Table des matières
Évaluer les paramètres de conception
1. Paramètres d'entrée : taille de la tension d'entrée, CA ou CC, nombre de phases, fréquence, etc.
Les niveaux de tension internationaux comprennent les tensions monophasées 120Vac, 220Vac, 230Vac, etc. La plage de tension alternative internationalement acceptée est de 85~265V. Comprend généralement la tension d'entrée nominale et sa plage de variation ;
L'entrée monophasée est souvent utilisée pour les puissances inférieures à 3 kW, et l'entrée triphasée est utilisée pour les puissances supérieures à 5 kW ;
La fréquence de l'alimentation industrielle est généralement de 50 Hz ou 60 Hz, celle de l'alimentation aérospatiale et de l'alimentation des navires est de 400 Hz.
la présence ou non d'indicateurs de facteur de puissance (Power Factor) et d'harmoniques (Total Harmonics Distortion)
2. Paramètres de sortie : puissance de sortie, tension de sortie, courant de sortie, ondulation, précision de la stabilisation de la tension (courant permanent), taux de réglage, caractéristiques dynamiques (temps de stabilisation : temps de stabilisation), temps de démarrage de l'alimentation et temps de maintien.
Tension de sortie : valeur nominale + plage de réglage. La limite supérieure de la tension de sortie doit être aussi proche que possible de la valeur nominale afin d'éviter une marge de conception excessive inutile.
Courant de sortie : valeur nominale + multiple de surcharge. Si le débit doit être constant, la plage de réglage sera également spécifiée. Certains blocs d'alimentation n'autorisent pas le fonctionnement à vide, de sorte qu'une limite de courant inférieure doit également être spécifiée.
Précision de la stabilisation de la tension et du courant : les facteurs d'influence comprennent le taux de régulation de la tension d'entrée, le taux de régulation de la charge et l'écart de vieillissement. La précision de la source de référence, la précision des composants de détection et la précision de l'amplificateur opérationnel dans le circuit de commande ont une grande influence sur la précision de la stabilisation de la tension et du courant.
3. Rendement : le rapport entre la puissance de sortie et la puissance active d'entrée à la tension d'entrée nominale, à la tension de sortie nominale et au courant de sortie nominal.
Pertes : Pertes étroitement liées à la fréquence de commutation : pertes de commutation des dispositifs de commutation, pertes de fer des composants magnétiques, pertes des circuits d'absorption.
Perte à l'état passant dans le circuit : perte à l'état passant des dispositifs de commutation, perte de cuivre des composants magnétiques, perte de ligne. Ces pertes dépendent du courant.
Autres pertes : pertes du circuit de commande, pertes du circuit d'entraînement, etc. En général, le rendement d'une alimentation à tension de sortie élevée est plus élevé que celui d'une alimentation à tension de sortie plus faible. Le rendement d'une alimentation à tension de sortie élevée peut atteindre 90% à 95%. L'efficacité des circuits à haute puissance peut être supérieure à celle des circuits à faible puissance.
4. Taux de régulation de la tension et taux de régulation de la charge
Taux de régulation de la tension (source) : Le taux de régulation de l'alimentation électrique est généralement basé sur le taux de déviation de la tension de sortie causé par les changements de la tension d'entrée dans des conditions de charge nominale. Comme le montre la formule suivante : Vo(max)-Vo(min) / Vo(normal), ou l'écart de la tension de sortie doit être compris dans les limites supérieure et inférieure spécifiées, c'est-à-dire dans la valeur absolue des limites supérieure et inférieure de la tension de sortie.
Régulation de la charge : La définition de la régulation de charge est la capacité d'une alimentation à découpage à fournir une tension de sortie stable lorsque le courant de charge de sortie varie. Ou lorsque le courant de charge de sortie varie, l'écart de tension de sortie ne doit pas dépasser les valeurs absolues supérieures et inférieures.
Méthode d'essai : Après que l'alimentation électrique testée a stabilisé le moteur thermique dans des conditions normales de tension d'entrée et de charge, mesurer la valeur de la tension de sortie sous une charge normale, puis mesurer la valeur de la tension de sortie sous une charge légère (Min) et une charge lourde (Max) respectivement (respectivement Vmax et Vmin), le taux de régulation de la charge est généralement le pourcentage du taux de déviation de la tension de sortie causé par des changements dans le courant de charge sous une tension d'entrée fixe normale, comme indiqué dans la formule suivante : V0(max)-V0(min) / V0(normal)
5. Caractéristiques dynamiques : variations de la tension de sortie en cas de changement soudain de la charge.
L'alimentation à découpage assure la stabilité de sa tension de sortie par l'intermédiaire d'une boucle de contrôle à rétroaction. En fait, la boucle de contrôle de rétroaction a une certaine largeur de bande, qui limite la réponse de l'alimentation aux variations du courant de charge, ce qui peut rendre l'alimentation à découpage instable, incontrôlable ou oscillante. En fait, le courant de charge de l'alimentation électrique change de manière dynamique lorsqu'elle fonctionne, de sorte que l'essai de charge dynamique est extrêmement important pour l'alimentation électrique.
