Con lo sviluppo e l'innovazione della tecnologia dell'elettronica di potenza, anche la tecnologia degli alimentatori a commutazione è in costante evoluzione. Attualmente, l'alimentazione a commutazione è ampiamente utilizzata in quasi tutte le apparecchiature elettroniche grazie alle sue dimensioni ridotte, al peso ridotto e all'elevata efficienza. Si tratta di un metodo di alimentazione indispensabile per il rapido sviluppo dell'odierna industria dell'informazione elettronica.
Esistono due tipi di alimentatori switching moderni: uno è l'alimentatore switching in corrente continua; l'altro è l'alimentatore switching in corrente alternata.
In questa sede viene presentato solo l'alimentatore switching CC. La sua funzione è quella di convertire l'alimentazione originale (alimentazione grossolana) di scarsa qualità, come l'alimentazione di rete o l'alimentazione a batteria, in una tensione CC di qualità superiore che soddisfi i requisiti dell'apparecchiatura. Il cuore dell'alimentatore switching CC è il convertitore CC/CC.
Pertanto, la classificazione degli alimentatori switching DC si basa sulla classificazione dei convertitori DC/DC. In altre parole, la classificazione degli alimentatori a commutazione CC è sostanzialmente uguale a quella dei convertitori CC/CC. La classificazione dei convertitori CC/CC è fondamentalmente la classificazione degli alimentatori a commutazione CC.
L'alimentatore switching è composto grosso modo da quattro parti principali: circuito principale, circuito di controllo, circuito di rilevamento e alimentazione ausiliaria.
1. Circuito principale
Limitazione della corrente di spunto: Limita la corrente di spunto sul lato di ingresso al momento dell'accensione.
Filtro di ingresso: La sua funzione è quella di filtrare il disordine esistente nella rete elettrica e di impedire che il disordine generato dalla macchina venga reimmesso nella rete elettrica.
Raddrizzamento e filtraggio: raddrizza direttamente la corrente alternata della rete in una corrente continua più fluida.
Inverter: conversione della corrente continua raddrizzata in corrente alternata ad alta frequenza, che costituisce la parte centrale dell'alimentatore switching ad alta frequenza.
Raddrizzamento e filtraggio dell'uscita: Forniscono un'alimentazione CC stabile e affidabile in base alle esigenze del carico.
2. Circuito di controllo
Da un lato, i campioni vengono prelevati dal terminale di uscita, confrontati con il valore impostato e quindi l'inverter viene controllato per modificare l'ampiezza degli impulsi o la frequenza degli impulsi per stabilizzare l'uscita. Dall'altro lato, in base ai dati forniti dal circuito di test e identificati dal circuito di protezione, il circuito di controllo esegue diverse misure di protezione sull'alimentazione.
3. Circuito di rilevamento
Fornisce vari parametri di funzionamento e vari dati dello strumento nel circuito di protezione.
4. Alimentazione ausiliaria
Realizzare l'avvio software (remoto) dell'alimentatore per fornire alimentazione al circuito di protezione e al circuito di controllo (PWM e altri chip).
Ecco alcune risposte classiche sugli alimentatori switching:
1. Se il trasformatore di alimentazione a commutazione utilizza un nastro di rame invece di un filo smaltato, come si calcola la corrente che può passare attraverso di esso? Ad esempio, per un nastro di rame con uno spessore di 0,1 mm, come calcolare la corrente che può passare?
Risposta dell'esperto: Se il trasformatore di alimentazione a commutazione utilizza strisce di rame invece di fili smaltati, le perdite per correnti parassite delle strisce di rame (fili smaltati) possono essere notevolmente ridotte e la frequenza operativa può essere aumentata di conseguenza, ma le perdite in corrente continua rimarranno quasi invariate. La densità di corrente che può passare attraverso le strisce di rame non dovrebbe generalmente superare i 4,5A/mm². La densità di corrente è uguale alla corrente divisa per l'area della sezione trasversale del conduttore, che è uguale allo spessore (0,1 mm) per la larghezza (la larghezza della striscia di rame).
