După cum sa menționat deja, netezirea impulsurilor de tensiune folosind un filtru LC este necesară, astfel încât frecvența de tăiere a filtrului f 0 = 2/ a fost semnificativ mai mic decât rata de repetiție a impulsurilor de tensiune. Această condiție vă permite să selectați capacitatea și inductanța necesară a filtrului. Cu toate acestea, să luăm o pauză de la formule și să încercăm să explicăm principiul filtrului într-un limbaj mai simplu.

În momentul în care întrerupătorul de alimentare este deschis (tranzistorul T1 este deschis, tranzistorul T2 este închis), energia de la sursa de intrare este transferată la sarcină prin inductanță L, în care se acumulează energie. Curentul care curge prin circuit nu se schimbă instantaneu, ci treptat, deoarece EMF care apare în inductanță împiedică schimbarea curentului. În același timp, se încarcă și condensatorul instalat în paralel cu sarcina.

După ce întrerupătorul de alimentare se închide (tranzistorul T 1 este închis, tranzistorul T 2 este deschis), curentul de la linia de tensiune de intrare nu curge în inductanță, dar conform legilor fizicii, fem indusă rezultată menține direcția anterioară a curentul. Adică, în această perioadă, curentul în sarcină provine de la elementul inductiv. Pentru ca circuitul să se închidă și curentul să circule către condensatorul de netezire și către sarcină, tranzistorul T 2 se deschide, asigurând un circuit închis și fluxul de curent de-a lungul căii inductanță - capacitate și sarcină - tranzistor T 2 - inductanță .

După cum sa menționat deja, folosind un astfel de filtru de netezire, puteți obține o tensiune de sarcină proporțională cu ciclul de lucru al impulsurilor de control PWM. Cu toate acestea, este clar că, cu această metodă de netezire, tensiunea de ieșire va avea ondulație de tensiune de alimentare în raport cu o valoare medie (tensiunea de ieșire) - Fig. 4. Cantitatea de ondulare a tensiunii la ieșire depinde de frecvența de comutare a tranzistoarelor, de valoarea capacității și a inductanței.

Orez. 4. Ondularea de tensiune după netezire cu un filtru LC

Funcții de stabilizare a tensiunii de ieșire și controler PWM

După cum sa menționat deja, tensiunea de ieșire depinde (pentru o anumită sarcină, frecvență, inductanță și capacitate) de ciclul de lucru al impulsurilor PWM. Deoarece curentul prin sarcină se modifică dinamic, apare problema stabilizării tensiunii de ieșire. Acest lucru se face după cum urmează. Controlerul PWM, care generează semnale de comutare a tranzistorului, este conectat la sarcină printr-o buclă de feedback și monitorizează constant tensiunea de ieșire la sarcină. În interiorul controlerului PWM este generată o tensiune de alimentare de referință, care ar trebui să fie prezentă la sarcină. Controlerul PWM compară constant tensiunea de ieșire cu cea de referință și, dacă apare o nepotrivire U, atunci acest semnal de nepotrivire este utilizat pentru a modifica (ajusta) ciclul de lucru al impulsurilor PWM, adică pentru a schimba ciclul de lucru al impulsurilor ~ U. În acest fel, tensiunea de ieșire este stabilizată.

Desigur, apare întrebarea: cum știe controlerul PWM despre tensiunea de alimentare necesară? De exemplu, dacă vorbim despre procesoare, atunci, după cum se știe, tensiunea de alimentare a diferitelor modele de procesoare poate fi diferită. În plus, chiar și pentru același procesor, tensiunea de alimentare se poate modifica dinamic în funcție de sarcina sa curentă.

Controlerul PWM învață despre tensiunea nominală de alimentare necesară prin semnalul VID (Voltage Identifier). Pentru procesoarele moderne Intel Core i7 care acceptă specificația de putere VR 11.1, semnalul VID este de 8 biți, iar pentru procesoarele vechi care sunt compatibile cu specificația VR 10.0, semnalul VID a fost de 6 biți. Semnalul VID pe 8 biți (o combinație de 0 și 1) vă permite să setați 256 de niveluri diferite de tensiune a procesorului.

Limitările unui regulator de tensiune de comutare monofazat

Circuitul regulator de tensiune de comutare monofazat pe care l-am considerat este simplu de implementat, dar are o serie de limitări și dezavantaje.

Dacă vorbim despre limitarea unui regulator de tensiune de comutare monofazat, aceasta constă în faptul că tranzistoarele MOSFET, inductoarele (chokes) și condensatorii au o limitare a curentului maxim care poate fi trecut prin ele. De exemplu, pentru majoritatea tranzistoarelor MOSFET care sunt utilizate în regulatoarele de tensiune de pe plăcile de bază, limita de curent este de 30 A. În același timp, procesoarele în sine, cu o tensiune de alimentare de aproximativ 1 V și un consum de putere de peste 100 W, consumă un curent de peste 100 A. Este clar că, dacă utilizați un regulator de tensiune de alimentare monofazat la o astfel de putere a curentului, atunci elementele sale se vor „arde”.

Dacă vorbim despre dezavantajul unui regulator de tensiune de alimentare cu comutare monofazată, este că tensiunea de alimentare de ieșire are ondulații, ceea ce este extrem de nedorit.

Pentru a depăși limitările curente ale regulatoarelor de tensiune de comutare, precum și pentru a minimiza ondularea tensiunii de ieșire, sunt utilizate regulatoare de tensiune de comutare multifazice.

Regulatoare de tensiune cu comutare multifazate

În regulatoarele de tensiune cu comutare multifazică, fiecare fază este formată dintr-un driver care controlează comutarea tranzistoarelor MOSFET, o pereche de tranzistoare MOSFET în sine și un filtru LC de netezire. În acest caz, se utilizează un controler PWM multicanal, la care sunt conectate mai multe faze de putere în paralel (Fig. 5).

Orez. 5. Schema bloc a unui regulator de tensiune de comutare multifazic

Utilizarea unui regulator de tensiune de alimentare cu fază N vă permite să distribuiți curentul în toate fazele și, prin urmare, curentul care curge prin fiecare fază va fi în N ori mai puțin decât curentul de sarcină (în special, procesorul). De exemplu, dacă utilizați un regulator de tensiune a procesorului cu 4 faze cu o limită de curent de 30 A în fiecare fază, atunci curentul maxim prin procesor va fi de 120 A, ceea ce este suficient pentru majoritatea procesoarelor moderne. Cu toate acestea, dacă sunt utilizate procesoare cu un TDP de 130 W sau se presupune posibilitatea de overclockare a procesorului, atunci este recomandabil să utilizați nu un regulator de tensiune de comutare cu 4 faze, ci un regulator de comutare cu 6 faze a tensiunii de alimentare a procesorului, sau să utilizați bobine, condensatoare și tranzistoare MOSFET proiectate pentru un curent mai mare în fiecare fază de putere.

Pentru a reduce ondularea tensiunii de ieșire în regulatoarele de tensiune multifazate, toate fazele funcționează sincron cu sincronizarea s m deplasare unul față de celălalt. Dacă T este perioada de comutare a MOSFET-urilor (perioada semnalului PWM) și este utilizat N faze, atunci va fi decalajul de timp pentru fiecare fază T/N(Fig. 6). Controlerul PWM este responsabil pentru sincronizarea semnalelor PWM pentru fiecare fază cu o schimbare de timp.

Orez. 6. Schimbări de timp ale semnalelor PWM într-un regulator de tensiune multifazic

Ca urmare a faptului că toate fazele funcționează în timp s m se deplasează unul față de celălalt, pulsațiile tensiunii de ieșire și ale curentului în fiecare fază vor fi, de asemenea, deplasate de-a lungul axei timpului unul față de celălalt. Curentul total care trece prin sarcină va fi suma curenților din fiecare fază, iar ondulațiile de curent rezultate vor fi mai mici decât ondulațiile de curent din fiecare fază (Fig. 7).

Orez. 7. Curent pe fază
și curentul de sarcină rezultat
într-un regulator de tensiune trifazat

Deci, principalul avantaj al regulatoarelor de tensiune de alimentare cu comutare multifazată este că permit, în primul rând, să depășească limitarea curentului și, în al doilea rând, să reducă ondularea tensiunii de ieșire cu aceeași capacitate și inductanță a filtrului de netezire.

Circuite regulatoare de tensiune polifazate discrete și tehnologie DrMOS

După cum am observat deja, fiecare fază de putere este formată dintr-un driver de control, două tranzistoare MOSFET, un inductor și un condensator. În acest caz, un controler PWM controlează simultan mai multe faze de putere. Din punct de vedere structural, pe plăcile de bază, toate componentele de fază pot fi discrete, adică există un cip driver separat, două tranzistoare MOSFET separate, un inductor și un condensator separat. Această abordare discretă este folosită de majoritatea producătorilor de plăci de bază (ASUS, Gigabyte, ECS, AsRock etc.). Cu toate acestea, există o abordare ușor diferită, când în loc să folosiți un cip driver separat și două tranzistoare MOSFET, este utilizat un cip care combină atât tranzistoarele de putere, cât și driverul. Această tehnologie a fost dezvoltată de Intel și se numește DrMOS, ceea ce înseamnă literalmente Driver + MOSFET. Desigur, sunt folosite și condensatoare și șocuri separate, iar un controler PWM cu mai multe canale este folosit pentru a controla toate fazele.

În prezent, tehnologia DrMOS este folosită doar pe plăcile de bază MSI. Este destul de dificil să vorbim despre avantajele tehnologiei DrMOS în comparație cu metoda tradițională discretă de organizare a fazelor de putere. Aici, mai degrabă, totul depinde de cipul DrMOS specific și de caracteristicile acestuia. De exemplu, dacă vorbim despre noi plăci MSI pentru procesoarele din familia Intel Core i7, acestea folosesc cipul Renesas R2J20602 DrMOS (Fig. 8). De exemplu, placa MSI Eclipse Plus folosește un regulator de tensiune a procesorului cu 6 faze (Fig. 9) bazat pe un controler PWM Intersil ISL6336A cu 6 canale (Fig. 10) și cipuri Renesas R2J20602 DrMOS.

Orez. 8. Cip DrMOS Renesas R2J20602

Orez. 9. Regulator de tensiune procesor cu șase faze
bazat pe controlerul PWM cu 6 canale Intersil ISL6336A
și cipurile Renesas R2J20602 DrMOS pe placa MSI Eclipse Plus

Orez. 10. Controler PWM cu șase canale
Intersil ISL6336A

Cipul Renesas R2J20602 DrMOS suportă frecvențe de comutare a tranzistorului MOSFET de până la 2 MHz și se caracterizează printr-o eficiență foarte ridicată. Cu o tensiune de intrare de 12 V, o tensiune de ieșire de 1,3 V și o frecvență de comutare de 1 MHz, eficiența sa este de 89%. Limita de curent este de 40 A. Este clar că cu o sursă de alimentare cu procesor în șase faze este prevăzută o rezervă de curent de cel puțin două ori pentru cipul DrMOS. Cu o valoare reală a curentului de 25 A, consumul de energie (eliberat sub formă de căldură) al cipului DrMOS în sine este de doar 4,4 W. De asemenea, devine evident că atunci când utilizați cipuri DrMOS Renesas R2J20602, nu este nevoie să folosiți mai mult de șase faze în regulatoarele de tensiune ale procesorului.

