Активный шунт-регулятор

На сегодняшний день импульсные AC-DC преобразователи имеют лидирующие позиции среди аналогов. Наиболее популярной топологией для импульсных преобразований является обратноходовая топология. Еще одной причиной популярности является довольно простой и недорогой способ построения многоканального источника питания, который обеспечивается путем простого добавления дополнительных вторичных обмоток к трансформатору.

Как правило, обратная связь берется с выхода, требующего максимально точного выходного допуска. Затем этот выход определяет отношение напряжений для всех других вторичных обмоток. Однако, из-за эффекта рассеяния индуктивности не всегда возможно добиться нужных точностей регулировки выходных параметров для различных каналов, особенно в случае небольшой нагрузки (или ее отсутствия вовсе) на главном канале и полной загрузки вторичных каналов.

Пост-регуляторы и пред-нагрузки могут применяться для стабилизации выходных вторичных каналов. Однако их использование увеличивает конечную стоимость и снижает эффективность изделия, что делает их менее привлекательными для потребителей. Эта проблема встает особенно остро в связи с тенденциями ужесточения стандартов для источников питания в работе без нагрузки или находящихся в режиме ожидания.

Решение, представленное на изображении 1 называется «Активный шунт-регулятор» и позволяет достичь параметров в соответствии с вводимыми стандартами и при этом сохранить приемлемый бюджет конечного устройства.

Изображение 1. Активный шунт-регулятор для многоканальной обратноходовой топологии

Схема работает следующим образом. В то время, как выходы находятся в пределах регулирования, делитель напряжения R14 и R13 транзистор включен Q5, который отключает Q4 и Q1. Когда в этом режиме работы ток проходит через Q5 происходит небольшая предварительная нагрузка для выхода 5 В.

Номинальная разница напряжений 5 В выхода и 3,3 В выхода составляет 1,7 В. Когда нагрузка на выходе 3,3 В начинает увеличивать ток потребления без соответствующего увеличения тока на выходе 5 В, то напряжения на выходе 5 В будет увеличиваться относительно напряжения 3.3 В. В тот момент, когда разница в номинальных напряжениях превысит 100 мВ, Q5 закрывается, это вызывает открытие Q4 и Q1, что в свою очередь позволяет току выхода 5 В питать нагрузку на выходе 3,3 В и уменьшить разницу в дрейфе напряжения.

Ток через Q1 определяется возникающей разностью напряжений между главным и вторичным каналом и позволяет сохранить исходное отношение напряжений в не зависимости от нагрузки, даже в случае, когда выход 3.3. нагружен на 100%, 5 В работает без нагрузки. Согласованность Q5 и Q4 нивелирует температурный дрейф параметров, так как изменение VB-E одного транзистора компенсируется изменение на другом. Диоды D8 и D9 не требуются, но уменьшают рассеяние мощности в Q1, что избавляет от необходимости иметь радиатор.

Поскольку схема реагирует только на относительные различия между двумя напряжениями, она в значительной степени неактивна при полной нагрузке и малой нагрузке. Поскольку шунт подключен от выхода 5 В к выходу 3,3 В, активные потери мощности в схеме уменьшаются на 66% по сравнению с шунтирующим регулятором, который подключен к земле. В результате эффективность остается высокой при полной нагрузке, а энергопотребление во всем диапазоне нагрузки остается низким.

Статья Power Integrations. Перевод Макро Групп.