2. Il circuito CA dell'interruttore di alimentazione e il circuito CA del raddrizzatore sono i più suscettibili di produrre interferenze elettromagnetiche?
Risposta dell'esperto: Il punto più grave in cui si generano le interferenze elettromagnetiche di un alimentatore switching è il circuito composto dalle bobine primarie e secondarie del trasformatore switching. Tuttavia, le sue interferenze causano interferenze di radiazione e conduzione ad altri circuiti attraverso l'induzione. Il punto più grave per le interferenze di conduzione e radiazione è il cavo di alimentazione, che può facilmente diventare un'antenna oscillante a semionda della sorgente di radiazioni. Inoltre, essendo collegato a linee esterne, può facilmente trasmettere segnali di interferenza ad altri dispositivi. Pertanto, la linea di alimentazione deve essere isolata efficacemente all'ingresso dell'alimentatore switching.
3. Quali sono i metodi specifici per ridurre l'aumento di temperatura del trasformatore?
Risposta dell'esperto: Un modo per ridurre l'aumento di temperatura del trasformatore è ridurre il valore dell'incremento massimo del flusso magnetico (Bm) del nucleo del trasformatore, perché la perdita del nucleo del trasformatore (perdita per isteresi e perdita per correnti parassite) è proporzionale al quadrato della densità di flusso magnetico. L'altro consiste nel ridurre la frequenza operativa dell'alimentatore switching, perché la perdita del nucleo del trasformatore (perdita per isteresi e perdita per correnti parassite) è proporzionale alla frequenza operativa; l'altro consiste nel ridurre la perdita della bobina, la perdita della bobina (principalmente perdita per correnti parassite), la perdita per correnti parassite e la perdita per effetto pelle della bobina sono anch'esse proporzionali alla frequenza operativa. Per ridurre la perdita in corrente continua della bobina, è necessario ridurre la densità di corrente del filo. In genere, la densità di corrente del filo smaltato non può superare i 4,5A/millimetro quadrato.
4. Come cambia il duty cycle dell'alimentatore switching flyback?
Risposta dell'esperto: Il ciclo di lavoro dell'alimentatore switching flyback è determinato principalmente dalla tensione di ingresso e dalla tensione di resistenza del tubo di alimentazione switching. Quando la tensione di ingresso cambia, cambia anche il ciclo di lavoro. Ad esempio, quando la tensione di ingresso è di 260 V CA, se la tensione di resistenza del tubo di commutazione di potenza è di 650 V, il ciclo di funzionamento è di 0,306; quando la tensione di ingresso è di 170 V CA, il ciclo di funzionamento è di circa 0,5; quando la tensione di ingresso è inferiore a 170 V CA, il ciclo di funzionamento è superiore a 0,5. Tuttavia, indipendentemente dalla variazione della tensione di ingresso, l'alimentatore switching aumenterà il valore della tensione di uscita per stabilizzarsi (o cambiare) modificando il ciclo di lavoro.
5. Qual è la differenza principale tra forward e flyback?
Risposta dell'esperto: L'alimentatore a commutazione in avanti significa che quando il tubo dell'interruttore di alimentazione è acceso, l'alimentatore fornisce l'uscita di potenza al responsabile, ma non c'è alcuna uscita di potenza quando è spento. L'alimentatore switching flyback è esattamente l'opposto. Quando l'interruttore di alimentazione è acceso, immagazzina solo energia nel trasformatore e non fornisce energia in uscita al carico. Fornisce l'uscita al carico solo quando l'interruttore di alimentazione è spento. La tensione di uscita dell'alimentatore a commutazione in avanti è il valore medio della tensione di uscita raddrizzata, mentre la tensione di uscita dell'alimentatore a commutazione flyback è il valore medio della semionda della tensione di uscita raddrizzata. Le fasi delle due uscite di tensione sono esattamente opposte.
6. Può parlare in dettaglio del design del loop?
Risposta dell'esperto: Il guadagno dell'anello di retroazione non è né maggiore né migliore, né minore è migliore. Quando il guadagno dell'anello di retroazione è troppo alto, la tensione di uscita si muoverà avanti e indietro intorno al valore medio e la tensione di uscita fluttuerà notevolmente. Più alto è il guadagno, maggiore è l'ampiezza della fluttuazione. Se il guadagno dell'anello di retroazione è troppo basso, la tensione di uscita sarà instabile perché la tensione non può essere tracciata correttamente e si verificherà un errore di isteresi.
