Iemācīt 6 barošanas bloka projektēšanas prasmes
01 Ferīta magnētiskais pastiprinātājs Flyback barošanas avotā
Divu izejas lidojuma padevei ar reālo jaudu abās izejās (5V 2A un 12V 3A, abas regulē ± 5 procenti), kad spriegums sasniedz 12V, tas pāriet nulles slodzes stāvoklī un nevar noregulēt 5 procentu robežās. Lineārais regulators ir dzīvotspējīgs risinājums, taču tas joprojām nav ideāls tā augsto izmaksu un efektivitātes zuduma dēļ.
Mūsu piedāvātais risinājums ir izmantot magnētisko pastiprinātāju uz 12V izejas, var izmantot pat flyback topoloģiju. Lai samazinātu izmaksas, ieteicams izmantot ferīta magnētisko pastiprinātāju. Tomēr ferīta magnētiskā pastiprinātāja vadības ķēde atšķiras no tradicionālā taisnstūra histerēzes cilpas materiāla (augstas magnētiskās caurlaidības materiāla). Ferīta vadības ķēde (D1 un Q1) samazina strāvu, lai uzturētu jaudu pie izejas. Šī ķēde ir rūpīgi pārbaudīta. Transformatora tinumi ir paredzēti 5V un 13V izvadei. Ķēde var sasniegt pat mazāku -1W ievades jaudu (5 V 300 mW un 12 V nulles slodze), vienlaikus panākot ±5 procentu 12 V izejas regulēšanu.
02 Izmantojiet esošo loka lauzņa ķēdi, lai nodrošinātu aizsardzību pret pārslodzi
Apsveriet 5V 2A un 12V 3A flyback piegādes. Viena no šī barošanas avota galvenajām specifikācijām ir aizsardzība pret pārslodzi (OPP) 5 V izejā, kad 12 V izeja sasniedz bezslodzes vai ļoti vieglu slodzi. Abām izejām ir ±5 procentu sprieguma regulēšanas prasība.
Parastiem risinājumiem sensoru rezistoru izmantošana pasliktina šķērsregulēšanas veiktspēju, un drošinātāji ir dārgi. Tomēr tagad ir pieejamas pārsprieguma aizsardzības (OVP) laužņu shēmas. Šī shēma spēj izpildīt gan OPP, gan sprieguma regulēšanas prasības, ko var panākt, izmantojot daļēju loka lauzņa ķēdi.
R1 un VR1 veido aktīvu priekšslodzi uz 12V izeju, kas ļauj regulēt 12V, kad 12V izeja ir nedaudz noslogota. Kad 5 V izeja ir pārslodzes stāvoklī, 5 V izejas spriegums samazināsies. Manekena slodze patērē daudz strāvas. Lai uztvertu šo lielo strāvu, var izmantot sprieguma kritumu pāri R1. Q1 ieslēdzas un iedarbina OPP ķēdi.
03 Aktīvais šunta regulators un priekšslodze
Flyback šobrīd ir vispopulārākā topoloģija barošanas avota produktu pārslēgšanas jomā no līnijas sprieguma maiņstrāvas uz zemsprieguma līdzstrāvu. Galvenais iemesls tam ir unikālā rentabilitāte, nodrošinot vairākus izejas spriegumus, vienkārši pievienojot papildu tinumus transformatora sekundārajai iekārtai.
Parasti atgriezeniskā saite nāk no izejas ar visstingrākajām izvades pielaides prasībām. Pēc tam šī izeja nosaka apgriezienus uz voltu visiem pārējiem sekundārajiem tinumiem. Noplūdes induktivitātes dēļ izejas ne vienmēr var sasniegt vēlamo izejas sprieguma šķērsregulāciju, it īpaši, ja dotā izeja var būt noslogota vai ļoti viegli noslogota, jo pārējās izejas ir pilnībā noslogotas.
Lai šādos apstākļos nepieļautu sprieguma palielināšanos izejā, var izmantot pēcregulatoru vai fiktīvu slodzi. Tomēr palielināto izmaksu un pēcregulatoru vai fiktīvo slodžu efektivitātes samazināšanās dēļ tie nav bijuši pietiekami pievilcīgi, jo īpaši pēdējos gados attiecībā uz tukšgaitas un/vai gaidīšanas režīma ieejas enerģijas patēriņu daudzās patērētāju lietojumprogrammās. Arvien stingrāku normatīvo prasību apstākļos šo dizainu sāka atstāt novārtā. 3. attēlā parādītais aktīvais šunta regulators ne tikai atrisina sprieguma regulēšanas problēmu, bet arī samazina izmaksu un efektivitātes ietekmi.
Shēma darbojas šādi: Kad abas izejas ir regulētas, rezistoru dalītājs R14 un R13 nobīda tranzistoru Q5, kas neļauj Q4 un Q1 izslēgt. Šādos darbības apstākļos strāva caur Q5 darbojas kā neliela 5 V izejas priekšslodze.
Standarta atšķirība starp 5 V izeju un 3,3 V izeju ir 1,7 V. Ja slodzei ir nepieciešama papildu strāva no 3,3 V izejas, vienlaikus nepalielinot slodzes strāvu no 5 V izejas, izejas spriegums palielinās, salīdzinot ar 3,3 V izeju. Ja sprieguma starpība ir lielāka par aptuveni 100 mV, Q5 tiks izslēgts, ieslēdzot Q4 un Q1 un ļaujot strāvai plūst no 5 V izejas uz 3,3 V izeju. Šī strāva samazinās spriegumu pie 5 V izejas, samazinot sprieguma starpību starp abām izejām.
Strāvas daudzumu Q1 nosaka sprieguma starpība abās izejās. Tāpēc ķēde var uzturēt abas izejas regulētas neatkarīgi no to slodzes, pat sliktākajā gadījumā, kad 3,3 V izeja ir pilnībā noslogota un 5 V izeja ir atslogota. Q5 un Q4 konstrukcijā nodrošina temperatūras kompensāciju, jo VBE temperatūras izmaiņas katrā tranzistorā atceļ viena otru. Diodes D8 un D9 nav nepieciešamas, taču tās var izmantot, lai samazinātu jaudas izkliedi Q1, novēršot nepieciešamību pievienot konstrukcijai siltuma izlietni.
Ķēde reaģē tikai uz relatīvo atšķirību starp diviem spriegumiem un lielākoties ir neaktīva pilnas un nelielas slodzes apstākļos. Tā kā šunta regulators ir savienots no 5 V izejas uz 3,3 V izeju, ķēde var samazināt aktīvo izkliedi par 66 procentiem, salīdzinot ar iezemētu šunta regulatoru. Rezultāts ir augsta efektivitāte pie pilnas slodzes un zems enerģijas patēriņš no nelielas slodzes līdz bezslodzes.
04 Augstsprieguma ieejas komutācijas barošanas avots, izmantojot StackFET
Rūpnieciskajām iekārtām, kas darbojas ar trīsfāzu maiņstrāvu, bieži ir nepieciešama papildu jaudas stadija, kas var nodrošināt regulētu zemsprieguma līdzstrāvu analogajām un digitālajām shēmām. Šādu lietojumu piemēri ir rūpnieciskie diskdziņi, UPS sistēmas un enerģijas skaitītāji.
Šāda veida barošanas avota specifikācijas ir daudz stingrākas nekā standarta slēdžiem. Šajos lietojumos ir ne tikai augstāks ieejas spriegums, bet arī iekārtām, kas paredzētas trīsfāzu lietojumiem rūpnieciskā vidē, ir jāpacieš ļoti lielas svārstības, tostarp pagarināti krituma laiki, jaudas pārspriegumi un neregulāra vienas vai vairāku fāžu zudumi. Turklāt norādītais ieejas sprieguma diapazons šiem papildu avotiem var būt no 57 V līdz 580 VAC.
Šāda plaša diapazona komutācijas barošanas avota projektēšana var būt izaicinājums, galvenokārt augstsprieguma MOSFET augsto izmaksu un tradicionālo PWM vadības cilpu dinamiskā diapazona ierobežojuma dēļ. StackFET tehnoloģija ļauj apvienot lētus 600 V nominālos zemsprieguma MOSFET un integrētos barošanas avota kontrolierus no Power Integrations, ļaujot vienkārši un lēti izveidot komutācijas barošanas avotus, kas spēj darboties plašā ieejas sprieguma diapazonā.
Ķēde darbojas šādi: Strāva ķēdes ieejā var nākt no trīsfāzu trīs vadu vai četru vadu sistēmas vai pat no vienfāzes sistēmas. Trīsfāzu taisngriezis sastāv no diodēm D1-D8. Rezistori R1-R4 nodrošina ieslēgšanas strāvas ierobežošanu. Ja tiek izmantoti kausējamie rezistori, šos rezistorus var droši atvienot bojājuma laikā, neizmantojot atsevišķu drošinātāju. Pi filtrs sastāv no C5, C6, C7, C8 un L1, lai filtrētu rektificēto līdzstrāvas spriegumu.
Rezistori R13 un R15 tiek izmantoti, lai līdzsvarotu spriegumu starp ieejas filtra kondensatoriem. Kad ieslēdzas MOSFET integrētajā slēdžā (U1), Q1 avots tiks pazemināts, R6, R7 un R8 nodrošinās aizbīdņa strāvu, un savienojuma kapacitāte no VR1 uz VR3 ieslēgs Q1. Zenera diode VR4 tiek izmantota, lai ierobežotu Q1 pievadīto vārtu avota spriegumu. Kad MOSFET U1 ir izslēgts, U1 maksimālo drenāžas spriegumu nostiprina 450 V iespīlēšanas tīkls, kas sastāv no VR1, VR2 un VR3. Tas ierobežo U1 iztukšošanas spriegumu līdz aptuveni 450 V.
Jebkurš papildu spriegums tinuma galā, kas savienots ar Q1, tiks piemērots Q1. Šis dizains efektīvi sadala kopējo rektificēto ieejas līdzstrāvas spriegumu un atgriezenisko spriegumu starp Q1 un U1. Rezistors R9 tiek izmantots, lai ierobežotu augstfrekvences svārstības pārslēgšanas laikā, un skavas tīkls VR5, D9 un R10 tiek izmantots, lai ierobežotu primāro spriegumu noplūdes induktivitātes dēļ atpakaļlidojuma intervāla laikā.
Izejas labošanu nodrošina D1. C2 ir izejas filtrs. L2 un C3 veido sekundāro filtru, lai samazinātu pārslēgšanas pulsāciju izejā.
VR6 ieslēdzas, kad izejas spriegums pārsniedz kopējo sprieguma kritumu optrona diodē un VR6. Izejas sprieguma izmaiņas izraisa izmaiņas strāvas plūsmā caur optrona diodi U2, kas savukārt maina strāvas plūsmu caur tranzistoru U2B. Kad šī strāva pārsniedz U1 FB tapas sliekšņa strāvu, nākamais cikls tiek inhibēts. Izvades regulēšanu var panākt, kontrolējot ieslēgšanas un atspējošanas ciklu skaitu. Kad pārslēgšanas cikls ir ieslēgts, cikls beidzas, kad strāva palielinās līdz U1 iekšējai strāvas robežai. R11 izmanto, lai ierobežotu strāvu caur optronu pārejošu slodžu laikā un regulētu atgriezeniskās saites cilpas pastiprinājumu. Rezistors R12 tiek izmantots, lai novirzītu Zenera diode VR6.
IC U1 (LNK 304) ir iebūvētas funkcijas, lai ķēde būtu aizsargāta pret atgriezeniskās saites signāla zudumu, īssavienojumu izejā un pārslodzi. Tā kā U1 tiek darbināts tieši no tās DRAIN tapas, nav nepieciešams papildu transformatora nobīdes tinums. C4 tiek izmantots, lai nodrošinātu iekšējo padeves atsaisti.
05 Laba taisngriežu diožu izvēle var vienkāršot un samazināt EMI filtru ķēžu izmaksas maiņstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājos
Šī shēma var vienkāršot un samazināt EMI filtru ķēžu izmaksas maiņstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājos. Lai maiņstrāvas/līdzstrāvas barošanas bloks būtu saderīgs ar EMI, ir jāizmanto liels skaits EMI filtru komponentu, piemēram, X un Y kondensatori. Standarta ieejas ķēdēs maiņstrāvas/līdzstrāvas barošanas avotiem ir tilta taisngriezis, lai iztaisnotu ieejas spriegumu (parasti 50-60 Hz). Tā kā šis ir zemas frekvences maiņstrāvas ieejas spriegums, var izmantot standarta diodes, piemēram, 1N400X sērijas diodes, arī tāpēc, ka tās ir vislētākās.
Šīs filtra ierīces tiek izmantotas, lai samazinātu barošanas avota radīto EMI, lai nodrošinātu atbilstību publicētajiem EMI ierobežojumiem. Tomēr, tā kā EMI reģistrēšanai izmantotie mērījumi tiek sākti tikai ar 150 kHz un maiņstrāvas līnijas sprieguma frekvence ir tikai 50 vai 60 Hz, tilta taisngriežos izmantoto standarta diožu (sk. 5-1. attēlu) apgrieztais atkopšanas laiks ir šāds. salīdzinoši lēni. ilgi un parasti nav tieši saistīti ar EMI paaudzi.
Tomēr pagātnē ieejas filtru ķēdēs dažkārt tika iekļauti kondensatori paralēli tilta taisngriežam, lai nomāktu visas augstfrekvences viļņu formas, ko izraisīja zemfrekvences ieejas sprieguma iztaisnošana.
Šie kondensatori nav vajadzīgi, ja tilta taisngriežā tiek izmantotas ātras atjaunošanas diodes. Kad spriegums šajās diodēs sāk mainīties, tās ļoti ātri atjaunojas (skatiet attēlu 5-2). Tas samazina izkliedētās līnijas induktīvo ierosmi maiņstrāvas ievades līnijā, samazinot turpmākos augstfrekvences izslēgšanās momentus un EMI. Tā kā 2 diodes var vadīt katru pusciklu, tikai 2 no 4 diodēm ir jābūt ātras atjaunošanas veidiem. Tāpat tikai vienai no divām diodēm, kas vada katru pusciklu, ir jābūt ātrai atkopšanas raksturlielumam.
Ieejas sprieguma un strāvas viļņu formas parāda diodes snap reversās atkopšanas beigās.
06 Izmantojiet Soft-Start, lai atspējotu zemu izmaksu izejas, lai novērstu pašreizējos lēcienus
Lai nodrošinātu atbilstību stingrām gaidstāves jaudas specifikācijām, daži vairāku izvades barošanas avoti ir paredzēti, lai atvienotu izeju, kad ir aktīvs gaidstāves signāls.
Parasti to panāk, izslēdzot sērijveida apvada bipolāro tranzistoru (BJT) vai MOSFET. Zemas strāvas izvadei BJT var būt piemērota un lētāka alternatīva MOSFET, ja jaudas transformators ir konstruēts, ņemot vērā papildu sprieguma kritumu tranzistoros.
