Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Relpol przekaźniki
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Jak podejść do projektowania systemu zasilania - część 1

ghost666 20 Cze 2019 12:15 1098 1
  • Projekt zasilacza impulsowego może być trudny do realizacji, jeśli nie wiemy, jak i gdzie zacząć. Istnieje wiele różnych topologii i typów kontrolerów, z których można wybierać do naszego systemu. W zaczynającej się właśnie serii artykułów opiszemy, jak wybrać najbardziej odpowiednią topologię zasilacza impulsowego dla danej aplikacji i co trzeba wiedzieć, aby dobrać odpowiednie rozwiązanie zasilania. Najlepszym punktem wyjścia jest zazwyczaj dedykowana specyfikacja dla konkretnej aplikacji. Nie zawsze jednak mamy dostęp do tego rodzaju układów dla naszej aplikacji.

    Projektowanie systemu zasilania powinniśmy rozpocząć od przyjęcia pewnej specyfikacji. Powinna ona zawierać informacje o zakresie napięcia wejściowego, napięcia wyjściowego i maksymalnego prądu obciążenia. Jednak wybór najlepiej dopasowanej topologii i/lub rozwiązania systemowego będzie łatwiejszy, jeśli można również w ramach specyfikacji odpowiedzieć na chociażby niektóre z następujących pytań:

    Czy dana aplikacja potrzebuje bariery izolacji galwanicznej między wejściem a wyjściem? Jeśli tak, jaki poziom izolacji potrzebujesz? Czy chcesz uzyskać regulację napięcia wyjściowego, a jeśli tak, to z regulacją po stronie pierwotnej czy wtórnej transformatora przetwornicy?

    Czy zasilacz ma być przeznaczony do przetwarzania DC-DC czy AC-DC? Dodatkowe pomocne informacje dotyczące wejścia mogą obejmować maksymalny dozwolony prąd rozruchowy, maksymalny prąd wejściowy i maksymalną akceptowalną tętnienia napięcia obserwowane na wejściu układu.

    Jaki jest zakres mocy wyjściowej dla danej aplikacji? W wielu przypadkach ta informacja zmniejszy liczbę użytecznych topologii i kontrolerów. Specyfikacja powinna również zawierać wymagania dotyczące tolerancji napięcia wyjściowego zasilacza, maksymalnej dopuszczalnej tętnienia tego napięcia, informacje na temat średniego i szczytowego prądu wyjściowego. Dodatkowe wymagania dotyczące zachowania dynamicznego, takie jak regulacja przy zmianie obciążenia, reakcja przejściowa i regulacja liniowa (to ostatnia jest szczególnie ważna w przypadku systemów motoryzacyjnych), powinny również znaleźć się w specyfikacji, ponieważ może być konieczne odpowiednie dostosowanie stopnia mocy w celu realizacji tych założeń.

    Jaka jest preferowana częstotliwość przełączania klucza przetwornicy? Czy konieczny jest dithering tej częstotliwości lub rozmycie pasma w celu obniżenia szczytowej emisji EMI? Czy w projektowanym systemie jest więcej niż jeden zasilacz? Jeśli tak, czy muszą być one ze sobą zsynchronizowane? W przypadku zastosowań motoryzacyjnych powszechną praktyką jest wybór częstotliwości przełączania poniżej 450 kHz lub powyżej 2,1 MHz, aby uniknąć zakłóceń pasma radiowego AM. W przypadku aplikacji o dużej mocy można wybrać niską częstotliwość przełączania, aby uzyskać najlepszą możliwą wydajność systemu.

    Jaki jest zakres temperatury otoczenia podczas pracy urządzenia? Do jakiego segmentu aplikacji przeznaczony jest projekt? Czy wymagane są części z kwalifikacjami motoryzacyjnymi lub spełniające normy wojskowe?

    Jaki jest główny priorytet projektu zasilania? Ogólnie rzecz biorąc, dla każdej konstrukcji zasilacza trzeba dokonać kompromisu między wydajnością, wielkością i kosztem. Ważne jest, aby wiedzieć, który z tych czynników ma najwyższy priorytet, ponieważ wpłynie to bezpośrednio na wykorzystane w projekcie elementy i technologie.

    Czy zasilacz musi spełniać określone normy dotyczące wydajności, kompatybilności elektromagnetycznej (EMI), korekcji współczynnika mocy (PFC) lub kwalifikacji Underwriters Laboratories (UL)? Czy wymagana jest wysoka sprawność dla małego obciążenia lub określony poziom mocy w trybie czuwania (standby)?

    Oczywiście wszystkie te informacje nie zawsze są absolutnie wymagane. Im bardziej szczegółowa jest specyfikacja zasilania, tym łatwiej jest wybrać najlepiej dopasowaną topologię i najlepiej działające komponenty, ale i bez nich można dokonać tej selekcji.

    Najbardziej popularne topologie zasilaczy impulsowych to:

    * Buck
    * Boost
    * Odwracająca buck-boost
    * SEPIC
    * Ćuk
    * Zeta
    * Flyback
    * Flyback z dwoma kluczami
    * Active-clamp forward
    * Forward z jednym kluczem
    * Forward z dwoma kluczami
    * Push-pull
    * Weinberg
    * Półmostek
    * Pełen mostek
    * Pełen mostek z przesunięciem fazy

    Wszystkie powyższe topologie są wspierane przez narzędzia Texas Instruments, takie jak Power Stage Designer 3.0.

    Tabelka poniżej podsumowuje najczęstsze parametry, jakie uwzględnia się przy projektowaniu przetwornic impulsowych.

    WejścieDC/DC lub AC/DC, tętnienia napięcia, narastanie prądu
    WyjścieTolerancja stabilizacji napięcia, tętnienia napięcia, średni prąd, prąd szczytowy, szybkość odpowiedzi impulsowej, jakość stabilizacji
    IzolacjaŻadna/funkcjonalna/wzmocniona/podwójna – kategorie norm bezpieczeństwa
    PriorytetParametry, wielkość, koszt – trzeba wybrać jedno
    Częstotliwość przełączaniaZakres częstotliwości, synchronizacja, doithering/spread spectrum
    Standardy/normyEMI, PFC, UL, wydajność, szczególnie dla małych obciążeń, pobór mocy w trybie standby


    W kolejnej części skupimy się na przeglądzie dostępnych topologii przetwornic impulsowych i wyborze najlepszej architektury układu do konkretnych specyfikacji.

    Źródło: https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2016/12/13/how-to-approach-a-power-supply-design-part-1

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9214 postów o ocenie 6760, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • Relpol przekaźniki