2 GaRR Не спешите. 2

2 GaRR
Не спешите.

2 All
А теперь, по просьбам трудящихся, перейдём к используемой на практике схеме импульсного стабилизатора. Рассмотрим работу однофазной схемы стабилизатора. Возьмём даташит на ISL6524 и посмотрим типовую схему включения (Fig.3.). (Рассмотрение частей, относящихся к линейным стабилизаторам 1,2В, 1,5В и 1,8В оставим за рамками данной темы. )

Входное напряжение стабилизатора (+5В) поступает на верхний ключ, потом на индуктивный накопитель Lout1 и фильтрующий конденсатор Cout1 и далее на выход. Имеется цепь обратной связи с фильтрующего конденсатора Cout1 на вход ОС FB и вход корректирующей ОС цепи COMP. Вход OCSET предназначен для сброса внутренней логики в исходное состояние при включении и защиты от К.З. в цепи нагрузки стабилизатора.

В первый момент времени верхний ключ Q1 открыт. К индуктивности Lout1 приложено напряжение U = Uin - ( Uout1 + Uq1), вызывающее появление в ней линейно-возрастающего тока , который создаёт в ней магнитное поле и одновременно заряжает Cout1. Когда напряжение на Cout1 достигает порога срабатывания ШИМ-контроллера, Q1 закрывается. При этом ток в индуктивности Lout1 прерваться не может за счёт накопленной в магнитном поле энергии. Для того, чтобы он не прерывался и продолжал заряжать Cout1 и открывается ключ Q2 (или диод). Когда ключ Q2 открыт, энергия, запасённая в магнитном поле Lout1 подзаряжает конденсатор Cout1. Ток в индуктивности Lout1 снижается, конденсатор Cout1 разряжается на нагрузку, выходное напряжение снижается до порога срабатывания ШИМ-контроллера и при его достижении цикл повторяется. По сравнению с рассмотренной ранее упрощённой схемой, в данном случае мы имеем меньшие пульсации выходного напряжения за счёт использования запасённой в Lout1 энергии.

Но имеем и свои недостатки - мы не можем позволить себе одновременное управление Q1 и Q2 из-за того, что при пересечении во времени их открытых состояний, через них будет протекать сквозной ток, шунтирующий цепь Lout1 и Cout1. Из-за неидеальности переключательной характеристики ключей - наличия фронтов и спадов тока - нам приходится формировать защитные временные интервалы, что приводит к соответствующему укорочению максимально возможной длительности открытого состояния ключей. Но тут мы имеем дополнительные неприятности со стороны индуктивности - при попытке оборвать текущий через неё ток, она резко увеличивает напряжение на своих выводах...

Вот тут и выявляются требования к Q2 -
1. малое внутреннее сопротивление в открытом состоянии для уменьшения потерь разряда запасённой в Lout1 энергии,
2. малая входная ёмкость для укорочения фронтов переключения и снижения нагрузки на драйвер,
3. увеличенное максимально-допустимое напряжение сток - исток в закрытом состоянии.

Вспомним некоторые особенности мощных полевых транзисторов:
1. Размещение на одном кристалле сотен и даже тысяч элементарных структур либо разветвлённую геометрию элементарной структуры с целью увеличения крутизны характеристики и максимально - допустимого тока стока - расплачиваемся большой входной ёмкостью.
2. Введение в область стока высокоомной области для увеличения максимально-допустимое напряжение сток - исток в закрытом состоянии - расплачиваемся увеличением внутреннего сопротивления в открытом состоянии.
3. Выход из строя при незначительных перегрузках по напряжению, особенно по пробойному напряжению затвора.
4. Зато имеем самоограничение тока стока при токовых перегрузках за счёт падения крутизны при нагреве.

P.S. К краткому описанию работы схемы добавлю несколько формул попроще.
- Для особо любознательных. (Остальные найдут сами )

Uout1 = Uin * G = Uin*tи / T , где tи - время открытого состояния Q1, Т - период частоты внутреннего генератора ШИМ-контроллера.

Пульсации выходного напряжения deltaUcout1 = G*(1-G)*Uin/8*Lout1*Cout1*F*F , где F - частота внутреннего генератора ШИМ-контроллера - Гц, Lout1 - Гн, Cout1 - Ф

Luot1 max = (1-G)Rнагр/2*F , где Rнагр -сопротивление нагрузки стабилизатора - Ом, Luot1 max - максимально допустимая величина индуктивности Luot1 - Гн.

Rout1 = G(Rlout1 + Rq1 + Ri) + (1-G)*(Rlout1 + Rq2) , где Rlout1 - сопротивление потерь Lout1 - Ом, Rq1 и Rq2 - внутренние сопротивления Q1 и Q2 в открытом состоянии - Ом, Ri - внутреннее сопротивление источника питания стабилизатора - Ом, Rout1 - выходное сопротивление стабилизатора - Ом.