С развитием и инновациями в области силовой электроники, технология импульсных источников питания также постоянно совершенствуется. В настоящее время импульсные источники питания широко используются практически во всех электронных устройствах благодаря своим небольшим размерам, малому весу и высокой эффективности. Это незаменимый метод электропитания для быстрого развития современной электронной информационной индустрии.
Современные импульсные источники питания бывают двух типов: один - импульсный источник постоянного тока, другой - импульсный источник переменного тока.
Здесь представлен только импульсный источник питания постоянного тока. Его функция заключается в преобразовании исходного источника питания (грубого питания) с низким качеством, например, сетевого питания или питания от аккумулятора, в постоянное напряжение более высокого качества, соответствующее требованиям оборудования. Основу импульсного источника питания постоянного тока составляет DC/DC-преобразователь.
Поэтому классификация импульсных источников питания постоянного тока основывается на классификации DC/DC-преобразователей. Другими словами, классификация импульсных источников питания постоянного тока в основном совпадает с классификацией DC/DC-преобразователей. Классификация DC/DC-преобразователей по сути является классификацией импульсных источников питания постоянного тока.
Импульсный источник питания состоит из четырех основных частей: главной схемы, схемы управления, схемы обнаружения и вспомогательного источника питания.
1. Главная цепь
Ограничение пускового тока: Ограничение пускового тока на входе в момент включения питания.
Входной фильтр: Его функция заключается в фильтрации помех, существующих в электросети, и предотвращении возврата помех, генерируемых машиной, в электросеть.
Выпрямление и фильтрация: прямое выпрямление переменного тока сети в более плавный постоянный ток.
Инвертор: преобразует выпрямленный постоянный ток в высокочастотный переменный ток, который является основной частью высокочастотного импульсного источника питания.
Выпрямление и фильтрация выходного сигнала: Обеспечивают стабильное и надежное питание постоянным током в соответствии с потребностями нагрузки.
2. Схема управления
С одной стороны, с выходного терминала снимаются образцы, сравниваются с заданным значением, а затем инвертор управляется, изменяя ширину или частоту импульсов для стабилизации выходного сигнала. С другой стороны, на основе данных, полученных от тестовой схемы и идентифицированных схемой защиты, она обеспечивает Схема управления выполняет различные меры защиты источника питания.
3. Схема обнаружения
Обеспечивает различные параметры работы и различные данные приборов в цепи защиты.
4. Вспомогательный источник питания
Реализован программный (дистанционный) запуск источника питания для обеспечения питания схемы защиты и схемы управления (ШИМ и другие микросхемы).
Вот несколько классических ответов о импульсных источниках питания:
1. Если в трансформаторе импульсного источника питания вместо эмалированного провода используется медная лента, как рассчитать ток, пропускаемый через нее? Например, для медной ленты толщиной 0,1 мм как рассчитать ток, пропускаемый через нее?
Ответ эксперта: Если в импульсном трансформаторе источника питания вместо эмалированных проводов используются медные полосы, потери вихревых токов в медных полосах (эмалированных проводах) могут быть значительно снижены, а рабочая частота соответственно увеличена, но потери постоянного тока останутся практически неизменными. Плотность тока, пропускаемого через медные полоски, обычно не должна превышать 4,5 А/мм². Плотность тока равна силе тока, деленной на площадь поперечного сечения проводника, которая равна толщине (0,1 мм), умноженной на ширину (ширина медной полосы).
2. Являются ли цепь переменного тока выключателя питания и цепь переменного тока выпрямителя наиболее вероятными источниками электромагнитных помех?
Ответ эксперта: Наиболее серьезным местом, где электромагнитные помехи генерируются импульсным источником питания, является цепь, состоящая из первичной и вторичной обмоток импульсного трансформатора. Однако его помехи будут вызывать радиационные и кондукционные помехи в других цепях за счет индукции. Наиболее серьезным местом для помех проводимости и радиационных помех является шнур питания, поскольку шнур питания может легко стать антенной полуволнового генератора источника излучения. Кроме того, он подключен к внешним линиям и может легко передавать сигналы помех другим устройствам. Поэтому линия питания должна быть эффективно изолирована на входе импульсного источника питания.
3. Каковы конкретные методы снижения повышения температуры трансформатора?
Ответ эксперта: Один из способов уменьшить повышение температуры трансформатора - уменьшить значение максимального приращения магнитного потока (Bm) сердечника трансформатора, потому что потери в сердечнике трансформатора (потери на гистерезис и потери на вихревые токи) пропорциональны квадрату плотности магнитного потока. Пропорционально; другой - уменьшить рабочую частоту импульсного источника питания, потому что потери сердечника трансформатора (потери на гистерезис и потери на вихревые токи) пропорциональны рабочей частоте; другой - уменьшить потери в катушке, потери в катушке (в основном потери на вихревые токи), потери на вихревые токи и потери на скин-эффект в катушке также пропорциональны рабочей частоте. Чтобы уменьшить потери постоянного тока в катушке, необходимо уменьшить плотность тока в проводе. Как правило, плотность тока в эмалированном проводе не может превышать 4,5 А/кв. мм.
4. Как изменяется рабочий цикл импульсного источника питания flyback?
Ответ эксперта: Рабочий цикл импульсного источника питания flyback в основном определяется входным напряжением и выдерживаемым напряжением лампы импульсного источника питания. При изменении входного напряжения рабочий цикл также будет меняться. Например, при входном напряжении AC260V, если выдерживаемое напряжение трубки импульсного источника питания составляет 650V, рабочий цикл равен 0,306; при входном напряжении AC170V, рабочий цикл составляет около 0,5; когда входное напряжение ниже AC170V, рабочий цикл Соотношение больше 0,5. Но как бы ни менялось входное напряжение, импульсный источник питания будет увеличивать значение выходного напряжения для стабилизации (или изменения) путем изменения рабочего цикла.
5. В чем основное различие между прямым и обратным ходом?
Ответ эксперта: Блок питания с прямым включением означает, что при включении трубки-переключателя блок питания выдает мощность на ответственное лицо, но при выключении мощность не выдается. С импульсным блоком питания flyback все наоборот. Когда выключатель питания включен, он только накапливает энергию в трансформаторе и не выдает мощность на нагрузку. Он выдает мощность на нагрузку только при выключенном выключателе. Выходное напряжение прямого импульсного источника питания - это среднее значение выпрямленного выходного напряжения, а выходное напряжение обратного импульсного источника питания - это среднее значение полуволны выпрямленного выходного напряжения. Фазы двух выходных напряжений абсолютно противоположны.
6. Можете ли вы подробно рассказать о дизайне петель?
Ответ эксперта: Коэффициент усиления петли обратной связи не является ни большим, ни лучшим, ни меньшим. Если коэффициент усиления цепи обратной связи слишком высок, выходное напряжение будет двигаться вперед-назад вокруг среднего значения, и выходное напряжение будет сильно колебаться. Чем выше коэффициент усиления, тем больше амплитуда колебаний. В тяжелых случаях возникает осцилляция; при слишком низком коэффициенте усиления контура обратной связи выходное напряжение будет нестабильным, поскольку напряжение не сможет отслеживаться должным образом, и возникнет ошибка гистерезиса.
Чтобы стабилизировать выходное напряжение без колебаний, контур обратной связи обычно разделяют на три контура. Одна петля используется для определения величины дифференциального коэффициента усиления, другая - для определения величины интегрального коэффициента усиления, а третья - для определения величины коэффициента усиления по постоянному току. Это делается для того, чтобы при малом сигнале ошибки коэффициент усиления контура был большим, а при большом сигнале ошибки коэффициент усиления контура становился малым, то есть коэффициент усиления усилителя ошибки был динамическим. Тщательно отрегулировав коэффициенты усиления этих трех контуров обратной связи, можно добиться стабильной работы импульсного источника питания без осцилляций.
7. Как свести к минимуму МОП переключателя питания flyback? Особенно в жестких условиях переключения.
Ответ эксперта: Уменьшите рабочий цикл, но если рабочий цикл слишком мал, эффективность работы источника питания значительно снизится, а диапазон регулировки напряжения также уменьшится.
8. Какая доля потерь в медной фольге приходится на потери мощности?
Ответ эксперта: Очень мало. Если потери в медной фольге велики, температура на медной фольге будет расти очень быстро. Если она превысит 80 градусов, краска на медной фольге пожелтеет. Но это эквивалентно потерям металлического пленочного резистора мощностью от 1 до 3 Вт при том же повышении температуры.
9. Что вызывает проблему больших и малых форм волны?
У меня есть блок питания, и выходной драйвер работает нормально, когда напряжение составляет AC85-120V. Когда напряжение изменяется до 120-150 В, драйвер имеет мелкие и крупные пульсации, и выходной ток значительно падает. Когда напряжение снова увеличилось до 150-265 В, частота волны драйвера стала совершенно неправильной, и выходной ток также стал неправильным.
Ответ эксперта: Такая ситуация возникнет, если в схеме привода используется конденсатор или трансформатор для вывода сигнала, поскольку, когда конденсатор или трансформатор передает форму волны (сигнал), сигнал не может содержать компонент постоянного тока. Если он содержит постоянную составляющую, форма выходного сигнала будет сильно искажена. Только если рабочий цикл выходного сигнала приводной цепи составляет 0,5, форма выходного сигнала не искажается. Если рабочий цикл слишком велик или слишком мал, искажения будут иметь место.
10. Я хотел бы спросить о выборе выпрямительного моста. Какой тип выпрямительного моста следует выбрать для разных мощностей?
Еще один момент: я сделал блок питания мощностью 30 Вт и использовал выпрямительный мост 3A700V. Я обнаружил, что выпрямительный мост очень сильно нагревается. Температура достигала более 60 градусов в течение нескольких минут. Каковы причины того, что выпрямительный мост нагревается?
Ответ эксперта: Выбор выпрямительного диода в основном определяется тремя параметрами: током, протекающим через выпрямительный диод, выдерживаемым напряжением и рабочей частотой. При проектировании параметров схемы ток, протекающий через выпрямительный диод, обычно может принимать только номинальное значение (одна треть от значения при 25°C), поскольку рабочая температура, протекающая через выпрямительный диод, может подниматься выше 80°C. Если скорость включения и выключения выпрямительного диода очень низкая, то при обратном напряжении он все равно будет проводить ток в течение некоторого времени, то есть обратный ток будет очень большим, поэтому выпрямительный диод также будет выделять тепло. Нагрев вашего выпрямительного моста может относиться к последней ситуации.
11. Как начать работу с проектированием и компенсацией контуров обратной связи? Надеюсь, преподаватель ответит терпеливо.
Ответ эксперта: Коэффициент усиления петли обратной связи не может быть ни больше, ни лучше, ни меньше. Если коэффициент усиления цепи обратной связи слишком велик, выходное напряжение будет колебаться вокруг среднего значения. Чем выше коэффициент усиления, тем больше амплитуда колебаний. В тяжелых случаях возникают колебания; при слишком низком коэффициенте усиления контура обратной связи выходное напряжение будет колебаться нестабильно. Чтобы стабилизировать выходное напряжение без колебаний, контур обратной связи обычно разделяют на три контура. Один контур используется для определения величины дифференциального коэффициента усиления, другой - для определения величины интегрального коэффициента усиления, а третий - для определения величины коэффициента усиления по постоянному току. Тщательно отрегулировав коэффициенты усиления этих трех контуров обратной связи, можно добиться стабильной работы импульсного источника питания без осцилляций.
12. В последнее время эффективность DC TO DC немного снизилась. Как решить эту проблему?
Ответ эксперта: Уменьшите рабочую частоту или замените трубку силового переключателя на высокоскоростную. Кроме того, можно увеличить размер трансформатора и уменьшить значение максимальной плотности магнитного потока (Bm), то есть изменить первичную обмотку переключающего трансформатора. Число витков увеличивается, поскольку потери на гистерезис и вихревые токи в переключающем трансформаторе пропорциональны рабочей частоте и пропорциональны квадрату приращения максимальной плотности потока.
13. Здравствуйте, учитель, как вы рассчитываете минимальное постоянное напряжение? Я просмотрел несколько вариантов, но не смог найти тот, который подходит мне больше всего.
Ответ эксперта: Я не совсем понимаю, что вы имеете в виду под "минимальным напряжением постоянного тока"? Если это минимальное входное постоянное напряжение импульсного источника питания, то оно, как правило, может быть рассчитано на основе минимального входного переменного напряжения. Например, если минимальное входное переменное напряжение составляет AC100V (эффективное значение), то преобразованное минимальное входное постоянное напряжение составит примерно 120V (среднее значение). Поскольку максимальное значение после выпрямления и фильтрации составляет 140 В, минимальное значение равно 100 В, а среднее значение равно 120 В.
Если минимальное напряжение постоянного тока - это напряжение положительной обратной связи транзисторного импульсного источника питания с самовозбуждением, то это напряжение лучше всего выбрать в 2 раза больше рабочего напряжения при включенном транзисторе, оставив 1 раз в качестве регулируемого запаса. Если минимальное постоянное напряжение является минимальным рабочим напряжением цепи управления полевым транзистором, то минимальное рабочее напряжение не может быть меньше 16 В, поскольку напряжение управления, необходимое для глубокого насыщения мощных полевых транзисторов, превышает 12 В (предпочтительно 20 В).
14. Здравствуйте, учитель, на выходной стороне флайбэк-трансформаторного блока питания, который я сделал, есть заусенцы, и частота заусенцев совпадает с частотой переключения первичной обмотки. Как я могу устранить заусенцы?
Ответ эксперта: Небольшой индуктор подключен последовательно между вторичной обмоткой выпрямителя и конденсатором фильтра, но индуктор не может насытиться, когда через него течет постоянный ток. Магнитная цепь этого индуктора не может быть замкнута, поэтому необходимо оставить большой воздушный зазор.
15. Здравствуйте, учитель! Как оптимизировать частоту переключения flyback источника питания? Как оптимизировать настройку напряжения обратного хода VOR, и при каких обстоятельствах это наиболее целесообразно? Спасибо! Как оптимизировать расчет коэффициента трансформации? Спасибо.
Ответ эксперта: Выбор рабочей частоты импульсного источника питания flyback в основном связан с эффективностью работы и размером импульсного источника питания, а эффективность работы импульсного источника питания в основном связана с потерями (гистерезисные потери и потери на вихревые токи) в трубке импульсного источника питания и импульсном трансформаторе. Потери обоих пропорциональны частоте. Потери трубки импульсного источника питания в основном состоят из потерь при включении (потери при включении) и потерь при выключении (потери при выключении). Чем дольше время включения и выключения импульсного блока питания, тем больше эти две потери.
Как правило, время включения и выключения мощных импульсных источников питания намного больше, чем у маломощных, поэтому рабочая частота мощных импульсных источников питания обычно ниже. При рассмотрении эффективности работы импульсного источника питания лучше всего учитывать размер и стоимость импульсного источника питания.
Более целесообразно выбрать рабочий КПД около 80%. В это время потери импульсной лампы источника питания составляют около 50% от общих потерь, потери импульсного трансформатора составляют около 30% от общих потерь, а потери остальных цепей составляют около 50% от общих потерь. 20%. Коэффициент трансформации переключающего трансформатора зависит от соотношения входного и выходного напряжений, а также от рабочего цикла импульсного источника питания.
16. Здравствуйте преподаватель! Как задать начальный пиковый ток IP и напряжение обратного хода VOR, а также оптимальный рабочий цикл источника обратного хода, спасибо!
Ответ эксперта: Величина обратного напряжения, генерируемого первичной и вторичной обмотками импульсного источника питания flyback, зависит от рабочего цикла импульсного источника питания и входного напряжения. При выборе рабочего цикла импульсного источника питания необходимо учитывать. Сумма пикового значения обратного напряжения, генерируемого первичной и вторичной катушками, и рабочего напряжения (входного напряжения) не может превышать 0,7-кратное значение выдерживаемого напряжения Bvmax трубки силового переключателя. В соответствии с этим условием (Bvmax), максимальное входное напряжение импульсного источника питания с обратной связью может быть рассчитано по максимальному рабочему циклу Dmax. Например, для силового переключателя с Bvmax 650 В, когда входное напряжение составляет AC260 В, его рабочий цикл может быть выбран только около 0,306.
17. Здравствуйте, учитель! Как оптимизировать частоту переключения flyback источника питания? Как оптимизировать настройку напряжения обратного хода VOR, и при каких обстоятельствах это наиболее целесообразно? Спасибо! Как оптимизировать расчет коэффициента трансформации?
Ответ эксперта: Выбор рабочей частоты импульсного источника питания flyback в основном связан с эффективностью работы импульсного источника питания, а эффективность работы импульсного источника питания в основном связана с потерями (гистерезисные потери и потери на вихревые токи) в трубке импульсного источника питания и импульсном трансформаторе. Обе потери пропорциональны частоте. Потери трубки импульсного источника питания в основном состоят из потерь при включении (потери при включении) и потерь при выключении (потери при выключении). Чем дольше время включения и выключения импульсного блока питания, тем больше эти две потери.
Как правило, время включения и выключения мощных импульсных источников питания намного больше, чем у маломощных импульсных источников питания, поэтому рабочая частота мощных импульсных источников питания обычно ниже. При рассмотрении рабочего КПД импульсного источника питания, учитывая размеры и стоимость импульсного источника питания, лучше выбрать рабочий КПД около 80%. На данный момент потери в трубке импульсного источника питания составляют около 50% от общих потерь. Потери в импульсном трансформаторе составляют примерно 30% от общих потерь, а потери в остальных цепях составляют примерно 20% от общих потерь. Коэффициент витков переключающего трансформатора связан с соотношением входного и выходного напряжений, а также с рабочим циклом импульсного источника питания.
18. Здравствуйте, учитель, на выходной стороне флайбэк-трансформаторного блока питания, который я сделал, есть заусенцы, и частота заусенцев совпадает с частотой переключения первичной обмотки. Как я могу устранить заусенцы?
Ответ эксперта: Небольшой индуктор подключен последовательно между вторичной обмоткой выпрямителя и конденсатором фильтра, но индуктор не может насытиться, когда через него течет постоянный ток. Магнитная цепь этого индуктора не может быть замкнута, поэтому необходимо оставить большой воздушный зазор.
19. Здравствуйте преподаватель, как вы рассчитываете минимальное постоянное напряжение? Я просмотрел несколько вариантов, но не могу найти наиболее подходящий?
Ответ эксперта: Я не совсем понимаю, что вы имеете в виду под "минимальным напряжением постоянного тока"? Если это минимальное входное постоянное напряжение импульсного источника питания, то оно, как правило, может быть рассчитано на основе минимального входного переменного напряжения. Например, если минимальное входное переменное напряжение составляет AC100V (эффективное значение), то преобразованное минимальное входное постоянное напряжение составит примерно 120V (среднее значение). Поскольку максимальное значение после выпрямления и фильтрации составляет 140 В, минимальное значение равно 100 В, а среднее значение равно 120 В.
Если минимальное напряжение постоянного тока - это напряжение положительной обратной связи транзисторного импульсного источника питания с самовозбуждением, то это напряжение лучше всего выбрать в 2 раза больше рабочего напряжения при включенном транзисторе, оставив 1 раз в качестве регулируемого запаса. Если минимальное постоянное напряжение является минимальным рабочим напряжением цепи управления полевым транзистором, то минимальное рабочее напряжение не может быть меньше 16 В, поскольку напряжение управления, необходимое для глубокого насыщения мощных полевых транзисторов, превышает 12 В (предпочтительно 20 В).
20. В последнее время эффективность DC TO DC немного снизилась. Как решить эту проблему?
Ответ эксперта: Уменьшите рабочую частоту или замените трубку силового коммутатора на высокоскоростную коммутационную трубку. Кроме того, можно увеличить размер трансформатора и уменьшить значение максимальной плотности магнитного потока (Bm), то есть изменить первичную обмотку переключающего трансформатора. Количество витков увеличивается, поскольку потери на гистерезис и вихревые токи переключающего трансформатора пропорциональны рабочей частоте и пропорциональны квадрату приращения максимальной плотности потока.
21. Вопрос: Как начать работу с проектированием и компенсацией контуров обратной связи? Надеюсь, преподаватель ответит терпеливо.
Ответ эксперта: Коэффициент усиления петли обратной связи не может быть ни больше, ни лучше, ни меньше. Если коэффициент усиления цепи обратной связи слишком велик, выходное напряжение будет колебаться вокруг среднего значения. Чем выше коэффициент усиления, тем больше амплитуда колебаний. В тяжелых случаях возникают колебания; при слишком низком коэффициенте усиления контура обратной связи выходное напряжение будет колебаться нестабильно. Чтобы стабилизировать выходное напряжение без колебаний, контур обратной связи обычно разделяют на три контура. Один контур используется для определения величины дифференциального коэффициента усиления, другой - для определения величины интегрального коэффициента усиления, а третий - для определения величины коэффициента усиления по постоянному току. Тщательно отрегулировав коэффициенты усиления этих трех контуров обратной связи, можно добиться стабильной работы импульсного источника питания без осцилляций.
