УДК 004.94

Моделирование схемы управления питанием в программной среде Multisim

Козлов Иван Станиславович – магистрант Дальневосточного федерального университета.

Аннотация: Рассмотрены особенности моделирования в Multisim схемы управления питанием при помощи широтно-импульсной модуляции с применением MOSFET-транзистора.

Ключевые слова: моделирование, силовой ключ, широтно-импульсная модуляция, драйвер.

Драйвер силового ключа призван обеспечить преобразование уровней напряжения и согласование низковольтной части системы управления, имеющей, как правило, однополярное питание, и высоковольтной части, к которой часто приложено двуполярное напряжение с высоким потенциалом.

Высоковольтные силовые ключи, имеющие значительные паразитные емкости, способны накапливать большие заряды в области затвора. Для рассасывания или накапливания такого заряда необходимы большие входные токи драйвера, которые будут обеспечивать переключение транзисторов.

Драйверы силовых ключей оснащены механизмами защиты как самого драйвера, так и управляемых ключей. Это позволяет выполнять формирование выходных управляющих сигналов согласно определенным алгоритмам, чтобы предотвратить выход системы из строя в аварийной ситуации.

Применение силовых ключей напрямую связано с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией), которая может использоваться, например, при регулировке яркости ламп. Силовой ключ задает мощность, подаваемую на схему управления ШИМ, что приводит к изменению силы тока в цепи нагрузки.

В данной схеме, представлена на рисунке 1 используется оптический драйвер для подачи необходимого напряжения на затвор полевого транзистора и осуществления гальванической развязки между силовой частью и микроконтроллером. Оптическая изоляция также имеет низкие задержки при переключении, соответственно, высокое быстродействие. Время задержки лежит в пределах от 0,15 мс до 0,5 мкс. Данные свойства необходимы для качественной работы ШИМ контроллера.

Рисунок 1. Схема управления питанием.

Питание драйвера, выполненного на полевом транзисторе. осуществляется при помощи сетевого трансформатора с коэффицеинтом трансформации (1):

(1)

Напряжения с выходных обмоток трансформатора выпрямляются диодными мостами. Далее выпрямленные напряжения поступают на интегральные стабилизаторы, включенные по типовым схемам: на входах и выходах стабилизаторов присутствуют как электролитические конденсаторы большой емкости, так и керамические, предназначенные для сглаживания высокочастотных пульсаций. Интегральный стабилизатор понижает входное напряжение до требуемого уровня и обеспечивает его постоянство, зависящее от коэффициента стабилизации.

Для питания модуля связи и управляющей схемы (контроллера) требуется напряжение питания 3,3 В. Для питания драйвера требуется 15 В.

Для защиты входа от перенапряжения в цепи питания оптического драйвера используется стабилитрон, который на выходе даёт стабильное напряжение +15,6 В, осцилограмма которого представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Осциллограмма напряжения питания.

Входной сигнал к драйверу поступает от функционального генератора, амплитуда сигнала составляет Uвх= 3,3 В. Сопротивление резистора R1 определяется по формуле (2).

(2)

Так как MOSFET транзисторы обладают высокой емкостью на затворе, при его открытии может возникнуть бросок зарядного тока, поэтому для ограничения данного тока необходимо поставить резистор R3 в цепь затвора. R3 выбирается невысокого номинала, чтобы не увеличивать время переключения транзистора, для данного транзистора его типовое значение равно 25 Ом.

Для сглаживания сетевого напряжения, в цепи питания ключа, используется конденсатор С1,его емкость рассчитывается по формуле (3). Ток нагрузки при заданной мощности нагрузки не более 100 Вт.

(3)

Список литературы

  1. Лебедев А. И. Физика полупроводниковых приборов. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 488 с. – ISBN 978-5-9221-0995-6.
  2. Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению / Р. Мэк пер. с англ. – М.: Издательский дом "Додэка-ХХI", 2008. – 272с.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail