Õpetage teile 6 toiteploki kujundamise oskust
01 Ferriitmagnetvõimendi Flyback-toiteallikas
Kahe väljundiga tagasilöögitoite puhul, mille mõlemal väljundil on tegelik võimsus (5 V 2A ja 12 V 3A, mõlemad reguleeritud ± 5 protsenti), kui pinge jõuab 12 V-ni, läheb see nullkoormuse olekusse ja seda ei saa reguleerida 5 protsendi piires. Lineaarne regulaator on elujõuline lahendus, kuid siiski mitte ideaalne oma kõrge hinna ja efektiivsuse vähenemise tõttu.
Meie pakutud lahendus on kasutada 12V väljundil magnetvõimendit, võib kasutada isegi flyback topoloogiat. Kulude vähendamiseks on soovitatav kasutada ferriitmagnetvõimendit. Ferriidi magnetvõimendi juhtimisahel erineb aga traditsioonilise ristkülikukujulise hüstereesisilmusmaterjali (kõrge magnetilise läbilaskvusega materjal) omast. Ferriidi juhtahel (D1 ja Q1) neelab voolu, et säilitada väljundvõimsust. Seda vooluringi on põhjalikult testitud. Trafo mähised on mõeldud 5V ja 13V väljundi jaoks. Ahel võib isegi saavutada alla -1W sisendvõimsuse (5 V 300 mW ja 12 V nullkoormus), saavutades samal ajal ±5 protsendi 12 V väljundi reguleerimise.
02 Liigvoolukaitse tagamiseks kasutage olemasolevat kaarkangi vooluringi
Kaaluge 5V 2A ja 12V 3A flyback-tarvikuid. Selle toiteallika üks põhispetsifikatsioone on 5 V väljundi ülevõimsuse kaitse (OPP), kui 12 V väljund ei saavuta koormust või on väga väike. Mõlemal väljundil on pinge reguleerimise nõue ±5 protsenti.
Tavaliste lahenduste puhul halvendab sensoorsete takistite kasutamine ristreguleerimise jõudlust ja kaitsmed on kallid. Nüüd on aga saadaval ülepingekaitse (OVP) raudkongi. See vooluahel on võimeline täitma nii OPP kui ka pinge reguleerimise nõudeid, mida on võimalik saavutada osalise kaarvarre ahelaga.
R1 ja VR1 moodustavad 12V väljundi aktiivse eelkoormuse, mis võimaldab 12V reguleerimist, kui 12V väljund on kergelt koormatud. Kui 5 V väljund on ülekoormusseisundis, langeb 5 V väljundi pinge. Näivkoormus tõmbab palju voolu. Selle suure voolu tajumiseks saab kasutada pingelangust R1-s. Q1 lülitub sisse ja käivitab OPP-ahela.
03 Aktiivne šundi regulaator ja eelkoormus
Flyback on praegu kõige populaarsem topoloogia liinipingelt vahelduvvoolult madalpingele alalisvoolule lülitamise valdkonnas. Selle peamiseks põhjuseks on mitme väljundpinge pakkumise ainulaadne kulutõhusus, lisades lihtsalt trafo sekundaarseadmele täiendavad mähised.
Tavaliselt pärineb tagasiside väljundist, mille väljundtolerantsi nõuded on kõige rangemad. See väljund määrab seejärel kõigi teiste sekundaarmähiste pöörded volti kohta. Lekkeinduktiivsuse mõjude tõttu ei saa väljundid alati saavutada soovitud väljundpinge ristreguleerimist, eriti kui antud väljund võib olla koormamata või väga kergelt koormatud, kuna teised väljundid on täielikult koormatud.
Väljundis oleva pinge tõusu sellistes tingimustes saab kasutada järelregulaatori või näivkoormuse abil. Järelregulaatorite või näivkoormuste suurenenud kulude ja vähenenud tõhususe tõttu ei ole need aga olnud piisavalt atraktiivsed, eriti viimastel aastatel koormuseta ja/või ooterežiimi sisendenergia tarbimisel paljudes tarbijarakendustes. Üha rangemate regulatiivsete nõuete tingimustes hakati seda disaini tähelepanuta jätma. Joonisel 3 näidatud aktiivne šundiregulaator mitte ainult ei lahenda pinge reguleerimise probleemi, vaid vähendab ka mõju kuludele ja tõhususele.
Ahel töötab järgmiselt: Kui mõlemad väljundid on reguleeritud, takisti jagaja R14 ja R13 kallutab transistori Q5, mis hoiab Q4 ja Q1 välja lülitatud. Nendes töötingimustes toimib vool läbi Q5 5 V väljundi väikese eelkoormusena.
