Çoğu elektronik sistem, besleme voltajı ile sağlanacak devre voltajı arasında bir tür dönüşüme ihtiyaç duyar. Pil şarjını kaybettiğinde voltaj düşecektir. Bazı DC-DC dönüşümleri, aküde depolanan daha fazla enerjinin devreye güç sağlamak için kullanılmasını sağlayabilir. Ayrıca 110 V AC hat kullanırsak mikrodenetleyici gibi yarı iletkenlere doğrudan güç sağlayamayız. Hemen hemen her elektronik sistem voltaj dönüştürücüler (güç kaynakları olarak da bilinir) kullandığından, yıllar içinde farklı kullanımlar için optimize edilmiştir. Elbette optimizasyon hedefleri genellikle çözüm boyutu, dönüşüm verimliliği, EMI ve maliyettir.

Basit güç kaynağı: LDO

Güç kaynağının basit biçimlerinden biri düşük düşme (LDO) regülatörüdür. LDO, anahtarlama regülatörünün aksine doğrusal bir regülatördür. Lineer regülatör, giriş voltajı ile çıkış voltajı arasına ayarlanabilir bir direnç yerleştirir; bu, giriş voltajı ne kadar değişirse değişsin, ekipmandan hangi yük akımı geçerse geçsin, çıkış voltajının sabit olduğu anlamına gelir. Şekil 1, bu basit voltaj dönüştürücünün temel prensibini göstermektedir.

Şekil 1. Doğrusal voltaj regülatörü bir voltajı diğerine dönüştürür.

Uzun yıllar boyunca tipik güç dönüştürücü, güç şebekesine bağlanan ve belirli bir sarma oranıyla, gerekli güç kaynağı voltajından birkaç volt daha yüksek olan dengesiz bir çıkış voltajı üreten 50 Hz veya 60 Hz'lik bir transformatörden oluşur. sistem. Daha sonra bu voltajı, elektronik ürünlerin ihtiyaç duyduğu kararlı, regüle edilmiş bir voltaja dönüştürmek için doğrusal bir regülatör kullanılır. Şekil 2 bu konseptin blok diyagramını göstermektedir.

2. Hat transformatörü ve ardından doğrusal voltaj regülatörü.

Şekil 2'deki temel kurulumla ilgili sorun, 50 Hz/60 Hz transformatörün nispeten hantal ve pahalı olmasıdır. Ayrıca lineer regülatör de çok fazla ısı yaydığından sistemin genel verimliliği düşüktür ve sistemin yüksek gücünden dolayı üretilen ısının ortadan kaldırılması zordur.

Şekil 2'de gösterilen güç kaynağının dezavantajlarından kaçınmak için. XNUMX, anahtarlama modlu güç kaynağı icat edildi. 50 Hz veya 60 Hz AC voltajına bağlı değildirler, ancak DC voltajı kullanırlar, bazen AC voltajını düzeltirler, daha küçük transformatör kullanmak için daha yüksek frekanslı AC voltajı üretirler veya izolasyonsuz sistemde DC çıkış voltajı oluşturmak için voltajı düzeltmek için LC filtresi kullanırlar. . Avantajı, çözümün boyutunun küçük olması ve maliyetinin nispeten düşük olmasıdır. Üretilen AC voltajının sinüzoidal bir voltaj dalga formu olması gerekmez. Basit PWM sinyal dalga biçimi iyi çalışabilir ve PWM jeneratörü ve anahtarı kullanılarak kolayca oluşturulabilir.

2000 yılına kadar bipolar transistörler yaygın olarak kullanılan anahtarlardı. İyi performansa sahiptirler ancak anahtarlama hızı nispeten düşüktür. Verimlilik yüksek değildir ve anahtarlama frekansı 50 kHz veya 100 kHz ile sınırlıdır. Günümüzde bipolar transistör yerine anahtarlamalı MOSFET kullanıyoruz ve anahtarlama hızı çok daha hızlı. Öte yandan anahtarlama kaybı daha düşük ve anahtarlama frekansı 5 MHz kadar yüksektir. Böyle yüksek bir anahtarlama frekansı, güç aşamasının çok küçük endüktans ve kapasitans kullanmasını sağlar.

