Ajar anda 6 kemahiran reka bentuk bekalan kuasa
01 Penguat Magnet Ferrite dalam Bekalan Kuasa Flyback
Untuk bekalan flyback keluaran dwi dengan kuasa sebenar pada kedua-dua output (5V 2A dan 12V 3A, kedua-duanya dikawal oleh ± 5 peratus ), apabila voltan mencapai 12V ia masuk ke keadaan beban sifar dan tidak boleh Melaraskan dalam had 5 peratus. Pengawal selia linear ialah penyelesaian yang berdaya maju, tetapi masih tidak sesuai kerana kos yang tinggi dan kehilangan kecekapannya.
Penyelesaian yang kami cadangkan ialah menggunakan penguat magnet pada output 12V, malah topologi flyback boleh digunakan. Untuk mengurangkan kos, disyorkan untuk menggunakan penguat magnet ferit. Walau bagaimanapun, litar kawalan penguat magnet ferit adalah berbeza daripada bahan gelung histerisis segi empat tepat tradisional (bahan kebolehtelapan magnet tinggi). Litar kawalan ferit (D1 dan Q1) menenggelamkan arus untuk mengekalkan kuasa pada output. Litar ini telah diuji dengan teliti. Penggulungan pengubah direka untuk output 5V dan 13V. Litar ini malah boleh mencapai kuasa input sub-1W (5V 300mW dan 12V beban sifar) sambil mencapai ±5 peratus peraturan keluaran 12V.
02 Gunakan litar linggis arka sedia ada untuk menyediakan perlindungan lebihan arus
Pertimbangkan bekalan flyback 5V 2A dan 12V 3A. Salah satu spesifikasi utama bekalan kuasa ini ialah perlindungan kuasa lampau (OPP) pada output 5V apabila output 12V tidak mencapai beban atau beban yang sangat ringan. Kedua-dua output membentangkan keperluan peraturan voltan ±5 peratus.
Untuk penyelesaian biasa, penggunaan perintang deria merendahkan prestasi rentas peraturan, dan fius adalah mahal. Walau bagaimanapun, litar crowbar untuk perlindungan voltan lampau (OVP) kini tersedia. Litar ini dapat memenuhi keperluan peraturan OPP dan voltan, yang boleh dicapai dengan menggunakan litar linggis arka separa.
R1 dan VR1 membentuk pramuat aktif pada output 12V, yang membenarkan peraturan 12V apabila output 12V dimuatkan dengan ringan. Apabila output 5V berada dalam keadaan lebihan beban, voltan pada output 5V akan menurun. Beban dummy menarik banyak arus. Penurunan voltan merentasi R1 boleh digunakan untuk mengesan arus besar ini. Q1 menghidupkan dan mencetuskan litar OPP.
03 Pengatur shunt aktif dan pramuat
Flyback kini merupakan topologi paling popular dalam bidang menukar produk bekalan kuasa daripada voltan talian AC kepada DC voltan rendah. Sebab utama untuk ini ialah keberkesanan kos yang unik untuk menyediakan voltan keluaran berganda dengan hanya menambah belitan tambahan pada sekunder pengubah.
Biasanya, maklum balas datang daripada output dengan keperluan toleransi keluaran yang paling ketat. Output ini kemudiannya mentakrifkan lilitan per volt untuk semua belitan sekunder lain. Disebabkan oleh kesan kearuhan kebocoran, output tidak boleh sentiasa mencapai peraturan silang voltan keluaran yang diingini, terutamanya jika output tertentu mungkin dipunggah atau dimuatkan dengan sangat ringan kerana output lain dimuatkan sepenuhnya.
Beban post-regulator atau dummy boleh digunakan untuk menghalang voltan pada output daripada meningkat dalam keadaan sedemikian. Walau bagaimanapun, disebabkan peningkatan kos dan pengurangan kecekapan selepas pengawal selia atau beban tiruan, ia tidak cukup menarik, terutamanya dalam beberapa tahun kebelakangan ini untuk penggunaan kuasa input tanpa beban dan/atau siap sedia dalam banyak aplikasi pengguna. Di bawah keadaan keperluan peraturan yang semakin ketat, reka bentuk ini mula diabaikan. Pengatur shunt aktif yang ditunjukkan dalam Rajah 3 bukan sahaja menyelesaikan masalah peraturan voltan, tetapi juga meminimumkan impak kos dan kecekapan.
Litar berfungsi seperti berikut: Apabila kedua-dua output berada dalam peraturan, pembahagi perintang R14 dan transistor pincang R13 Q5, yang memastikan Q4 dan Q1 mati. Di bawah keadaan operasi ini, arus melalui Q5 bertindak sebagai pramuat kecil pada output 5V.
