フライバックカスケード SMPS、220/12,6 ボルト 0,5 アンペア。スキーム、説明

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フライバックカスケード SMPS、220/12,6 ボルト 0,5 アンペア。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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読者の注意を引くために提示された記事では、フライバックカスケード電圧コンバータに基づく SMPS の動作原理と実際の回路について説明します。電界効果スイッチングトランジスタのドレインに電圧サージが存在しないため、最大許容電圧の要件を下げることができます。

ネットワークスイッチング電源の回路を図に示します。図 1 は、いわゆるフライバックコンバータを指しますが、その出力段の回路は「古典的な」フライバックとは大きく異なります。トランジスタ VT1 のドレイン回路にはダンピングダイオード - 抵抗 - コンデンサ回路がないことに注意してください。コントローラに電力を供給するためにパルストランスの別個の巻線は必要なく、代わりに 2 つの別個のエネルギー貯蔵デバイス (インダクタ L1) が使用されます。および絶縁トランス TXNUMX。

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出力段の簡略図を図に示します。図２に示すように、エネルギー伝達のプロセスは 2 つの段階に分けることができます。 1 つ目は、前進ストローク中にエネルギーがインダクタ L1 の磁界に蓄積され、後進ストローク中にオープンダイオード VD1 を介してコンデンサ C1 に伝達されます。逆転ストロークの終わりまでに、コンデンサ C1 はこのように充電されます。スキームによると、その上部の内張りは下部のものと比較してマイナスの電位を獲得することになります。第 1 段階では、次の順行程中に、充電されたコンデンサ C2 が、開いたトランジスタ VT1 とダイオード VD1 を介して変圧器 T3 の一次巻線に接続され、放電を開始します。このとき、トランス T2 の磁界にエネルギーが蓄積され、最終的に次の逆転ストローク中に、エネルギーはダイオード VDXNUMX の整流器と平滑コンデンサ CXNUMX を介して出力に伝達されます。

フライバックカスケードSMPS、220/12,6ボルト0,5アンペア

ここで、SMPS (図 1 を参照) の動作をさらに詳しく分析してみましょう。ブリッジ整流器はダイオード VD1 ～ VD4 に組み込まれ、コンデンサ C4、C5 は整流された電圧のリップルを平滑化します。エネルギー蓄積プロセスが組み合わされるため、インダクタ L1 とトランス T2 の一次巻線の合計電流がオープントランジスタ VT1 を流れます。 L2 の電流は整流された電圧の作用により直線的に増加し、その増加率はこの電圧とインダクタのインダクタンスによって決まります。また、一次巻線 T1 の電流も直線的に増加し、コンデンサ C9 の静電容量は、順行程中に電圧がほとんど変化しないように選択されます。トランス T1 の一次巻線の上側端子には負極性の電圧が印加されるため、トランジスタ電流のこの成分はインダクタ電流と同じ方向になります。

トランジスタ VT1 を流れる電流が特定の値に達すると、電流センサーとして機能する抵抗 R9 の両端の電圧により、制御コントローラー DA1 が切り替わり、電界効果トランジスタが閉じます。欠点として、「古典的な」フライバックコンバータと同じ電力レベルでは、トランジスタ電流がより高いという事実に注意してください。このデバイスの利点は逆段で現れます。電界効果トランジスタ VT1 が閉じると、自己誘導起電力によりインダクタ L2 の電流がコンデンサ C9 を充電します。このコンデンサの電圧は瞬時には変化しないため、トランジスタのドレインでの過渡プロセスはスムーズに進行し、電圧サージが発生しないため、効率を大幅に低下させるダンピングダイオード - 抵抗 - コンデンサ回路を使用する必要がありません。電源は低い出力電力値で動作します。

逆行程の開始により、変圧器 T1 でのエネルギー蓄積プロセスが停止し、順行行程中に負であった一次巻線の電圧が自己誘導により正になり、ダイオード VD6 が開いて電源が供給されます。コントローラ DA1 への電圧。およびダイオード VD9。負荷に給電します。ネットワークに接続すると、コントローラの電源電圧は最初に回路 R6C8 を介して供給され、ツェナーダイオード VD5 によって 15 V に制限されます。定常状態では抵抗 R10 がこのツェナーダイオードの電流を制限し、インダクタ L1 がさらにコントローラの電源回路を保護します。電圧サージから。変換周波数は要素 R4、C3 によって設定され、約 62 kHz です。出力電圧はフォトカプラ U1 を使用して制御され、トランジスタ VT1 のゲートに供給される制御パルスのデューティサイクルを変更することによって調整されます。