Intel, în placa sa de bază Intel DX58S0 bazată pe chipset-ul Intel X58 pentru procesoarele Intel Core i7, folosește și un regulator de tensiune al procesorului în 6 faze, dar discret. Pentru a controla fazele de putere, se folosește un controler PWM cu 6 canale ADP4000 de la On Semiconductor, iar cipurile ADP3121 sunt folosite ca drivere MOSFET (Fig. 11). Controlerul ADP4000 PWM acceptă o interfață PMBus (Power Manager Bus) și capacitatea de a fi programat să funcționeze în moduri cu 1, 2, 3, 4, 5 și 6 faze cu posibilitatea de a comuta numărul de faze în timp real. În plus, folosind interfața PMBus, puteți citi valorile curente ale curentului procesorului, tensiunea și consumul de energie. Nu putem decât să regretăm că Intel nu a implementat aceste capacități ale cipului ADP4000 în utilitarul de monitorizare a sănătății procesorului.

Orez. 11. Regulator de tensiune procesor cu șase faze
bazat pe controlerul ADP4000 PWM și driverele MOSFET ADP3121
pe placa Intel DX58S0 (două faze de alimentare prezentate)

De asemenea, rețineți că în fiecare fază de putere se folosesc tranzistori MOSFET de putere NTMFS4834N de la On Semiconductor cu o limitare de curent de 130 A. Este ușor de ghicit că, cu astfel de limitări de curent, tranzistoarele de putere în sine nu sunt blocajul fazei de putere. În acest caz, limitarea curentului asupra fazei de putere este impusă de inductor. Circuitul regulator de tensiune luat în considerare utilizează bobine PA2080.161NL de la PULSE cu o limitare de curent de 40 A, dar este clar că, chiar și cu o astfel de limitare de curent, șase faze ale sursei de alimentare a procesorului sunt suficiente și există o marjă mare pentru extreme. overclockarea procesorului.

Tehnologia de comutare dinamică a fazelor

Aproape toți producătorii de plăci de bază folosesc în prezent tehnologie pentru comutarea dinamică a numărului de faze de alimentare a procesorului (vorbim despre plăci de bază pentru procesoarele Intel). De fapt, această tehnologie nu este deloc nouă și a fost dezvoltată de Intel cu destul de mult timp în urmă. Cu toate acestea, așa cum se întâmplă adesea, odată ce această tehnologie a apărut, s-a dovedit a fi nerevendicată de piață și a rămas în depozit pentru o lungă perioadă de timp. Și numai atunci când ideea reducerii consumului de energie al computerelor a pus stăpânire în mintea dezvoltatorilor, aceștia și-au amintit despre comutarea dinamică a fazelor de putere ale procesorului. Producătorii de plăci de bază încearcă să treacă această tehnologie drept a lor și să vină cu diferite nume pentru ea. De exemplu, Gigabyte îl numește Advanced Energy Saver (AES), ASRock îl numește Intelligent Energy Saver (IES), ASUS îl numește EPU și MSI îl numește Active Phase Switching (APS). Cu toate acestea, în ciuda varietății de nume, toate aceste tehnologii sunt implementate exact în același mod și, desigur, nu sunt proprietare. Mai mult, capacitatea de a comuta fazele de alimentare a procesorului este inclusă în specificația Intel VR 11.1 și toate controlerele PWM compatibile cu specificația VR 11.1 o acceptă. De fapt, producătorii de plăci de bază nu au de ales aici. Acestea sunt fie controlere Intersil PWM (de exemplu, controler PWM Intersil ISL6336A cu 6 canale) fie controlere PWM On Semiconductor (de exemplu, controler PWM cu 6 canale ADP4000). Controllerele de la alte companii sunt folosite mai rar. Atât controlerele Intersil, cât și On Semiconductor, compatibile cu specificația VR 11.1, acceptă comutarea dinamică a fazei de putere. Singura întrebare este cum folosește producătorul plăcii de bază capabilitățile controlerului PWM.

În mod firesc, se pune întrebarea: de ce tehnologia de comutare dinamică a fazelor de putere este numită economisire a energiei și care este eficiența utilizării acesteia?