Standardne erinevus 5 V väljundi ja 3,3 V väljundi vahel on 1,7 V. Kui koormus nõuab 3,3 V väljundist lisavoolu ilma 5 V väljundi koormusvoolu võrdse suurenemiseta, tõuseb väljundpinge võrreldes 3,3 V väljundiga. Kui pingeerinevus on üle ligikaudu 100 mV, lülitub Q5 välja, lülitades sisse Q4 ja Q1 ning võimaldades voolul voolata 5 V väljundist 3,3 V väljundisse. See vool langetab pinget 5 V väljundis, vähendades pinge erinevust kahe väljundi vahel.
Voolutugevus Q1-s määratakse kahe väljundi pinge erinevuse järgi. Seetõttu suudab vooluahel hoida mõlemad väljundid reguleerituna sõltumata nende laadimisest, isegi halvimal juhul, kui 3,3 V väljund on täielikult koormatud ja 5 V väljund on koormamata. Disainis olev Q5 ja Q4 tagavad temperatuuri kompenseerimise, kuna VBE temperatuurimuutused igas transistoris tühistavad üksteist. Dioodid D8 ja D9 pole vajalikud, kuid neid saab kasutada võimsuse hajumise vähendamiseks Q1-s, välistades vajaduse lisada disainile jahutusradiaatorit.
Ahel reageerib ainult kahe pinge suhtelisele erinevusele ja on täis- ja väikese koormuse korral suures osas passiivne. Kuna šundiregulaator on ühendatud 5 V väljundist 3,3 V väljundiga, võib ahel vähendada aktiivset hajumist 66 protsenti võrreldes maandatud šundiregulaatoriga. Tulemuseks on kõrge kasutegur täiskoormusel ja väike energiatarve kergest koormusest kuni tühikäiguni.
04 Kõrgepinge sisend-lülitustoiteallikas StackFET-i abil
Tööstusseadmed, mis töötavad kolmefaasilise vahelduvvooluga, vajavad sageli lisatoiteetappi, mis suudaks pakkuda reguleeritud madalpinge alalisvoolu analoog- ja digitaalahelatele. Selliste rakenduste näideteks on tööstuslikud ajamid, UPS-süsteemid ja energiaarvestid.
Seda tüüpi toiteallika spetsifikatsioonid on palju rangemad kui standardsete valmislülitite jaoks. Nendes rakendustes ei ole mitte ainult sisendpinged kõrgemad, vaid tööstuskeskkonnas kolmefaasiliste rakenduste jaoks mõeldud seadmed peavad taluma ka väga suuri kõikumisi, sealhulgas pikemaid langusaegu, võimsuse hüppeid ja ühe või mitme faasi aeg-ajalt katkemist. Samuti võib nende lisatoiteseadmete määratud sisendpinge vahemik olla 57 VAC kuni 580 VAC.
Sellise laiaulatusliku lülitustoiteallika kavandamine võib olla väljakutse, peamiselt kõrgepinge MOSFET-ide kõrge hinna ja traditsiooniliste PWM-juhtahelate dünaamilise ulatuse piiratuse tõttu. StackFET-tehnoloogia võimaldab kombineerida odavaid 600 V madala pingega MOSFET-e ja Power Integrationsi integreeritud toiteploki kontrollereid, võimaldades lihtsat ja odavat lülitustoiteallikate disaini, mis on võimelised töötama laias sisendpingevahemikus.
Ahel töötab järgmiselt: Vooluahela sisendis võib vool tulla kolmefaasilisest kolme- või neljajuhtmelisest süsteemist või isegi ühefaasilisest süsteemist. Kolmefaasiline alaldi koosneb dioodidest D1-D8. Takistid R1-R4 piiravad sisselülitusvoolu. Kui kasutatakse sulavtakisteid, saab need takistid tõrke ajal ohutult lahti ühendada, ilma et oleks vaja eraldi kaitsmeid. Pi-filter koosneb C5, C6, C7, C8 ja L1 alaldatud alalispinge filtreerimiseks.
Sisendfiltri kondensaatorite vahelise pinge tasakaalustamiseks kasutatakse takisteid R13 ja R15. Kui integreeritud lüliti (U1) sees olev MOSFET lülitub sisse, tõmmatakse Q1 allikas madalale, R6, R7 ja R8 annavad paisuvoolu ning VR1 ja VR3 ristmiku mahtuvus lülitab sisse Q1. Zeneri dioodi VR4 kasutatakse Q1-le rakendatava paisuallika pinge piiramiseks. Kui U1 MOSFET on välja lülitatud, kinnitatakse U1 maksimaalne äravoolupinge 450 V kinnitusvõrk, mis koosneb VR1-st, VR2-st ja VR3-st. See piirab U1 äravoolupinge ligikaudu 450 V-ni.
