Com o desenvolvimento e a inovação da tecnologia da eletrónica de potência, a tecnologia da fonte de alimentação comutada está também em constante inovação. Atualmente, a fonte de alimentação comutada é amplamente utilizada em quase todos os equipamentos electrónicos devido às suas pequenas dimensões, peso leve e elevada eficiência. É um método de alimentação indispensável para o rápido desenvolvimento da atual indústria da informação eletrónica.
Existem dois tipos de fontes de alimentação comutadas modernas: uma é a fonte de alimentação comutada DC; a outra é a fonte de alimentação comutada AC.
O que é apresentado aqui é apenas a fonte de alimentação de comutação CC. A sua função é converter a fonte de alimentação original (energia grosseira) com má qualidade de energia, como a fonte de alimentação da rede eléctrica ou a fonte de alimentação da bateria, numa tensão CC de qualidade superior que satisfaça os requisitos do equipamento. O núcleo da fonte de alimentação comutada DC é o conversor DC/DC.
Por conseguinte, a classificação das fontes de alimentação comutadas CC baseia-se na classificação dos conversores CC/CC. Por outras palavras, a classificação das fontes de alimentação comutadas CC é basicamente a mesma que a classificação dos conversores CC/CC. A classificação dos conversores CC/CC é basicamente a classificação das fontes de alimentação comutadas CC.
A fonte de alimentação comutada é composta, grosso modo, por quatro partes principais: circuito principal, circuito de controlo, circuito de deteção e fonte de alimentação auxiliar.
1. Circuito principal
Limitação da corrente de irrupção: Limitar a corrente de arranque no lado da entrada no momento em que a alimentação é ligada.
Filtro de entrada: A sua função é filtrar a desordem existente na rede eléctrica e impedir que a desordem gerada pela máquina seja devolvida à rede eléctrica.
Retificação e filtragem: retificar diretamente a energia CA da rede em energia CC mais suave.
Inversor: conversão de energia CC rectificada em corrente alternada de alta frequência, que é a parte central da fonte de alimentação comutada de alta frequência.
Retificação e filtragem da saída: Fornece uma fonte de alimentação CC estável e fiável de acordo com as necessidades da carga.
2. Circuito de controlo
Por um lado, são recolhidas amostras do terminal de saída, comparadas com o valor definido e, em seguida, o inversor é controlado para alterar a sua largura ou frequência de impulsos para estabilizar a saída. Por outro lado, com base nos dados fornecidos pelo circuito de teste e identificados pelo circuito de proteção, este fornece O circuito de controlo executa várias medidas de proteção na fonte de alimentação.
3. Circuito de deteção
Fornecer vários parâmetros de funcionamento e vários dados de instrumentos no circuito de proteção.
4. Fonte de alimentação auxiliar
Realizar o arranque (remoto) por software da fonte de alimentação para fornecer energia ao circuito de proteção e ao circuito de controlo (PWM e outros chips).
Aqui estão algumas respostas clássicas sobre fontes de alimentação comutadas:
1. Se o transformador da fonte de alimentação comutada utilizar fita de cobre em vez de fio esmaltado, como calcular a corrente que pode passar através dela? Por exemplo, para uma fita de cobre com uma espessura de 0,1 mm, como calcular a corrente que pode passar?
Resposta de especialista: Se o transformador da fonte de alimentação comutada utilizar tiras de cobre em vez de fios esmaltados, as perdas de corrente de Foucault das tiras de cobre (fios esmaltados) podem ser muito reduzidas e a frequência de funcionamento pode ser aumentada em conformidade, mas as perdas de corrente contínua permanecerão praticamente inalteradas. A densidade de corrente que pode passar através das tiras de cobre não deve geralmente exceder 4,5A/mm². A densidade de corrente é igual à corrente dividida pela área da secção transversal do condutor, que é igual à espessura (0,1 mm) vezes a largura (a largura da tira de cobre).