Anahtarlamalı regülatörler birçok avantaj sağlar. Genellikle yüksek verimli voltaj dönüşümü sağlarlar, yükseltme ve düşürmeye izin verirler ve nispeten kompakt ve düşük maliyetli bir tasarım sağlarlar. Dezavantajı ise tasarım ve optimizasyon sürecinin karmaşık olması ve anahtarlama dönüşümü ve anahtarlama frekansının da EMI üretecek olmasıdır. Anahtarlamalı güç kaynağı regülatörü ve LTpowerCAD® Ve LTspice® Güç kaynağı tasarım araçlarının varlığı bu zor tasarım sürecini büyük ölçüde basitleştirdi. Bu araçlarla anahtarlama modlu güç kaynağının devre tasarım süreci yarı otomatik hale getirilebilir.

Güç kaynağında izolasyon

Bir güç kaynağı tasarlarken cevaplanması gereken ilk soru elektriksel izolasyonun gerekli olup olmadığıdır. Elektrik izolasyonu çeşitli nedenlerden dolayı kullanılır. Devrenin güvenliğini artırabilir, yüzer sistemin çalışmasına izin verebilir ve gürültülü topraklama akımının devredeki farklı elektronik cihazlar aracılığıyla yayılmasını önleyebilir. İki yaygın izolasyon topolojisi, geri dönüş dönüştürücü ve ileri dönüştürücüdür. Ancak daha yüksek güç için itme-çekme, yarım köprü ve tam köprü gibi diğer izolasyon topolojileri kullanılır.

Elektriksel izolasyon gerekmiyorsa çoğu durumda izolasyonsuz bir topoloji kullanılacaktır. Topoloji her zaman bir transformatör gerektirir ve bu tür ekipmanlar genellikle pahalı ve hantaldır ve özelleştirilmiş güç kaynağının tam gereksinimlerini karşılayan hazır ekipmanın elde edilmesi genellikle zordur.

Yalıtım gerekmediğinde en yaygın topolojiler

Yaygın olarak kullanılan yalıtımsız anahtarlama modlu güç kaynağı topolojisi, pozitif bir giriş voltajı alan ve giriş voltajından daha düşük bir çıkış voltajı üreten, aynı zamanda düşürücü dönüştürücü olarak da bilinen düşürücü dönüştürücüdür. Üç temel anahtarlama modlu güç kaynağı topolojisinden biridir ve yalnızca iki anahtara, bir indüktöre ve iki kapasitöre ihtiyaç duyar. Şekil 3, bu topolojinin temel prensibini göstermektedir. Üst düzey anahtar, giriş terminalinden darbe akımı gönderir ve giriş voltajı ile toprak voltajı arasında değişen bir anahtarlama modu voltajı üretir. LC filtresi, anahtar düğümündeki darbe voltajını elde eder ve bir DC çıkış voltajı üretir. Üst düzey anahtarın PWM sinyalinin görev oranına göre, farklı seviyelerde DC çıkış gerilimleri üretilir. Bu DC-DC düşürücü dönüştürücü yüksek verimliliğe sahiptir, yapımı nispeten kolaydır ve az sayıda bileşen gerektirir.

Şekil 3. Basit para dönüştürücü kavramı.

Buck dönüştürücü girişte darbe akımı yayar, çıkışta ise indüktörden sürekli akım vardır. Buck dönüştürücünün gürültüsünün girişte çok yüksek olmasının, çıkışta ise o kadar yüksek olmamasının nedeni budur. Düşük gürültülü bir sistem tasarlarken bunu bilmek önemlidir.

Buck topolojisinin yanı sıra ikinci temel topoloji boost topolojisidir. Boost topolojisi, Buck topolojisi ile aynı beş temel güç elemanını kullanır, ancak yeniden düzenlemeden sonra indüktör girişe yerleştirilir ve yüksek taraf anahtarı çıkışa yerleştirilir. Yükseltme topolojisi, giriş voltajını giriş voltajından daha yüksek bir çıkış voltajına yükseltmek için kullanılır.

Şekil 4. Basit güçlendirme dönüştürücü kavramı.

Bir yükseltici dönüştürücü seçerken, yükseltici dönüştürücünün veri sayfasında maksimum çıkış akımı yerine her zaman maksimum nominal anahtarlama akımının belirtildiğine dikkat etmek önemlidir. Buck dönüştürücüde, maksimum anahtarlama akımı doğrudan ulaşılabilir maksimum çıkış akımıyla ilişkilidir ve giriş voltajı ile çıkış voltajı arasındaki voltaj oranıyla hiçbir ilgisi yoktur. Yükseltme regülatöründe voltaj oranı, sabit maksimum anahtarlama akımına bağlı olarak olası maksimum çıkış akımını doğrudan etkiler. Uygun yükseltme regülatörü entegresini seçerken, yalnızca gerekli çıkış akımını değil aynı zamanda geliştirmede tasarlanan giriş ve çıkış voltajlarını da bilmelisiniz.

Girişteki boost dönüştürücünün gürültüsü çok düşüktür çünkü giriş bağlantısıyla tutarlı endüktans akımın hızla değişmesini önleyebilir. Ancak çıkış ucunda bu topolojinin gürültüsü çok büyüktür. Yalnızca harici anahtardan akan darbe akımını görüyoruz, bu nedenle çıkış dalgalanmasına Buck topolojisinden daha fazla dikkat ediyoruz.

Üçüncü temel topoloji, yalnızca beş temel bileşenden oluşan ters çeviren yükseltici dönüştürücüdür. Bu dönüştürücü, pozitif giriş voltajını alır ve onu negatif çıkış voltajına dönüştürür, dolayısıyla adı da buradan gelir. Ayrıca giriş voltajı, ters çevrilmiş çıkış voltajının mutlak değerinden daha yüksek veya daha düşük olabilir. Örneğin girişteki 12 V veya 5 V'tan 24 V çıkış voltajı üretilebilir. Bu herhangi bir özel devre değişikliği gerekmeden gerçekleşebilir. Şekil 5, ters çeviren düşürücü-yükseltici dönüştürücünün devre konseptini göstermektedir.

Şekil 5. Basit ters çeviren düşürücü-yükseltici dönüştürücü kavramı.

Ters çevrilmiş yükseltici topolojide indüktör, anahtarlama düğümünden topraklanır. Dönüştürücünün giriş ve çıkışında darbe akımları mevcut olduğundan bu topolojinin giriş ve çıkışındaki gürültü yüksektir. Düşük gürültülü uygulamalarda bu özellik, ilave giriş ve çıkış filtrelemesi eklenerek telafi edilir.

Tersine çevrilmiş düşürücü-yükseltici topolojisinin avantajlı bir yönü, bu dönüştürücüde herhangi bir düşürücü anahtarlama regülatörü IC'sinin kullanılabilmesidir. Buck devresinin çıkış voltajı sistem topraklamasına bağlı olduğu sürece. IC düşürme devresinin topraklaması ayarlanan negatif voltaj olacaktır. Bu özellik pazar genelinde anahtarlama regülatör entegresinin seçimini kolaylaştırmaktadır.

Özel topoloji

Daha önce tartışılan üç temel yalıtımsız anahtarlama modlu güç kaynağı topolojisinin yanı sıra, birçok topoloji mevcuttur. Ancak, hepsi ek güç bileşenleri gerektirir. Bu genellikle maliyeti artırır ve güç dönüşüm verimliliğini azaltır. Bazı istisnalar olmasına rağmen, güç kaynağı yoluna ekstra bileşenlerin eklenmesi genellikle kaybı artırır. Bazı yaygın topolojiler arasında SEPIC, Zeta, UK ve 4 anahtarlı buck-boost bulunur. Hepsinin üç temel topolojinin sahip olmadığı işlevleri vardır. Aşağıda her topolojinin önemli özelliklerinin bir listesi bulunmaktadır:

01

SEPIC: SEPIC, çıkış voltajından daha yüksek veya daha düşük bir pozitif giriş voltajından pozitif bir çıkış voltajı üretebilir. Boost regülatör IC, SEPIC güç kaynağını tasarlamak için kullanılabilir. Bu topolojinin dezavantajı, ikinci bir indüktör veya bir kuplaj indüktörü ve bir SEPIC kapasitör gerektirmesidir.

02

Zeta: Bu Zeta dönüştürücü SEPIC'e benzer ancak pozitif veya negatif çıkış voltajı üretebilir. Üstelik sağ yarı düzlem sıfır noktası (RHPZ) yoktur, dolayısıyla düzenleme döngüsünü basitleştirir. Bu topolojide Buck dönüştürücü entegresi kullanılabilir.

03

İngiltere: İngiltere dönüştürücü, pozitif giriş voltajını negatif çıkış voltajına dönüştürebilir. Biri girişte ve diğeri çıkışta olmak üzere iki indüktör kullanır, böylece giriş ve çıkıştaki gürültü çok düşüktür. Dezavantajı ise bu topolojiyi destekleyen çok sayıda anahtarlama modu güç dönüştürme IC'sinin bulunmamasıdır, çünkü düzenleme döngüsü negatif voltaj geri besleme pinlerine ihtiyaç duyar.

04

 4Anahtarlamalı Buck-Boost: Bu tip dönüştürücü son yıllarda çok popüler hale geldi. Pozitif giriş voltajından pozitif çıkış voltajı sağlar. Giriş voltajı, düzenlenmiş çıkış voltajından daha yüksek veya daha düşük olabilir. Bu dönüştürücü daha yüksek güç dönüştürme verimliliğine sahiptir ve yalnızca bir indüktöre ihtiyaç duyar, dolayısıyla birçok SEPIC tasarımının yerini alır.Ortak izolasyon topolojisi

Yalıtılmamış topolojiye ek olarak, bazı uygulamalar elektriksel olarak yalıtılmış güç dönüştürücülerine ihtiyaç duyar. Bunun nedeni, güvenlik nedeniyle, farklı devrelerin birbirine bağlı olduğu büyük sistemlerde değişken topraklamaya ihtiyaç duyulması veya gürültüye duyarlı uygulamalarda topraklama akım döngüsünün önlenmesinin gerekli olması olabilir. Yaygın olarak kullanılan yalıtılmış dönüştürücü topolojileri geri dönüş dönüştürücü ve ileri dönüştürücüdür.

Flyback dönüştürücüler genellikle 60 W'a kadar güç seviyeleri için kullanılır. Devrenin çalışma modu, iletim süresi boyunca elektrik enerjisinin transformatörde depolanmasıdır. Bağlantı kesildiğinde, çıkışa güç sağlamak için elektrik enerjisi dönüştürücünün ikincil tarafına serbest bırakılır. Bu dönüştürücünün yapımı kolaydır ancak normal çalışma için gereken tüm elektrik enerjisini depolamak için nispeten büyük bir transformatör gerektirir. Bir yandan bu topoloji daha düşük bir güç seviyesiyle sınırlıdır. Şekil 6 üstte geri dönüş dönüştürücüyü ve altta ileri dönüştürücüyü göstermektedir.

