СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №7/2015

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 59 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2015 ственного увеличения общего объё- ма конвертера, но также могут иметь и большое число вариантов реализа- ции. Поэтому, хотя часть излагаемых далее рекомендаций являются полез- ными для однотактных конвертеров вообще, все дальнейшие рассужде- ния будут касаться проблем стабили- зации только в наиболее простых и эффективных устройствах, описан- ных в уже упомянутой статье [1], для которых создание настолько же эффек- тивных и простых цепей стабилиза- ции является относительно сложной задачей. Общуюпроблему создания оптималь- ных цепей стабилизации в AC/DC-кон- вертерах можно разбить на две части, каждая из которых требует отдельно- го решения. Это: 1. Устойчивость; 2. Минимальное число элементов и ми- нимальная потребляемая мощность. У СТОЙЧИВОСТЬ Очевидно, что любой стабилизиро- ванный конвертер представляет собой устройство с отрицательной обратной связью. Естественно, что для обеспе- чения устойчивости таких устройств справедливы те же рекомендации, которые относятся к любым усилитель- ным четырёхполюсникам, охваченным отрицательной обратной связью. В том числе при разработке цепей стабили- зации должны учитываться те же тре- бования, которые относятся к устой- чивым усилительным устройствам с ООС, хотя автоколебательный конвер- тер по основной выполняемой функ- ции является генератором, а не усили- телем. Однако при введении в конвер- тер цепи общей отрицательной связи для стабилизации выходных параме- тров вдобавок к основной функции он превращается в усилитель сигнала обратной связи. Как известно, условием устойчиво- го функционирования цепи обрат- ной связи является её однополюсная АЧХ, вплоть до единичного коэффи- циента передачи в петле усиления сигнала. Хотя нарушение этого усло- вия не сопровождается столь ката- строфическими последствиями, как в усилительных устройствах вслед- ствие ключевого режима работы части узлов конвертера, который не позво- ляет развиться глубокой неустойчи- вости, тем не менее самовозбуждение в цепи стабилизации конвертера так- же нежелательно, поскольку оно спо- собствует нерегулярной работе авто- колебательной секции, вследствие чего может ухудшиться КПД устройства, а также возможен рост уровня высо- кочастотных пульсаций. Кроме это- го существенно увеличивается плот- ность излучаемых конвертером помех. Рассмотрим более подробно цепь стабилизации конвертера (см. рис. 1), выбранного в качестве прототипа. Для определения коэффициента усиле- ния в петле обратной связи для нача- ла выясним, как оценить коэффициент передачи по напряжению генериру- ющего преобразовательного кас- када. Для этого поступим следующим образом. Очевидно, что выходное напряжение автоколебательного каска- да напрямую определяется падением на эмиттерном резисторе ключевого транзистора: если это падение макси- мально, то и выходная мощность кон- вертера максимальна, а если оно равно нулю, то выходное напряжение конвер- тера также равно нулю. Максимальное напряжение на резисторе R6, соответ- ствующее максимальной мощности на выходе конвертера (см. рис. 1), равно примерно 0,7 В. То есть при изменении напряжения на базе VT2 на такую вели- чину выходная мощность конвертера и, соответственно, выходное напряжение при постоянной нагрузке изменяется от нуля до максимума. Откуда , где U вых – это выходное напряжение конвертера в режиме максимальной мощности. Следует отметить, что этот коэффициент учитывает наличие всех элементов от базы VT2 до выходных клемм конвертера, в том числе и нали- чие в схеме трансформатора. Теперь уберём условно из схемы кон- денсатор фильтра C5, поскольку нас интересует усиление в петле на очень низких частотах, на которых ёмкость этого конденсатора не имеет значения, а также стабилитрон VD10 для размы- кания петли обратной связи, после чего на базу транзистора VT3 подадим малый сигнал от низкоомного источ- ника переменного тока. В таком случае ток, втекающий в диод оптрона, будет примерно равен , (1) где B стVT3 – малосигнальный коэффи- циент усиления тока соответствую- щего транзистора, а r э – малосигналь- ное сопротивление эмиттера, равное у маломощных транзисторов едини- цам Ом, R9 – сопротивление соответ- ствующего резистора на рисунке 1. С учётом коэффициента переда- чи CTR оптрона по току, втекающий в базу VT1 ток будет равен значению, полученному в (1), умноженному на CTR. Транзисторы VT1 и VT2 охвачены внутренней обратной связью, поэтому, не вдаваясь в подробности, можно записать, что коэффициент переда- чи по току от базы VT1 до базы VT2 составляет . При этом общий коэффициент пере- дачи в петле стабилизации устройства, показанного на рисунке 1, составит ориентировочно . Допустим, что выходное напряже- ние данного устройства – 5В, а коэф- фициент усиления тока транзисто- ра VT3 равен примерно 100. CTR для оптрона в общем случае зависит от величины его рабочего тока. В дан- ном примере примем его равным 1. В таком случае, с учётом номиналов резисторов, показанных на рисунке 1, коэффициент усиления в петле ста- билизации получается равным при- мерно 15–20 × 10 3 . Следует отметить, что хотя полученное значение явля- ется весьма приблизительным, тем не менее можно утверждать, что усиле- ние в данном устройстве обязательно будет очень большим. Очевидно, что такое усиление является совершен- но бесполезным, поскольку стабиль- ность выходного напряжения рассма- триваемого конвертера будет опреде- ляться не усилением в петле обратной связи, а нестабильностью входящих в неё элементов – в основном, темпе- ратурной нестабильностью стабили- трона VD10 и базо-эмиттерного пере- хода VT3. Однако столь высокое усиление в петле стабилизации оказывается не только бесполезным, но и вредным, поскольку способствует безусловно- му возникновению неустойчивости вследствие наличия в петле стаби- лизации низкочастотного элемен- та, каковым является оптрон. Частота среза коэффициента передачи это- го элемента даже при больших токах © СТА-ПРЕСС