КРАТКАЯ РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ НА ОСНОВЕ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

BRIEF DEVELOPMENT AND ANALYSIS OF A BATTERY VOLTAGE STABILIZER BASED ON A STEP-UP CONVERTER

Valeev Karim Rinatovich

Student, Department of Industrial Electronics, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics,

Russia. Tomsk

Getman Ivan Pavlovich

Student, Department of Industrial Electronics, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics,

Russia. Tomsk

АННОТАЦИЯ

Цель работы – разработать разрядное устройство аккумуляторной батареи системы электропитания на основе повышающего преобразователя с синхронным выпрямителем и разобрать его работу.

Представлен выбор основных компонентов: ШИМ-контроллер К1156ЕУ2[1], элемент логический И-НЕ CD4011B[2], драйвер IR2110[3].

Разработана схема электрическая принципиальная устройства.

Работа устройства проверена в программной среде LTspice.

ABSTRACT

The objective of this work is to design a battery discharge unit for a power supply system based on a boost converter with synchronous rectification and to analyze its operation.

Key components presented: K1156EU2 PWM controller, CD4011B NAND gate, and IR2110 driver.

A schematic diagram of the device has been developed.

The device's operation has been verified using the LTspice software environment.

Ключевые слова: источник питания, силовая часть, повышающий преобразователь, ШИМ-контроллер, стабилизатор напряжения.

Keywords: power supply, power section, step-up converter, PWM controller, voltage stabilizer.

На вход устройства подаётся от 39 В до 31 В, на выходе оно должно поддерживать 38,5 В с допустимыми пульсациями напряжения в 0,5 В.

Непосредственный преобразователь напряжения обладает наибольшим коэффициентом полезного действия за счёт отсутствия трансформатора как основного преобразующего напряжения компонента. Топология повышающего преобразователя выбрана простейшая в виду отсутствия специфичных требований. Простейшая схема повышающего преобразователя представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшая схема повышающего преобразователя

Для повышения эффективности диод заменён на транзистор.

В качестве системы управления используется ШИМ-контроллер К1156ЕУ2.

Т.к. ШИМ-контроллер не имеет возможности управления двумя ключами, необходимо использовать систему преобразования ШИМ-сигнала, которая в данном случае основана на логических элементах И-НЕ CD4011B. Она необходима для создания противоположных сигналов с регулируемым временем их задержки для предотвращения пропуска сквозных токов,

Преобразованный сигнал идёт к драйверу IR2110, который уже управляет транзисторами. Однако для его работы требуется гальваноразвязное питание для корректного открытия транзисторов, ибо напряжение на выходе устройства больше напряжения питания.

Для создания гальваноразвязного питания необходим трансформатор. Т.к. он используется для питания компонентами управления, которые имеют наименьшую потребляемую мощность, то потерями можно пренебречь.

Для работы трансформатора необходимо обеспечить переменное напряжение, потому без дополнительного источника переменного напряжения обойтись невозможно. Структурная схема устройства представлена на рисунке 2, принципиальная схема устройства представлена на рисунках 3, 4.

Рисунок 2. Структурная схема устройства

Рисунок 3. Принципиальная схема устройства

Далее разработанное устройство было проверено в программной среде LTspice. Результаты проверки представлены на рисунках 4 – 7.

Рисунок 4. Напряжение на переходах транзисторов

Рисунок 5. Выходное напряжение

Рисунок 6. Работа устройства при резком сбросе и набросе нагрузки

Рисунок 7. Напряжение на выходе устройства (V(inv)) при изменении напряжения питания(V(pow))

Как видно из рисунков 4 – 5, благодаря использованию системы преобразования сигнала сквозных токов удалось избежать.

Из рисунка 6 видно, что при резком сбросе и подбросе нагрузки выходное напряжение быстро стабилизируется благодаря верно настроенному контуру обратной связи.

Из рисунка 7 видно, что устройство работает одинаковое выходное напряжение во всём рабочем диапазоне питания АКБ.

Список литературы:

1. НТЦ СИТ К1156ЕУ2хх, К1156ЕУ3хх, 2015 – 9 стр.
2. Texas Instruments CD4011B, CD4012B, CD4023B Types, 2003. – 13 стр.
3. IRF IR2110(-1-2)(S)PbF/IR2113(-1-2)(S)PbF, 2005 – 18 стр.