Perbezaan standard antara output 5V dan output 3.3V ialah 1.7V. Apabila beban memerlukan arus tambahan daripada keluaran 3.3V tanpa peningkatan yang sama dalam arus beban daripada keluaran 5V, voltan keluaran akan meningkat berbanding dengan keluaran 3.3V. Dengan perbezaan voltan lebih daripada 100 mV, Q5 akan dimatikan, menghidupkan Q4 dan Q1 dan membenarkan arus mengalir dari output 5V ke output 3.3V. Arus ini akan menurunkan voltan pada output 5V, mengurangkan perbezaan voltan antara kedua-dua output.
Jumlah arus dalam Q1 ditentukan oleh perbezaan voltan pada kedua-dua output. Oleh itu, litar boleh memastikan kedua-dua output dikawal tanpa mengira pemuatannya, walaupun dalam senario terburuk di mana output 3.3V dimuatkan sepenuhnya dan output 5V dipunggah. Q5 dan Q4 dalam reka bentuk menyediakan pampasan suhu kerana perubahan suhu VBE dalam setiap transistor membatalkan satu sama lain. Diod D8 dan D9 tidak diperlukan tetapi boleh digunakan untuk mengurangkan pelesapan kuasa dalam Q1, menghapuskan keperluan untuk menambah sink haba pada reka bentuk.
Litar hanya bertindak balas kepada perbezaan relatif antara kedua-dua voltan dan sebahagian besarnya tidak aktif pada keadaan beban penuh dan ringan. Memandangkan pengawal selia shunt disambungkan daripada output 5V ke output 3.3V, litar boleh mengurangkan pelesapan aktif sebanyak 66 peratus berbanding dengan pengawal selia shunt dibumikan. Hasilnya ialah kecekapan tinggi pada beban penuh dan penggunaan kuasa yang rendah daripada beban ringan kepada tiada beban.
04 Bekalan Kuasa Pensuisan Input Voltan Tinggi Menggunakan StackFET
Peralatan industri yang beroperasi pada AC tiga fasa selalunya memerlukan peringkat kuasa tambahan yang boleh menyediakan DC voltan rendah terkawal untuk litar analog dan digital. Contoh aplikasi sedemikian termasuk pemacu industri, sistem UPS dan meter tenaga.
Spesifikasi untuk jenis bekalan kuasa ini jauh lebih ketat daripada yang diperlukan untuk suis luar biasa standard. Bukan sahaja voltan input lebih tinggi dalam aplikasi ini, tetapi peralatan yang direka untuk aplikasi tiga fasa dalam persekitaran industri juga mesti bertolak ansur dengan turun naik yang sangat luas—termasuk masa penurunan yang dilanjutkan, lonjakan kuasa dan kehilangan satu atau lebih fasa sekali-sekala. Juga, julat voltan input yang ditentukan untuk bekalan tambahan ini boleh selebar 57 VAC hingga 580 VAC.
Mereka bentuk bekalan kuasa pensuisan jarak lebar boleh menjadi satu cabaran, terutamanya disebabkan oleh kos MOSFET voltan tinggi yang tinggi dan had julat dinamik gelung kawalan PWM tradisional. Teknologi StackFET membenarkan gabungan MOSFET voltan rendah berkadar 600V yang murah dan pengawal bekalan kuasa bersepadu daripada Power Integrations, membolehkan reka bentuk pensuisan bekalan kuasa yang ringkas dan murah yang mampu beroperasi pada julat voltan input yang luas.
Litar berfungsi seperti berikut: Arus pada input litar boleh datang dari sistem tiga wayar atau empat wayar tiga fasa, atau bahkan dari sistem satu fasa. Penerus tiga fasa terdiri daripada diod D1-D8. Perintang R1-R4 memberikan pengehadan arus masuk. Jika perintang boleh lebur digunakan, perintang ini boleh diputuskan dengan selamat semasa kerosakan tanpa memerlukan fius yang berasingan. Penapis pi terdiri daripada C5, C6, C7, C8, dan L1 untuk menapis voltan DC yang diperbetulkan.
Perintang R13 dan R15 digunakan untuk mengimbangi voltan antara kapasitor penapis input. Apabila MOSFET di dalam suis bersepadu (U1) dihidupkan, punca Q1 akan ditarik rendah, R6, R7 dan R8 akan memberikan arus get, dan kapasitansi simpang dari VR1 ke VR3 akan menghidupkan Q1. Diod Zener VR4 digunakan untuk mengehadkan voltan sumber get yang digunakan pada Q1. Apabila MOSFET dalam U1 dimatikan, voltan saliran maksimum U1 diapit oleh rangkaian pengapit 450 V yang terdiri daripada VR1, VR2 dan VR3. Ini mengehadkan voltan saliran U1 kepada kira-kira 450 V.
