ЖУРНАЛ «СТА» 1/2019

ЭДС, она превращается в источник энергии, ток начинает течь в обратном направлении, то есть к источнику. При этом напряжение на выходах, подклю- чённых к источнику питания, повыша- ется и ведёт себя непредсказуемо. На осциллограмме (рис. 2) видно, что в момент рекуперации энергии (при пе- ресечении линией тока отметки марке- ра «0 А») напряжение начинает расти, и пульсации могут достигать значений от 5 до 10 В, в зависимости от величины обратного тока, сопротивления выход- ной цепи источника и динамических критериев всей системы. При этом по- ведение источника предсказать трудно: возможно и срабатывание защит, и вы- ход из строя источника питания вслед- ствие перегорания элементов выходных цепей, так как перенапряжения длятся относительно долго. При включении в работу схемы Power Sink нестабильности параметров при переходных процессах значительно сглаживаются, и в том же масштабе шкалы кривая напряжения выглядит почти как прямая! В развёрнутом мас- штабе 0,1 В на деление такие осцилло- граммы приведены на рис. 3, это гра- фики для двух разных моделей Genesys. Для модели GEN12.5-120 при выход- ном напряжении 6 В и обратном то- ке –15 А амплитуда основного отклоне- ния рабочего напряжения составляет 130 мВ, а для модели GEN20-75 при вы- ходном напряжении 12,5 В и обратном токе –10 А нестабильность рабочего на- пряжения достигает 220 мВ. Теперь возьмём случай, когда необхо- димо реализовать кривую напряжения со спадом в пределах нескольких мили- секунд. Если источник нагружен хотя бы на 30%, то спада до нулевого напря- жения можно достигнуть за 4–10 мс. Но при ненагруженном выходе или не- значительно нагруженном выходе до- стичь этого невозможно, так как для разрядки энергии, накопленной в вы- ходных конденсаторах, требуется на- много больше времени. Так как блок Power Sink работает как своего рода нагрузка на выходе источника пита- ния, он полезен и в решении данной проблемы. Посмотрим это на примере модели GEN20-76. При отсутствии нагрузки снижение напряжения от номиналь- ного (20 В) до нулевого происходит за 469 мс (рис. 4). Если команду на снижение напряже- ния получает источник с блоком Power Sink, модуль сразу распознаёт, что за- данное напряжение ниже, чем выход- ное и начинает работать, пропуская че- рез себя ток. Как видно из рис. 5, при этом можно сбросить напряжение до нуля за время, равное 2,9 мс. Р ЕАЛИЗАЦИЯ P OWER S INK Что представляет собой блок Power Sink и как он реализован? Это допол- нительная плата, установленная внут- ри корпуса источника питания, то есть Внешний вид Genesys никак не изме- нился. Функционально плата пред- ставляет собой устройство, способное рассеивать энергию, поступающую от нагрузки в обратном направлении. Ос- новные элементы, как можно видеть на рис. 6, – это каскад параллельно рабо- тающих MOSFET-транзисторов. Ко- нечно, для согласованной работы пла- ты существует много дополнительных цепей (рис. 7). Прежде всего, это блок сравнения, задача которого определить направле- ние энергии, либо отдаваемой в нагруз- ку (режим Source), либо текущей в об- ратном направлении (режим Sink). Во втором случае модуль Power Sink начи- нает поглощать определённое количе- ство энергии. Этот блок также позво- ляет определить, какое напряжение за- дано в данный момент: выше текущего или ниже текущего, и следует ли под- ключить плату в качестве дополнитель- ной нагрузки, если при работе источни- ка в холостом режиме задан сброс на- пряжения. Так как источник может работать на разных напряжениях, значение макси- мального тока, протекающего через рассеивающие элементы, тоже долж- но меняться. Это значение вычисляет- ся с помощью специальной аналого- вой схемы, входными данными для которой служат значение максималь- ной рассеиваемой мощности и посто- янно отслеживаемое напряжение на за- жимах + U вых и – U вых . Кроме этого, мо- дуль снабжён схемой, измеряющей средний ток, реально протекающий че- рез рассеивающие элементы. Сигнал сравнения этих двух значений после преобразований используется для регу- лирования открытия MOSFET-транзи- сторов, вместе с сигналом от блока сравнения. Также предусмотрена цепь темпера- турной компенсации, задача которой уменьшать значение максимально до- пустимого тока при увеличении рабо- чей температуры блока. Таким образом, модуль работает в приближении к зако- ну постоянной мощности и защищён от перегрева. Как известно, скорость вращения вентиляторов охлаждения в источниках Genesys пропорциональна току, отда- ваемому в нагрузку. Чтобы они продол- жали работать и охлаждать схему в ре- жиме поглощения энергии, добавлена дополнительная обратная связь от мо- дуля Power Sink к схеме управления вен- тиляторами. АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А / ИС ТОЧНИКИ ПИ ТАНИЯ СТА 1/2019 79 www.cta.ru Модель: GEN20-76 Модель: GEN20-76 Power Sink Рис. 4. Кривая снижения напряжения без модуля Power Sink: время установки нулевого напряжения – 469 мс Рис. 5. Кривая снижения напряжения с работающим модулем Power Sink: время установки нулевого напряжения – 2,9 мс Рис. 6. Внешний вид платы Power Sink