Перейти к содержанию

Как работает ШИМ-контроллер блока питания?

Обновлено Редакция GAW

ШИМ-контроллер — это петля обратной связи, которая держит выходное напряжение равным заданному, меняя длительность импульсов на ключе. В описании Microchip (AN1207, рис. 63–65) она состоит из четырёх блоков.

БлокЧто делаетВ микросхеме
Делитель R1/R2снимает уменьшенную копию выхода VFBвывод обратной связи, в сетевых БП — через оптопару
Усилитель ошибки EAвычитает VFB из опорного VREF, выдаёт сигнал ошибки VXопорный источник, усилитель с цепью компенсации
Генератор и компараторпила на частоте ШИМ; импульс длится, пока пила ниже VXRC-генератор, компаратор, триггер
Драйверпревращает логический сигнал в ток затвора ключадвухтактный выход на MOSFET

В режиме напряжения компаратор сравнивает VX с пилой генератора: пока пила ниже сигнала ошибки, ключ открыт. Вырос выход — усилитель ошибки уменьшил VX, пила пересекает его раньше, импульс короче. Для понижающего преобразователя в непрерывном режиме это прямо задаёт выход:

VOUTVIN=D\frac{V_\text{OUT}}{V_\text{IN}} = D

Режим тока

В контроллере с управлением по току пилу генератора заменяет ток ключа или дросселя (AN1207, рис. 69–70). Импульс начинается с тактом генератора, а заканчивается, когда ток дорастёт до уровня VX: сигнал ошибки стал порогом пикового тока. Отсюда два свойства, которые Microchip перечисляет в AN1114 и AN1207: бросок входного напряжения отрабатывается внутри того же периода, а перегрузка ключа ограничена импульс за импульсом. Плата за это — неустойчивость при коэффициенте заполнения выше 0,5, которую убирает компенсация наклона.

Классический представитель режима тока — UC3842/UC3843, режима напряжения — TL494. Обзор семейств и типовые схемы включения — в разделе «ШИМ-контроллеры импульсных источников».

Что происходит при неисправности

Оборвалась обратная связь — VFB равен нулю, усилитель ошибки выдаёт максимум, компаратор держит максимальную длительность, и выход растёт до срабатывания защиты по напряжению или току. Высох конденсатор в цепи компенсации усилителя — петля возбуждается, блок «свистит», выход пульсирует. Просел опорный источник — выход плывёт вместе с ним.

В сетевом блоке питания контроллер сидит на первичной стороне под выпрямленным напряжением сети. Любые измерения на этой стороне выполняет специалист с развязкой от сети, а работы под напряжением — электрик.

Похожие вопросы

Чем режим тока отличается от режима напряжения?

В режиме напряжения компаратор сравнивает сигнал ошибки с пилой генератора, и любое изменение входа или нагрузки контроллер замечает только по уходу выхода. В режиме тока вместо пилы — ток ключа, поэтому бросок входного напряжения и перегрузка отрабатываются в том же периоде, а ограничение тока получается само собой. По Microchip первый проще и медленнее, второй быстрее и защищает ключ импульс за импульсом.

Зачем в контроллере режима тока компенсация наклона?

Без неё контур пикового тока неустойчив при коэффициенте заполнения больше 0,5: возмущение тока дросселя от периода к периоду растёт. К порогу компаратора добавляют спадающую пилу с крутизной около половины спада тока на паузе — это и есть компенсация наклона.

Можно ли проверить ШИМ-контроллер в сетевом блоке питания осциллографом?

В сетевом блоке контроллер стоит на первичной стороне под выпрямленным напряжением сети, его «земля» не связана с защитной. Такие измерения выполняет специалист с развязывающим трансформатором или дифференциальным пробником; работы под напряжением — дело электрика.

Источники

  1. Microchip. AN1207: Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part II) (DS01207B) — Voltage Loop, Figures 63–65: делитель R1/R2 даёт VFB, усилитель ошибки EA вычитает его из VREF и выдаёт VX; блок ШИМ — компаратор, сравнивающий VX с пилой местного генератора на частоте ШИМ: VCTRL = 1, пока VST < VX; при росте выхода VX падает и коэффициент заполнения уменьшается; Current Mode, Figures 69–74: два контура, выход EA служит порогом для компаратора тока дросселя, импульс ставится в начале периода и снимается, когда ток достиг VX; недостатки — контроль пикового, а не среднего тока и неустойчивость при D > 0,5; лечится наклонным порогом с крутизной в половину спада тока на TOFF (slope compensation)
  2. Microchip. AN1114: Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part I) (DS01114A) — Method of Control, Figures 29–30, Table 1: режим напряжения — один контур, прост, но реагирует на изменения входа и нагрузки только после изменения выхода, медленный, без защиты импульс за импульсом; режим тока — два контура, встроенная компенсация входного напряжения, ограничение тока и защита от КЗ импульс за импульсом, быстрый, для boost, flyback, push-pull и мостов; Equation 3: для понижающего преобразователя в непрерывном режиме VOUT/VIN = D; вход сетевого БП 90–264 В AC
Страница помогла?

Нашли ошибку? ·

Смотрите также