Liebhaber von Drüsen - willkommen unter Katze.
Anforderungen an TK
- Stromversorgung aus einem dreiphasigen Netz bei Bruch / Verschwinden einer oder zweier Phasen
- Phasenspannung 230V ± 20%
- Keine Leistungsfaktorkorrektur erforderlich
- Ausgangsleistung 10W
- Ausgangsspannung 15V
Berechnen wir, in welchem Bereich der gleichgerichteten Eingangsspannungen diese Anforderungen ausgegeben werden. Die Untergrenze ist eine Unterbrechung in zwei Phasen, die Phasenspannung beträgt 184 V. Wir erhalten die Amplitude der gleichgerichteten Spannung 259 V. Von diesem Wert müssen Sie den Abfall der Eingangskapazitäten subtrahieren. Lassen Sie diesen Wert beispielsweise 59 V betragen (überprüfen Sie ihn später auf dem Steckbrett), wir erhalten 200 V DC, dies ist die minimale Eingangsspannung.
Obere Grenze. Alle Phasen sind vorhanden, die Phasenspannung beträgt 276V. Wir erhalten 276 * √2 * √3 = 674V.
Leistungsteil
Bei einer Leistung von 10 W liegt die Wahl der Topologie auf der Hand - ein Flyback-Konverter. Bei der Auswahl eines Leistungstransistors sind folgende Optionen möglich:
- Hochspannungsschalter. Wir wählen einen Transistor für 800 - 1000 V.
- Kaskodeneinschluss. Reihenschaltung zweier Transistoren bei niedrigerer Spannung. Das allgemeine Prinzip dieses Ansatzes ist im Artikel beschrieben . Es gibt Referenzdesigns wie aus Texas und dieses von Infineon.
Rückkopplung, Stabilisierungsmethode
Folgende Optionen können unterschieden werden:
- "Classic" mit Rückmeldung über einen Optokoppler. Ein verständliches, weit verbreitetes Schema erfordert keine zusätzlichen Kommentare.
- Stabilisierung der Leistungswicklung. In dieser Version wird die Spannung an der Speisewicklung des PWM-Reglers stabilisiert. In diesem Fall ist die Spannung an der Ausgangswicklung mehr oder weniger stabil. In dieser Ausführungsform hängt die Qualität der Stabilisierung vom Kopplungskoeffizienten zwischen den Wicklungen ab.
- Primärseitenregler (PSR). Eine relativ neue Technologie, mit der Sie die Bildung einer rechteckigen Charakteristik der Stromversorgung (CV / CC) erreichen können. Dies erfolgt nur von der Primärseite (der Optokoppler ist nicht erforderlich). Verschiedene Hersteller haben unterschiedliche Variationen, aber das allgemeine Prinzip basiert auf der Abtastung der Spannung von der Hilfsstromwicklung (um die Spannungsstabilisierung sicherzustellen) sowie des Schlüsselstroms (um die Stromstabilisierung sicherzustellen). Ein weiteres Merkmal ist, dass es sich häufig eher um einen PFM als um einen PWM-Modulator handelt.
Ich entschied mich für die klassischen Lösungen - nehmen Sie einen 800-900V-Transistor und geben Sie eine Rückmeldung über einen Optokoppler.
Berechnung des Transformators
Übrigens ist zu beachten, dass es sich beim Flyback-Wandler nicht um einen Transformator handelt, sondern um eine Drossel mit zwei Wicklungen. Ich schreibe nur für den Fall, um den Perfektionisten der Leser darüber zu informieren, dass ich unnötige Fragen in den Kommentaren
In meiner Praxis als Entwickler von Leistungselektronik verwende ich verschiedene Berechnungsmethoden und oft eine Kombination davon. In diesem Fall verwende ich eine einfache und schnelle Methode - die Berechnung mit dem Flyback-Dienstprogramm ("das Programm des alten Mannes") mit anschließender Überprüfung des Modells.
Die Berechnung sieht folgendermaßen aus:
Einige Hinweise und Empfehlungen für die Berechnung:
- (DCM), (CCM) . – , ;
- ;
- , . , 300-400 . , ;
- 0,5 – ;
- R DSon - wir nehmen den Nennwert vom DS und multiplizieren ihn mit 1,3-1,5 (Erhöhung des Kanalwiderstands von der Temperatur);
- Die Stromdichte in den Wicklungen kann in einem ziemlich weiten Bereich gemessen werden. Ausgehend von 5-8 A / mm2 (mit natürlicher Konvektion) und bis zu 15-20 A / mm2 (erzwungene Kühlung der Stromversorgung oder Verwendung eines Kühlers für den Transformator).
Ich möchte unerfahrene Entwickler warnen, dass das Dienstprogramm nicht alles für Sie berechnet - es ist nur ein Tool, das Sie auch kennen müssen. Zur Veranschaulichung werde ich einige Beispiele für erfolglose Berechnungen geben.
Die reflektierte Spannung ist zu niedrig eingestellt, daher ist das Tastverhältnis zu niedrig:
Für eine bestimmte Größe des Kerns wird eine zu hohe Leistung eingestellt, dementsprechend ist der Spalt zu groß - der Transformator erwärmt sich aufgrund des Knickens des Feldes im Spalt und die Streuinduktivität erhöht sich ebenfalls:
Leistungsteilsimulation
Ich möchte sofort darauf hinweisen, dass dies ein "ideales Modell" ist, dh ein Modell ohne Berücksichtigung parasitärer Parameter. Das Anwendungsgebiet dieses Modells ist ziemlich eng - Sie können es nicht auf dem Drain auf dem Drain von der Streuinduktivität, dem Klingeln an der Ausgangsdiode und anderen ähnlichen Dingen betrachten. Wofür können Sie dieses Modell verwenden:
- Überprüfung der Berechnung des Transformators hinsichtlich des Arbeitszyklus;
- Berechnung der mittleren und effektiven Ströme durch den Transistor und die Ausgangsdiode;
- Berechnung des effektiven Stroms des Ausgangskondensators;
- Berechnung des effektiven Stroms des Eingangskondensators (Sie müssen das Modell ändern, indem Sie dem Eingang einen Gleichrichter und eine Wechselspannungsquelle hinzufügen).
Das Modell finden Sie hier . Modelldiagramm:
Es gibt keine Spannungsrückkopplung. Um den genauen Wert der Ausgangsspannung sicherzustellen, muss daher das Impuls-Tastverhältnis ausgewählt werden. Dies erfolgt basierend auf den Werten, die bei der Berechnung des Transformators erhalten wurden. Bei einer Eingangsspannung von 675 V wird ein Tastverhältnis von 0,103 erhalten, was einer Impulsbreite von 1030 ns entspricht. Im Modell habe ich einen Wert von 886 ns erhalten - sehr nahe können wir davon ausgehen, dass wir getroffen haben.
Quell-V2-Parameter:
Es ist ersichtlich, dass das Modell nicht die Anzahl der Windungen verwendet, sondern die Induktivität der Transformatorwicklungen. Wie kann man die Induktivität der Sekundärwicklung bestimmen, weil ihr "Old Man's Programm" nicht berechnet? Berechnen Sie nach einer beliebigen Methode anhand der bekannten Parameter des Kernabschnitts, des Spaltes und der Anzahl der Windungen. Für eine schnelle Berechnung empfehle ich die Verwendung eines sehr nützlichen Dienstprogramms. Magnetic Design Tool von TDK / Epcos. Es gibt sowohl eine Online-Version als auch eine Desktop- Version . Ich verwende traditionell den Desktop, da es zu Beginn noch keine Online-Version gab.
Wenn ich Zeit habe, schreibe ich vielleicht eine detaillierte Beschreibung aller Funktionen dieses Werkzeugs, aber vorerst eine kurze Anleitung zur Berechnung der Induktivität der Wicklung:
- Core calculations;
- Core , Material ;
- Al value;
- s – , ;
- Calculate, Al L-Al;
- N ;
- Calculate L .
Bei der Berechnung der Parameter für E-förmige Kerne wird der Bereich Al-Luftspalt mit Streifenfluss (E-Kerne) verwendet . Für alle anderen Kernformen berechnen wir den Al-Luftspalt ohne Streifenfluss .
Stromversorgungskreis
Wie gesagt, das Schema ist ziemlich klassisch. Es gibt einen erwähnenswerten Punkt: Die Eingangsspannung ist ziemlich hoch, daher besteht der Eingangskondensator aus zwei in Reihe geschalteten. In diesem Fall müssen unbedingt die Ausgleichswiderstände R4… R7 verwendet werden.
Was die Leiterplatte betrifft - auch nichts Besonderes, das Projekt ist nicht kompliziert. Bei Produkten mit einer solchen (ziemlich hohen) Spannung sollte jedoch besonderes Augenmerk auf Abstände gelegt werden. Ich habe keine sehr großen Lücken gesetzt, da ich vorhatte, sie mit einer Verbindung zu füllen.
Debuggen eines Netzteils
Das Debuggen ist der Prozess, durch den sich das Board in Folgendes verwandelt:
Dies ist natürlich ein Witz und es kommt nicht immer vor (normalerweise sogar noch schlimmer), dennoch ist das Starten und Debuggen eines Netzteils ein sehr unterhaltsames Thema.
Eine kleine Checkliste, die während des Debuggens und der vorläufigen Tests erstellt werden muss. Wenn wir über kritische Parameter sprechen, die zu einer Verletzung des normalen Betriebs führen können, müssen Sie Folgendes überprüfen:
- Arbeitsfrequenz;
- Spannung am Eingang, wenn die Leistung in einem Sprung angelegt wird (bei Vorhandensein von Drosseln am Eingang kann es zu einem Resonanzprozess und einem Spannungsüberschuss über dem zugeführten kommen);
- Die Spannung am Drain des Netzschalters bei der maximalen Eingangsspannung;
- Die Spannung am Drain des Netzschalters bei der maximalen Eingangsspannung und der Kurzschluss am Ausgang;
- ;
- 8 ( – , , );
- ;
- -;
- ;
- ;
- . , – . .
Wenn ich etwas vergessen habe - schreiben Sie in die Kommentare, vielleicht werden wir mit Hilfe der kollektiven Intelligenz eine detailliertere Liste kritischer Tests zusammenstellen.
Fazit
Ich hatte nicht das Ziel, den gesamten Entwicklungsprozess vollständig zu beschreiben - ich habe nur wenige Punkte gezeigt. Wenn Sie Fragen zu dieser Entwicklung haben - fragen Sie in den Kommentaren, ich werde gerne antworten!
Power ist cool - damit umgehen.