Як правильно розробити дизайн джерела живлення з першого разу

У цій статті висвітлено інтегровані різні типи топологій джерел живлення та представлено нову методологію живлення для проектування джерел живлення.

«Ніхто не хоче заново винаходити колесо, а найменше дизайнери енергопостачання. Кількість комбінацій різних вхідних/вихідних напруг, вихідного струму та вимог до потужності, а також численні топології, доступні для незліченних застосувань, можуть вражати враження ".

Іноді здається, що кожен новий продукт потребує власного блоку живлення, що неминуче може вимагати кількох повторних обертань, щоб він працював належним чином. Навіть для досвідчених дизайнерів це може бути складним завданням; для початківців дизайнерів це може бути кошмаром! Чи не було б чудово мати, як вихідну точку, справжній робочий дизайн, близький до того, що вам потрібно, і потребує лише трохи доопрацювання?

Раптом проект, який, на вашу думку, зайняв би місяці, може бути виконаний за кілька тижнів - або менше. Ще краще, чи не приємно було б використовувати готовий дизайн, який, як ви знаєте, спрацює з першого разу?

У цій статті ми розглянемо програми, що підходять для різних типів топологій джерел живлення, та введемо нову методологію живлення, яка прискорює як неізольоване, так і ізольоване проектування джерел живлення. За допомогою бібліотеки легкодоступних довідкових конструкцій ці програми підтримують від 2,5 Вт до 72 Вт.

Ізольовані постійного і постійного струму промислового застосування

Промислові програми (такі як управління процесами, ПЛК, системи SCADA та датчики в автоматиці) характеризуються номінальною шиною напруги 24 В постійного струму. Він має історію старих аналогових реле, залишаючись фактичним галузевим стандартом. Однак максимальна робоча напруга для промислового застосування, як очікується, становитиме від 36 до 40 В для некритичного обладнання. Тим часом критично важливе обладнання в промисловому застосуванні, таке як контролери, пускачі та модулі безпеки, повинно підтримувати напругу 60 В (стандарти IEC 61131-2, 60664-1 та 61508 SIL).

Популярні вихідні напруги складають 3,3 В і 5 В, струми яких варіюються від 10 мА в малих датчиках до десятків підсилювачів в режимах управління рухом, з ЧПУ та ПЛК. Системи управління будівлею, включаючи деякі випадки промислового використання, такі як розумне будівництво, управління, внутрішній комфорт та управління якістю повітря, польові пристрої та пускачі, використовують випрямлену вхідну напругу 24AC, що додатково обґрунтовує потребу в перетворювачах напруги DC-DC широкого діапазону.

Топологія зворотного зв'язку зазвичай використовується в промислових джерелах живлення в режимі комутації (SMPS), ізольованих знижувальних конструкціях нижче 100 Вт. Перетворювач зворотного ходу (рис. 1) використовує трансформатор із зазорами для передачі та накопичення енергії, що мінімізує кількість вихідних компонентів. Однак високі пікові струми, властиві його переривчастій роботі, змушують його використовувати програми низької потужності. Для вихідних напруг менше 12 В використовується варіація зворотного зв'язку, що використовує синхронне випрямлення (MOSFET).

Рисунок 1: Flyback з інтегрованим силовим транзистором.

У нових конструкціях зворотного перетворювача схема оптопари замінена на мікросхему, яка використовує зворотний зв'язок первинної обмотки для регулювання вихідної напруги. Для прискорення циклу проектування для цього типу джерела живлення доступні кілька перевірених еталонних конструкцій джерел живлення (зазвичай з ефективністю> 90%). Вони використовують MAX17690 60V, без оптоізольованого контролера зворотного зв'язку, для різноманітних діапазонів вхідної напруги та вихідних напруг та вимог до потужності (Таблиця 1).

Таблиця 1: Довідкові конструкції No-Opto Flyback.

Для застосувань, де необхідна вихідна напруга 12 В (або менше), зазвичай застосовується зміна традиційного перетворювача зворотного зв'язку із синхронним випрямленням на вторинній стороні.

У цій версії діод Шотткі замінений на MOSFET (рис. 2). У таблиці 2 наведено кілька еталонних конструкцій для цього типу перетворювачів. Ці конструкції використовують MAX17690 60V, безоптичний ізольований контролер зворотного зв'язку і MAX17606 вторинний синхронний драйвер MOSFET для різноманітних діапазонів вхідної напруги, вихідної напруги та вимог до потужності.