Per stabilizzare la tensione di uscita senza oscillazioni, l'anello di retroazione viene generalmente suddiviso in tre anelli. Un anello viene utilizzato per determinare la dimensione del guadagno differenziale, l'altro anello viene utilizzato per determinare la dimensione del guadagno integrale e il terzo anello determina la dimensione del guadagno CC. Lo scopo è che quando il segnale di errore è piccolo, il guadagno del loop è grande, e quando il segnale di errore è grande, il guadagno del loop diventa piccolo, cioè il guadagno dell'amplificatore di errore è dinamico. Regolando attentamente i guadagni di questi tre anelli di retroazione, l'alimentatore a commutazione può essere stabile senza oscillazioni.
7. Come ridurre al minimo il MOS dell'interruttore di potenza flyback? Soprattutto in condizioni di commutazione difficili.
Risposta dell'esperto: Ridurre il ciclo di lavoro, ma se il ciclo di lavoro è troppo basso, l'efficienza di lavoro dell'alimentatore si riduce notevolmente e anche il campo di regolazione della tensione si riduce.
8. Qual è la percentuale di perdita della lamina di rame dovuta alla perdita di potenza?
Risposta dell'esperto: Molto piccola. Se la perdita di rame è elevata, l'aumento di temperatura della lamina di rame sarà molto alto. Se supera gli 80 gradi, la vernice sulla lamina di rame ingiallisce. Ma è solo equivalente alla perdita di un resistore a film metallico di circa 1 - 3 watt allo stesso aumento di temperatura.
9. Cosa causa il problema delle forme d'onda di pilotaggio grandi e piccole?
Ho un alimentatore e il driver di uscita è normale quando la tensione è di 85-120 V CA. Quando la tensione passa a 120-150 V, il driver presenta piccole e grandi ondulazioni e la corrente di uscita diminuisce notevolmente. Quando la tensione è aumentata di nuovo a 150V-265V, la frequenza della forma d'onda di pilotaggio era completamente sbagliata e anche l'uscita era sbagliata.
Risposta dell'esperto: Questa situazione si verifica se il circuito di azionamento utilizza un condensatore o un trasformatore per l'uscita, perché quando il condensatore o il trasformatore trasmette una forma d'onda (segnale), il segnale non può contenere una componente CC. Se contiene una componente CC, la forma d'onda in uscita sarà gravemente distorta. Solo quando la forma d'onda di uscita del circuito di azionamento ha un ciclo di lavoro di 0,5, la forma d'onda di uscita non sarà distorta. Se il ciclo di lavoro è troppo grande o troppo piccolo, si verifica una distorsione.
10. Vorrei chiedere informazioni sulla scelta del ponte raddrizzatore. Che tipo di ponte raddrizzatore dovrei scegliere per potenze diverse?
Un'altra cosa è che ho realizzato un alimentatore da 30W e ho utilizzato un ponte raddrizzatore da 3A700V. Ho scoperto che il ponte raddrizzatore era molto caldo. La temperatura ha superato i 60 gradi in pochi minuti. Quali sono le cause del surriscaldamento del ponte raddrizzatore?
Risposta dell'esperto: La scelta del diodo raddrizzatore è determinata principalmente dai tre parametri della corrente che attraversa il diodo raddrizzatore, della tensione di resistenza e della frequenza di funzionamento. Quando si progettano i parametri del circuito, la corrente che scorre attraverso il diodo raddrizzatore può generalmente assumere solo il valore nominale (un terzo del valore a 25°C) perché la temperatura di funzionamento che scorre attraverso il diodo raddrizzatore può superare gli 80°C. Se la velocità di accensione e spegnimento del diodo raddrizzatore è molto bassa, esso continuerà a condurre per un certo periodo di tempo quando la tensione è invertita, cioè la corrente inversa è molto grande, quindi il diodo raddrizzatore genererà anche calore. Il riscaldamento del ponte raddrizzatore potrebbe rientrare in quest'ultima situazione.
