Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Tektronix
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 2

ghost666 15 Lip 2019 11:21 1188 3
  • W pierwszej części cyklu artykułów o przetwornicach opisaliśmy, jak istotne jest dokładne opisanie specyfikacji projektowanej przetwornicy. W kolejnej, drugiej, części omówimy podstawowe parametry przetwornic o różnych topologiach tak, aby możliwe było dobranie odpowiedniej architektury do projektowanego zasilacza impulsowego.

    Podstawowych parametrów naszej specyfikacji, jakie mają wpływ na decyzję dotyczącą topologii przetwornicy, jest sześć. Są to:

    * Parametry napięcia wejściowego
    * Parametry napięcia wyjściowego
    * Poziom izolacji wymagany pomiędzy stroną pierwotną a wtórną
    * Wymagania dotyczące dynamiki pracy przetwornicy
    * Stosunek napięcia wejściowego do wyjściowego
    * Zakres mocy pracy przetwornicy

    Jeżeli dana aplikacja nie wymaga bariery izolacji galwanicznej pomiędzy wejściem a wyjściem, to stosunek między napięciem wejściowym (Vin) i wyjściowym (Vout) oraz wymagania odnośnie tętnienia napięcia wejściowego i wyjściowego, a także moc maksymalna określają, która topologia powinna zostać wybrana. Najczęściej stosowane topologie konwerterów nieizolowanych to buck, boost, buck-boost, SEPIC oraz Zeta. Pracują one bez problemu z mocą do około 250W.

    Konwerter buck zmniejsza napięcie wejściowe, a konwerter boost zwiększa je. Przetwornice buck-boost, SEPIC i Zeta mogą mieć napięcie wejściowe równe, mniejsze lub większe niż ich napięcie wyjściowe. Jeśli napięcie wejściowe ma inny znak niż ma mieć napięcie wyjściowe, to wybrana powinna być odwracająca przetwornica typu buck-boost lub konwerter o architekturze Cuk. Dla obu topologii wartość bezwzględna napięcia wejściowego może być równa, mniejsza lub większa niż wartość bezwzględna napięcia wyjściowego.

    W tabeli 1 zawarto podstawowe parametry dla różnych typów nieizolowanych przetwornic impulsowych - zakres mocy wyjściowych oraz stosunek pomiędzy napięciem wejściowym (Vin) oraz wyjściowym (Vout). Jeśli w danej aplikacji potrzebna jest wyższa moc, rozważyć można wykorzystanie dwóch lub więcej przetwornic o topologii wymienionej w tabeli 1, lub wykorzystać izolowaną przetwornicę (te opisano w tabeli 2), ponieważ one dużo lepiej nadają się do pracy z większymi mocami. Metody równoległego łączenia przetwornic ze sobą wykraczają poza zakres tego cyklu artykułów (mogą zostać omówione osobno, jeśli chcecie - przyp.red.).

    Tab.1. Typowe parametry przetwornic bez izolacji galwanicznej.
    TopologiaZależność napięcia wyjściowego i wejściowego Typowa maksymalna moc tego rodzaju przetwornicy
    BuckVin > Vout100 W
    BoostVin < Vout100 W
    Buck-boostVin > Vout jak i Vin < Vout100 W (z dwoma kluczami), 200 W z czterema kluczami
    SEPICVin > Vout jak i Vin < Vout50 W
    ZetaVin > Vout jak i Vin < Vout50 W
    Odwracający buck-boost|Vin| > |Vout| jak i |Vin| < |Vout|100 W
    Cuk|Vin| > |Vout| jak i |Vin| < |Vout|50 W


    Przetwornice o izolowanej architekturze mogą podnosić napięcie w górę lub zmniejszać je. Napięcie wyjściowe może być dodatnie lub ujemne. Dodając do transformatora większą liczbę uzwojeń po stronie wtórnej, możliwe jest również generowanie więcej niż jednego napięcia wyjściowego z takiej przetwornicy. Najpopularniejsze przetwornice z izolacją galwaniczną to Flyback, forward, push-pull oraz półmostek i układ z pełnym mostkiem.

    Najczęściej, by zmniejszyć straty w tych układach, stosuje się pracę w trybie rezonansowym lub quasi-rezonansowym. Przetwornice działające w trybie rezonansowym wykorzystują przełączanie przy zerowym napięciu (ZVS) lub przy zerowym prądzie (ZCS), co pozwala zredukować straty w układzie. Przykładami przetwornic tego typu są quasi-rezonansowa przetwornica flyback lub przetwornica induktor-induktor z półmostkiem lub całym mostkiem i przesuwnikiem fazy.

