Например TDA7294

РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Теги статьи: Добавить тег

БП с синхронным выпрямителем.

Автор: vantik
Опубликовано 20.09.2011
Создано при помощи КотоРед.

Всем привет! Пришла мне как-то идея, сделать себе домой сетевое хранилище. Так как без дела лежала древняя материнка Р3 800Мгц, и пару винтов, оставалось дело только за блоком питания. Найти ATX блок питания было не проблема, но так как я легких путей не искал, решил создать проблем себе на одно место, а именно сделать блок самому да не простой, а с пассивным охлаждением.

Хотелось, чтоб вся конструкция издавала минимальное количество шума, поэтому на материнку был установлен куллер с регулировкой оборотов в зависимости от температуры. При испытании выяснилось, что процессор 800Мгц греется незначительно (40-50°С) и куллер в 80% времени вообще не вращается.

Блок питания, тут немного сложнее, при некотором размышлении была выбрана следующая модель: 


Рис1.

Идея такова, основа AC-DC преобразователь вход 220в выход 12в 10А, итого 120Вт, далее два DC-DC преобразователя c 12в на 5в 10А, и с тех же 12в на 3,3в 10А.

Далее мной более подробно будет рассмотрена схема AC-DC преобразователя из 220в в 12в, а именно его контроллера. Топология была выбрана полумост, по-моему, идеально подходившая для данной задачи.  В чем же прикол? А прикол в том чтобы добиться минимального нагрева блока, чтобы не пришлось его охлаждать принудительно. Но добиться минимального нагрева можно только увеличив КПД.

В импульсных источниках питания с выходами работающим на больших токах, основные потери приходятся на выпрямительные диоды, так как падение напряжения на диоде составляет в среднем  0.6В, то, при выходном токе в 10А, потери будут составлять аж 6Вт! Ух, жарко! Да, вот с этой жарой и приходиться бороться вентиляторам. А как же бороться нам…  С помощью СИНХРОННОГО выпрямления.

Суть синхронного выпрямления - это использование мощных полевых транзисторов,  работающих параллельно с выпрямительными диодами. Они открываются всякий раз, когда выпрямителю нужно проводить ток, тем самым уменьшая падение прямого напряжения до менее, чем 0,1в. Здесь главной проблемой является управление этими транзисторами, так как они должны открываться с задержкой относительно транзисторов первичной части, и закрываться чуть раньше, чтобы не вызывать сквозных токов и исключать опасные режимы работы.  

На сегодняшний день, на рынке электронных компонентов имеется достаточно большой выбор ШИМ-контролеров с  синхронным выпрямлением, правда не всегда имеется возможность купить их в магазинах, да и цены на них не сильно интересные. После некоторого времени напряжения моих не многочисленных извилин, была придумана довольно простая схема для реализации синхронного выпрямления на довольно доступных элементах. Полностью электрическую принципиальную схему я приводить не буду а только отдельные узлы, скажем так, самые интересные.

 


Рис2.

На рис 2 представлена силовая часть преобразователя, схема классическая за исключением выпрямителя, здесь выпрямительные диоды расположены по «минусу», сделано это специально чтобы можно было подключить к ним N-канальные полевики, которые имеют сопротивление канала пониже чем у аналогичных P-канальников, да и стоят поменьше, и управлять ими в нашем случае попроще.

 


Рис3

Контроллер выполнен на базе довольно популярной микросхемы sg3525.Питание на микросхему подается от вспомогательного источника через параметрический стабилизатор. Выходное напряжение преобразователя подается на первую ногу микросхемы через делитель напряжения, на вторую ногу заводится опорное напряжение с 16-й ножки. Остальные элементы нужны для софтстарта, установки частоты генератора у меня она, кстати, составляет 140 кГц и компенсации обратной связи. В общем все стандартно из д.ш. за исключением стабилизатора 78l05 питающего выходной каскад микросхемы. Зачем так сделано, это уже интереснее, а надо это для следующего узла, формирующего импульсы для управления полумостом, ну и наконец, транзисторами синхронного выпрямления. 

 


Рис4.

Работу этого узла разберем по подробней, немного напряжем мозг, и посмотрим, что же здесь происходит, для этого обратим внимание на диаграмму.

 


Рис5.

На верхнем графике показан управляющий импульс приходящий от контроллера SG3525 от одного из его плеч, обозначенным как А. Амплитуда его составляет 5в, так как питание каскада осуществляется от стабилизатора 78l05, длительность нас сильно не интересует. При его появлении происходит следующее: конденсатор C1 через диод D2 и резистор R1 начинает заряжаться, что видно на графике в точке А1. При достижении порогового значения напряжения на входе 1 логического элемента 2-И (микросхемы 74hc08), происходит его переключение точка E1, временной интервал t1-t2 зависит от значения цепочки R1C1. Емкость конденсатора C1 должна быть небольшой в пределах 1-10nF, что бы она максимально быстро разряжалась через диод D1 когда значение импульса принимает нулевое значение временной интервал t3. Подобное происходит и в точке А2, только в обратной последовательности, сначала конденсатор C3 через диод D5 очень быстро заряжается интервал t1, а затем уже через цепочку R3 D6 относительно плавно разряжается интервал t3-t4, при достижении порогового значения на  входе 9 логического элемента 2-И (микросхемы 74hc08), происходит его переключение в 0, точка C1 интервал времени t4. Далее управляющие сигналы с выходов логических элементов E1 и C1 поступают на драйверы, в моем случае это lm5111-1m. Вот так и формируются задержки, необходимые для транзисторов в нашем источнике о которых я упоминал выше.    

Немного о практическом использовании. У меня схема контроллера располагается на вторичной части источника, гальванически развязанная от первичной. Транзисторы полумоста управляются через разделительный трансформатор. Сам контроллер питается от дежурного источника питания, логику 74hc08 можно заменить на аналогичную с 12в питанием, при этом соответственно добавить стабилизатор, например, LM7812 запитав выходной каскад ШИМ-контроллера и логику. Драйверы можно использовать различные главное совместимые по входу с предыдущим каскадом. Входы логики подтянутые резистором R5 к «+» можно использовать для реализации защиты по току, не забывая задействовать 10 вывод микросхемы sg3525, кстати для ее запуска необходимо подтянуть этот вывод к «земле».

Кроме микросхемы sg3525 можно использовать похожие, только обязательно с двухтактным выходом (можно и однотактным дополнив его соответствующим драйвером). Времена задержки t1-t2 и t3-t4 необходимо выбирать в зависимости от скорости включения и отключения транзисторов, у меня они были установлены по 500 наносекунд.

Описывать работу других DC-DC преобразователей (12в-5в и 12в-3.3в), я не буду, так как это уже отдельная тема для статьи. Лучше приведу фотографии действующего устройства.

 


Фотографии блока питания сделаны рядом с материнской платой, чтобы можно было оценить его размеры.



Фото платы контроллера, впаянной вертикально к силовой части блока.


Модули DC-DC преобразователей на 5в и 3.3в.


Здесь видны транзисторы полумоста.


Слева от платы контроллера расположенны транзисторы выпрямителя, кстати irf3710 по два в параллель и без радиатора.

Вот так!

Файлы:
18.jpg


Все вопросы в Форум.




Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

23 1 5
2 0 3