XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Актуальность применения источников питания типа DC/DC, AC/AC и AC/DC не оставляет сомнений, сейчас практически в любом сложном устройстве имеется свой источник. Его главными параметрами является стабильное напряжение на выходе и широкий входной диапазон, (например, у DC/DC-преобразователя, фирмы VPT – VPT15-2805D входное напряжение находиться в диапазоне 15-50 В, а пиковое значение 80 В), но еще одним главным параметром в модулях питания является их электромагнитная совместимость с остальными устройствами системы, но если этого не удается добиться, то зачастую данную проблему можно решить использованием ЭМС-фильтра.

При разработке источника питания одним из ключевых факторов является сфера применения: разработчику необходимо знать в какой диапазон параметров работы будут попадать значения его разрабатываемого источника питания [1].

Самой популярной схемой преобразователей постоянного напряжения можно назвать понижающую, ведь в реальной условиях, например, в сельском хозяйстве – задача понижения напряжения ставиться намного чаще, чем задача на повышение. А это значит, что при использовании понижающего трансформатора схема имеет вид как на рисунке 1.

Основным главным компонентом данной схемы является схема управления, но также не стоит забывать по паразитные емкости, которые присутствуют на каждом из компонентов, так как именно они приводят в работу саму схему. А именно, благодаря паразитной емкости диода, происходит его открытие/закрытие, что позволяет конденсаторам своевременно заряжаться и разряжаться.

Рис.1 – Схема понижающего преобразователя

Если для анализа и изучения принципа работы данной схемы использовать осциллограф, то получаться осциллограммы близкие к тем, что представленные на рисунке 2.

Рис.2 – Пример осциллограммы источника питания

Для более стабильной работы источника питания необходима качественная схема управления, но не стоит забывать о таком важном факторе как габариты разрабатываемого источника питания [4].

Перед тем как вернуться к выбору микросхемы, заострим вопрос на том, почему важно просчитывать габаритные параметры модуля – так как в мире, на сегодняшний день, насчитывается более десятка фирм с мировым именем по производству источников питания – класса dc/dc-преобразователей, то они и задают габаритные стандарты для модулей (исключения составляют изготавливаемые на заказ модули). Но почему же так важны габариты? Во-первых, это места крепления фланца, а также расстояние для вывода под лепестки питания и выходного напряжения. Во-вторых, это габариты общего изделия, где используется модуль, каждый производитель старается выпускать минимальное по габаритам изделие [2, 3].

А теперь вернемся к самой сути – схеме управления. Одним из ключевых факторов разработки модуля питания является выбор схемы управления, которая должна обеспечить все необходимые параметры работы. При проведении анализа технической документации и datasheets, был сделан вывод, что существует несколько систем классификации микроконтроллеров и схем управления, но для достижения задачи по оптимизации выходных пара-метров, была введена собственная система классификации, использующая четыре интересующих параметра: рабочий ток (1-150 mA), входное номинальное напряжение (3.0 - 12.0 V), отсутствие джамперов для выбора режима работы, типоразмер корпуса должен быть в выбранном значении (SO8; SOT-23), выбор был сделан в пользу - MIC38HC42, так как все основные и интересующие параметры соответствуют заявленным. Так же электрическая схема является наиболее подходящей для использования, при требуемых минимальных габаритах, что является не маловажным [5].

Рассмотрим схему электрическую принципиальную данной микросхемы, она представлена на рисунке 3.

Рис.3 – Схема электрическая принципиальная

Из проделанной работы и анализа различный технической литературы можно сделать вывод о том, что выбор микросхемы является самым важным параметром при проектировании импульсных источников питания, а также правильная разводка и трассировка платы играет существенную роль при проверке на EMI и EMC, одним из ключевых параметров является ширина дорожки и ее длина, не стоит забывать тот факт, что чем она короче, тем меньше “шумит” на осциллограмме. Самым главным критерием при выборе микросхемы является анализ ее рабочих характеристик и специфики работы.

Списоклитературы

1. Zverev I. Untersuchungen energiearmer Prozesse in Stromrichtern: diss. – Verlag.: University of Rostock, 1999. – 193 p. ISBN 3-932633-39-3

2. Lutz J. Halbleiter-Leistungsbaulemente: Physik, Eigenschaften, Zuverlassigkeit: diss. – Heidel-berg.: University of Berlin, 2006. – 297 p. ISBN 3-540-34206-0

3. Беззубцева М.М., В.С.Волков Нанотехнологии в энергетике.- учебное пособие. СПб, СПбГАУ,2012. -133с.

4. Беззубцева М.М. Электротехнологии и электротехнологические установки в АПК – СПб, СПбГАУ,2012.-242с.

5. Инструкция LINEAR TECHNOLOGY CORPARATION – 2005 г. – LTC4011 – Datasheet. – 58с.