Power Electronics – יסודות ורעיונות עיצוביים – אלקטרוניקה בשבילך

פרסומת
X-ray_Promo1


חקור מעגלים, שיקולי תכנון ומופלאות IC – מעצימים את העתיד של פתרונות האנרגיה.

פרסומת

עם הופעתם של מקורות אנרגיה חדשים והדרישה לאספקת חשמל בצורות ובגדלים שונים, ייווצר ביקוש עצום לעיצובים חדשים, כאשר היעילות והאמינות יהיו מעל לכל.

באמצעות נושא זה, נדון בצורות שונות של יחידות אספקת חשמל בצורות שונות. אלו הם התפקידים הקריטיים שבאמצעותם תמלא אלקטרוניקת הכוח את תפקידה בעיצוב אלקטרוניקה מודרני:

• ייצור חשמל
• העברת כוח
• חלוקת כוח
• בקרת כוח

עם זאת, הרעיון הבסיסי נותר כי בכל היישומים הללו, מתחי הכניסה והזרמים עוברים באמצעות התקני מוליכים למחצה הספק כדי לספק יציאות רצויות.

ההתקדמות האחרונה במגוון מוליכים למחצה מיתוג וזמינות קלה בהחלט הפכה את פלח השוק הזה למשתלם, והכי חשוב, סביר.

באמצעות דיון זה, נתרכז בארבעה סוגים בסיסיים אלה של מעגלים אלקטרוניים:

1. כניסת AC לפלט DC: ידוע בדרך כלל כ-SMPS או ספק כוח באופן כללי

2. כניסת DC ליציאת DC: ממירי באק, בוסט וממירי CUK

3. כניסת DC ליציאת AC: UPS/ממירים

4. כניסת AC ליציאת AC: ממירי מתח ומבודדים (הידועים בדרך כלל כממירי cyclo)

נתרכז בסוג הראשון של רעיונות עיצוב ספק כוח בדיון זה:

SMPS (Switched Mode Power Supply) הוא פתרון מורכב אך זול לדרישות אספקת חשמל מודרנית. יחידה זו תמיר את מתח הקו למתח/זרם שמיש בשיטת מיתוג בתדר גבוה. ישנן גישות רבות להשיג זאת, וכל טופולוגיה מוסברת להלן:

  • ממיר באק – מתח נמוך וזרם בינוני
  • ממיר Boost – מתח גבוה וזרם נמוך
  • ממיר Buck-Boost – יישומים מיוחדים
  • ממיר SEPIC/Ćuk – יישומים מיוחדים
  • ממיר Flyback – נלקח בחשבון כאשר דרישת ההספק היא מתחת ל-100 וואט והזרם נמוך מ-10 אמפר (בדרך כלל מתח נמוך וזרם נמוך):
    • הטיה חוזרת של מתג יחיד – נלקחת בחשבון כאשר דרישת ההספק היא מתחת ל-0 – 100 וואט והזרם נמוך מ-10 אמפר (בדרך כלל מתח נמוך וזרם גבוה)
    • הטיה חוזרת של 2 מתגים – נחשבת כאשר דרישת ההספק היא מתחת ל-0 – 400 וואט והזרם הוא מעל 10 אמפר (בדרך כלל מתח בינוני וזרם נמוך)
  • חזרה מהדק אקטיבי – נלקח בחשבון כאשר דרישת ההספק היא מתחת ל-0 – 100 וואט והזרם הוא מעל 10 אמפר (בדרך כלל מתח נמוך עד בינוני וזרם גבוה)
  • ממיר קדימה
    • ממיר Push-Pull – נחשב כאשר דרישת ההספק היא בין 1000 – 4000 וואט (בדרך כלל מתח בינוני וזרם גבוה)
    • ממיר חצי גשר – נחשב כאשר דרישת ההספק היא בין 0 – 400 וואט והזרם הוא מעל 10 אמפר (בדרך כלל מתח בינוני וזרם גבוה)
    • גשר מלא מוסט פאזה – נחשב כאשר דרישת ההספק היא בין 400 – 4000 וואט
      • מהדק אקטיבי קדימה – נחשב כאשר דרישת ההספק היא עד 400 וואט והזרם הוא מעל 10 אמפר (בדרך כלל מתח בינוני וזרם גבוה)
    • 2 מתג קדימה – נחשב כאשר דרישת ההספק היא עד 100 וואט והזרם הוא מעל 10 אמפר (בדרך כלל מתח נמוך עד בינוני וזרם גבוה)
    • מתג בודד קדימה – נלקח בחשבון כאשר דרישת ההספק נמוכה מ-0 – 100 וואט והזרם נמוך מ-10 אמפר (בדרך כלל מתח נמוך וזרם גבוה)
    • DCM flyback – נחשב כאשר דרישת ההספק היא עד 100 וואט והזרם נמוך מ-10 אמפר (בדרך כלל מתח נמוך וזרם בינוני)
    • DCM 2-switch flyback: יישום מיוחד

