Con el desarrollo y la innovación de la tecnología de electrónica de potencia, la tecnología de fuentes de alimentación conmutadas también está en constante innovación. En la actualidad, la fuente de alimentación conmutada se utiliza ampliamente en casi todos los equipos electrónicos debido a su pequeño tamaño, peso ligero y alta eficiencia. Es un método de alimentación indispensable para el rápido desarrollo de la industria de la información electrónica actual.
Existen dos tipos de fuentes de alimentación conmutadas modernas: una es la fuente de alimentación conmutada de CC y la otra es la fuente de alimentación conmutada de CA.
Lo que aquí se presenta principalmente es sólo la fuente de alimentación conmutada de CC. Su función es convertir la fuente de alimentación original (energía gruesa) con mala calidad de energía, como la fuente de alimentación de la red o la fuente de alimentación de la batería, en una tensión de CC de mayor calidad que cumpla los requisitos del equipo. El núcleo de la fuente de alimentación conmutada de CC es el convertidor CC/CC.
Por lo tanto, la clasificación de las fuentes de alimentación conmutadas de CC se basa en la clasificación de los convertidores CC/CC. En otras palabras, la clasificación de las fuentes de alimentación conmutadas de CC es básicamente la misma que la clasificación de los convertidores CC/CC. La clasificación de los convertidores CC/CC es básicamente la clasificación de las fuentes de alimentación conmutadas de CC.
La fuente de alimentación conmutada se compone a grandes rasgos de cuatro partes principales: circuito principal, circuito de control, circuito de detección y fuente de alimentación auxiliar.
1. Circuito principal
Limitación de la corriente de irrupción: Limita la corriente de irrupción en el lado de entrada en el momento en que se conecta la alimentación.
Filtro de entrada: Su función es filtrar el desorden existente en la red eléctrica y evitar que el desorden generado por la máquina se retroalimente a la red eléctrica.
Rectificación y filtrado: rectifica directamente la corriente alterna de la red en corriente continua más suave.
Inversor: convierte la corriente continua rectificada en corriente alterna de alta frecuencia, que es la parte central de la fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia.
Rectificación y filtrado de la salida: Proporcionan una alimentación de CC estable y fiable según las necesidades de la carga.
2. Circuito de control
Por un lado, se toman muestras del terminal de salida, se comparan con el valor establecido y, a continuación, se controla el inversor para cambiar su anchura o frecuencia de impulsos con el fin de estabilizar la salida. Por otro lado, basándose en los datos proporcionados por el circuito de prueba e identificados por el circuito de protección, proporciona El circuito de control realiza diversas medidas de protección en la fuente de alimentación.
3. Circuito de detección
Proporcionar varios parámetros de funcionamiento y varios datos de instrumentos en el circuito de protección.
4. Fuente de alimentación auxiliar
Realiza el arranque por software (remoto) de la fuente de alimentación para suministrar energía al circuito de protección y al circuito de control (PWM y otros chips).
He aquí algunas respuestas clásicas sobre las fuentes de alimentación conmutadas:
1. Si el transformador de la fuente de alimentación conmutada utiliza cinta de cobre en lugar de alambre esmaltado, ¿cómo calcular la corriente permitida que pasa a través de ella? Por ejemplo, para una cinta de cobre de 0,1 mm de espesor, ¿cómo calcular la corriente permitida de paso?
Respuesta del experto: Si el transformador de conmutación de la fuente de alimentación utiliza tiras de cobre en lugar de cables esmaltados, las pérdidas por corrientes parásitas de las tiras de cobre (cables esmaltados) pueden reducirse en gran medida, y la frecuencia de funcionamiento puede aumentarse en consecuencia, pero las pérdidas en corriente continua permanecerán prácticamente invariables. En general, la densidad de corriente permitida a través de las tiras de cobre no debe superar los 4,5 A/mm². La densidad de corriente es igual a la corriente dividida por el área de la sección transversal del conductor, que es igual al grosor (0,1 mm) por la anchura (la anchura de la banda de cobre).
2. ¿Es muy probable que el circuito de CA del interruptor de alimentación y el circuito de CA del rectificador produzcan interferencias electromagnéticas?
Respuesta del experto: El lugar más grave donde se generan interferencias electromagnéticas por una fuente de alimentación conmutada es el circuito compuesto por las bobinas primaria y secundaria del transformador de conmutación. Sin embargo, su interferencia causará interferencias de radiación y de conducción a otros circuitos por inducción. El lugar más grave para la interferencia de conducción y la interferencia de radiación es Es el cable de alimentación, porque el cable de alimentación puede convertirse fácilmente en una antena osciladora de media onda de la fuente de radiación. Además, está conectado a líneas externas y puede transmitir fácilmente señales de interferencia a otros dispositivos. Por lo tanto, la línea de alimentación debe aislarse eficazmente en el extremo de entrada de la fuente de alimentación conmutada.
3. ¿Cuáles son los métodos específicos para reducir el aumento de temperatura del transformador?
Respuesta del experto: Una forma de reducir el aumento de temperatura del transformador es reducir el valor del incremento máximo de flujo magnético (Bm) del núcleo del transformador, porque la pérdida del núcleo del transformador (pérdida por histéresis y pérdida por corrientes de Foucault) es proporcional al cuadrado de la densidad de flujo magnético. Proporcional; la otra es reducir la frecuencia de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada, porque la pérdida del núcleo del transformador (pérdida por histéresis y pérdida por corrientes de Foucault) es proporcional a la frecuencia de funcionamiento; la otra es reducir la pérdida de la bobina, la pérdida de la bobina (principalmente pérdida por corrientes de Foucault), La pérdida por corrientes de Foucault y la pérdida por efecto piel de la bobina también son proporcionales a la frecuencia de funcionamiento. Para reducir la pérdida de corriente continua de la bobina, debe reducirse la densidad de corriente del alambre. Por lo general, la densidad de corriente del alambre esmaltado no puede superar los 4,5 A/milímetro cuadrado.
4. ¿Cómo cambia el ciclo de trabajo de la fuente de alimentación conmutada flyback?
Respuesta del experto: El ciclo de trabajo de la fuente de alimentación conmutada flyback viene determinado principalmente por la tensión de entrada y la tensión soportada del tubo de la fuente de alimentación conmutada. Cuando cambia la tensión de entrada, también cambia el ciclo de trabajo. Por ejemplo, cuando la tensión de entrada es AC260V, si la tensión soportada del tubo de conmutación de potencia es 650V, el ciclo de trabajo es 0,306; cuando la tensión de entrada es AC170V, el ciclo de trabajo es aproximadamente 0,5; cuando la tensión de entrada es inferior a AC170V, el ciclo de trabajo La relación es mayor que 0,5. Pero no importa cómo cambie la tensión de entrada, la fuente de alimentación conmutada aumentará el valor de la tensión de salida para estabilizarse (o cambiar) cambiando el ciclo de trabajo.
5. ¿Cuál es la principal diferencia entre forward y flyback?
Respuesta de experto: La fuente de alimentación de conmutación hacia delante significa que cuando el tubo del interruptor de alimentación está encendido, la fuente de alimentación proporciona salida de potencia al responsable, pero no hay salida de potencia cuando está apagada. La fuente de alimentación de conmutación flyback es justo lo contrario. Cuando el interruptor de potencia está encendido, sólo almacena energía en el transformador y no proporciona salida de potencia a la carga. Sólo proporciona salida a la carga cuando el interruptor está apagado. La tensión de salida de la fuente de alimentación conmutada forward es el valor medio de la tensión de salida rectificada, y la tensión de salida de la fuente de alimentación conmutada flyback es el valor medio de media onda de la tensión de salida rectificada. Las fases de las dos salidas de tensión son exactamente opuestas.
6. ¿Puede hablarnos en detalle del diseño del bucle?
Respuesta experta: La ganancia del bucle de realimentación no es ni mayor ni mejor, ni menor es mejor. Cuando la ganancia del bucle de realimentación es demasiado alta, la tensión de salida oscilará alrededor del valor medio y la tensión de salida fluctuará mucho. Cuanto mayor sea la ganancia, mayor será la amplitud de la fluctuación. En casos graves, se producirá oscilación; cuando la ganancia del bucle de realimentación sea demasiado baja, la tensión de salida será inestable porque la tensión no puede seguirse correctamente y se producirá un error de histéresis.
Para estabilizar la tensión de salida sin oscilaciones, el bucle de realimentación suele dividirse en tres bucles. Un bucle se utiliza para determinar el tamaño de la ganancia diferencial, el otro bucle se utiliza para determinar el tamaño de la ganancia integral, y el tercer bucle es Determinar el tamaño de la ganancia de CC. El propósito de esto es que cuando la señal de error es pequeña, la ganancia del lazo es grande, y cuando la señal de error es grande, la ganancia del lazo se hace pequeña, es decir, la ganancia del amplificador de error es dinámica. Ajustando cuidadosamente las ganancias de estos tres bucles de realimentación, la fuente de alimentación conmutada puede ser estable sin oscilaciones.
7. ¿Cómo minimizar el MOS del interruptor de potencia flyback? Especialmente en condiciones de conmutación difíciles.
Respuesta del experto: Reducir el ciclo de trabajo, pero si el ciclo de trabajo es demasiado bajo, la eficiencia de trabajo de la fuente de alimentación se reducirá en gran medida, y el rango de ajuste de tensión también se reducirá.
8. ¿Qué proporción de la pérdida de lámina de cobre corresponde a la pérdida de potencia?
Respuesta experta: Muy pequeña. Si la pérdida de lámina de cobre es grande, el aumento de temperatura de la lámina de cobre será muy elevado. Si supera los 80 grados, la pintura de la lámina de cobre se volverá amarilla. Pero sólo equivale a la pérdida de una resistencia de película metálica de entre 1 y 3 vatios con el mismo aumento de temperatura.
9. ¿Cuál es la causa del problema de las formas de onda de conducción grandes y pequeñas?
Tengo una fuente de alimentación, y el driver de salida es normal cuando el voltaje es AC85-120V. Cuando el voltaje cambia a 120-150V, el conductor tiene ondulaciones pequeñas y grandes, y la corriente de salida cae significativamente. Cuando el voltaje aumentó a 150V-265V de nuevo, la frecuencia de la forma de onda de conducción es completamente errónea, y la salida también es errónea.
Respuesta del experto: Esta situación se producirá si su circuito de accionamiento utiliza un condensador o un transformador para la salida, porque cuando el condensador o el transformador transmiten una forma de onda (señal), la señal no puede contener un componente de CC. Si contiene un componente de CC, la forma de onda de salida estará muy distorsionada. Sólo cuando la forma de onda de salida del circuito de accionamiento tiene un ciclo de trabajo de 0,5, la forma de onda de salida no se distorsionará. Si el ciclo de trabajo es demasiado grande o demasiado pequeño, se producirá distorsión.
10. Me gustaría preguntar sobre la selección del puente rectificador. ¿Qué tipo de puente rectificador debo elegir para diferentes potencias?
Otra cosa es que hice una fuente de alimentación de 30W y utilicé un puente rectificador de 3A700V. Encontré que el puente rectificador estaba muy caliente. La temperatura alcanzó más de 60 grados en pocos minutos. ¿Cuáles son las causas de que el puente rectificador se caliente?
Respuesta del experto: La selección del diodo rectificador viene determinada principalmente por tres parámetros: la corriente que circula por el diodo rectificador, la tensión soportada y la frecuencia de funcionamiento. A la hora de diseñar los parámetros del circuito, la corriente que circula por el diodo rectificador generalmente sólo puede tomar el valor nominal ( un tercio del valor a 25°C) porque la temperatura de funcionamiento que circula por el diodo rectificador puede superar los 80°C. Si la velocidad de conexión y desconexión del diodo rectificador es muy baja, seguirá conduciendo durante un periodo de tiempo cuando se invierta la tensión, es decir, la corriente inversa es muy grande, por lo que el diodo rectificador también generará calor. El calentamiento de su puente rectificador puede caer en esta última situación.
11. ¿Cómo empezar con el diseño y la compensación del bucle de realimentación? Espero que el profesor responda con paciencia.
Respuesta experta: La ganancia del bucle de realimentación no es ni mayor ni mejor, ni menor es mejor. Cuando la ganancia del bucle de realimentación es demasiado alta, la tensión de salida fluctuará en torno al valor medio. Cuanto mayor sea la ganancia, mayor será la amplitud de la fluctuación. En casos graves, se producirá oscilación; cuando la ganancia del bucle de realimentación es demasiado baja, la tensión de salida fluctuará. será inestable. Para estabilizar la tensión de salida sin oscilación, el bucle de realimentación suele dividirse en tres bucles. Un bucle se utiliza para determinar el tamaño de la ganancia diferencial, el otro bucle se utiliza para determinar el tamaño de la ganancia integral, y el tercer bucle es Determinar el tamaño de la ganancia de CC. Ajustando cuidadosamente las ganancias de estos tres bucles de realimentación, la fuente de alimentación conmutada puede ser estable sin oscilaciones.
12. La eficiencia de CC a CC es un poco baja últimamente. ¿Cómo solucionarlo?
Respuesta del experto: Reduzca la frecuencia de funcionamiento o sustituya el tubo de conmutación de potencia por un tubo de conmutación de alta velocidad. Además, puede aumentar el tamaño del transformador y reducir el valor de la densidad de flujo magnético máxima (Bm), es decir, cambiar la bobina primaria del transformador de conmutación. El número de espiras aumenta porque las pérdidas por histéresis y las pérdidas por corrientes de Foucault del transformador de conmutación son proporcionales a la frecuencia de funcionamiento y proporcionales al cuadrado del incremento de la densidad de flujo máxima.
13. Hola profesor, ¿cómo se calcula la tensión continua mínima? He mirado varias versiones pero no he encontrado la que más me convenía.
Respuesta del experto: No entiendo muy bien a qué se refiere con "tensión continua mínima". Si se trata de la tensión CC de entrada mínima de la fuente de alimentación conmutada, generalmente se puede calcular a partir de la tensión CA de entrada mínima. Por ejemplo, si la tensión alterna de entrada mínima es de 100 V (valor efectivo), la tensión continua de entrada mínima convertida es de aproximadamente 120 V (valor medio). Dado que el valor máximo tras la rectificación y el filtrado es de 140 V, el valor mínimo es de 100 V y el valor medio es de 120 V.
Si la tensión continua mínima es la tensión de realimentación positiva de una fuente de alimentación conmutada autoexcitada por transistor, lo mejor es seleccionar esta tensión para que sea 2 veces la tensión de funcionamiento cuando el transistor está encendido, dejando 1 vez como margen ajustable. Si la tensión continua mínima es la tensión mínima de funcionamiento del circuito de accionamiento del transistor de efecto de campo, la tensión mínima de funcionamiento no puede ser inferior a 16 V, porque la tensión de accionamiento necesaria para la saturación profunda de los transistores de efecto de campo de alta potencia es superior a 12 V (preferiblemente 20 V).
14. Hola profesor, hay rebabas en el lado de salida de la fuente de alimentación con transformador flyback que hice, y la frecuencia de las rebabas es la misma que la frecuencia de conmutación del lado primario. ¿Cómo puedo eliminar las rebabas?
Respuesta del experto: Un pequeño inductor está conectado en serie entre el rectificador secundario y el condensador de filtro, pero el inductor no puede saturarse cuando fluye CC a través de él. El circuito magnético de este inductor no se puede cerrar, y hay que dejar un gran entrehierro.
15. Hola, profesor. ¿Cómo optimizar la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación flyback? ¿Cómo optimizar el ajuste de la tensión flyback del VOR, y en qué circunstancias es más adecuado? 16. ¡Gracias! ¿Cómo optimizar el cálculo de la relación de vueltas? Gracias.
Respuesta del experto: La selección de la frecuencia de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada flyback está relacionada principalmente con la eficiencia de trabajo y el tamaño de la fuente de alimentación conmutada, y la eficiencia de trabajo de la fuente de alimentación conmutada está relacionada principalmente con las pérdidas (pérdida por histéresis y pérdida por corrientes parásitas) del tubo de la fuente de alimentación conmutada y del transformador de conmutación. Las pérdidas de ambos son proporcionales a la frecuencia. Las pérdidas de la fuente de alimentación conmutada se componen principalmente de pérdidas de conexión (pérdidas de conexión) y de pérdidas de desconexión (pérdidas de desconexión). Cuanto mayor sea el tiempo de conexión y desconexión de la fuente de alimentación conmutada, mayores serán estas dos pérdidas.
Por lo general, el tiempo de conexión y desconexión de las fuentes de alimentación conmutadas de alta potencia es mucho mayor que el de las fuentes de alimentación conmutadas de baja potencia, por lo que la frecuencia de funcionamiento de las fuentes de alimentación conmutadas de alta potencia suele ser menor. Al considerar la eficiencia de trabajo de la fuente de alimentación conmutada, lo mejor es tener en cuenta el tamaño y el coste de la fuente de alimentación conmutada.
Es más apropiado elegir un rendimiento operativo de unos 80%. En este momento, la pérdida del tubo de alimentación de conmutación supone unos 50% de la pérdida total, la pérdida del transformador de conmutación supone unos 30% de la pérdida total, y la pérdida de los circuitos restantes supone unos 20%. La relación de vueltas del transformador de conmutación está relacionada con la relación de las tensiones de entrada y salida, y con el ciclo de trabajo de la fuente de alimentación conmutada.
16. ¡Hola profesor! Cómo ajustar la corriente de pico inicial IP y la tensión flyback VOR, así como el ciclo de trabajo óptimo de la fuente de alimentación flyback, ¡gracias!
Respuesta del experto: La magnitud de la tensión flyback generada por las bobinas primaria y secundaria de la fuente de alimentación conmutada flyback está relacionada con el ciclo de trabajo de la fuente de alimentación conmutada y la tensión de entrada. Al seleccionar el ciclo de trabajo de la fuente de alimentación conmutada, hay que tener en cuenta. La suma del valor pico de la tensión flyback generada por las bobinas primaria y secundaria y la tensión de funcionamiento (tensión de entrada) no puede superar 0,7 veces la tensión soportada Bvmax del tubo de conmutación de potencia. Según esta condición (Bvmax), se puede calcular la tensión de entrada máxima de la fuente de alimentación conmutada flyback El ciclo de trabajo máximo Dmax. Por ejemplo, para un interruptor de potencia con una Bvmax de 650V, cuando la tensión de entrada es de AC260V, su ciclo de trabajo sólo puede seleccionarse para que sea de aproximadamente 0,306.
17. Hola, profesor. ¿Cómo optimizar la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación flyback? ¿Cómo optimizar el ajuste de la tensión flyback del VOR, y en qué circunstancias es más adecuado? 18. ¡Gracias! ¿Cómo optimizar el cálculo de la relación de vueltas?
Respuesta del experto: La selección de la frecuencia de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada flyback está relacionada principalmente con la eficiencia de trabajo de la fuente de alimentación conmutada, y la eficiencia de trabajo de la fuente de alimentación conmutada está relacionada principalmente con las pérdidas (pérdida por histéresis y pérdida por corrientes parásitas) del tubo de la fuente de alimentación conmutada y del transformador de conmutación. Ambas pérdidas son proporcionales a la frecuencia. Las pérdidas del tubo de la fuente de alimentación conmutada se componen principalmente de las pérdidas de conexión (pérdidas durante la conexión) y de las pérdidas de desconexión (pérdidas durante la desconexión). Cuanto mayor sea el tiempo de conexión y desconexión de la fuente de alimentación conmutada, mayores serán estas dos pérdidas.
Generalmente, el tiempo de conexión y desconexión de los tubos de las fuentes de alimentación conmutadas de alta potencia son mucho más largos que los de los tubos de las fuentes de alimentación conmutadas de baja potencia, por lo que la frecuencia de trabajo de las fuentes de alimentación conmutadas de alta potencia suele ser más baja. Cuando se considera la eficiencia de trabajo de la fuente de alimentación conmutada, teniendo en cuenta el tamaño y el coste de la fuente de alimentación conmutada, es mejor elegir una eficiencia de trabajo de alrededor de 80%. En este momento, la pérdida del tubo de la fuente de alimentación conmutada representa unos 50% de la pérdida total. La pérdida del transformador de conmutación representa aproximadamente 30% de la pérdida total, y la pérdida de los circuitos restantes representa aproximadamente 20% de la pérdida total. La relación de vueltas del transformador de conmutación está relacionada con la relación de las tensiones de entrada y salida, y con el ciclo de trabajo de la fuente de alimentación conmutada.
18. Hola profesor, hay rebabas en el lado de salida de la fuente de alimentación con transformador flyback que hice, y la frecuencia de las rebabas es la misma que la frecuencia de conmutación del lado primario. ¿Cómo puedo eliminar las rebabas?
Respuesta del experto: Un pequeño inductor está conectado en serie entre el rectificador secundario y el condensador de filtro, pero el inductor no puede saturarse cuando fluye CC a través de él. El circuito magnético de este inductor no se puede cerrar, y hay que dejar un gran entrehierro.
19. Hola profesor, ¿cómo se calcula la tensión continua mínima? He mirado varias versiones pero no encuentro la más adecuada?
Respuesta del experto: No entiendo muy bien a qué se refiere con "tensión continua mínima". Si se trata de la tensión CC de entrada mínima de la fuente de alimentación conmutada, generalmente se puede calcular a partir de la tensión CA de entrada mínima. Por ejemplo, si la tensión alterna de entrada mínima es de 100 V (valor efectivo), la tensión continua de entrada mínima convertida es de aproximadamente 120 V (valor medio). Dado que el valor máximo tras la rectificación y el filtrado es de 140 V, el valor mínimo es de 100 V y el valor medio es de 120 V.
Si la tensión continua mínima es la tensión de realimentación positiva de una fuente de alimentación conmutada autoexcitada por transistor, lo mejor es seleccionar esta tensión para que sea 2 veces la tensión de funcionamiento cuando el transistor está encendido, dejando 1 vez como margen ajustable. Si la tensión continua mínima es la tensión mínima de funcionamiento del circuito de accionamiento del transistor de efecto de campo, la tensión mínima de funcionamiento no puede ser inferior a 16 V, porque la tensión de accionamiento necesaria para la saturación profunda de los transistores de efecto de campo de alta potencia es superior a 12 V (preferiblemente 20 V).
20. La eficiencia de CC a CC es un poco baja últimamente. ¿Cómo solucionarlo?
Respuesta del experto: Reduzca la frecuencia de funcionamiento o sustituya el tubo de conmutación de potencia por un tubo de conmutación de alta velocidad. Además, también puede aumentar el tamaño del transformador y reducir el valor de la densidad de flujo magnético máxima (Bm), es decir, cambiar la bobina primaria del transformador de conmutación. El número de espiras aumenta porque la pérdida por histéresis y la pérdida por corrientes de Foucault del transformador de conmutación son proporcionales a la frecuencia de funcionamiento y proporcionales al cuadrado del incremento de la densidad de flujo máxima.
21. Pregunta: ¿Cómo empezar con el diseño y compensación del bucle de realimentación? Espero que el profesor responda con paciencia.
Respuesta experta: La ganancia del bucle de realimentación no es ni mayor ni mejor, ni menor es mejor. Cuando la ganancia del bucle de realimentación es demasiado alta, la tensión de salida fluctuará en torno al valor medio. Cuanto mayor sea la ganancia, mayor será la amplitud de la fluctuación. En casos graves, se producirá oscilación; cuando la ganancia del bucle de realimentación es demasiado baja, la tensión de salida fluctuará. será inestable. Para estabilizar la tensión de salida sin oscilación, el bucle de realimentación suele dividirse en tres bucles. Un bucle se utiliza para determinar el tamaño de la ganancia diferencial, el otro bucle se utiliza para determinar el tamaño de la ganancia integral, y el tercer bucle es Determinar el tamaño de la ganancia de CC. Ajustando cuidadosamente las ganancias de estos tres bucles de realimentación, la fuente de alimentación conmutada puede ser estable sin oscilaciones.
