Импульсный источник питания для работы в 3-х фазной цепи

Промышленному оборудованию, работающему от трехфазного источника переменного тока, часто требуется вспомогательный блок питания, который может обеспечить напряжение постоянного тока в широком диапазоне входных напряжений. Примеры таких приложений – это промышленные приводы, системы ИБП и счетчики энергии.

Требования к таким источникам питания намного жёстче, чем к стандартным однофазным источникам. Такое оборудование предназначено для использования в промышленной среде, и должно допускать очень широкие изменения напряжения, включая расширенные провалы, скачки в сети и случайные обрывы одной или нескольких фаз. Кроме того, заданный диапазон входного напряжения вспомогательного источника питания должен быть в диапазоне от 57В до 580В.

Проектирование импульсного источника питания для такого широкого диапазона осложнено, в первую очередь, высокой стоимостью высоковольтных МОП-транзисторов и ограничением в цепях управления ШИМ конвертеров для широких значений входных напряжений. Технология StackFET позволяет использовать комбинацию недорогого низковольтного МОП-транзистора, рассчитанного на 600В, и конвертер питания от Power Integrations, для проектирования простого и недорогого импульсного источника питания, способного работать в широком диапазоне входного напряжения.

Рисунок 1. Трехфазный источник питания 3 Вт с использованием технологии StackFET

Рисунок 1. Трехфазный источник питания 3 Вт с использованием технологии StackFET

Схема работает следующим образом. Входное переменное напряжение выпрямляется мостом на диодах D1-D8. Резисторы R1-R4 ограничивают пусковой ток. Применение плавких резисторов позволяет безопасно разорвать цепь в случае фатальной аварии и устраняет необходимость в отдельных предохранителях. П-образный фильтр, состоящий из C5, C6, C7, C8, в связке с L1, фильтрует выпрямленное напряжение.

Резисторы R13 и R15 уравновешивают напряжение на конденсаторах входного фильтра.

Когда встроенный в U1 МОП-транзистор открывается, потенциал на стоке Q1 падает и начинает протекать ток через резисторы R6, R7 и R8, при этом, благодаря емкости стабилитронов VR1-VR3 открывается транзистор Q1. Диод Зеннера VR4 ограничивает напряжение, подаваемое на Q1. После закрытия МОП-транзистора в U1, при условии, что напряжение превысит значение 450В (напряжение на его стоке определяется цепью из VR1, VR2 и VR3), все излишнее напряжение падает на транзисторе Q1. Это ограничивает напряжение сток-исток на U1, в районе 450 В. Любое дополнительное приложенное напряжение будет гаситься транзистором Q1. Такая схема эффективно распределяет сумму выпрямленного входного и обратного напряжения между Q1 и U1. Резистор R9 ограничивает всплески напряжений во время переключения, а цепь фиксации VR5, D9 и R10 ограничивает пиковое напряжение во время обратного хода, возникающее из-за индуктивности рассеяния трансформатора.

Выпрямление напряжения вторичной обмотки трансформатора обеспечивается диодом D1. C2 - выходной конденсатор. L2 и C3 образуют фильтр второго порядка, который снижает высокочастотные пульсации выходного напряжения.

Стабилитрон VR6 открывается, когда выходное напряжение превышает общее падение диода оптопары и VR6. Изменение выходного напряжения вызывает изменение тока через диод оптопары U2, который, в свою очередь, меняет ток на транзисторе в U2B. Когда этот ток превышает пороговый ток вывода FB U1, следующий рабочий цикл блокируется. Регулирование выходного сигнала достигается путем управления количеством совершённых и пропущенных рабочих циклов. В активном режиме, при достижении лимита тока U1 происходит завершение цикла. Резистор R11 ограничивает ток оптопары во время переходной нагрузки, а также задает коэффициент усиления в петле обратной связи. Резистор R12 обеспечивает ток смещения для стабилитрона VR6.

Эта схема защищена от потери обратной связи, короткого замыкания на выходе и перегрузки благодаря встроенным функциям IC U1 (LNK 304). На трансформаторе не требуется дополнительной обмотки смещения, так как U1 получат питание непосредственно с истока интегрированного МОП транзистора. C4 поддерживает работу встроенного источника питания.

Статья Power Integrations. Перевод Макро Групп. Ссылка на оригинал статьи.