česky english Vítejte, dnes je čtvrtek 11. srpen 2022

Různé topologie spínaného zdroje a otázka rušení

DPS 5/2020 | Vývoj - články
Autor: Frederik Dostal, Analog Devices

Spínané zdroje a jejich regulátory pracují s řadou různých topologií. Některé, jako např. klasický snižující měnič, se těší velké oblibě. Setkáme se však i s několika méně známými typy spínaných DC/DC zdrojů, včetně topologie Zeta.

Základní a také rozšířené přístupy je možné vzájemně odlišit. V prvním případě se uplatní pouze dva spínače, jedna indukčnost a dva kondenzátory. Hovoříme o spínaných zdrojích bez galvanického oddělení, kam patří snižující měniče, zvyšující měniče a invertující snižující – zvyšující topologie. Veškerá další řešení již budou vyžadovat dodatečné součástky. Pro SEPIC to může např. znamenat vazební kapacitu a druhou indukčnost. Kromě neizolovaných spínaných návrhů zde rovněž máme případy, ve kterých galvanické oddělení zajišťuje transformátor.

Různé topologie spínaného zdroje a otázka rušení

Zdroj napájení se při návrhu často považuje za černou skříňku, resp. blok se čtyřmi vývody – dvěma vstupními a dvěma pak výstupními, viz také blokově znázorněný DC/DC měnič na obr. 1. Nahoře sledujeme variantu bez a dole pak s galvanickým oddělením.

Obr. 1 neřeší záležitosti spojené s rušením a příslušnými vývody. V zapojeních se dvěma bránami se různé topologie spínaných zdrojů budou svým chováním každopádně odlišovat. Na obr. 2 vidíme univerzální snižující měnič s obvodem ADP2441 od společnosti Analog Devices [1] určený pro průmyslové aplikace. Ze vstupních 24 V na svém výstupu zajišťuje úroveň 3,3 V. S takovým přístupem lze na vstupní straně pozorovat vznik pulzních proudů, a tudíž i velké rušení. Bude-li spínací tranzistor na vyšší straně napájení u obvodu ADP2441 aktivní, přitéká vývodem A proud. Při vypnutém spínači zde ale žádný proud nepoteče. Na výstupní straně (C) je však pozorováno velmi malé rušení. Zapojená indukčnost se totiž postará o to, aby zde žádný pulzní proud neprotékal.

Aby mohli vývojáři obdržet hodnotné informace, pokud jde o základní zhodnocení chování spínaných obvodů, byla připravena tabulka 1 zahrnující nejčastější topologie, s nimiž se u regulátorů setkáváme. První řádek odhaluje, zda je úroveň rušení na vstupní straně, tedy vývodech A a B u systému se dvěma bránami, nízká, či nikoli. O řádek níže pak vidíme, jak je na tom příslušná topologie v případě výstupu, tedy na vývodech C a D. Tabulka přitom počítá s nízkými a vysokými hladinami rušení.

Různé topologie spínaného zdroje a otázka rušení 1

Pomocí dodatečné filtrace, např. se samostatnými LC filtry, je možné rušení šířené po vedení v zapojeních se spínaným obvodem výraznou měrou potlačovat. V takovém případě lze slabé stránky zmíněné v tabulce 1 dále zmírnit. Vývojáři by však přesto měli umět rozpoznat, který z DC/DC měničů vykazuje zvláště vysoké úrovně rušení a také na jakých vývodech. Díky takové informaci pak bude možné již dopředu počítat s odpovídající filtrací a zároveň zde vyhradit i další nezbytný prostor, který takové prvky logicky zaberou.

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik