Išmokys jus 6 maitinimo bloko projektavimo įgūdžių
01 Ferito magnetinis stiprintuvas Flyback maitinimo šaltinyje
Dviejų išėjimų „flyback“ tiekimui su realia galia abiejuose išėjimuose (5V 2A ir 12V 3A, abu reguliuojami ± 5 proc.), kai įtampa pasiekia 12 V, ji pereina į nulinės apkrovos būseną ir negali būti reguliuojama per 5 procentų ribą. Linijinis reguliatorius yra perspektyvus sprendimas, bet vis tiek nėra idealus dėl didelių sąnaudų ir efektyvumo praradimo.
Mūsų siūlomas sprendimas yra naudoti magnetinį stiprintuvą 12 V išėjime, netgi galima naudoti „flyback“ topologiją. Norint sumažinti išlaidas, rekomenduojama naudoti ferito magnetinį stiprintuvą. Tačiau ferito magnetinio stiprintuvo valdymo grandinė skiriasi nuo tradicinės stačiakampės histerezės kilpos medžiagos (didelio magnetinio pralaidumo medžiagos). Ferito valdymo grandinė (D1 ir Q1) sumažina srovę, kad išlaikytų galią išėjime. Ši grandinė buvo kruopščiai išbandyta. Transformatoriaus apvijos skirtos 5V ir 13V išėjimui. Grandinė gali pasiekti net mažiau -1W įvesties galią (5 V 300 mW ir 12 V nulinė apkrova), o 12 V išėjimo reguliavimas ± 5 proc.
02 Naudokite esamą lanko laužtuvo grandinę, kad užtikrintumėte apsaugą nuo viršsrovių
Apsvarstykite 5V 2A ir 12V 3A „flyback“ tiekimą. Viena iš pagrindinių šio maitinimo šaltinio specifikacijų yra apsauga nuo perkrovos (OPP) 5 V išėjime, kai 12 V išvestis nepasiekia apkrovos arba labai maža. Abiejuose išėjimuose reikalaujama ±5 procentų įtampos reguliavimo.
Įprastiems sprendimams jautrių rezistorių naudojimas pablogina kryžminio reguliavimo veikimą, o saugikliai yra brangūs. Tačiau dabar yra laužtuvų grandinės apsaugai nuo viršįtampio (OVP). Ši grandinė gali atitikti tiek OPP, tiek įtampos reguliavimo reikalavimus, kuriuos galima pasiekti naudojant dalinę lanko laužtuvo grandinę.
R1 ir VR1 sudaro aktyvią 12 V išėjimo išankstinę apkrovą, kuri leidžia reguliuoti 12 V, kai 12 V išėjimas yra lengvai apkrautas. Kai 5 V išvestis yra perkrovos būsenoje, 5 V išėjimo įtampa nukris. Manekeno apkrova sugeria daug srovės. Norint pajusti šią didelę srovę, gali būti naudojamas įtampos kritimas per R1. Q1 įsijungia ir suaktyvina OPP grandinę.
03 Aktyvus šunto reguliatorius ir išankstinė apkrova
Flyback šiuo metu yra populiariausia topologija perjungiant maitinimo produktus iš linijos įtampos AC į žemos įtampos nuolatinę. Pagrindinė to priežastis yra unikalus ekonomiškumas teikiant kelias išėjimo įtampas tiesiog pridedant papildomų apvijų prie transformatoriaus antrinio.
Paprastai grįžtamasis ryšys gaunamas iš išvesties, kuriai taikomi griežčiausi išėjimo tolerancijos reikalavimai. Tada ši išvestis apibrėžia visų kitų antrinių apvijų apsisukimus. Dėl nuotėkio induktyvumo efektų išėjimai ne visada pasiekia norimą išėjimo įtampos kryžminį reguliavimą, ypač jei tam tikras išėjimas gali būti neapkrautas arba labai mažai apkrautas, nes kiti išėjimai yra visiškai apkrauti.
Kad tokiomis sąlygomis nepadidėtų įtampa išėjime, gali būti naudojamas poreguliatorius arba apkrova. Tačiau dėl padidėjusių kainų ir sumažėjusio post-reguliatorių arba netikrų apkrovų efektyvumo jie nebuvo pakankamai patrauklūs, ypač pastaraisiais metais, kai naudojama be apkrovos ir (arba) budėjimo režimo įvesties energija daugelyje vartotojų. Esant vis griežtesniems reguliavimo reikalavimams, šis dizainas buvo pradėtas nepaisyti. 3 paveiksle parodytas aktyvus šunto reguliatorius ne tik išsprendžia įtampos reguliavimo problemą, bet ir sumažina sąnaudų bei efektyvumo poveikį.
Grandinė veikia taip: Kai abu išėjimai yra reguliuojami, rezistoriaus daliklis R14 ir R13 įjungia tranzistorių Q5, kuris neleidžia Q4 ir Q1 išjungti. Esant tokioms veikimo sąlygoms, srovė per Q5 veikia kaip nedidelis išankstinis 5 V išėjimo įkrovimas.
Standartinis skirtumas tarp 5V ir 3,3V išėjimo yra 1,7V. Kai apkrovai reikia papildomos srovės iš 3,3 V išėjimo, vienodai nepadidinus apkrovos srovės nuo 5 V išėjimo, išėjimo įtampa padidės, palyginti su 3,3 V išėjimu. Kai įtampos skirtumas yra didesnis nei apytiksliai 100 mV, Q5 bus išjungtas, įjungdamas Q4 ir Q1 ir leisdamas srovei tekėti iš 5 V išėjimo į 3,3 V išėjimą. Ši srovė sumažins įtampą 5 V išėjime ir sumažins įtampos skirtumą tarp dviejų išėjimų.
Srovės dydis Q1 nustatomas pagal įtampos skirtumą dviejuose išėjimuose. Todėl grandinė gali išlaikyti reguliuojamus abu išėjimus, nepaisant jų apkrovos, net ir esant blogiausiam scenarijui, kai 3,3 V išvestis yra visiškai apkrauta, o 5 V išėjimas iškraunamas. Q5 ir Q4 konstrukcijoje užtikrina temperatūros kompensavimą, nes VBE temperatūros pokyčiai kiekviename tranzistoryje panaikina vienas kitą. Diodai D8 ir D9 nėra būtini, bet gali būti naudojami siekiant sumažinti galios išsklaidymą Q1, todėl nereikia pridėti šilumos šalintuvo.
Grandinė reaguoja tik į santykinį skirtumą tarp dviejų įtampų ir iš esmės yra neaktyvi visos ir nedidelės apkrovos sąlygomis. Kadangi šunto reguliatorius yra prijungtas nuo 5 V išėjimo prie 3,3 V išėjimo, grandinė gali sumažinti aktyvųjį sklaidą 66 procentais, palyginti su įžemintu šunto reguliatoriumi. Rezultatas – didelis efektyvumas esant pilnai apkrovai ir mažos energijos sąnaudos nuo nedidelės apkrovos iki be apkrovos.
04 Aukštos įtampos įvesties perjungimo maitinimo šaltinis naudojant StackFET
Pramoninei įrangai, kuri veikia trifaze kintamąja srove, dažnai reikalinga pagalbinė galios pakopa, galinti tiekti reguliuojamą žemos įtampos nuolatinę srovę analoginėms ir skaitmeninėms grandinėms. Tokių pritaikymų pavyzdžiai yra pramoniniai diskai, UPS sistemos ir energijos skaitikliai.
Šio tipo maitinimo šaltinio specifikacijos yra daug griežtesnės nei reikalaujamos standartiniams jungikliams. Šiose programose ne tik didesnė įvesties įtampa, bet ir įranga, skirta naudoti trifazėje pramoninėje aplinkoje, taip pat turi toleruoti labai didelius svyravimus, įskaitant ilgesnius kritimo laikus, galios viršįtampius ir retkarčiais vienos ar kelių fazių praradimą. Be to, nurodytas šių pagalbinių maitinimo šaltinių įvesties įtampos diapazonas gali būti nuo 57 VAC iki 580 VAC.
Tokio plataus diapazono perjungiamojo maitinimo šaltinio projektavimas gali būti sudėtingas, daugiausia dėl didelių aukštos įtampos MOSFET sąnaudų ir tradicinių PWM valdymo kilpų dinaminio diapazono apribojimo. „StackFET“ technologija leidžia derinti nebrangius 600 V vardinės žemos įtampos MOSFET ir integruotus maitinimo valdiklius iš „Power Integrations“, leidžiantį paprastai ir nebrangiai suprojektuoti perjungiamuosius maitinimo šaltinius, galinčius veikti plačiame įvesties įtampos diapazone.
Grandinė veikia taip: Srovė grandinės įėjime gali būti iš trifazės trijų arba keturių laidų sistemos arba net iš vienfazės sistemos. Trifazis lygintuvas susideda iš diodų D1-D8. Rezistoriai R1-R4 riboja įsijungimo srovę. Jei naudojami lydieji rezistoriai, juos galima saugiai atjungti gedimo metu, nereikalaujant atskiro saugiklio. Pi filtrą sudaro C5, C6, C7, C8 ir L1, kad būtų galima filtruoti išlygintą nuolatinę įtampą.
Rezistoriai R13 ir R15 naudojami įtampai tarp įvesties filtro kondensatorių subalansuoti. Kai įsijungia integruoto jungiklio (U1) viduje esantis MOSFET, Q1 šaltinis bus ištrauktas žemai, R6, R7 ir R8 suteiks vartų srovę, o jungties talpa nuo VR1 iki VR3 įjungs Q1. Zenerio diodas VR4 naudojamas apriboti vartų šaltinio įtampą, taikomą Q1. Kai U1 MOSFET yra išjungtas, maksimali U1 nutekėjimo įtampa yra fiksuojama 450 V suspaudimo tinklu, kurį sudaro VR1, VR2 ir VR3. Tai apriboja U1 išleidimo įtampą iki maždaug 450 V.
Bet kokia papildoma įtampa apvijos gale, prijungta prie Q1, bus taikoma Q1. Ši konstrukcija efektyviai paskirsto bendrą ištaisytą įėjimo nuolatinės srovės įtampą ir grįžtamąją įtampą tarp Q1 ir U1. Rezistorius R9 naudojamas aukšto dažnio svyravimams apriboti perjungimo metu, o spaustukų tinklas VR5, D9 ir R10 naudojamas apriboti pirminę įtampą dėl nuotėkio induktyvumo per grįžimo intervalą.
Išvesties ištaisymą užtikrina D1. C2 yra išvesties filtras. L2 ir C3 sudaro antrinį filtrą, kad sumažintų perjungimo pulsavimą išėjime.
VR6 įsijungia, kai išėjimo įtampa viršija bendrą optronų diodo ir VR6 įtampos kritimą. Pasikeitus išėjimo įtampai, pasikeičia srovės srautas per optrono diodą U2, o tai savo ruožtu keičia srovės srautą per tranzistorių U2B. Kai ši srovė viršija U1 FB kaiščio slenkstinę srovę, kitas ciklas blokuojamas. Išėjimo reguliavimą galima pasiekti kontroliuojant įjungimo ir išjungimo ciklų skaičių. Įjungus perjungimo ciklą, ciklas baigiasi, kai srovė pakyla iki U1 vidinės srovės ribos. R11 naudojamas apriboti srovę per optroną pereinamųjų apkrovų metu ir reguliuoti grįžtamojo ryšio kilpos stiprinimą. Rezistorius R12 naudojamas Zener diodui VR6 įjungti.
IC U1 (LNK 304) turi įmontuotas funkcijas, kad grandinė būtų apsaugota nuo grįžtamojo ryšio signalo praradimo, trumpojo jungimo išėjime ir perkrovos. Kadangi U1 maitinamas tiesiogiai iš DRAIN kaiščio, nereikia papildomos transformatoriaus įstrižainės apvijos. C4 naudojamas vidiniam tiekimo atjungimui.
05 Geras lygintuvų diodų pasirinkimas gali supaprastinti ir sumažinti EMI filtrų grandines AC/DC keitikliuose.
Ši grandinė gali supaprastinti ir sumažinti AC/DC keitiklių EMI filtrų grandinių kainą. Kad AC/DC maitinimo šaltinis atitiktų EMI, reikia naudoti daug EMI filtro komponentų, tokių kaip X ir Y kondensatoriai. Standartinėse kintamosios ir nuolatinės srovės maitinimo šaltinių įvesties grandinėse yra tiltinis lygintuvas, skirtas įvesties įtampai (paprastai 50-60 Hz) ištaisyti. Kadangi tai žemo dažnio kintamosios srovės įvesties įtampa, galima naudoti standartinius diodus, tokius kaip 1N400X serijos diodai, nes jie yra pigiausi.
Šie filtrų įtaisai naudojami siekiant sumažinti maitinimo šaltinio generuojamą EMI, kad atitiktų paskelbtas EMI ribas. Tačiau kadangi matavimai, naudojami EMI registravimui, pradedami tik nuo 150 kHz, o kintamosios srovės linijos įtampos dažnis yra tik 50 arba 60 Hz, tiltiniuose lygintuvuose naudojamų standartinių diodų atvirkštinis atkūrimo laikas (žr. 5-1 pav.) palyginti lėtas. ilgas ir dažniausiai tiesiogiai nesusijęs su EMI generavimu.
Tačiau praeityje įvesties filtrų grandinėse kartais buvo lygiagrečiai su tilto lygintuvu esantys kondensatoriai, siekiant slopinti bet kokias aukšto dažnio bangos formas, kurias sukėlė žemo dažnio įvesties įtampos ištaisymas.
Šie kondensatoriai nereikalingi, jei tiltiniame lygintuve naudojami greito atkūrimo diodai. Kai šių diodų įtampa pradeda keistis, jie labai greitai atsistato (žr. 5-2 pav.). Tai sumažina kintamos linijos indukcinį sužadinimą kintamosios srovės įvesties linijoje, sumažindama vėlesnius aukšto dažnio išjungimo trūkius ir EMI. Kadangi kiekvieną pusę ciklo gali atlikti 2 diodai, tik 2 iš 4 diodų turi būti greito atkūrimo tipo. Taip pat tik vienas iš dviejų diodų, vedančių kiekvieną pusę ciklo, turi turėti greitą atkūrimo charakteristiką.
Įvesties įtampos ir srovės bangų formos rodo diodo spragtelėjimą atvirkštinio atkūrimo pabaigoje.
06 Naudokite Soft-Start, kad išjungtumėte nebrangius išėjimus, kad būtų išvengta srovės šuolių
Kad atitiktų griežtas budėjimo režimo maitinimo specifikacijas, kai kurie kelių išvesties maitinimo šaltiniai yra skirti atjungti išvestį, kai aktyvus budėjimo režimo signalas.
Paprastai tai pasiekiama išjungiant serijinį bipolinį tranzistorių (BJT) arba MOSFET. Mažos srovės išėjimui BJT gali būti tinkama ir pigesnė MOSFET alternatyva, jei galios transformatorius suprojektuotas atsižvelgiant į papildomą įtampos kritimą tranzistoriuose.
