Experiência de especialista em hardware em design de fonte de alimentação comutada
As fontes de alimentação chaveadas são divididas em duas formas, isoladas e não isoladas. Aqui falamos principalmente sobre a topologia de fontes de alimentação chaveadas isoladas. A seguir, a menos que especificado de outra forma, todos eles se referem a fontes de alimentação isoladas. De acordo com diferentes formas estruturais, as fontes de alimentação isoladas podem ser divididas em duas categorias: direta e flyback. O flyback significa que quando o lado primário do transformador é ligado, o lado secundário é desligado e o transformador armazena energia. Quando o lado primário é cortado, o lado secundário é ligado e a energia é liberada para o estado de trabalho da carga. Geralmente, a fonte de alimentação flyback convencional tem mais tubos simples e tubos duplos não são comuns. O tipo direto significa que quando o lado primário do transformador é ligado, o lado secundário induz a tensão correspondente e a envia para a carga, e a energia é transmitida diretamente através do transformador. De acordo com as especificações, pode ser dividido em dianteiro convencional, incluindo dianteiro de tubo único e dianteiro de tubo duplo. Os circuitos de meia-ponte e ponte são circuitos diretos.
Os circuitos forward e flyback possuem características próprias e podem ser utilizados de forma flexível para obter o melhor desempenho de custo no processo de projeto do circuito. Geralmente, o tipo flyback pode ser usado em ocasiões de baixa potência. Um pouco maior pode usar um circuito direto de tubo único, uma potência média pode usar um circuito direto de tubo duplo ou um circuito de meia ponte, e um circuito push-pull pode ser usado para baixa tensão, que é o mesmo que o meia-ponte. Para saída de alta potência, geralmente é usado um circuito de ponte e um circuito push-pull também pode ser usado para baixa tensão.
Devido à sua estrutura simples, a fonte de alimentação flyback economiza uma indutância que é aproximadamente do mesmo tamanho do transformador e é amplamente utilizada em fontes de alimentação de pequeno e médio porte. Em algumas introduções, é mencionado que a potência da fonte de alimentação flyback pode atingir apenas dezenas de watts, e não há vantagem se a potência de saída exceder 100 watts e for difícil de perceber. Acho que geralmente é assim, mas não posso generalizar. O chip TOP da empresa PI pode atingir 300 watts. Existem artigos apresentando que a fonte de alimentação flyback pode atingir milhares de watts, mas não vi a real. A potência de saída está relacionada ao nível de tensão de saída.
A indutância de fuga do transformador da fonte de alimentação flyback é um parâmetro muito crítico. Como a fonte de alimentação flyback precisa do transformador para armazenar energia, a fim de aproveitar ao máximo o núcleo de ferro do transformador, geralmente é necessário um entreferro no circuito magnético. O objetivo é alterar a histerese do núcleo de ferro. A inclinação do loop permite que o transformador resista ao impacto de grandes correntes de pulso sem que o núcleo de ferro entre em um estado não linear saturado. O entreferro no circuito magnético está em um estado de alta relutância e o vazamento do fluxo magnético no circuito magnético é muito maior do que em um circuito magnético completamente fechado. .
O acoplamento entre os pólos primários do transformador também é um fator chave na determinação da indutância de dispersão. Para tornar as bobinas dos pólos primários o mais próximo possível, o método de enrolamento sanduíche pode ser usado, mas isso aumentará a capacitância distribuída do transformador. Escolha o núcleo de ferro com uma janela relativamente longa tanto quanto possível para reduzir a indutância de vazamento. Por exemplo, o efeito do uso de núcleos magnéticos do tipo EE, EF, EER e PQ é melhor do que o do tipo EI.
Em relação ao ciclo de trabalho da fonte de alimentação flyback, em princípio, o ciclo de trabalho máximo da fonte de alimentação flyback deve ser menor que {{0}},5, caso contrário, o loop não é fácil de compensar e pode ser instável, mas há algumas exceções, como os chips da série TOP lançados pela empresa americana PI podem funcionar sob a condição de que o ciclo de trabalho seja maior que 0,5. O ciclo de trabalho é determinado pela relação de voltas dos lados primário e secundário do transformador. Minha opinião sobre o flyback é primeiro determinar a tensão refletida (a tensão de saída é refletida no valor da tensão do lado primário através do acoplamento do transformador), e a tensão refletida aumenta dentro de uma determinada faixa de tensão. O ciclo de trabalho é aumentado e a perda do tubo de comutação é reduzida. À medida que a tensão refletida diminui, o ciclo de trabalho diminui e a perda do tubo de comutação aumenta. Claro, isso também tem um pré-requisito. Quando o ciclo de trabalho aumenta, significa que o tempo de condução do diodo de saída é reduzido. Para manter a saída estável, ela será garantida pela corrente de descarga do capacitor de saída com mais frequência, e o capacitor de saída suportará maior frequência alta. A corrente de ondulação varre e faz aquecer, o que não é permitido em muitas condições. Aumentar o ciclo de trabalho e alterar a relação de voltas do transformador aumentará a indutância de fuga do transformador e alterará seu desempenho geral. Quando a energia de indutância de vazamento é grande o suficiente até certo ponto, ela pode compensar totalmente a baixa perda causada pelo grande serviço do tubo do interruptor. Não faz sentido aumentar o ciclo de trabalho e pode até quebrar o tubo do interruptor devido à alta tensão de pico inversa da indutância de vazamento. Devido à grande indutância de vazamento, a ondulação de saída e alguns outros indicadores eletromagnéticos podem ser deteriorados. Quando o ciclo de trabalho é pequeno, o valor efetivo da corrente do tubo de comutação é alto e o valor efetivo da corrente primária do transformador é grande, o que reduz a eficiência do conversor, mas pode melhorar as condições de trabalho do capacitor de saída e reduzir a geração de calor.
Como determinar a tensão refletida do transformador (ou seja, ciclo de trabalho)
Alguns internautas mencionaram a configuração de parâmetros e a análise do status de trabalho do loop de feedback da fonte de alimentação comutada. Como eu era pobre em matemática avançada quando estava na escola, quase tive que fazer o exame de reposição para "Princípios de Controle Automático". Ainda tenho medo desse assunto e não consigo escrever totalmente a função de transferência do sistema de malha fechada até agora. Eu sinto sobre o conceito de zero e pólo do sistema. É muito vago, e olhar para o diagrama de Bode pode dizer apenas aproximadamente se é divergente ou convergente, então não ouso falar bobagem sobre compensação de feedback, mas tenho algumas sugestões. Se você tiver algumas habilidades matemáticas e algum tempo de estudo, você pode descobrir o livro universitário "Princípios de controle automático" e digeri-lo cuidadosamente, e combiná-lo com o circuito de alimentação de comutação real para analisá-lo de acordo com o status de trabalho. Com certeza haverá algo a ganhar. Existe um post no fórum "Desenho e Ajuste do Loop de Feedback de Aprendizagem e Aprendizagem", no qual o CMG respondeu muito bem, e acho que pode ser usado como referência.
Hoje falarei sobre o ciclo de trabalho da fonte de alimentação flyback (presto atenção à tensão refletida, que é consistente com o ciclo de trabalho). O ciclo de trabalho também está relacionado à tensão suportável do tubo de comutação selecionado. Algumas fontes de alimentação flyback antigas usam interruptores de tensão suportável relativamente baixos. Tubos, como 600V ou 650V como tubos de comutação para alimentação de entrada AC 220V, podem estar relacionados ao processo de produção naquele momento. Os tubos de alta tensão suportável não são fáceis de fabricar, ou os tubos de baixa tensão suportável têm perdas de condução e características de comutação mais razoáveis, como esta linha A tensão refletida não deve ser muito alta, caso contrário, para fazer o tubo de comutação funcionar em uma faixa segura , a potência perdida pelo circuito de absorção também é considerável. A prática provou que a tensão refletida do tubo de 600 V não deve exceder 100 V e a tensão refletida do tubo de 650 V não deve exceder 120 V. Quando o valor da tensão de pico da indutância de vazamento é fixado em 50V, o tubo ainda tem uma margem de trabalho de 50V. Agora, devido à melhoria do nível do processo de fabricação dos tubos MOS, a fonte de alimentação flyback geral adota tubos de comutação de 700V ou 750V ou mesmo 800-900V. Como este tipo de circuito, a tensão de reflexão de alguns transformadores de comutação com capacidade anti-sobretensão mais forte também pode ser aumentada. A tensão máxima de reflexão é mais adequada em 150V e pode ser obtido um melhor desempenho geral. O chip TOP da empresa PI recomenda o uso de um diodo de supressão de tensão transiente para prender em 135V. No entanto, sua placa de avaliação geralmente tem uma tensão refletida menor que esse valor em torno de 110V. Ambos os tipos têm prós e contras:
A primeira categoria: Fraca capacidade anti-sobretensão, pequeno ciclo de trabalho e grande corrente de pulso primário do transformador. Vantagens: pequena indutância de vazamento do transformador, baixa radiação eletromagnética, alto índice de ondulação, pequena perda do tubo de comutação, eficiência de conversão não é necessariamente menor do que o segundo tipo.
A segunda categoria: Desvantagens A perda do tubo de comutação é maior, a indutância de fuga do transformador é maior e a ondulação é pior. Vantagens: maior resistência à sobretensão, maior ciclo de trabalho, menor perda do transformador e maior eficiência.