SMPS は、最大 12,6 A の電流で 0,5 V の出力電圧を提供します。

出力電圧の不安定性は±2,5%を超えず、変換周波数でのリップルは100mVを超えず、出力電力6Wでの効率は0,72以上です。負荷が切断されると、SMPS は再起動モードで動作し、出力電圧は上昇しません。安定化モードに入る最小負荷を LED で表示することができます。このモードでネットワークから消費される電流は、数ミリアンペアまで削減されます。

このデバイスは 1 つのプロトタイプのプリント基板上に組み立てられました。それらの XNUMX つには、それに関連する要素を備えた DAXNUMX コントローラーがあり、XNUMX つ目 - 残りには DAXNUMX コントローラーがあります。

ボードは最小限の長さのワイヤで相互に接続されています。コントローラーボードは、1206 サイズの表面実装抵抗器とコンデンサーを使用します。

コンデンサ C5、C9 ～ K73-17、C4、C11 は、サイズと動作電圧に適した酸化物コンデンサです。インダクタ L1 は EC24、抵抗 R9 は 5 つの並列接続で構成され、R830 は 500 つの直列接続で構成されます。 IRF4,5 トランジスタを、許容ドレイン-ソース間電圧 1,5 V、電流 38 A、オープンチャネル抵抗 44 オーム以下の別の電界効果スイッチに置き換えます。トランジスタにはヒートシンクは必要ありません。このデバイスは、Texas Instruments の UCC3844C50D マイクロ回路を使用しています。回路を少し変更するだけで、UCXNUMXA など、他のファミリの同様のコントローラを使用できます。出力パルスの最大デューティサイクルが XNUMX% であることが重要です。

インダクタ L2 とトランス T1 の製造には、標準フレームを備えた Epcos 製の小型 W 型磁気コア EFD15、材料番号 87 が使用されました。 100ターンのインダクタンスは2nHです。チョーク L130 には 2 ターンの PEV-0,2 1,7 ワイヤが含まれており、0,3 層で配置され、0,4 mH のインダクタンスを持っています。飽和電流が 1006 ～ 152 A の既製のインダクタ (Bourns の SDR1-36KL など) を使用することもできます。変圧器 T2 には、PEV-0,35 0,12 ワイヤの 10 ターンの XNUMX つの巻線が含まれており、ポリエステルテープの XNUMX 層によって相互に絶縁されています。各巻線のインダクタンスは XNUMX mH です。この磁性コアを使用することで、実装高さ約XNUMXmmを実現できます。

変圧器には、外径 140 mm の MP-18 材料で作られたリング磁気コアを使用することもできますが、効率は 2 ～ 2,5% 低下します。この場合、巻き数を50に増やす必要があり、MC16-14やMP37-12などの高品質の絶縁材を備えた二重折り線で巻線を巻く方が便利です。

この方法で作られたトランスは漏れインダクタンスが低く、デバイスはより安定して動作します。

デバイスのほとんどの要素は主電源電圧下にあるため、セットアップとテストには、電力に適した絶縁トランスを使用し、セットアップ中の SMPS の出力に同等の負荷を接続することをお勧めします。まず、コントローラとその回路が正常に動作していることを確認し、デバイスをネットワークに接続せずに、コントローラの電源端子間に一時的に 13 ～ 14 V の定電圧を印加します。トランジスタ VT1 にはパルス、つまり変換周波数の方形波が含まれている必要があります。

このデバイスでは、要素の選択やセットアップは必要ありません。抵抗 R11 (1,2 kOhm) を選択することで、出力電圧を小さな制限内で変更できます。定格負荷を出力に接続したら、出力電圧を確認し、SMPS をオフにせずに出力を短絡します。ネットワークから消費される平均電流は減少するはずです。これは、保護回路が正常に動作していることを示しています。

著者: V. ソコル、チャシニコヴォ村、ソルネチノゴルスク地区、モスクワ地方。

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