Pulzní bloky k čemu a z čeho)) — DRIVE2

Článek pojednává o hlavních topologiích napájecích zdrojů používaných v moderních elektrických obvodech a jejich hlavních výhodách.

Úloha napájecího zdroje (dále jen PS) je pro elektronické obvody kritická, protože bez dostatečného výkonu nemůže obvod fungovat na optimální úrovni. Na druhou stranu překročení výkonu zdroje může vlivem zahřívání zhoršit stav součástek obvodu. Existují dva typy topologie napájecích zdrojů: lineární napájecí zdroj a spínaný napájecí zdroj (SMPS).

Nová topologie Switched Mode Power Supply je upřednostňována pro moderní designy kvůli její zvýšené účinnosti a kompaktnosti. SMPS má však více komponent a komplexní design, ale stále jeho výhody převažují nad lineárním napájením.

Topologie spínaného zdroje napájení

Protože pulzní zdroj obsahuje velké množství součástek, je celkový obvod rozdělen do několika částí. Každá z těchto částí zohledňuje všechny faktory nezbytné pro optimální provoz. Příklad: pokud je vstupním parametrem napájecího zdroje střídavý proud, pak má vstupní stupeň usměrňovač a dolní propust. Nechybí ani invertorová kaskáda. Jeho spínací rychlost určuje frekvenci výstupního střídavého proudu.

Srovnání mezi lineární IP a SMPS

Z tabulky je zcela zřejmé, že SMPS jsou vhodnější než napájecí zdroje v lineárním režimu, když se vezmou v úvahu konstrukční kritéria. Ve prospěch SMPS navíc hovoří i kompaktní rozměry a efektivita. Ačkoli je SMPS lepší než lineární režim, výběr různých topologií SMPS je také obtížná volba. Existují různé topologie SMPS:

Dolar

Rýže. 1. Buck topologie

Protože topologie zahrnuje induktor a bočníkový kondenzátor, je ideální pro snižování napětí ve stejnosměrném obvodu. Buck měniče poskytují vysokou účinnost.

Jednou z hlavních nevýhod buck konvertorů je, že vstupní proud je vždy přerušovaný, což vede ke zvýšenému elektromagnetickému rušení. Tento problém lze vyřešit pomocí komponent filtru.

zesílení

Rýže. 2. Boost topologie

Topologie Boost pomáhá zvýšit napětí umístěním přepínače do polohy bypassu vzhledem ke vstupu. Tato topologie má široký výběr induktorů v zvyšovacích obvodech v závislosti na funkčních požadavcích. Možnost použití nestandardní indukčnosti navíc pomáhá při navrhování obvodů pro různá zařízení.

Topologie Boost spotřebovává při provozu v kondukčním režimu trvalý proud, takže v případě velkých odchylek zvyšuje účiník.

dolar zvýšit

Rýže. 3. Topologie Buck-Boost

Topologie buck-boost je kombinací topologií Buck a Boost. Proto je tato topologie vhodná pro aplikace zvyšujícího i snižujícího napětí. Vzhledem k tomu, že připojení cívky k hlavnímu obvodu závisí na poloze přepínače, je obvod měniče o něco složitější.

Tato topologie je zvláště užitečná pro bateriové systémy, má však nevýhodu v invertování výstupního napětí.

SEPIC/Сuk

Rýže. 4. Topologie SEPIC

Rýže. 5. Topologie Cuk

Topologie SEPIC a Cuk využívají k ukládání energie v obvodu jak induktory, tak kapacity. Díky funkci step-up nebo step-down jsou vhodné pro bateriové aplikace. Topologie SEPIC je preferována před Cuk a buck-boost kvůli neinvertujícímu výstupu.

Letět zpátky

Rýže. 6. Flyback topologie

Topologie Flyback se skládá z transformátoru, který zajišťuje izolaci. Umožňuje také měnit napětí změnou transformačního poměru a vytváří možnost pro více výstupů.

Flyback topologie je nejjednodušší a nejběžnější z izolovaných topologií pro nízkoenergetické zdroje. Navíc zpětnovazební transformátor eliminuje potřebu samostatného induktoru.

Vpřed

Rýže. 7. Dopředná topologie

Topologie zahrnuje transformátor spolu s rozšířeným obvodem na výstupu. Dopředné obvody jsou optimální pro napájení vysokým proudem díky stabilnímu výstupnímu proudu, lze je proto použít v obvodech s proudem nad 15A.

Stejně jako flyback je i forward určen pro zařízení s nízkou spotřebou. I když je účinnost srovnatelná s flybackem, má nevýhodu přídavného induktoru na výstupu, takže je méně vhodný pro vysoká výstupní napětí.

