Anahtarlamalı güç kaynağı tasarımında donanım uzmanının deneyimi
Anahtarlamalı güç kaynakları izoleli ve izolesiz olmak üzere ikiye ayrılır. Burada esas olarak izole anahtarlamalı güç kaynaklarının topolojisinden bahsediyoruz. Aşağıda, aksi belirtilmediği sürece hepsi izole edilmiş güç kaynaklarına atıfta bulunmaktadır. İzole güç kaynakları, farklı yapısal biçimlerine göre ileri ve geri dönüş olmak üzere iki kategoriye ayrılabilir. Geri dönüş, transformatörün birincil tarafı açıldığında ikincil tarafın kapatıldığı ve transformatörün enerji depoladığı anlamına gelir. Birincil taraf kesildiğinde, ikincil taraf açılır ve yükün çalışma durumuna enerji salınır. Genel olarak, geleneksel flyback güç kaynağında daha fazla tek tüp bulunur ve çift tüp yaygın değildir. İleri tip, transformatörün birincil tarafı açıldığında, ikincil tarafın karşılık gelen voltajı indüklediği ve bunu yüke verdiği ve enerjinin doğrudan transformatör aracılığıyla iletildiği anlamına gelir. Spesifikasyonlara göre, tek borulu ileri ve çift borulu ileri dahil olmak üzere geleneksel ileriye ayrılabilir. Hem yarım köprü hem de köprü devreleri ileri devrelerdir.
Forward ve flyback devrelerinin kendine has özellikleri vardır ve devre tasarımı sürecinde en iyi maliyet performansını elde etmek için esnek bir şekilde kullanılabilirler. Genel olarak, geri dönüş tipi, düşük güç durumlarında kullanılabilir. Biraz daha büyük olan, tek tüplü bir ileri devre kullanabilir, orta güç, çift tüplü bir ileri devre veya yarım köprü devresi kullanabilir ve düşük voltaj için bir itme-çekme devresi kullanılabilir; yarım köprü. Yüksek güç çıkışı için genellikle bir köprü devresi kullanılır ve düşük voltaj için bir itme-çekme devresi de kullanılabilir.
Basit yapısı nedeniyle, geri dönüş güç kaynağı, transformatörle yaklaşık aynı boyutta bir endüktans tasarrufu sağlar ve küçük ve orta güç kaynaklarında yaygın olarak kullanılır. Bazı tanıtımlarda flyback güç kaynağının gücünün ancak on watt'lara çıkabileceğinden bahsediliyor ve çıkış gücü 100 watt'ı geçerse bir avantajı yok, fark edilmesi zor. Genel olarak böyle olduğunu düşünüyorum ama genelleme yapamam. PI şirketinin TOP çipi 300 watt'a ulaşabilir. Flyback güç kaynağının binlerce vata ulaşabileceğini anlatan makaleler var ama ben gerçeğini görmedim. Çıkış gücü, çıkış voltajı seviyesi ile ilgilidir.
Flyback güç kaynağı trafosunun kaçak endüktansı çok kritik bir parametredir. Flyback güç kaynağı, enerjiyi depolamak için transformatöre ihtiyaç duyduğundan, transformatörün demir çekirdeğinden tam olarak faydalanmak için, genellikle manyetik devrede bir hava boşluğu gerekir. Amaç, demir çekirdeğin histerezisini değiştirmektir Döngünün eğimi, transformatörün, demir çekirdek doymuş doğrusal olmayan bir duruma girmeden büyük darbe akımlarının etkisine dayanmasını sağlar. Manyetik devredeki hava boşluğu yüksek relüktans durumundadır ve manyetik devredeki manyetik akı kaçağı, tamamen kapalı bir manyetik devredekinden çok daha fazladır. .
Transformatörün birincil kutupları arasındaki bağlantı da kaçak endüktansın belirlenmesinde önemli bir faktördür. Birincil kutup bobinlerini mümkün olduğu kadar yakın yapmak için sandviç sargı yöntemi kullanılabilir, ancak bu, transformatörün dağıtılmış kapasitansını artıracaktır. Sızıntı endüktansını azaltmak için mümkün olduğu kadar nispeten uzun pencereli demir çekirdeği seçin. Örneğin, EE, EF, EER ve PQ tipi manyetik çekirdeklerin kullanılmasının etkisi, EI tipinden daha iyidir.
Geri dönüş güç kaynağının görev döngüsü ile ilgili olarak, prensipte geri dönüş güç kaynağının maksimum görev döngüsü {{0}}.5'ten az olmalıdır, aksi takdirde döngünün telafi edilmesi kolay değildir ve istikrarsız olabilir, ancak Amerikan PI şirketi tarafından piyasaya sürülen TOP serisi yongalar gibi bazı istisnalar vardır. Görev döngüsünün 0,5'ten büyük olması koşuluyla çalışabilir. Görev döngüsü, transformatörün birincil ve ikincil taraflarının dönüş oranı ile belirlenir. Flyback yapma konusundaki düşüncem öncelikle yansıyan gerilimi belirlemek (çıkış gerilimi trafonun kuplajından primer tarafın gerilim değerine yansır) ve yansıyan gerilim belli bir gerilim aralığında artar. Çalışma görev döngüsü artar ve anahtarlama borusu kaybı azalır. Yansıtılan voltaj düştükçe, çalışma görev döngüsü azalır ve anahtarlama tüpünün kaybı artar. Tabii bunun da bir önkoşulu var. Görev döngüsü arttığında, çıkış diyodunun iletim süresinin kısaldığı anlamına gelir. Çıkışı sabit tutmak için, çıkış kondansatörünün deşarj akımı tarafından daha sık garanti edilecek ve çıkış kondansatörü daha yüksek frekanslara dayanacaktır. Dalgalanma akımı, birçok koşulda izin verilmeyen ısınmasına neden olur. Transformatörün görev döngüsünü artırmak ve dönüş oranını değiştirmek, transformatörün kaçak endüktansını artıracak ve genel performansını değiştirecektir. Kaçak endüktans enerjisi belli bir dereceye kadar yeterince büyük olduğunda, anahtar tüpünün büyük görevinin neden olduğu düşük kaybı tamamen dengeleyebilir. Görev döngüsünü artırmanın bir anlamı yoktur ve kaçak endüktansın yüksek ters tepe gerilimi nedeniyle anahtar tüpünü bile bozabilir. Büyük kaçak endüktans nedeniyle, çıkış dalgalanması ve diğer bazı elektromanyetik göstergeler bozulabilir. Görev döngüsü küçük olduğunda, anahtar tüpü akımının etkin değeri yüksektir ve transformatörün birincil akımının etkin değeri büyüktür, bu da dönüştürücünün verimliliğini azaltır, ancak çıkış kondansatörünün çalışma koşullarını iyileştirebilir ve ısı oluşumunu azaltır.
Trafodan Yansıyan Gerilim Nasıl Belirlenir (yani Görev Döngüsü)
Bazı netizenler, anahtarlama güç kaynağının geri besleme döngüsünün parametre ayarından ve çalışma durumu analizinden bahsetti. Okuldayken ileri matematikte zayıf olduğum için "Principles of Automatic Control" için neredeyse bütünleme sınavına girmek zorunda kalıyordum. Bu konudan hala çekiniyorum ve kapalı çevrim sistemin transfer fonksiyonunu şu ana kadar tam olarak yazamıyorum. Sistemin sıfır ve kutbu kavramını hissediyorum. Çok belirsiz ve Bode şemasına bakmak, sadece kabaca ıraksak mı yoksa yakınsak mı olduğunu söyleyebilir, bu yüzden geri besleme telafisi hakkında saçma sapan konuşmaya cesaret edemiyorum, ancak bazı önerilerim var. Biraz matematik bilginiz ve biraz çalışma zamanınız varsa, üniversite ders kitabı "Otomatik Kontrol İlkeleri"ni bulabilir ve dikkatlice sindirebilir ve çalışma durumuna göre analiz etmek için gerçek anahtarlamalı güç kaynağı devresi ile birleştirebilirsiniz. Mutlaka kazanılacak bir şeyler olacaktır. Forumda "Çıraklık ve Öğrenme Geri Bildirim Döngüsü Tasarımı ve Ayarlaması" adlı bir yazı var, CMG'nin çok iyi cevap verdiği ve referans olarak kullanılabileceğini düşünüyorum.
Bugün geri dönüş güç kaynağının görev döngüsünden bahsedeceğim (görev döngüsüyle tutarlı olan yansıyan gerilime dikkat ediyorum). Görev döngüsü ayrıca seçilen anahtar tüpünün dayanma gerilimi ile de ilgilidir. Bazı erken geri dönüş güç kaynakları, nispeten düşük dayanımlı voltaj anahtarları kullanır. AC 220V giriş gücü için anahtarlama tüpleri olarak 600V veya 650V gibi tüpler, o andaki üretim süreciyle ilgili olabilir. Yüksek dayanımlı voltaj tüplerinin üretimi kolay değildir veya düşük dayanımlı voltajlı tüpler, bu hat gibi daha makul iletim kaybına ve anahtarlama özelliklerine sahiptir. Anahtarlama tüpünün güvenli bir aralıkta çalışmasını sağlamak için, yansıtılan voltaj çok yüksek olmamalıdır. , absorpsiyon devresi tarafından kaybedilen güç de dikkate değerdir. Uygulama, 600V tüpün yansıyan voltajının 100V'u ve 650V tüpün yansıyan voltajının 120V'u geçmemesi gerektiğini kanıtladı. Kaçak endüktans tepe voltajı değeri 50V'a kenetlendiğinde, tüpün hala 50V'luk bir çalışma marjı vardır. Artık MOS tüplerinin üretim süreci seviyesinin iyileştirilmesi nedeniyle, genel flyback güç kaynağı 700V veya 750V ve hatta 800-900V anahtarlama tüplerini kullanıyor. Bu tür devrelerde olduğu gibi, aşırı gerilim önleme özelliği daha güçlü olan bazı anahtarlama trafolarının yansıma gerilimi de daha yüksek yapılabilir. Maksimum yansıma voltajı 150V'ta daha uygundur ve daha iyi genel performans elde edilebilir. PI şirketinin TOP çipi, 135V'u kenetlemek için geçici bir voltaj bastırma diyotu kullanılmasını önerir. Bununla birlikte, değerlendirme panosu genellikle yaklaşık 110V'da bu değerden daha düşük bir yansıyan gerilime sahiptir. Her iki türün de artıları ve eksileri vardır:
Birinci kategori: Zayıf anti-aşırı gerilim yeteneği, küçük görev döngüsü ve transformatörün büyük birincil darbe akımı. Avantajları: küçük trafo kaçak endüktansı, düşük elektromanyetik radyasyon, yüksek dalgalanma indeksi, küçük anahtarlama tüpü kaybı, dönüşüm verimliliği mutlaka ikinci tipten daha düşük değildir.
İkinci kategori: Dezavantajlar Anahtarlama tüpünün kaybı daha büyük, transformatörün kaçak endüktansı daha büyük ve dalgalanma daha kötü. Avantajları: daha güçlü aşırı gerilim direnci, daha büyük görev döngüsü, daha düşük trafo kaybı ve daha yüksek verimlilik.
