ما هي المعلمات والمؤشرات التي يجب قياسها عند تصميم مزود طاقة التحويل؟ تشرح هذه المقالة كل ذلك

تقييم مقاييس التصميم

1. معلمات الإدخال: حجم جهد الدخل، تيار متردد أو تيار مستمر، عدد المراحل، التردد، إلخ.

تشمل مستويات الجهد الدولية مستويات الجهد الدولي 120 فولت تيار متردد أحادي الطور و220 فولت تيار متردد و220 فولت تيار متردد و230 فولت تيار متردد، إلخ. نطاق جهد التيار المتردد المقبول دوليًا هو 85 ~ 265 فولت. ويشمل بشكل عام تصنيف جهد الدخل ونطاق اختلافه;

غالبًا ما يستخدم المدخل أحادي الطور للطاقة التي تقل عن 3 كيلوواط، ويستخدم المدخل ثلاثي الطور للطاقة التي تزيد عن 5 كيلوواط;

يبلغ تردد الطاقة الصناعية بشكل عام 50 هرتز أو 60 هرتز، وتردد الطاقة في الفضاء الجوي وتردد طاقة السفن 400 هرتز.

ما إذا كان هناك مؤشرات معامل القدرة (معامل القدرة) والتوافقيات (التشوه التوافقي الكلي)

2. معلمات الإخراج: طاقة الخرج، جهد الخرج، تيار الخرج، تيار الخرج، التموج، دقة استقرار الجهد (تيار ثابت)، معدل الضبط، الخصائص الديناميكية (وقت الاستقرار: وقت الاستقرار)، وقت بدء تشغيل مصدر الطاقة ووقت الانتظار.

جهد الخرج: القيمة المقدرة + نطاق الضبط. يجب أن يكون الحد الأعلى لجهد الخرج أقرب ما يمكن من القيمة المقدرة لتجنب هامش التصميم الزائد غير الضروري.

تيار الإخراج: القيمة المقدرة + مضاعف الحمل الزائد. إذا كان هناك متطلبات تدفق ثابت، سيتم تحديد نطاق الضبط أيضاً. بعض مصادر الطاقة لا تسمح بعدم وجود حمل، لذلك يجب أيضاً تحديد حد تيار أقل.

دقة استقرار الجهد والتيار: تشمل العوامل المؤثرة معدل تنظيم جهد الدخل، ومعدل تنظيم الحمل، وانحراف التقادم. تؤثر دقة المصدر المرجعي، ودقة مكونات الكشف، ودقة المضخم التشغيلي في دائرة التحكم تأثيرًا كبيرًا على دقة تثبيت الجهد وتثبيت التيار.

3. الكفاءة: نسبة طاقة الخرج إلى طاقة الدخل النشطة عند جهد الدخل المقدر وجهد الخرج المقدر وتيار الخرج المقدر.

الخسائر: الخسائر المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتردد التبديل: خسائر التبديل لأجهزة التبديل، وخسائر الحديد للمكونات المغناطيسية، وخسائر دوائر الامتصاص.

فقدان الحالة المارة في الدائرة: فقدان الحالة المارة لأجهزة التبديل، وفقدان النحاس للمكونات المغناطيسية، وفقدان الخط. تعتمد هذه الخسارة على التيار.

خسائر أخرى: خسائر دائرة التحكم، وخسائر دائرة المحرك، إلخ. بشكل عام، تكون كفاءة مزود الطاقة بجهد خرج أعلى أعلى من كفاءة مزود الطاقة بجهد خرج أقل. يمكن أن تصل كفاءة إمداد الطاقة ذات جهد الخرج العالي إلى كفاءة 90% إلى 95%. يمكن جعل كفاءة دوائر الطاقة العالية أعلى من كفاءة دوائر الطاقة المنخفضة.

4. معدل تنظيم الجهد ومعدل تنظيم الحمل

معدل تنظيم الجهد (المصدر): يعتمد معدل تنظيم مصدر الطاقة عادةً على معدل انحراف جهد الخرج الناجم عن التغيرات في جهد الدخل في ظل ظروف الحمل المقدرة. كما هو موضح في الصيغة التالية: Vo(max)-Vo(min)/ Vo(normal)، أو يجب أن يكون انحراف جهد الخرج ضمن الحدود العليا والدنيا المحددة، أي ضمن القيمة المطلقة للحدود العليا والدنيا لجهد الخرج.