    W tabeli 2 zebrano podstawowe informacje, analogicznie jak w tabeli 1, dla przetwornic z izolacją galwaniczną.

    Tab.2. Typowe parametry przetwornic z izolowaną architekturą.
    TopologiaZależność napięcia wyjściowego i wejściowego Typowa maksymalna moc tego rodzaju przetwornicy
    Fly-buckVin > Vout_pri, Vin < Vout_sec lub Vin > Vout_sec10 W
    Flyback|Vin| > |Vout| jak i |Vin| < |Vout|150 W
    Forward|Vin| > |Vout| jak i |Vin| < |Vout|250 W
    Push-pull|Vin| > |Vout| jak i |Vin| < |Vout|500 W
    Półmostek|Vin| > |Vout| jak i |Vin| < |Vout|500 W
    Pełen mostek|Vin| > |Vout| jak i |Vin| < |Vout|Ponad 500 W


    Jeśli na wyjściu przetwornika mogą wystąpić bardzo duże i szybkie zmiany skokowe obciążenia, to ważne jest, aby pamiętać, że dobre zachowanie dynamiczne układu zasilania nie jest możliwe przy wykorzystaniu topologii flyback, działającej w trybie przewodzenia ciągłego, jako że zero w funkcji przejścia w prawej połowie płaszczyzny zazwyczaj ogranicza częstotliwość pasma pracy układu do 5 kHz lub mniej dla tego układu.

    Szerokość pasma optoizolatora, który jest zazwyczaj niezbędny do zapewnienia sprzężenia zwrotnego napięcia wyjściowego w izolowanych topologiach, może być kolejną wadą i ograniczać zachowanie dynamiczne układu. Jeśli projektowany zasilacz naprawdę potrzebuje bardzo dobrego zachowania dynamicznego w reakcji na stany przejściowe, ale musisz użyć innej topologii niż konwerter buck, to dwuetapowe podejście może być najlepszym rozwiązaniem. Inną opcją jest umieszczenie sterownika przetwornicy po stronie wtórnej zasilacza, wtedy pętla sprzężenia zwrotnego nie musi być izolowana galwanicznie.

    Dodatkowo, przetwornice typu buck, boost, SEPIC oraz flyback nadają się do pracy z układami korekcji współczynnika mocy (PFC). Najpopularniejsze w tym zastosowaniu są układy boost.

    W kolejnej części serii skupimy się na przetwornicach typu buck, boost oraz buck-boost. Omówimy dokładniej ich wady i zalety, a także wyróżniające je cechy.

    Źródło: https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2017/05/31/how-to-approach-a-power-supply-design-part-2]Link[/url]

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    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 9303 postów o ocenie 6884, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • Tektronix
  • #2
    miszaa88
    Poziom 15  
    Sugerowana typowa maksymalna moc dla przekształtników boost, buck i boost-buck nie jest poprawna. Przekształtniki te z racji na swoją prostotę zazwyczaj osiągają znacznie lepsze parametry niż nawet układy mostkowe. Ograniczeniem w tych układach są poza oczywiście brakiem izolacji niewielkie możliwości manipulacji współczynnikiem wzmocnienia napięcia.
  • Tektronix
  • #3
    _lazor_
    Moderator Projektowanie
    Są poprawne gdyż zakładają klasyczne rozwiązania z twardym przełączaniem. Jeśli wykorzystamy często nie tak proste algorytmy to możemy znacząco zwiększyć maksymalną moc bez potrzeby montowania dużych radiatorów czy obawy przed emisją EMI.
    Half bridge również może osiągać większe wartości mocy niż podane powyżej, ale nie z twardym przełączaniem.
  • #4
    miszaa88
    Poziom 15  
    Na pewno w twardo przełączalnym przekształtniku podwyższającym jest możliwość uzyskania wysokiej sprawności przy mocach większych niż 100W i wzmocnieniu nie większym niż kilkukrotne (z tym że bliżej 2 niż 9). Oczywiście z racji na prąd wsteczny diody nie podskoczymy z częstotliwością, ale i ten problem został w znacznym stopniu zredukowany po tym jak pojawiły się diody SiC, Oczywiście cały czas piszę o pracy w CCM. Wiem - robiłem.
    Można dyskutować co fakt o rozmiarach dławika...

    W artykule na wstępie pojawia się active-clam do forwarda, warto by również wspomnieć o active-clampie do flybacka.