В настоящата статия е описан импулсен прав понижаващ преобразувател , изграден с интегралната схема LM5088MH-2 (Texas Instruments). Този конвертор беше проектиран за осигуряване на захранващо напрежение 12V за бордовите системи на електромобила описан в статията „Контролер с ШИМ за управление на електромобил“. Изискванията към преобразувателя , които си поставих в началото бяха следните:
Входно напрежение 30V- 55V
Изходно напрежение 12V
Максимален изходен ток 1,5A
Коефициент на полезно действие поне 80%
Възможност за дистанционно включване на преобразувателя
Да има вградена защита от късо съединение в изхода
Към конкретният тип преобразувател ме насочи интерактивният помощник от страницата на Texas Instruments Webench Designer.
Нека се спрем малко по – подробно върху особеностите на LM5088. Предназначен е за входни захранващи напрежения от 4,5V – 75V. Преобразувателите , който се изграждат с него са за максимален изходен ток до 7А (в нашият случай 1.5А). Притежава защита от минимално входно напрежение. Вградена защита от претоварване на изхода. Вътрешен високо ефективен стабилизатор за захранване на чипа и изходното стъпало. Силовите елементи (ключовият диод и транзистор) са извън чипа , което при изграждане на мощни преобразуватели е предимство , понеже се избягва допълнителното загряване на интегралната схема. Въпреки това корпусът дава възможност за охлаждане на чипа чрез запояване на извод ЕР към голяма по площ охлаждаща повърхност. Върху чипа е изградена и термична защита , която предпазва от прегряване преобразувателя. При достигане на температура 165 градуса изходното стъпало се изключва. Също така LM5088 има вграден усилвател на грешката , с чиято помощ се поддържа стабилно изходното напрежение. Основният генератор е предназначен да работи в обхвата от 50KHz -1MHz ( в нашият случай работната честота е 500 KHz ).
Схемата на конвертора е показана на фиг.1. Входното захранващо напрежение ( 48V) се филтрира от С26, С27,С28 и постъпва на извод 1 на U8 и дрейна на ключовият транзистор Q5.Избраният тип транзистор , както и входните кондензатори са за работно напрежение 100V.
фиг.1
Чрез R31,R32,R36,R37 и Q6 е изградена веригата за дистанционно включване и изключване на преобразувателя. При подаване на високо ниво на извод ENABLE на R32, преобразувателят се включва , а при оставяне на този извод свободен преобразувателят е изключен. При съвместната работа на преобразувателя и инвертора описан в „Контролер с ШИМ за управление на електромобил“ пускането и спирането става с нормално отворен контакт на прекъсвач , който е свързан през резистор 36К към захранващата верига 48V.
Работната честота на преобразувателя се определя от стойността на резистора R38. Големината на кондензатора C37 определя времето на плавния старт. Прага на сработване на токовата защита зависи от резистора R35 , а времето за повторен рестарт след задействане на максималнотоковата защита зависи от капацитета на С34.
Елементите C40,C41 и R39 изграждат веригата за обратна връзка на усилвателя на грешката. Големината на изходното напрежение се определя от резистивният делител R34,R40. Кондензаторите C30,C31,C32 и C33 филтрират изходното напрежение.
При определяне стойностите на елементите е удобно да се ползва електронният калкулатор от страницата на производителя LM(2)5088-1/2 Quick Start Component Calculator.
С особено внимание трябва да се подходи при проектирането на печатната платка. Добре е да се спазят съветите на производителя , защото работната честота на конвертора е сравнително висока и при лоша топология на печатната платка е възможно да възникнат нежелани резонансни явления , които да доведат до повреда на чипа.
На фиг.2 е показана печатната платка на преобразувателя.
фиг.2
На фиг.3 се вижда как се променя КПД на преобразувателя в зависимост от мощността ,която се отдава в изхода. Графиката е снета при входно напрежение 50V.
фиг.3
На фиг.4 е показана зависимостта на входния от изходния ток.
фиг.4
Токовата защита сработва при ток 1,6А , като консумацията на преобразувателя спада на 12mA.
При изключен преобразувател (извод ENABLE е оставен свободен) и захранване 50V собствената консумация на конвертора е 25uA.
При входно напрежение по-ниско от 30V конвертора се изключва.
При входно напрежение 48V и ненатоварен изход собствената консумация на конвертора е 8,4mA.
По време на изпитанията на преобразувателя забелязах една особеност. Ако сумарният капацитет на кондензаторите в изходният филтър (С30,С31,С32,С33) е прекалено голям (например 1000uF) и в изхода сме поставили сравнително голям товар , то при първоначално включване може да сработи токовата защита и стабилизатора да се изключи. Предполагам , че причина за този ефект, е че в момента на включване към тока на товара се добавя и зарядният ток на кондензаторите в изходния филтър. Общият ток надхвърля прага на максималнотоковата защита и тя се задейства. Препоръката ми е капацитета в изходният филтър да се подбира близък до предварително изчисления.
20.06.2017г.