3.8. Вибір елементів запуску (r1, r2).
При подачі вхідної напруги конденсатор С3 починає повільно заряджатися через резистори R1 і R2. У цей момент чіп споживає зовсім незначний струм, оскільки його внутрішні схеми відключені внутрішньою схемою UVLO (Under Voltage Lock Out). Ми повинні так вибрати резистори запуску, щоб гарантовано забезпечити цей первісний струм. Цих резисторів повинно бути обов'язково два – вимога стандартів електробезпеки – при виході будь-якого елементу з ладу ми зобов'язані мати обмежений струм. Тому логічно використовувати чіп-резистори типорозміру 1206 з максимально допустимою напругою 250V кожен.
При мінімальному вхідній напрузі сума цих резисторів повинна забезпечити струм запуску UC3844A - ISTART = 0.5mA max., При цьому напруга на мікросхемі повинна піднятися до напруги старту чіпа – VSTART = 17.5V max.
Звідси:
.
З невеликим запасом R1 = R2 = 100K. При максимальній вхідній напрузі на них буде розсіюватись потужність:
.
В цьому випадку неможливо використовувати два резистора 1206, оскільки їх сумарна потужність розсіювання всього 0.5W. Необхідно ставити два полуватних резистора або три-чотири резистора розміру 1206.
Можна використовувати низкоспоживаючі варіанти ШІМ-контролерів, наприклад серії UCC3813. У цьому випадку сумарний опір резисторів запуску складе близько мегом, і виділення потужності на них стає дуже малим.
У деяких випадках замість резисторів запуску застосовується джерело струму, що відключається при виході блоку на стаціонарний режим, особливо це рішення актуально при дуже великому діапазоні зміни вхідної напруги. Тут за сигнал відключення джерела струму звичайно приймають наявність опорної напруги на виводі 8.
3.9. Розрахунок схеми живлення контролера (d1, r4, c3).
Після запуску ШІМ-контролера, коли напруга його живлення, досягає порога включення, підключаються всі його внутрішні схеми, і споживання різко зростає. Крім того, починають надходити імпульси на затвор силового транзистора, і додатковий струм споживається на перезаряд його ємності. Вихідна напруга в початковий момент дорівнює нулю, і починає плавно зростати в міру заряду вихідних конденсаторів.
Зараз ШІМ-контролер працює в режимі обмеження струму – тривалість вихідних імпульсів визначається напругою на датчику струму, а ланцюг зворотного зв'язку не працює, оскільки вихідна напруга ще не досягла норми.
Напруга на обмотці живлення також низька, і контролер живиться від енергії запасеної в конденсаторі C3. Відповідно, енергії в ньому має вистачити на весь час перехідного процесу, і він має бути тим більше, чим більше ємність на виході блоку.
Розрахуємо струм, споживаний контролером від конденсатора C3. Він буде складатися з власне струму споживання контролера (17mA max) і струму на перезаряд ємності затвора (знайдений раніше, 2mA). Тобто сумарний максимальний струм споживання складе
IPWM = 19mA max.
Контролер включається при напрузі (14.5 - 17.5)V, а відключається при (8.5 - 11.5)V, але гістерезис постійний і складає рівно VHIST = 6V.
Знайдемо час, протягом якого відбуватиметься перехідний процес. Для цього поставимо максимально можливу ємністю на виході блоку, скажімо, 4700μF, і порахуємо, за який час вона зарядиться номінальним вихідним струмом:
.
Тепер можемо найти мінімально можливу ємність конденсатора C3:
.
Відповідно, якщо використовувати звичайний алюмінієвий конденсатор 100μF * 25V, то можна бути впевненим, що наш блок буде стійко запускатися при сумарній вихідний ємності до 4700μF.
При короткому замиканні на виході напруга на обмотці живлення не досягне рівня, достатнього для роботи ШІМ-контролера, і цикл запуску буде відбуватися періодично. Розрахуємо відношення часів роботи блоку на коротке замикання і заряду конденсатора через резистори запуску, коли силовий струм не тече через елементи схеми.
Розрахунок будемо вести для номінальної напруги мережі 220VAC.
Блок буде працювати на коротке замикання в плині часу, коли конденсатор C3 розряджається струмом споживання контролера 19mA на величину VHIST = 6V:
.
Заряд С3 буде відбуватися через резистори запуску сумарним опором 200К струмом:
.
Час заряду розраховується за формулою:
.
Відношення tON / tOFF складе 0.08. Ця величина є відношенням струму заряду конденсатора С3 до струму його розряду, тобто tON / tOFF = ICHARGE / IPWM. На практиці це означає, що перегрів блоку при короткому замиканні буде в 12.5 разів менше при періодичному його перезапуску ніж при постійній роботі в режимі короткого замикання. Але це співвідношення залежить від вхідної напруги – чим воно більше, тим більше буде перегрів блоку при короткому замиканні.
Але на практиці ця логіка відпрацювання короткого замикання може давати збої. Проблема пов'язана з трансформуванням коливань від індуктивності розсіювання первинної обмотки на обмотку живлення – при перевантаженні ці викиди заряджають С3 і не дають контролеру вимикатися. Тому для мінімізації їх впливу вводять інтегруючі елементи в ланцюг живильної обмотки, в нашому випадку це резистор R4.
Іноді ставлять додатковий RC фільтр з постійною часу більшою ніж постійна часу ланцюга індуктивність розсіювання – паразитна ємність трансформатора. Замість резистора можна також використовувати або активний фільтр, або, краще, невелику індуктивність.
Проблема вибору резистора R4 досить складна – з одного боку він повинен бути достатньо великим для ефективного інтегрування паразитних викидів, а з іншого боку – не створювати занадто великого падіння напруги в режимах, близьких до холостого ходу. Зазвичай його номінал становить (10…47)Ω. Особливо складно вирішити цю дилему при низькому власному споживанні ШІМ-контролера: якщо на стандартних мікросхемах UC384 (2-5) в більшості випадків можна обійтися одним резистором, то на мікроспоживаючих клонах серії типу UCC3813 доводиться використовувати вже індуктивність (але вона виходить досить мініатюрною – струм через неї нікчемний, а індуктивність невелика, як правило (10…47)μH). Тобто інтегруючу ланцюг слід підбирати таким чином, що б блок стійко працював при мінімально можливій навантаженні, і стабільно йшов в перезапуск при короткому замиканні – і обов'язково в усьому діапазоні живлячих напруг.