Amantes de glândulas - bem-vindos em gato.
Requisitos de TK
- Fonte de alimentação de uma rede trifásica em caso de quebra / desaparecimento de uma ou duas fases
- Tensão de fase 230V ± 20%
- Nenhuma correção de fator de potência necessária
- Potência de saída 10W
- Tensão de saída 15V
Vamos calcular em que faixa de tensões retificadas de entrada esses requisitos se manifestam. O limite inferior é uma interrupção em duas fases, a tensão da fase é 184 V. Obtemos a amplitude da tensão retificada 259 V. Deste valor, você precisa subtrair a queda nas capacidades de entrada. Se este valor for, digamos, 59 V (certifique-se de verificar mais tarde na placa de ensaio), obtemos 200 V DC, esta é a tensão de entrada mínima.
Limite superior. Todas as fases estão presentes, a tensão da fase é 276V. Obtemos 276 * √2 * √3 = 674V.
Seção de energia
Com uma potência de 10W, a escolha da topologia é óbvia - um conversor flyback. Em termos de escolha de um transistor de potência, as opções são possíveis:
- Interruptor de alta tensão. Escolhemos um transistor para 800 - 1000 V.
- Inclusão de Cascode. Conexão em série de dois transistores com tensão mais baixa. O princípio geral desta abordagem é descrito no artigo . Existem designs de referência , como do Texas e este da Infineon.
Feedback, método de estabilização
As seguintes opções podem ser distinguidas:
- "Clássico" com feedback através de optoacoplador. Um esquema compreensível e generalizado não requer comentários adicionais.
- Estabilização de enrolamento de potência. Nesta versão, a tensão no enrolamento de alimentação do controlador PWM é estabilizada. Nesse caso, a tensão no enrolamento de saída é mais ou menos estável. Nesta modalidade, a qualidade da estabilização depende do coeficiente de acoplamento entre os enrolamentos.
- Regulador do lado primário (PSR). Uma tecnologia relativamente nova que permite obter a formação de uma característica retangular da fonte de alimentação (CV / CC). Isso é feito apenas do lado primário (o optoacoplador não é necessário). Diferentes fabricantes têm diferentes variações, mas o princípio geral é baseado na amostragem da tensão do enrolamento de energia auxiliar (para garantir a estabilização da tensão), bem como a corrente chave (para garantir a estabilização da corrente). Outro recurso é que geralmente é um modulador PFM em vez de um modulador PWM.
Decidi escolher as soluções clássicas - pegue um transistor de 800-900V e faça feedback através de um optoacoplador.
Cálculo do transformador
A propósito, deve-se notar que no conversor flyback este não é um transformador, mas uma bobina de dois enrolamentos. Escrevo por
Em minha prática como desenvolvedor de eletrônica de potência, uso vários métodos de cálculo e, muitas vezes, uma combinação deles. Neste caso, utilizo um método simples e rápido - o cálculo através do utilitário flyback ("o programa do Velho") com posterior verificação no modelo.
O cálculo é semelhante a este:
Algumas notas e recomendações para o cálculo:
- (DCM), (CCM) . – , ;
- ;
- , . , 300-400 . , ;
- 0,5 – ;
- R DSon - pegamos o valor nominal do DS e multiplicamos por 1,3-1,5 (aumento na resistência do canal devido à temperatura);
- A densidade de corrente nos enrolamentos pode ser considerada dentro de uma faixa bastante ampla. Partindo de 5-8 A / mm2 (com convecção natural) e até 15-20 A / mm2 (resfriamento forçado da fonte de alimentação ou uso de um radiador para o transformador.)
Eu quero avisar os desenvolvedores novatos, o utilitário não vai calcular tudo para você - é apenas uma ferramenta que você também precisa saber como usar. Para ilustrar, darei alguns exemplos de cálculos malsucedidos.
A tensão refletida está definida muito baixa, então o ciclo de trabalho é muito baixo:
Uma potência muito alta é definida para um determinado tamanho do núcleo, portanto, a lacuna é muito grande - o transformador vai aquecer devido à flambagem do campo na lacuna, e a indutância de vazamento também aumentará:
Simulação de seção de energia
Quero observar desde já que se trata de um "modelo ideal", ou seja, um modelo sem levar em conta os parâmetros parasitários. O campo de aplicação deste modelo é bastante estreito - você não pode olhar para ele no dreno no dreno da indutância de vazamento, tocando no diodo de saída e outras coisas semelhantes. Para que você pode usar este modelo:
- Verificar o cálculo do transformador em termos do ciclo de trabalho;
- Cálculo das correntes média e efetiva através do transistor e diodo de saída;
- Cálculo da corrente efetiva do capacitor de saída;
- Cálculo da corrente efetiva do capacitor de entrada (você precisa modificar o modelo adicionando um retificador e uma fonte de tensão CA à entrada).
O modelo está disponível aqui . Diagrama do modelo:
Não há realimentação de tensão, portanto, para garantir o valor exato da tensão de saída, o ciclo de trabalho de pulso deve ser selecionado. Isso é feito com base nos valores obtidos no cálculo do transformador. Com uma tensão de entrada de 675 V, um ciclo de trabalho de 0,103 é obtido, o que corresponde a uma largura de pulso de 1030 ns. No modelo, obtive um valor de 886 ns - muito próximo, podemos supor que acertamos.
Parâmetros da fonte V2:
Percebe-se que o modelo não utiliza o número de voltas, mas sim a indutância dos enrolamentos do transformador. Como determinar a indutância do enrolamento secundário, porque seu "programa do velho" não faz cálculos? Calcule por qualquer método de acordo com os parâmetros conhecidos da seção do núcleo, a lacuna e o número de voltas. Para um cálculo rápido, recomendo usar um utilitário muito útil. Ferramenta de design magnético da TDK / Epcos. Existe uma versão online e uma versão desktop. Eu tradicionalmente uso o desktop, porque quando comecei a usar ainda não existia a versão online.
Talvez quando eu tiver tempo, irei escrever uma descrição detalhada de todos os recursos desta ferramenta, mas por enquanto, um breve guia sobre como calcular a indutância do enrolamento:
- Core calculations;
- Core , Material ;
- Al value;
- s – , ;
- Calculate, Al L-Al;
- N ;
- Calculate L .
Ao calcular os parâmetros para núcleos em forma de E, a região Al - Espaço de ar com fluxo de franja (núcleos E) é usada , para todas as outras formas de núcleo calculamos em Al - Espaço de ar sem fluxo de franja .
Circuito de alimentação
Como eu disse, o esquema é bastante clássico. Há um ponto que vale a pena notar - a tensão de entrada é bastante alta, então o capacitor de entrada consiste em dois conectados em série. Nesse caso, é imperativo usar resistores de equalização R4… R7.
Quanto à placa de circuito impresso - nada de especial também, o projeto não é complicado. No entanto, para produtos com essa tensão (bastante alta), atenção especial deve ser dada às folgas. Não criei lacunas muito grandes, pois planejava preencher com um composto.
Depurando uma fonte de alimentação
A depuração é o processo pelo qual a placa se transforma em:
É claro que isso é uma piada e nem sempre acontece (geralmente é pior), no entanto, iniciar e depurar uma fonte de alimentação é um assunto muito divertido.
Uma pequena lista de verificação que deve ser feita durante a depuração e os testes preliminares. Se falamos sobre parâmetros críticos que podem levar a uma violação da operação normal, você precisa verificar:
- Frequência de trabalho;
- Tensão na entrada quando a alimentação é aplicada em um salto (na presença de choques na entrada, pode haver um processo ressonante e um excesso de tensão sobre a fornecida);
- A tensão no dreno do interruptor de alimentação na tensão de entrada máxima;
- A tensão no dreno do interruptor de alimentação na tensão de entrada máxima e curto-circuito na saída;
- ;
- 8 ( – , , );
- ;
- -;
- ;
- ;
- . , – . .
Se eu esqueci algo - escreva nos comentários, talvez com a ajuda da inteligência coletiva possamos compilar uma lista mais detalhada de testes críticos.
Conclusão
Não tinha como objetivo descrever todo o processo de desenvolvimento na íntegra - mostrei apenas alguns pontos. Se você tiver alguma dúvida sobre este desenvolvimento - pergunte nos comentários, terei todo o prazer em responder!
O poder é legal - lide com isso.