Dysgwch 6 sgil dylunio cyflenwad pŵer i chi
01 Mwyhadur Magnetig Ferrite mewn Cyflenwad Pŵer Flyback
Ar gyfer cyflenwad dychwelyd allbwn deuol gyda phwer go iawn ar y ddau allbwn (5V 2A a 12V 3A, y ddau wedi'u rheoleiddio gan ± 5 y cant), pan fydd y foltedd yn cyrraedd 12V mae'n mynd i gyflwr llwyth sero ac ni all Addasu o fewn y terfyn 5 y cant. Mae rheolydd llinol yn ddatrysiad hyfyw, ond nid yw'n ddelfrydol o hyd oherwydd ei gost uchel a'i golled effeithlonrwydd.
Ein datrysiad a awgrymir yw defnyddio mwyhadur magnetig ar yr allbwn 12V, gellir defnyddio topoleg flyback hyd yn oed. Er mwyn lleihau'r gost, argymhellir defnyddio mwyhadur magnetig ferrite. Fodd bynnag, mae cylched rheoli'r mwyhadur magnetig ferrite yn wahanol i gylched y deunydd dolen hysteresis hirsgwar traddodiadol (deunydd athreiddedd magnetig uchel). Mae cylched reoli'r ferrite (D1 a Q1) yn suddo cerrynt i gynnal pŵer yn yr allbwn. Mae'r gylched hon wedi'i phrofi'n drylwyr. Mae dirwyniadau'r trawsnewidydd wedi'u cynllunio ar gyfer allbwn 5V a 13V. Gall y gylched hyd yn oed gyflawni pŵer mewnbwn is-1W (5V 300mW a llwyth sero 12V) tra'n cyflawni rheoliad ±5 y cant o'r allbwn 12V.
02 Defnyddiwch gylched arc crowbar presennol i ddarparu amddiffyniad gorlif
Ystyriwch gyflenwadau flyback 5V 2A a 12V 3A. Un o fanylebau allweddol y cyflenwad pŵer hwn yw amddiffyniad overpower (OPP) ar yr allbwn 5V pan nad yw'r allbwn 12V yn cyrraedd unrhyw lwyth neu lwyth ysgafn iawn. Mae'r ddau allbwn yn cyflwyno gofyniad rheoleiddio foltedd ± 5 y cant.
Ar gyfer datrysiadau cyffredin, mae defnyddio gwrthyddion synnwyr yn diraddio perfformiad traws-reoleiddio, ac mae ffiwsiau yn ddrud. Fodd bynnag, mae cylchedau crowbar ar gyfer amddiffyn gorfoltedd (OVP) bellach ar gael. Mae'r gylched hon yn gallu bodloni gofynion rheoleiddio OPP a foltedd, y gellir eu cyflawni trwy ddefnyddio cylched crowbar arc rhannol.
Mae R1 a VR1 yn ffurfio rhaglwyth gweithredol ar yr allbwn 12V, sy'n caniatáu rheoleiddio 12V pan fydd yr allbwn 12V wedi'i lwytho'n ysgafn. Pan fydd yr allbwn 5V mewn cyflwr gorlwytho, bydd y foltedd ar yr allbwn 5V yn gostwng. Mae llwythi ffug yn tynnu llawer o gerrynt. Gellir defnyddio gostyngiad foltedd ar draws R1 i synhwyro'r cerrynt mawr hwn. Mae Q1 yn troi ymlaen ac yn sbarduno'r gylched Caniatâd Cynllunio Amlinellol.
03 Rheoleiddiwr siyntio gweithredol a rhaglwytho
Ar hyn o bryd, Flyback yw'r topoleg fwyaf poblogaidd ym maes newid cynhyrchion cyflenwad pŵer o foltedd llinell AC i DC foltedd isel. Un o'r prif resymau am hyn yw cost-effeithiolrwydd unigryw darparu folteddau allbwn lluosog trwy ychwanegu dirwyniadau ychwanegol at uwchradd y trawsnewidydd.
Yn nodweddiadol, daw'r adborth o'r allbwn gyda'r gofynion goddefgarwch allbwn tynnaf. Mae'r allbwn hwn wedyn yn diffinio'r troadau fesul folt ar gyfer pob dirwyniad eilaidd arall. Oherwydd effeithiau anwythiad gollyngiadau, ni all yr allbynnau bob amser gyflawni'r traws-reoleiddio foltedd allbwn a ddymunir, yn enwedig os gellir dadlwytho allbwn penodol neu ei lwytho'n ysgafn iawn oherwydd bod yr allbynnau eraill wedi'u llwytho'n llawn.