Tlačit táhnout

Rýže. 9. Push-Pull topologie

Topologie push-pull využívá dvě primární vinutí v dopředných obvodech k vytvoření dvou budicích vinutí. Proto zlepšuje účinnost, protože využití jádra transformátoru je optimální ve srovnání s jakýmkoliv zpětným nebo dopředným měničem. Kromě toho převodníky Push-Pull poskytují možnost škálování tak, aby splňovaly přísné požadavky na napájení.

Při stejných výkonových úrovních mají push-pull obvody ve srovnání s přímým převodníkem kompaktní filtry. Kromě toho je funkčnost spínače kritická, protože pokud jsou oba spínače zapnuty současně. To vytvoří v transformátoru stejný a opačný magnetický tok, což způsobí snížení impedance a v důsledku toho zvýšení proudu.

Poloviční brig

Rýže. 9. Topologie Half-Brige

Topologie Half-Brige má schopnost škálovat výkon, ale má problém s náhlým zvýšením proudu, když jsou spínače zapnuty současně. K ovládání je nutná pauza mezi spínacími operacemi, která omezuje pracovní cyklus na přibližně 45 %. Výhodou Half-Brige je, že vstupní a výstupní napětí jsou stejné.

Resonance LLC

Rýže. 10. Rezonanční LLC topologie

Rezonanční obvod LLC má podobnou konstrukci jako Half-Brige, také využívá koncept rezonance pro eliminaci efektu předstihu a zpoždění, což snižuje spínací ztráty.

Tato topologie je velmi dobrou volbou pro záložní zdroje, protože rezonanční obvod vyžaduje nepřetržité napájení. Rezonanční LLC je výhodnější než topologie push-pull a Half-Brige, protože může být naladěn na široký rozsah vstupních napětí, ale je složitější a dražší.

V poslední době jsem dostal řadu dotazů na téma stabilizace napětí nebo na to, jak by měly být LED napájeny.
Rád bych představil svůj teoretický pohled na interakci součástek v napájecím obvodu.
V napájecím zdroji je mikroobvod. Je to v podstatě mozek zařízení, který ovládá vypínač, buď zabudovaný uvnitř, nebo externí. Síťový vypínač, který se velmi rychle otevírá a zavírá, napumpuje napětí do induktoru. Na výstupu se objeví napětí, toto napětí musí být sledováno a pokud výstupní napětí dosáhne požadované hodnoty, musíme o tom informovat řídicí mikroobvod v induktor se sníží a výstupní napětí začne klesat, ale obvod, který monitoruje výstupní napětí, bude opět informovat mikroobvod, že napětí klesá pod to, co potřebujeme, a mikroobvod opět prodlouží dobu otevření vypínače.

Obvod, který sleduje, co se děje na výstupu napájecího zdroje, se bude nazývat OS (zpětná vazba).
Zpětná vazba je ta část napájecího zdroje, pomocí které můžeme získat potřebné volty na výstupu napájecího zdroje.
Existuje několik možností pro jeho obvodový návrh V nízkonapěťových zdrojích, které kupujeme v Číně a montujeme do automobilů, je zpětnou vazbou obvykle dělič napětí (dva odpory v jehož středu by měly produkovat určité napětí o požadovaných voltech. na výstupu napájecího zdroje.)
Například mikroobvod očekává, že na jeho zpětnovazební noze by mělo být 1.25 voltů. Na výstupu zdroje by mělo být 5 voltu, mikroobvod bude přesně udržovat tlumivku , snížení nebo zvýšení pracovního cyklu na vypínači tak, aby na jeho zpětnovazební větvi bylo vždy 1.25.
Napájecí zdroje ze sítě dělají totéž, jediný rozdíl je v tom, že existuje jiný mikroobvod, ale podstata a význam zůstává v principu stejný (Rozdíl je v tom, že musíme fyzicky oddělit vysokonapěťovou část jednotky z nízkonapěťového To znamená, že je potřeba zpětná vazba, nějak se ujistěte, že se dívá na to, co máme na nízkonapěťovém výstupu a hlásí informace do mikroobvodu umístěného ve vysokonapěťové části.
K tomu můžete použít optočlen. Obvod zpětné vazby se často dívá na napětí a prostřednictvím blinkrů na LED uvnitř optočlenu komunikuje přes fototranzistor ve stejném optočlenu potřebná data. vysokonapěťové části napájecího zdroje a to do zpětnovazební větve mikroobvodu.
Obvod, který ovládá světlo optočlenu, je vyroben poněkud jinak než dělič, často na TL431.
Tady je odkaz, který jsem z rozmaru našel na internetu, tak ho dávám vprl.ru/publ/tekhnologii/…_zver_quot_takoj/9-1-0-17
Pokud jsi na to přišel, tak si myslím, že jsi si uvědomil, že tam je taky dělič Vše začíná, jen dělička nejdřív hlásí data do TL a ten pak přes optočlen dává hlášení řídícímu mikroobvodu.
To znamená, že hrou s děličem na výstupu zdroje můžeme opět snížit nebo zvýšit napětí.
Nyní o síle proudu, co jsem popsal dříve, pokud jde o řízení síly, získáme signál na jeho noze, ale v reálném životě moc se nestaráme o to, co je na výstupu, to znamená, že budeme monitorovat sílu proudu a jakmile bude síla vyšší, než potřebujeme, okamžitě pošleme signál do mikroobvodu, jako bychom měli přepětí mikroobvod Rozhodne to, že napětí je vyšší než normální a začne to resetovat, ale máme to ha-ha.
Jak sledovat proud podle poklesu napětí na bočníku Například vezmeme odpor 0.1 Ohm a víme, kolik bylo před ním a kolik za ním, můžeme snadno vypočítat čísla, která potřebujeme -amp (operační zesilovač)
Snadno vystopuje, co spadlo na rezistor a oklame napájení.
Zde je příklad:
ea.d-cd.net/1c6246as-960.jpg obvod stabilizátoru napětí
ha.d-cd.net/f56246as-960.jpg obvod stabilizátoru proudu.
Toto dílo od Andrey Golubeva je také k pronájmu.
Ale není to pro nás důležité řemeslo, ale samotný význam Pociťte rozdíl mezi těmito dvěma schématy.

Můžete také připnout síťový zdroj Jak jsme již viděli, princip je stejný.
Nezapomeň, že nikdo nezrušil napájení A to se rovná součinu napětí a proudu To znamená, že náš zdroj dokáže vyrobit více napětí, ale nižší proud naše hlavy například síťový pulzní zdroj 12 voltů 2 ampéry může produkovat 24 voltů, ale již 1 ampér, protože je to 24 wattů Hlavní věc je, že se výstupní část nerozpadne z přepětí, kondenzátory nebouchnou)) Samozřejmě to nemá cenu tolik zvyšovat, ale o 50-70 procent je to možné.
No prostě tím, že spadneš na šunt, to můžeš připnout a zprovoznit to jako řidič Ha ha.

Proč tedy existují mikroobvody, které se používají speciálně pro ovladače a jiné pro stabilizátory napětí, je to tak, že v čipu ovladače je samotný bočník a operační zesilovač již zabudovány do jeho útrob, to je vše.
Také bych rád hovořil o stabilizátoru napětí, což je obzvláště velké a bolestivé téma, když je v autě 10-14 až 16 voltů a na výstupu potřebujeme 12 voltů, abychom navinuli 100500 XNUMX km LED pásku auto a buď šťastný)))
Potíž je v tom, že je nutné zvyšovat i snižovat v jednom zařízení a obvykle napájecí zdroje tohoto typu buď zvyšují nebo snižují, ale ne všechny dohromady.
Existuje způsob, jak se dostat ven. Použijme topologii SEPIC (single-ended primary induktor convertor).
Co jsem našel jako první, to dávám.
meta-kot.livejournal.com/14245.html?thread=15525
Mimochodem, existuje obvod stabilizátoru pro proud i napětí.

A tady je ještě něco, co jsem našel.
Zajímavý způsob, jak oklamat osud, kdysi jsem viděl TPS63061 a na něm založené s7v7f5 a říkal jsem si, proč je tam tolik kondenzátorů a proč je induktor izolován od zátěže, což mi umožnilo najít tuto kresbu.
radiokot.ru/forum/downloa…81ab400c2698604a238ba4be3
(žádný datový list ke studiu)) není naše metoda)
Samozřejmě, to je samotný princip Na zpětné vazbě není žádný dělič A na stejném TL431 bych zavedl i ochranu proti nízkému napětí Pokud si pozorně přečtete výše uvedené rozdělovače, můžete hádat, kde je dělič poklesy vstupního napětí.))

No, je to tak, pro obecné pochopení, pokud se chcete ponořit hlouběji, přečtěte si open.e-voron.dp.ua/stabil…ov-na-mikrosheme-ms34063/ (tam jsou příklady pro MS34063 že to neodstřelí střechu)) Ale najdete něco užitečného pro sebe Navíc podstata a význam zůstávají relevantní pro všechny mikroobvody tohoto druhu.
Ehm, nějak to dopadlo bez fotek.
Dobře, najdu to k smíchu.

Takto může začít vypadat váš zdroj, pokud se k němu bez znalosti teorie pokusíte dostat praxí.
A pokud se jedná o síťový zdroj, pak provádějte veškeré manipulace s napájecím zdrojem odpojeným od sítě nebo dokonce i samotný master, ve vaší osobě, může mít tento vzhled vstupní část takové jednotky 300 voltů Nedotýkejte se prsty součástek napájecího zdroje ve vysokonapěťové části nebudu trvat na kontrole, že není nabitý napájecí kondenzátor a snažíte se to opravit, pak už to děláte už všechno víš a rozumíš (varoval jsem tě, takže vše je na vlastní nebezpečí a riziko)

Hodně štěstí všem ve vašem snažení.