Современная электроника №9/2019

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 39 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2019 Рис. 8. Распределение температуры (верхняя сторона = фильтр + конденсаторы) схемы и катушек для P out = 100 Вт (V in = 20 В) Рис. 9. Распределение температуры (нижняя сторона = МОП-транзистор + драйвер затвора) схемы и катушек для P out = 100 Вт (V in = 20 В) ния затворами вместо диодов Шоттки небольших МОП-транзисторов малой мощности или применения двухтакт- ного драйвера на биполярных транзи- сторах, об этом подробно сказано в [1]. При напряжении питания свыше 20 В для управления затворами МОП- транзисторов может использоваться либо емкостной делитель напряже- ния, либо дополнительный источник напряжения DC/DC-преобразователя, например высокоэффективный и ком- пактный модуль питания серии MagI 3 C компанииWurth Elektronik [6]; подроб- нее об этом в [1]. Как уже было сказано, схема, разме- щённая на стороне передатчика, может использоваться и для приёмника. В этом случае резонансный преобразователь работает как синхронный выпрямитель. Но здесь необходимо учитывать, что резонансная частота контура приём- ника в общем случае (отдельные вари- анты будут рассмотрены далее) долж- на быть достаточно близкой к частоте передатчика. Именно это создаёт макси- мальный эффект поглощения энергии. Параллельный колебательный контур на стороне приёмника, который являет- ся вторичной стороной, ведёт себя, как нагрузка со стабилизацией по току, то есть как генератор постоянного вте- кающего тока. Именно это позволяет значительно повысить общую эффек- тивность схемы. Кроме того, ёмкость конденсатора в контуре должна быть выбрана с таким расчётом, чтобы ком- пенсировать влияние на катушку при- ёма энергии всех паразитных индук- тивностей. Если схема настроена долж- ным образом, подчеркнём – должным образом, то приёмник может подавать неиспользованную энергию назад в передатчик, как это делает при работе на нагрузку, например, «идеальный», или «умный», диод компании Linear Technology. В рассматриваемом при- мере – это МОП-транзистор с каналом N-типа. В момент подключения вход- ного напряжения, конечно, если вход- ное напряжение больше выходного, ток через защитный диод транзистора течёт в нагрузку. Транзистор открыва- ется, и падение напряжения на нём рав- но I load × R ds,on (где R ds,on – сопротивление канала транзистора в открытом состо- янии, а I load – ток нагрузки по стоку). Как правило, это напряжение примерно в 10 раз ниже, чем падение напряжения на диодеШоттки. Если напряжение на аноде такого диода меньше, чем на като- де, транзистор закрывается. Что касается пульсаций входного напряжения, для их уменьшения по входу (цепь подачи питания) целесо- образно использовать полимерные и керамические конденсаторы с низким уровнем собственного эквивалентного последовательного сопротивления ESR (Equivalent Series Resistance) (см. рис. 5). Для приведения снятой энергии к воз- можности её практического использова- ния, на стороне приёмника можно уста- новить классический мостовой выпря- митель. Преимущество такого решения заключается в более высоком выходном напряжении, снижении затрат и эконо- мии пространства, но за счёт снижения КПД из-за потерь на диодах. Под нагрузкой частота преобразо- вания и передачи энергии, как прави- ло, не должна превышать 150 кГц, ина- че потери в конденсаторах и катушках колебательных контуров передатчика и приёмника будут слишком большими. Кроме того, предел нормирования кон- дуктивных (наведённых) электромаг- нитных помех на линии питания обыч- но находится выше частоты 150 кГц (но, например, CISPR15 EN55015 для некоторых типов оборудования уста- навливает границы от 9 кГц до 30 МГц, и это надо учитывать) [7]. Поэтому участок 105…140 кГц является наилуч- шим компромиссом, гарантирующим, что вы остаётесь в безопасном диапа- зоне в соответствии с утверждённым в настоящее время диапазоном частот для индуктивной передачи энергии (100…205 кГц). Общий вид одного из вариантов решения системы беспроводной пере- дачи энергии приведён на рисунках 6 и 7, а распределение температур – на рисунках 8 и 9. В следующей части будут рассмотре- ны аспекты, связанные с электромаг- нитными помехами (ЭМП) и вытекаю- щими из этого вопросами соответствия устройств беспроводной передачи энергии большой мощности, которые работают в условиях индустриальной среды, требованиям по электромагнит- ной совместимости. Л ИТЕРАТУРА 1. Nadler A., Som C. ANP032e – High Power Wireless Power Transfer for the Industrial Environment. Wurth Elektronik eiSos GmbH. www.we-online.com/web/en/ electronic_components/produkte_pb/ application_notes/anp032.php. 2. Бейлис А.М. Безопасное использование DC/DC-преобразователей: требования третьей редакции стандарта IEC 60601-1. Компоненты и технологии. 2015. № 11. 3. Рентюк В., Филатов В. Источники пита- ния с высоким пробивным напряжением по изоляции. Безопасность превыше все- го. Компоненты и технологии. 2016. №3. 4. Рагху Н. Выбор катушек для беспровод- ных зарядных устройств. Компоненты и технологии. 2015. № 9. 5. Ли П. Результаты тестирования изоля- ции DC/DC-преобразователей питания драйверов затвора на её устойчивость к частичным разрядам. Компоненты и тех- нологии. 2016. № 7. 6. www.katalog.we-online.de/en/pm. 7. Рентюк В. Что нужно знать об испы- таниях на выполнение требований по ЭМС для изделий коммерческого назначения. Компоненты и техноло- гии. 2017. № 7. .. ..