2. É mais provável que o circuito CA do interrutor de alimentação e o circuito CA do retificador produzam interferências electromagnéticas?
Resposta de especialista: O local mais grave onde a interferência electromagnética é gerada por uma fonte de alimentação comutada é o circuito composto pelas bobinas primária e secundária do transformador de comutação. No entanto, a sua interferência causará radiação e interferência de condução noutros circuitos através de indução. O local mais sério para a interferência de condução e a interferência de radiação é o cabo de alimentação, porque o cabo de alimentação pode facilmente tornar-se uma antena osciladora de meia onda da fonte de radiação. Além disso, está ligado a linhas externas e pode facilmente transmitir sinais de interferência a outros dispositivos. Por conseguinte, a linha de alimentação deve ser efetivamente isolada na extremidade de entrada da fonte de alimentação comutada.
3. Quais são os métodos específicos para reduzir o aumento de temperatura do transformador?
Resposta de especialista: Uma forma de reduzir o aumento da temperatura do transformador é reduzir o valor do incremento máximo do fluxo magnético (Bm) do núcleo do transformador, porque a perda do núcleo do transformador (perda por histerese e perda por correntes de Foucault) é proporcional ao quadrado da densidade do fluxo magnético. Proporcional; a outra é reduzir a frequência de funcionamento da fonte de alimentação comutada, porque a perda do núcleo do transformador (perda por histerese e perda por correntes de Foucault) é proporcional à frequência de funcionamento; a outra é reduzir a perda da bobina, a perda da bobina (principalmente perda por correntes de Foucault), A perda por correntes de Foucault e a perda por efeito de pele da bobina são também proporcionais à frequência de funcionamento. Para reduzir a perda de corrente contínua da bobina, a densidade de corrente do fio deve ser reduzida. Geralmente, a densidade de corrente do fio esmaltado não pode exceder 4,5A/milímetro quadrado.
4. Como se altera o ciclo de funcionamento da fonte de alimentação de comutação flyback?
Resposta de especialista: O ciclo de funcionamento da fonte de alimentação de comutação flyback é determinado principalmente pela tensão de entrada e pela tensão de resistência do tubo da fonte de alimentação de comutação. Quando a tensão de entrada muda, o ciclo de trabalho também muda. Por exemplo, quando a tensão de entrada é AC260V, se a tensão suportável do tubo do interrutor de alimentação for 650V, o ciclo de trabalho é 0,306; quando a tensão de entrada é AC170V, o ciclo de trabalho é de aproximadamente 0,5; quando a tensão de entrada é inferior a AC170V, o ciclo de trabalho A relação é superior a 0,5. Mas independentemente da alteração da tensão de entrada, a fonte de alimentação comutada aumentará o valor da tensão de saída para estabilizar (ou alterar), alterando o ciclo de funcionamento.
5. Qual é a principal diferença entre forward e flyback?
Resposta de especialista: A fonte de alimentação de comutação direta significa que, quando o tubo do interrutor de alimentação é ligado, a fonte de alimentação fornece energia à pessoa responsável, mas não há saída de energia quando é desligada. A fonte de alimentação de comutação flyback é exatamente o oposto. Quando o interrutor está ligado, apenas armazena energia no transformador e não fornece energia à carga. Só fornece saída para a carga quando o interrutor de alimentação é desligado. A tensão de saída da fonte de alimentação de comutação direta é o valor médio da tensão de saída rectificada, e a tensão de saída da fonte de alimentação de comutação flyback é o valor médio de meia onda da tensão de saída rectificada. As fases das duas saídas de tensão são exatamente opostas.
6. Pode falar sobre a conceção do circuito em pormenor?
Resposta de especialista: O ganho do loop de feedback não é nem maior nem melhor, nem menor é melhor. Quando o ganho do circuito de realimentação é demasiado elevado, a tensão de saída vai andar para trás e para a frente em torno do valor médio e a tensão de saída vai flutuar muito. Quanto maior for o ganho, maior será a amplitude da flutuação. Em casos graves, ocorrerá oscilação; quando o ganho do loop de feedback é demasiado baixo, a tensão de saída será instável porque a tensão não consegue seguir corretamente e haverá um erro de histerese.
