S rozvojem a inovacemi technologií výkonové elektroniky se neustále inovuje i technologie spínaných zdrojů. V současné době se spínaný zdroj díky svým malým rozměrům, nízké hmotnosti a vysoké účinnosti široce používá téměř ve všech elektronických zařízeních. Je to nepostradatelná metoda napájení pro rychlý rozvoj dnešního elektronického informačního průmyslu.
Existují dva typy moderních spínaných napájecích zdrojů: jeden je stejnosměrný spínaný napájecí zdroj a druhý je střídavý spínaný napájecí zdroj.
Představen je zde především pouze stejnosměrný spínaný napájecí zdroj. Jeho funkcí je převést původní napájení (hrubé napájení) s nízkou kvalitou, jako je síťové napájení nebo napájení z baterie, na kvalitnější stejnosměrné napětí, které splňuje požadavky zařízení. Jádrem stejnosměrného spínaného zdroje je měnič DC/DC.
Proto se klasifikace stejnosměrných spínaných zdrojů opírá o klasifikaci DC/DC měničů. Jinými slovy, klasifikace stejnosměrných spínaných napájecích zdrojů je v podstatě stejná jako klasifikace DC/DC měničů. Klasifikace DC/DC měničů je v podstatě stejná jako klasifikace DC spínaných zdrojů.
Spínaný zdroj se skládá zhruba ze čtyř hlavních částí: hlavního obvodu, řídicího obvodu, detekčního obvodu a pomocného zdroje.
1. Hlavní obvod
Omezení rozběhového proudu: Omezení rozběhového proudu na vstupní straně v okamžiku zapnutí napájení.
Vstupní filtr: Jeho úkolem je filtrovat rušení existující v elektrické síti a zabránit tomu, aby se rušení generované strojem vracelo zpět do elektrické sítě.
Usměrňování a filtrování: přímo usměrňuje střídavý proud ze sítě na hladší stejnosměrný proud.
Měnič: převádí usměrněný stejnosměrný proud na vysokofrekvenční střídavý proud, který je základní součástí vysokofrekvenčního spínaného zdroje.
Výstupní usměrnění a filtrace: Zajistěte stabilní a spolehlivé napájení stejnosměrným proudem podle potřeb zátěže.
2. Řídicí obvod
Na jedné straně se odebírají vzorky z výstupní svorky, porovnávají se s nastavenou hodnotou a poté se měnič řídí tak, aby se změnila šířka pulzu nebo frekvence pulzů, aby se výstup stabilizoval. Na druhé straně na základě údajů poskytnutých testovacím obvodem a identifikovaných ochranným obvodem poskytuje Řídicí obvod provádí různá ochranná opatření na napájení.
3. Detekční obvod
Zajistěte různé provozní parametry a různé údaje o přístrojích v ochranném obvodu.
4. Pomocné napájení
Realizujte softwarové (vzdálené) spuštění zdroje napájení pro zajištění napájení ochranného obvodu a řídicího obvodu (PWM a dalších čipů).
Zde je několik klasických odpovědí o spínaných napájecích zdrojích:
1. Pokud je ve spínaném napájecím transformátoru místo smaltovaného vodiče použit měděný pásek, jak vypočítat proud, který jím může procházet? Například pro měděný pásek o tloušťce 0,1 mm, jak vypočítat povolený proud?
Odborná odpověď: Pokud se ve spínaném napájecím transformátoru místo smaltovaných vodičů použijí měděné pásky, lze ztráty vířivými proudy na měděných páskách (smaltovaných vodičích) výrazně snížit a odpovídajícím způsobem zvýšit pracovní frekvenci, ale ztráty stejnosměrným proudem zůstanou téměř nezměněny. Hustota proudu, která může procházet měděnými pásky, by obecně neměla překročit 4,5 A/mm². Proudová hustota se rovná proudu dělenému plochou průřezu vodiče, která se rovná tloušťce (0,1 mm) krát šířka (šířka měděného pásku).
2. Je nejpravděpodobnější, že obvod střídavého proudu vypínače a obvod střídavého proudu usměrňovače budou způsobovat elektromagnetické rušení?
Odborná odpověď: Nejzávažnějším místem, kde vzniká elektromagnetické rušení u spínaného zdroje, je obvod tvořený primární a sekundární cívkou spínacího transformátoru. Jeho rušení však způsobí vyzařování a rušení vedením do jiných obvodů prostřednictvím indukce. Nejzávažnějším místem pro rušení vedením a rušení vyzařováním je Je to napájecí kabel, protože napájecí kabel se může snadno stát půlvlnnou oscilační anténou zdroje záření. Kromě toho je připojen k vnějšímu vedení a může snadno přenášet rušivé signály do jiných zařízení. Proto musí být napájecí vedení na vstupním konci spínaného zdroje účinně izolováno.
3. Jaké jsou konkrétní metody pro snížení nárůstu teploty transformátoru?
Odborná odpověď: Jedním ze způsobů, jak snížit nárůst teploty transformátoru, je snížit hodnotu maximálního přírůstku magnetického toku (Bm) jádra transformátoru, protože ztráty v jádře transformátoru (hysterezní ztráty a ztráty vířivými proudy) jsou úměrné kvadrátu hustoty magnetického toku. Proporcionální; druhým je snížení provozní frekvence spínaného zdroje, protože ztráta jádra transformátoru (hysterezní ztráta a ztráta vířivými proudy) je úměrná provozní frekvenci; druhým je snížení ztráty cívky, ztráty cívky (hlavně ztráta vířivými proudy), Ztráta vířivými proudy a ztráta skinefektem cívky jsou rovněž úměrné provozní frekvenci. Pro snížení stejnosměrných ztrát cívky je třeba snížit proudovou hustotu vodiče. Obecně platí, že proudová hustota smaltovaného drátu nesmí překročit 4,5 A/čtvereční milimetr.
4. Jak se mění pracovní cyklus spínaného zdroje s flybackem?
Odborná odpověď: Odpověď: Pracovní cyklus spínaného zdroje flyback je dán především vstupním napětím a výdržným napětím spínané napájecí trubice. Když se změní vstupní napětí, změní se i pracovní cyklus. Například když je vstupní napětí AC260 V, pokud je výdržné napětí spínací elektronky 650 V, je pracovní cyklus 0,306; když je vstupní napětí AC170 V, je pracovní cyklus přibližně 0,5; když je vstupní napětí nižší než AC170 V, je pracovní cyklus Poměr je větší než 0,5. Ale bez ohledu na to, jak se mění vstupní napětí, spínaný zdroj zvýší hodnotu výstupního napětí, aby se stabilizovalo (nebo změnilo) změnou pracovního cyklu.
5. Jaký je hlavní rozdíl mezi přímým a zpětným chodem?
Odborná odpověď: Při zapnutí spínací trubice zdroj poskytuje výstupní výkon odpovědné osobě, ale při vypnutí není výstupní výkon žádný. U spínaného napájecího zdroje se zpětným chodem je tomu přesně naopak. Když je výkonový spínač zapnutý, pouze ukládá energii do transformátoru a neposkytuje výkonový výstup do zátěže. Výstup do zátěže poskytuje až po vypnutí výkonového spínače. Výstupní napětí dopředného spínaného zdroje je střední hodnota usměrněného výstupního napětí a výstupní napětí zpětnovazebního spínaného zdroje je střední půlvlnová hodnota usměrněného výstupního napětí. Fáze obou výstupních napětí jsou přesně opačné.
6. Můžete se podrobněji zmínit o návrhu smyčky?
Odborná odpověď: Zisk zpětnovazební smyčky není ani větší, ani lepší, ani menší není lepší. Když je zesílení zpětnovazební smyčky příliš velké, výstupní napětí bude sledovat sem a tam kolem střední hodnoty a výstupní napětí bude značně kolísat. Čím vyšší je zesílení, tím větší je amplituda kolísání. V závažných případech dojde ke kmitání; když je zesílení smyčky zpětné vazby Když je příliš nízké, výstupní napětí bude nestabilní, protože napětí nemůže správně sledovat a dojde k chybě hystereze.
Aby se výstupní napětí stabilizovalo bez oscilací, je zpětnovazební smyčka zpravidla rozdělena do tří smyček. Jedna smyčka slouží k určení velikosti rozdílového zesílení, druhá smyčka slouží k určení velikosti integrálního zesílení a třetí smyčka určuje velikost stejnosměrného zesílení. Účelem je, aby při malém chybovém signálu bylo zesílení smyčky velké, a když je chybový signál velký, zesílení smyčky se stává malým, to znamená, že zesílení chybového zesilovače je dynamické. Pečlivým nastavením zisků těchto tří zpětnovazebních smyček může být spínaný zdroj stabilní bez oscilací.
7. Jak minimalizovat výkonový spínač flyback MOS? Zejména za tvrdých spínacích podmínek.
Odborná odpověď: Pokud je však pracovní cyklus příliš nízký, výrazně se sníží pracovní účinnost zdroje a sníží se i rozsah nastavení napětí.
8. Jaký podíl ztrát v měděné fólii připadá na ztráty výkonu?
Odborná odpověď: Velmi malá. Pokud jsou ztráty měděné fólie velké, bude nárůst teploty měděné fólie velmi vysoký. Pokud překročí 80 stupňů, barva na měděné fólii zežloutne. Je to však ekvivalentní pouze ztrátě kovového fóliového rezistoru asi 1 až 3 watty při stejném nárůstu teploty.
9. Co je příčinou problému velkých a malých řídicích vln?
Mám napájecí zdroj a výstupní ovladač je normální, když je napětí AC85-120V. Při změně napětí na 120-150V má ovladač malé a velké zvlnění a výstupní proud výrazně klesá. Když se napětí opět zvýšilo na 150V-265V, frekvence průběhu budiče byla zcela špatná a výstup byl také špatný.
Odborná odpověď: Tato situace nastane, pokud váš obvod pohonu používá pro výstup kondenzátor nebo transformátor, protože když kondenzátor nebo transformátor přenáší průběh (signál), nemůže signál obsahovat stejnosměrnou složku. Pokud obsahuje stejnosměrnou složku, bude výstupní průběh silně zkreslený. Pouze pokud má výstupní průběh řídicího obvodu pracovní cyklus 0,5, nebude výstupní průběh zkreslený. Pokud je pracovní cyklus příliš velký nebo příliš malý, dojde ke zkreslení.
10. Rád bych se zeptal na výběr usměrňovacího můstku. Jaký typ usměrňovacího můstku mám zvolit pro různé výkony?
Další věc je, že jsem vyrobil 30W zdroj a použil usměrňovací můstek 3A700V. Zjistil jsem, že usměrňovací můstek je velmi horký. Teplota dosáhla během několika minut více než 60 stupňů. Jaké jsou příčiny zahřívání usměrňovacího můstku?
Odborná odpověď: Výběr usměrňovací diody je dán především třemi parametry: proudem protékajícím usměrňovací diodou, výdržným napětím a pracovní frekvencí. Při návrhu parametrů obvodu může proud protékající usměrňovací diodou obecně nabývat pouze jmenovité hodnoty ( třetina hodnoty při 25 °C), protože provozní teplota protékající usměrňovací diodou může stoupnout nad 80 °C. Pokud je rychlost zapínání a vypínání usměrňovací diody velmi nízká, bude po určitou dobu vést i při obráceném napětí, to znamená, že zpětný proud je velmi velký, takže usměrňovací dioda bude také generovat teplo. Vaše zahřívání usměrňovacího můstku může spadat do druhé situace.
11. Jak začít s návrhem smyčky zpětné vazby a kompenzací? Doufám, že vám učitel trpělivě odpoví.
Odborná odpověď: Zisk zpětnovazební smyčky není ani větší, ani lepší, ani menší není lepší. Když je zesílení zpětnovazební smyčky příliš velké, výstupní napětí bude kolísat kolem střední hodnoty. Čím vyšší je zesílení, tím větší je amplituda kolísání. V závažných případech dojde ke kmitání; když je zesílení zpětnovazební smyčky příliš nízké, výstupní napětí bude kolísat. bude nestabilní. Aby se výstupní napětí stabilizovalo bez oscilací, je zpětnovazební smyčka zpravidla rozdělena do tří smyček. Jedna smyčka slouží k určení velikosti rozdílového zesílení, druhá smyčka slouží k určení velikosti integrálního zesílení a třetí smyčka Určete velikost stejnosměrného zesílení. Pečlivým nastavením zisků těchto tří zpětnovazebních smyček lze dosáhnout stabilního spínaného zdroje bez oscilací.
12. Účinnost DC TO DC je v poslední době poněkud nízká. Jak ji vyřešit?
Odborná odpověď: Snižte pracovní frekvenci nebo vyměňte výkonovou spínací trubici za rychlou spínací trubici. Kromě toho můžete zvětšit velikost transformátoru a snížit hodnotu maximální hustoty magnetického toku (Bm), tj. vyměnit primární cívku spínacího transformátoru. Počet závitů se zvyšuje, protože hysterezní ztráty a ztráty vířivými proudy spínacího transformátoru jsou úměrné pracovní frekvenci a úměrné čtverci přírůstku maximální hustoty magnetického toku.
13. Dobrý den, pane učiteli, jak se vypočítá minimální stejnosměrné napětí? Díval jsem se na několik verzí, ale nenašel jsem tu, která by mi nejlépe vyhovovala.
Odborná odpověď: Nechápu, co myslíte tím "minimálním stejnosměrným napětím"? Pokud se jedná o minimální vstupní stejnosměrné napětí spínaného zdroje, lze jej obecně vypočítat na základě minimálního vstupního střídavého napětí. Například pokud je minimální vstupní střídavé napětí AC100V (efektivní hodnota), pak přepočtené minimální stejnosměrné vstupní napětí je přibližně 120V (průměrná hodnota). Protože maximální hodnota po usměrnění a filtraci je 140V, minimální hodnota je 100V a průměrná hodnota je 120V.
Pokud je minimálním stejnosměrným napětím napětí kladné zpětné vazby tranzistorového samobuzeného spínaného zdroje, pak je nejvhodnější zvolit toto napětí jako dvojnásobek provozního napětí při zapnutí tranzistoru a ponechat jednonásobek jako nastavitelnou rezervu. Pokud je minimální stejnosměrné napětí minimálním provozním napětím řídicího obvodu tranzistoru s polem, nemůže být minimální provozní napětí menší než 16 V, protože řídicí napětí potřebné pro hluboké nasycení výkonných tranzistorů s polem je vyšší než 12 V (nejlépe 20 V).
14. Dobrý den, pane učiteli, na výstupní straně zdroje s flyback transformátorem, který jsem vyrobil, jsou otřepy a frekvence otřepů je stejná jako spínací frekvence primární strany. Jak mohu otřepy odstranit?
Odborná odpověď: Mezi sekundárním usměrňovačem a filtračním kondenzátorem je sériově zapojena malá cívka, která však nemůže být nasycena, když jí protéká stejnosměrný proud. Magnetický obvod tohoto induktoru nelze uzavřít a je třeba ponechat velkou vzduchovou mezeru.
15. Dobrý den, paní učitelko! Jak optimalizovat spínací frekvenci zdroje flyback? Jak optimalizovat nastavení napětí flybacku VOR a za jakých okolností je nejvhodnější? Děkuji! Jak optimalizovat výpočet poměru otáček? Díky.
Odborná odpověď: Výběr pracovní frekvence spínaného zdroje flyback souvisí především s pracovní účinností a velikostí spínaného zdroje, přičemž pracovní účinnost spínaného zdroje souvisí především se ztrátami (hysterezní ztráta a ztráta vířivými proudy) spínané napájecí trubice a spínaného transformátoru. , ztráty obou jsou úměrné frekvenci. Ztráty spínané napájecí trubice se skládají především ze ztrát při zapnutí (ztráty v době zapnutí) a ztrát při vypnutí (ztráty v době vypnutí). Čím delší je doba zapnutí a vypnutí spínané napájecí trubice, tím větší jsou tyto dvě ztráty.
Doba zapnutí a vypnutí výkonných spínaných napájecích zdrojů je obecně mnohem delší než u nízkovýkonných spínaných napájecích zdrojů, takže provozní frekvence výkonných spínaných napájecích zdrojů je obecně nižší. Při zvažování pracovní účinnosti spínaného napájecího zdroje je nejlépe zohlednit velikost a cenu spínaného napájecího zdroje.
Vhodnější je zvolit provozní účinnost přibližně 80%. V tomto okamžiku tvoří ztráta spínací napájecí trubice přibližně 50% z celkové ztráty, ztráta spínacího transformátoru představuje přibližně 30% z celkové ztráty a ztráta zbývajících obvodů představuje přibližně 50% z celkové ztráty. 20%. Poměr závitů spínacího transformátoru souvisí s poměrem vstupního a výstupního napětí a s pracovním cyklem spínaného zdroje.
16. Dobrý den, paní učitelko! Jak nastavit počáteční špičkový proud IP a napětí flybacku VOR a optimální pracovní cyklus flybacku, děkuji!
Odborná odpověď: Velikost zpětného napětí generovaného primárními a sekundárními cívkami spínaného napájecího zdroje se zpětnou vazbou souvisí s pracovním cyklem spínaného zdroje a vstupním napětím. Při volbě pracovního cyklu spínaného zdroje je třeba vzít v úvahu. Součet špičkové hodnoty zpětného napětí generovaného primární a sekundární cívkou a provozního napětí (vstupního napětí) nesmí překročit 0,7násobek výdržného napětí Bvmax výkonové spínací trubice. Podle této podmínky (Bvmax) lze vypočítat maximální vstupní napětí spínaného zdroje s flybackem Maximální pracovní cyklus Dmax. Například pro výkonový spínač s Bvmax 650 V, je-li vstupní napětí AC260 V, lze zvolit jeho pracovní cyklus pouze přibližně 0,306.
17. Dobrý den, paní učitelko! Jak optimalizovat spínací frekvenci zdroje flyback? Jak optimalizovat nastavení napětí flybacku VOR a za jakých okolností je nejvhodnější? Děkuji! Jak optimalizovat výpočet poměru otáček?
Odborná odpověď: Výběr pracovní frekvence spínaného zdroje flyback souvisí především s pracovní účinností spínaného zdroje a pracovní účinnost spínaného zdroje souvisí především se ztrátami (hysterezní ztráty a ztráty vířivými proudy) spínané napájecí trubice a spínaného transformátoru. Obě ztráty jsou úměrné frekvenci. Ztráty spínané napájecí trubice se skládají především ze ztrát při zapnutí (ztráty při zapnutí) a ztrát při vypnutí (ztráty při vypnutí). Čím delší je doba zapnutí a vypnutí spínací napájecí trubice, tím větší jsou tyto dvě ztráty.
Doba zapnutí a vypnutí výkonných spínaných zdrojů je obecně mnohem delší než u nízkovýkonných spínaných zdrojů, takže pracovní frekvence výkonných spínaných zdrojů je obecně nižší. Při zvažování pracovní účinnosti spínaného zdroje je s ohledem na velikost a cenu spínaného zdroje lepší zvolit pracovní účinnost přibližně 80%. V této době tvoří ztráty spínaného napájecího zdroje trubice asi 50% z celkových ztrát. Ztráta spínacího transformátoru představuje přibližně 30% z celkové ztráty a ztráta zbývajících obvodů představuje přibližně 20% z celkové ztráty. Poměr závitů spínacího transformátoru souvisí s poměrem vstupního a výstupního napětí a s pracovním cyklem spínaného zdroje.
18. Dobrý den, pane učiteli, na výstupní straně zdroje s flyback transformátorem, který jsem vyrobil, jsou otřepy a frekvence otřepů je stejná jako spínací frekvence primární strany. Jak mohu otřepy odstranit?
Odborná odpověď: Mezi sekundárním usměrňovačem a filtračním kondenzátorem je sériově zapojena malá cívka, která však nemůže být nasycena, když jí protéká stejnosměrný proud. Magnetický obvod tohoto induktoru nelze uzavřít a je třeba ponechat velkou vzduchovou mezeru.
19. Dobrý den, pane učiteli, jak se vypočítá minimální stejnosměrné napětí? Díval jsem se na několik verzí, ale nemohu najít tu nejvhodnější?
Odborná odpověď: Nechápu, co myslíte tím "minimálním stejnosměrným napětím"? Pokud se jedná o minimální vstupní stejnosměrné napětí spínaného zdroje, lze jej obecně vypočítat na základě minimálního vstupního střídavého napětí. Například pokud je minimální vstupní střídavé napětí AC100V (efektivní hodnota), pak přepočtené minimální stejnosměrné vstupní napětí je přibližně 120V (průměrná hodnota). Protože maximální hodnota po usměrnění a filtraci je 140V, minimální hodnota je 100V a průměrná hodnota je 120V.
Pokud je minimálním stejnosměrným napětím napětí kladné zpětné vazby tranzistorového samobuzeného spínaného zdroje, pak je nejvhodnější zvolit toto napětí jako dvojnásobek provozního napětí při zapnutí tranzistoru a ponechat jednonásobek jako nastavitelnou rezervu. Pokud je minimální stejnosměrné napětí minimálním provozním napětím řídicího obvodu tranzistoru s polem, nemůže být minimální provozní napětí menší než 16 V, protože řídicí napětí potřebné pro hluboké nasycení výkonných tranzistorů s polem je vyšší než 12 V (nejlépe 20 V).
20. Účinnost DC TO DC je v poslední době poněkud nízká. Jak to vyřešit?
Odborná odpověď: Snižte pracovní frekvenci nebo vyměňte výkonovou spínací trubici za rychlou spínací trubici. Kromě toho můžete také zvětšit velikost transformátoru a snížit hodnotu maximální hustoty magnetického toku (Bm), tj. vyměnit primární cívku spínacího transformátoru. Počet závitů se zvyšuje, protože hysterezní ztráty a ztráty vířivými proudy spínacího transformátoru jsou úměrné pracovní frekvenci a úměrné čtverci přírůstku maximální hustoty magnetického toku.
21. Otázka: Jak začít s návrhem a kompenzací smyčky zpětné vazby? Doufám, že učitel trpělivě odpoví.
Odborná odpověď: Zisk zpětnovazební smyčky není ani větší, ani lepší, ani menší není lepší. Když je zesílení zpětnovazební smyčky příliš velké, výstupní napětí bude kolísat kolem střední hodnoty. Čím vyšší je zesílení, tím větší je amplituda kolísání. V závažných případech dojde ke kmitání; když je zesílení zpětnovazební smyčky příliš nízké, výstupní napětí bude kolísat. bude nestabilní. Aby se výstupní napětí stabilizovalo bez oscilací, je zpětnovazební smyčka zpravidla rozdělena do tří smyček. Jedna smyčka slouží k určení velikosti rozdílového zesílení, druhá smyčka slouží k určení velikosti integrálního zesílení a třetí smyčka Určete velikost stejnosměrného zesílení. Pečlivým nastavením zisků těchto tří zpětnovazebních smyček lze dosáhnout stabilního spínaného zdroje bez oscilací.
