RGB - Serwis Elektroniki

Przetrwornice napiêcia wykorzystuj¹ce zoptymalizowany tryb regulacji Average Current Modewewnêtrzn¹ pêtlê sprzê¿enia zwrotnego.· tryb current mode cechuje gorszy parametr „przes³uchów”,cross-regulation. Dla poprawy sytuacji, w uk³adach forward,indukcyjnoœci zastosowane dla celu gromadzeniaenergii nie s¹ niezale¿nymi cewkami, lecz raczej wzajemniesprzê¿onymi (nawiniête na jednym rdzeniu).Czy zatem tryb pr¹dowy sta³ siê lekarstwem, czy Ÿród³emnowych k³opotów? Pytanie jest tym bardziej zasadne, i¿ wymienimykolejne korzyœci jakie oferuj¹ nowoczesne rozwi¹zaniazasilaczy pracuj¹cych w trybie voltage mode.1.3. Inne sposoby zaradzenia wadom trybu napiêciowegoNa kiepsk¹ line regulation prostym i skutecznym lekarstwemjest korekcja feed-forward. Odpowiednio dobrana dajenatychmiastowy efekt. Napiêcie wyjœciowe jest korygowanebez jakichkolwiek opóŸnieñ, propagacji b³êdu przez pêtlê ujemnegosprzê¿enia zwrotnego. W razie potrzeby, mo¿na uk³adlekko przekompensowaæ, co jest kolejnym „stopniem swobody”na etapie projektu zasilacza. Jednak uk³ad stwarza zawszemo¿liwoœæ b³êdu. Current mode stwarza kompensacjê pe³n¹ iprecyzyjn¹ bez dodatkowych zabiegów. Feed-forward jest obwodemniezale¿nym, aczkolwiek zawsze stwarza mo¿liwoœætakiej regulacji nachylenia zbocza przebiegu pi³ozêbnego, abypod¹¿a³o ono za wartoœci¹ napiêcia wejœciowego. Mniej „czytelna”jest zale¿noœæ, i¿ feed-forward kompensuje równoczeœniezmiany wzmocnienia w pêtli spowodowane zmianaminapiêcia wejœciowego. Pozbycie siê tej wady pozwala na „ciaœniejszy”projekt, optymalizacjê marginesu fazy (lub wzmocnienia)do niezbêdnego minimum. Poprawa dynamiki pêtli regulacjijest tak¿e mo¿liwa przez wzrost czêstotliwoœci kluczowania,a tak¹ mo¿liwoœæ stwarzaj¹ wspó³czesne elementy.Wtedy wszystkie k³opotliwe bieguny przesuwaj¹ siê w kierunkuwy¿szych czêstotliwoœci.W ten sposób, co najmniej kilka wad trybu napiêciowegostaje siê nieaktualne lub mniej dokuczliwe. Skoro tak, obydwasystemy obecnie konkuruj¹ na równych prawach. Paradoksalnie,przed konstruktorem staje zadanie trudniejsze, odpowiedniegowyboru. Wypunktujemy teraz ogólne przes³anki przemawiaj¹ceza oboma trybami pracy pêtli sprzê¿enia zwrotnegow przetwornicy napiêcia.1.4. Kiedy wybraæ przetwornicê pracuj¹c¹ w trybiepr¹dowym?Na korzyœæ trybu pr¹dowego przemawiaj¹ nastêpuj¹ce cechyzasilacza:· specyfika obci¹¿enia jest bardziej typu pr¹dowego ani¿elinapiêciowego,· zasilacz wypracowuje wzglêdnie wysokie napiêcie,· dynamika uk³adu jest wa¿n¹ cech¹ zasilacza,· zakres i wahania napiêcia wejœciowego s¹ wzglêdnie niedu¿e,· zasilacz ma konstrukcjê modu³ow¹, w której wiêcej ni¿jeden uk³ad pracuj¹ równolegle,· uk³ad jest typu push-pull (zbilansowanie strumienia magnetycznegow rdzeniu jest szczególnie wa¿ne),· topologia pr¹dowa jest tak¿e atrakcyjna w uk³adach lowcost,gdzie chcemy do minimum ograniczyæ iloœæ elementówpotrzebnych do zbudowania