11. Come iniziare la progettazione e la compensazione del circuito di retroazione? Spero che l'insegnante risponda con pazienza.
Risposta dell'esperto: Il guadagno dell'anello di retroazione non è né maggiore né migliore, né minore è migliore. Quando il guadagno dell'anello di retroazione è troppo alto, la tensione di uscita fluttua intorno al valore medio. Più alto è il guadagno, maggiore è l'ampiezza della fluttuazione. In casi gravi, si verificherà un'oscillazione; quando il guadagno dell'anello di retroazione è troppo basso, la tensione di uscita fluttuerà. sarà instabile. Per stabilizzare la tensione di uscita senza oscillazioni, l'anello di retroazione viene generalmente suddiviso in tre anelli. Un anello viene utilizzato per determinare la dimensione del guadagno differenziale, l'altro anello viene utilizzato per determinare la dimensione del guadagno integrale e il terzo anello è Determinare la dimensione del guadagno DC. Regolando attentamente i guadagni di questi tre anelli di retroazione, l'alimentatore switching può essere stabile senza oscillazioni.
12. L'efficienza di DC TO DC è un po' bassa negli ultimi tempi. Come risolverlo?
Risposta dell'esperto: Ridurre la frequenza di funzionamento o sostituire il tubo di commutazione di potenza con un tubo di commutazione ad alta velocità. Inoltre, è possibile aumentare le dimensioni del trasformatore e ridurre il valore della densità di flusso magnetico massima (Bm), ovvero cambiare la bobina primaria del trasformatore di commutazione. Il numero di spire aumenta perché le perdite per isteresi e le perdite per correnti parassite del trasformatore di commutazione sono proporzionali alla frequenza operativa e al quadrato dell'incremento della densità di flusso massima.
13. Salve professore, come si calcola la tensione continua minima? Ho guardato diverse versioni ma non sono riuscito a trovare quella più adatta a me.
Risposta dell'esperto: Non capisco cosa intendi per "tensione CC minima"? Se si tratta della tensione CC minima di ingresso dell'alimentatore switching, in genere può essere calcolata in base alla tensione CA minima di ingresso. Ad esempio, se la tensione CA minima in ingresso è di 100 V CA (valore effettivo), la tensione CC minima in ingresso convertita è di circa 120 V (valore medio). Poiché il valore massimo dopo il raddrizzamento e il filtraggio è 140V, il valore minimo è 100V e il valore medio è 120V.
Se la tensione CC minima è la tensione di retroazione positiva di un alimentatore switching autoeccitato a transistor, è preferibile che questa tensione sia pari a 2 volte la tensione di funzionamento quando il transistor è acceso, lasciando 1 volta come margine regolabile. Se la tensione CC minima è la tensione operativa minima del circuito di pilotaggio del transistor a effetto di campo, la tensione operativa minima non può essere inferiore a 16 V, poiché la tensione di pilotaggio necessaria per la saturazione profonda dei transistor a effetto di campo ad alta potenza è superiore a 12 V (preferibilmente 20 V).
14. Salve professore, ci sono delle bave sul lato di uscita dell'alimentatore con trasformatore flyback che ho realizzato, e la frequenza delle bave è la stessa della frequenza di commutazione del lato primario. Come posso eliminare le bave?
Risposta dell'esperto: Un piccolo induttore è collegato in serie tra il raddrizzatore secondario e il condensatore di filtro, ma l'induttore non può essere saturato quando viene attraversato dalla corrente continua. Il circuito magnetico di questo induttore non può essere chiuso e deve essere lasciato un grande vuoto d'aria.
15. Salve professore! Come ottimizzare la frequenza di commutazione dell'alimentatore flyback? Come ottimizzare l'impostazione della tensione di flyback VOR e in quali circostanze è più adatta? Grazie! Come ottimizzare il calcolo del rapporto di rotazione? Grazie!
