Современная электроника №6/2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2019 Эволюция технических требований к унифицированным модулям питания В статье рассматриваются технические требования к современным унифицированным модулям электропитания, анализируются конкретные примеры их реализации. Анатолий Миронов (maapwr@rambler.ru) Унифицированные модули питания (МП) выпускаются практически все- ми предприятиями, изготавливающи- ми средства электропитания. Тому есть простое объяснение: проведя разработ- ку, такие приборы можно выпускать крупными партиями длительное время. Ещё недавно потребителя устраивал такой минимальный функционал МП, как дополнительныйвывод управления включением с помощью маломощного сигнала логическогохарактераидопол- нительныйвыводподстройкивыходного напряжения в диапазоне ±5...±10%анало- говымспособом. ДлямощныхМПдобав- лялись выводывыноснойобратной свя- зи (ОС) для стабилизациинапряженияна удалённойнагрузке и узел, выравниваю- щийвыходные токиМПприпараллель- ном соединениина выходе. Кроме того, МП должны иметь возможность запу- скатьсяиработать на ёмкостнуюнагруз- ку, иметь хорошуюдинамику выходного напряжения при импульсной нагрузке. КПДМПкак таковое потребителя инте- ресует редко. КПДбольше беспокоит раз- работчика, т.к. малое его значение при- водит к перегреву и, следовательно, к снижениюнадёжностиМП. А такие воз- можности, как защита от перегрева, пере- грузок и короткого замыкания, перена- пряжений на выходе, потребителем даже не рассматриваются. Они просто должны быть, поскольку обеспечивают надёжность МП во всех режимах рабо- тынагрузки, как корректных, так и нет. Но функциональные возможности МП, пусть и самые современные, зафик- сированные единожды в техническом задании, через некоторое время начи- нают устаревать. Причём удельный вес новых требований к унифицированным МП постоянно увеличивается. Рассмо- трим, как изменились некоторые тре- бования к функциональным возмож- ностямМП в последнее время и какими способами разработчики их реализуют. Однимиз важныхтребованийзачастую выступаетнеобходимостьработыМПна увеличеннуюёмкостьнагрузки. Эта зада- чараспадаетсянадвечасти: запускМПна увеличеннуюёмкостьнагрузкииустойчи- вая работа на неё. Вторая часть при пра- вильноспроектированномМПобычноне вызываетдополнительныхтрудностей– увеличеннаявыходнаяёмкостьповыша- ет устойчивостьпреобразователя, улучша- ет егодинамическиехарактеристикипри скачкообразномизменениитоканагруз- ки. Иное дело – запуск. В традиционном МП на запуск отводится определённое время (несколько миллисекунд), в тече- ниекоторыхвыходноенапряжениедолж- нодостичьноминальногозначения. Если этогонепроисходит, узелуправления (УУ) МП трактует это как перегрузку. Следует выключениеМПспоследующимегоавто- матическим включением и следующая попытка запуска. Такой алгоритмделает работу силовых элементов МП безопас- ной. Если после каждой попытки напря- жениенанагрузочнойёмкостиувеличи- вается, то в конце концов оно достигнет номинального значения и запуск завер- шится удачно. Однако при этом время выхода на режим значительно увели- чится, что может быть неприемлемо для потребителя. На рисунке 1 показаны выходные характеристики МП (зависимости 1 и 2), реализующие описанный алгоритм работы. Управляющие контроллеры первых поколений (типаUC3842ианалогичные) в режиме перегрузки по току ограничи- вают ток через силовойключ, а, значит, и среднийвыходной ток. При уменьшении сопротивлениянагрузкиэтоприводит к уменьшению выходного напряжения и напряжения питания контроллера. При достижениипоследнимзначениянапря- жения выключения U ВЫКЛ – к выключе- нию, многократному уменьшениюсред- негопотребляемого токаипоследующе- му за ним увеличению его питающего напряжению до значения напряжения включения U ВКЛ и повторному включе- ниюМП. Контроллерыпоследнихпоко- лений (типа LM5026) реализуют и дру- гойалгоритмзащиты–каждыйимпульс, в течение которого имеет место пере- грузка, формирует на аналоговомвходе компаратора защитыквант напряжения. Выходное напряжение при этом сохра- няется стабилизированным. Когданапря- жение на аналоговомвходе компаратора защиты, увеличиваясь, достигает поро- гового значения, происходит выключе- ниеМПтакже с последующимавтомати- ческимперезапуском. Собственно же значение ёмкости нагрузки, номинальное и максималь- ное, при котором ещё происходит запуск МП, фиксируется в технических условиях (ТУ) в виде некоторой расчёт- нойформулыили таблицы. ВМПсерии МДМ ООО «АЕДОН» [1], например, ука- зывается, что для МП выходной мощ- ностью 30 Вт и номинальным выход- ным напряжением 27 В номинальное значение выходной ёмкости С НОМ , при которомобеспечивается время включе- ния не более 100 мс, составляет 20 мкФ. Максимальное же значение выходной ёмкости С МАКС , при котором гарантиру- ется включение МП, составляет 55 мкФ. АналогичныеМПдругогопроизводителя, ООО «АЭИЭП», имеют значительно бо ′ льшую ёмкостную нагрузочную спо- собность. В [2], например, номинальное значение выходной ёмкости записывает- ся в виде произведения U ВЫХ.НОМ × С НОМ идля указанного МП составляет 2500 В·мкФ. Для выходного напряжения U ВЫХ =27 В значение С НОМ составляет 94 мкФ. Это почти в 5 раз больше, чем у аналога. Испытания указанного модуля показа- ли, что реальная величина выходной ёмкости, прикоторойМПс номинальной активнойнагрузкой запускается «с перво- гораза», составляет 550…650мкФв зави- симости от входного напряжения, т.е. реальное значение U ВЫХ.НОМ × С НОМ состав- ляет более 14 850 В·мкФ! При уменьше- нии токанагрузкимаксимальная выход- ная ёмкость значительно увеличивается. Однако всё чаще потребителям тре- буется реализовать работу МП на экви- валентные выходные ёмкости порядка нескольких сотен тысяч мкФ и более. Такие значения выходной ёмкости тре- буют примененияМПс принципиально другойфункциональной схемой. Вэтом