Короткое теоретическое обоснование разработки
Практически все схемы ЛБП выполняются по схеме:
Источник питания → Соединительные провода → Нагрузка
Причина - простота и надежность. Но такое подключение не лишено недостатков и об этом расскажу немного поподробнее.
В качестве примера привел картинку, в которой ЛБП имеет выходное напряжение 5В, нагрузка, рассчитанная на входное напряжение 5 В, подключена через пару соединительных проводов длиной 1,8 метра и сечением 2 мм2. При токе нагрузки в 10 А на каждом соединительном проводе упадет приблизительно по 150 мВ напряжения и до нагрузки дойдет только около 4,7 В. Все цифры выбраны исключительно из соображений, чтобы показать суть проблемы и способы ее решения.
Кто-то скажет, а в чем проблема? Обычно всегда есть допуски на рабочее напряжение и устройство, рассчитанное на 5 В, без проблем будет работать в диапазоне напряжений как минимум от 4.5 до 5.5 В. Но суть проблемы не только в этом. Стабилизация напряжения у ЛБП осуществляется по клеммам «+Вых.» и «-Вых.» и обратная связь, которая работает на формирование всех выходных параметров блока питания, рассчитана исключительно на работу на выходные клеммы ЛПБ. Все что происходит далее, ЛБП абсолютно все равно, он ничего не знает о происходящих там событиях. Разумеется, что на клеммах нагрузки косвенно происходит почти то же самое, что и на клеммах ЛБП. Здесь ключевым является слово «почти». Если в качестве нагрузки мы рассматриваем лампочку или любую другую постоянную нагрузку, работающую в классе А, то ничего интересного не происходит. А представьте теперь, что в качестве нагрузки выступает усилитель, работающий в привычном всем диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц. Нагрузка становится импульсной и потребляет уже ток на различной частоте с разной интенсивностью в импульсном режиме (можно считать, что в такт с музыкой). В этом случае всплески тока, возникающие в нагрузке, должны быть подавлены реакцией на эти возмущения со стороны ЛБП (а именно внутренним околонулевым выходным сопротивлением ЛБП). А как ЛБП может подавить все эти возмущения в нагрузке, если он отделен от нагрузки соединительными проводами, которые имеют свое активное сопротивление и выступают в роли индуктивности на высоких частотах. Ответ прост – никак или плохо или частично. Будут подавлены только те возмущения, которые сумели дойти до клемм ЛБП, все остальное, что не дошло до цепей обратной связи, – нагадило в нагрузке и было услышано любителями музыки.
Чтобы исправить подобную несправедливость, предлагается к разработке ЛБП с функцией компенсации соединительных проводов. Данная опция нужна не только для того, чтобы обеспечить на нагрузке заданное напряжение питания, но и для того, чтобы реакция ЛБП на возмущения, возникающие в нагрузке, максимально активно создавалась именно в нагрузке, а не посредством соединительных проводов, вносящих различные потери. Подобной схемой включения (она называется схема Кельвина) достигается обеспечение минимального выходного сопротивления ЛБП во всем частотном диапазоне непосредственно в нагрузке.
Стоит отметить, что измерительные провода (подключенные к клеммам +Изм. и –Изм.) не вносят потерь, так как по ним не протекает ток нагрузки, данные провода являются измерительными и подключены к цепи ЛПБ, имеющей очень большое входное сопротивление. Буду считать, что на этом теоретическое обоснование поставленной задачи закончено и можно приступать к делу и реализовывать задуманное на практике.