Avec le développement et l'innovation de la technologie de l'électronique de puissance, la technologie de l'alimentation à découpage est également en constante évolution. Actuellement, l'alimentation à découpage est largement utilisée dans presque tous les équipements électroniques en raison de sa petite taille, de son poids léger et de son efficacité élevée. Il s'agit d'une méthode d'alimentation indispensable au développement rapide de l'industrie de l'information électronique d'aujourd'hui.
Il existe deux types d'alimentations à découpage modernes : l'une est une alimentation à découpage en courant continu, l'autre est une alimentation à découpage en courant alternatif.
Ce qui est principalement présenté ici est uniquement l'alimentation à découpage en courant continu. Sa fonction est de convertir l'alimentation d'origine (alimentation brute) de mauvaise qualité, telle que l'alimentation secteur ou l'alimentation par batterie, en une tension continue de meilleure qualité qui répond aux exigences de l'équipement. Le cœur de l'alimentation à découpage DC est le convertisseur DC/DC.
Par conséquent, la classification des alimentations à découpage en courant continu repose sur la classification des convertisseurs DC/DC. En d'autres termes, la classification des alimentations à découpage en courant continu est fondamentalement la même que celle des convertisseurs DC/DC. La classification des convertisseurs DC/DC est fondamentalement la classification des alimentations à découpage DC.
L'alimentation à découpage se compose grosso modo de quatre parties principales : le circuit principal, le circuit de commande, le circuit de détection et l'alimentation auxiliaire.
1. Circuit principal
Limitation du courant d'appel : Limite le courant d'appel du côté de l'entrée au moment de la mise sous tension.
Filtre d'entrée : Sa fonction est de filtrer le désordre existant dans le réseau électrique et d'empêcher le désordre généré par la machine d'être renvoyé dans le réseau électrique.
Redressement et filtrage : redressement direct du courant alternatif du réseau en courant continu plus régulier.
Onduleur : conversion du courant continu redressé en courant alternatif à haute fréquence. Il s'agit de la pièce maîtresse de l'alimentation électrique à découpage à haute fréquence.
Redressement et filtrage de la sortie : Fournit une alimentation en courant continu stable et fiable en fonction des besoins de la charge.
2. Circuit de contrôle
D'une part, des échantillons sont prélevés sur la borne de sortie, comparés à la valeur définie, puis l'onduleur est contrôlé pour modifier sa largeur ou sa fréquence d'impulsion afin de stabiliser la sortie. D'autre part, sur la base des données fournies par le circuit de test et identifiées par le circuit de protection, il fournit Le circuit de contrôle exécute diverses mesures de protection sur l'alimentation électrique.
3. Circuit de détection
Fournir divers paramètres de fonctionnement et diverses données d'instrument dans le circuit de protection.
4. Alimentation électrique auxiliaire
Réaliser le démarrage logiciel (à distance) de l'alimentation électrique pour alimenter le circuit de protection et le circuit de commande (PWM et autres puces).
Voici quelques réponses classiques sur les alimentations à découpage :
1. Si le transformateur d'alimentation à découpage utilise un ruban de cuivre au lieu d'un fil émaillé, comment calculer le courant autorisé à le traverser ? Par exemple, pour une bande de cuivre d'une épaisseur de 0,1 mm, comment calculer le courant autorisé à passer ?
Réponse d'expert : Si le transformateur d'alimentation à découpage utilise des bandes de cuivre au lieu de fils émaillés, les pertes par courants de Foucault des bandes de cuivre (fils émaillés) peuvent être considérablement réduites et la fréquence de fonctionnement peut être augmentée en conséquence, mais les pertes en courant continu resteront pratiquement inchangées. La densité de courant autorisée à traverser les bandes de cuivre ne doit généralement pas dépasser 4,5A/mm². La densité de courant est égale au courant divisé par la section du conducteur, qui est égale à l'épaisseur (0,1 mm) multipliée par la largeur (la largeur de la bande de cuivre).
2. Le circuit CA de l'interrupteur et le circuit CA du redresseur sont-ils les plus susceptibles de produire des interférences électromagnétiques ?
Réponse d'expert : L'endroit le plus sérieux où les interférences électromagnétiques sont générées par une alimentation à découpage est le circuit composé des bobines primaire et secondaire du transformateur de découpage. Cependant, ses interférences causeront des interférences de rayonnement et de conduction à d'autres circuits par induction. L'endroit le plus grave pour les interférences par conduction et les interférences par rayonnement est le cordon d'alimentation, car celui-ci peut facilement devenir une antenne d'oscillateur à demi-onde de la source de rayonnement. En outre, il est connecté à des lignes externes et peut facilement transmettre des signaux d'interférence à d'autres appareils. Par conséquent, la ligne d'alimentation doit être efficacement isolée à l'entrée de l'alimentation à découpage.
3. Quelles sont les méthodes spécifiques pour réduire l'augmentation de la température du transformateur ?
Réponse d'expert : Une façon de réduire l'élévation de température du transformateur est de réduire la valeur de l'incrément de flux magnétique maximal (Bm) du noyau du transformateur, car la perte du noyau du transformateur (perte par hystérésis et perte par courants de Foucault) est proportionnelle au carré de la densité du flux magnétique. Proportionnelle ; l'autre consiste à réduire la fréquence de fonctionnement de l'alimentation à découpage, car la perte du noyau du transformateur (perte par hystérésis et perte par courants de Foucault) est proportionnelle à la fréquence de fonctionnement ; l'autre consiste à réduire la perte de la bobine, la perte de la bobine (principalement la perte par courants de Foucault), la perte par courants de Foucault et la perte par effet de peau de la bobine sont également proportionnelles à la fréquence de fonctionnement. Pour réduire la perte de courant continu de la bobine, la densité de courant du fil doit être réduite. En général, la densité de courant du fil émaillé ne peut pas dépasser 4,5A/millimètre carré.
4. Comment le rapport cyclique de l'alimentation à découpage flyback change-t-il ?
Réponse d'expert : Le rapport cyclique de l'alimentation à découpage flyback est principalement déterminé par la tension d'entrée et la tension de résistance du tube d'alimentation à découpage. Lorsque la tension d'entrée change, le rapport cyclique change également. Par exemple, lorsque la tension d'entrée est de 260 V CA, si la tension de résistance du tube d'alimentation est de 650 V, le rapport cyclique est de 0,306 ; lorsque la tension d'entrée est de 170 V CA, le rapport cyclique est d'environ 0,5 ; lorsque la tension d'entrée est inférieure à 170 V CA, le rapport cyclique est supérieur à 0,5. Mais quelle que soit la variation de la tension d'entrée, l'alimentation à découpage augmentera la valeur de la tension de sortie pour la stabiliser (ou la modifier) en changeant le rapport cyclique.
5. Quelle est la principale différence entre la marche avant et la marche arrière ?
Réponse d'expert : L'alimentation à commutation directe signifie que lorsque le tube de l'interrupteur est allumé, l'alimentation fournit une sortie de courant à la personne responsable, mais il n'y a pas de sortie de courant lorsqu'il est éteint. L'alimentation à commutation flyback est exactement le contraire. Lorsque l'interrupteur est allumé, il ne fait que stocker l'énergie dans le transformateur et ne fournit pas de puissance à la charge. Elle ne fournit de l'énergie à la charge que lorsque l'interrupteur est désactivé. La tension de sortie de l'alimentation à commutation directe est la valeur moyenne de la tension de sortie redressée, et la tension de sortie de l'alimentation à commutation inverse est la valeur moyenne de la demi-onde de la tension de sortie redressée. Les phases des deux sorties de tension sont exactement opposées.
6. Pouvez-vous nous parler en détail de la conception des boucles ?
Réponse d'expert : Le gain de la boucle de rétroaction n'est ni plus grand, ni meilleur, ni plus petit. Lorsque le gain de la boucle de rétroaction est trop élevé, la tension de sortie évolue autour de la valeur moyenne et fluctue fortement. Plus le gain est élevé, plus l'amplitude de la fluctuation est importante. Dans les cas graves, une oscillation se produit ; lorsque le gain de la boucle de rétroaction est trop faible, la tension de sortie est instable car la tension ne peut pas suivre correctement et il y a une erreur d'hystérésis.
