Size 6 güç kaynağı tasarım becerisi öğretin
Flyback Güç Kaynağında 01 Ferrit Manyetik Amplifikatör
Her iki çıkışta da (her ikisi de ± yüzde 5 ile düzenlenen 5V 2A ve 12V 3A) gerçek güce sahip çift çıkışlı bir flyback kaynağı için, voltaj 12V'a ulaştığında sıfır yük durumuna geçer ve yüzde 5 sınırı içinde Ayarlanamaz. Doğrusal bir regülatör uygulanabilir bir çözümdür, ancak yüksek maliyeti ve verimlilik kaybı nedeniyle hala ideal değildir.
Önerdiğimiz çözüm, 12V çıkışında bir manyetik amplifikatör kullanmaktır, hatta bir geri dönüş topolojisi kullanılabilir. Maliyeti azaltmak için bir ferrit manyetik amplifikatör kullanılması önerilir. Bununla birlikte, ferrit manyetik amplifikatörün kontrol devresi, geleneksel dikdörtgen histerezis döngü malzemesinden (yüksek manyetik geçirgenliğe sahip malzeme) farklıdır. Ferritin kontrol devresi (D1 ve Q1), çıkışta gücü korumak için akımı düşürür. Bu devre tamamen test edilmiştir. Transformatör sargıları 5V ve 13V çıkış için tasarlanmıştır. Devre, 12V çıkışının ±yüzde ±5 regülasyonunu elde ederken -1W altı giriş gücü (5V 300mW ve 12V sıfır yük) bile elde edebilir.
02 Aşırı akım koruması sağlamak için mevcut ark levye devresini kullanın
5V 2A ve 12V 3A flyback beslemelerini göz önünde bulundurun. Bu güç kaynağının temel özelliklerinden biri, 12V çıkışı yüksüz veya çok hafif yüke ulaştığında 5V çıkışında aşırı güç korumasıdır (OPP). Her iki çıkış da ± yüzde 5 voltaj regülasyonu gereksinimi sunar.
Yaygın çözümler için, algılama dirençlerinin kullanılması çapraz düzenleme performansını düşürür ve sigortalar pahalıdır. Ancak, aşırı gerilim koruması (OVP) için levye devreleri artık mevcuttur. Bu devre, kısmi ark levye devresi kullanılarak elde edilebilen hem OPP hem de voltaj düzenleme gereksinimlerini karşılayabilir.
R1 ve VR1, 12V çıkışında, 12V çıkışı hafif yüklendiğinde 12V düzenlemesine izin veren aktif bir ön yük oluşturur. 5V çıkışı aşırı yük durumunda olduğunda, 5V çıkışındaki voltaj düşecektir. Sahte yükler çok fazla akım çeker. Bu büyük akımı algılamak için R1 boyunca bir voltaj düşüşü kullanılabilir. Q1 açılır ve OPP devresini tetikler.
03 Aktif şönt regülatörü ve ön yük
Geri dönüş, şu anda güç kaynağı ürünlerini hat voltajı AC'den düşük voltaj DC'ye anahtarlama alanında en popüler topolojidir. Bunun ana nedeni, transformatör sekonderine basitçe ek sargılar ekleyerek çoklu çıkış voltajları sağlamanın benzersiz maliyet etkinliğidir.
Tipik olarak geri bildirim, en sıkı çıktı toleransı gereksinimlerine sahip çıktıdan gelir. Bu çıktı daha sonra diğer tüm ikincil sargılar için volt başına dönüşleri tanımlar. Kaçak endüktans etkileri nedeniyle, özellikle belirli bir çıkış yüksüzse veya diğer çıkışlar tamamen yüklü olduğundan çok hafif yüklenmişse, çıkışlar her zaman istenen çıkış voltajı çapraz düzenlemesini elde edemez.
Bu gibi durumlarda çıkıştaki voltajın yükselmesini önlemek için post-regülatör veya yapay yük kullanılabilir. Bununla birlikte, post-regülatörlerin veya sahte yüklerin artan maliyeti ve azalan verimliliği nedeniyle, özellikle son yıllarda birçok tüketici uygulamasında yüksüz ve/veya bekleme giriş gücü tüketimi için yeterince çekici olmamışlardır. Giderek daha sıkı hale gelen yasal gereklilikler koşullarında, bu tasarım ihmal edilmeye başlandı. Şekil 3'te gösterilen aktif şönt regülatör, yalnızca voltaj düzenleme problemini çözmekle kalmaz, aynı zamanda maliyet ve verimlilik etkisini de en aza indirir.
Devre şu şekilde çalışır: Her iki çıkış da regülasyondayken, Q4 ve Q1'i kapalı tutan direnç bölücü R14 ve R13 ön gerilim transistörü Q5. Bu çalışma koşulları altında, Q5'ten geçen akım, 5V çıkışında küçük bir ön yük görevi görür.
5V çıkış ile 3,3V çıkış arasındaki standart fark 1,7V'tur. Yük, 5V çıkışından gelen yük akımında eşit bir artış olmaksızın 3,3V çıkışından ek akım gerektirdiğinde, çıkış voltajı 3,3V çıkışına kıyasla artacaktır. Yaklaşık 100 mV'den fazla bir voltaj farkı ile Q5, Q4 ve Q1'i açarak ve akımın 5V çıkışından 3,3V çıkışına akmasına izin vererek bastırılacaktır. Bu akım 5V çıkışındaki voltajı düşürerek iki çıkış arasındaki voltaj farkını azaltır.
Q1'deki akım miktarı, iki çıkıştaki voltaj farkı tarafından belirlenir. Bu nedenle devre, 3,3 V çıkışın tamamen yüklendiği ve 5 V çıkışın yüksüz olduğu en kötü durum senaryosunda bile yüklerinden bağımsız olarak her iki çıkışı da regüle edebilir. Tasarımdaki Q5 ve Q4, her bir transistördeki VBE sıcaklık değişimleri birbirini iptal ettiğinden sıcaklık kompanzasyonu sağlar. D8 ve D9 diyotları gerekli değildir, ancak Q1'de güç dağılımını azaltmak için kullanılabilir ve tasarıma bir ısı emici ekleme ihtiyacını ortadan kaldırır.
Devre, yalnızca iki voltaj arasındaki bağıl farka yanıt verir ve tam ve hafif yük koşullarında büyük ölçüde etkin değildir. Şönt regülatörü 5V çıkışından 3,3V çıkışına bağlandığından devre, topraklanmış şönt regülatöre kıyasla aktif dağılımı yüzde 66 oranında azaltabilir. Sonuç, tam yükte yüksek verimlilik ve hafif yükten yüksüz duruma kadar düşük güç tüketimidir.
04 StackFET Kullanarak Yüksek Gerilim Giriş Anahtarlamalı Güç Kaynağı
Üç fazlı AC ile çalışan endüstriyel ekipman, genellikle analog ve dijital devreler için düzenlenmiş düşük voltajlı DC sağlayabilen bir yardımcı güç aşaması gerektirir. Bu tür uygulamalara örnek olarak endüstriyel sürücüler, UPS sistemleri ve enerji sayaçları verilebilir.
Bu tür bir güç kaynağının teknik özellikleri, standart hazır anahtarlar için gerekli olanlardan çok daha sıkıdır. Bu uygulamalarda yalnızca giriş voltajları daha yüksek olmakla kalmaz, aynı zamanda endüstriyel ortamlardaki üç fazlı uygulamalar için tasarlanmış ekipmanın da çok geniş dalgalanmaları tolere etmesi gerekir—uzun süreli düşüş süreleri, güç dalgalanmaları ve ara sıra bir veya daha fazla fazın kaybı dahil. Ayrıca, bu yardımcı kaynaklar için belirtilen giriş voltajı aralığı 57 VAC ila 580 VAC kadar geniş olabilir.
Bu kadar geniş bir anahtarlamalı güç kaynağı tasarlamak, özellikle yüksek voltajlı MOSFET'lerin yüksek maliyeti ve geleneksel PWM kontrol döngülerinin dinamik aralığının sınırlandırılması nedeniyle zor olabilir. StackFET teknolojisi, ucuz 600V anma düşük voltajlı MOSFET'lerin ve Power Integrations'ın entegre güç kaynağı denetleyicilerinin kombinasyonuna izin vererek, geniş bir giriş voltajı aralığında çalışabilen anahtarlamalı güç kaynaklarının basit ve ucuz tasarımına olanak tanır.
Devre şu şekilde çalışır: Devrenin girişindeki akım üç fazlı üç telli veya dört telli bir sistemden veya hatta tek fazlı bir sistemden gelebilir. Üç fazlı doğrultucu, D1-D8 diyotlarından oluşur. Dirençler R1-R4 ani akım sınırlaması sağlar. Sigortalı dirençler kullanılırsa, bu dirençler bir arıza anında ayrı bir sigortaya ihtiyaç duymadan güvenli bir şekilde ayrılabilir. Pi filtresi, doğrultulmuş DC gerilimini filtrelemek için C5, C6, C7, C8 ve L1'den oluşur.
Dirençler R13 ve R15, giriş filtresi kondansatörleri arasındaki voltajı dengelemek için kullanılır. Entegre anahtarın (U1) içindeki MOSFET açıldığında, Q1'in kaynağı aşağı çekilecek, R6, R7 ve R8 geçit akımı sağlayacak ve VR1'den VR3'e bağlantı kapasitansı Q1'i açacaktır. Zener diyodu VR4, Q1'e uygulanan geçit kaynağı voltajını sınırlamak için kullanılır. U1'deki MOSFET kapalı olduğunda, U1'in maksimum boşaltma gerilimi VR1, VR2 ve VR3'ten oluşan 450 V'luk bir kenetleme ağı tarafından kenetlenir. Bu, U1'in drenaj voltajını yaklaşık 450 V ile sınırlar.
Q1'e bağlı sargının ucundaki herhangi bir ek voltaj Q1'e uygulanacaktır. Bu tasarım, toplam düzeltilmiş giriş DC voltajını ve geri dönüş voltajını Q1 ve U1 arasında verimli bir şekilde dağıtır. Direnç R9, anahtarlama sırasında yüksek frekanslı salınımları sınırlamak için kullanılır ve geri dönüş aralığı sırasında kaçak endüktans nedeniyle primerdeki tepe voltajı sınırlamak için VR5, D9 ve R10 kelepçe ağı kullanılır.
Çıkış düzeltmesi D1 tarafından sağlanır. C2 çıkış filtresidir. L2 ve C3, çıkışta anahtarlama dalgalanmasını azaltmak için ikincil bir filtre oluşturur.
Çıkış voltajı, optokuplör diyodu ve VR6 üzerindeki toplam voltaj düşüşünü aştığında VR6 açılır. Çıkış voltajındaki bir değişiklik, U2'deki optokuplör diyottan geçen akım akışında bir değişikliğe neden olur ve bu da U2B'deki transistörden geçen akım akışını değiştirir. Bu akım, U1'in FB pin eşik akımını aştığında, bir sonraki döngü engellenir. Çıkış regülasyonu, etkinleştirme ve devre dışı bırakma döngülerinin sayısını kontrol ederek elde edilebilir. Bir anahtarlama döngüsü açıldığında, akım U1'in dahili akım limitine yükseldiğinde döngü sona erer. R11, geçici yükler sırasında optokuplörden geçen akımı sınırlamak ve geri besleme döngüsünün kazancını ayarlamak için kullanılır. Direnç R12, Zener diyot VR6'yı yönlendirmek için kullanılır.
IC U1 (LNK 304), devrenin geri besleme sinyali kaybına, çıkışta kısa devreye ve aşırı yüke karşı korunması için yerleşik işlevlere sahiptir. U1'e doğrudan DRAIN piminden güç verildiği için, transformatörde ek öngerilim sargısı gerekmez. C4, dahili besleme dekuplajını sağlamak için kullanılır.
05 İyi bir doğrultucu diyot seçimi, AC/DC dönüştürücülerdeki EMI filtre devrelerini basitleştirebilir ve maliyetini azaltabilir
Bu devre, AC/DC dönüştürücülerdeki EMI filtre devrelerini basitleştirebilir ve maliyetini azaltabilir. Bir AC/DC güç kaynağını EMI uyumlu hale getirmek için X ve Y kapasitörleri gibi çok sayıda EMI filtre bileşeninin kullanılması gerekir. AC/DC güç kaynakları için standart giriş devreleri, giriş voltajını (tipik olarak 50-60 Hz) düzeltmek için bir köprü doğrultucu içerir. Bu, düşük frekanslı bir AC giriş gerilimi olduğundan, 1N400X serisi diyotlar gibi standart diyotlar da kullanılabilir, çünkü bunlar en ucuzudur.
Bu filtre cihazları, güç kaynağı tarafından üretilen EMI'yi yayınlanan EMI limitlerine uyacak şekilde azaltmak için kullanılır. Ancak, EMI kaydetmek için kullanılan ölçümler yalnızca 150 kHz'de başladığından ve AC hat voltajı frekansı yalnızca 50 veya 60 Hz olduğundan, köprü doğrultucularda kullanılan standart diyotların (bkz. Şekil 5-1) ters toparlanma süresi nispeten yavaş. uzun ve genellikle doğrudan EMI üretimi ile ilgili değildir.
Bununla birlikte, geçmişteki giriş filtresi devreleri, düşük frekanslı giriş voltajının doğrultulmasından kaynaklanan herhangi bir yüksek frekanslı dalga biçimini bastırmak için bazen köprü doğrultucuya paralel kapasitörler içeriyordu.
Köprü doğrultucuda hızlı geri kazanım diyotları kullanılıyorsa bu kapasitörlere gerek yoktur. Bu diyotlar üzerindeki voltaj tersine dönmeye başladığında, çok hızlı bir şekilde toparlanırlar (bkz. Şekil 5-2). Bu, müteakip yüksek frekanslı kapatma çıtçıtlarını ve EMI'yi azaltarak AC giriş hattındaki kaçak hat endüktif uyarımını azaltır. Her yarım döngüyü 2 diyot iletebildiğinden, 4 diyottan sadece 2'sinin hızlı kurtarma türleri olması gerekir. Aynı şekilde, her yarım çevrimi yürüten iki diyottan sadece birinin hızlı toparlanma özelliğine sahip olması gerekir.
Giriş voltajı ve akım dalga formları, ters toparlanmanın sonunda diyot kopmasını gösterir.
06 Düşük Maliyetli Çıktıları Devre Dışı Bırakmak ve Mevcut Ani Artışları Kontrol Etmek İçin Yumuşak Başlatmayı Kullanın
Sıkı bekleme gücü özelliklerini karşılamak için, bazı çok çıkışlı güç kaynakları, bekleme sinyali etkinken çıkışı kesmek üzere tasarlanmıştır.
Tipik olarak bu, bir seri bypass bipolar transistörü (BJT) veya MOSFET'i kapatarak gerçekleştirilir. Düşük akım çıkışları için, güç trafosu transistörler boyunca ekstra voltaj düşüşü düşünülerek tasarlanmışsa, BJT'ler MOSFET'lere göre uygun ve daha az maliyetli bir alternatif olabilir.
