Índice
Avaliar as métricas de conceção
1. Parâmetros de entrada: tamanho da tensão de entrada, CA ou CC, número de fases, frequência, etc.
Os níveis de tensão internacionais incluem 120Vac monofásico, 220Vac, 230Vac, etc. A gama de tensão CA internacionalmente aceite é de 85~265V. Geralmente inclui a tensão nominal de entrada e a sua gama de variação;
A entrada monofásica é frequentemente utilizada para potências inferiores a 3kW e a entrada trifásica é utilizada para potências superiores a 5kW;
A frequência de energia industrial é geralmente de 50Hz ou 60Hz, a frequência de energia aeroespacial e de energia naval é de 400Hz.
Se existem indicadores do fator de potência (Power Fator) e dos harmónicos (Total Harmonics Distortion)
2. Parâmetros de saída: potência de saída, tensão de saída, corrente de saída, ondulação, precisão da estabilização da tensão (corrente constante), taxa de ajustamento, caraterísticas dinâmicas (tempo de estabilização: tempo de estabilização), tempo de arranque da fonte de alimentação e tempo de espera.
Tensão de saída: valor nominal + gama de regulação. O limite superior da tensão de saída deve ser o mais próximo possível do valor nominal, para evitar uma margem de projeto excessiva e desnecessária.
Corrente de saída: valor nominal + múltiplo de sobrecarga. Se existir um requisito de fluxo constante, a gama de ajuste também será especificada. Algumas fontes de alimentação não permitem o funcionamento em vazio, pelo que também deve ser especificado um limite inferior de corrente.
Precisão da estabilização da tensão e da corrente: os factores de influência incluem a taxa de regulação da tensão de entrada, a taxa de regulação da carga e o desvio de envelhecimento. A precisão da fonte de referência, a precisão dos componentes de deteção e a precisão do amplificador operacional no circuito de controlo têm uma grande influência na precisão da estabilização da tensão e da estabilização da corrente.
3. Eficiência: rácio entre a potência de saída e a potência ativa de entrada à tensão nominal de entrada, à tensão nominal de saída e à corrente nominal de saída.
Perdas: Perdas estreitamente relacionadas com a frequência de comutação: perdas de comutação dos dispositivos de comutação, perdas de ferro dos componentes magnéticos, perdas dos circuitos de absorção.
Perda de estado de passagem no circuito: perda de estado de passagem de dispositivos de comutação, perda de cobre de componentes magnéticos, perda de linha. Esta perda depende da corrente.
Outras perdas: perdas no circuito de controlo, perdas no circuito de acionamento, etc. Geralmente, a eficiência de uma fonte de alimentação com uma tensão de saída mais elevada é superior à de uma fonte de alimentação com uma tensão de saída mais baixa. A eficiência da fonte de alimentação de alta tensão de saída pode atingir uma eficiência de 90% a 95%. A eficiência dos circuitos de alta potência pode ser mais elevada do que a dos circuitos de baixa potência.
4. Taxa de regulação da tensão e taxa de regulação da carga
Taxa de regulação da tensão (fonte): A taxa de regulação da fonte de alimentação baseia-se normalmente na taxa de desvio da tensão de saída causada por alterações na tensão de entrada em condições de carga nominal. Como mostra a seguinte fórmula: Vo(max)-Vo(min) / Vo(normal), ou o desvio da tensão de saída deve estar dentro dos limites superior e inferior especificados, ou seja, dentro do valor absoluto dos limites superior e inferior da tensão de saída.
Regulação de carga: A definição de regulação da carga é a capacidade de uma fonte de alimentação comutada para fornecer uma tensão de saída estável quando a corrente de carga de saída se altera. Ou, quando a corrente de carga de saída se altera, o desvio da tensão de saída não deve exceder os valores absolutos superior e inferior.
Método de ensaio: Depois de a fonte de alimentação em teste estabilizar o motor térmico em condições normais de tensão de entrada e de carga, medir o valor da tensão de saída em carga normal e, em seguida, medir o valor da tensão de saída em carga leve (Min) e carga pesada (Max), respetivamente (respetivamente Vmax e Vmin), a taxa de regulação da carga é geralmente a percentagem da taxa de desvio da tensão de saída causada por alterações na corrente de carga sob uma tensão de entrada fixa normal, como mostra a seguinte fórmula: V0(max)-V0(min) / V0(normal)
5. Caraterísticas dinâmicas: alterações na tensão de saída quando a carga muda subitamente
A fonte de alimentação comutada assegura a estabilidade da sua tensão de saída através de um circuito de controlo de realimentação. De facto, o circuito de controlo de realimentação tem uma certa largura de banda, o que limita a resposta da fonte de alimentação às alterações da corrente de carga, o que pode fazer com que a fonte de alimentação comutada se torne instável, fora de controlo ou oscile. De facto, a corrente de carga da fonte de alimentação muda dinamicamente quando está a funcionar, pelo que o teste de carga dinâmica é extremamente importante para a fonte de alimentação.
As cargas electrónicas programáveis podem ser utilizadas para simular as piores condições de carga quando a fonte de alimentação está realmente a funcionar, tais como a rápida subida e descida da corrente de carga, a inclinação e o ciclo. Se a fonte de alimentação estiver sob condições de carga severas, ainda pode manter uma tensão de saída estável. Não provoque sobretensão ou subtensão, caso contrário a tensão de saída da fonte de alimentação excederá a componente de carga (por exemplo, a tensão instantânea de saída de um circuito TTL deve situar-se entre 4,75V e 5,25V, para não provocar o mau funcionamento do circuito lógico TTL).
6. Tempo de arranque da alimentação (Set-Up Time) e tempo de espera (Hold-Up Time)
Tempo de arranque: refere-se ao tempo decorrido entre o momento em que a fonte de alimentação é ligada à entrada e o momento em que a sua tensão de saída atinge a gama regulada. Tomando como exemplo uma fonte de alimentação com uma saída de 5V, o tempo de arranque é a partir do momento em que a fonte de alimentação é ligada até a tensão de saída atingir 4,75V. até ao momento.
Tempo de retenção: O tempo decorrido entre o momento em que a alimentação de entrada é cortada e o momento em que a tensão de saída cai para fora do intervalo regulado. Tomando como exemplo uma fonte de alimentação com uma saída de 5V, o tempo de espera é a partir do momento em que a alimentação é desligada até a tensão de saída ser inferior a 4,75V. O tempo, o valor geral é de 10-20ms, para evitar que o funcionamento da carga seja afetado devido a uma interrupção de tensão de curta duração (meio ou um ciclo de tensão da rede) na fonte de alimentação da empresa de eletricidade.
7. Taxa de ajustamento cruzado da fonte de alimentação de saída multicanal:
O multiproduto também precisa de considerar a taxa de ajustamento cruzado (Cross Regulation).
Qual é a taxa de ajustamento cruzado?
Quando a carga de uma saída muda, a gama de variação da tensão da outra saída.
Métodos convencionais para melhorar a taxa de ajustamento cruzado: ajustamento pós-estágio
Tais como: saída multicanal de baixa potência Flyback
Gama de tensão de entrada............90～264VAC, 120-370VDC
Corrente de entrada......................2.0A/115V 1.1A/230V, frequência de entrada: 47～63HZ
Corrente de arranque............. Corrente de arranque a frio 20A/115V 40A/230V
Corrente de fuga................< 2mA/240VAC
Gama de ajuste da tensão de saída..........CH1: -5～+10%
Taxa de regulação da tensão............CH1: < 1%, CH2: < 1%
Taxa de regulação da carga......CH1: < 3%, CH2/3: < 4-8%
Proteção contra sobrecarga............105%～150% Tipo de proteção: limite de corrente, recuperação automática
Proteção contra sobretensão............115-135%CH1 tensão nominal de saída
Coeficiente de temperatura............±0.03%℃(0～50℃)
Tempo de arranque, subida, retenção...800ms, 60ms, 20ms
Resistência ao choque............10～500Hz, 2G, três eixos 10min./1 ciclo, 1 hora por eixo
Resistência à pressão......................Entrada-saída: 3KVAC, caixa de entrada: 1.5KVAC,
Saída-Enclausuramento: 0,5KVAC 1 minuto
Resistência de isolamento............Entrada-saída, entrada-terra, saída-terra 500VDC/100M Ohms
Temperatura e humidade de trabalho......-10℃～+60℃, 20%～90%RH (0-45℃/100%, -10℃/80%, 60℃/60 % LOAD)
Temperatura e humidade de armazenamento......-20℃～+85℃, 10%～95RH
Dimensões totais............199*99*50mm CASE 916A
Peso............0.6kg; 20pcs/13kg/1.17CUFT
Normas de segurança......................Cumpre os requisitos UL1310, TUV EN60950
Normas EMC/Harmónicas............Meet
EN55022 classe B/A,EN61000-3-2,3
EN61000-4-2,3,4,5,6,8,11,ENV50204
2. Selecionar a topologia adequada do circuito principal (AC-DC)
Princípios básicos: nível de potência, custo, eficiência, dimensão
Quando a potência é inferior a 75 watts, geralmente não há restrições quanto aos harmónicos do lado da entrada. Por conseguinte, é selecionado um circuito flyback com um circuito simples e de baixo custo. O Japão limita a potência a menos de 50W. A exigência de iluminação é maior, 25W.
Os requisitos gerais da fonte de alimentação para circuitos de potência superior a 75 watts cumprem a norma harmónica IEC61000-3-2. A correção do fator de potência é geralmente necessária, pelo que se utiliza sobretudo uma solução de duas fases. Boost PFC+Flyback; <100W, Boost PFC+meia ponte 100W< <500W
Para potências mais elevadas (acima de 500 watts), pode ser utilizada meia ponte ou ponte completa. Se os requisitos de custo forem rigorosos, escolha meia ponte, e se a potência for elevada, escolha ponte completa. Os circuitos push-pull são normalmente utilizados em situações em que a potência é relativamente elevada e a tensão de entrada é muito baixa.
Geralmente, quando a potência é inferior a 20W, uma vez que as perdas da fonte de alimentação são principalmente componentes magnéticos, comutadores e perdas de acionamento, a proporção de perdas no estado ativo é pequena (a corrente é pequena), pelo que é escolhida uma solução com uma topologia de circuito simples. Como o DCM Flyback.
Quando a perda da fonte de alimentação é principalmente uma perda em estado de passagem (alta potência, ou baixa tensão e alta corrente), é necessário considerar uma solução que possa reduzir a perda em estado de passagem. Por exemplo: retificação síncrona, conversão em várias fases, ligação em paralelo, topologia híbrida, etc.
3. Conceção dos componentes
Exemplo: Que componentes do circuito principal do Flyback devem ser projectados por nós?
① Calcular os parâmetros de funcionamento do circuito. Tensão de entrada e de saída
② Parâmetros de funcionamento. Frequência de comutação, ciclo de funcionamento máximo
③ Transformador.
④ Tubo de comutação - tensão, corrente
⑤ Díodo do lado secundário - tensão, corrente
⑥ Condensador do filtro de saída
⑦ Circuito de absorção
etapas de conceção
(1) Determinar a gama de variação de tensão do barramento CC de entrada:
1) A gama muda com a entrada
2) Alterações de tensão em cada ciclo de frequência de potência
(2) Frequência de comutação de projeto fs, ciclo de funcionamento máximo Dmax=0,45
- Definir a frequência de comutação conforme necessário
- Com base na potência de entrada, e assumindo a tensão mais baixa e o ciclo de funcionamento máximo, apenas continuidade crítica, determine a corrente de pico do indutor
Pinmax＝Pomax/eficiência
Iavgmax=Pinmax/VDCmin
Ipeak=2*Iavgmax/D
(3) Projetar o transformador flyback
- Determinar a indutância primária com base na corrente de pico máxima
Pinmax＝0,5*Lm*Ipeak2*fs
- Com base na experiência, selecionar o tamanho do núcleo e calcular o número de voltas primárias.
Np＝（Lm*Ipeak)/(Ae*Bmax)
Ae é a área da secção transversal do núcleo; Bmax é a densidade máxima de fluxo magnético projectada.
- Conceber a caixa de ar com base na indutância e no número de voltas.
- Selecione a relação de espiras adequada com base na tensão nominal do interrutor primário. Para obter uma melhor regulação transversal secundária, é por vezes necessário ajustar o número de espiras no lado primário do transformador.
Exemplo: lado secundário Vo1: Vo2=5:3
Os cálculos preliminares mostram: Ns1=3, Ns2=1,8; se Ns2 der 2 voltas, a taxa de regulação pode ser fraca. Por conseguinte, modificar o número de voltas secundárias, Ns1=5, Ns2=3.
(4) Seleção do tubo de comutação: MOSFET de potência
Tensão de comutação:
Por exemplo: Se for selecionado um MOSFET de 650V no lado primário, a tensão de tensão do tubo de comutação no lado primário não deve exceder 600V.
Por isso, calcule a tensão máxima: Vpmax=VDCmax+(Vo+Vdrop)*Np/Ns+60V
Tensão da corrente do tubo de comutação:
Calcular a corrente máxima no lado primário do transformador
Normalmente: Vo*Np/Ns<140V;
Considere um compromisso entre o esforço do tubo de comutação primário, o esforço de tensão do díodo secundário e o ciclo de funcionamento máximo.
(5) Seleção do díodo do lado secundário:
- Díodo de recuperação rápida
- Calcular a tensão suportável do díodo
VD＝(Vdcmax*Ns/Np+Vo)*1,3
(6) Seleção do condensador do filtro de saída:
Selecionar condensadores electrolíticos com base no esforço de corrente/tensão, requisitos de ondulação.
(7) Circuito de absorção RCD
Considerar os pontos problemáticos:
1) Efeito de absorção
2) A perda é provavelmente pequena
Compromisso entre o efeito de absorção e a perda!
O mesmo princípio de conceção aplica-se não só ao FLYback, mas também a todos os circuitos de absorção com R.
Método de estimativa de perdas:
1) Psnuber=Vc2/R
Quando o MOSFET é desligado, quando Vds excede a tensão VSN através do condensador no circuito de proteção do RCD, o díodo de proteção é ligado. A corrente de pico é absorvida pelo circuito RCD, reduzindo assim a corrente de pico. O condensador de absorção deve ser suficientemente grande para garantir que a tensão através do condensador não se altere significativamente durante o ciclo. No entanto, se a capacitância de absorção for demasiado grande, também aumentará a perda do circuito tampão. Deve haver um compromisso.
A potência consumida pelo circuito de absorção pode ser calculada pela seguinte fórmula. Em seguida, pegue num resistor de potência com uma resistência de 3W, e os seus valores de resistência e capacitância podem ser calculados pelo software, como mostrado abaixo
4. Outros modos de conceção do flyback
Projeto CCM/DCM Flyback
Quando a potência é maior, como 65W. A fim de reduzir a baixa pressão
A perda de condução na entrada faz com que o dispositivo entre no modo CCM com baixa tensão de entrada. Quando a tensão de entrada é elevada, entra em modo DCM.
Os passos de conceção são os mesmos que os do modelo DCM, mas a fórmula de conceção é diferente.
- A fórmula para calcular o valor da indutância primária é diferente
- A fórmula para calcular o rácio de rotações é diferente
- Calcular as diferentes tensões e correntes de tensão dos tubos de comutação
- Calcular as diferenças de tensão e de corrente dos díodos
- A ondulação de saída calculada é diferente Limite CM Flyback
Dentro da gama variável de tensão do barramento, o modo é crítico. (Conversão de frequência) Os mesmos passos e padrões de método que o projeto DCM.
Vantagens do BCM/DCM:
1) A perda de ligação do tubo de comutação primário é pequena.
2) A corrente de recuperação inversa do díodo do lado secundário é pequena.
3) O ruído de modo comum causado pela recuperação inversa é pequeno
4) O esforço de tensão do díodo é pequeno, pelo que devem ser selecionados dispositivos de baixa tensão.
Desvantagens do modelo BCM:
1) A perda de condução do tubo de comutação primário é grande.
2) A frequência muda, o filtro de modo diferencial tem de ser concebido de acordo com a frequência mais baixa. Os filtros de modo comum devem ser projectados para frequências mais elevadas.
Duas condições fazem com que as deficiências acima referidas deixem de ser importantes:
1) Com a melhoria dos dispositivos MOSFET, o Rdson está a ficar cada vez mais pequeno. Reduzir a proporção da perda de condução primária para a perda total.
2) O BCM reduz o modo comum causado pela recuperação inversa do díodo no lado secundário.
5. Conceção térmica
O tubo do interrutor necessita geralmente de um radiador, devendo ser aplicada uma junta isoladora e silicone de dissipação de calor entre o radiador e o tubo do interrutor.
Na conceção de fontes de alimentação comutadas de alta potência, as ventoinhas são geralmente instaladas para utilizar o arrefecimento por ar forçado.
6. Conceção da cablagem e EMI
Os pinos de cada componente, especialmente o condensador, devem ser tão curtos quanto possível, caso contrário o condensador terá um efeito de absorção fraco em frequências altas;
Os fios de interconexão através dos quais circulam grandes correntes devem ser grossos ou curtos;
Tente não formar um grande ciclo, caso contrário a interferência será demasiado grande e afectará a depuração.
A cablagem do circuito de controlo deve ser separada da cablagem do circuito de alimentação.
O chip de controlo e o transformador devem ser instalados com assentos para facilitar a desmontagem. Ao efetuar a cablagem, tenha em consideração a dissipação de calor e a conveniência dos testes. É limpo e arrumado, e cada módulo funcional é claro.