Para estabilizar a tensão de saída sem oscilação, o circuito de realimentação é geralmente dividido em três circuitos. Um dos circuitos é utilizado para determinar a dimensão do ganho diferencial, o outro circuito é utilizado para determinar a dimensão do ganho integral e o terceiro circuito é para determinar a dimensão do ganho DC. O objetivo é que, quando o sinal de erro é pequeno, o ganho do circuito é grande e, quando o sinal de erro é grande, o ganho do circuito torna-se pequeno, ou seja, o ganho do amplificador de erro é dinâmico. Ajustando cuidadosamente os ganhos destes três circuitos de feedback, a fonte de alimentação comutada pode ser estável sem oscilação.
7. Como minimizar o flyback power switch MOS? Especialmente em condições de comutação difíceis.
Resposta de especialista: Reduzir o ciclo de funcionamento, mas se o ciclo de funcionamento for demasiado baixo, a eficiência de funcionamento da fonte de alimentação será muito reduzida e a gama de ajuste da tensão também será reduzida.
8. Qual é a percentagem de perda de potência da folha de cobre?
Resposta do especialista: Muito pequena. Se a perda da folha de cobre for grande, o aumento da temperatura da folha de cobre será muito elevado. Se exceder os 80 graus, a tinta da folha de cobre ficará amarela. Mas é apenas equivalente à perda de uma resistência de película metálica de cerca de 1 a 3 watts com o mesmo aumento de temperatura.
9. Qual é a causa do problema das formas de onda de condução grandes e pequenas?
Tenho uma fonte de alimentação e o controlador de saída está normal quando a tensão é AC85-120V. Quando a tensão muda para 120-150V, o controlador tem pequenas e grandes ondulações e a corrente de saída cai significativamente. Quando a tensão aumentou para 150V-265V novamente, a frequência da forma de onda de condução estava completamente errada, e a saída também estava errada.
Resposta do especialista: Esta situação ocorrerá se o seu circuito de acionamento utilizar um condensador ou transformador para a saída, porque quando o condensador ou transformador transmite uma forma de onda (sinal), o sinal não pode conter um componente DC. Se contiver um componente DC, a forma de onda de saída será severamente distorcida. Apenas quando a forma de onda de saída do circuito de acionamento tem um ciclo de funcionamento de 0,5, a forma de onda de saída não será distorcida. Se o ciclo de funcionamento for demasiado grande ou demasiado pequeno, ocorrerá distorção.
10. Gostaria de fazer uma pergunta sobre a seleção da ponte rectificadora. Que tipo de ponte rectificadora devo escolher para diferentes potências?
Outra coisa é que eu fiz uma fonte de alimentação de 30W e usei uma ponte rectificadora de 3A700V. Verifiquei que a ponte rectificadora estava muito quente. A temperatura atingiu mais de 60 graus em poucos minutos. Quais são as causas do aquecimento da ponte rectificadora?
Resposta de especialista: A seleção do díodo retificador é determinada principalmente pelos três parâmetros da corrente que flui através do díodo retificador, a tensão suportável e a frequência de funcionamento. Ao projetar os parâmetros do circuito, a corrente que flui através do díodo retificador pode geralmente ter apenas o valor nominal (um terço do valor a 25°C) porque a temperatura de funcionamento que flui através do díodo retificador pode subir acima dos 80°C. Se a velocidade de ativação e desativação do díodo retificador for muito baixa, ele continuará a conduzir durante um período de tempo quando a tensão for invertida, ou seja, a corrente inversa é muito grande, pelo que o díodo retificador também gerará calor. O aquecimento da sua ponte rectificadora pode cair nesta última situação.
