СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 3/2016

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ 94 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2016 Письмо в редакцию: роль ёмкостных накопителей в проектировании системы электропитания С интересом прочитал в журнале «Современная электроника» № 8 за 2015 год статью начальника отдела раз- работки компании ООО «КВ Системы» Олега Негребы. Кратко проблематику сам автор ста- тьи описывает следующим образом: энергопотребление процессорных устройств зависит от динамической загрузки процессора и может менять- ся за короткие промежутки времени. Такая динамика предъявляет жёсткие требования к источнику питания по качеству выходного напряжения при скачкообразном изменении выходно- го тока. Ссылаясь на статью Давида Моррисо- на «Modeling DC-DC Converter Transient Response», автор утверждает, что «огра- ниченное быстродействие обратной связи по напряжению у источников электропитания требует установки между ними и динамической нагруз- кой ёмкостных накопителей энергии». Главный практический PR-посыл статьи можно сформулировать так: «Для решения этих вопросов компа- нией «КВ Системы» были разработа- ны и освоены в серийном производстве модульные изолированные источники КМС, позволяющие за счёт очень боль- шого быстродействия обратной связи по напряжению уменьшить количе- ство, а во многих случаях и полностью исключить накопители энергии, улуч- шив при этом массогабаритные пока- затели всей системы электропитания». Таким образом, автор напрямую связывает выбор элементов выход- ного LC-фильтра (к коим относится и ёмкостный накопитель) импульсных источников с быстродействием обрат- ной связи и даёт команду разработчи- кам – быстродействие этой самой свя- зи очень повышать! Как мне кажется, данные рекоменда- ции разработчикам систем электропи- тания весьма революционны, есть веро- ятность введения в заблуждение поку- пателей модулей КМС (МДМ-А). Очень важно разобраться в трёх понятиях. 1. Что такое медленная обратная связь в импульсных источниках? 2. Могут ли модули КМС (МДМ-А) за счёт большого быстродействия обратной связи во многих случаях полностью исключить накопители энергии и улучшить массогабарит- ные показатели? 3. Что же проповедует в области источ- ников электропитания «иноземный» Д. Моррисон? Н АЧНЁМ С МЕДЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ До сих пор считалось, что LC-фильтр на выходе источника, такого как модуль КМС (МДМ-А), является минимально необходимой и неустранимой частью – основой импульсного преобразователя. Кроме статьи уважаемого Давида Мор- рисона опубликовано много работ по оптимизации таких LC-фильтров, в том числе и отечественных. 1. Различают оптимизацию по устра- нению остатков квантования (пульса- ций рабочей частоты преобразова- теля), оптимизацию по уменьшению воздействия пульсаций входной сети, оптимизацию переходных процессов, вызванных воздействиями со стороны нагрузки, сети и т.д. 2. Для применений, где очень важны массогабаритные показатели исполь- зуют двухзвенные LC-фильтры на выхо- де, а иногда и трёхзвенные. Быстро- действие LC-фильтра является опре- деляющим для быстродействия всего источника. Его частоту среза невозмож- но, по многим ограничениям (в том числе по теореме Котельникова), при- близить даже к половинной частоте преобразования. Типовыми значения- ми для современных источников (при частотах преобразования в диапазоне до 500 кГц) является диапазон частот среза фильтра – примерно 0,5...5 кГц. В этих практических условиях, гово- ря о быстродействии обратной связи, можно смело употреблять термин «бес- конечное» по отношению к быстродей- ствию выходного LC-фильтра. Таким образом, по вопросу быстро- действия обратной связи по напря- жению для импульсных преобразо- вателей следует вывод: за исключени- ем некоторых случаев организации обратной связи сложными способами с многочисленными преобразования- ми, в том числе цифровыми (положе- ние дел с цифровыми обратными свя- зями в источниках электропитания кардинально улучшилось за послед- нее десятилетие), вопрос о пробле- мах «медлительности» обратной свя- зи в импульсных источниках просто не стоит, неактуален и, по всей видимо- сти, является скорее пиар-ходом авто- ра статьи. Медленной обратной связи в им- пульсных источниках сегодня в прак- тическом смысле не существует! О ВОЗМОЖНОСТЯХ МОДУЛЕЙ КМС (МДМ-А) Рассмотрим часть структуры им- пульсного источника электропита- ния, на 99% определяющую реакцию выходного напряжения источника на внешние воздействия – простейший LC-фильтр. При мгновенном увеличе- нии выходного тока, когда скорость изменения тока в индуктивности LC-фильтра в сотни раз меньше, чем скорость наброса нагрузки (на практи- ке нагрузка, например, от микропро- цессора может появиться за 5...10 нс), никакая обратная связь вообще не спо- собна повлиять на скачок напряжения вниз – ни медленная, ни быстрая, т.к. индуктивность LC-фильтра полностью блокирует реакцию силовой части. Поясню, если скачок тока является функцией Хевисайта, то скачок выход- ного напряжения вниз  U =  I × R c , где R c – внутреннее сопротивление конден- сатора LC-фильтра. Тут уж призыв исключить выходной конденсатор (ёмкостный накопитель) приведёт к полной утрате возможности улучшения массогабаритных показате- лей системы электропитания. Как говорится, «поздно пить бор- жоми...». Имеется много не надуманных, а практических случаев нелинейной нагрузки, нагрузки с участками отри- цательного сопротивления, нагруз- ки с противо-эдс, когда от источника требуется обратимость энергетическо- го пути, и многое другое. И в этих случа-