تنظيم الحمل: تعريف تنظيم الحمل هو قدرة مزود طاقة التبديل على توفير جهد خرج ثابت عندما يتغير تيار حمل الخرج. أو عندما يتغير تيار حمل الخرج، يجب ألا يتجاوز انحراف جهد الخرج القيم المطلقة العليا والدنيا.

طريقة الاختبار: بعد أن يقوم مزود الطاقة قيد الاختبار بتثبيت المحرك الحراري تحت ظروف جهد الدخل العادي وظروف الحمل، قم بقياس قيمة جهد الخرج تحت الحمل العادي، ثم قم بقياس قيمة جهد الخرج تحت الحمل الخفيف (الحد الأدنى) والحمل الثقيل (الحد الأقصى) على التوالي (على التوالي Vmax و Vmin)، وعادة ما يكون معدل تنظيم الحمل هو النسبة المئوية لمعدل انحراف جهد الخرج الناتج عن التغيرات في تيار الحمل تحت جهد دخل ثابت عادي، كما هو موضح في الصيغة التالية: V0 (الحد الأقصى) - V0 (الحد الأدنى) / V0 (العادي)

5. الخصائص الديناميكية: التغيرات في جهد الخرج عندما يتغير الحمل فجأة

يضمن مصدر إمداد الطاقة التبديلي استقرار جهد الخرج من خلال حلقة تحكم في التغذية الراجعة. في الواقع ، تحتوي حلقة التحكم في التغذية الراجعة على نطاق ترددي معين ، مما يحد من استجابة مصدر الطاقة للتغيرات في تيار الحمل ، مما قد يتسبب في أن يصبح مصدر طاقة التبديل غير مستقر أو خارج نطاق التحكم أو يتأرجح. في الواقع، يتغير تيار الحمل لمصدر الطاقة ديناميكيًا عندما يعمل، لذا فإن اختبار الحمل الديناميكي مهم للغاية لمصدر الطاقة.

يمكن استخدام الأحمال الإلكترونية القابلة للبرمجة لمحاكاة أسوأ ظروف الحمل عندما يعمل مزود الطاقة بالفعل، مثل الارتفاع والانخفاض السريع لتيار الحمل، والمنحدر، والدورة. إذا كان مزود الطاقة تحت ظروف حمل قاسية، فلا يزال بإمكانه الحفاظ على جهد خرج مستقر. لا تتسبب في زيادة أو نقصان جهد الخرج، وإلا سيتجاوز جهد خرج مزود الطاقة مكون الحمل (على سبيل المثال، يجب أن يكون جهد الخرج اللحظي لدائرة TTL بين 4.75 فولت و5.25 فولت، حتى لا تتسبب في تعطل دائرة TTL المنطقية) نطاق العمل.

6. وقت بدء التشغيل (وقت الإعداد) ووقت الانتظار (وقت الانتظار)

وقت بدء التشغيل: يشير إلى الوقت من وقت توصيل مصدر الطاقة بالمدخل حتى يرتفع جهد الخرج إلى النطاق المنظم. إذا أخذنا مصدر طاقة بخرج 5 فولت كمثال، فإن وقت بدء التشغيل يكون من وقت تشغيل مصدر الطاقة حتى يصل جهد الخرج إلى 4.75 فولت.

زمن الانتظار: الوقت من وقت انقطاع طاقة الدخل حتى ينخفض جهد الخرج خارج النطاق المنظم. بأخذ مزود طاقة بجهد خرج 5 فولت كمثال، يكون وقت الانتظار من وقت انقطاع الطاقة حتى يصبح جهد الخرج أقل من 4.75 فولت. الزمن، والقيمة العامة هي 10-20 مللي ثانية، لتجنب تأثر تشغيل الحمل بسبب انقطاع الجهد على المدى القصير (نصف أو دورة جهد شبكة واحدة) في مصدر الطاقة الخاص بشركة الطاقة.

7. معدل التعديل المتقاطع لمصدر طاقة الخرج متعدد القنوات:

يجب أيضًا مراعاة معدل التعديل المتقاطع (التنظيم المتقاطع) في المخرجات المتعددة.

ما هو معدل التعديل المتقاطع؟

عندما يتغير حمل أحد الخرجين، يتغير نطاق تغير جهد الخرج الآخر.

الطرق التقليدية لتحسين معدل التعديل التبادلي: تعديل ما بعد المرحلة

مثل: خرج متعدد القنوات منخفض الطاقة متعدد القنوات المرتد الطيَّار

نطاق جهد الإدخال ............90 ～ 264 فولت تيار متردد، 120-370 فولت تيار مستمر

تيار الإدخال......................2.0 أمبير/115 فولت 1.1 أمبير/230 فولت، تردد الإدخال: 47 ～ 63 هرتز

تيار التدفق المتدفق............. تيار بدء التشغيل البارد 20 أمبير/115 فولت 40 أمبير/230 فولت

تيار التسرب................ < 2 مللي أمبير/240 فولت تيار متردد

نطاق ضبط جهد الخرج ..........CH1: -5 ～+10%

معدل تنظيم الجهد............CH1: <1%، CH2: <1%

معدل تنظيم الحمل......CH1: <3%، CH2/3: <4-8%

الحماية من التحميل الزائد............105%～150% نوع الحماية: حد التيار، الاسترداد التلقائي

حماية من الجهد الزائد............115-135%CH1 جهد الخرج المقنن

معامل درجة الحرارة ............ ± 0.031 ± 0.03% ℃ (0 ～ 50 ℃)

وقت البدء، والارتفاع، والانتظار...800 مللي ثانية، 60 مللي ثانية، 20 مللي ثانية

مقاومة الصدمات ............10 ～ 500 هرتز، 2G، ثلاثة محاور 10 دقائق/دورة واحدة، ساعة واحدة لكل محور

مقاومة الضغط......................مقاومة الضغط......................المدخلات والمخرجات: 3KVAC، غلاف الإدخال: 1.5 كيلو فولت تيار متردد,

ضميمة الإخراج: 0.5 كيلو فولت تيار متردد 1 دقيقة

مقاومة العزل............مقاومة العزل............مدخل-مخرج، مدخل-أرضي، مخرج-أرضي 500 فولت تيار مستمر/100 م أوم

درجة حرارة العمل والرطوبة......-10 ℃ ～+60 ℃، 20%～90%RH (0-45 ℃/100%، -10 ℃/80%، 60 ℃/60 % LOAD)

درجة حرارة التخزين والرطوبة......-20 ～+85 ℃، 10%～95RH

الأبعاد الإجمالية............199*99*99*50 مم العلبة 916A

الوزن............0.6 كجم؛ 20 قطعة/13 كجم/1.17 قدمًا

معايير السلامة......................مستوفيًا لمتطلبات UL1310 وTUV EN60950

معايير EMC/المعايير التوافقية............ميت

EN55022 الفئة B/A، EN61000-3-2،3 EN55022

EN61000-4-2,3,4,5,6,8,11,ENV50204

2. حدد طوبولوجيا الدائرة الرئيسية المناسبة (AC-DC)

المبادئ الأساسية: مستوى الطاقة، والتكلفة، والكفاءة، والحجم، والكفاءة

عندما تكون الطاقة أقل من 75 وات، لا توجد قيود بشكل عام على التوافقيات الجانبية للمدخلات. لذلك، يتم اختيار دائرة ارتداد ذبذبة ذات دائرة بسيطة وتكلفة منخفضة. تحد اليابان من الطاقة أقل من 50 وات. متطلبات الإضاءة أعلى، 25 وات.

تتوافق متطلبات إمداد الطاقة العامة لطاقة الدائرة التي تزيد عن 75 واط مع المواصفة التوافقية IEC61000-3-2. مطلوب تصحيح معامل القدرة بشكل عام، لذلك يتم استخدام حل من مرحلتين في الغالب. تعزيز PFC المعزز+التوازن الترددي؛ <100 واط، تعزيز PFC+ نصف جسر 100 واط <<500 واط

للحصول على طاقة أعلى (أعلى من 500 واط)، يمكن استخدام نصف الجسر أو الجسر الكامل. إذا كانت متطلبات التكلفة صارمة، فاختر نصف الجسر، وإذا كانت الطاقة عالية، فاختر الجسر الكامل. تُستخدم دارات الدفع والسحب عادةً في الحالات التي تكون فيها الطاقة عالية نسبيًا ويكون جهد الدخل منخفضًا جدًا.

بشكل عام، عندما تكون الطاقة أقل من 20 وات، نظرًا لأن خسائر مزود الطاقة هي في الأساس مكونات مغناطيسية ومفاتيح تبديل وخسائر محرك الأقراص بشكل أساسي، فإن نسبة الخسائر في الحالة تكون صغيرة (التيار صغير)، لذلك يتم اختيار حل بطوبولوجيا دائرة بسيطة. مثل DCM Flyback.

عندما يكون فقدان مصدر الطاقة عبارة عن فقدان الحالة المارة بشكل أساسي (طاقة عالية أو جهد منخفض وتيار مرتفع)، فمن الضروري النظر في حل يمكن أن يقلل من فقدان الحالة المارة. على سبيل المثال: التصحيح المتزامن، والتحويل متعدد المراحل، والتوصيل المتوازي، والطوبولوجيا الهجينة، إلخ.

3. تصميم المكونات

مثال: ما المكونات التي يجب تصميمها في الدائرة الرئيسية للذبذبات المرتدة؟

① حساب معلمات تشغيل الدائرة. جهد الدخل والخرج

② معلمات التشغيل. تردد التبديل، دورة التشغيل القصوى

③ المحول.

④ أنبوب التبديل - الجهد، التيار

⑤ الصمام الثنائي الجانبي الثانوي - الجهد، التيار

⑥ مكثف مرشح الإخراج

⑦ دائرة الامتصاص

خطوات التصميم

(1) تحديد نطاق تغير الجهد لناقل التيار المستمر للمدخلات:

1) يتغير النطاق مع المدخلات

2) تغيرات الجهد خلال كل دورة تردد طاقة

(2) تردد التحويل التصميمي fs، دورة التشغيل القصوى Dmax=0.45

- ضبط تردد التحويل حسب الحاجة

- استنادًا إلى طاقة الدخل، وبافتراض أقل جهد وأقصى دورة عمل، والاستمرارية الحرجة فقط، ثم تحديد ذروة تيار الحث

بينماكس ＝ بوماكس/الكفاءة

IAVgmax=Pinmax/VDCmin

Ipeak=2*Iavgmax/D

(3) تصميم محول الارتداد الطائر

- حدِّد معامل الحث الابتدائي بناءً على الحد الأقصى لذروة التيار

Pinmax＝ 0.5*Lm*Ipeak2*fs

- بناءً على الخبرة، حدد حجم القلب وحساب عدد اللفات الأساسية.

Np ＝ （Lm*Ipeak)/(Ae*Bmax)

Ae هي مساحة المقطع العرضي للقلب؛ Bmax هي كثافة التدفق المغناطيسي القصوى المصممة.

- صمم فجوة الهواء بناءً على الحث وعدد اللفات.

- حدد نسبة اللفات المناسبة بناءً على الجهد المقنن للمحول الأساسي. من أجل الحصول على تنظيم تبادلي ثانوي أفضل، من الضروري في بعض الأحيان ضبط عدد اللفات على الجانب الابتدائي للمحول.

مثال: الجانب الثانوي Vo1: Vo2: Vo2=5:3

تظهر الحسابات الأولية: Ns1=3، Ns2=1.8؛ إذا استغرق Ns2 دورتين، فقد يكون معدل التعديل ضعيفًا. لذلك، قم بتعديل عدد الدورات الثانوية، Ns1=5، Ns2=3.

(4) اختيار أنبوب التبديل: MOSFET للطاقة

تبديل إجهاد الجهد الكهربائي:

على سبيل المثال: إذا تم اختيار موصل MOSFET بجهد 650 فولت على الجانب الابتدائي، يجب ألا يتجاوز إجهاد الجهد لأنبوب التبديل على الجانب الابتدائي 600 فولت.

لذا احسب الحد الأقصى للإجهاد Vpmax=VDCmax+(Vo+Vdrop)*Np/Ns+60V

إجهاد تيار أنبوب التبديل:

احسب شدة التيار القصوى على الجانب الابتدائي من المحول

عادةً Vo*Np/Ns<140 فولت;

ضع في اعتبارك إيجاد حل وسط بين إجهاد أنبوب المفتاح الأساسي، وإجهاد الجهد للصمام الثنائي الثانوي، ودورة التشغيل القصوى.

(5) اختيار الصمام الثنائي الجانبي الثانوي:

- صمام ثنائي الاسترداد السريع

- احسب جهد تحمُّل الصمام الثنائي

VD＝(Vdcmax*Ns/Np+Vo)*1.3

(6) اختيار مكثف مرشح الخرج:

اختر المكثفات الإلكتروليتية بناءً على إجهاد التيار/الجهد ومتطلبات التموج.

(7) دائرة امتصاص RCD

ضع في اعتبارك نقاط المشكلة:

1) تأثير الامتصاص

2) من المرجح أن تكون الخسارة صغيرة

المفاضلة بين تأثير الامتصاص والخسارة!

وينطبق مبدأ التصميم نفسه ليس فقط على FLYback، ولكن أيضًا على جميع دوائر الامتصاص مع R.