zasilacza impulsowego.1.5. Kiedy wybraæ przetwornicê pracuj¹c¹ w trybienapiêciowym?Topologia voltage-mode (z korekcj¹ feed-forward) jestatrakcyjna dla zasilaczy o nastêpuj¹cych kryteriach:· zasilanie (napiêcie wejœciowe) zmienia siê w szerokichgranicach,· obci¹¿enie cechuje du¿y zakres zmiennoœci,· uk³ady niskopr¹dowe i/lub niskiego napiêcia wejœciowego;zbocze pr¹du s³abo „wynurza siê” z szumów i zak³óceñ,· aplikacje o szczególnie du¿ych zak³óceniach,· zasilacz o kilku napiêciach wyjœciowych z wymogami dobrejcross-regulation,· zasilacze z postregulatorami wykorzystuj¹cymi wzmacniaczemagnetyczne (jak w popularnych zasilaczach komputerowych),· wzglêdnie proste zasilacze w których chcemy unikn¹æ zabiegówtypu slope compensation oraz unikn¹æ komplikacjijak¹ niesie ze sob¹ uk³ad regulacji o dwu pêtlach feedbacku.Mimo przyjêcia zwartej konstrukcji niniejszego opracowania,prezentowana „wyliczanka” okaza³a siê obszerna, dlategoprzechodzimy niezw³ocznie do prezentacji zmodyfikowanegotrybu pr¹dowego Average Current Mode.2. Geneza wad trybu pr¹dowegoW punkcie 1.1 i 1.2 wymieniliœmy „jednym ciêgiem”wszystkie zalety i wady napiêciowego i pr¹dowego trybu pracy,œciœlej uk³adu regulacji zasilacza. Teraz przyjrzymy siê geneziekilku podstawowych wad trybu pr¹dowego, które byæmo¿e, uda siê „uleczyæ”. „Wrodzona” ma³a odpornoœæ na szumyi zak³ócenia spowodowana jest dwoma czynnikami. Uk³adsterowania klucza wykazuje cechy uk³adu cyfrowego. Przerzutnik(decyduj¹cy o stanie klucza) ustawiany jest impulsem,i impulsem jest kasowany. O ile ³atwo zapewniæ ma³¹ wra¿liwoœæna zak³ócenia impulsu Set, o tyle Reset bardzo trudnouchroniæ przed wp³ywem zak³óceñ. Peak Current Mode Controlwykorzystuje nachylenie zbocza pr¹du powsta³e przez ró¿-niczkuj¹ce dzia³anie elementu jakim jest indukcyjnoœæ. Pr¹dklucza odpowiada zwykle pr¹dowi ukszta³towanemu przezindukcyjnoœæ w fazie jego w³¹czenia. Du¿a wartoœæ indukcyjnoœci,niskie napiêcie wejœciowe, g³êboki tryb przewodnictwaci¹g³ego, to czynniki sp³ycaj¹ce nachylenie zbocza wzglêdemsk³adowej sta³ej, na której jest ono „oparte”. Z drugiej strony,z natury szybki komparator wraz z przerzutnikiem Flip-Flopzapamiêta nawet bardzo ma³o energetyczny impuls bêd¹cyefektem szumów i/lub zak³óceñ. Jedyn¹ technik¹ (w gestii konstruktora)ratuj¹c¹ uk³ad przed tak destrukcyjnymi czynnikamijest staranne prowadzenie œcie¿ek obwodu drukowanego,ekranowanie oraz blokowanie kondensatorami linii zasilania,po której zak³ócenia mog¹ wêdrowaæ.Kolejn¹ trudnoœci¹ s¹ b³êdy wynik³e z ró¿nicy wartoœciszczytowej do œredniej pr¹du w indukcyjnoœci. Z zasady uk³adkluczuj¹cy pompuje energiê porcjami, dlatego miarodajna jestwartoœæ œrednia pr¹du w elemencie indukcyjnym zastosowanymw celu gromadzenia energii. Jednak, zasad¹ szczytowegotrybu pr¹dowego jest fakt kontroli wartoœci maksymalnej. Tuz kolei b³¹d jest wzglêdnie niedu¿y, gdy uk³ad pracuje g³êbo-SERWIS ELEKTRONIKI 2/2009 47