L'esperienza dell'esperto hardware nella progettazione di alimentatori switching
Gli alimentatori switching sono divisi in due forme, isolati e non isolati. Qui si parla principalmente della topologia degli alimentatori switching isolati. Nel seguito, se non diversamente specificato, si riferiscono tutti ad alimentatori isolati. In base alle diverse forme strutturali, gli alimentatori isolati possono essere suddivisi in due categorie: forward e flyback. Il flyback significa che quando il lato primario del trasformatore è acceso, il lato secondario è spento e il trasformatore immagazzina energia. Quando il lato primario viene interrotto, il lato secondario viene acceso e l'energia viene rilasciata allo stato di funzionamento del carico. In generale, l'alimentatore flyback convenzionale ha più tubi singoli e i tubi doppi non sono comuni. Il tipo diretto significa che quando il lato primario del trasformatore è acceso, il lato secondario induce la tensione corrispondente e la invia al carico e l'energia viene trasmessa direttamente attraverso il trasformatore. Secondo le specifiche, può essere suddiviso in avanti convenzionale, inclusi avanti a tubo singolo e avanti a doppio tubo. Entrambi i circuiti a mezzo ponte e a ponte sono circuiti diretti.
I circuiti forward e flyback hanno le proprie caratteristiche e possono essere utilizzati in modo flessibile per ottenere le migliori prestazioni in termini di costi nel processo di progettazione del circuito. Generalmente, il tipo flyback può essere utilizzato in occasioni a bassa potenza. Uno leggermente più grande può utilizzare un circuito forward a tubo singolo, una potenza media può utilizzare un circuito forward a doppio tubo o un circuito a mezzo ponte e un circuito push-pull può essere utilizzato per bassa tensione, che è lo stesso del mezzo ponte. Per un'uscita ad alta potenza, viene generalmente utilizzato un circuito a ponte e un circuito push-pull può essere utilizzato anche per bassa tensione.
Grazie alla sua struttura semplice, l'alimentatore flyback consente di risparmiare un'induttanza che ha all'incirca le stesse dimensioni del trasformatore ed è ampiamente utilizzato negli alimentatori di piccole e medie dimensioni. In alcune introduzioni, si dice che la potenza dell'alimentatore flyback può raggiungere solo decine di watt e non vi è alcun vantaggio se la potenza di uscita supera i 100 watt ed è difficile da realizzare. Penso che questo sia generalmente il caso, ma non posso generalizzare. Il chip TOP dell'azienda PI può raggiungere i 300 watt. Ci sono articoli che introducono l'alimentatore flyback che può raggiungere migliaia di watt, ma non ho visto la cosa reale. La potenza di uscita è correlata al livello di tensione di uscita.
L'induttanza di dispersione del trasformatore di alimentazione flyback è un parametro molto critico. Poiché l'alimentatore flyback necessita del trasformatore per immagazzinare energia, al fine di sfruttare appieno il nucleo di ferro del trasformatore, è generalmente necessario un traferro nel circuito magnetico. Lo scopo è modificare l'isteresi del nucleo di ferro La pendenza del circuito consente al trasformatore di resistere all'impatto di grandi correnti impulsive senza che il nucleo di ferro entri in uno stato saturo non lineare. Il traferro nel circuito magnetico è in uno stato di alta riluttanza e la dispersione del flusso magnetico nel circuito magnetico è molto maggiore di quella in un circuito magnetico completamente chiuso. .
Anche l'accoppiamento tra i poli primari del trasformatore è un fattore chiave nella determinazione dell'induttanza di dispersione. Per avvicinare il più possibile le bobine del polo primario, è possibile utilizzare il metodo dell'avvolgimento a sandwich, ma ciò aumenterà la capacità distribuita del trasformatore. Scegliere il nucleo di ferro con una finestra relativamente lunga il più possibile per ridurre l'induttanza di dispersione. Ad esempio, l'effetto dell'utilizzo di nuclei magnetici di tipo EE, EF, EER e PQ è migliore di quello del tipo EI.
Per quanto riguarda il ciclo di lavoro dell'alimentatore flyback, in linea di principio il ciclo di lavoro massimo dell'alimentatore flyback dovrebbe essere inferiore a {{0}}.5, altrimenti il loop non è facile da compensare e potrebbe essere instabile, ma ci sono alcune eccezioni, come i chip della serie TOP lanciati dall'azienda americana PI possono funzionare a condizione che il ciclo di lavoro sia maggiore di 0,5. Il ciclo di lavoro è determinato dal rapporto spire dei lati primario e secondario del trasformatore. La mia opinione sull'esecuzione del flyback è determinare prima la tensione riflessa (la tensione di uscita viene riflessa sul valore di tensione del lato primario attraverso l'accoppiamento del trasformatore) e la tensione riflessa aumenta entro un certo intervallo di tensione. Il ciclo di lavoro è aumentato e la perdita di commutazione del tubo è ridotta. Quando la tensione riflessa diminuisce, il ciclo di lavoro diminuisce e aumenta la perdita del tubo di commutazione. Naturalmente, anche questo ha un prerequisito. Quando il ciclo di lavoro aumenta, significa che il tempo di conduzione del diodo di uscita si accorcia. Per mantenere stabile l'uscita, sarà garantita più spesso dalla corrente di scarica del condensatore di uscita e il condensatore di uscita resisterà a una frequenza maggiore. La corrente di ripple la percorre e la fa riscaldare, il che non è consentito in molte condizioni. L'aumento del ciclo di lavoro e la modifica del rapporto spire del trasformatore aumenteranno l'induttanza di dispersione del trasformatore e ne modificheranno le prestazioni complessive. Quando l'energia dell'induttanza di dispersione è abbastanza grande in una certa misura, può compensare completamente la bassa perdita causata dal grande lavoro del tubo dell'interruttore. Non ha senso aumentare il ciclo di lavoro e potrebbe persino rompere il tubo dell'interruttore a causa dell'elevata tensione di picco inversa dell'induttanza di dispersione. A causa dell'elevata induttanza di dispersione, l'ondulazione di uscita e alcuni altri indicatori elettromagnetici potrebbero deteriorarsi. Quando il ciclo di lavoro è piccolo, il valore effettivo della corrente del tubo dell'interruttore è elevato e il valore effettivo della corrente primaria del trasformatore è elevato, il che riduce l'efficienza del convertitore, ma può migliorare le condizioni di lavoro del condensatore di uscita e ridurre la generazione di calore.
Come determinare la tensione riflessa del trasformatore (vale a dire il ciclo di lavoro)
Alcuni netizen hanno menzionato l'impostazione dei parametri e l'analisi dello stato di funzionamento del circuito di feedback dell'alimentatore a commutazione. Poiché ero scarso in matematica avanzata quando ero a scuola, ho quasi dovuto sostenere l'esame di recupero per "Principi di controllo automatico". Ho ancora paura di questo argomento e fino ad ora non posso scrivere completamente la funzione di trasferimento del sistema a circuito chiuso. Sento il concetto di zero e polo del sistema. È molto vago e guardando il diagramma di Bode si può dire solo approssimativamente se è divergente o convergente, quindi non oso dire sciocchezze sulla compensazione del feedback, ma ho alcuni suggerimenti. Se hai alcune abilità matematiche e un po 'di tempo per studiare, puoi scoprire il libro di testo universitario "Principi di controllo automatico" e digerirlo attentamente e combinarlo con il circuito di alimentazione a commutazione effettivo per analizzarlo in base allo stato di funzionamento. Ci sarà sicuramente qualcosa da guadagnare. C'è un post sul forum "Apprenticeship and Learning Feedback Loop Design and Adjustment", in cui CMG ha risposto molto bene, e penso che possa essere usato come riferimento.
Oggi parlerò del ciclo di lavoro dell'alimentatore flyback (faccio attenzione alla tensione riflessa, che è coerente con il ciclo di lavoro). Il ciclo di lavoro è anche correlato alla tensione di tenuta del tubo dell'interruttore selezionato. Alcuni dei primi alimentatori flyback utilizzano interruttori a tensione di tenuta relativamente bassa. I tubi, come 600 V o 650 V come tubi di commutazione per l'alimentazione in ingresso da 220 V CA, possono essere correlati al processo di produzione in quel momento. I tubi ad alta tensione di tenuta non sono facili da fabbricare, oppure i tubi a bassa tensione di tenuta hanno perdite di conduzione e caratteristiche di commutazione più ragionevoli, come questa linea La tensione riflessa non dovrebbe essere troppo alta, altrimenti, per far funzionare il tubo di commutazione in un intervallo sicuro , anche la potenza persa dal circuito di assorbimento è notevole. La pratica ha dimostrato che la tensione riflessa del tubo da 600 V non deve superare i 100 V e la tensione riflessa del tubo da 650 V non deve superare i 120 V. Quando il valore della tensione di picco dell'induttanza di dispersione è bloccato a 50 V, il tubo ha ancora un margine di lavoro di 50 V. Ora, grazie al miglioramento del livello del processo di produzione dei tubi MOS, l'alimentatore flyback generale adotta tubi switching da 700 V o 750 V o persino 800-900V. Come questo tipo di circuito, anche la tensione di riflessione di alcuni trasformatori di commutazione con maggiore capacità anti-sovratensione può essere aumentata. La massima tensione di riflessione è più adatta a 150 V e si possono ottenere migliori prestazioni complessive. Il chip TOP dell'azienda PI consiglia di utilizzare un diodo di soppressione della tensione transitoria per bloccare 135 V. Tuttavia, la sua scheda di valutazione ha generalmente una tensione riflessa inferiore a questo valore a circa 110V. Entrambi i tipi hanno pro e contro:
La prima categoria: debole capacità anti-sovratensione, piccolo ciclo di lavoro e grande corrente di impulso primaria del trasformatore. Vantaggi: piccola induttanza di dispersione del trasformatore, bassa radiazione elettromagnetica, alto indice di ondulazione, piccola perdita del tubo di commutazione, l'efficienza di conversione non è necessariamente inferiore al secondo tipo.
La seconda categoria: svantaggi La perdita del tubo di commutazione è maggiore, l'induttanza di dispersione del trasformatore è maggiore e l'ondulazione è peggiore. Vantaggi: maggiore resistenza alle sovratensioni, ciclo di lavoro più ampio, minore perdita del trasformatore e maggiore efficienza.