Les charges électroniques programmables peuvent être utilisées pour simuler les pires conditions de charge lorsque l'alimentation fonctionne réellement, telles que l'augmentation et la diminution rapides du courant de charge, la pente et le cycle. Si l'alimentation est soumise à des conditions de charge sévères, elle peut toujours maintenir une tension de sortie stable. Ne provoquez pas de dépassement ou de sous-dépassement, sinon la tension de sortie de l'alimentation dépassera le composant de charge (par exemple, la tension instantanée de sortie d'un circuit TTL doit être comprise entre 4,75V et 5,25V, afin de ne pas provoquer de dysfonctionnement du circuit logique TTL).
6. Temps de démarrage de l'alimentation (Set-Up Time) et temps de maintien (Hold-Up Time)
Temps de démarrage : il s'agit du temps qui s'écoule entre le moment où l'alimentation est connectée à l'entrée et le moment où sa tension de sortie atteint la plage régulée. Si l'on prend l'exemple d'une alimentation ayant une sortie de 5V, le temps de démarrage est compris entre le moment où l'alimentation est mise sous tension et celui où la tension de sortie atteint 4,75V. jusqu'à ce que le temps.
Temps de maintien : Le temps qui s'écoule entre le moment où l'alimentation est coupée et celui où la tension de sortie sort de la plage régulée. Si l'on prend l'exemple d'une alimentation avec une sortie de 5V, le temps de maintien s'étend du moment où l'alimentation est coupée jusqu'à ce que la tension de sortie soit inférieure à 4,75V. Le temps de maintien est généralement compris entre 10 et 20 ms, afin d'éviter que le fonctionnement de la charge ne soit affecté par une interruption de tension de courte durée (un ou deux cycles de tension du réseau) dans l'alimentation électrique de la compagnie d'électricité.
7. Taux de réglage transversal de l'alimentation de sortie multicanal :
La multi-sortie doit également prendre en compte le taux d'ajustement croisé (Cross Regulation).
Quel est le taux d'ajustement croisé ?
Lorsque la charge d'une sortie change, la plage de variation de la tension de l'autre sortie est modifiée.
Méthodes conventionnelles pour améliorer le taux d'ajustement croisé : ajustement post-stage
Tels que : sortie multicanal à faible consommation d'énergie Flyback
Plage de tension d'entrée............90～264VAC, 120-370VDC
Courant d'entrée......................2.0A/115V 1.1A/230V, fréquence d'entrée : 47～63HZ
Courant d'appel............. Courant de démarrage à froid 20A/115V 40A/230V
Courant de fuite................< 2mA/240VAC
Plage de réglage de la tension de sortie..........CH1 : -5～+10%
Taux de régulation de la tension............CH1 : < 1%, CH2 : < 1%
Taux de régulation de la charge......CH1 : < 3%, CH2/3 : < 4-8%
Protection contre les surcharges............105%～150% Type de protection : limite de courant, récupération automatique
Protection contre les surtensions............115-135%CH1 tension de sortie nominale
Coefficient de température............±0.03%℃(0～50℃)
Temps de démarrage, de montée, de maintien... 800 ms, 60 ms, 20 ms
Résistance aux chocs............10～500Hz, 2G, trois axes 10min./1 cycle, 1 heure par axe
Résistance à la pression......................Entrée-sortie : 3KVAC, boîtier d'entrée : 1.5KVAC,
Sortie-Enfermement : 0,5KVAC 1 minute
Résistance d'isolation............Entrée-sortie, entrée-terre, sortie-terre 500VDC/100M Ohms
Température de travail et humidité......-10℃～+60℃, 20%～90%RH (0-45℃/100%, -10℃/80%, 60℃/60 % LOAD).
Température de stockage et humidité......-20℃～+85℃, 10%～95RH
Dimensions totales............199*99*50mm CASE 916A
Poids............0.6kg ; 20pcs/13kg/1.17CUFT
Normes de sécurité......................Conformité aux exigences UL1310, TUV EN60950
Normes CEM/Harmoniques............Réunion
EN55022 classe B/A,EN61000-3-2,3
EN61000-4-2,3,4,5,6,8,11,ENV50204
2. Sélectionner la topologie de circuit principal appropriée (AC-DC)
Principes de base : niveau de puissance, coût, efficacité, taille
Lorsque la puissance est inférieure à 75 watts, il n'y a généralement pas de restriction sur les harmoniques d'entrée. Par conséquent, un circuit flyback avec un circuit simple et un faible coût est sélectionné. Le Japon limite la puissance à moins de 50 W. Les exigences en matière d'éclairage sont plus élevées (25 W).
Les exigences générales en matière d'alimentation électrique pour les circuits d'une puissance supérieure à 75 watts sont conformes aux normes harmoniques IEC61000-3-2. La correction du facteur de puissance est généralement nécessaire, c'est pourquoi une solution à deux niveaux est le plus souvent utilisée. Boost PFC+Flyback ; <100W, Boost PFC+demi-pont 100W< <500W
Pour les puissances plus élevées (supérieures à 500 watts), il est possible d'utiliser un demi-pont ou un pont complet. Si les exigences en matière de coût sont strictes, choisissez le demi-pont, et si la puissance est élevée, choisissez le pont complet. Les circuits push-pull sont généralement utilisés dans des situations où la puissance est relativement élevée et la tension d'entrée très faible.
En général, lorsque la puissance est inférieure à 20 W, comme les pertes de l'alimentation sont principalement des composants magnétiques, des commutateurs et des pertes d'entraînement, la proportion de pertes à l'état passant est faible (le courant est faible), de sorte qu'une solution avec une topologie de circuit simple est choisie. Par exemple, le DCM Flyback.
Lorsque la perte de l'alimentation électrique est principalement une perte à l'état passant (puissance élevée, ou faible tension et courant élevé), il est nécessaire d'envisager une solution permettant de réduire la perte à l'état passant. Par exemple : redressement synchrone, conversion à plusieurs étages, connexion parallèle, topologie hybride, etc.
3. Conception des composants
Exemple : Quels sont les composants du circuit principal du Flyback que nous devons concevoir ?
① Calculer les paramètres de fonctionnement du circuit. Tension d'entrée et de sortie
② Paramètres de fonctionnement. Fréquence de commutation, rapport cyclique maximal
③ Transformateur.
④ Tube de commutation - tension, courant
⑤ Diode côté secondaire - tension, courant
⑥ Condensateur de filtre de sortie
⑦ Circuit d'absorption
étapes de la conception
(1) Déterminer la plage de variation de la tension du bus CC d'entrée :
1) La gamme change avec l'entrée
2) Variations de tension à l'intérieur de chaque cycle de fréquence électrique
(2) Fréquence de commutation nominale fs, rapport cyclique maximal Dmax=0,45
- Régler la fréquence de commutation en fonction des besoins
- Sur la base de la puissance d'entrée, et en supposant la tension la plus basse et le rapport cyclique le plus élevé, juste la continuité critique, déterminez alors le courant de crête de l'inducteur.
Pinmax＝Pomax/efficacité
Iavgmax=Pinmax/VDCmin
Ipeak=2*Iavgmax/D
(3) Concevoir un transformateur flyback
- Déterminer l'inductance primaire en fonction du courant maximal de crête
Pinmax＝0.5*Lm*Ipeak2*fs
- Sur la base de votre expérience, sélectionnez la taille du noyau et calculez le nombre de tours primaires.
Np＝（Lm*Ipeak)/(Ae*Bmax)
Ae est la surface de section transversale du noyau ; Bmax est la densité de flux magnétique maximale prévue.
- Concevoir l'entrefer en fonction de l'inductance et du nombre de spires.
- Sélectionnez le nombre de tours approprié en fonction de la tension nominale de l'interrupteur primaire. Afin d'obtenir une meilleure régulation transversale du secondaire, il est parfois nécessaire d'ajuster le nombre de tours du côté primaire du transformateur.
Exemple : côté secondaire Vo1 : Vo2=5:3
Les calculs préliminaires montrent que : Ns1=3, Ns2=1,8 ; si Ns2 prend 2 tours, le taux d'ajustement peut être faible. Il faut donc modifier le nombre de tours secondaires, Ns1=5, Ns2=3.
(4) Sélection du tube de commutation : MOSFET de puissance
Tension de commutation :
Par exemple : Si un MOSFET de 650V est sélectionné du côté primaire, la tension du tube de commutation du côté primaire ne doit pas dépasser 600V.
Il faut donc calculer la tension maximale : Vpmax=VDCmax+(Vo+Vdrop)*Np/Ns+60V
Contrainte de courant du tube de commutation :
Calculer le courant maximal sur le côté primaire du transformateur
Normalement : Vo*Np/Ns<140V ;
Envisager un compromis entre la contrainte du tube de commutation primaire, la contrainte de tension de la diode secondaire et le rapport cyclique maximal.