Risposta dell'esperto: La scelta della frequenza operativa dell'alimentatore switching flyback è legata principalmente all'efficienza di lavoro e alle dimensioni dell'alimentatore switching, e l'efficienza di lavoro dell'alimentatore switching è legata principalmente alle perdite (perdita di isteresi e perdita di corrente parassita) del tubo di alimentazione switching e del trasformatore switching. Le perdite di entrambi sono proporzionali alla frequenza. La perdita del tubo di alimentazione a commutazione è composta principalmente dalla perdita di accensione (perdita di tempo di accensione) e dalla perdita di spegnimento (perdita di tempo di spegnimento). Più lunghi sono i tempi di accensione e spegnimento del tubo di alimentazione a commutazione, maggiori sono queste due perdite.
In genere, i tempi di accensione e spegnimento dei tubi di alimentazione a commutazione ad alta potenza sono molto più lunghi di quelli dei tubi di alimentazione a commutazione a bassa potenza, quindi la frequenza di funzionamento degli alimentatori a commutazione ad alta potenza è generalmente più bassa. Quando si considera l'efficienza di lavoro dell'alimentatore switching, è meglio considerare le dimensioni e il costo dell'alimentatore switching.
È più opportuno scegliere un'efficienza operativa di circa 80%. In questo momento, la perdita del tubo di alimentazione a commutazione rappresenta circa 50% della perdita totale, la perdita del trasformatore a commutazione rappresenta circa 30% della perdita totale e la perdita dei restanti circuiti rappresenta circa 50% della perdita totale. 20%. Il rapporto di spire del trasformatore di commutazione è correlato al rapporto tra le tensioni di ingresso e di uscita e al ciclo di lavoro dell'alimentazione a commutazione.
16. Salve professore! Come impostare la corrente di picco iniziale IP e la tensione di flyback VOR, nonché il duty cycle ottimale dell'alimentazione flyback, grazie!
Risposta dell'esperto: L'entità della tensione di flyback generata dalle bobine primarie e secondarie dell'alimentatore switching flyback è legata al ciclo di funzionamento dell'alimentatore switching e alla tensione di ingresso. Quando si seleziona il ciclo di funzionamento dell'alimentatore switching, è necessario tenere in considerazione. La somma del valore di picco della tensione di flyback generata dalle bobine primarie e secondarie e della tensione di funzionamento (tensione di ingresso) non può superare 0,7 volte la tensione di resistenza Bvmax del tubo di commutazione di potenza. In base a questa condizione (Bvmax), è possibile calcolare la tensione di ingresso massima dell'alimentatore switching flyback Il duty cycle massimo Dmax. Ad esempio, per un interruttore di potenza con una Bvmax di 650 V, quando la tensione di ingresso è di 260 V CA, il suo ciclo di funzionamento può essere selezionato solo per circa 0,306.
17. Salve professore! Come ottimizzare la frequenza di commutazione dell'alimentatore flyback? Come ottimizzare l'impostazione della tensione di flyback VOR e in quali circostanze è più adatta? Grazie! Come ottimizzare il calcolo del rapporto di rotazione?
Risposta dell'esperto: La scelta della frequenza operativa dell'alimentatore switching flyback è legata principalmente all'efficienza di lavoro dell'alimentatore switching e l'efficienza di lavoro dell'alimentatore switching è legata principalmente alle perdite (perdita di isteresi e perdita di corrente parassita) del tubo di alimentazione switching e del trasformatore switching. Entrambe le perdite sono proporzionali alla frequenza. La perdita del tubo di alimentazione a commutazione è composta principalmente dalla perdita di accensione (perdita di tempo di accensione) e dalla perdita di spegnimento (perdita di tempo di spegnimento). Più lunghi sono i tempi di accensione e spegnimento del tubo di alimentazione a commutazione, maggiori sono queste due perdite.
