Inhoudsopgave
Ontwerpmetriek evalueren
1. Ingangsparameters: grootte ingangsspanning, AC of DC, aantal fasen, frequentie, enz.
Internationale spanningsniveaus omvatten eenfase 120Vac, 220Vac, 230Vac, enz. Het internationaal geaccepteerde AC-spanningsbereik is 85~265V. Dit omvat over het algemeen de nominale ingangsspanning en het variatiebereik;
Enkelfasige input wordt vaak gebruikt voor vermogens onder 3kW, en driefasige input wordt gebruikt voor vermogens boven 5kW;
De industriële netfrequentie is meestal 50Hz of 60Hz, de netfrequentie in de ruimtevaart en op schepen is 400Hz.
Of er indicatoren zijn voor vermogensfactor (Power Factor) en harmonischen (Total Harmonics Distortion)
2. Uitgangsparameters: uitgangsvermogen, uitgangsspanning, uitgangsstroom, rimpel, nauwkeurigheid spanningsstabilisatie (constante stroom), aanpassingssnelheid, dynamische karakteristieken (settling time: bezinktijd), opstarttijd voeding en holding time.
Uitgangsspanning: nominale waarde + instelbereik. De bovengrens van de uitgangsspanning moet zo dicht mogelijk bij de nominale waarde liggen om onnodige overmatige ontwerpmarge te vermijden.
Uitgangsstroom: nominale waarde + meervoudige overbelasting. Als er een constante stroom vereist is, wordt ook het instelbereik gespecificeerd. Sommige voedingen staan geen nullast toe, dus moet er ook een lagere stroomlimiet worden opgegeven.
Nauwkeurigheid van spannings- en stroomstabilisatie: beïnvloedende factoren zijn onder andere de regulatiesnelheid van de ingangsspanning, de regulatiesnelheid van de belasting en de verouderingsafwijking. De nauwkeurigheid van de referentiebron, de nauwkeurigheid van de detectiecomponenten en de nauwkeurigheid van de operationele versterker in het regelcircuit hebben een grote invloed op de nauwkeurigheid van spanningsstabilisatie en stroomstabilisatie.
3. Efficiëntie: de verhouding tussen uitgangsvermogen en actief ingangsvermogen bij nominale ingangsspanning, nominale uitgangsspanning en nominale uitgangsstroom.
Verliezen: Verliezen die nauw samenhangen met de schakelfrequentie: schakelverliezen van schakelapparatuur, ijzerverliezen van magnetische componenten, verliezen van absorptiekringen.
Pass-state verlies in het circuit: pass-state verlies van schakelapparatuur, koperverlies van magnetische componenten, lijnverlies. Dit verlies is afhankelijk van de stroomsterkte.
Andere verliezen: verliezen in het stuurcircuit, verliezen in het aandrijfcircuit, enz. Over het algemeen is het rendement van een voeding met een hogere uitgangsspanning hoger dan dat van een voeding met een lagere uitgangsspanning. De efficiëntie van een voeding met een hoge uitgangsspanning kan oplopen tot 90% tot 95% efficiëntie. De efficiëntie van circuits met hoog vermogen kan hoger worden gemaakt dan die van circuits met laag vermogen.
4. Spanningsregulatiesnelheid en belastingsregulatiesnelheid
Spannings(bron)regelverhouding: De regulatiesnelheid van de voeding is meestal gebaseerd op de afwijking van de uitgangsspanning die wordt veroorzaakt door veranderingen in de ingangsspanning onder nominale belastingsomstandigheden. Zoals weergegeven in de volgende formule: Vo(max)-Vo(min) / Vo(normal), oftewel de afwijking van de uitgangsspanning moet binnen de gespecificeerde boven- en ondergrenzen liggen, dat wil zeggen binnen de absolute waarde van de boven- en ondergrenzen van de uitgangsspanning.
Belastingregeling: De definitie van belastingsregeling is het vermogen van een schakelende voeding om een stabiele uitgangsspanning te leveren wanneer de uitgangsbelastingsstroom verandert. Of wanneer de uitgangsbelastingsstroom verandert, mag de afwijking van de uitgangsspanning de hoogste en laagste absolute waarden niet overschrijden.
Testmethode: Nadat de te testen voeding de warmtemotor heeft gestabiliseerd onder normale ingangsspanning en belastingscondities, meet u de uitgangsspanningswaarde onder normale belasting en meet u vervolgens de uitgangsspanningswaarde onder respectievelijk lichte belasting (Min) en zware belasting (Max) (respectievelijk Vmax en Vmin), de belastingsregulatiesnelheid is gewoonlijk het percentage van de afwijking van de uitgangsspanning veroorzaakt door veranderingen in de belastingsstroom onder een normale vaste ingangsspanning, zoals weergegeven in de volgende formule: V0(max)-V0(min) / V0(normaal)
5. Dynamische eigenschappen: veranderingen in de uitgangsspanning bij plotselinge veranderingen in de belasting
De schakelende voeding zorgt voor de stabiliteit van de uitgangsspanning via een terugkoppelingsregelkring. In feite heeft de feedbackregelkring een bepaalde bandbreedte, die de reactie van de voeding op veranderingen in de belastingsstroom beperkt, waardoor de schakelende voeding instabiel kan worden, niet meer onder controle is of kan oscilleren. In feite verandert de belastingsstroom van de voeding dynamisch wanneer deze werkt, dus het dynamisch testen van de belasting is uiterst belangrijk voor de voeding.
Programmeerbare elektronische belastingen kunnen worden gebruikt om de slechtste belastingsomstandigheden te simuleren wanneer de voeding daadwerkelijk werkt, zoals de snelle stijging en daling van de belastingsstroom, de helling en de cyclus. Als de voeding zwaar wordt belast, kan deze nog steeds een stabiele uitgangsspanning handhaven. Veroorzaak geen overshoot of undershoot, anders zal de uitgangsspanning van de voeding het werkbereik van de belastingscomponent overschrijden (de ogenblikkelijke uitgangsspanning van een TTL-schakeling moet bijvoorbeeld tussen 4,75V en 5,25V liggen, zodat het TTL logische circuit niet defect raakt).
6. Opstarttijd van de stroom (Set-Up Time) en wachttijd (Hold-Up Time)
Opstarttijd: verwijst naar de tijd vanaf het moment dat de voeding wordt aangesloten op de ingang totdat de uitgangsspanning stijgt naar het gereguleerde bereik. Als we een voeding met een uitgang van 5V als voorbeeld nemen, is de opstarttijd de tijd vanaf het moment dat de voeding wordt ingeschakeld totdat de uitgangsspanning 4,75V bereikt.
Vasthoudtijd: De tijd vanaf het moment dat de ingangsspanning wordt uitgeschakeld totdat de uitgangsspanning buiten het gereguleerde bereik valt. Als we een voeding met een uitgang van 5V als voorbeeld nemen, is de holdingtijd de tijd vanaf het moment dat de voeding wordt uitgeschakeld totdat de uitgangsspanning lager is dan 4,75V. De algemene waarde is 10-20 ms om te voorkomen dat de werking van de belasting wordt beïnvloed door een kortstondige spanningsonderbreking (een halve of één cyclus van de netspanning) in de voeding van het energiebedrijf.
7. Cross-aanpassingssnelheid van meerkanaals uitgangsvoeding:
Bij multi-output moet ook rekening worden gehouden met het kruislings aanpassingspercentage (Cross Regulation).
Wat is het aanpassingspercentage?
Wanneer de belasting van één uitgang verandert, verandert ook de spanning van de andere uitgang.