Sebarang voltan tambahan pada penghujung belitan yang disambungkan ke Q1 akan digunakan pada Q1. Reka bentuk ini dengan cekap mengagihkan jumlah voltan DC input dan voltan flyback yang dibetulkan antara Q1 dan U1. Perintang R9 digunakan untuk mengehadkan ayunan frekuensi tinggi semasa pensuisan, dan rangkaian pengapit VR5, D9 dan R10 digunakan untuk mengehadkan voltan puncak pada primer disebabkan oleh kearuhan kebocoran semasa selang flyback.
Pembetulan output disediakan oleh D1. C2 ialah penapis keluaran. L2 dan C3 membentuk penapis sekunder untuk mengurangkan riak pensuisan pada output.
VR6 dihidupkan apabila voltan keluaran melebihi jumlah penurunan voltan merentasi diod optocoupler dan VR6. Perubahan dalam voltan keluaran menyebabkan perubahan dalam aliran arus melalui diod optocoupler dalam U2, yang seterusnya mengubah aliran arus melalui transistor dalam U2B. Apabila arus ini melebihi arus ambang pin FB U1, kitaran seterusnya dihalang. Peraturan output boleh dicapai dengan mengawal bilangan kitaran dayakan dan lumpuhkan. Sebaik sahaja kitaran pensuisan dihidupkan, kitaran tamat apabila arus meningkat kepada had arus dalaman U1. R11 digunakan untuk mengehadkan arus melalui optocoupler semasa beban sementara dan untuk melaraskan keuntungan gelung maklum balas. Perintang R12 digunakan untuk pincang diod Zener VR6.
IC U1 (LNK 304) mempunyai fungsi terbina dalam supaya litar dilindungi daripada kehilangan isyarat maklum balas, litar pintas pada output dan beban lampau. Memandangkan U1 dikuasakan terus daripada pin DRAINnya, tiada belitan pincang tambahan pada pengubah diperlukan. C4 digunakan untuk menyediakan penyahgandingan bekalan dalaman.
05 Pemilihan diod penerus yang baik boleh memudahkan dan mengurangkan kos litar penapis EMI dalam penukar AC/DC
Litar ini boleh memudahkan dan mengurangkan kos litar penapis EMI dalam penukar AC/DC. Untuk menjadikan bekalan kuasa AC/DC mematuhi EMI memerlukan penggunaan sejumlah besar komponen penapis EMI seperti kapasitor X dan Y. Litar input standard untuk bekalan kuasa AC/DC termasuk penerus jambatan untuk membetulkan voltan input (biasanya 50-60 Hz). Oleh kerana ini adalah voltan input AC frekuensi rendah, diod standard seperti siri 1N400X diod boleh digunakan, juga kerana ini adalah yang paling murah.
Peranti penapis ini digunakan untuk mengurangkan EMI yang dijana oleh bekalan kuasa untuk mematuhi had EMI yang diterbitkan. Walau bagaimanapun, oleh kerana ukuran yang digunakan untuk merekodkan EMI hanya dimulakan pada 150 kHz, dan frekuensi voltan talian AC hanya 50 atau 60 Hz, masa pemulihan terbalik diod standard (lihat Rajah 5-1) yang digunakan dalam penerus jambatan ialah agak perlahan. panjang dan biasanya tidak berkaitan secara langsung dengan penjanaan EMI.
Walau bagaimanapun, litar penapis input pada masa lalu kadangkala termasuk kapasitor selari dengan penerus jambatan untuk menyekat sebarang bentuk gelombang frekuensi tinggi yang disebabkan oleh pembetulan voltan input frekuensi rendah.
Kapasitor ini tidak diperlukan jika diod pemulihan pantas digunakan dalam penerus jambatan. Apabila voltan merentasi diod ini mula berbalik, ia pulih dengan cepat (lihat Rajah 5-2). Ini mengurangkan pengujaan induktif talian sesat dalam talian input AC dengan mengurangkan sentapan mematikan frekuensi tinggi dan EMI seterusnya. Memandangkan 2 diod boleh menjalankan setiap separuh kitaran, hanya 2 daripada 4 diod perlu jenis pemulihan cepat. Begitu juga, hanya satu daripada dua diod yang menjalankan setiap separuh kitaran perlu mempunyai ciri pemulihan yang cepat.
Voltan input dan bentuk gelombang arus menunjukkan snap diod pada akhir pemulihan terbalik.
06 Gunakan Soft-Start untuk Melumpuhkan Output Kos Rendah untuk Mengandungi Pancang Semasa
Untuk memenuhi spesifikasi kuasa siap sedia yang ketat, beberapa bekalan kuasa keluaran berbilang direka untuk memutuskan sambungan output apabila isyarat siap sedia aktif.
Biasanya, ini dicapai dengan mematikan transistor bipolar bypass siri (BJT) atau MOSFET. Untuk output arus rendah, BJT boleh menjadi alternatif yang sesuai dan lebih murah kepada MOSFET jika pengubah kuasa direka bentuk dengan mempertimbangkan penurunan voltan tambahan merentasi transistor.
