СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №7/2015

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 58 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2015 Цепи стабилизации для однотактных преобразователей напряжения Рис. 1. Схема маломощного автоколебательного конвертера Статья посвящена описанию приёмов реализации цепей стабилизации для высокоэффективных однотактных AC/DC-конвертеров средней мощности при соблюдении условий их устойчивости, экономичности и минимального числа компонентов. Владимир Грошев (г. Томск) Маломощный автоколебательный конвертер, схема которого представ- лена на рисунке 1, предназначен для использования в качестве зарядного устройства для аккумуляторов неболь- шой ёмкости. Это устройство выпол- няет функции стабилизированного источника постоянного напряжения и тока и представлено здесь как при- мер выполнения цепи стабилизации в однотактных автоколебательных преобразователях сетевого напряже- ния, выпускаемых серийно. Эта цепь содержит стабилитрон VD10, усилитель VT3, R9 и оптрон DA1, выходной транзистор которого нагру- жен на базо-эмиттерный переход VT1 с параллельно подключёнными к нему резисторами R5 и R6. Транзистор VT1 выполняет одновременно функции устройства ограничения максималь- ного тока через первичную обмотку трансформатора и дополнительного усилителя тока цепи обратной связи. Поскольку сопротивление резисторов R5 и R6 для стабильного ограничения максимального тока через первичную обмотку трансформатора не может быть большим, достаточный началь- ный ток через оптрон обеспечивается с помощью дополнительного источни- ка питания с фильтром на С4, заряжае- мым во время разрядного цикла работы конвертера от обмотки обратной свя- зи через диод VD6. Главным недостатком этого устрой- ства является его непригодность для построения более мощных вариан- тов. Это объясняется как неэффектив- ным режимом коммутации биполярно- го ключевого транзистора, так и боль- шими потерями при выпрямлении, вследствие чего общий КПД устрой- ства оказывается совершенно неудов- летворительным. Однако это не меша- ет широко использовать такие устрой- ства при малой выходной мощности, когда потери не имеют существенного значения. Поэтому практически един- ственной областью применимости кон- вертеров такого типа является исполь- зование их в качестве маломощных источников постоянного тока. Кроме этого следует отметить, что конверте- ры такой структуры можно реализовать практически только на биполярных ключевых транзисторах, что объясня- ется значительно большей крутизной прямой передачи у биполярных тран- зисторов по сравнению с транзисто- рами других типов (например, МОП- транзисторов). В результате проведённых иссле- дований нам удалось не только ре- шить проблемы, связанные с низкой эффективностью конвертеров по- добного типа, но и найти способ выполнения простых и достаточно эффективных конвертеров подобной структуры с ключевым МОП-тран- зистором. Соответствующие нестаби- лизированные преобразователи опи- саны в статье «Сравнительные испыта- ния ключевых транзисторов разного типа» [1]. Нетрудно заметить, что оба конвертера, представленные в этой работе, являются усовершенствован- ным вариантом конвертера, описанно- го в начале статьи. Однако в результате использования новых схемотехниче- ских решений они способны преобра- зовывать мощности в десятки и сотни ватт, причём с эффективностью, пре- восходящей эффективность лучших интегральных аналогов. Однако оказалось, что обеспечить стабильность более мощных конвер- теров с помощью таких же цепей, которые используются в маломощ- ном конвертере, невозможно. Это объ- ясняется тем, что обеспечение стабиль- ного выходного напряжения или тока в AC/DC-конвертерах не является три- виальной задачей. Разумеется, здесь имеются в виду проблемы на уровне схемотехники, а не сложности при включении резисторного делителя между выходом конвертера и входом усилителя обратной связи в готовых микросхемах. При этом сложность реа- лизации цепей обратной связи обыч- но обратно пропорциональна сложно- сти структуры самого конвертера: чем больше элементов в структуре конвер- тера, чем он сложнее и менее эффек- тивен с точки зрения использова- ния полупроводниковых элементов, тем меньше нужно затрат на обеспе- чение его стабильности и тем проще она обеспечивается. Это утверждение верно хотя бы потому, что при нали- чии в структуре самого интегрально- го нестабилизированного преобразо- вателя напряжения нескольких десят- ков (а иногда и сотен) транзисторов, цепи стабилизации могут не только содержать много элементов без суще- © СТА-ПРЕСС