Учебник по проектированию источников питания

В этой серии учебных пособий объясняются подробные этапы проектирования для импульсных регуляторов постоянного тока с улучшенной топологией и усиленной топологией, дополняемые специальными сеансами по компоновке печатной платы и управлению фронтом сигнала для электромагнитных помех, которые применяются ко всем переключающим регуляторам. Эта серия учебных пособий разделена на 4 части и содержит подробности, советы и подсказки, которые полезны даже самым опытным разработчикам источников питания. Новички, которые никогда не проектировали источник питания, могут использовать эту серию в качестве начала. Но те инженеры, которые уже имеют некоторый опыт проектирования блоков питания и хотят получить более глубокие знания, получат наибольшую выгоду. Советуем вам сайт компании tetspb.com, здесь вы сможете заказать проектирование систем электроснабжения!


В рамках этой серии мы будем выпускать новый учебник каждую неделю. Первый доступен сейчас. Вот повестка дня:

  • Линейные регуляторы и регуляторы низкого выпадения (LDO)
  • Рассеиваемая мощность и тепловое управление силовыми полупроводниками
  • Импульсный регулятор введения и трехконтактный элемент
  • Три основных топологии преобразователя: доллар, буст и инвертирующий бак-буст
  • Индукторы и индуктивные токи

Добро пожаловать в часть 1-1 серии «Проектирование блоков питания с индуктивным питанием, топологии и основы». Если вы уже разработали 100 долларовых регуляторов, вы, вероятно, можете пропустить эту сессию, но держу пари, что в следующих 25 слайдах есть что-то, что даже профессионалы сезонов найдут полезными или проницательными. На этом занятии мы рассмотрим линейные источники питания, управление температурным режимом, а затем основы импульсных источников питания постоянного тока.З


Вначале было дискретно

Этот слайд для всех моих зрителей, которые любят научную фантастику и управление питанием. Точнее было бы сказать, что вначале были источники питания на основе вакуумных ламп, поэтому назовем это цитатой из начала предложения современных источников питания. Теперь эта схема очень проста. Есть ссылка, обычно диод Зенера, резистор ограничения тока для предотвращения перегрева и элемент пропуска. Я нарисовал элемент прохода как NPN-транзистор, но n-MOSFET с работой тоже. Конечный резистор представляет нагрузку.


Дискрет жив и здоров

Этот тип схемы используется постоянно, чтобы получить источники питания, которые работают от высокого напряжения, но используют низковольтный кремний для запуска. То, что не показано, это подключение к линии, входящей в эмиттер Q1, который является выходом от вспомогательной обмотки. Как только это вспомогательное напряжение превышает комбинацию VZ плюс VBE, то есть пробоя напряжения Зенера плюс транзистор VBE, тогда Q1 выключается и практически вся мощность рассеивается. Кроме того, причина, по которой биполярные транзисторы предпочтительнее полевых МОП-транзисторов, даже несмотря на то, что МОП-транзисторы имеют гораздо больший выбор, состоит в том, что труднее узнать, какое обратное напряжение необходимо от источника к затвору, чтобы убедиться, что МОП-транзистор действительно и действительно выключен. Еще одна заметка. Если ваш источник переменного тока в постоянный или постоянный ток не включается во время первоначального тестирования, это почти всегда из-за схемы настройки и / или вспомогательной обмотки.


Затем появился интегрированный NPN

Следующим развитием после дискретных линейных регуляторов стал интегрированный регулятор NPN. То, что интегрировано происходит от интегральной схемы или IC. В наши дни большинство линейных регуляторов часто называют LDO, что означает регулятор с низким уровнем отсева. В целом, реальные регуляторы NPN не очень низки в отсеве, и мы увидим почему на следующем слайде. Но даже регулятор NPN, так как есть несколько конфигураций с PNP или с MOSFET.

И это хорошее время, чтобы определить, что на самом деле представляет собой падение напряжения. Это минимальное количество свободного места, которое означает разницу в напряжении, необходимую между входным напряжением и выходным напряжением, чтобы поддерживать это выходное напряжение регулируемым. Как вы можете себе представить, это вызывает серьезную озабоченность, поскольку минимальное напряжение становится все ближе и ближе к максимальному выходному напряжению данного линейного регулятора, особенно, когда регуляторы также имеют выходное напряжение, которое зачастую сложнее рассчитать.