In genere, i tempi di accensione e spegnimento dei tubi di alimentazione a commutazione ad alta potenza sono molto più lunghi di quelli dei tubi di alimentazione a commutazione a bassa potenza, quindi la frequenza di lavoro degli alimentatori a commutazione ad alta potenza è generalmente più bassa. Quando si considera l'efficienza operativa dell'alimentatore switching, considerando le dimensioni e il costo dell'alimentatore switching, è meglio scegliere un'efficienza operativa di circa 80%. In questo momento, la perdita del tubo dell'alimentatore switching rappresenta circa 50% della perdita totale. La perdita del trasformatore di commutazione rappresenta circa 30% della perdita totale, mentre la perdita dei restanti circuiti rappresenta circa 20% della perdita totale. Il rapporto di spire del trasformatore di commutazione è correlato al rapporto tra le tensioni di ingresso e di uscita e al ciclo di lavoro dell'alimentazione a commutazione.
18. Salve professore, ci sono delle bave sul lato di uscita dell'alimentatore con trasformatore flyback che ho realizzato, e la frequenza delle bave è la stessa della frequenza di commutazione del lato primario. Come posso eliminare le bave?
Risposta dell'esperto: Un piccolo induttore è collegato in serie tra il raddrizzatore secondario e il condensatore di filtro, ma l'induttore non può essere saturato quando viene attraversato dalla corrente continua. Il circuito magnetico di questo induttore non può essere chiuso e deve essere lasciato un grande vuoto d'aria.
19. Salve professore, come si calcola la tensione minima DC? Ho guardato diverse versioni ma non riesco a trovare quella più adatta?
Risposta dell'esperto: Non capisco cosa intendi per "tensione CC minima"? Se si tratta della tensione CC minima di ingresso dell'alimentatore switching, in genere può essere calcolata in base alla tensione CA minima di ingresso. Ad esempio, se la tensione CA minima in ingresso è di 100 V CA (valore effettivo), la tensione CC minima in ingresso convertita è di circa 120 V (valore medio). Poiché il valore massimo dopo il raddrizzamento e il filtraggio è 140V, il valore minimo è 100V e il valore medio è 120V.
Se la tensione CC minima è la tensione di retroazione positiva di un alimentatore switching autoeccitato a transistor, è preferibile che questa tensione sia pari a 2 volte la tensione di funzionamento quando il transistor è acceso, lasciando 1 volta come margine regolabile. Se la tensione CC minima è la tensione operativa minima del circuito di pilotaggio del transistor a effetto di campo, la tensione operativa minima non può essere inferiore a 16 V, poiché la tensione di pilotaggio necessaria per la saturazione profonda dei transistor a effetto di campo ad alta potenza è superiore a 12 V (preferibilmente 20 V).
20. L'efficienza di DC TO DC è un po' bassa negli ultimi tempi. Come risolverlo?
Risposta dell'esperto: Ridurre la frequenza di funzionamento o sostituire il tubo di commutazione di potenza con un tubo di commutazione ad alta velocità. Inoltre, è possibile aumentare le dimensioni del trasformatore e ridurre il valore della densità di flusso magnetico massima (Bm), ovvero cambiare la bobina primaria del trasformatore di commutazione. Il numero di spire aumenta perché la perdita per isteresi e la perdita per correnti parassite del trasformatore di commutazione sono proporzionali alla frequenza operativa e al quadrato dell'incremento della densità di flusso massima.
21. Domanda: Come iniziare a progettare il circuito di retroazione e la compensazione? Spero che l'insegnante risponda con pazienza.
Risposta dell'esperto: Il guadagno dell'anello di retroazione non è né maggiore né migliore, né minore è migliore. Quando il guadagno dell'anello di retroazione è troppo alto, la tensione di uscita fluttua intorno al valore medio. Più alto è il guadagno, maggiore è l'ampiezza della fluttuazione. In casi gravi, si verificherà un'oscillazione; quando il guadagno dell'anello di retroazione è troppo basso, la tensione di uscita fluttuerà. sarà instabile. Per stabilizzare la tensione di uscita senza oscillazioni, l'anello di retroazione viene generalmente suddiviso in tre anelli. Un anello viene utilizzato per determinare la dimensione del guadagno differenziale, l'altro anello viene utilizzato per determinare la dimensione del guadagno integrale e il terzo anello è Determinare la dimensione del guadagno DC. Regolando attentamente i guadagni di questi tre anelli di retroazione, l'alimentatore switching può essere stabile senza oscillazioni.
