Квазирезонансный преобразователь на простой КМОП микросхеме

Francesc Casanellas

На Рисунке 1 показан малошумящий обратноходовой источник питания, для управления которым используется простая КМОП микросхема CD4093. Электрические помехи возникают в преобразователе в основном при включении тока. Восстановление параметров диодов и зарядка паразитных емкостей генерируют токи с большой скоростью нарастания di/dt, которые и являются основным источником помех. Преобразователь на Рисунке 1 имеет низкий уровень помех, поскольку включение тока происходит медленно и при почти нулевом напряжении. Преобразователь работает на границе между режимами прерывистой и непрерывной проводимости и включается, когда напряжение стока находится на самом низком уровне. Чтобы исключить возможность работы при низких напряжениях затвора, которые могут вызвать чрезмерные потери в MOSFET, на вход микросхемы CD4093 добавлен стабилитрон ZD₁, благодаря которому вентиль может переключаться лишь тогда, когда напряжение достаточно велико. При включении питания схемы дополнительная неизолированная обмотка трансформатора через диод D₃ поддерживает на входе CD4093 высокий уровень напряжения. Когда MOSFET включается, ток начинает линейно нарастать до тех пор, пока не откроется Q₅, и этот транзистор не выключит MOSFET. Затем начинается обратный ход, и первичная энергия заряжает выходные конденсаторы. Во время этой фазы работы D₅ и R₆ удерживают Q₅ в открытом состоянии, и MOSFET остается выключенным. Когда энергия разрядится, D₅, как и вторичные диоды, перестают проводить ток, поэтому проблем с восстановлением не возникает.

Рисунок 1.	Эта схема обратноходового источника питания, в которой используется простая КМОП микросхема, демонстрирует чрезвычайно низкий уровень помех.

Постоянная времени R₅ и C₅ немного задерживает выключение MOSFET. Выходная емкость MOSFET в сумме с паразитной емкостью первичной обмотки образуют резонансный контур с индуктивностью первичной обмотки, и из-за возникающих колебаний напряжение уменьшается. R₅ и C₅ позволяют MOSFET включаться только тогда, когда напряжение достигло минимального значения. Их номиналы действительны только для рассматриваемого варианта схемы. Схема на Рисунке 1 не только минимизирует потери при включении, но также снижает уровень электрических помех. Стабилизация напряжения осуществляется традиционными способами с использованием шунтового регулятора TL431. Ток оптоизолятора добавляется к току TL431. Поскольку MOSFET включается при нулевом токе, сопротивление затворного резистора может быть большим, поэтому паразитные емкости заряжаются медленно, что еще больше снижает коммутационные помехи. Схема на транзисторе Q₄ не является обязательной, но может использоваться в большинстве источников питания. Она подавляет пиковые выбросы тока, возникающие при включении транзистора Q₃. Такая схема эффективнее обычной RC цепочки и позволяет работать с низкими коэффициентами заполнения при легких нагрузках. Обратите внимание, что номиналы многих компонентов на схеме Рисунок 1 не обозначены; их следует выбрать в соответствии с конкретным приложением.

1. Datasheet Texas Instruments CD4093B
2. Datasheet Diodes TL431
3. Datasheet CDIL 2N2222
4. Datasheet CDIL 2N2369
5. Datasheet CDIL 2N2907
6. Datasheet Vishay 4N35