طريقة تقدير الخسارة:

1) Psnuber=Vc2/R

عندما يتم إيقاف تشغيل MOSFET، عندما يتجاوز Vds الجهد VSN عبر المكثف في دائرة مقنع RCD، يتم تشغيل الصمام الثنائي المقنع. يتم امتصاص تيار الذروة بواسطة دائرة RCD، مما يقلل من تيار الذروة. يجب أن يكون مكثف المكثف القابل للامتصاص كبيرًا بما يكفي لضمان عدم تغير الجهد عبر المكثف بشكل كبير أثناء الدورة. ومع ذلك، إذا كانت سعة الامتصاص كبيرة جدًا، فستزيد أيضًا من فقدان الدائرة العازلة. يجب أن يكون هناك حل وسط.

يمكن حساب الطاقة التي تستهلكها دائرة الامتصاص بواسطة المعادلة التالية. ثم خذ مقاوم طاقة بمقاومة 3 وات، ويمكن حساب قيم مقاومته وسعته بواسطة البرنامج، كما هو موضح أدناه

4. وسائط أخرى لتصميم الارتداد الطائر

تصميم ذبذبات ارتجاعية CCM/DCM

عندما تكون الطاقة أكبر، مثل 65 وات. من أجل تقليل الضغط المنخفض

يؤدي فقدان التوصيل عند الإدخال إلى دخول الجهاز في وضع CCM عند إدخال الجهد المنخفض. عند إدخال الجهد العالي، وضع DCM.

خطوات التصميم هي نفس خطوات نموذج DCM، لكن صيغة التصميم مختلفة.

- وتختلف معادلة حساب قيمة الحث الابتدائي عن معادلة حساب قيمة الحث الابتدائي

- معادلة حساب نسبة الدوران مختلفة

- احسب الجهد المختلف وإجهاد التيار لأنابيب التبديل

- حساب جهد الصمام الثنائي وفروق إجهاد التيار

- يختلف تموج الخرج المحسوب عن تموج الخرج المحسوب في حدود CM Flyback

ضمن النطاق المتغير لجهد الناقل، يكون الوضع حرجًا. (تحويل التردد) نفس الخطوات وأنماط الأسلوب مثل تصميم DCM.

مزايا إدارة استمرارية تصريف الأعمال/إدارة التحكم في المخاطر

1) فقدان التشغيل لأنبوب المفتاح الأساسي صغير.

2) تيار الاسترداد العكسي للصمام الثنائي الجانبي الثانوي صغير.

3) ضوضاء الوضع المشترك الناتجة عن الاسترداد العكسي صغيرة

4) إجهاد الجهد للصمام الثنائي صغير، لذا يجب اختيار الأجهزة ذات الجهد المنخفض.

عيوب نموذج BCM:

1) فقدان التوصيل لأنبوب التبديل الأساسي كبير.

2) تغيرات التردد، يجب تصميم مرشح الوضع التفاضلي وفقًا لأدنى تردد. يجب تصميم مرشحات الوضع المشترك للترددات الأعلى.

هناك شرطان يجعلان أوجه القصور المذكورة أعلاه غير مهمة:

1) مع تحسن أجهزة MOSFET، أصبح Rdson أصغر وأصغر. تقليل نسبة فقد التوصيل الأساسي إلى إجمالي الفقد.

2) يقلل BCM الوضع المشترك الناجم عن الاسترداد العكسي للديود على الجانب الثانوي.

5. التصميم الحراري

يحتاج أنبوب المفتاح بشكل عام إلى مبرد، ويجب وضع حشية عازلة وسيليكون مشتت للحرارة بين المبرد وأنبوب المفتاح.

في تصميم مصادر الطاقة التبديلية عالية الطاقة، يتم تركيب المراوح بشكل عام لاستخدام التبريد بالهواء القسري.

6. تصميم الأسلاك والتداخل الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي

يجب أن تكون دبابيس كل مكون، وخاصة المكثف، قصيرة قدر الإمكان، وإلا سيكون للمكثف تأثير امتصاص ضعيف على الترددات العالية;

يجب أن تكون أسلاك التوصيل البيني التي تتدفق من خلالها تيارات كبيرة سميكة أو قصيرة;

حاول ألا تشكل حلقة كبيرة، وإلا سيكون التداخل كبيرًا جدًا ويؤثر على تصحيح الأخطاء.

يجب فصل أسلاك دائرة التحكم عن أسلاك دائرة الطاقة.

يجب تركيب رقاقة التحكم والمحول بمقاعد لتسهيل التفكيك. عند توصيل الأسلاك، يجب إيلاء الاعتبار الكامل لتبديد الحرارة والراحة للاختبار. تكون أنيقة ومرتبة، وتكون كل وحدة وظيفية واضحة.