Afin de stabiliser la tension de sortie sans oscillation, la boucle de rétroaction est généralement divisée en trois boucles. Une boucle est utilisée pour déterminer la taille du gain différentiel, l'autre boucle est utilisée pour déterminer la taille du gain intégral et la troisième boucle est utilisée pour déterminer la taille du gain en courant continu. Le but est que lorsque le signal d'erreur est petit, le gain de la boucle est grand, et lorsque le signal d'erreur est grand, le gain de la boucle devient petit, c'est-à-dire que le gain de l'amplificateur d'erreur est dynamique. En ajustant soigneusement les gains de ces trois boucles de rétroaction, l'alimentation à découpage peut être stable sans oscillation.
7. Comment minimiser le flyback de l'interrupteur de puissance MOS ? Surtout dans des conditions de commutation difficiles.
Réponse d'expert : Réduisez le rapport cyclique, mais si le rapport cyclique est trop faible, l'efficacité de l'alimentation sera fortement réduite et la plage de réglage de la tension sera également réduite.
8. Quelle proportion de la perte de la feuille de cuivre représente la perte de puissance ?
Réponse d'expert : Très faible. Si la perte de la feuille de cuivre est importante, l'augmentation de la température de la feuille de cuivre sera très élevée. Si elle dépasse 80 degrés, la peinture de la feuille de cuivre jaunira. Mais cela n'équivaut qu'à la perte d'une résistance à film métallique d'environ 1 à 3 watts à la même élévation de température.
9. Quelle est la cause du problème des grandes et petites formes d'ondes de commande ?
J'ai une alimentation, et le driver de sortie est normal quand la tension est de AC85-120V. Lorsque la tension passe à 120-150V, le circuit d'attaque présente des ondulations petites et grandes, et le courant de sortie chute de manière significative. Lorsque la tension augmente à nouveau à 150V-265V, la fréquence de la forme d'onde de commande est complètement erronée, et la sortie est également erronée.
Réponse d'expert : Cette situation se produira si votre circuit d'entraînement utilise un condensateur ou un transformateur pour la sortie, car lorsque le condensateur ou le transformateur transmet une forme d'onde (signal), le signal ne peut pas contenir de composante continue. S'il contient une composante continue, la forme d'onde de sortie sera gravement déformée. Ce n'est que lorsque la forme d'onde de sortie du circuit d'entraînement a un rapport cyclique de 0,5 que la forme d'onde de sortie n'est pas déformée. Si le rapport cyclique est trop grand ou trop petit, une distorsion se produit.
10. Je voudrais poser une question sur le choix du pont redresseur. Quel type de pont redresseur dois-je choisir en fonction des différentes puissances ?
Une autre chose est que j'ai fait une alimentation de 30W et j'ai utilisé un pont redresseur de 3A700V. J'ai constaté que le pont redresseur était très chaud. La température a atteint plus de 60 degrés en quelques minutes. Quelles sont les causes de l'échauffement du pont redresseur ?
Réponse d'expert : Le choix de la diode de redressement est principalement déterminé par les trois paramètres suivants : le courant traversant la diode de redressement, la tension de résistance et la fréquence de fonctionnement. Lors de la conception des paramètres du circuit, le courant traversant la diode de redressement ne peut généralement prendre que la valeur nominale (un tiers de la valeur à 25°C) car la température de fonctionnement traversant la diode de redressement peut s'élever à plus de 80°C. Si la vitesse d'activation et de désactivation de la diode de redressement est très faible, elle continuera à conduire pendant un certain temps lorsque la tension est inversée, c'est-à-dire que le courant inverse est très important, de sorte que la diode de redressement produira également de la chaleur. Votre pont redresseur chauffant peut se trouver dans cette dernière situation.
11. Comment commencer la conception et la compensation de la boucle de rétroaction ? J'espère que l'enseignant répondra patiemment.
Réponse d'expert : Le gain de la boucle de rétroaction n'est ni plus grand, ni meilleur, ni plus petit. Lorsque le gain de la boucle de rétroaction est trop élevé, la tension de sortie fluctue autour de la valeur moyenne. Plus le gain est élevé, plus l'amplitude de la fluctuation est importante. Dans les cas graves, une oscillation se produit ; lorsque le gain de la boucle de rétroaction est trop faible, la tension de sortie fluctue. est instable. Afin de stabiliser la tension de sortie sans oscillation, la boucle de rétroaction est généralement divisée en trois boucles. La première boucle est utilisée pour déterminer la taille du gain différentiel, la deuxième boucle est utilisée pour déterminer la taille du gain intégral et la troisième boucle est utilisée pour déterminer la taille du gain CC. En ajustant soigneusement les gains de ces trois boucles de rétroaction, l'alimentation à découpage peut être stable sans oscillation.
12. L'efficacité du système DC TO DC est un peu faible ces derniers temps. Comment y remédier ?
Réponse d'expert : Réduisez la fréquence de fonctionnement ou remplacez le tube de commutation de puissance par un tube de commutation à grande vitesse. En outre, vous pouvez augmenter la taille du transformateur et réduire la valeur de la densité de flux magnétique maximale (Bm), c'est-à-dire changer la bobine primaire du transformateur de commutation. Le nombre de tours augmente parce que les pertes par hystérésis et les pertes par courants de Foucault du transformateur de commutation sont proportionnelles à la fréquence de fonctionnement et proportionnelles au carré de l'incrément de la densité de flux maximale.
13. Bonjour professeur, comment calcule-t-on la tension minimale en courant continu ? J'ai regardé plusieurs versions mais je n'ai pas trouvé celle qui me convenait le mieux.
Réponse d'expert : Je ne comprends pas très bien ce que vous entendez par "tension continue minimale" ? S'il s'agit de la tension continue minimale d'entrée de l'alimentation à découpage, elle peut généralement être calculée sur la base de la tension alternative minimale d'entrée. Par exemple, si la tension d'entrée minimale en courant alternatif est de 100 V CA (valeur effective), la tension d'entrée minimale en courant continu convertie est d'environ 120 V (valeur moyenne). En effet, la valeur maximale après redressement et filtrage est de 140V, la valeur minimale est de 100V et la valeur moyenne est de 120V.
Si la tension continue minimale est la tension de rétroaction positive d'une alimentation à découpage auto-excitée par un transistor, il est préférable de choisir une tension égale à 2 fois la tension de fonctionnement lorsque le transistor est allumé, en laissant 1 fois comme marge ajustable. Si la tension continue minimale est la tension de fonctionnement minimale du circuit de commande du transistor à effet de champ, la tension de fonctionnement minimale ne peut être inférieure à 16 V, car la tension de commande nécessaire à la saturation profonde des transistors à effet de champ de grande puissance est supérieure à 12 V (de préférence 20 V).
14. Bonjour professeur, il y a des bavures sur le côté sortie de l'alimentation du transformateur flyback que j'ai fabriqué, et la fréquence des bavures est la même que la fréquence de commutation du côté primaire. Comment puis-je éliminer les bavures ?
Réponse d'expert : Une petite inductance est connectée en série entre le redresseur secondaire et le condensateur de filtrage, mais l'inductance ne peut pas être saturée lorsqu'elle est traversée par du courant continu. Le circuit magnétique de cette inductance ne peut pas être fermé et il faut laisser un grand espace d'air.
15. Bonjour professeur ! Comment optimiser la fréquence de commutation de l'alimentation flyback ? Comment optimiser le réglage de la tension du flyback VOR, et dans quelles circonstances est-il le plus approprié ? Merci ! Comment optimiser le calcul du rapport des tours ? Merci.
