открывающее напряжение база-эмиттер транзисторов зеркала, поэтому на начальном участке наблюдается нелинейность. Все это не создает особых ограничений, если предлагаемая схема является частью контура регулирования, где ошибки компенсируются магией обратной связи.

График на Рисунке 3 иллюстрирует поведение смоделированной в PSpice схемы на Рисунке 2 при V_REF = 1.2 В, когда V_IN изменяется в диапазоне от 0 до 10 В.

Рисунок 3.	На этой диаграмме показано поведение смоделированной в PSpice схемы на Рисунке 2.

Прямая реализация принципа, изображенного на Рисунке 2, показана на Рисунке 4. Здесь хорошо известный импульсный преобразователь LM2596 управляется стандартным токовым зеркалом BCV61.

Рисунок 4.	Вот «разработанное для работы» приложение принципа на Рисунке 2.

Прототип схемы на Рисунке 4 был испытан на линейность с использованием подключенного нестабилизированного источника постоянного напряжения 22 В и генератора пилообразных сигналов с размахом 0-10 В на частоте 5 Гц. Выборки выходного сигнала (при сопротивлении нагрузки 50 Ом) выполнялись с помощью осциллографа. Для проверки времени отклика использовался генератор импульсов (0-8 В, 0.5 с).

Рисунок 5.	Результаты тестирования схемы на Рисунке 4. Слева синяя осциллограмма представляет управляющее напряжение, а красная – выходной сигнал. Справа отклик на прямоугольный импульс показывает, что время нарастания составляет 1 мс, а емкость выходного конденсатора и сопротивление нагрузки обусловливают медленный спад.

Результаты иллюстрируются графиками на Рисунке 5. Схема обеспечивает хорошую линейность (слева) и вполне быстрый отклик на скачок напряжения (примерно 1 мс для достижения заданного уровня). Время спада определяется емкостью выходного конденсатора (220 мкФ) и нагрузкой (50 Ом во время теста).

Материалы по теме

1. Datasheet NXP BCV61
2. Datasheet Texas Instruments LM2596