6. Geri dönüş dönüştürücü (üstte) ve ileri dönüştürücü (altta).

Geri dönüş dönüştürücünün yanı sıra ileri dönüştürücü de oldukça popülerdir. Bir transformatörü, geri dönüş dönüştürücüsünden farklı bir şekilde kullanır. İletim süresi boyunca, akım primer sargıdan akmasına rağmen, akım aynı zamanda sekonder sargıdan da akar. Transformatör bobininde elektrik enerjisi depolanmamalıdır. Her anahtarlama döngüsünden sonra, transformatörün birkaç anahtarlama döngüsünden sonra doymaması için bobinin tüm mıknatıslanmasının sıfıra bırakılmasını sağlamalıyız. Bobinden elektrik enerjisini serbest bırakmak için birkaç farklı teknoloji kullanılabilir. Yaygın bir yöntem, küçük ekstra anahtarlara ve kapasitörlere sahip aktif bir kelepçe kullanmaktır.

Şekil 7, ADP1074 kullanılarak aktif kenetleme ileri tasarımlı LTspice simülasyon ortamının şematik diyagramını göstermektedir. İleri dönüştürücüde, Şekil 6'da gösterildiği gibi çıkış yolunda geri dönüş dönüştürücüde bulunmayan ekstra bir endüktans vardır. Bu ek bileşenin ilgili alan ve maliyet etkisi olmasına rağmen, geri dönüş dönüştürücüyle karşılaştırıldığında daha düşük gürültü çıkış voltajı üretilmesine yardımcı olur. Ayrıca geri dönüş dönüştürücüyle aynı güç seviyesinde ileri dönüştürücünün ihtiyaç duyduğu transformatör boyutu çok daha küçük olabilir.

Şekil 7. LTspice'deki simülasyonda gösterildiği gibi, izole edilmiş çıkış voltajı oluşturmak için ADP1074 kullanan aktif kelepçe ileri devresi.

Gelişmiş izolasyon topolojisi

Geri dönüş ve ileri topolojinin yanı sıra, farklı transformatörlere dayanan birçok elektriksel izolasyon dönüştürücü konsepti vardır. Aşağıdaki listede yaygın olarak kullanılan dönüştürücülere ilişkin bazı temel açıklamalar verilmektedir:

• İtme-çekme: İtme-çekme topolojisi ileri dönüştürücü topolojisine benzer. Ancak bu topoloji, bir alt taraf anahtarı yerine iki aktif alt taraf anahtarı gerektirir. Merkezi musluğu olan bir birincil transformatör de gereklidir. İleri dönüştürücüyle karşılaştırıldığında, itme-çekme dönüştürücünün daha düşük gürültü ve daha küçük transformatör avantajları vardır. Transformatörün BH eğrisinin histerezisi bir yerine iki çeyrekte kullanılır.
  

• Yarım köprü/tam köprü: Bu iki topoloji genellikle daha yüksek güç tasarımları için kullanılır; birkaç yüz watt'tan başlayıp birkaç kilowatt'a kadar uzanır. Alçak taraf anahtarlarının yanı sıra yüksek taraf anahtarlarına da ihtiyaç duyarlar ancak nispeten küçük transformatörler aracılığıyla yüksek güç iletimini sağlayabilirler.
  

• ZVS: Bu terim genellikle yüksek güçlü izole dönüştürücülerden bahsederken kullanılır. Sıfır Gerilim Anahtarlama anlamına gelir. Bu tip dönüştürücüler için başka bir terim LLC (İndüktans-İndüktans-Kapasitans) dönüştürücüdür. Bu mimarilerin amacı verimli dönüşüm sağlamaktır. Rezonans devreleri üretecekler ve anahtardaki voltaj veya akım sıfıra yaklaştığında güç anahtarını açacaklar. Bu sayede anahtarlama kaybı en aza indirilir. Ancak bu tür bir tasarımın gerçekleştirilmesi zordur ve anahtarlama frekansı sabit değildir, bu da bazen EMI sorunlarına neden olur.

  
  

Anahtarlamalı kapasitör dönüştürücü

Doğrusal regülatörler ve anahtarlamalı mod güç kaynaklarının yanı sıra üçüncü bir grup güç dönüştürücüsü daha vardır: anahtarlamalı kapasitör dönüştürücüler. Şarj pompası olarak da bilinir. Gerilimleri çarpmak veya tersine çevirmek için anahtarlar ve kapasitörler kullanırlar. Endüktansa ihtiyaç duymaması büyük bir avantajdır. Bu tip dönüştürücü genellikle 5 W'un altındaki düşük güç seviyeleri için kullanılır. Ancak son zamanlardaki kayda değer ilerleme, daha güçlü anahtarlamalı kapasitör dönüştürücülerin kullanılmasına olanak tanımaktadır. Şekil 8, %7820 verimliliğe ve 98.5 V'yi 120 V'a dönüştüren 48 W tasarıma sahip LTC24'yi göstermektedir.

Şekil 8. LTC7820 Sabit Oranlı Yüksek Güçlü Şarj Pompası DC-DC Kontrol Cihazı.

Dijital güç kaynağı

Bu yazıda tartışılan tüm güç kaynakları analog veya dijital güç kaynakları olarak uygulanabilir. Dijital güç kaynağı tam olarak nedir? Güç kaynağı her zaman anahtarların, indüktörlerin, transformatörlerin ve kapasitörlerin analog güç seviyelerinden geçmelidir. Dijital yönler iki dijital yapı taşı tarafından tanıtılmaktadır:

• Birincisi, elektronik sistemin güç kaynağı ile iletişim kurabildiği dijital arayüzdür. Güç kaynağını farklı çalışma koşullarına göre optimize etmek için farklı parametreler anında ayarlanabilir. Ayrıca güç kaynağı da ana işlemciyle iletişim kurarak uyarı veya arıza sinyaline neden olabilir. Örneğin sistem yük akımını kolayca izleyebilir, önceden ayarlanmış eşiği aşabilir veya akü sıcaklığı çok yüksek olabilir.
  

• İkinci dijital bina modülü, analog düzenleme döngüsü yerine dijital döngüyü kullanır. Bu iyi çalışır, ancak çoğu uygulama için, bazı parametreler üzerinde belirli bir dijital etkiye sahip olan standart bir analog geri besleme döngüsünü benimsemek en iyisidir; örneğin hata yükselticisinin kazancını anında ayarlamak veya döngü dengeleme parametrelerini kararlı ancak hızlı bir şekilde gerçekleştirmek için dinamik olarak ayarlamak gibi. geribildirim döngüsü.

Tamamen dijital kontrol döngüsüne sahip bir cihaza örnek olarak ADI'nin ADP1046A'sı verilebilir. Dijital etkiyle ve analog kontrol döngüsüyle optimize edilmiş dijital arayüz buck regülatörünün bir örneği LTC3883'tür.

EMI hususları

Elektromanyetik girişim (EMI), anahtarlama modlu güç kaynağı tasarlanırken her zaman dikkat edilmesi gereken bir sorun olmuştur. Bunun nedeni, anahtarlama modlu güç kaynağının kısa sürede yüksek akıma geçiş yapmasıdır. Anahtarlama hızı ne kadar hızlı olursa sistemin genel verimliliği de o kadar iyi olur. Daha yüksek anahtarlama hızı, anahtarın kısmen açılması süresini azaltabilir. Açık kalma süresinin bu kısmı sırasında anahtarlama kayıplarının çoğu meydana gelecektir. Şekil 9, anahtarlama düğümündeki anahtarlama modlu güç kaynağının dalga biçimini göstermektedir. Örnek olarak Buck regülatörünü alın. Yüksek voltaj, yüksek taraf anahtarından geçen akımla tanımlanırken, düşük voltaj, yüksek taraf anahtarından akım geçmemesiyle tanımlanır.

Şekil 9. Anahtarlama modlu güç kaynağının anahtarlama hızı ve anahtarlama frekansı.

Şekil 9'de görülebileceği gibi. Şekil XNUMX'da, anahtarlama modlu güç kaynağının ürettiği gürültü yalnızca ayarlanan anahtarlama frekansından değil, aynı zamanda frekanstan çok daha yüksek olan anahtarlama hızından da kaynaklanmaktadır. Anahtarlama frekansı genellikle 500 kHz ile 3 MHz arasında olmasına rağmen anahtarlama süresi birkaç nanosaniye uzunluğunda olabilir. 1 ns anahtarlama süresinde spektrumdaki karşılık gelen frekans 1 GHz olacaktır. En azından bu iki frekans, elektromanyetik radyasyon bozulması ve iletilen radyasyon olarak kabul edilecektir. Düzenleme döngüsünün salınımı veya güç kaynağı ile filtre arasındaki etkileşim başka frekansları da getirebilir.

EMI'yi azaltmanın iki nedeni vardır. Birinci neden, belirli bir güç kaynağıyla beslenen elektronik sistemin işlevini korumaktır. Örneğin, sistem sinyal yolunda kullanılan 16 bitlik ADC, güç kaynağından gelen anahtarlama gürültüsünü almamalıdır; İkinci sebep ise, farklı elektronik sistemlerin güvenilir işlevlerini aynı anda korumak için tüm dünyadaki hükümetler tarafından formüle edilen bazı EMI düzenlemelerini karşılamaktır.

Yayılan EMI ve yürütülen EMI olmak üzere iki EMI biçimi vardır. Yayılan EMI'yi azaltmanın etkili yolu PCB düzenini optimize etmek ve ADI'nin Silent Switcher® gibi teknolojilerini benimsemektir. Böyle bir teknoloji. Elbette devreyi korumalı metal bir kutuya koymak da etkilidir. Ancak bu pratik olmayabilir ve çoğu durumda maliyetli olabilir.

İletilen EMI genellikle ek filtrelemeyle zayıflatılır. Daha sonra, iletilen radyasyonu azaltmak için ek filtreleme tartışılacaktır.

dalgaları filtrele

RC filtresi temel bir alçak geçiş filtresidir. Ancak güç kaynağı tasarımında her filtre bir LC filtresidir. Genel olarak bazı indüktörlerin seri olarak eklenmesi yeterlidir çünkü bu, anahtarlama modlu güç kaynağının giriş veya çıkış kapasitansı ile birlikte bir LC veya CLC filtresi oluşturacaktır. Bazen filtre olarak yalnızca kapasitörler kullanılır, ancak güç hatlarının veya izlerinin parazitik endüktansı göz önüne alındığında, kapasitörleri bir LC filtresi oluşturmak üzere birleştiriyoruz. İndüktör l, bobinli veya ferrit boncuklu bir indüktör olabilir. LC filtresinin amacı aslında DC gücünün geçmesine izin veren ve yüksek frekanslı paraziti büyük ölçüde azaltan bir alçak geçiş etkisidir. LC filtresi çift kutuplu olduğundan 40 dB/oktavlık yüksek frekans zayıflamasına ulaşabilir. Filtre nispeten keskin bir frekans düşüşü sağlayabilir. Filtre tasarlamak kolay değildir; Ancak devrenin parazitik bileşenleri (iz endüktansı gibi) etkiler üreteceğinden, filtrenin modellenmesinde ana parazit etkilerin de modellenmesi gerekir. Bu, analog filtreyi oldukça zaman alıcı hale getirir. Filtre tasarımında deneyimi olan birçok tasarımcı, hangi filtrelerin iyi çalıştığını bilir ve yeni bir tasarım elde etmek için filtreyi yinelemeli olarak optimize edebilir.