Mis tahes lisapinge Q1-ga ühendatud mähise lõpus rakendatakse Q1-le. See disain jaotab tõhusalt kogu alaldatud alalisvoolu sisendpinge ja tagasilöögipinge Q1 ja U1 vahel. Takistit R9 kasutatakse kõrgsagedusvõnkumiste piiramiseks lülitamise ajal ning klambervõrke VR5, D9 ja R10 kasutatakse primaarseadme tipppinge piiramiseks, mis on tingitud lekkeinduktiivsusest tagasilennuintervalli ajal.
Väljundi alalduse tagab D1. C2 on väljundfilter. L2 ja C3 moodustavad sekundaarse filtri, et vähendada lülituspulsatsiooni väljundis.
VR6 lülitub sisse, kui väljundpinge ületab optronidioodi ja VR6 kogupinge languse. Väljundpinge muutus põhjustab optronidioodi läbiva voolu muutumise U2-s, mis omakorda muudab voolu läbimist läbi transistori U2B-s. Kui see vool ületab FB kontakti lävivoolu U1, blokeeritakse järgmine tsükkel. Väljundi reguleerimist saab saavutada lubamis- ja keelamistsüklite arvu juhtimisega. Kui lülitustsükkel on sisse lülitatud, lõpeb tsükkel, kui vool tõuseb U1 sisemise voolupiirini. R11 kasutatakse optroni läbiva voolu piiramiseks siirdekoormuste ajal ja tagasisideahela võimenduse reguleerimiseks. Takistit R12 kasutatakse Zeneri dioodi VR6 eelpingestamiseks.
IC U1 (LNK 304) on sisseehitatud funktsioonidega, nii et vooluahel on kaitstud tagasisidesignaali kadumise, väljundi lühise ja ülekoormuse eest. Kuna U1 saab toidet otse DRAIN-tihvtilt, pole trafo täiendavat eelpingestust vaja. C4 kasutatakse sisemise toite lahtisidumise tagamiseks.
05 Hea valik alaldi dioode võib lihtsustada ja vähendada vahelduvvoolu/alalisvoolu muundurite EMI-filtriahelate maksumust
See vooluahel võib AC/DC muundurite EMI filtriahelate kulusid lihtsustada ja vähendada. Vahelduv- ja alalisvoolu toiteallika EMI-ühilduvaks muutmiseks on vaja kasutada suurt hulka EMI-filtri komponente, nagu X- ja Y-kondensaatorid. Vahelduv- ja alalisvooluallikate standardsed sisendahelad sisaldavad sildalaldit sisendpinge (tavaliselt 50-60 Hz) alaldamiseks. Kuna tegemist on madala sagedusega vahelduvvoolu sisendpingega, võib kasutada standarddioode, näiteks 1N400X seeria dioode, kuna need on kõige odavamad.
Neid filtriseadmeid kasutatakse toiteallika tekitatud EMI vähendamiseks, et see vastaks avaldatud EMI piirangutele. Kuna aga EMI registreerimiseks kasutatavaid mõõtmisi alustatakse ainult 150 kHz juures ja vahelduvvoolu liini pinge sagedus on vaid 50 või 60 Hz, on sildalaldites kasutatavate standarddioodide (vt joonis 5-1) vastupidine taastumisaeg. suhteliselt aeglane. pikk ja tavaliselt ei ole otseselt seotud EMI genereerimisega.
Varem sisaldasid sisendfiltri ahelad aga mõnikord sillaalaldiga paralleelselt kondensaatoreid, et summutada madala sagedusega sisendpinge alaldamisest põhjustatud kõrgsageduslikke lainekujusid.
Neid kondensaatoreid ei ole vaja, kui sildalaldis kasutatakse kiire taastumisega dioode. Kui nende dioodide pinge hakkab pöörduma, taastuvad need väga kiiresti (vt joonist 5-2). See vähendab vahelduvvoolu sisendliini hajuliini induktiivset ergastust, vähendades järgnevaid kõrgsageduslikke väljalülitumisi ja EMI-d. Kuna iga pooltsüklit võivad läbi viia 2 dioodi, peavad neljast dioodist ainult 2 olema kiire taastumise tüüpi. Samamoodi peab ainult üks kahest iga pooltsüklit juhtivast dioodist omama kiiret taastumiskarakteristikut.
Sisendpinge ja voolu lainekujud näitavad dioodi klõpsatust tagurpidi taastumise lõpus.
06 Kasutage pehmet käivitust, et keelata odavad väljundid, et hoida ära voolupike
Ooterežiimi rangete toitenõuete täitmiseks on mõned mitme väljundi toiteallikad ette nähtud väljundi katkestamiseks, kui ooterežiimi signaal on aktiivne.
Tavaliselt saavutatakse see järjestikuse möödaviigu bipolaarse transistori (BJT) või MOSFET-i väljalülitamisega. Väikese voolu väljundi jaoks võivad BJT-d olla MOSFET-idele sobiv ja odavam alternatiiv, kui toitetrafo on projekteeritud transistoride täiendavat pingelangust silmas pidades.