הבה נדון בכל אחד משיקולי התכנון, חישובי תכנון SOIC (מעגל משולב קטן) ורכיבים ספציפיים ליישום שישמשו עבור כל סוג. נדון בכל נושא בסדרה הקרובה שלנו בנפרד.

ממיר באק

שיקולי עיצוב

טופולוגיה זו אמורה להיות לא מבודדת (כלומר, הפלט מחובר ישירות למקור). סוגים אלה של ממירים משמשים בדרך כלל כמווסת ירידה, המחליפים את הרגולטורים הליניאריים הרגילים. עם זאת, יש לציין כי ממירים אלו מורכבים יחסית בתכנון, אך יעילות היציאה הגבוהה מבטלת את החיסרון הזה כאשר מתח המוצא נמוך. ניתן להשיג את רוב הפתרונות עם פתרון IC יחיד עם רכיבים חיצוניים מינימליים ביותר.

זמינות SOIC

ישנם מספר ICs המיועדים במיוחד לטופולוגיה זו. חלק מה-ICs שאנחנו בהחלט לא יכולים להתעלם מהם הם:

  • LM2576 של טקסס אינסטרומנטס
  • RT6200 מאת Richtek
  • MPM3610 של חברת Monolithic Power Systems
  • SY8105ADC מאת Richtek
  • TPS54302DDCR של טקסס אינסטרומנטס
  • A4490 של Allegro Microsystems
  • TPS65400 של טקסס אינסטרומנטס
  • RT9992 מאת Richtek
  • LTC3374 מאת Analog Devices

והרשימה עוד ארוכה עבור ICs אחרים. כאן LM2576 ממלא תפקיד בולט בשל זמינותו וביצועיו הגונים עבור רוב היישומים. אז בואו נדון בתכנון המעגל של ה-IC הזה.

זהו ממיר Power SIMPLE SWITCHER® הפועל בתדרים של 150 קילו-הרץ, 3.3 וולט, 5 וולט, 12 וולט וגרסאות פלט מתכווננות. טווח מתח היציאה של הגרסה המתכווננת הוא 1.2 וולט עד 37 וולט ±4% מקסימום מעל קו ותנאי עומס תוך שמירה על יעילות של 73%.

זמין באריזות TO-220 ו-TO-263, מה שמקל גם על מעצבים מתחילים. סדרת LM2596 פועלת בתדר מיתוג של 150 קילו-הרץ, ובכך מאפשרת רכיבי פילטר בגודל קטן יותר ממה שניתן להידרש לווסת מיתוג בתדר נמוך יותר.

פרטי סיכה

דירוג מרבי מוחלט

סכמטיקה

סכמטיות: זרם עומס במתח קבוע 3 אמפר.

מתח הכניסה מוזן לפין מס' 1 (Vin). קבל הקלט Cin מיועד לדחיית אדווה ודחייה חולפת. קבל זה חייב להיות ממוקם קרוב ל-IC באמצעות מובילים קצרים. נדרש קבל מעקף מאלומיניום או טנטלום נמוך ESR בין פין הקלט לפין הארקה כדי למנוע מעברי מתח גדולים להופיע בכניסה. ראוי לציין כי יש לבחור את דירוג זרם ה-RMS של קבל הקלט להיות לפחות ½ מזרם העומס של DC. מומלץ לעיין בגיליון הנתונים של יצרן הקבלים לקבלת מידע נוסף על השימוש בקבל זה.

פין מס' 5 משמש לכיבוי מעגל ווסת המתח כאשר זרם אספקת הכניסה מופחת ל-80 uA. כאשר המתח בפין הזה יורד מתחת למתח הסף של 1.3 וולט, הוא מפעיל את ממיר הבאק. וכשהמתח עולה על ה-1.3 V, הוא מכבה את הממיר. ניתן לחבר את הפין הזה ל-GND כדי להשבית תכונה זו.

פין מס' 4 מיועד ללולאת המשוב כדי לווסת את מתח המוצא. זה יכול להיות פשוט לחבר לפין מתח המוצא מס' 2. מתכננים ממליצים תמיד להרחיק את הקו הזה ממשרנים בסביבה שעלולים לגרום לשטף תועה לתוך לולאת המשוב.

פין מס' 3 הוא עבור GND נפוץ, בעוד שפין מס' 2 הוא עבור מתח המוצא, ויהיה חכם לשקול כמה רכיבים המחוברים לפין זה. דיודה D1 היא דיודת התפיסה, שאמורה להיות גדולה פי 1.3 לפחות מזרם העומס המרבי בהתחשב בהפסדים. דיודה זו נבחרה בקפידה כדי לא להלחיץ ​​בתנאים קיצוניים כמו עומס יתר או קצר חשמלי. דיודה 1N5823 Schottky תספק את הביצועים הטובים ביותר ולא תהיה לחוצה יתר על המידה אפילו עבור פלט קצר.

תכנות מתח פלט

בחר R1 ו-R2.
VOUT = VREF (1 + R2/ R1) כאשר VREF = 1.23 V
בחירת משרן (L1)
E*T = (VIN − VOUT − VSAT) (VOUT + VD)/ (VIN − VSAT + VD) (1000/ 150 קילו-הרץ)

איפה,

VSAT = מתח רוויה פנימי של מתג = 1.16 V
VD = נפילת מתח קדימה של דיודה = 0.5 V
E = וולט משרן
T= קבוע מיקרו-שנייה
בחירת קבל פלט (COUT)

ברוב היישומים, קבלים אלקטרוליטיים או טנטלום מוצק ESR נמוך בין 82 μF ל- 820 μF מספקים את התוצאות הטובות ביותר. קבל זה חייב להיות ממוקם קרוב ל-IC באמצעות מובילי קבלים קצרים ועקבות נחושת קצרות. אין להשתמש בקבלים גדולים מ-820 μF.

קבל היזון קדימה (CFF):

עבור מתחי מוצא הגדולים מ-10 V בקירוב, נדרש קבל נוסף. קבל הפיצוי הוא בדרך כלל בין 100 pF ל- 33 nF.

CFF = 1 /(31 *103 * R2)

סוג קבל זה יכול להיות קרמיקה, פלסטיק, נציץ כסף וכן הלאה

תיקונים

זהו מעגל מותאם לשינוי מתח המוצא. לכל היותר יש לנקוט בזהירות בעת שימוש בלולאת המשוב כך שלא יחרגו מהמפרט המקסימלי המוחלט. ניתן לכוון את POT R1 כדי לשנות את מתח המשוב המוזן לפין המשוב, ובכך לשנות את מתח המוצא מבלי להפריע לוויסות המתח.

הישארו מעודכנים – המאמרים הקרובים שלנו יספקו סיקור מפורט יותר על טופולוגיות אחרות וסכימות יישומים.



קישור לכתבת המקור – 2024-01-19 09:56:42

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר