Większość systemów elektronicznych wymaga pewnego rodzaju konwersji pomiędzy napięciem zasilania a napięciem obwodu, który ma być zasilany. Gdy akumulator rozładuje się, napięcie spadnie. Niektóre konwersje DC-DC mogą zapewnić wykorzystanie większej ilości energii zmagazynowanej w akumulatorze do zasilania obwodu. Ponadto, jeśli użyjemy linii 110 V AC, nie możemy bezpośrednio zasilać półprzewodników, takich jak mikrokontrolery. Ponieważ prawie każdy system elektroniczny wykorzystuje przetwornice napięcia (znane również jako zasilacze), na przestrzeni lat były one optymalizowane pod kątem różnych zastosowań. Oczywiście celami optymalizacji są zazwyczaj wielkość rozwiązania, wydajność konwersji, EMI i koszt.

Prosty zasilacz: LDO

Jedną z najprostszych form zasilania jest regulator o niskim spadku napięcia (LDO). LDO jest regulatorem liniowym, w odróżnieniu od regulatora impulsowego. Regulator liniowy umieszcza regulowany rezystor pomiędzy napięciem wejściowym a napięciem wyjściowym, co oznacza, że ​​niezależnie od tego, jak zmienia się napięcie wejściowe i jaki prąd obciążenia przepływa przez urządzenie, napięcie wyjściowe jest stałe. Rysunek 1 pokazuje podstawową zasadę działania tego prostego przetwornika napięcia.

Rysunek 1. Liniowy regulator napięcia przekształca jedno napięcie na drugie.

Od wielu lat typowa przetwornica mocy składa się z transformatora 50 Hz lub 60 Hz, który podłączony jest do sieci energetycznej i generuje niestabilne napięcie wyjściowe przy pewnym przełożeniu uzwojeń, które jest o kilka woltów wyższe od wymaganego napięcia zasilania w system. Następnie stosuje się regulator liniowy do przekształcenia tego napięcia w stabilne regulowane napięcie wymagane przez produkty elektroniczne. Rysunek 2 przedstawia schemat blokowy tej koncepcji.

2. Transformator sieciowy, a za nim liniowy regulator napięcia.

Problem z podstawową konfiguracją na rysunku 2 polega na tym, że transformator 50 Hz/60 Hz jest stosunkowo nieporęczny i drogi. Dodatkowo regulator liniowy emituje również dużo ciepła, przez co ogólna sprawność układu jest niska, a eliminacja generowanego ciepła jest trudna ze względu na dużą moc układu.

Aby uniknąć wad zasilacza pokazanych na ryc. 2, wynaleziono zasilacz impulsowy. Nie zależą od napięcia prądu przemiennego 50 Hz lub 60 Hz, ale wykorzystują napięcie prądu stałego, czasami prostują napięcie prądu przemiennego, generują napięcie prądu przemiennego o wyższej częstotliwości, aby użyć mniejszego transformatora, lub wykorzystują filtr LC do prostowania napięcia w celu wygenerowania napięcia wyjściowego prądu stałego w systemie nieizolowanym . Zaletą jest to, że rozwiązanie jest małe i stosunkowo tanie. Wygenerowane napięcie prądu przemiennego nie musi mieć sinusoidalnego przebiegu napięcia. Prosty przebieg sygnału PWM może działać dobrze i można go łatwo wygenerować za pomocą generatora PWM i przełącznika.

Do 2000 roku powszechnie stosowanymi przełącznikami były tranzystory bipolarne. Mają dobrą wydajność, ale prędkość przełączania jest stosunkowo niska. Sprawność nie jest wysoka, a częstotliwość przełączania ograniczona jest do 50 kHz lub 100 kHz. Obecnie stosuje się tranzystory MOSFET zamiast tranzystorów bipolarnych, a prędkość przełączania jest znacznie większa. Z drugiej strony straty przełączania są mniejsze, a częstotliwość przełączania sięga aż 5 MHz. Tak wysoka częstotliwość przełączania umożliwia stopniowi mocy wykorzystanie bardzo małej indukcyjności i pojemności.

Regulatory przełączające przynoszą wiele korzyści. Zwykle zapewniają wysokowydajną konwersję napięcia, umożliwiają zwiększanie i zmniejszanie napięcia oraz zapewniają stosunkowo zwartą i niedrogą konstrukcję. Wadą jest to, że proces projektowania i optymalizacji jest skomplikowany, a konwersja przełączania i częstotliwość przełączania również powodują zakłócenia elektromagnetyczne. Impulsowy regulator zasilania i LTpowerCAD® I LTspice® Dostępność narzędzi do projektowania zasilaczy znacznie uprościła ten trudny proces projektowania. Dzięki tym narzędziom proces projektowania obwodów zasilacza impulsowego może być półautomatyczny.

Izolacja w zasilaniu

Projektując zasilacz, pierwszym pytaniem, na które należy odpowiedzieć, jest to, czy wymagana jest izolacja galwaniczna. Izolację elektryczną stosuje się z wielu powodów. Może poprawić bezpieczeństwo obwodu, umożliwić działanie systemu pływającego i zapobiec rozprzestrzenianiu się zakłócającego prądu uziemiającego przez różne urządzenia elektroniczne w obwodzie. Dwie popularne topologie izolacji to konwerter flyback i konwerter forward. Jednakże w przypadku większej mocy stosowane są inne topologie izolacji, takie jak push-pull, półmostek i pełny mostek.

Jeżeli izolacja galwaniczna nie jest wymagana, w większości przypadków stosowana będzie topologia nieizolowana. Topologia zawsze wymaga transformatora, a tego rodzaju sprzęt jest często drogi i nieporęczny, a gotowy sprzęt, który spełnia dokładne wymagania niestandardowego zasilacza, jest zwykle trudny do zdobycia.

Najczęstsze topologie, w których izolacja nie jest wymagana

Powszechną topologią nieizolowanego zasilacza impulsowego jest przetwornica buck, znana również jako przetwornica buck, która odbiera dodatnie napięcie wejściowe i generuje napięcie wyjściowe niższe niż napięcie wejściowe. Jest to jedna z trzech podstawowych topologii zasilaczy w trybie impulsowym i wymaga jedynie dwóch przełączników, jednej cewki indukcyjnej i dwóch kondensatorów. Rysunek 3 przedstawia podstawową zasadę tej topologii. Wysokiej klasy przełącznik wysyła prąd impulsowy z zacisku wejściowego i generuje napięcie w trybie przełączania, które zmienia się pomiędzy napięciem wejściowym a napięciem uziemienia. Filtr LC pobiera napięcie impulsowe w węźle przełączającym i generuje napięcie wyjściowe prądu stałego. Zgodnie ze współczynnikiem wypełnienia sygnału PWM wysokiej klasy przełącznika generowane są różne poziomy napięć wyjściowych prądu stałego. Ten konwerter buck DC-DC ma wysoką wydajność, jest stosunkowo łatwy w budowie i wymaga niewielu komponentów.

Rysunek 3. Koncepcja prostego konwertera złotówek.

Przetwornica buck emituje na wejściu prąd impulsowy, natomiast na wyjściu prąd ciągły z cewki indukcyjnej. Dlatego też hałas przetwornika buck jest bardzo głośny na wejściu, ale niezbyt głośny na wyjściu. Warto o tym wiedzieć przy projektowaniu systemu o niskim poziomie hałasu.

Oprócz topologii buck, drugą podstawową topologią jest topologia boost. Topologia boost wykorzystuje te same pięć podstawowych elementów mocy, co topologia buck, ale po zmianie układu cewka jest umieszczana na wejściu, a przełącznik strony wysokiego napięcia na wyjściu. Topologia wzmocnienia służy do zwiększania napięcia wejściowego do napięcia wyjściowego wyższego niż napięcie wejściowe.

Rysunek 4. Koncepcja prostego konwertera podwyższającego.

Przy wyborze przetwornicy podwyższającej należy pamiętać, że w karcie katalogowej przetwornicy podwyższającej podany jest zawsze maksymalny znamionowy prąd przełączania, a nie maksymalny prąd wyjściowy. W przetwornicy buck maksymalny prąd przełączania jest bezpośrednio powiązany z maksymalnym osiągalnym prądem wyjściowym i nie ma nic wspólnego ze stosunkiem napięcia między napięciem wejściowym a napięciem wyjściowym. W regulatorze podwyższającym stosunek napięcia wpływa bezpośrednio na możliwy maksymalny prąd wyjściowy w oparciu o ustalony maksymalny prąd przełączania. Wybierając odpowiedni układ scalony regulatora doładowania, należy znać nie tylko wymagany prąd wyjściowy, ale także napięcia wejściowe i wyjściowe zaprojektowane w opracowaniu.

Hałas przetwornika podwyższającego napięcie na wejściu jest bardzo niski, ponieważ indukcyjność zgodna z połączeniem wejściowym może zapobiec szybkim zmianom prądu. Jednak na końcu wyjściowym szum tej topologii jest bardzo duży. Widzimy tylko prąd impulsowy przepływający przez zewnętrzny przełącznik, więc zwracamy większą uwagę na tętnienie wyjściowe niż topologię buck.

Trzecią podstawową topologią jest odwracający konwerter buck-boost, który składa się tylko z pięciu podstawowych elementów. Przetwornik ten pobiera dodatnie napięcie wejściowe i przekształca je na ujemne napięcie wyjściowe, stąd jego nazwa. Ponadto napięcie wejściowe może być wyższe lub niższe od wartości bezwzględnej odwróconego napięcia wyjściowego. Na przykład napięcie wyjściowe –12 V może być generowane z napięcia wejściowego 5 V lub 24 V. Może się to zdarzyć bez żadnych specjalnych modyfikacji obwodu. Rysunek 5 przedstawia koncepcję obwodu odwracającego przetwornika buck-boost.

Rysunek 5. Koncepcja prostego odwracającego konwertera buck-boost.

W odwróconej topologii buck-boost cewka jest uziemiona od węzła przełączającego. Na wejściu i wyjściu konwertera występują prądy impulsowe, więc szum na wejściu i wyjściu tej topologii jest wysoki. W zastosowaniach o niskim poziomie szumów ta charakterystyka jest kompensowana przez dodanie dodatkowego filtrowania wejścia i wyjścia.

Korzystnym aspektem odwróconej topologii buck-boost jest to, że w tym konwerterze można zastosować dowolny układ scalony regulatora przełączającego buck. Tak długo, jak napięcie wyjściowe obwodu buck jest podłączone do masy systemu. Uziemienie obwodu obniżającego IC stanie się skorygowanym napięciem ujemnym. Ta cecha sprawia, że ​​wybór IC regulatora przełączającego jest szeroki na rynku.

Specjalna topologia

Oprócz trzech podstawowych, nieizolowanych topologii zasilaczy impulsowych omówionych wcześniej, dostępnych jest wiele topologii. Jednak wszystkie one wymagają dodatkowych komponentów zasilających. Zwykle zwiększa to koszty i zmniejsza wydajność konwersji mocy. Chociaż istnieją pewne wyjątki, dodanie dodatkowych komponentów do ścieżki zasilania zwykle zwiększa straty. Niektóre typowe topologie obejmują SEPIC, Zeta, UK i 4-przełącznikowy wzmacniacz buck. Wszystkie mają funkcje, których nie mają trzy podstawowe topologie. Poniżej znajduje się lista ważnych cech każdej topologii:

01

SEPIC: SEPIC może generować dodatnie napięcie wyjściowe z dodatniego napięcia wejściowego wyższego lub niższego niż napięcie wyjściowe. Układ scalony regulatora wzmocnienia można wykorzystać do zaprojektowania zasilacza SEPIC. Wadą tej topologii jest to, że wymaga drugiej cewki indukcyjnej lub cewki sprzęgającej i kondensatora SEPIC.

02

Zeta: Ten konwerter Zeta jest podobny do SEPIC, ale może generować dodatnie lub ujemne napięcie wyjściowe. Co więcej, nie ma punktu zerowego prawej półpłaszczyzny (RHPZ), co upraszcza pętlę regulacji. W tej topologii można zastosować układ scalony konwertera buck.

03

Wielka Brytania: Konwerter brytyjski może konwertować dodatnie napięcie wejściowe na ujemne napięcie wyjściowe. Wykorzystuje dwie cewki indukcyjne, jedną na wejściu i jedną na wyjściu, więc szum na wejściu i wyjściu jest bardzo niski. Wadą jest to, że nie ma wielu układów scalonych do konwersji mocy w trybie przełączania, które obsługują tę topologię, ponieważ pętla regulacyjna wymaga pinów sprzężenia zwrotnego o ujemnym napięciu.

04

 4Przełączanie buck-boost: Ten typ konwertera stał się bardzo popularny w ostatnich latach. Zapewnia dodatnie napięcie wyjściowe z dodatniego napięcia wejściowego. Napięcie wejściowe może być wyższe lub niższe niż regulowane napięcie wyjściowe. Przetwornica ta charakteryzuje się wyższą wydajnością konwersji mocy i wymaga tylko jednej cewki, dlatego zastępuje wiele konstrukcji SEPIC.Wspólna topologia izolacji

Oprócz topologii nieizolowanej, niektóre aplikacje wymagają elektrycznie izolowanych konwerterów mocy. Powodem może być to, że ze względów bezpieczeństwa konieczne jest uziemienie pływające w dużych systemach z różnymi obwodami połączonymi ze sobą lub konieczne jest zapobieganie uziemieniu pętli prądowej w zastosowaniach wrażliwych na hałas. Typowe topologie izolowanych konwerterów to konwerter flyback i konwerter forward.

Przetwornice typu flyback są zwykle używane dla poziomów mocy do 60 W. Tryb pracy obwodu polega na tym, że energia elektryczna jest magazynowana w transformatorze w czasie przewodzenia. Po odłączeniu energia elektryczna jest uwalniana do strony wtórnej konwertera w celu zasilania wyjścia. Przetwornica ta jest łatwa w budowie, ale wymaga stosunkowo dużego transformatora do magazynowania całej energii elektrycznej potrzebnej do normalnej pracy. Z jednej strony topologia ta jest ograniczona do niższego poziomu mocy. Rysunek 6 przedstawia konwerter flyback na górze i konwerter forward na dole.

6. Konwerter flyback (na górze) i konwerter forward (na dole).

Oprócz konwertera flyback, bardzo popularny jest również konwerter forward. Wykorzystuje transformator w inny sposób niż konwerter typu flyback. W czasie przewodzenia, chociaż prąd przepływa przez uzwojenie pierwotne, prąd przepływa również przez uzwojenie wtórne. Energia elektryczna nie powinna być magazynowana w cewce transformatora. Po każdym cyklu przełączania musimy upewnić się, że całe namagnesowanie cewki zostało zwolnione do zera, aby transformator nie uległ nasyceniu po kilku cyklach przełączania. Do uwolnienia energii elektrycznej z cewki można zastosować kilka różnych technologii. Powszechnym sposobem jest użycie aktywnego zacisku z małymi dodatkowymi przełącznikami i kondensatorami.

Rys. 7 przedstawia schemat ideowy środowiska symulacyjnego LTspice z projektem aktywnego zaciskania do przodu przy użyciu ADP1074. W konwerterze do przodu występuje dodatkowa indukcyjność w ścieżce wyjściowej, której nie ma w konwerterze typu flyback, jak pokazano na rysunku 6. Chociaż ten dodatkowy komponent wiąże się z zajmowaniem miejsca i kosztami, pomaga wytworzyć napięcie wyjściowe o niższym poziomie szumów w porównaniu z konwerterem typu flyback. Ponadto przy tym samym poziomie mocy co przetwornica typu flyback, rozmiar transformatora wymagany przez przetwornicę do przodu może być znacznie mniejszy.

Rysunek 7. Obwód przewodzenia aktywnego zacisku wykorzystujący ADP1074 do generowania izolowanego napięcia wyjściowego, jak pokazano w symulacji w LTspice.

Zaawansowana topologia izolacji

Oprócz topologii typu flyback i forward istnieje wiele koncepcji przetwornic izolacji galwanicznej opartych na różnych transformatorach. Poniższa lista zawiera podstawowe wyjaśnienia popularnych konwerterów:

• Push-pull: Topologia push-pull jest podobna do topologii konwertera forward. Jednakże ta topologia wymaga dwóch aktywnych przełączników strony niskiego napięcia zamiast jednego przełącznika strony niskiego napięcia. Wymagany jest również transformator pierwotny z odczepem środkowym. W porównaniu z konwerterem forward, konwerter push-pull ma zalety mniejszego hałasu i mniejszego transformatora. Histerezę krzywej BH transformatora stosuje się w dwóch ćwiartkach zamiast w jednej.
  

• Półmostek/pełny mostek: Te dwie topologie są zwykle używane w projektach o większej mocy, zaczynając od kilkuset watów i kończąc na kilku kilowatach. Oprócz przełączników po stronie niskiego napięcia potrzebne są także przełączniki po stronie wysokiego napięcia, ale mogą one zapewnić przesyłanie dużej mocy za pomocą stosunkowo małych transformatorów.
  

• ZVS: Termin ten jest zwykle używany przy omawianiu izolowanych przetwornic dużej mocy. Oznacza przełączanie zerowego napięcia. Innym określeniem tego typu konwertera jest konwerter LLC (indukcyjność-indukcyjność-pojemność). Celem tych architektur jest osiągnięcie wydajnej konwersji. Wytworzą obwody rezonansowe i przełączą wyłącznik zasilania, gdy napięcie lub prąd na przełączniku osiągnie zero. W ten sposób straty przełączania są zminimalizowane. Jednak tego rodzaju konstrukcja jest trudna do zrealizowania, a częstotliwość przełączania nie jest stała, co czasami powoduje problemy EMI.

  
  

Przełączany konwerter kondensatorów

Oprócz regulatorów liniowych i zasilaczy impulsowych istnieje trzecia grupa przetwornic mocy: przetwornice z przełączanymi kondensatorami. Znana również jako pompa ładująca. Używają przełączników i kondensatorów do mnożenia lub odwracania napięć. Dużą zaletą jest to, że nie wymaga żadnej indukcyjności. Ten typ konwertera jest zwykle używany dla niskich poziomów mocy poniżej 5 W. Jednak ostatni znaczny postęp pozwala na stosowanie mocniejszych przetwornic z przełączanymi kondensatorami. Ryc. 8 przedstawia LTC7820 o sprawności 98.5% i konstrukcji 120 W, który przetwarza napięcie 48 V na 24 V.

Rysunek 8. Sterownik DC-DC pompy ładującej dużej mocy LTC7820 o stałym współczynniku.

Cyfrowy zasilacz

Wszystkie zasilacze omówione w tym artykule można zastosować jako zasilacze analogowe lub cyfrowe. Czym właściwie jest zasilacz cyfrowy? Zasilanie musi zawsze przechodzić przez analogowe poziomy mocy przełączników, cewek indukcyjnych, transformatorów i kondensatorów. Aspekty cyfrowe wprowadzają dwa cyfrowe elementy składowe:

• Pierwszy to interfejs cyfrowy, poprzez który układ elektroniczny może komunikować się z zasilaczem. Można natychmiast ustawić różne parametry, aby zoptymalizować zasilanie dla różnych warunków pracy. Dodatkowo zasilacz może także komunikować się z procesorem głównym i powodować sygnalizację ostrzegawczą lub sygnalizującą błąd. System może na przykład łatwo monitorować prąd obciążenia, przekroczyć zadany próg lub temperaturę akumulatora jest zbyt wysoka.
  

• Drugi cyfrowy moduł budynku wykorzystuje pętlę cyfrową zamiast analogowej pętli regulacyjnej. Działa to dobrze, ale w przypadku większości zastosowań najlepiej jest zastosować standardową analogową pętlę sprzężenia zwrotnego, która ma pewien cyfrowy wpływ na niektóre parametry, np. natychmiastową regulację wzmocnienia wzmacniacza błędu lub dynamiczne ustawianie parametrów kompensacji pętli w celu uzyskania stabilnego, ale szybkiego sprzężenie zwrotne.

Przykładem urządzenia z całkowicie cyfrową pętlą sterowania jest ADP1046A firmy ADI. Przykładem regulatora buck z interfejsem cyfrowym zoptymalizowanego pod wpływem sygnału cyfrowego i z analogową pętlą sterowania jest LTC3883.

Uwagi dotyczące zakłóceń elektromagnetycznych

Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) zawsze były problemem, na który należy zwrócić uwagę przy projektowaniu zasilaczy impulsowych. Powodem jest to, że zasilacz impulsowy przełączy wysoki prąd w krótkim czasie. Im większa prędkość przełączania, tym lepsza ogólna wydajność systemu. Większa prędkość przełączania może skrócić czas częściowego włączenia przełącznika. W tej części czasu włączenia nastąpi większość strat przełączania. Rysunek 9 przedstawia przebieg zasilacza impulsowego w węźle przełączającym. Weźmy na przykład regulator buck. Wysokie napięcie jest definiowane przez prąd płynący przez przełącznik strony wysokiej, podczas gdy niskie napięcie jest definiowane przez brak prądu przepływającego przez przełącznik po stronie wysokiej.

Rysunek 9. Szybkość przełączania i częstotliwość przełączania zasilacza impulsowego.

Jak widać na rys. 9, hałas generowany przez zasilacz impulsowy pochodzi nie tylko z ustawionej częstotliwości przełączania, ale także z prędkości przełączania, która jest znacznie wyższa od częstotliwości. Chociaż częstotliwość przełączania zwykle mieści się w zakresie od 500 kHz do 3 MHz, czas przełączania może wynosić kilka nanosekund. W czasie przełączania wynoszącym 1 ns odpowiednia częstotliwość w widmie będzie wynosić 1 GHz. Przynajmniej te dwie częstotliwości będą uważane za zakłócenia promieniowania elektromagnetycznego i promieniowanie przewodzone. Oscylacje pętli regulacyjnej lub interakcja pomiędzy zasilaczem a filtrem mogą również powodować powstawanie innych częstotliwości.

Istnieją dwa powody, dla których należy redukować zakłócenia elektromagnetyczne. Pierwszym powodem jest ochrona funkcji układu elektronicznego zasilanego określonym zasilaczem. Na przykład 16-bitowy przetwornik ADC zastosowany w ścieżce sygnału systemowego nie powinien wychwytywać szumu przełączania z zasilacza; Drugim powodem jest spełnienie niektórych przepisów EMI sformułowanych przez rządy na całym świecie w celu jednoczesnej ochrony niezawodnych funkcji różnych systemów elektronicznych.

Istnieją dwie formy EMI: promieniowane EMI i przewodzone EMI. Skutecznym sposobem na redukcję promieniowania EMI jest optymalizacja układu PCB i zastosowanie takich technologii jak Silent Switcher® firmy ADI. Taka technologia. Oczywiście skuteczne jest również umieszczenie obwodu w ekranowanej metalowej puszce. Może to jednak nie być praktyczne i w większości przypadków kosztowne.

Przewodzone zakłócenia elektromagnetyczne są zwykle tłumione przez dodatkowe filtrowanie. Następnie omówione zostanie dodatkowe filtrowanie mające na celu redukcję promieniowania przewodzonego.

filtrować fale

Filtr RC jest podstawowym filtrem dolnoprzepustowym. Jednak w konstrukcji zasilacza każdy filtr jest filtrem LC. Ogólnie rzecz biorąc, wystarczy dodać kilka cewek szeregowo, ponieważ razem z pojemnością wejściową lub wyjściową zasilacza impulsowego utworzą filtr LC lub CLC. Czasami jako filtry stosuje się tylko kondensatory, ale biorąc pod uwagę pasożytniczą indukcyjność linii zasilających lub ścieżek, łączymy kondensatory, tworząc filtr LC. Cewka indukcyjna l może być cewką indukcyjną z cewką lub kulką ferrytową. Celem filtra LC jest w rzeczywistości efekt dolnoprzepustowy, który umożliwia przepływ prądu stałego i w dużym stopniu tłumi zakłócenia o wysokiej częstotliwości. Filtr LC ma podwójny biegun, dzięki czemu może osiągnąć tłumienie wysokich częstotliwości na poziomie 40 dB/oktawę. Filtr może osiągnąć stosunkowo gwałtowny spadek częstotliwości. Projektowanie filtrów nie jest łatwe; Ponieważ jednak pasożytnicze elementy obwodu (takie jak indukcyjność śladowa) będą wytwarzać efekty, modelowanie filtra musi również modelować główne efekty pasożytnicze. To sprawia, że ​​filtr analogowy jest dość czasochłonny. Wielu projektantów z doświadczeniem w projektowaniu filtrów wie, które filtry działają dobrze, i może iteracyjnie optymalizować filtr, aby uzyskać nowy projekt.

Projektując wszystkie filtry, należy wziąć pod uwagę nie tylko zachowanie małego sygnału, takie jak funkcja przenoszenia filtra na wykresie Portera, ale także wpływ dużego sygnału. W każdym filtrze LC zasilanie będzie przechodzić przez cewkę indukcyjną. Jeśli zasilanie nie jest już potrzebne na wyjściu, energia elektryczna zmagazynowana w cewce musi zostać gdzieś uwolniona z powodu nagłego stanu przejściowego obciążenia. Naładuje kondensator filtra. Jeśli filtr nie jest zaprojektowany na ten najgorszy przypadek, zmagazynowana energia elektryczna może spowodować przekroczenie napięcia, co może spowodować uszkodzenie obwodu.

Wreszcie filtr ma określoną impedancję. Impedancja ta oddziałuje z impedancją przetwornika mocy dołączonego do filtra. Ta interakcja może prowadzić do niestabilności i oscylacji. Narzędzia symulacyjne urządzeń analogowych, takie jak LTspice i LTpowerCAD, są pomocne w odpowiedzi na wszystkie te pytania i zaprojektowaniu doskonałych filtrów. Rysunek 10 przedstawia graficzny interfejs użytkownika projektantów filtrów w środowisku projektowym LTpowerCAD. Użycie tego narzędzia do projektowania filtrów jest bardzo proste.

Rysunek 10. Projekt filtra wejściowego regulatora buck przy użyciu programu LTpowerCAD.

Ciche przełączniki

Zakłócenia elektromagnetyczne są trudne do zatrzymania. Wymagana jest specjalna osłona wykonana z określonego materiału metalowego. Koszt takiego działania jest bardzo wysoki. Inżynierowie od dawna poszukiwali sposobów na ograniczenie zakłóceń promieniowania elektromagnetycznego powodowanych przez zasilacz impulsowy. Kilka lat temu technologia Silent Switcher dokonała wielkiego przełomu. Zmniejszając indukcyjność pasożytniczą w obwodzie cieplnym zasilacza impulsowego i dzieląc obwód termiczny na dwa obwody, które są rozmieszczone w sposób wysoce symetryczny, zakłócenia promieniowania elektromagnetycznego w większości znoszą się nawzajem. Obecnie wiele urządzeń Silent Switcher zapewnia znacznie mniejsze zakłócenia promieniowania elektromagnetycznego niż tradycyjne produkty. Zmniejszenie zakłóceń promieniowania elektromagnetycznego może poprawić prędkość przełączania bez poważnych zakłóceń elektromagnetycznych. Zwiększenie prędkości przełączania może zmniejszyć straty przełączania, zwiększając w ten sposób częstotliwość przełączania. Przykładem tej innowacji jest LTC3310S, który ma częstotliwość przełączania 5 MHz i wykorzystuje niedrogie komponenty zewnętrzne, aby uzyskać bardzo kompaktową konstrukcję.

Zarządzanie energią jest konieczne, ale może też być zabawą.

W tym artykule omawiamy wiele aspektów projektowania zasilaczy, w tym różne topologie zasilaczy oraz ich zalety i wady. Informacje te są bardzo podstawowe dla inżynierów energetyków, ale dla ekspertów i nieprofesjonalistów pomocne jest korzystanie w procesie projektowania z narzędzi programowych, takich jak LTpowerCAD i LTspice. Dzięki tym narzędziom można w krótkim czasie zaprojektować i zoptymalizować przetwornicę mocy.

Zastrzeżenie: Ten artykuł pochodzi z „Power R&D Alliance”. Ten artykuł przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Służy wyłącznie do ponownego drukowania i udostępniania w celu wspierania ochrony praw własności intelektualnej. Przy przedruku proszę podać oryginalne źródło i autora. Jeśli doszło do naruszenia, skontaktuj się z nami, aby je usunąć.

Tel firmy: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li
QQ: 332496225 Menedżer Qiu
Adres: pokój 809, blok C, budynek Zhantao Technology, nr 1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, Shenzhen