Это просто факт: мне очень нравятся топологии, в которых схемы ШИМ-коммутации и фильтрации сочетаются с устройствами управления питанием, такими как регулируемые микросхемы стабилизаторов напряжения. Такие схемы позволяют создавать ЦАП с выходной мощностью, измеряемой двузначными числами. Например, «Мощный ШИМ ЦАП с выходным током 1.5 А на основе микросхемы LM337» [1].
Простая схема на Рисунке 1 присоединяется к этому популярному семейству, но на фоне своих собратьев выглядит слабой и невзрачной из-за энергопотребления, увеличившегося более чем в 10 раз. Она обеспечивает выходную мощность более киловатта, достигая этого с помощью всего девяти недорогих дискретных компонентов. Вот как она работает.
 |
|
| Рисунок 1. | Постоянная времени, определяющая угол проводимости для quadrac Q2, равна R1C1/D, где D – коэффициент заполнения ШИМ от 0 до 100%. |
Используемый метод управления мощностью заключается в изменении фазового угла проводимости переменного тока с помощью quadrac (также иногда называемого альтернистором). Quadrac – это двунаправленный тиристор, сочетающий в себе функции симистора (коммутирующего силовой каскад) и интегрированного динистора (управляющего симистором).
Они популярны в таких приложениях, как электроинструменты с регулируемой скоростью и диммеры для ламп, поскольку они дешевы, эффективны и долговечны. Приятно также то, что единственными вспомогательными компонентами, необходимыми для управления мощностью переменного тока, являются небольшой потенциометр и времязадающий конденсатор (оба тоже недорогие) для регулировки задержки срабатывания и, следовательно, фазового угла проводимости. Поэтому мощный выход Q2 подключен точно таким же традиционным способом, за исключением потенциометра, роль которого выполняют оптоизолятор Q1 и резистор R1. Коэффициент заполнения (D) входного ШИМ-сигнала, подаваемого на оптоизолятор Q1, определяет его среднюю проводимость и, следовательно, эффективную задержку срабатывания от минимума при D = 1, составляющую примерно 1.7 мс для выходной мощности выше 95%, до задержки при D = 0, которая превышает весь полупериод напряжения переменного тока, равный 8.33 мс. Что означает: выключено. Частота импульсов ШИМ не критична, но должна быть не менее 10 кГц, чтобы избежать возможных раздражающих биений, поскольку она не синхронизирована с частотой сети переменного тока 60 Гц.
Зависимость между D, фазовым углом r и процентом выходной мощности равна интегралу по времени от
что показано на Рисунке 2. (Здесь VPK – пиковое значение напряжения).
 |
|
| Рисунок 2. | Зависимость выходной мощности [VPK×sin(r)]2 от коэффициента заполнения ШИМ. Правая ось – напряжение на конденсаторе C1 (на входе запуска), левая ось – доля полной выходной мощности в зависимости от фазы запуска, а ось X – фаза переменного тока в радианах. |
Поскольку оптоизолятор Q1, в отличие от Q2, не является двунаправленным устройством, для того, чтобы он оставался включенным, несмотря на чередование фаз с частотой 60 Гц, необходим диодный мост D1-D4. Типичный коэффициент передачи тока Q1, равный 80%, требует тока ШИМ-управления порядка 10 мА. Ограничитель тока R2 сопротивлением 330 Ом предполагает использование 5-вольтовой шины питания и низкого выходного сопротивления драйвера. Если какое-либо из этих условий нарушается, потребуется регулировка. Напряжение срабатывания Q2 (напряжение на конденсаторе C1) составляет 38 В ±5 В при максимальной асимметрии ±3 В. Эти допуски накладывают ограничения на точность зависимости D от мощности.
КПД Q2 при полной нагрузке составляет около 99%, но максимальная температура перехода Q2 составляет всего 110 °C. Поэтому, если ожидается выходная мощность более 200 Вт и/или высокая температура окружающей среды, целесообразно обеспечить адекватное охлаждение Q2.
Ссылка
- Stephen Woodward. Мощный ШИМ ЦАП с выходным током 1.5 А на основе микросхемы LM337
Купить H11D1M на РадиоЛоцман.Цены
