Strujni krug pretvarača

U elektronici, regulator je uređaj ili mehanizam koji može stalno regulirati izlaznu snagu. U domeni napajanja postoje različite vrste regulatora. Ali uglavnom, u slučaju pretvorbe u istosmjernu istosmjernu struju, postoje dvije vrste regulatora: linearni ili preklopni.

Linearni regulator regulira izlaz pomoću buntovna pad napona. Zahvaljujući tome Linearni regulatori pružaju nižu učinkovitost i gube snagu u obliku topline. Prebacivanje regulator korištenje induktor, Diode, a snaga prekidač za prijenos energije od izvora do izlaza.

Vrste sklopnog regulatora

Dostupne su tri vrste sklopnih regulatora.

1. Povećavajući pretvarač (regulator pojačanja)

2. Step-Down pretvarač (Buck regulator)

3. Pretvarač letenja (izolirani regulator)

Već smo objasnili krug regulatora pojačanja i regulatora snage Buck. U ovom uputstvu opisat ćemo sklop regulatora letenja.

Razlika između mužjak i potaknuti regulator, u regulator mužjak plasman prigušnice, dioda i prebacivanje krug razlikuje od regulatora pojačanja. Također, u slučaju regulatora pojačanja, izlazni napon je veći od ulaznog napona, ali u regulatoru napona izlazni napon će biti niži od ulaznog napona. Buck topologija ili buck pretvarač jedna je od najčešće korištenih osnovnih topologija koja se koristi u SMPS-u. To je popularan izbor gdje moramo pretvoriti viši napon u niži izlazni napon.

Osim tih regulatora, postoji još jedan regulator koji je popularan izbor među svim dizajnerima, a to je Flyback regulator ili Flyback pretvarač. Ovo je svestrana topologija koja se može koristiti tamo gdje je potrebno više izlaza iz jednog izlaznog napajanja. I ne samo to, povratna topologija omogućuje dizajneru da istovremeno promijeni polaritet izlaza. Na primjer, možemo stvoriti izlaz od + 5V, + 9V i -9V iz jednog pretvaračkog modula. Učinkovitost pretvorbe je visoka u oba slučaja.

Još jedna stvar u Flyback pretvaraču je električna izolacija i na ulazu i na izlazu. Zašto nam treba izolacija? U nekim posebnim slučajevima, za minimaliziranje buke napajanja i radnje povezane sa sigurnošću, potrebna nam je izolirana operacija, gdje je ulazni izvor potpuno izoliran od izlaznog izvora. Istražimo osnovnu povratnu operaciju s jednim izlazom.

Kružno djelovanje pretvarača letenja

Ako vidimo osnovni jednostruki povratni dizajn poput slike ispod, identificirat ćemo osnovne glavne komponente potrebne za njegovu izradu.

Osnovni povratni pretvarač zahtijeva prekidač, koji može biti FET ili tranzistor, transformator, izlazna dioda, kondenzator.

Glavna stvar je transformator. Moramo razumjeti pravilan rad transformatora prije nego što shvatimo stvarni rad sklopa.

Transformator se sastoji od najmanje dvije induktivnosti, poznate kao sekundarna i primarna zavojnica, namotane u zavojnicu s jezgrom između. Jezgra određuje gustoću protoka koja je važan parametar za prijenos električne energije s jednog namota na drugi. Druga najvažnija stvar je fazno transformiranje, točke prikazane u primarnom i sekundarnom namotu.

Također, kao što vidimo, preko tranzistorske sklopke povezan je PWM signal. To je zbog učestalosti isključivanja i uključivanja vremena prekidača. PWM je kratica za tehniku ​​modulacije širine impulsa.

U Flyback regulatoru postoje dva rada sklopa, jedan je faza uključivanja kad se napuni primarni namot transformatora, a druga je faza isključivanja ili faza prijenosa transformatora kada se električna energija prenese s primarnog na sekundarni i napokon na teret.

Ako pretpostavimo da je prekidač već duže vrijeme ISKLJUČEN, struja u krugu je 0 i nema prisutnog napona.

U ovoj situaciji, ako je prekidač UKLJUČEN, tada će se struja povećavati i induktor će stvoriti pad napona, koji je točkica negativan, jer je napon negativniji na primarnom točkastom kraju. Tijekom ove situacije energija teče prema sekundaru zbog fluksa koji se stvara u jezgri. Na sekundarnoj zavojnici stvara se napon u istoj polarnosti, ali napon je izravno proporcionalan omjeru zavoja sekundarne i primarne zavojnice. Zbog točkovnog negativnog napona, dioda se isključuje i u sekundaru neće teći struja. Ako je kondenzator napunjen u prethodnom ciklusu ISKLJUČIVANJE-UKLJUČENO, izlazni kondenzator će samo pružiti izlaznu struju opterećenju.

U sljedećem stupnju, kada je prekidač isključen, protok struje kroz primarni smanjuje se i time sekundarna točka postaje pozitivnija. Kao i prethodni stupanj UKLJ., Polaritet primarnog napona stvara isti polaritet i na sekundaru, dok je sekundarni napon proporcionalan omjeru primarnog i sekundarnog namota. Zbog točkovnog pozitivnog kraja, dioda se uključuje i sekundarni prigušnik transformatora daje struju izlaznom kondenzatoru i opterećenju. Kondenzator je izgubio punjenje u ciklusu UKLJUČENJA, sada se ponovno puni i sposoban je pružiti struju punjenja opterećenju tijekom vremena UKLJ.

U cijelom ciklusu UKLJ. I ISKLJ. Nije bilo električnih veza između ulaznog napajanja i izlaznog izvora napajanja. Dakle, transformator izolira ulaz i izlaz.

Postoje dva načina rada, ovisno o vremenu uključivanja i isključivanja. Flyback pretvarač može raditi u kontinuiranom ili prekinutom načinu rada.

U kontinuiranom načinu rada, prije primarnog punjenja, struja ide na nulu, ciklus se ponavlja. S druge strane, u prekinutom načinu rada, sljedeći ciklus započinje tek kad struja primarne prigušnice ide na Nultu.

Učinkovitost

Sada, ako istražimo učinkovitost, koja je omjer izlazne i ulazne snage:

(Izlaz / pin) x 100%

Kako se energija ne može stvoriti niti uništiti, ona se može samo pretvoriti, većina električnih energija gubi neiskorištene snage u toplinu. Također, ne postoji idealna situacija u praktičnom području. Učinkovitost je veliki čimbenik za odabir regulatora napona.

Dioda je jedan od glavnih čimbenika gubitka snage preklopnog regulatora. Pad napona naprijed pomnožen sa strujom (Vf xi) je neiskorištena snaga koja se pretvara u toplinu i smanjuje učinkovitost kruga sklopnog regulatora. Također, dodatni je trošak za sklop za tehniku ​​upravljanja toplinom / toplinom, poput upotrebe hladnjaka ili ventilatora za hlađenje sklopa od rasipane topline. Ne samo pad napona naprijed, reverzni oporavak silicijskih dioda također proizvodi nepotreban gubitak snage i smanjenje ukupne učinkovitosti.

Jedan od najboljih načina za izbjegavanje standardne diode za oporavak je upotreba Schottky dioda koje imaju mali pad napona prema naprijed i bolji povratni oporavak. U drugom aspektu, prekidač je promijenjen u moderni MOSFET dizajn gdje se učinkovitost poboljšava u kompaktnom i manjem paketu.

Unatoč činjenici da preklopni regulatori imaju veću učinkovitost, tehniku ​​stacionarnog dizajna, manju komponentu, oni su bučni od linearnih regulatora, ali su i dalje vrlo popularni.

Primjer dizajna Flyback pretvarača pomoću LM5160

Koristili bismo povratnu topologiju tvrtke Texas Instruments. Krug može biti dostupan u tehničkom listu.

LM5160 čine sljedeći značajkama:

• Širok raspon ulaznog napona od 4,5 V do 65 V
• Integrirani prekidači visoke i niske strane
  • Nije potrebna vanjska Schottky dioda
• 2-A maksimalna struja opterećenja
• Prilagodljiva stalna kontrola na vrijeme
  • Nema kompenzacije vanjske petlje
  • Brzi prolazni odgovor
• Prisilno prisilno upravljanje PWM-om ili DCM-om
  • FPWM podržava multi-output Fly-Buck
• Gotovo stalna frekvencija prebacivanja
  • Otpornik podesiv do 1 MHz
• Programirajte soft start vrijeme
• Predbilježeno pokretanje
• Referentni napon povratne veze ± 1%
• LM5160A omogućuje vanjsku VCC pristranost
• Značajke zaštite robusnog dizajna
  • Zaštita od vršne struje
  • Podesivi ulaz UVLO i histereza
  • VCC i Gate Drive pogon UVLO zaštita
  • Zaštita od toplinskog isključenja histerezom
• Stvorite prilagođeni dizajn pomoću LM5160A s WEBENCH® Power Designerom

Podržava široki raspon ulaznog napona od 4,5 V do 70 V kao ulaz i pruža 2A izlazne struje. Također možemo odabrati prisilne PWM ili DCM operacije.

Pinout od LM5160

IC nije dostupan u paketu DIP niti u lako dostupnoj verziji, iako je problem, ali IC štedi puno prostora na PCB-u, kao i veće toplinske performanse u odnosu na PCB hladnjak. Dijagram pin prikazan je na gornjoj slici.

Apsolutne maksimalne ocjene

Moramo biti oprezni oko apsolutne maksimalne ocjene IC.

SS i FB pin imaju toleranciju niskog napona.

Dijagram strujnog kruga pretvarača i radi

Korištenjem ovog LM5160 simulirat ćemo izolirano napajanje od 12 V na temelju sljedećih specifikacija. Odabrali smo sklop jer je sve dostupno na web mjestu proizvođača.

Shema koristi puno komponenata, ali nije složena za razumijevanje. C6, C7 i C8 na ulazu koriste se za filtriranje ulaznog napajanja. Dok se R6 i R10 koriste u svrhe zaključavanja podnaponskog zaključavanja. Otpornik R7 namijenjen je On On svrhu. Ovaj se pin može programirati pomoću jednostavnog otpornika. Kondenzator C13 spojen preko SS pina kondenzator je mekog pokretanja. AGND (analogno uzemljenje) i PGND (napajanje uzemljenja) i PAD povezani su s opskrbnim GND-om. Na desnoj strani, C5, 0,01 uF kondenzator je Bootstrap kondenzator koji se koristi za pristranost pogonskog sklopa. R4, C4 i C9 su mreškasti filtar gdje kao R8 i R9 pružaju povratni napon na povratni pin na LM5160. Omjer ova dva otpornika određuje izlazni napon. C10 i C11 koriste se za primarnu neizoliranu izlaznu filtraciju.

Glavna komponenta je T1. To je spregnuta induktivnost s induktorom od 60uH na obje strane, primarnoj i sekundarnoj. Možemo odabrati bilo koji drugi spregnuti induktor ili septički induktor sa sljedećim specifikacijama -

1. Omjer okreta SEC: PRI = 1,5: 1
2. Induktivnost = 60uH
3. Struja zasićenja = 840mA
4. Istosmjerni otpor PRIMARNI = 0,071 ohma
5. Istosmjerni otpor SEKUNDARNI = 0,211 Ohma
6. Frekvencija = 150 kHz

C3 se koristi za EMI stabilnost. D1 je prednja dioda koja pretvara izlaz, a C1, C2 su poklopci filtra, R2 je minimalno opterećenje potrebno za pokretanje.

Za one koji žele izraditi napajanje za prilagođene specifikacije i žele izračunati vrijednost, proizvođač nudi izvrstan Excel alat u koji jednostavno stavite podatke, a Excel će izračunati vrijednost komponenata ovisno o formulama u tablici.

Proizvođač je također pružio model začina, kao i kompletnu shemu koja se može simulirati korištenjem vlastitog simulacijskog alata TINA-TI tvrtke Texas Instrument. Ispod je shema nacrtana pomoću alata TINA-TI koji je dostavio proizvođač.

Rezultat simulacije može se prikazati na sljedećoj slici gdje se mogu prikazati savršena struja i napon opterećenja-