4.10.3. Обратная связь в многоканальных импульсных обратноходовых преобразователях напряжения

Стабилизация напряжения в импульсных обратноходовых преобразователях может осуществляться за счет отрицательной обратной связи (ООС) с дополнительной обмотки трансформатора или подачей сигнала ООС из выходной цепи. Второй вариант обеспечивает большую стабильность выходного напряжения и меньшее выходное сопротивление. Однако, если выходных напряжений у преобразователя несколько, возникает вопрос, откуда взять сигнал обратной связи? В [23] сравнивается несколько возможных способов формирования этого сигнала и делается попытка ответить на поставленный вопрос.

Построению обратноходовых преобразователей напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5 посвящено достаточно много публикаций, например [31, 60]. Для сравнения различных вариантов подачи сигнала обратной связи был изготовлен макет преобразователя с выходным напряжение 8 В и двумя выходными напряжениями +13 В и −12 В. Основная часть схемы устройства приведена на рис.95. Микросхема включена стандартно как повышающей преобразователь, при этом накопительный дроссель заменен на разделительный трансформатор. Цепь VD1VD2 гасит выбросы на индуктивности рассеяния первичной обмотки. Резистор R3 ограничивает коллекторный ток предоконечного транзистора микросхемы и, соответственно, базовый ток выходного.

На рис. 95 указано: R1-0, 22 Ом; R2-620 Ом; R3-200 Ом; R4, R5-240 Ом, 1Вт; VD1-КС527А; VD2…VD4-1N5818; DA1-KP1156EУ5; C1-100,0×16 В; C2-1500; C3,C4-68,0×15В; U1.1-4N26.

Трансформатор преобразователя намотан на кольцевом сердечнике К20×16×6 из феррита марки М2000НМ1-17. Перед намоткой алмазной ножовкой в кольце пропилен зазор шириной 1,5 мм. Для сохранения прочности кольца в зазор эпоксидной смолой вклеен кусочек стеклотекстолита. В обратноходовых преобразователях очень важна максимальная связь между обмотками, поэтому они выполнены таким образом. Жгутом из семи проводов ПЭШО-0,35 намотано 47 витков, затем секции соединены попарно последовательно. Это образовало обмотки 1, 2 и 3 по 94 витка с индуктивностью около 400 мкГн и обмотку 4 – 47 витков и 100 мкГн.

Рис. 95

Для изучения влияния схемы ООС поочередно один из выходов преобразователя нагружался на резистор сопротивление 100 Ом, при этом проверялось изменение выходного напряжения в каждом его канале. Результаты приведены в табл. 8. Отметим сразу, что при симметричной нагрузке оба выходных напряжения по абсолютной величине всегда изменялись одинаково.

Таблица 8

Канал	Нагруж. канал	Изменение выходного напряжения, В при варианте ООС
		Рис. 96	Рис. 97, Общ., −Uвых	Рис. 97, +Uвых, −Uвых.	Рис. 98	Рис.99
+Uвых	+Uвых	−0,35	−0,31	−0,17	−0,24	0,85
	−Uвых	−0,01	+0,36	0,16	−0,01	−0,56
−Uвых	+Uвых	−0,01	0	0,16	0,11	1,32
	−Uвых	−0,34	0	−0,17	−0,11	−0,84
Макс. отклонение		−0,35	+0,36	−0,17	−0,24	1,32

Самый простой способ подачи сигнала обратной связи – с выпрямителя, питающегося от обмотки 4. В этом случае элементы, подключенные на рис. 95 к входу обратной связи «Comp.» микросхемы DA1 (вывод 5) не устанавливались, была подключена цепь по схеме рис. 96. Этот вариант прост, широко используется в одно- и многоканальных источниках питания, обеспечивает хорошую стабильность при колебания входного напряжения, но выходное сопротивление преобразователя получается довольно большим. Его вполне можно применять при мало меняющихся токах нагрузки. Результаты изменения абсолютной величины выходного напряжения каждого канала при подключении нагрузки в тот же или другой канал приведены в третьей колонке таблицы. Каналы почти независимы – увеличение нагрузки одного из каналов практически не влияет на напряжение в другом.

На рис. 96 указано: R6-4,7 кОм; R7-1 кОм; VD5-1N5818; C5-68,0×15 В. На рис. 97 указано: R7-2,4 кОм; R8-510 Ом; DA2-TL431; C5-0,1. На рис. 98 указано: R6-18 кОм; R7-1,4 кОм; R8-510 Ом; R9-18 кОм; DA2-TL431; C5-0,1. На рис. 99 указано: R6-10 кОм; R7-15 кОм; R8-510 Ом; DA2-TL431; C5-0,1.

Рис. 96 Рис. 97 Рис. 98 Рис. 99

Лучшие параметры преобразователя обеспечивает подача сигнала отклонения выходного напряжения от номинального значения через транзисторный оптрон. Типовая схема формирования ООС при помощи так называемого «регулируемого стабилитрона» TL431 (КР142ЕН19А) приведена на рис. 97. Пока напряжение на входе рассматриваемой цепи мало и между управляющим входом микросхемы DA2 (вывод1) и ее катодом (вывод 2) напряжение мене 2,5 В, ток анода (вывод 3) не превышает 1 мА. Весь этот ток проходит через резистор R8 и не вызывает свечения светодиода U1.2 оптрона U1. При превышении входным напряжением порогового значения анодный ток DA2 резко увеличивается, включается светодиод U1.2 и открывается фототранзистор U1.1 (рис. 95). На вход обратной связи «Comp.» микросхемы DA1 поступает сигнал ООС и напряжение на том выходе преобразователя, к которому подключен вход цепи рис. 97, стабилизируется. Пороговое напряжение устанавливают резистором R6, рассчитывая его по формуле R6 = R7(U_вых /2,5−1).

В одноканальном преобразователе такая цепь стабилизирует выходное напряжение очень жестко. В многоканальном устройстве входы цепи рис. 97 можно подключить к выходу одного из каналов, например, к – U_вых и общему проводу (4-я колонка таблицы). Сопротивление резистора R6 составит 9,1 кОм. В этом случае будет стабилизироваться напряжение 12 В именно в этом канале независимо от того, какой из них нагружен. Напряжение в канале +U_вых уменьшается при подключении нагрузки к каналу –U_вых, причем весьма заметно.

Этот вариант стабилизации имеет смысл применять в тех случаях, когда для одного из каналов (+U_вых) не важна высокая стабильность напряжения, или если по одному из каналов (–U_вых) потребление постоянно. Нередко его также используют, когда мощность, требуемая от одного из каналов, намного больше, чем от другого. В этом случае цепь, изображенная на рис. 97 подключают к первому из них, а во второй устанавливают линейный стабилизатор напряжения.

Если цепь отрицательной обратной связи подключить между выходами +U_вых и –U_вых, стабильным будет суммарное напряжение каналов (5-я колонка таблицы). Сопротивление резистора R6 в этом случае составит около 20,5 кОм. Изменение выходного напряжения каждого канала примерно вдвое меньше, чем у предыдущего варианта, однако ни одно из них не является жестко стабилизированным.

Чем-то средним между двумя предыдущими, как по схеме, так и по результатам, является цепь рис. 98. Можно считать, что в стабилизации с одинаковым «весом» участвуют напряжение в канале –U_вых и суммарное напряжение двух каналов. Соотношение роли напряжений определяется резисторами R6 и R9, в данном случае равными. Изменяя эти резисторы, можно менять влияние каналов друг на друга, приближаясь к одному из рассмотренных выше вариантов.

В литературе можно встретить еще один способ стабилизации выходных напряжений, показанный на рис. 99. Хотя при симметричной нагрузке все варианты по схемам рис. 97...рис. 99 обеспечивают весьма высокую стабильность выходных напряжений, при «перекосе» этот способ резко уступает им. Более того, при увеличении нагрузки в канале +U_вых выходное напряжение обоих каналов увеличивается, причем изменение это в несколько раз больше, чем в любом из предыдущих вариантов. Это означает, что выходное сопротивление по каналу +U_вых имеет отрицательный знак, что может в ряде случаев быть крайне нежелательным.

Каждый из рассмотренных вариантов, кроме последнего, имеет свои преимущества и недостатки, и свои области применения цепей стабилизации выходных напряжений обратноходовых преобразователей.

СЮДА ПОМЕСТИТЬ СХЕМЫ С ФОРМУЛАМИ И ВРЕМЕННЫМИ ДИАГРАМАМИ

МОСТОВЫЕ

ОДНОТАКТНЫЕ прямоходовые

ОБРАТНОХОДОВЫЕ

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ СХ. ПР-ЕЙ

Дальше схемы пр.- й с микропроцессорным управлением и другие способы обозначить…..