Использование выносного датчика и функции подстройки напряжения

3 Использование выносного датчика и функции подстройки напряжения

Ряд моделей одно- и двухканальных гибридных конвертеров снабжены выводами для подключения выносного датчика (Remote Sense) и/или цепей подстройки напряжения (Voltage Adjust), которые можно использовать, если необходимо компенсировать линейное падение напряжения, или отрегулировать выходное напряжение конвертера. В таблице 5 приведен перечень моделей с данными функциями.


Рисунок 13 — Типовое подключение выносного датчика

Применение выносного датчика (рис. 13) позволяет пользователю компенсировать линейное падение напряжения в цепях распределения питания. При использовании маломощных конвертеров, или конвертеров с высоким выходным напряжением применение выносного датчика не дает ощутимого эффекта из-за весьма низких значений линейного падения напряжения, поэтому данная функция реализована только в некоторых моделях конвертеров. Обычно конвертеры разработаны так, что позволяют компенсировать линейное падение напряжения величиной до 0,25 В с сохранением всех заданных спецификациями параметров. Однако необходимо отметить, что с увеличением напряжения компенсации происходит небольшой рост минимально допустимого рабочего напряжения на входе конвертера. Иными словами, минимальная граница входного рабочего напряжения для конвертера с номинальным входным напряжением 28 В увеличится с 16 В до 17 В. В рассчитанных на более высокие входные напряжения моделях предусмотрен дополнительный запас, который обеспечивает их полнофункциональную работу с учетом линейного падения напряжения на 0,25 В.
Следует также учитывать, что при увеличении выходного напряжения в целях компенсации линейного падения, необходимо пропорционально уменьшать выходной ток, чтобы не превысить допустимое значение мощности конвертера.
Если в функции выносного датчика нет необходимости, то вывод +RS конвертера должен быть подключен к выходу положительной полярности, а вывод -RS – к выходу отрицательной полярности конвертера. Если оставить выводы выносного датчика неподключенными, это приведет к росту выходного напряжения конвертера на величину от 50 мВ до 100 мВ относительно номинального значения и, возможно, к увеличению выходного сопротивления. Однако это не приведет к выходу конвертера из строя.
При использовании функции выносного датчика существует вероятность возникновения нестабильности, обусловленной влиянием длины выходного кабеля. Полюс, возникающий в результате взаимодействия индуктивности кабеля с сопротивлением нагрузки, может вводить петлю обратной связи конвертера в нестабильное состояние. Чтобы обеспечить минимальный фазовый сдвиг на частоте отсечки гибридного конвертера, были рассчитаны значения допустимой длины кабеля (суммарной длины проводников, подключенных к положительному и отрицательному выходам конвертера) для каждого выходного напряжения при нескольких значениях выходного тока. В расчетах использовалась минимальная частота 50 кГц. В таблице 4 приведены допустимые значения параметра «минимальное сопротивление нагрузки/длина кабеля» для различных выходных напряжений и токов.

Таблица 4 Зависимость параметра «минимальное сопротивление нагрузки / максимальная длина кабеля» от выходного напряжения и тока конвертеров

Выходной ток, А Выходное напряжение
3,3 В 5 В 12 В 15 В 23 В
1 3,3 Ω 15,8 м 5,0 Ω 24,1 м 12 Ω 58,2 м 15 Ω 72,8 м 23 Ω 111,6 м
2 1,6 Ω 7,9 м 2,5 Ω 12,2 м 6 Ω 28,9 м 7,5 Ω 36,3 м 11,5 Ω 55,8 м
4 0,83 Ω 3,9 м 1,3 Ω 6,1 м 3 Ω 14,6 м 3,8 Ω 18,0 м -
6 0,55 Ω 2,6 м 0,83 Ω 3,9 м 2 Ω 9,8 м - -
10 0,33 Ω 1,6 м 0,50 Ω 2,4 м - - -
15 0,22 Ω 1,1 м 0,33 Ω 1,6 м - - -

Вывод подстройки напряжения дает пользователю возможность регулировать выходное напряжение конвертера в пределах приблизительно ±10 % от номинального значения. Если вывод подстройки подключен через внешний последовательный резистор к отрицательному выходу конвертера Output Return, то уровень выходного стабилизированного напряжения будет повышаться относительно номинального значения. И, наоборот, при подключении вывода подстройки через последовательный резистор к положительному выходу конвертера Output, уровень выходного стабилизированного напряжения будет понижаться относительно номинала.
Вывод подстройки позволяет с помощью внешнего резистора изменять параметры делителя напряжения в цепи обратной связи конвертера. Вывод подстройки подключен к делителю напряжения через внутренний последовательный резистор, который защищает внутренние цепи конвертера и снижает уровень дополнительно вносимых шумов.
Точка подключения вывода подстройки должна располагаться как можно ближе к выходу конвертера, поскольку перемещение ее ближе к нагрузке приведет к увеличению выходного сопротивления конвертера.
Если функция подстройки не используется, вывод подстройки должен оставаться неподключенным.
Необходимо отметить, что для конвертеров с номинальным входным напряжением 28 В увеличение выходного напряжения за счет подстройки приводит к небольшому подъему нижней границы допустимого диапазона входных рабочих напряжений. То есть минимальное значение входного рабочего напряжения конвертера при полной нагрузке увеличится до 17 В вместо номинального значения 16 В. В моделях, рассчитанных на более высокие входные напряжения, имеется дополнительный запас, поэтому на их параметры подстройка выходного напряжения не будет оказывать никакого влияния.
Приведенные ниже выражения позволяют определить величину внешнего резистора, который необходим для увеличения или уменьшения выходного напряжения конвертера:

R1 = R2 (Vo — Vref) / Vref (1)

Vadj = Vref {1 + [(R1 R2) + (R1 R4)] / R2 R4} (2)

Vadj = Vref [1 + R1 R4 / R2 (R1 + R4)] (3)

R4 = R3 + Radj (4)
В данных соотношениях использованы следующие обозначения:
Vadj – необходимая величина выходного напряжения;
Vo – номинальное выходное напряжение конвертера до подстройки;
Vref – внутреннее опорное напряжение конвертера (см. Таблицу 5);
R1 – внутренний резистор между выходом положительной полярности конвертера и средней точкой делителя обратной связи (см. Таблицу 5);
R2 – внутренний резистор между выходом отрицательной полярности конвертера и средней точкой делителя обратной связи (см. Таблицу 5);
R3 – внутренний резистор между средней точкой делителя обратной связи и выводом подстройки (см. Таблицу 5);
R4 – равен сумме величины R3 и внешнего резистора подстройки.
Чтобы определить величину внешнего подстроечного резистора, сначала с помощью выражения (1) необходимо вычислить значение R1 , подставляя значение Vref из Таблицы 5. Затем с помощью выражения (2) следует определить величину R4 , если целью подстройки является увеличение выходного напряжения. При этом R4 должен подключаться к выходу отрицательной полярности конвертера. Если же целью подстройки является уменьшение выходного напряжения, то для определения величины R4 необходимо использовать выражение (3). При этом R4 должен подключаться к положительному выходу конвертера.
И, наконец, поскольку значение R4 представляет собой сумму величин внутреннего резистора R3 и внешнего подстроечного резистора, с помощью выражения (4) и значения R3 из Таблицы 5 можно определить величину внешнего подстроечного резистора.
В приведенных выше примерах применение выносного датчика и использование подстройки напряжения рассматривалось по отдельности. Однако обе эти функции можно применять одновременно.

Таблица 5 Конвертеры с функциями выносного датчика и подстройки напряжения

Модель Входное напряжение, В Выходная мощность, Вт Функция выносного датчика Vref, В R2 R3
2680 {**} SXX [**] 28 30 + 2,5 998 10 k
2690 {**} SXX [**] 28 6,5 - 2,5 998 10 k
3000 {**} SXX [**] 270 30 + 2,5 998 10 k
3001 {**} SXX [**] 28 30 + 2,5 998 10 k
3011 {**} SXX [**] 28 20 - 2,5 998 10 k
3020 {**} SXX [**] 270 6,5 - 2,5 998 10 k
3031 {**} SXX [**] 28 80 + 2,5 998 10 k
3041 {**} SXX [**] 270 80 + 2,5 998 10 k
3051 {**} SXX [**] 120 80 + 2,5 998 10 k
3060 {**} SXX [**] 120 30 + 2,5 998 10 k
3061 {**} SXX [**] 8-40 5 - 2,5 998 10 k
3062 {**} SXX [**] 8-40 6,5 - 2,5 998 10 k
3070 {**} SXX [**] 120 6,5 - 2,5 998 10 k
3080 {**} SXX [**] 28 5 - 2,5 998 10 k
3107 {**} SXX [**] 28 20 - 2,5 998 10 k
3108 {**} SXX [**] 120 20 - 2,5 998 10 k
3109 {**} SXX [**] 270 20 - 2,5 998 10 k
3113 {**} SXX [**] 8-40 20 - 2,5 998 10 k
3114 {**} SXX [**] 8-40 40 + 2,5 998 10 k
3193 {**} SXX [**] 28 40 + 2,5 998 10 k
3326 {**} SXX [**] 120 40 + 2,5 998 10 k
3327 {**} SXX [**] 270 40 + 2,5 998 10 k
3378 {**} SXX [**] 8-40 30 + 2,5 998 10 k
5031 {**} S02-05.2 [**] 28 30 + 1,5 9,53 k 15 k
5031 {**} S12-15 [**] 28 80 + 1,5 4,02 k 15 k
5031 {**} D02-05.2 [**] 28 80 + 1,5 9,53 k 15 k
5031 {**} D02-05.2 [**] 28 80 + 1,5 9,53 k 15 k
5031 {**} D12-15 [**] 28 80 + 1,5 4,02 k 15 k
5107 {**} SXX [**] 28 20 - 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
5107 {**} DXX [**] 28 20 - 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
5193 {**} SXX [**] 28 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 1 k
5193 {**} DXX [**] 28 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 1 k
5193 {**} SXX [**] 28 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
5193 {**} DXX [**] 28 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
5680 {**} SXX [**] 28 30 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
5680 {**} DXX [**] 28 30 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
5680 {**} DXX [**] 28 6,5 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
6031 {**} SXX [**] 28 80 + 2,5 998 10 k
6107 {**} SXX [**] 28 20 - 2,5 998 10 k
6193 {**} SXX [**] 28 40 + 2,5 998 10 k
6680 {**} SXX [**] 28 30 + 2,5 998 10 k
6690 {**} SXX [**] 28 6,5 - 2,5 998 10 k
7031 {**} SXX [**] 50 80 + 1,5 998 10 k
7031 {**} DXX [**] 50 80 + 1,5 9 ,53 k / 4,02 k 1 15 k
7107 {**} SXX [**] 50 20 - 1,5 9 ,53 k / 4,02 k 1 15 k
7193 {**} SXX [**] 50 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 1 k
7193 {**} SXX [**] 50 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 1 k
7193 {**} DXX [**] 50 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
7680 {**} SXX [**] 50 30 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
7680 {**} DXX [**] 50 30 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
7690 {**} SXX [**] 50 30 - 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
8031 {**} SXX [**] 70 80 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
8031 {**} DXX [**] 70 80 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
8107 {**} SXX [**] 70 20 - 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
8193 {**} SXX [**] 70 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
8193 {**} DXX [**] 70 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
8680 {**} SXX [**] 70 30 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
8680 {**} DXX [**] 70 30 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
8690 {**} SXX [**] 70 6,5 - 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
9031 {**} SXX [**] 100 80 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
9031 {**} DXX [**] 100 80 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
9107 {**} SXX [**] 100 20 - 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
9193 {**} SXX [**] 100 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 1 k
9193 {**} DXX [**] 100 40 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
9680 {**} SXX [**] 100 30 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
9680 {**} DXX [**] 100 30 + 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k
9690 {**} SXX [**] 100 6,5 - 1,5 9,53 k / 4,02 k 1 15 k

Примечания: {**} – тип исполнения;
XX – выходное напряжения в диапазоне от 3,3 до 23 В;
[**] – тип корпуса;
1 –для конвертеров серий 5000, 7000, 8000 и 9000 величина R2 зависит от номинального выходного напряжения и составляет 9,53 кОм для модулей с выходным напряжением менее 12 В, и 4,02 кОм для модулей с выходным напряжением 12 В и выше.
Внешняя подстройка в пределах не более 10 % от величины номинального выходного напряжения не приводит к нарушениям в работе гибридного конвертера. Однако при ее использовании следует соблюдать особую осторожность, так как превышение предела 10 % может привести к внутренним повреждениям конвертера. Если возникает необходимость в подстройке более, чем на 10%, необходимо получить консультацию технических служб компании MDI.


Рисунок 14(а) — Типовое подключение вывода подстройки для повышения
выходного напряжения с использованием выносного датчика


Рисунок 14(б) — Типовое подключение вывода подстройки для понижения
выходного напряжения с использованием выносного датчика


Рисунок 15 — Одновременное использование подстройки
напряжения и выносного датчика

Функции выносного датчика и подстройки напряжения, интегрированные в полнофункциональные конвертеры MDI, значительно расширяют диапазон их применения. Специалисты подразделения гибридной техники компании MDI всегда готовы ответить на любые возникающие вопросы и обсудить различные аспекты применения конвертеров.


Рисунок 16 — Внутренняя схема соединений выводов
подстройки (ADJ) и выносного датчика (RS)