Réponse d'expert : La sélection de la fréquence de fonctionnement de l'alimentation à découpage flyback est principalement liée au rendement et à la taille de l'alimentation à découpage, et le rendement de l'alimentation à découpage est principalement lié aux pertes (perte par hystérésis et perte par courants de Foucault) du tube d'alimentation à découpage et du transformateur à découpage. Les pertes du tube d'alimentation de commutation et du transformateur de commutation sont proportionnelles à la fréquence. Les pertes du tube d'alimentation à découpage se composent principalement des pertes à l'enclenchement (pertes à l'enclenchement) et des pertes à la coupure (pertes à la coupure). Plus le temps de marche et le temps d'arrêt du tube d'alimentation à découpage sont longs, plus ces deux pertes sont importantes.
En général, les temps d'activation et de désactivation des tubes d'alimentation à découpage de haute puissance sont beaucoup plus longs que ceux des tubes d'alimentation à découpage de faible puissance, de sorte que la fréquence de fonctionnement des alimentations à découpage de haute puissance est généralement plus basse. Lorsque l'on considère l'efficacité de fonctionnement de l'alimentation à découpage, il est préférable de tenir compte de la taille et du coût de l'alimentation à découpage.
Il est plus approprié de choisir une efficacité de fonctionnement d'environ 80%. À ce moment, la perte du tube d'alimentation à découpage représente environ 50% de la perte totale, la perte du transformateur à découpage représente environ 30% de la perte totale et la perte des circuits restants représente environ 50% de la perte totale. 20%. Le rapport des tours du transformateur de commutation est lié au rapport des tensions d'entrée et de sortie et au rapport cyclique de l'alimentation à découpage.
16. Bonjour professeur ! Comment régler le courant de crête initial IP et la tension de flyback VOR ainsi que le rapport cyclique optimal de l'alimentation de flyback, merci !
Réponse d'expert : L'ampleur de la tension de flyback générée par les bobines primaire et secondaire de l'alimentation à découpage flyback est liée au rapport cyclique de l'alimentation à découpage et à la tension d'entrée. Lors de la sélection du rapport cyclique de l'alimentation à découpage, il faut tenir compte de ce qui suit. La somme de la valeur de crête de la tension de flyback générée par les bobines primaire et secondaire et de la tension de fonctionnement (tension d'entrée) ne peut pas dépasser 0,7 fois la tension de tenue Bvmax du tube de commutation de puissance. En fonction de cette condition (Bvmax), la tension d'entrée maximale de l'alimentation à découpage flyback peut être calculée Le rapport cyclique maximal Dmax. Par exemple, pour un commutateur de puissance ayant une Bvmax de 650 V, lorsque la tension d'entrée est de 260 V CA, son rapport cyclique ne peut être sélectionné que pour être d'environ 0,306.
17. Bonjour professeur ! Comment optimiser la fréquence de commutation de l'alimentation flyback ? Comment optimiser le réglage de la tension du flyback VOR, et dans quelles circonstances est-il le plus adapté ? Merci ! Comment optimiser le calcul du rapport des tours ?
Réponse d'expert : La sélection de la fréquence de fonctionnement de l'alimentation à découpage flyback est principalement liée au rendement de l'alimentation à découpage, et le rendement de l'alimentation à découpage est principalement lié aux pertes (perte par hystérésis et perte par courant de Foucault) du tube d'alimentation à découpage et du transformateur de découpage. Ces deux pertes sont proportionnelles à la fréquence. La perte du tube d'alimentation à découpage se compose principalement de la perte à l'enclenchement (perte à l'enclenchement) et de la perte à la coupure (perte à la coupure). Plus le temps de marche et le temps d'arrêt du tube d'alimentation à découpage sont longs, plus ces deux pertes sont importantes.
En général, les temps d'activation et de désactivation des tubes d'alimentation à découpage de haute puissance sont beaucoup plus longs que ceux des tubes d'alimentation à découpage de faible puissance, de sorte que la fréquence de fonctionnement des alimentations à découpage de haute puissance est généralement plus basse. Lorsque l'on considère l'efficacité de fonctionnement de l'alimentation à découpage, compte tenu de la taille et du coût de l'alimentation à découpage, il est préférable de choisir une efficacité de fonctionnement d'environ 80%. À l'heure actuelle, la perte du tube de l'alimentation à découpage représente environ 50% de la perte totale. La perte du transformateur de commutation représente environ 30% de la perte totale, et la perte des circuits restants représente environ 20% de la perte totale. Le rapport des tours du transformateur de commutation est lié au rapport des tensions d'entrée et de sortie et au rapport cyclique de l'alimentation à découpage.