(5) Sélection de la diode du côté secondaire :
- Diode à récupération rapide
- Calculer la tension de tenue de la diode
VD＝(Vdcmax*Ns/Np+Vo)*1,3
(6) Sélection du condensateur du filtre de sortie :
Sélectionner les condensateurs électrolytiques en fonction des contraintes de courant/tension et des exigences en matière d'ondulation.
(7) Circuit d'absorption RCD
Examinez les points problématiques :
1) Effet d'absorption
2) La perte sera probablement faible
Compromis entre l'effet d'absorption et la perte !
Le même principe de conception s'applique non seulement à FLYback, mais aussi à tous les circuits d'absorption avec R.
Méthode d'estimation des pertes :
1) Psnuber=Vc2/R
Lorsque le MOSFET est désactivé, lorsque Vds dépasse la tension VSN aux bornes du condensateur dans le circuit RCD snubber, la diode snubber est activée. Le courant de crête est absorbé par le circuit RCD, ce qui réduit le courant de crête. Le condensateur snubber doit être suffisamment grand pour garantir que la tension aux bornes du condensateur ne change pas de manière significative au cours du cycle. Cependant, si la capacité d'absorption est trop grande, elle augmentera également la perte du circuit tampon. Il faut donc trouver un compromis.
La puissance consommée par le circuit d'absorption peut être calculée par la formule suivante. Prenez ensuite une résistance de puissance avec une résistance de 3W, et ses valeurs de résistance et de capacité peuvent être calculées par le logiciel, comme indiqué ci-dessous
4. Autres modes de conception du flyback
Conception du Flyback CCM/DCM
Lorsque la puissance est plus élevée, par exemple 65W. Afin de réduire la basse pression
La perte de conduction à l'entrée fait passer l'appareil en mode CCM lorsque la tension d'entrée est faible. Lorsque la tension d'entrée est élevée, le mode DCM est activé.
Les étapes de la conception sont les mêmes que pour le modèle DCM, mais la formule de conception est différente.
- La formule de calcul de la valeur de l'inductance primaire est différente
- La formule de calcul du ratio de rotation est différente
- Calculer les différentes contraintes de tension et de courant des tubes de commutation
- Calculer les différences de tension et de courant entre les diodes
- L'ondulation de sortie calculée est différente Boundary CM Flyback
Dans la plage variable de la tension du bus, le mode est critique. (Conversion de fréquence) Les mêmes étapes et modèles de méthode que la conception DCM.
Avantages du BCM/DCM :
1) La perte à l'allumage du tube de commutation primaire est faible.
2) Le courant de récupération inverse de la diode du côté secondaire est faible.
3) Le bruit de mode commun causé par la récupération inverse est faible.
4) La tension de la diode étant faible, il convient de choisir des dispositifs à faible tension.
Inconvénients du modèle BCM :
1) La perte de conduction du tube de commutation primaire est importante.
2) La fréquence change, le filtre à mode différentiel doit être conçu en fonction de la fréquence la plus basse. Les filtres en mode commun doivent être conçus pour des fréquences plus élevées.
Deux conditions font que les lacunes susmentionnées ne sont plus importantes :
1) Avec l'amélioration des dispositifs MOSFET, Rdson devient de plus en plus petit. Réduire la proportion de la perte de conduction primaire par rapport à la perte totale.
2) Le BCM réduit le mode commun causé par la récupération inverse de la diode du côté secondaire.
5. Conception thermique
Le tube de commutation a généralement besoin d'un radiateur, et un joint isolant et un silicone dissipateur de chaleur doivent être appliqués entre le radiateur et le tube de commutation.
Dans la conception des alimentations à découpage de haute puissance, les ventilateurs sont généralement installés pour utiliser le refroidissement par air forcé.
6. Conception du câblage et EMI
Les broches de chaque composant, en particulier du condensateur, doivent être aussi courtes que possible, sinon le condensateur aura un effet d'absorption médiocre sur les hautes fréquences ;
Les fils d'interconnexion traversés par des courants importants doivent être épais ou courts ;
Essayez de ne pas former une grande boucle, sinon les interférences seront trop importantes et affecteront le débogage.
Le câblage du circuit de commande doit être séparé du câblage du circuit d'alimentation.
La puce de contrôle et le transformateur doivent être installés avec des sièges pour faciliter le démontage. Lors du câblage, il convient de tenir compte de la dissipation de la chaleur et de la commodité des essais. Le câblage est soigné et ordonné, et chaque module fonctionnel est clair.