Еще одна приятная вещь в интеграции, помимо того, что у нее меньше деталей для выбора и размещения, и, конечно же, их отличная стабильность, заключается в том, что для регулятора IC все, что кремний имеет температуру, близкую к той же температуре, и это очень хорошо для стабильность схемы.

Здесь на этой странице есть два термина, о которых я хочу поговорить подробнее. Одним из них является PSRR. Это коэффициент отказа блока питания. Это также известно как аудио восприимчивость. Это способность источника питания отклонять шум дифференциального режима, который присутствует между положительным входом, который обозначен здесь как VN, и отрицательным входом, который подразумевается, но явно не показан. Это наземные символы.

Затем, есть коэффициент отклонения синфазного режима. Это CMRR, и он более удачно назван. Это относится к способности источника питания подавлять синфазный шум, то есть шум, который присутствует либо между положительным входом и Землей, либо отрицательным входом и Землей.


Ограничения NPN Дарлингтон

Итак, здесь, на этом слайде, мы видим внутренние детали классического регулятора NPN, также известного как регулятор Дарлингтона. Как вы можете видеть, есть два NPN-транзистора и один PNP-транзистор, последовательно соединенные с трактом управления. И когда я впервые посмотрел на эту схему, я подумал про себя: «Хм, есть только одно падение VCE от входа V до выхода V. Так почему же эта схема не работает, скажем, до 500 милливольт от выпадающего напряжения? »Но на самом деле это схема управления, которая нуждается в этих двух напряжениях VBE и одном VCE. Итак, подведем итог, это 0,7 вольт плюс 0,7 вольт плюс 0,3 вольт, и это приближает вас к двум вольтам.

Так что без контроля нет стабильного выхода V, и поэтому стандартный регулятор NPN Дарлингтона, такой как этот, не будет работать надежно при попытке понизить, скажем, 5,0 вольт до 3,3 вольт. Вы, вероятно, столкнетесь с выпадением, особенно когда знаете, что в этих 5 вольтах обычно есть допуск, скажем, плюс или минус 5, плюс или минус 10 процентов.

Таким образом, пропадание, безусловно, является плохой вещью, поскольку выходное напряжение больше не регулируется, но другая проблема заключается в том, что, когда в цепи происходит выпадение, весь шум на входе проходит на выход практически без затухания.


Рассеяние мощности в линейных регуляторах

Так что для рассеивания мощности, скажем, в мире источников питания, есть три вещи, которые убивают устройства: перенапряжение, отрицательное напряжение там, где это не ожидается, и перегрев. И из этих трех вещей все они действительно сводятся к перегреву, потому что перенапряжение, как правило, вызывает протекание большого количества тока, а отрицательное напряжение, как правило, вызывает протекание тока там, где оно не должно протекать, и слишком большой ток, протекающий в данное место вызывает слишком много тепла. Таким образом, рассеяние энергии имеет решающее значение.

И здесь, в этой схеме, мы видим, что рассеяние мощности в линейных регуляторах очень просто. Вы просто вычитаете выходное напряжение из входного напряжения и умножаете это произведение на выходной ток. Теперь, когда вы хотите рассчитать наихудший случай, и когда мы проектируем источники питания, это почти всегда худший случай, для которого мы проектируем, вычитаем самое низкое выходное напряжение из наибольшего входного напряжения и умножаем его на максимальный выходной ток.


Регулятор низкого отсева, «LDO»

Следующей важной вещью в линейных источниках питания был настоящий регулятор с малым выпадением, в котором используются разные способы подключения биполярных транзисторов или, для наименьшего выпадения, MOSFET для проходного элемента. Таким образом, вместо минимума в 1,7 В и, как правило, больше, чем 2,0 вольт, которые потребуются NPN Darlington, эта схема имеет максимальное напряжение выпадения чуть более 300 милливольт, как вы можете видеть на графике здесь. И это при максимальном выходном токе.

Итак, важное примечание здесь. Этот график находится при 25 градусах C. Вы можете увидеть его там написано. И падение напряжения меняется при изменении температуры. LDO, подающий один ампер тока, обязательно нагреется, поэтому очень важно смотреть на наихудший случай пропадания во всем диапазоне температур.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *