Ervaring van een hardware-expert in het ontwerpen van schakelende voedingen
Schakelende voedingen zijn onderverdeeld in twee vormen, geïsoleerd en niet-geïsoleerd. We hebben het hier vooral over de topologie van geïsoleerde schakelende voedingen. In het volgende verwijzen ze, tenzij anders vermeld, allemaal naar geïsoleerde voedingen. Volgens verschillende structurele vormen kunnen geïsoleerde voedingen worden onderverdeeld in twee categorieën: vooruit en terug. De terugslag betekent dat wanneer de primaire kant van de transformator wordt ingeschakeld, de secundaire kant wordt uitgeschakeld en de transformator energie opslaat. Wanneer de primaire zijde wordt afgesneden, wordt de secundaire zijde ingeschakeld en wordt de energie vrijgegeven aan de werktoestand van de belasting. Over het algemeen heeft de conventionele flyback-voeding meer enkele buizen en dubbele buizen zijn niet gebruikelijk. Het voorwaartse type betekent dat wanneer de primaire zijde van de transformator wordt ingeschakeld, de secundaire zijde de overeenkomstige spanning induceert en afgeeft aan de belasting, en dat de energie rechtstreeks door de transformator wordt verzonden. Volgens de specificaties kan het worden onderverdeeld in conventioneel voorwaarts, inclusief voorwaarts met enkele buis en voorwaarts met dubbele buis. Zowel halfbrug- als brugcircuits zijn voorwaartse circuits.
Forward- en flyback-circuits hebben hun eigen kenmerken en kunnen flexibel worden gebruikt om de beste kostenprestaties te bereiken tijdens het ontwerpproces van het circuit. Over het algemeen kan het flyback-type worden gebruikt bij gelegenheden met een laag vermogen. Een iets grotere kan een voorwaarts circuit met één buis gebruiken, een gemiddeld vermogen kan een voorwaarts circuit met dubbele buis of een halfbrugcircuit gebruiken, en een push-pull-circuit kan worden gebruikt voor laagspanning, wat hetzelfde is als de halve brug. Voor een hoog uitgangsvermogen wordt over het algemeen een brugcircuit gebruikt en voor laagspanning kan ook een push-pull-circuit worden gebruikt.
Vanwege de eenvoudige structuur bespaart de flyback-voeding een inductantie die ongeveer even groot is als de transformator, en wordt veel gebruikt in kleine en middelgrote voedingen. In sommige introducties wordt vermeld dat het vermogen van de flyback-voeding slechts tientallen watt kan bereiken, en er is geen voordeel als het uitgangsvermogen hoger is dan 100 watt, en het is moeilijk te realiseren. Ik denk dat dit in het algemeen het geval is, maar ik kan het niet veralgemenen. De TOP-chip van PI-bedrijf kan 300 watt bereiken. Er zijn artikelen die introduceren dat de flyback-voeding duizenden watt kan bereiken, maar ik heb het echte werk niet gezien. Het uitgangsvermogen is gerelateerd aan het uitgangsspanningsniveau.
De lekinductantie van de flyback-voedingstransformator is een zeer kritische parameter. Aangezien de flyback-voeding de transformator nodig heeft om energie op te slaan, is er over het algemeen een luchtspleet in het magnetische circuit nodig om de ijzeren kern van de transformator volledig te benutten. Het doel is om de hysteresis van de ijzeren kern te veranderen. Door de helling van de lus kan de transformator de impact van grote pulsstromen weerstaan zonder dat de ijzeren kern in een verzadigde, niet-lineaire toestand terechtkomt. De luchtspleet in het magnetische circuit bevindt zich in een toestand met hoge terughoudendheid en de magnetische fluxlekkage in het magnetische circuit is veel groter dan die in een volledig gesloten magnetisch circuit. .
De koppeling tussen de primaire polen van de transformator is ook een sleutelfactor bij het bepalen van de lekinductantie. Om de primaire poolspoelen zo dicht mogelijk bij elkaar te brengen, kan de sandwichwikkelmethode worden gebruikt, maar dit zal de verdeelde capaciteit van de transformator vergroten. Kies zoveel mogelijk de ijzeren kern met een relatief lang venster om de lekinductantie te verminderen. Het effect van het gebruik van magnetische kernen van het EE-, EF-, EER- en PQ-type is bijvoorbeeld beter dan dat van het EI-type.
Wat betreft de inschakelduur van de flyback-voeding, moet de maximale inschakelduur van de flyback-voeding in principe kleiner zijn dan {{0}}.5, anders is de lus niet gemakkelijk te compenseren en kan deze onstabiel zijn, maar er zijn enkele uitzonderingen, zoals de chips uit de TOP-serie die zijn gelanceerd door het Amerikaanse PI-bedrijf. Het kan werken op voorwaarde dat de duty cycle groter is dan 0,5. De duty cycle wordt bepaald door de windingsverhouding van de primaire en secundaire zijde van de transformator. Mijn mening over het doen van flyback is om eerst de gereflecteerde spanning te bepalen (de uitgangsspanning wordt gereflecteerd naar de spanningswaarde van de primaire zijde door de koppeling van de transformator), en de gereflecteerde spanning neemt toe binnen een bepaald spanningsbereik. De werkcyclus wordt verhoogd en het verlies van de schakelbuis wordt verminderd. Naarmate de gereflecteerde spanning afneemt, neemt de werkcyclus af en neemt het verlies van de schakelbuis toe. Natuurlijk heeft dit ook een voorwaarde. Wanneer de duty cycle toeneemt, betekent dit dat de geleidingstijd van de uitgangsdiode wordt verkort. Om de uitvoer stabiel te houden, wordt deze vaker gegarandeerd door de ontlaadstroom van de uitgangscondensator en is de uitgangscondensator bestand tegen een grotere hoge frequentie. De rimpelstroom schuurt en warmt op, wat onder veel omstandigheden niet is toegestaan. Het verhogen van de inschakelduur en het wijzigen van de draaiverhouding van de transformator zal de lekinductantie van de transformator vergroten en de algehele prestaties veranderen. Wanneer de lekinductantie-energie tot op zekere hoogte groot genoeg is, kan deze het lage verlies dat wordt veroorzaakt door de grote belasting van de schakelbuis volledig compenseren. Het heeft geen zin om de duty cycle te verhogen en het kan zelfs de schakelbuis kapot maken vanwege de hoge inverse piekspanning van de lekinductantie. Vanwege de grote lekinductantie kunnen de uitgangsrimpel en sommige andere elektromagnetische indicatoren verslechteren. Wanneer de duty cycle klein is, is de effectieve waarde van de schakelbuisstroom hoog en is de effectieve waarde van de primaire stroom van de transformator groot, wat de efficiëntie van de omzetter vermindert, maar de werkomstandigheden van de uitgangscondensator kan verbeteren en warmteontwikkeling verminderen.
Hoe de gereflecteerde spanning van de transformator te bepalen (dwz inschakelduur)
Sommige netizens noemden de parameterinstelling en werkstatusanalyse van de feedbacklus van de schakelende voeding. Omdat ik op school slecht was in geavanceerde wiskunde, moest ik bijna het inhaalexamen voor "Principles of Automatic Control" afleggen. Ik ben nog steeds bang voor dit onderwerp en ik kan de overdrachtsfunctie van het gesloten-lussysteem tot nu toe niet volledig beschrijven. Ik voel me over het concept van nul en pool van het systeem. Het is erg vaag en als je naar het Bode-diagram kijkt, kun je alleen grofweg zien of het divergeert of convergeert, dus ik durf geen onzin te praten over feedbackcompensatie, maar ik heb enkele suggesties. Als je wat wiskundige vaardigheden en wat studietijd hebt, kun je het universitaire leerboek "Automatic Control Principles" vinden en het zorgvuldig verwerken en combineren met het eigenlijke schakelende voedingscircuit om het te analyseren op basis van de werkstatus. Er zal zeker iets te winnen zijn. Er is een bericht op het forum "Apprenticeship and Learning Feedback Loop Design and Adjustment", waarin CMG heel goed antwoordde, en ik denk dat het als referentie kan worden gebruikt.
Vandaag zal ik het hebben over de duty cycle van de flyback-voeding (ik let op de gereflecteerde spanning, die consistent is met de duty cycle). De inschakelduur is ook gerelateerd aan de houdspanning van de geselecteerde schakelbuis. Sommige vroege flyback-voedingen gebruiken schakelaars met een relatief lage weerstandsspanning. Buizen, zoals 600V of 650V als schakelbuizen voor AC 220V ingangsvermogen, kunnen op dat moment gerelateerd zijn aan het productieproces. Buizen met een hoge weerstandsspanning zijn niet eenvoudig te vervaardigen, of buizen met een lage weerstandsspanning hebben een redelijker geleidingsverlies en schakelkarakteristieken, zoals deze lijn. De gereflecteerde spanning mag niet te hoog zijn, anders om de schakelbuis in een veilig bereik te laten werken , het vermogen dat verloren gaat door het absorptiecircuit is ook aanzienlijk. De praktijk heeft bewezen dat de gereflecteerde spanning van de 600V-buis niet hoger mag zijn dan 100V en de gereflecteerde spanning van de 650V-buis niet hoger mag zijn dan 120V. Wanneer de piekspanningswaarde van de lekinductantie wordt vastgeklemd op 50V, heeft de buis nog steeds een werkmarge van 50V. Vanwege de verbetering van het fabricageprocesniveau van MOS-buizen, gebruikt de algemene flyback-voeding nu 700V of 750V of zelfs 800-900V schakelende buizen. Net als dit soort circuits kan de reflectiespanning van sommige schakeltransformatoren met een sterker anti-overspanningsvermogen ook hoger worden gemaakt. De maximale reflectiespanning is geschikter bij 150V en er kunnen betere algehele prestaties worden verkregen. De TOP-chip van het bedrijf PI raadt het gebruik van een transiënte spanningsonderdrukkingsdiode aan om te klemmen voor 135V. Zijn evaluatiebord heeft echter over het algemeen een gereflecteerde spanning die lager is dan deze waarde rond de 110V. Beide typen hebben voor- en nadelen:
De eerste categorie: zwak anti-overspanningsvermogen, kleine inschakelduur en grote primaire pulsstroom van de transformator. Voordelen: kleine transformatorlekkage-inductantie, lage elektromagnetische straling, hoge rimpelindex, klein schakelbuisverlies, conversie-efficiëntie is niet noodzakelijkerwijs lager dan het tweede type.
De tweede categorie: Nadelen Het verlies van de schakelbuis is groter, de lekinductantie van de transformator is groter en de rimpel is erger. Voordelen: sterkere overspanningsweerstand, grotere inschakelduur, lager transformatorverlies en hoger rendement.