11. Como começar com a conceção e compensação do circuito de feedback? Espero que o professor responda com paciência.
Resposta de especialista: O ganho do circuito de feedback não é nem maior nem melhor, nem menor é melhor. Quando o ganho do circuito de realimentação é demasiado elevado, a tensão de saída flutua em torno do valor médio. Quanto maior for o ganho, maior será a amplitude da flutuação. Em casos graves, ocorrerá oscilação; quando o ganho do circuito de feedback é demasiado baixo, a tensão de saída flutuará. será instável. Para estabilizar a tensão de saída sem oscilação, o circuito de retorno é geralmente dividido em três circuitos. Um dos circuitos é utilizado para determinar a dimensão do ganho diferencial, o outro circuito é utilizado para determinar a dimensão do ganho integral e o terceiro circuito é utilizado para determinar a dimensão do ganho DC. Ajustando cuidadosamente os ganhos destes três loops de feedback, a fonte de alimentação de comutação pode ser estável sem oscilação.
12. A eficiência do DC TO DC é um pouco baixa nos últimos tempos. Como resolver o problema?
Resposta do especialista: Reduzir a frequência de funcionamento ou substituir o tubo de comutação de potência por um tubo de comutação de alta velocidade. Além disso, pode aumentar o tamanho do transformador e reduzir o valor da densidade máxima do fluxo magnético (Bm), ou seja, alterar a bobina primária do transformador de comutação. O número de voltas aumenta porque as perdas por histerese e as perdas por correntes de Foucault do transformador de comutação são proporcionais à frequência de funcionamento e proporcionais ao quadrado do incremento máximo da densidade de fluxo.
13. Olá professor, como é que se calcula a tensão mínima DC? Estive a ver várias versões, mas não consegui encontrar a que mais me convinha.
Resposta de especialista: Não percebo bem o que quer dizer com "tensão CC mínima". Se for a tensão CC mínima de entrada da fonte de alimentação comutada, geralmente pode ser calculada com base na tensão CA mínima de entrada. Por exemplo, se a tensão CA mínima de entrada for AC100V (valor efetivo), então a tensão CC mínima de entrada convertida é de aproximadamente 120V (valor médio). Porque o valor máximo após a retificação e filtragem é de 140V, o valor mínimo é de 100V e o valor médio é de 120V.
Se a tensão contínua mínima for a tensão de realimentação positiva de uma fonte de alimentação comutada auto-excitada por um transístor, então é preferível que esta tensão seja 2 vezes a tensão de funcionamento quando o transístor é ligado, deixando 1 vez como margem ajustável. Se a tensão contínua mínima for a tensão mínima de funcionamento do circuito de acionamento do transístor de efeito de campo, a tensão mínima de funcionamento não pode ser inferior a 16V, porque a tensão de acionamento necessária para a saturação profunda dos transístores de efeito de campo de alta potência é superior a 12V (de preferência 20V).
14. Olá professor, há rebarbas no lado de saída da fonte de alimentação do transformador flyback que eu fiz, e a frequência das rebarbas é a mesma que a frequência de comutação do lado primário. Como é que posso eliminar as rebarbas?
Resposta de especialista: Um pequeno indutor está ligado em série entre o retificador secundário e o condensador de filtro, mas o indutor não pode ser saturado quando a corrente contínua flui através dele. O circuito magnético deste indutor não pode ser fechado e deve ser deixado um grande espaço de ar.
15. Olá professor! Como otimizar a frequência de comutação da fonte de alimentação flyback? Como otimizar a definição da tensão de flyback VOR e em que circunstâncias é mais adequada? Obrigado! Como otimizar o cálculo do rácio de espiras? Obrigado.
Resposta de especialista: A seleção da frequência de funcionamento da fonte de alimentação de comutação flyback está principalmente relacionada com a eficiência de funcionamento e o tamanho da fonte de alimentação de comutação, e a eficiência de funcionamento da fonte de alimentação de comutação está principalmente relacionada com as perdas (perda de histerese e perda de corrente de Foucault) do tubo da fonte de alimentação de comutação e do transformador de comutação. As perdas de ambos são proporcionais à frequência. A perda do tubo da fonte de alimentação comutada é composta principalmente pela perda de ativação (perda de tempo de ativação) e pela perda de desativação (perda de tempo de desativação). Quanto mais longo for o tempo de ativação e de desativação do tubo de alimentação comutado, maiores serão estas duas perdas.
Geralmente, os tempos de ativação e desativação dos tubos de alimentação comutada de alta potência são muito mais longos do que os dos tubos de alimentação comutada de baixa potência, pelo que a frequência de funcionamento das fontes de alimentação comutada de alta potência é geralmente mais baixa. Ao considerar a eficiência de funcionamento da fonte de alimentação comutada, é melhor considerar o tamanho e o custo da fonte de alimentação comutada.
É mais adequado escolher uma eficiência operacional de cerca de 80%. Neste momento, a perda do tubo da fonte de alimentação comutada representa cerca de 50% da perda total, a perda do transformador de comutação representa cerca de 30% da perda total e a perda dos restantes circuitos representa cerca de 50% da perda total. 20%. O rácio de espiras do transformador de comutação está relacionado com o rácio das tensões de entrada e de saída e com o ciclo de funcionamento da fonte de alimentação de comutação.
16. Olá professor! Como definir a corrente de pico inicial IP e a tensão de flyback VOR, bem como o ciclo de trabalho ótimo da fonte de alimentação flyback, obrigado!
Resposta de especialista: A magnitude da tensão de flyback gerada pelas bobinas primária e secundária da fonte de alimentação de comutação flyback está relacionada com o ciclo de funcionamento da fonte de alimentação de comutação e com a tensão de entrada. Ao selecionar o ciclo de funcionamento da fonte de alimentação de comutação, deve ser considerado. A soma do valor de pico da tensão de flyback gerada pelas bobinas primária e secundária e a tensão de funcionamento (tensão de entrada) não pode exceder 0,7 vezes a tensão suportável Bvmax do tubo de comutação de potência. De acordo com esta condição (Bvmax), a tensão máxima de entrada da fonte de alimentação de comutação flyback pode ser calculada O ciclo de trabalho máximo Dmax. Por exemplo, para um interrutor de potência com um Bvmax de 650V, quando a tensão de entrada é AC260V, o seu ciclo de funcionamento só pode ser selecionado para ser cerca de 0,306.
17. Olá professor! Como otimizar a frequência de comutação da fonte de alimentação flyback? Como otimizar a definição da tensão de flyback VOR e em que circunstâncias é mais adequada? Obrigado! Como otimizar o cálculo do rácio de espiras?
Resposta de especialista: A seleção da frequência de funcionamento da fonte de alimentação de comutação flyback está principalmente relacionada com a eficiência de funcionamento da fonte de alimentação de comutação, e a eficiência de funcionamento da fonte de alimentação de comutação está principalmente relacionada com as perdas (perda de histerese e perda de corrente de Foucault) do tubo da fonte de alimentação de comutação e do transformador de comutação. Ambas as perdas são proporcionais à frequência. A perda do tubo da fonte de alimentação comutada é composta principalmente pela perda de ativação (perda de tempo de ativação) e pela perda de desativação (perda de tempo de desativação). Quanto maior for o tempo de ativação e de desativação do tubo de alimentação comutado, maiores serão estas duas perdas.
Geralmente, os tempos de ativação e desativação dos tubos de alimentação comutada de alta potência são muito mais longos do que os dos tubos de alimentação comutada de baixa potência, pelo que a frequência de funcionamento das fontes de alimentação comutada de alta potência é geralmente mais baixa. Ao considerar a eficiência de funcionamento da fonte de alimentação comutada, tendo em conta o tamanho e o custo da fonte de alimentação comutada, é melhor escolher uma eficiência de funcionamento de cerca de 80%. Neste momento, a perda do tubo da fonte de alimentação comutada é responsável por cerca de 50% da perda total. A perda do transformador de comutação é responsável por cerca de 30% da perda total, e a perda dos restantes circuitos é responsável por cerca de 20% da perda total. O rácio de espiras do transformador de comutação está relacionado com o rácio das tensões de entrada e de saída e com o ciclo de funcionamento da fonte de alimentação de comutação.
18. Olá professor, há rebarbas no lado de saída da fonte de alimentação do transformador flyback que eu fiz, e a frequência das rebarbas é a mesma que a frequência de comutação do lado primário. Como é que posso eliminar as rebarbas?
Resposta de especialista: Um pequeno indutor está ligado em série entre o retificador secundário e o condensador de filtro, mas o indutor não pode ser saturado quando a corrente contínua flui através dele. O circuito magnético deste indutor não pode ser fechado e deve ser deixado um grande espaço de ar.
19. Olá professor, como é que se calcula a tensão mínima DC? Já procurei em várias versões mas não consigo encontrar a mais adequada?
Resposta de especialista: Não percebo bem o que quer dizer com "tensão CC mínima". Se for a tensão CC mínima de entrada da fonte de alimentação comutada, geralmente pode ser calculada com base na tensão CA mínima de entrada. Por exemplo, se a tensão CA mínima de entrada for AC100V (valor efetivo), então a tensão CC mínima de entrada convertida é de aproximadamente 120V (valor médio). Porque o valor máximo após a retificação e filtragem é de 140V, o valor mínimo é de 100V e o valor médio é de 120V.
Se a tensão contínua mínima for a tensão de realimentação positiva de uma fonte de alimentação comutada auto-excitada por um transístor, então é preferível que esta tensão seja 2 vezes a tensão de funcionamento quando o transístor é ligado, deixando 1 vez como margem ajustável. Se a tensão contínua mínima for a tensão mínima de funcionamento do circuito de acionamento do transístor de efeito de campo, a tensão mínima de funcionamento não pode ser inferior a 16V, porque a tensão de acionamento necessária para a saturação profunda dos transístores de efeito de campo de alta potência é superior a 12V (de preferência 20V).
20. A eficiência do DC TO DC é um pouco baixa nos últimos tempos. Como resolver o problema?
Resposta do especialista: Reduzir a frequência de funcionamento ou substituir o tubo de comutação de potência por um tubo de comutação de alta velocidade. Além disso, também pode aumentar o tamanho do transformador e reduzir o valor da densidade máxima do fluxo magnético (Bm), ou seja, alterar a bobina primária do transformador de comutação. O número de voltas aumenta porque a perda de histerese e a perda de corrente de Foucault do transformador de comutação são proporcionais à frequência de funcionamento e proporcionais ao quadrado do incremento máximo da densidade de fluxo.
21. Questão: Como começar com a conceção e compensação do circuito de feedback? Espero que o professor responda com paciência.
Resposta de especialista: O ganho do circuito de feedback não é nem maior nem melhor, nem menor é melhor. Quando o ganho do circuito de realimentação é demasiado elevado, a tensão de saída flutua em torno do valor médio. Quanto maior for o ganho, maior será a amplitude da flutuação. Em casos graves, ocorrerá oscilação; quando o ganho do circuito de feedback é demasiado baixo, a tensão de saída flutuará. será instável. Para estabilizar a tensão de saída sem oscilação, o circuito de retorno é geralmente dividido em três circuitos. Um dos circuitos é utilizado para determinar a dimensão do ganho diferencial, o outro circuito é utilizado para determinar a dimensão do ganho integral e o terceiro circuito é utilizado para determinar a dimensão do ganho DC. Ajustando cuidadosamente os ganhos destes três loops de feedback, a fonte de alimentação de comutação pode ser estável sem oscilação.