18. Bonjour professeur, il y a des bavures sur le côté sortie de l'alimentation du transformateur flyback que j'ai fabriqué, et la fréquence des bavures est la même que la fréquence de commutation du côté primaire. Comment puis-je éliminer les bavures ?
Réponse d'expert : Une petite inductance est connectée en série entre le redresseur secondaire et le condensateur de filtrage, mais l'inductance ne peut pas être saturée lorsqu'elle est traversée par du courant continu. Le circuit magnétique de cette inductance ne peut pas être fermé et il faut laisser un grand espace d'air.
19. Bonjour professeur, comment calculez-vous la tension continue minimale ? J'ai regardé plusieurs versions mais je n'arrive pas à trouver celle qui convient le mieux ?
Réponse d'expert : Je ne comprends pas très bien ce que vous entendez par "tension continue minimale" ? S'il s'agit de la tension continue minimale d'entrée de l'alimentation à découpage, elle peut généralement être calculée sur la base de la tension alternative minimale d'entrée. Par exemple, si la tension d'entrée minimale en courant alternatif est de 100 V CA (valeur effective), la tension d'entrée minimale en courant continu convertie est d'environ 120 V (valeur moyenne). En effet, la valeur maximale après redressement et filtrage est de 140V, la valeur minimale est de 100V et la valeur moyenne est de 120V.
Si la tension continue minimale est la tension de rétroaction positive d'une alimentation à découpage auto-excitée par un transistor, il est préférable de choisir une tension égale à 2 fois la tension de fonctionnement lorsque le transistor est allumé, en laissant 1 fois comme marge ajustable. Si la tension continue minimale est la tension de fonctionnement minimale du circuit de commande du transistor à effet de champ, la tension de fonctionnement minimale ne peut être inférieure à 16 V, car la tension de commande nécessaire à la saturation profonde des transistors à effet de champ de grande puissance est supérieure à 12 V (de préférence 20 V).
20. L'efficacité du système DC TO DC est un peu faible ces derniers temps. Comment y remédier ?
Réponse d'expert : Réduisez la fréquence de fonctionnement ou remplacez le tube de commutation de puissance par un tube de commutation à grande vitesse. En outre, vous pouvez également augmenter la taille du transformateur et réduire la valeur de la densité de flux magnétique maximale (Bm), c'est-à-dire changer la bobine primaire du transformateur de commutation. Le nombre de tours augmente parce que la perte par hystérésis et la perte par courants de Foucault du transformateur de commutation sont proportionnelles à la fréquence de fonctionnement et proportionnelles au carré de l'incrément de la densité de flux maximale.
21. Question : Comment commencer à concevoir une boucle de rétroaction et à la compenser ? J'espère que le professeur répondra patiemment.
Réponse d'expert : Le gain de la boucle de rétroaction n'est ni plus grand, ni meilleur, ni plus petit. Lorsque le gain de la boucle de rétroaction est trop élevé, la tension de sortie fluctue autour de la valeur moyenne. Plus le gain est élevé, plus l'amplitude de la fluctuation est importante. Dans les cas graves, une oscillation se produit ; lorsque le gain de la boucle de rétroaction est trop faible, la tension de sortie fluctue. est instable. Afin de stabiliser la tension de sortie sans oscillation, la boucle de rétroaction est généralement divisée en trois boucles. La première boucle est utilisée pour déterminer la taille du gain différentiel, la deuxième boucle est utilisée pour déterminer la taille du gain intégral et la troisième boucle est utilisée pour déterminer la taille du gain CC. En ajustant soigneusement les gains de ces trois boucles de rétroaction, l'alimentation à découpage peut être stable sans oscillation.