Tüm filtreleri tasarlarken, filtrenin Porter diyagramındaki transfer fonksiyonu gibi sadece küçük sinyal davranışını değil, aynı zamanda büyük sinyal etkisini de dikkate almak gerekir. Herhangi bir LC filtrede güç kaynağı indüktörden geçecektir. Çıkışta güç kaynağına artık ihtiyaç duyulmuyorsa, ani yük geçici durumu nedeniyle indüktörde depolanan elektrik enerjisinin bir yerde serbest bırakılması gerekir. Filtrenin kapasitörünü şarj edecektir. Filtre bu en kötü duruma göre tasarlanmazsa depolanan elektrik enerjisi voltaj aşımına neden olabilir ve bu da devreye zarar verebilir.

Son olarak filtrenin belirli bir empedansı vardır. Bu empedans, filtreye bağlı güç dönüştürücünün empedansı ile etkileşime girer. Bu etkileşim kararsızlığa ve salınımlara yol açabilir. Analog cihazların LTspice ve LTpowerCAD gibi simülasyon araçları, tüm bu soruların yanıtlanmasına ve mükemmel filtreler tasarlanmasına yardımcı olur. Şekil 10, LTpowerCAD tasarım ortamındaki filtre tasarımcılarının grafiksel kullanıcı arayüzünü göstermektedir. Filtre tasarlamak için bu aracı kullanmak çok basittir.

Şekil 10. LTpowerCAD kullanılarak Buck regülatörünün giriş filtresinin tasarımı.

Sessiz Değiştiriciler

Elektromanyetik girişimi durdurmak zordur. Belirli bir metal malzemeden yapılmış özel bir kalkan gereklidir. Bunu yapmanın maliyeti çok yüksektir. Uzun süredir mühendisler, anahtarlama modlu güç kaynağının neden olduğu elektromanyetik radyasyon rahatsızlığını azaltmanın yollarını arıyorlar. Birkaç yıl önce Silent Switcher teknolojisi büyük bir atılım gerçekleştirdi. Anahtarlama modlu güç kaynağının termal devresindeki parazit endüktansın azaltılması ve termal devrenin oldukça simetrik bir şekilde düzenlenmiş iki devreye bölünmesiyle, elektromanyetik radyasyon bozuklukları çoğunlukla birbirini iptal eder. Günümüzde birçok Silent Switcher cihazı, geleneksel ürünlere göre çok daha düşük elektromanyetik radyasyon bozulması sağlamaktadır. Elektromanyetik radyasyon rahatsızlığının azaltılması, ciddi EMI olmadan anahtarlama hızını artırabilir. Anahtarlama hızının arttırılması anahtarlama kaybını azaltarak anahtarlama frekansını artırabilir. Bu yeniliğin bir örneği, 3310 MHz anahtarlama frekansına sahip olan ve çok kompakt bir tasarım elde etmek için düşük maliyetli harici bileşenler kullanan LTC5S'dir.

Güç yönetimi gereklidir ancak aynı zamanda eğlenceli de olabilir.

Bu yazıda, farklı güç kaynağı topolojileri ve bunların avantajları ve dezavantajları da dahil olmak üzere güç kaynağı tasarımının birçok yönünü tartışıyoruz. Bu bilgiler güç mühendisleri için çok temel bilgilerdir ancak uzmanlar ve profesyonel olmayanlar için tasarım sürecinde LTpowerCAD ve LTspice gibi yazılım araçlarını kullanmak faydalı olacaktır. Bu araçlarla güç dönüştürücü kısa sürede tasarlanıp optimize edilebilir.

Yasal Uyarı: Bu makale "Power R&D Alliance"tan kopyalanmıştır. Bu makale yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil eder ve Sacco Micro ve sektörün görüşlerini temsil etmez. Fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemek amacıyla yalnızca yeniden basılması ve paylaşılması içindir. Lütfen yeniden basarken orijinal kaynağı ve yazarını belirtin. Herhangi bir ihlal varsa, silmek için lütfen bizimle iletişime geçin.

Şirket Tel: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
E-posta: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Yönetici Li
QQ: 332496225 Yönetici Qiu
Adres: Oda 809, Blok C, Zhantao Teknoloji Binası, No.1079 Minzhi Bulvarı, Longhua Yeni Bölgesi, Shenzhen