Luați în considerare, de exemplu, o placă de bază cu un regulator de tensiune a procesorului cu 6 faze. Dacă procesorul nu este foarte încărcat, ceea ce înseamnă că curentul pe care îl consumă este mic, este foarte posibil să te descurci cu două faze de putere, dar nevoia de șase faze apare atunci când procesorul este puternic încărcat, când curentul pe care îl consumă ajunge. valoarea sa maximă. Într-adevăr, este posibil să ne asigurăm că numărul de faze de putere implicate corespunde curentului consumat de procesor, adică astfel încât fazele de putere să fie comutate dinamic în funcție de sarcina procesorului. Dar nu este mai ușor să folosești toate cele șase faze de putere la orice curent de procesor? Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să țineți cont de faptul că orice regulator de tensiune în sine consumă o parte din electricitatea pe care o convertește, care este eliberată sub formă de căldură. Prin urmare, una dintre caracteristicile unui convertor de tensiune este eficiența acestuia, sau eficiența energetică, adică raportul dintre puterea transmisă la sarcină (la procesor) și puterea consumată de regulator, care constă în puterea consumată de sarcina și puterea consumată de regulatorul însuși. Eficiența energetică a regulatorului de tensiune depinde de valoarea curentă a curentului procesorului (sarcina acestuia) și de numărul de faze de putere implicate (Fig. 12).

Orez. 12. Dependența de eficiență (eficiență) energetică a regulatorului de tensiune
pe curentul procesorului pentru un număr diferit de faze de putere

Dependența eficienței energetice a regulatorului de tensiune de curentul procesorului cu un număr constant de faze de putere este următoarea. Inițial, pe măsură ce curentul de sarcină (procesor) crește, eficiența regulatorului de tensiune crește liniar. În continuare, se atinge valoarea maximă a eficienței, iar odată cu o creștere suplimentară a curentului de sarcină, eficiența scade treptat. Principalul lucru este că valoarea curentului de sarcină la care se atinge valoarea maximă a eficienței depinde de numărul de faze de putere și, prin urmare, dacă utilizați tehnologia de comutare dinamică a fazelor de putere, eficiența regulatorului de tensiune de alimentare poate să fie întotdeauna menținut la cel mai înalt nivel posibil.

Comparând dependența eficienței energetice a regulatorului de tensiune de curentul procesorului pentru diferite numere de faze de putere, putem concluziona: la un curent scăzut al procesorului (cu sarcină scăzută a procesorului), este mai eficient să folosiți un număr mai mic de faze de putere. În acest caz, mai puțină energie va fi consumată de regulatorul de tensiune în sine și eliberată sub formă de căldură. La valori mari ale curentului procesorului, utilizarea unui număr mic de faze de putere duce la o scădere a eficienței energetice a regulatorului de tensiune. Prin urmare, în acest caz este optim să folosiți un număr mai mare de faze de putere.

Din punct de vedere teoretic, utilizarea tehnologiei pentru comutarea dinamică a fazelor de putere a procesorului ar trebui, în primul rând, să reducă consumul total de energie al sistemului și, în al doilea rând, disiparea căldurii pe regulatorul de tensiune de alimentare în sine. În plus, conform producătorilor de plăci de bază, această tehnologie poate reduce consumul de energie al sistemului cu până la 30%. Desigur, 30% este un număr scos din aer. În realitate, tehnologia de comutare dinamică a fazelor de putere permite reducerea consumului total de energie al sistemului cu cel mult 3-5%. Cert este că această tehnologie vă permite să economisiți energie electrică, consumată doar de regulatorul de tensiune de alimentare în sine. Cu toate acestea, principalii consumatori de energie electrică dintr-un computer sunt procesorul, placa video, chipsetul și memoria, iar pe fondul consumului total de energie al acestor componente, consumul de energie al regulatorului de tensiune în sine este destul de mic. Prin urmare, indiferent de modul în care optimizați consumul de energie al regulatorului de tensiune, este pur și simplu imposibil să obțineți economii semnificative.

Trucuri de marketing ale producătorilor

Producătorii de plăci de bază fac tot posibilul pentru a atrage atenția cumpărătorilor asupra produselor lor și pentru a-i motiva să demonstreze că sunt mai buni decât concurenții lor! Unul dintre aceste trucuri de marketing este creșterea fazelor de putere ale regulatorului de tensiune al procesorului. Dacă mai devreme se foloseau regulatoare de tensiune în șase faze pe plăcile de bază de top, acum folosesc 10, 12, 16, 18 și chiar 24 de faze. Este într-adevăr necesar să avem atât de multe faze de putere sau este doar un truc de marketing?

Desigur, regulatoarele de tensiune de alimentare multifazate au avantajele lor incontestabile, dar există o limită rezonabilă pentru tot. De exemplu, așa cum am observat deja, un număr mare de faze de putere permite utilizarea componentelor (MOSFET-uri, bobine și condensatoare) concepute pentru curent scăzut în fiecare fază de putere, care sunt în mod natural mai ieftine decât componentele cu limitare mare a curentului. Cu toate acestea, acum toți producătorii de plăci de bază folosesc condensatoare polimerice în stare solidă și bobine cu miez de ferită, care au o limitare de curent de cel puțin 40 A. Tranzistoarele MOSFET au, de asemenea, o limitare de curent de cel puțin 40 A (și recent a existat o tendință pentru a trece la tranzistoare MOSFET cu o limită de curent de 75 A). Este clar că, cu astfel de restricții de curent pe fiecare fază a valului, este suficient să folosiți șase faze de putere. Un astfel de regulator de tensiune este teoretic capabil să furnizeze un curent de procesor de peste 200 A și, prin urmare, un consum de energie mai mare de 200 W. Este clar că chiar și în modul de overclockare extremă este aproape imposibil să se atingă astfel de valori de curent și consum de energie. Deci, de ce producătorii produc regulatoare de tensiune cu 12 faze sau mai multe, dacă un regulator de tensiune cu șase faze poate furniza și putere procesorului în orice mod de funcționare?

Dacă comparăm regulatoarele de tensiune cu 6 și 12 faze, atunci teoretic, atunci când se utilizează tehnologia de comutare dinamică a fazelor de putere, eficiența energetică a unui regulator de tensiune cu 12 faze va fi mai mare. Cu toate acestea, diferența de eficiență energetică va fi observată doar la curenți mari de procesor, care sunt de neatins în practică. Dar chiar dacă este posibil să se obțină o valoare de curent atât de mare la care eficiența energetică a regulatoarelor de tensiune cu 6 și 12 faze va diferi, atunci această diferență va fi atât de mică încât poate fi ignorată. Prin urmare, pentru toate procesoarele moderne cu un consum de energie de 130 W, chiar și în modul de overclocking extrem, este suficient un regulator de tensiune în 6 faze. Utilizarea unui regulator de tensiune cu 12 faze nu oferă niciun avantaj chiar și atunci când se utilizează tehnologia de comutare dinamică a fazelor de putere. De ce producătorii au început să producă regulatoare de tensiune cu 24 de faze este o ghicire de oricine. Aparent, nu există bun simț în asta, ei speră să impresioneze utilizatorii analfabeti din punct de vedere tehnic pentru care „cu cât mai mulți, cu atât mai bine”.

Apropo, ar fi de remarcat faptul că astăzi nu există controlere PWM cu 12 și mai ales 24 de canale care să controleze fazele de putere. Numărul maxim de canale în controlerele PWM este de șase. În consecință, atunci când se folosesc regulatoare de tensiune cu mai mult de șase faze, producătorii sunt nevoiți să instaleze mai multe controlere PWM care funcționează sincron. Să ne amintim că semnalul de control PWM din fiecare canal are o anumită întârziere în raport cu semnalul PWM din alt canal, dar aceste decalaje de timp ale semnalelor sunt implementate într-un controler. Se dovedește că atunci când se utilizează, de exemplu, două controlere PWM cu 6 canale pentru a organiza un regulator de tensiune cu 12 faze, fazele de putere controlate de un controler sunt combinate în perechi cu fazele de putere controlate de un alt controler. Adică, prima fază de putere a primului controler va funcționa sincron (fără decalaj de timp) cu prima fază de putere a celui de-al doilea controler. Cel mai probabil, fazele se vor schimba dinamic și în perechi. În general, acesta nu este un regulator de tensiune cu 12 faze „cinstit”, ci mai degrabă o versiune hibridă a unui regulator cu 6 faze cu două canale în fiecare fază.

Una dintre abordările utilizate pentru a reduce semnificativ pierderile de încălzire ale componentelor de putere ale circuitelor radio este utilizarea comutării modurilor de funcționare ale instalațiilor. Cu astfel de sisteme, componenta de putere electrică este fie deschisă - în acest moment există practic o cădere de tensiune nulă pe ea, fie deschisă - în acest moment i se furnizează curent zero. Puterea disipată poate fi calculată prin înmulțirea curentului și a tensiunii. În acest mod, este posibil să se obțină o eficiență de aproximativ 75-80% sau mai mult.

Ce este PWM?

Pentru a obține un semnal de forma necesară la ieșire, întrerupătorul de alimentare trebuie deschis doar pentru un anumit timp, proporțional cu indicatorii calculați ai tensiunii de ieșire. Acesta este principiul modulării lățimii impulsului (PWM). Apoi, un semnal de această formă, constând din impulsuri care variază în lățime, intră în zona filtrului pe baza unui inductor și a unui condensator. După conversie, ieșirea va fi un semnal aproape ideal de forma necesară.

Domeniul de aplicare al PWM nu se limitează la comutarea stabilizatorilor și a convertoarelor de tensiune. Utilizarea acestui principiu la proiectarea unui amplificator audio puternic face posibilă reducerea semnificativă a consumului de energie al dispozitivului, duce la miniaturizarea circuitului și optimizează sistemul de transfer de căldură. Dezavantajele includ calitatea mediocră a semnalului de ieșire.

Formarea semnalelor PWM

Crearea semnalelor PWM cu forma dorită este destul de dificilă. Cu toate acestea, industria de astăzi se poate încânta cu cipuri speciale minunate cunoscute sub numele de controlere PWM. Sunt ieftine și rezolvă complet problema generării unui semnal cu lățimea impulsului. Familiarizarea cu designul lor tipic vă va ajuta să navigați prin structura unor astfel de controlere și utilizarea lor.

Circuitul standard al controlerului PWM presupune următoarele ieșiri:

• Ieșire comună (GND). Este implementat sub forma unui picior, care este conectat la firul comun al circuitului de alimentare al dispozitivului.
• Pin de alimentare (VC). Responsabil cu alimentarea circuitului. Este important să nu îl confundați cu vecinul său cu un nume similar - pinul VCC.
• Pin de control al puterii (VCC). De regulă, cipul controlerului PWM preia controlul asupra tranzistorilor de putere (bipolar sau cu efect de câmp). Dacă tensiunea de ieșire scade, tranzistoarele se vor deschide doar parțial și nu complet. Încălzindu-se rapid, vor eșua în curând, incapabili să facă față sarcinii. Pentru a exclude această posibilitate, este necesar să monitorizați tensiunea de alimentare la intrarea microcircuitului și să nu permiteți acestuia să depășească marcajul de proiectare. Dacă tensiunea la acest pin scade sub cea setată special pentru acest controler, dispozitivul de control se oprește. De obicei, acest pin este conectat direct la pinul VC.

Tensiunea de control la ieșire (OUT)

Numărul de pini ai unui microcircuit este determinat de proiectarea și principiul său de funcționare. Nu este întotdeauna posibil să înțelegeți imediat termenii complexi, dar să încercăm să evidențiem esența. Există microcircuite pe 2 pini care controlează cascade push-pull (cu braț dublu) (exemple: punte, semipunte, convertor invers în 2 timpi). Există, de asemenea, analogi ale controlerelor PWM pentru controlul cascadelor cu un singur capăt (un singur braț) (exemple: înainte/înapoi, boost/buck, inversare).

În plus, treapta de ieșire poate avea o structură cu un singur ciclu sau două cicluri. Push-pull este folosit în principal pentru a conduce un FET dependent de tensiune. Pentru a închide rapid, este necesar să se obțină descărcarea rapidă a condensatoarelor de sursă de poartă și de scurgere de poartă. În acest scop, se utilizează treapta de ieșire push-pull a controlerului, a cărei sarcină este să se asigure că ieșirea este închisă la cablul comun dacă este necesară închiderea tranzistorului cu efect de câmp.

Controlerele PWM pentru surse de alimentare de mare putere pot avea, de asemenea, controale de comutare de ieșire (driver). Se recomandă utilizarea tranzistoarelor IGBT ca comutatoare de ieșire.

Principalele probleme ale convertoarelor PWM

Când utilizați orice dispozitiv, este imposibil să eliminați complet posibilitatea defecțiunii, iar acest lucru se aplică și convertoarelor. Complexitatea designului nu contează, chiar și binecunoscutul controler TL494 PWM poate cauza probleme de funcționare. Defecțiunile au o natură diferită - unele dintre ele pot fi detectate cu ochi, în timp ce detectarea altora necesită echipamente speciale de măsurare.

Pentru a utiliza un controler PWM, ar trebui să vă familiarizați cu lista principalelor defecțiuni ale dispozitivului și numai mai târziu - cu opțiuni pentru eliminarea acestora.

Depanare

Una dintre cele mai frecvente probleme este defectarea tranzistoarelor cheie. Rezultatele pot fi văzute nu numai atunci când încercați să porniți dispozitivul, ci și atunci când îl examinați cu un multimetru.

În plus, există și alte defecte care sunt oarecum mai greu de detectat. Înainte de a verifica direct controlerul PWM, puteți lua în considerare cele mai frecvente cazuri de defecțiuni. De exemplu:

• Controlerul se blochează după pornire - o întrerupere a buclei OS, o cădere de curent, probleme cu condensatorul la ieșirea filtrului (dacă există) sau driverul; Poate că controlul controlerului PWM a mers prost. Este necesar să inspectați dispozitivul pentru așchii și deformări, să măsurați indicatorii de sarcină și să îi comparați cu cei standard.
• Controlerul PWM nu pornește - una dintre tensiunile de intrare lipsește sau dispozitivul este defect. Inspectarea și măsurarea tensiunii de ieșire poate ajuta sau, ca ultimă soluție, înlocuirea acesteia cu un analog de lucru cunoscut.
• Tensiunea de ieșire diferă de tensiunea nominală - există o problemă cu bucla OOS sau cu controlerul.
• După pornire, PWM-ul de pe sursa de alimentare intră în protecție dacă nu există un scurtcircuit pe taste - funcționare incorectă a PWM-ului sau a driverelor.
• Funcționarea instabilă a plăcii, prezența unor sunete ciudate - o întrerupere a buclei OOS sau a lanțului RC, degradarea capacității filtrului.

În concluzie

Controlerele PWM universale și multifuncționale pot fi găsite acum aproape peste tot. Acestea servesc nu numai ca o componentă integrală a surselor de alimentare pentru majoritatea dispozitivelor moderne - computere standard și alte dispozitive de zi cu zi. Pe baza controlorilor, se dezvoltă noi tehnologii care pot reduce semnificativ consumul de resurse în multe domenii ale activității umane. Proprietarii de case particulare vor beneficia de regulatoare de încărcare a bateriilor din baterii fotovoltaice, bazate pe principiul modulării în lățime a impulsului a curentului de încărcare.

Eficiența ridicată face ca dezvoltarea de noi dispozitive bazate pe principiul PWM să fie foarte promițătoare. Sursele secundare de energie nu sunt singurul domeniu de activitate.