Научите вас 6 вештина дизајна напајања
01 Феритно магнетно појачало у Флибацк извору напајања
За повратно напајање са двоструким излазом са стварном снагом на оба излаза (5В 2А и 12В 3А, оба регулисана са ±5 процената), када напон достигне 12В, он прелази у стање нултог оптерећења и не може да се подеси унутар границе од 5 процената. Линеарни регулатор је одрживо решење, али још увек није идеално због високе цене и губитка ефикасности.
Наше предложено решење је коришћење магнетног појачала на 12В излазу, чак се може користити и флибацк топологија. Да бисте смањили трошкове, препоручује се употреба феритног магнетног појачала. Међутим, контролно коло феритног магнетног појачала се разликује од оног код традиционалног правоугаоног материјала петље за хистерезу (материјал високе магнетне пермеабилности). Контролно коло ферита (Д1 и К1) потапа струју да би одржало снагу на излазу. Ово коло је темељно тестирано. Намотаји трансформатора су дизајнирани за 5В и 13В излаз. Коло може чак да постигне улазну снагу испод-1В (5В 300мВ и 12В нулто оптерећење) уз постизање ±5% регулације излазног напона од 12В.
02 Користите постојеће струјно коло да обезбедите заштиту од прекомерне струје
Узмите у обзир повратно напајање од 5В 2А и 12В 3А. Једна од кључних спецификација овог извора напајања је заштита од пренапона (ОПП) на излазу од 5В када излаз од 12В достигне оптерећење без оптерећења или врло мало оптерећење. Оба излаза представљају захтев за регулацију напона од ±5 процената.
За уобичајена решења, употреба сензорских отпорника смањује перформансе унакрсне регулације, а осигурачи су скупи. Међутим, сада су доступна кола за заштиту од пренапона (ОВП). Ово коло је у стању да испуни и ОПП и захтеве за регулацију напона, што се може постићи коришћењем кола са полулучном полугом.
Р1 и ВР1 формирају активно предоптерећење на 12В излазу, што омогућава регулацију од 12В када је излаз од 12В лагано оптерећен. Када је 5В излаз у стању преоптерећења, напон на 5В излазу ће пасти. Лажна оптерећења повлаче много струје. Пад напона на Р1 се може користити за детекцију ове велике струје. К1 се укључује и покреће ОПП коло.
03 Активни шант регулатор и предоптерећење
Флибацк је тренутно најпопуларнија топологија у области пребацивања производа за напајање са линијског напона АЦ на нисконапонски ДЦ. Главни разлог за то је јединствена исплативост обезбеђивања вишеструких излазних напона једноставним додавањем додатних намотаја на секундар трансформатора.
Типично, повратна информација долази од излаза са најстрожим захтевима излазне толеранције. Овај излаз затим дефинише окрете по волту за све друге секундарне намотаје. Због ефеката индуктивности цурења, излази не могу увек да постигну жељену унакрсну регулацију излазног напона, посебно ако дати излаз може бити неоптерећен или врло мало оптерећен јер су остали излази потпуно оптерећени.
Пост-регулатор или лажно оптерећење може се користити да спречи пораст напона на излазу у таквим условима. Међутим, због повећане цене и смањене ефикасности пострегулатора или лажних оптерећења, они нису били довољно атрактивни, посебно последњих година за потрошњу енергије без оптерећења и/или у стању приправности у многим потрошачким апликацијама. Под условима све строжих регулаторних захтева, овај дизајн је почео да се занемарује. Активни шант регулатор приказан на слици 3 не само да решава проблем регулације напона, већ и минимизира утицај на цену и ефикасност.
Коло ради на следећи начин: Када су оба излаза у регулацији, отпорнички делилац Р14 и Р13 биас транзистор К5, који држи К4 и К1 искљученим. Под овим радним условима, струја кроз К5 делује као мало предоптерећење на излазу од 5В.
Стандардна разлика између излаза од 5В и излаза од 3,3В је 1,7В. Када оптерећење захтева додатну струју са излаза од 3,3 В без једнаког повећања струје оптерећења са излаза од 5 В, излазни напон ће се повећати у поређењу са излазом од 3,3 В. Са разликом напона већом од приближно 100 мВ, К5 ће бити искључен, укључивањем К4 и К1 и дозвољавајући струји да тече од 5В излаза до излаза од 3,3В. Ова струја ће смањити напон на излазу од 5В, смањујући разлику напона између два излаза.
Количина струје у К1 одређена је разликом напона на два излаза. Према томе, коло може одржавати регулисана оба излаза без обзира на њихово оптерећење, чак и у најгорем случају када је излаз од 3,3 В потпуно оптерећен, а излаз од 5 В неоптерећен. К5 и К4 у дизајну обезбеђују температурну компензацију пошто се промене температуре ВБЕ у сваком транзистору међусобно поништавају. Диоде Д8 и Д9 нису потребне, али се могу користити за смањење дисипације снаге у К1, елиминишући потребу за додавањем хладњака у дизајн.
Коло реагује само на релативну разлику између два напона и углавном је неактивно при пуном и малом оптерећењу. Пошто је шант регулатор повезан са излаза од 5В на излаз од 3,3В, коло може смањити активну дисипацију за 66 процената у поређењу са уземљеним шант регулатором. Резултат је висока ефикасност при пуном оптерећењу и ниска потрошња енергије од малог оптерећења до празног хода.
04 Високонапонски улазни прекидачки извор напајања помоћу СтацкФЕТ-а
Индустријска опрема која ради на трофазну наизменичну струју често захтева помоћни степен напајања који може да обезбеди регулисану нисконапонску једносмерну струју за аналогна и дигитална кола. Примери таквих примена укључују индустријске погоне, УПС системе и бројила енергије.
Спецификације за ову врсту напајања су много строже од оних које су потребне за стандардне прекидаче који се налазе у продаји. Не само да су улазни напони већи у овим применама, већ опрема дизајнирана за трофазне примене у индустријским окружењима такође мора да толерише веома велике флуктуације—укључујући продужена времена пада, ударе струје и повремени губитак једне или више фаза. Такође, специфицирани опсег улазног напона за ова помоћна напајања може бити широк од 57 ВАЦ до 580 ВАЦ.
Дизајнирање тако широког распона прекидачког напајања може бити изазов, углавном због високе цене високонапонских МОСФЕТ-ова и ограничења динамичког опсега традиционалних ПВМ контролних петљи. СтацкФЕТ технологија дозвољава комбинацију јефтиних МОСФЕТ-ова ниског напона од 600В и интегрисаних контролера напајања компаније Повер Интегратионс, омогућавајући једноставан и јефтин дизајн прекидачких извора напајања који могу да раде у широком опсегу улазног напона.
Коло ради на следећи начин: Струја на улазу кола може доћи из трофазног трожилног или четворожичног система, или чак из једнофазног система. Трофазни исправљач се састоји од диода Д1-Д8. Отпорници Р1-Р4 обезбеђују ограничавање ударне струје. Ако се користе топљиви отпорници, ови отпорници се могу безбедно искључити током квара без потребе за посебним осигурачем. Пи филтер се састоји од Ц5, Ц6, Ц7, Ц8 и Л1 за филтрирање исправљеног једносмерног напона.
Отпорници Р13 и Р15 се користе за балансирање напона између улазних филтерских кондензатора. Када се МОСФЕТ унутар интегрисаног прекидача (У1) укључи, извор К1 ће бити повучен, Р6, Р7 и Р8 ће обезбедити струју на капији, а капацитет споја од ВР1 до ВР3 ће се укључити К1. Зенер диода ВР4 се користи да ограничи напон гејт-извор примењен на К1. Када је МОСФЕТ у У1 искључен, максимални напон одвода У1 је стегнут помоћу мреже за стезање од 450 В која се састоји од ВР1, ВР2 и ВР3. Ово ограничава напон одвода У1 на приближно 450 В.
Сваки додатни напон на крају намотаја спојеног на К1 биће примењен на К1. Овај дизајн ефикасно дистрибуира укупан исправљени улазни једносмерни напон и повратни напон између К1 и У1. Отпорник Р9 се користи за ограничавање високофреквентних осцилација током комутације, а мрежа стезаљки ВР5, Д9 и Р10 се користи за ограничавање вршног напона на примарној страни услед индуктивности цурења током интервала повратног протока.
Исправљање излаза обезбеђује Д1. Ц2 је излазни филтер. Л2 и Ц3 формирају секундарни филтер да би се смањило таласање пребацивања на излазу.
ВР6 се укључује када излазни напон премаши укупан пад напона на диоди оптокаплера и ВР6. Промена излазног напона изазива промену протока струје кроз диоду оптокаплера у У2, што заузврат мења проток струје кроз транзистор у У2Б. Када ова струја премаши струју прага ФБ пина од У1, следећи циклус је инхибиран. Регулација излаза се може постићи контролом броја циклуса укључивања и онемогућавања. Једном када се укључи циклус пребацивања, циклус се завршава када струја порасте до унутрашње границе струје У1. Р11 се користи за ограничавање струје кроз оптокаплер током пролазних оптерећења и за подешавање појачања повратне спреге. Отпорник Р12 се користи за пристрасност Зенер диоде ВР6.
ИЦ У1 (ЛНК 304) има уграђене функције тако да је коло заштићено од губитка повратног сигнала, кратког споја на излазу и преоптерећења. Пошто се У1 напаја директно са свог ДРАИН пина, није потребан додатни преднамотај на трансформатору. Ц4 се користи за обезбеђивање унутрашњег раздвајања напајања.
05 Добар избор исправљачких диода може поједноставити и смањити трошкове ЕМИ филтерских кола у АЦ/ДЦ претварачима
Ово коло може поједноставити и смањити трошкове ЕМИ филтерских кола у АЦ/ДЦ претварачима. Да би АЦ/ДЦ напајање било компатибилно са ЕМИ, потребно је коришћење великог броја компоненти ЕМИ филтера као што су Кс и И кондензатори. Стандардна улазна кола за АЦ/ДЦ изворе напајања укључују мосни исправљач за исправљање улазног напона (обично 50-60 Хз). Пошто је ово улазни напон наизменичне струје ниске фреквенције, могу се користити стандардне диоде као што је серија диода 1Н400Кс, такође зато што су оне најјефтиније.
Ови филтерски уређаји се користе да смање ЕМИ који генерише напајање како би се ускладили са објављеним ограничењима ЕМИ. Међутим, пошто мерења која се користе за снимање ЕМИ почињу само на 150 кХз, а фреквенција напона наизменичне струје је само 50 или 60 Хз, време обрнутог опоравка стандардних диода (погледајте слику 5-1) које се користе у мосним исправљачима је релативно споро. дуго и обично није директно повезано са генерисањем ЕМИ.
Међутим, кола улазних филтера у прошлости су понекад укључивала кондензаторе паралелно са мосним исправљачем како би се потиснули било који високофреквентни таласни облици узроковани исправљањем нискофреквентног улазног напона.
Ови кондензатори нису потребни ако се у мосном исправљачу користе брзе повратне диоде. Када напон на овим диодама почне да се мења, оне се веома брзо опорављају (погледајте слику 5-2). Ово смањује индуктивну побуду залуталих линија у улазној линији наизменичне струје смањењем накнадних високих фреквенција искључења и ЕМИ. Пошто 2 диоде могу да проводе сваки полуциклус, само 2 од 4 диоде морају бити типа брзог опоравка. Слично, само једна од две диоде које проводе сваки полуциклус треба да има карактеристику брзог опоравка.
Таласни облици улазног напона и струје показују пуцање диоде на крају обрнутог опоравка.
06 Користите софт-старт да бисте онемогућили јефтине излазе да бисте задржали тренутне скокове
Да би се испуниле строге спецификације за напајање у стању приправности, нека вишеструка излазна напајања су дизајнирана да искључе излаз када је сигнал у стању приправности активан.
Обично се то постиже искључивањем биполарног транзистора (БЈТ) или МОСФЕТ-а. За излазе ниске струје, БЈТ могу бити прикладна и јефтинија алтернатива МОСФЕТ-овима ако је енергетски трансформатор дизајниран са додатним падом напона на транзисторима.