Conventionele methoden om het percentage kruiscorrecties te verbeteren: aanpassing na de fase
Zoals: meerkanaals uitgang met laag vermogen Flyback
Ingangsspanningsbereik............90~264VAC, 120-370VDC
Ingangsstroom......................2.0A/115V 1.1A/230V, ingangsfrequentie: 47~63HZ
Inschakelstroom............. Koude startstroom 20A/115V 40A/230V
Lekstroom................< 2mA/240VAC
Aanpassingsbereik uitgangsspanning..........CH1: -5~+10%
Spanningsregulatiesnelheid............CH1: < 1%, CH2: < 1%
Belastingregulatiesnelheid......CH1: < 3%, CH2/3: < 4-8%
Overbelastingsbeveiliging............105%~150% Type beveiliging: stroomlimiet, automatisch herstel
Overspanningsbeveiliging............115-135%CH1 nominale uitgangsspanning
Temperatuurcoëfficiënt............±0.03%℃(0~50℃)
Start, stijging, wachttijd...800ms, 60ms, 20ms
Schokbestendigheid............10~500Hz, 2G, drie assen 10min./1 cyclus, 1 uur per as
Drukweerstand......................Input-output: 3KVAC, ingang-behuizing: 1,5KVAC,
Uitgang-behuizing: 0,5KVAC 1 minuut
Isolatieweerstand............Input-output, input-ground, output-ground 500VDC/100M Ohm
Het werk temperatuur en vochtigheid......-10℃~+60℃, 20%~90%RH (0-45℃/100%, -10℃/80%, 60℃/60 % LAD)
Opslagtemperatuur en vochtigheid......-20℃~+85℃, 10%~95RH
Totale afmetingen............199*99*50mm CASE 916A
Gewicht............0.6kg; 20pcs/13kg/1.17CUFT
Veiligheidsnormen......................Voldoet aan UL1310, TUV EN60950 vereisten
EMC/Harmonische normen............Bijeenkomst
EN55022 klasse B/A,EN61000-3-2,3
EN61000-4-2,3,4,5,6,8,11,ENV50204
2. Selecteer de juiste topologie van het hoofdcircuit (AC-DC)
Basisprincipes: vermogensniveau, kosten, efficiëntie, grootte
Als het vermogen lager is dan 75 watt, is er over het algemeen geen beperking voor harmonischen aan de ingangszijde. Daarom wordt gekozen voor een flybackschakeling met een eenvoudig circuit en lage kosten. Japan beperkt het vermogen tot minder dan 50 W. De verlichtingseis is hoger, 25 W.
De algemene voedingsvereisten voor circuitvermogen boven 75 watt voldoen aan de harmonische IEC61000-3-2. Over het algemeen is correctie van de arbeidsfactor vereist, dus wordt meestal een tweetraps oplossing gebruikt. Boost PFC+Flyback; <100W, Boost PFC+halfbrug 100W< <500W
Voor hogere vermogens (boven 500 watt) kunnen halfbruggen of volledige bruggen worden gebruikt. Als de kosten streng zijn, kies dan voor een halfbrug en als het vermogen hoog is, kies dan voor een volbrug. Push-pull schakelingen worden meestal gebruikt in situaties waar het vermogen relatief hoog is en de ingangsspanning erg laag.
Over het algemeen, wanneer het vermogen minder is dan 20W, zijn de verliezen van de voeding voornamelijk magnetische componenten, schakelaars en aandrijfverliezen, het aandeel van de on-state verliezen is klein (de stroom is klein), dus wordt een oplossing met een eenvoudige circuit topologie gekozen. Zoals DCM Flyback.
Wanneer het verlies van de voeding voornamelijk pass-state verlies is (hoog vermogen, of lage spanning en hoge stroom), is het noodzakelijk om een oplossing te overwegen die pass-state verlies kan verminderen. Bijvoorbeeld: synchrone gelijkrichting, meertrapsomzetting, parallelschakeling, hybride topologie, enz.
3. Ontwerp van onderdelen
Voorbeeld: Welke componenten in het hoofdcircuit van Flyback moeten door ons worden ontworpen?
① Bereken de bedrijfsparameters van het circuit. Ingangs- en uitgangsspanning
② Bedrijfsparameters. Schakelfrequentie, maximale inschakelduur
Transformator.
④ Schakelbuis - spanning, stroom
Secundaire diode - spanning, stroom
⑥ Uitgangsfiltercondensator
⑦ Absorptiecircuit
ontwerpstappen
(1) Bepaal het spanningsvariatiebereik van de ingangsgelijkstroombus:
1) Bereik verandert met invoer
2) Spanningsveranderingen binnen elke stroomfrequentiecyclus
(2) Ontwerpschakelfrequentie fs, maximale duty cycle Dmax=0,45
- Stel de schakelfrequentie naar wens in
- Bepaal op basis van het ingangsvermogen en uitgaande van de laagste spanning en maximale duty cycle, alleen kritische continuïteit, de piekstroom van de spoel
Pinmax＝Pomax/efficiëntie
Iavgmax=Pinmax/VDCmin
Ipiek=2*Iavgmax/D
(3) Ontwerp flyback transformator
- Bepaal de primaire inductantie op basis van de maximale piekstroom
Pinmax＝0,5*Lm*Ipeak2*fs
- Kies op basis van ervaring de kerngrootte en bereken het aantal primaire omwentelingen.
Np＝ (Lm*Ipiek)/(Ae*Bmax)
Ae is de kerndoorsnede; Bmax is de ontworpen maximale magnetische fluxdichtheid.
- Ontwerp de luchtspleet op basis van de inductie en het aantal windingen.
- Selecteer de juiste verhouding van de beurten op basis van de nominale spanning van de primaire schakelaar. Om een betere secundaire kruislingse regeling te verkrijgen, is het soms nodig om het aantal wikkelingen aan de primaire zijde van de transformator aan te passen.
Voorbeeld: secundaire zijde Vo1: Vo2=5:3
Voorlopige berekeningen laten zien: Ns1=3, Ns2=1,8; als Ns2 2 beurten duurt, kan de aanpassingssnelheid slecht zijn. Pas daarom het aantal secundaire slagen aan: Ns1=5, Ns2=3.
(4) Selectie schakelbuis: power MOSFET
Spanningsstress van de schakelaar:
Bijvoorbeeld: Als een 650V MOSFET wordt geselecteerd aan de primaire zijde, mag de spanningsbelasting van de schakelbuis aan de primaire zijde niet hoger zijn dan 600V.
Bereken dus de maximale spanning: Vpmax=VDCmax+(Vo+Vdrop)*Np/Ns+60V
Schakelbuisstroomstress:
Bereken de maximale stroom aan de primaire zijde van de transformator
Normaal: Vo*Np/Ns<140V;
Overweeg een compromis tussen de belasting van de primaire schakelbuis, de spanningsbelasting van de secundaire diode en de maximale duty cycle.
(5) Selectie van diode aan secundaire zijde:
- Snelle hersteldiode
- Bereken de weerstandsspanning van de diode
VD＝(Vdcmax*Ns/Np+Vo)*1,3
(6) Selectie van de uitgangsfiltercondensator:
Selecteer elektrolytische condensatoren op basis van stroom-/spanningsbelasting, rimpels.
(7) RCD-absorptiecircuit
Bekijk de probleempunten:
1) Absorptie-effect
2) Het verlies is waarschijnlijk klein
Compromis tussen absorptie-effect en verlies!
Hetzelfde ontwerpprincipe geldt niet alleen voor FLYback, maar ook voor alle absorptieschakelingen met R.
