Erfahrung eines Hardware-Experten im Schaltnetzteildesign
Schaltnetzteile werden in zwei Formen unterteilt: isolierte und nicht isolierte. Hier sprechen wir hauptsächlich über die Topologie isolierter Schaltnetzteile. Im Folgenden beziehen sich alle Angaben, sofern nicht anders angegeben, auf isolierte Stromversorgungen. Je nach Bauform lassen sich isolierte Stromversorgungen in zwei Kategorien einteilen: Vorwärts- und Sperrstromversorgungen. Der Rücklauf bedeutet, dass beim Einschalten der Primärseite des Transformators die Sekundärseite ausgeschaltet wird und der Transformator Energie speichert. Wenn die Primärseite abgeschaltet wird, wird die Sekundärseite eingeschaltet und die Energie wird an den Arbeitszustand der Last abgegeben. Im Allgemeinen verfügt das herkömmliche Flyback-Netzteil über mehr Einzelröhren und Doppelröhren sind nicht üblich. Der Vorwärtstyp bedeutet, dass beim Einschalten der Primärseite des Transformators die Sekundärseite die entsprechende Spannung induziert und an die Last ausgibt und die Energie direkt über den Transformator übertragen wird. Gemäß den Spezifikationen kann es in konventionelle Vorwärtsbewegungen unterteilt werden, einschließlich Einrohr-Vorwärtsfahrten und Doppelrohr-Vorwärtsbewegungen. Sowohl Halbbrücken- als auch Brückenschaltungen sind Vorwärtsschaltungen.
Vorwärts- und Rücklaufschaltungen haben ihre eigenen Eigenschaften und können flexibel eingesetzt werden, um beim Entwurf der Schaltung das beste Preis-Leistungs-Verhältnis zu erzielen. Im Allgemeinen kann der Flyback-Typ bei Gelegenheiten mit geringer Leistung verwendet werden. Eine etwas größere Schaltung kann eine Einröhren-Vorwärtsschaltung verwenden, eine mittlere Leistung kann eine Doppelröhren-Vorwärtsschaltung oder eine Halbbrückenschaltung verwenden und eine Gegentaktschaltung kann für niedrige Spannung verwendet werden, was mit der identisch ist Halbbrücke. Für hohe Leistungsabgaben wird im Allgemeinen eine Brückenschaltung verwendet, für niedrige Spannungen kann auch eine Gegentaktschaltung verwendet werden.
Aufgrund seines einfachen Aufbaus spart das Flyback-Netzteil eine Induktivität ein, die etwa die gleiche Größe wie der Transformator hat, und wird häufig in kleinen und mittleren Netzteilen verwendet. In einigen Einleitungen wird erwähnt, dass die Leistung des Flyback-Netzteils nur mehrere zehn Watt erreichen kann und es keinen Vorteil gibt, wenn die Ausgangsleistung 100 Watt überschreitet, und dies schwer zu realisieren ist. Ich denke, dass das allgemein der Fall ist, aber ich kann es nicht verallgemeinern. Der TOP-Chip der Firma PI kann 300 Watt erreichen. Es gibt Artikel, die vorstellen, dass Flyback-Netzteile Tausende von Watt erreichen können, aber ich habe das Original nicht gesehen. Die Ausgangsleistung hängt vom Ausgangsspannungspegel ab.
Die Streuinduktivität des Flyback-Stromversorgungstransformators ist ein sehr kritischer Parameter. Da das Flyback-Netzteil den Transformator zum Speichern von Energie benötigt, ist zur vollständigen Nutzung des Eisenkerns des Transformators im Allgemeinen ein Luftspalt im Magnetkreis erforderlich. Der Zweck besteht darin, die Hysterese des Eisenkerns zu ändern. Durch die Steigung der Schleife kann der Transformator den Auswirkungen großer Impulsströme standhalten, ohne dass der Eisenkern in einen gesättigten nichtlinearen Zustand übergeht. Der Luftspalt im Magnetkreis befindet sich in einem Zustand hoher Reluktanz und der magnetische Streufluss im Magnetkreis ist viel größer als der in einem vollständig geschlossenen Magnetkreis. .
Auch die Kopplung zwischen den Primärpolen des Transformators ist ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung der Streuinduktivität. Um die Primärpolspulen so nah wie möglich anzuordnen, kann die Sandwich-Wicklungsmethode verwendet werden, die jedoch die verteilte Kapazität des Transformators erhöht. Wählen Sie den Eisenkern so weit wie möglich mit einem relativ langen Fenster, um die Streuinduktivität zu reduzieren. Beispielsweise ist die Wirkung der Verwendung von Magnetkernen des Typs EE, EF, EER und PQ besser als die des Typs EI.
In Bezug auf das Tastverhältnis des Flyback-Netzteils sollte das maximale Tastverhältnis des Flyback-Netzteils grundsätzlich weniger als {{0}},5 betragen, da die Schleife sonst nicht leicht zu kompensieren ist und möglicherweise instabil ist. Es gibt jedoch einige Ausnahmen, wie zum Beispiel die von der amerikanischen Firma PI auf den Markt gebrachten Chips der TOP-Serie. Sie können unter der Bedingung funktionieren, dass der Arbeitszyklus größer als 0,5 ist. Das Tastverhältnis wird durch das Windungsverhältnis der Primär- und Sekundärseite des Transformators bestimmt. Meine Meinung zum Flyback besteht darin, zunächst die reflektierte Spannung zu bestimmen (die Ausgangsspannung wird durch die Kopplung des Transformators auf den Spannungswert der Primärseite reflektiert), und die reflektierte Spannung steigt innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs an. Die Einschaltdauer wird erhöht und der Schaltröhrenverlust verringert. Wenn die reflektierte Spannung abnimmt, verringert sich die Einschaltdauer und der Verlust der Schaltröhre nimmt zu. Dies setzt natürlich auch eine Voraussetzung voraus. Wenn das Tastverhältnis zunimmt, bedeutet dies, dass die Leitungszeit der Ausgangsdiode verkürzt wird. Um den Ausgang stabil zu halten, wird der Entladestrom des Ausgangskondensators häufiger gewährleistet und der Ausgangskondensator hält höheren Hochfrequenzen stand. Der Welligkeitsstrom führt zu einer Erwärmung, was unter vielen Bedingungen nicht zulässig ist. Durch Erhöhen des Arbeitszyklus und Ändern des Windungsverhältnisses des Transformators wird die Streuinduktivität des Transformators erhöht und seine Gesamtleistung verändert. Wenn die Streuinduktivitätsenergie bis zu einem gewissen Grad groß genug ist, kann sie den geringen Verlust, der durch die hohe Beanspruchung der Schaltröhre verursacht wird, vollständig ausgleichen. Es macht keinen Sinn, den Arbeitszyklus zu erhöhen, und aufgrund der hohen inversen Spitzenspannung der Streuinduktivität kann es sogar zum Ausfall der Schaltröhre kommen. Aufgrund der großen Streuinduktivität können sich die Ausgangswelligkeit und einige andere elektromagnetische Indikatoren verschlechtern. Wenn das Tastverhältnis klein ist, ist der Effektivwert des Schaltröhrenstroms hoch und der Effektivwert des Primärstroms des Transformators groß, was den Wirkungsgrad des Wandlers verringert, aber die Arbeitsbedingungen des Ausgangskondensators verbessern kann und die Wärmeentwicklung reduzieren.
So bestimmen Sie die vom Transformator reflektierte Spannung (z. B. Arbeitszyklus)
Einige Internetnutzer erwähnten die Parametereinstellung und Arbeitsstatusanalyse der Rückkopplungsschleife des Schaltnetzteils. Da ich zu meiner Schulzeit in der fortgeschrittenen Mathematik schlecht war, musste ich fast die Nachholprüfung für „Grundlagen der automatischen Steuerung“ ablegen. Ich habe immer noch Angst vor diesem Thema und kann die Übertragungsfunktion des Closed-Loop-Systems bisher nicht vollständig schreiben. Mir geht es um das Konzept von Null und Pol des Systems. Es ist sehr vage und ein Blick auf das Bode-Diagramm kann nur grob sagen, ob es divergiert oder konvergiert. Ich wage also nicht, Unsinn über die Rückkopplungskompensation zu reden, habe aber einige Vorschläge. Wenn Sie über einige mathematische Fähigkeiten und etwas Zeit zum Lernen verfügen, können Sie das Universitätslehrbuch „Prinzipien der automatischen Steuerung“ lesen, es sorgfältig lesen und es mit dem tatsächlichen Schaltnetzteil kombinieren, um es entsprechend dem Arbeitsstatus zu analysieren. Es wird auf jeden Fall etwas zu gewinnen geben. Es gibt einen Beitrag im Forum „Apprenticeship and Learning Feedback Loop Design and Adjustment“, in dem CMG sehr gut geantwortet hat, und ich denke, dass er als Referenz verwendet werden kann.
Heute werde ich über den Arbeitszyklus des Flyback-Netzteils sprechen (ich achte auf die reflektierte Spannung, die mit dem Arbeitszyklus übereinstimmt). Der Arbeitszyklus hängt auch von der Spannungsfestigkeit der ausgewählten Schaltröhre ab. Einige frühe Flyback-Netzteile verwendeten Schalter mit relativ niedriger Spannungsfestigkeit. Röhren wie 600V oder 650V als Schaltröhren für AC 220V Eingangsleistung können mit dem damaligen Produktionsprozess zusammenhängen. Röhren mit hoher Spannungsfestigkeit sind nicht einfach herzustellen, oder Röhren mit niedriger Spannungsfestigkeit weisen angemessenere Leitungsverluste und Schalteigenschaften auf, wie in dieser Zeile. Die reflektierte Spannung sollte andernfalls nicht zu hoch sein, damit die Schaltröhre in einem sicheren Bereich arbeitet Auch der Leistungsverlust des Saugkreises ist beträchtlich. Die Praxis hat gezeigt, dass die reflektierte Spannung der 600-V-Röhre 100 V und die reflektierte Spannung der 650-V-Röhre 120 V nicht überschreiten sollte. Wenn der Spitzenspannungswert der Streuinduktivität auf 50 V begrenzt wird, verfügt die Röhre immer noch über einen Arbeitsspielraum von 50 V. Aufgrund der Verbesserung des Herstellungsprozesses von MOS-Röhren verwendet die allgemeine Flyback-Stromversorgung nun 700-V- oder 750-V- oder sogar 800-900V-Schaltröhren. Wie bei dieser Art von Schaltung kann auch die Reflexionsspannung einiger Schalttransformatoren mit stärkerer Überspannungsschutzfähigkeit erhöht werden. Die maximale Reflexionsspannung ist bei 150 V besser geeignet und es kann eine bessere Gesamtleistung erzielt werden. Der TOP-Chip der Firma PI empfiehlt die Verwendung einer Transientenspannungs-Unterdrückungsdiode zur Klemmung von 135 V. Allerdings weist sein Evaluierungsboard im Allgemeinen eine reflektierte Spannung auf, die unter diesem Wert liegt und etwa 110 V beträgt. Beide Arten haben Vor- und Nachteile:
Die erste Kategorie: Schwache Überspannungsschutzfähigkeit, kleiner Arbeitszyklus und großer Primärimpulsstrom des Transformators. Vorteile: kleine Streuinduktivität des Transformators, geringe elektromagnetische Strahlung, hoher Welligkeitsindex, geringer Schaltröhrenverlust, Umwandlungseffizienz ist nicht unbedingt niedriger als beim zweiten Typ.
Die zweite Kategorie: Nachteile Der Verlust der Schaltröhre ist größer, die Streuinduktivität des Transformators ist größer und die Welligkeit ist schlechter. Vorteile: höhere Überspannungsfestigkeit, größere Einschaltdauer, geringere Transformatorverluste und höherer Wirkungsgrad.