Gellir defnyddio llwyth ôl-reoleiddiwr neu ddymi i atal y foltedd yn yr allbwn rhag codi o dan amodau o'r fath. Fodd bynnag, oherwydd cost uwch a llai o effeithlonrwydd ôl-reoleiddwyr neu lwythi ffug, nid ydynt wedi bod yn ddigon deniadol, yn enwedig yn y blynyddoedd diwethaf ar gyfer defnydd pŵer mewnbwn di-lwyth a/neu wrth gefn mewn llawer o gymwysiadau defnyddwyr. O dan gyflwr gofynion rheoleiddio cynyddol llym, dechreuodd y dyluniad hwn gael ei esgeuluso. Mae'r rheolydd siyntio gweithredol a ddangosir yn Ffigur 3 nid yn unig yn datrys y broblem rheoleiddio foltedd, ond hefyd yn lleihau'r effaith cost ac effeithlonrwydd.
Mae'r gylched yn gweithio fel a ganlyn: Pan fydd y ddau allbwn yn cael eu rheoleiddio, rhannwr gwrthydd R14 a R13 transistor bias Q5, sy'n cadw Q4 a Q1 i ffwrdd. O dan yr amodau gweithredu hyn, mae'r cerrynt trwy Q5 yn gweithredu fel rhaglwyth bach ar yr allbwn 5V.
Y gwahaniaeth safonol rhwng yr allbwn 5V a'r allbwn 3.3V yw 1.7V. Pan fydd angen cerrynt ychwanegol ar y llwyth o'r allbwn 3.3V heb gynnydd cyfartal mewn cerrynt llwyth o'r allbwn 5V, bydd y foltedd allbwn yn cynyddu o'i gymharu â'r allbwn 3.3V. Gyda gwahaniaeth foltedd o fwy nag oddeutu 100 mV, bydd Q5 yn rhagfarnllyd i ffwrdd, gan droi Q4 a Q1 ymlaen a chaniatáu i gerrynt lifo o'r allbwn 5V i'r allbwn 3.3V. Bydd y cerrynt hwn yn gollwng y foltedd yn yr allbwn 5V, gan leihau'r gwahaniaeth foltedd rhwng y ddau allbwn.
Mae swm y cerrynt yn C1 yn cael ei bennu gan y gwahaniaeth mewn foltedd yn y ddau allbwn. Felly, gall y gylched gadw'r ddau allbwn yn cael eu rheoleiddio waeth beth fo'u llwytho, hyd yn oed yn y senario waethaf lle mae'r allbwn 3.3V wedi'i lwytho'n llawn a'r allbwn 5V yn cael ei ddadlwytho. Mae C5 a C4 yn y dyluniad yn darparu iawndal tymheredd gan fod y newidiadau tymheredd VBE ym mhob transistor yn canslo ei gilydd. Nid oes angen deuodau D8 a D9 ond gellir eu defnyddio i leihau gwasgariad pŵer yn C1, gan ddileu'r angen i ychwanegu sinc gwres at y dyluniad.
Mae'r gylched yn ymateb i'r gwahaniaeth cymharol rhwng y ddau foltedd yn unig ac mae'n anactif i raddau helaeth ar amodau llwyth llawn ac ysgafn. Gan fod y rheolydd siyntio wedi'i gysylltu o'r allbwn 5V i'r allbwn 3.3V, gall y gylched leihau gwasgariad gweithredol 66 y cant o'i gymharu â rheolydd siyntio daear. Y canlyniad yw effeithlonrwydd uchel ar lwyth llawn a defnydd pŵer isel o lwyth ysgafn i ddim llwyth.
04 Mewnbwn Foltedd Uchel Newid Cyflenwad Pŵer gan Ddefnyddio StackFET
Mae offer diwydiannol sy'n gweithredu ar AC tri cham yn aml yn gofyn am gam pŵer ategol a all ddarparu DC foltedd isel rheoledig ar gyfer cylchedau analog a digidol. Mae enghreifftiau o gymwysiadau o'r fath yn cynnwys gyriannau diwydiannol, systemau UPS a mesuryddion ynni.
Mae'r manylebau ar gyfer y math hwn o gyflenwad pŵer yn llawer llymach na'r rhai sy'n ofynnol ar gyfer switshis safonol oddi ar y silff. Nid yn unig y mae'r folteddau mewnbwn yn uwch yn y cymwysiadau hyn, ond rhaid i offer a ddyluniwyd ar gyfer cymwysiadau tri cham mewn amgylcheddau diwydiannol hefyd oddef amrywiadau eang iawn - gan gynnwys amseroedd dipio estynedig, ymchwydd pŵer, a cholli un neu fwy o gyfnodau yn achlysurol. Hefyd, gall yr ystod foltedd mewnbwn penodedig ar gyfer y cyflenwadau ategol hyn fod mor eang â 57 VAC i 580 VAC.
Gall dylunio cyflenwad pŵer newid mor eang fod yn her, yn bennaf oherwydd cost uchel MOSFETs foltedd uchel a chyfyngiad yr ystod ddeinamig o ddolenni rheoli PWM traddodiadol. Mae technoleg StackFET yn caniatáu cyfuniad o MOSFETs foltedd isel â sgôr 600V rhad a rheolwyr cyflenwad pŵer integredig o Power Integrations, gan ganiatáu dyluniad syml a rhad o newid cyflenwadau pŵer sy'n gallu gweithredu dros ystod foltedd mewnbwn eang.
Mae'r gylched yn gweithio fel a ganlyn: Gall cerrynt mewnbwn y gylched ddod o system tair-gwifren tri cham neu system pedair gwifren, neu hyd yn oed o system un cam. Mae'r cywirydd tri cham yn cynnwys deuodau D1-D8. Mae gwrthyddion R1-R4 yn darparu cyfyngiad cerrynt mewnrush. Os defnyddir gwrthyddion ffiwsadwy, gellir datgysylltu'r gwrthyddion hyn yn ddiogel yn ystod nam heb fod angen ffiws ar wahân. Mae'r hidlydd pi yn cynnwys C5, C6, C7, C8, a L1 i hidlo'r foltedd DC wedi'i gywiro.
Defnyddir gwrthyddion R13 a R15 i gydbwyso'r foltedd rhwng y cynwysyddion hidlo mewnbwn. Pan fydd y MOSFET y tu mewn i'r switsh integredig (U1) yn troi ymlaen, bydd ffynhonnell Q1 yn cael ei thynnu'n isel, bydd R6, R7, a R8 yn darparu cerrynt giât, a bydd cynhwysedd cyffordd o VR1 i VR3 yn troi Q1 ymlaen. Defnyddir deuod Zener VR4 i gyfyngu ar y foltedd porth-ffynhonnell a gymhwysir i C1. Pan fydd y MOSFET yn U1 i ffwrdd, mae foltedd draen uchaf U1 yn cael ei glampio gan rwydwaith clampio 450 V sy'n cynnwys VR1, VR2 a VR3. Mae hyn yn cyfyngu foltedd y draen o U1 i tua 450 V.
Bydd unrhyw foltedd ychwanegol ar ddiwedd y dirwyniad sy'n gysylltiedig â Q1 yn cael ei gymhwyso i C1. Mae'r dyluniad hwn yn dosbarthu cyfanswm y foltedd DC mewnbwn unioni a'r foltedd hedfan yn ôl yn effeithlon rhwng Ch1 ac U1. Defnyddir gwrthydd R9 i gyfyngu ar osgiliadau amledd uchel yn ystod y newid, a defnyddir rhwydwaith clamp VR5, D9 a R10 i gyfyngu ar y foltedd brig ar y cynradd oherwydd anwythiad gollyngiadau yn ystod yr egwyl flyback.
Darperir cywiro allbwn gan D1. C2 yw'r hidlydd allbwn. Mae L2 a C3 yn ffurfio hidlydd eilaidd i leihau crychdonnau switsio yn yr allbwn.
Mae VR6 yn troi ymlaen pan fydd y foltedd allbwn yn fwy na chyfanswm y gostyngiad foltedd ar draws y deuod optocoupler a VR6. Mae newid mewn foltedd allbwn yn achosi newid yn y llif cerrynt trwy'r deuod optocoupler yn U2, sydd yn ei dro yn newid y llif cerrynt trwy'r transistor yn U2B. Pan fydd y cerrynt hwn yn fwy na cherrynt trothwy pin FB U1, caiff y cylch nesaf ei atal. Gellir cyflawni rheoleiddio allbwn trwy reoli nifer y cylchoedd galluogi ac analluogi. Unwaith y bydd cylch newid wedi'i droi ymlaen, mae'r cylchred yn dod i ben pan fydd y cerrynt yn codi i derfyn cerrynt mewnol U1. Defnyddir R11 i gyfyngu ar y cerrynt trwy'r optocoupler yn ystod llwythi dros dro ac i addasu cynnydd y ddolen adborth. Defnyddir gwrthydd R12 i ragfarnu deuod Zener VR6.
Mae gan IC U1 (LNK 304) swyddogaethau adeiledig fel bod y gylched yn cael ei hamddiffyn rhag colli signal adborth, cylched byr yn yr allbwn a gorlwytho. Gan fod U1 yn cael ei bweru'n uniongyrchol o'i bin DRAIN, nid oes angen unrhyw weindio gogwydd ychwanegol ar y trawsnewidydd. Defnyddir C4 i ddarparu datgysylltu cyflenwad mewnol.
05 Gall detholiad da o ddeuodau unioni symleiddio a lleihau cost cylchedau hidlo EMI mewn trawsnewidyddion AC/DC
Gall y gylched hon symleiddio a lleihau cost cylchedau hidlo EMI mewn trawsnewidwyr AC/DC. Er mwyn sicrhau bod cyflenwad pŵer AC/DC yn cydymffurfio ag EMI, mae angen defnyddio nifer fawr o gydrannau hidlo EMI megis cynwysorau X ac Y. Mae cylchedau mewnbwn safonol ar gyfer cyflenwadau pŵer AC/DC yn cynnwys unionydd pontydd i gywiro'r foltedd mewnbwn (50-60 Hz fel arfer). Gan mai foltedd mewnbwn AC amledd isel yw hwn, gellir defnyddio deuodau safonol fel y gyfres 1N400X o ddeuodau, hefyd oherwydd mai dyma'r rhai lleiaf drud.
Defnyddir y dyfeisiau hidlo hyn i leihau'r EMI a gynhyrchir gan y cyflenwad pŵer i gydymffurfio â therfynau EMI cyhoeddedig. Fodd bynnag, gan mai dim ond 150 kHz y mae'r mesuriadau a ddefnyddir i gofnodi EMI yn cael eu cychwyn, a dim ond 50 neu 60 Hz yw amlder foltedd llinell AC, amser adfer gwrthdro deuodau safonol (gweler Ffigur 5-1) a ddefnyddir mewn cywiryddion pontydd yw gymharol araf. hir ac fel arfer nid yw'n uniongyrchol gysylltiedig â chynhyrchu EMI.
Fodd bynnag, roedd cylchedau hidlo mewnbwn yn y gorffennol weithiau'n cynnwys cynwysyddion ochr yn ochr â chywirydd y bont i atal unrhyw donffurfiau amledd uchel a achosir gan unioni'r foltedd mewnbwn amledd isel.
Nid oes angen y cynwysyddion hyn os defnyddir deuodau adfer cyflym yn yr unionydd bont. Pan fydd y foltedd ar draws y deuodau hyn yn dechrau bacio, maent yn gwella'n gyflym iawn (gweler Ffigur 5-2). Mae hyn yn lleihau cyffro anwythol llinell grwydr yn y llinell fewnbwn AC trwy leihau snaps diffodd amledd uchel dilynol ac EMI. Gan y gall 2 ddeuod gynnal pob hanner cylch, dim ond 2 o'r 4 deuod sydd angen bod yn fathau o adferiad cyflym. Yn yr un modd, dim ond un o'r ddau ddeuod sy'n cynnal pob hanner cylch sydd angen nodwedd adferiad cyflym.
Mae'r foltedd mewnbwn a'r tonffurfiau cerrynt yn dangos y snap deuod ar ddiwedd adferiad gwrthdro.
06 Defnyddiwch Soft-Start i Analluogi Allbynnau Cost Isel i Gynnwys pigau Cyfredol
Er mwyn bodloni manylebau pŵer wrth gefn llym, mae rhai cyflenwadau pŵer allbwn lluosog wedi'u cynllunio i ddatgysylltu'r allbwn pan fydd y signal wrth gefn yn weithredol.
Yn nodweddiadol, cyflawnir hyn trwy ddiffodd transistor deubegwn dargyfeiriol cyfres (BJT) neu MOSFET. Ar gyfer allbynnau cerrynt isel, gall BJTs fod yn ddewis amgen addas a llai costus i MOSFETs os yw'r trawsnewidydd pŵer wedi'i ddylunio gyda'r gostyngiad mewn foltedd ychwanegol ar draws y transistorau mewn golwg.