Methode voor het schatten van verliezen:
1) Psnuber=Vc2/R
Wanneer de MOSFET wordt uitgeschakeld en Vds hoger is dan de spanning VSN over de condensator in het RCD-snubbercircuit, wordt de snubberdiode ingeschakeld. De piekstroom wordt geabsorbeerd door het RCD-circuit, waardoor de piekstroom wordt verlaagd. De snubbercondensator moet groot genoeg zijn om ervoor te zorgen dat een schakelaar De spanning over de condensator verandert niet significant tijdens de cyclus. Als de absorptiecondensator echter te groot is, zal ook het verlies van het buffercircuit toenemen. Er moet een compromis zijn.
Het vermogen dat wordt verbruikt door het absorptiecircuit kan worden berekend met de volgende formule. Neem vervolgens een vermogensweerstand met een weerstand van 3W, en de weerstands- en capaciteitswaarden kunnen door de software worden berekend, zoals hieronder weergegeven
4. Andere manieren van flybackontwerp
CCM/DCM-flybackontwerp
Wanneer het vermogen groter is, zoals 65W. Om lage druk te verminderen
Het geleidingsverlies aan de ingang zorgt ervoor dat het apparaat in CCM-modus komt bij een lage ingangsspanning. Bij een hoge ingangsspanning wordt de DCM-modus geactiveerd.
De ontwerpstappen zijn hetzelfde als bij het DCM-model, maar de ontwerpformule is anders.
- De formule voor het berekenen van de primaire inductiewaarde is anders
- De formule voor het berekenen van de omwentelingsverhouding is anders
- Bereken de verschillende spannings- en stroomspanningen van schakelbuizen
- Bereken spannings- en stroomspanningsverschillen van diodes
- Berekende uitgangsrimpel is anders Grens CM Flyback
Binnen het variërende bereik van de busspanning is de modus kritisch. (Frequentieconversie) Dezelfde stappen en methodepatronen als bij DCM-ontwerp.
BCM/DCM-voordelen:
1) Het inschakelverlies van de primaire schakelbuis is klein.
2) De omgekeerde herstelstroom van de diode aan secundaire zijde is klein.
3) De common mode ruis veroorzaakt door reverse recovery is klein
4) De spanningsbelasting van de diode is klein, dus moeten laagspanningsapparaten worden geselecteerd.
Nadelen van het BCM-model:
1) Het geleidingsverlies van de primaire schakelbuis is groot.
2) Frequentieveranderingen, het differentiële filter moet worden ontworpen voor de laagste frequentie. Common mode filters moeten worden ontworpen voor hogere frequenties.
Er zijn twee voorwaarden waardoor de bovenstaande tekortkomingen niet langer belangrijk zijn:
1) Met de verbetering van MOSFET-apparaten wordt Rdson steeds kleiner. Verminder het aandeel van het primaire geleidingsverlies in het totale verlies.
2) BCM vermindert de common mode die wordt veroorzaakt door de omgekeerde herstel van de diode aan de secundaire zijde.
5. Thermisch ontwerp
De schakelbuis heeft meestal een radiator nodig en tussen de radiator en de schakelbuis moet een isolerende pakking en warmteafvoerende silicone worden aangebracht.
Bij het ontwerp van krachtige schakelende voedingen worden meestal ventilatoren geïnstalleerd om geforceerde luchtkoeling te gebruiken.
6. Ontwerp van bedrading en EMI
De pinnen van elke component, vooral van de condensator, moeten zo kort mogelijk zijn, anders heeft de condensator een slecht absorberend effect op hoge frequenties;
Verbindingsdraden waar grote stromen doorheen lopen moeten dik of kort zijn;
Probeer geen grote lus te vormen, anders wordt de storing te groot en wordt het debuggen beïnvloed.
De bedrading van het besturingscircuit moet worden gescheiden van de bedrading van het voedingscircuit.
De besturingschip en transformator moeten geïnstalleerd worden met zittingen om demontage te vergemakkelijken. Houd bij het bedraden rekening met warmteafvoer en testgemak. Het is netjes en opgeruimd en elke functionele module is duidelijk.
