ЖУРНАЛ СТА 4/1997

диоды. При этом обеспечивается эффективное демпфирование коммутационного импульса на- пряжения стока и снижение его до требуемых норм без применения дополнительных элемен- тов и цепей протекания коммутируемого тока. Эти обстоятельства делают возможным исполь- зование всей площади магнитопровода транс- форматора для передачи энергии первичного источника в нагрузку и не позволяют терять часть поверхности для размагничивающей обмотки. Функциональная схема преобразователя напря- жения постоянного тока, выполненного с при- менением АРТ, приведена на рис. 1б. Следствием применения АРТ является впечат- ляющее увеличение эффективности передачи энергии (кпд=87%). Усовершенствование конструкции трансформатора Для достижения высокой удельной мощности потребовалось также улучшение конструкции трансформатора, которое увеличило до преде- ла полезную площадь меди, используемую для передачи энергии. Применение новых типов магнитных материалов для производства сер- дечников трансформаторов довело до миниму- ма объём феррита и длину витка (число витков в катушке). Конструкция трансформатора явля- ется прямоугольной, а её высота примерно в два раза меньше, чем у трансформаторов, вы- полненных с применением стандартных фер- ритов. Применение бескаркасных обмоток с плоскостным медным проводом устранило промежутки, свойственные круглым проводам, и увеличило коэффициент заполнения медью до 80% (стандартный круглый провод, намотан- ный на каркас, имеет типовой коэффициент за- полнения около 50%). Плоскостные проводни- ки также уменьшают потери, так как имеют мини- мальное сопротивление для высокочастотной составляющей переменного тока. Результатом является уменьшение силы скин-эффекта, меж- витковой ёмкости, индуктивности рассеяния и потерь на гистерезис. Для лучшего отвода тепла от обмотки трансформатора для его пропитки применяется специальный высокотеплопрово- дящий компаунд. Компаунд подбирается, исхо- дя из его антистатических свойств, высокой удельной теплопроводности и хорошей тепло- вой совместимости с ферритовым материалом. Критическим параметром, влияющим на зна- чение удельной мощности, является высота магнитопровода. Так как магнитопроводы явля- ются самыми габаритными компонентами ис- точника питания, то уменьшение их высоты служит весьма существенным фактором для уменьшения общего объёма источника. При- менение низкопрофильных магнитопроводов в преобразователях уменьшает их высоту до 10 мм и менее. Эта величина является важной в двух отношениях. Обычно источники питания являются наибо- лее высокими элементами на печатной плате, поэтому уменьшение их высоты даёт возмож- ность сократить пространство между платами и сократить общий объём системы. Небольшая высота преобразователей спо- собствует также лучшему отводу тепла. Наибо- лее эффективен отвод тепла через элементы конструкции аппаратуры (через стенки корпу- са, через печатную плату, через радиатор). Б ó льшая площадь поверхности обеспечивает лучшие условия для отвода тепла кондукцией (теплопроводностью). Небольшая высота моду- ля увеличивает площадь поверхности для дан- ного объёма. Преобразователи с одинаковой удельной мощностью и различающиеся по высоте имеют разную площадь для отвода тепла. Например, преобразователь с вы- сотой 12,7 мм имеет на 24% меньшую поверхность для отвода тепла, чем преоб- разователь с высотой 9,7 мм [3]. Дополнительная обратная связь по току дросселя Применение наряду с методом широт- но-импульсной модуляции (ШИМ) с по- стоянной рабочей частотой и обратной связью по напряжению дополнительной обратной связи по току дросселя (ДОСТД) даёт многочисленные улучшения различ- ных характеристик, особенно при рабо- чей частоте выше 500 кГц. Для органи- зации ДОСТД в модулях MFLHP фирмы Interpoint применяются высокоскорост- ной компаратор LM119, сдвоенный опе- рационный усилитель МС34073, а в ка- честве силового ключа используется МОП-транзистор Нех-3. Драйвер TSC 4429 обеспечивает заряд паразитной входной ёмкости силового ключа (1000 пФ) на мощном МОП-транзисторе типа Нех-3 до 12 В за время менее 300 нс. Функциональная схема, поясняющая принцип действия ДОСТД, приведена на рис. 2. При регулировании с ис- пользованием ШИМ-модуляции и дополнитель- ной обратной связи по току дросселя ключ вы- ключается при достижении током дросселя не- которого порогового значения. Порог задается выходным сигналом усилителя ошибки и вели- чиной напряжения на токоизмерительном рези- сторе. Режим с ДОСТД обеспечивает парамет- рическую компенсацию отклонений входного напряжения, поцикловое (то есть в каждом ра- бочем цикле) ограничение тока. Кроме того, происходит компенсация одного из двух полю- сов передаточной характеристики контура регулирования, что обеспечивает собственную устойчивость системы. Упрощается частотная коррекция всего контура обратной связи и уменьша-ется время реакции контура как при малых, так и при больших изменениях тока на- грузки. Параметрическая компенсация откло- нений входного напряжения позволяет мгно- венно корректировать (без использования ди- намического диапазона усилителя сигнала ошибки) режим работы источников питания при произвольных изменениях входного на- пряжения. Благодаря этому нестабильность по сети получается очень малой, а режим рабо- ты усилителя сигнала ошибки меняется только при изменениях тока нагрузки. Упрощается также процесс параллельного распределения тока. Несколько преобразова- телей могут быть соединены параллельно без внешних компонентов и любой из них может быть ведущим или ведомым в схеме распреде- ления тока. Кроме того, механизм обратной связи и независимость преобразователей поз- воляют реализовать несколько различных схем 13 4/97 ОБЗОР АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА Асимметричная передача энергии (АРТ) обеспечивает размагничивание магнито- провода однотактных кон- вертеров как в установив- шемся режиме, так и при выключении ИВЭП, и обес- печивает формирование оптимального режима ком- мутации силового транзис- тора. Конвертеры с АРТ ис- пользуют паразитные эле- менты, чтобы сбалансиро- вать требования по перемаг- ничиванию магнитопровода трансформатора (б), исклю- чая при этом необходимость в размагничивающей обмот- ке W р (а). Результатом явля- ется расширение рабочего цикла до 67%, понижение перегрузок полупроводни- ковых компонентов по на- пряжению и увеличение в целом передачи энергии из первичной цепи во вторич- ную, что обеспечивает чрез- вычайно высокие показате- ли удельной мощности Рис. 1а. Преобразователь с размагничивающей обмоткой Рис. 1б. Преобразователь с АРТ