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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA SMPS flyback in cascata, 220/12,6 volt 0,5 ampere. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Nell'articolo portato all'attenzione dei lettori, viene fornita una descrizione del principio di funzionamento e uno schema pratico di un SMPS basato su un convertitore di tensione in cascata flyback. L'assenza di picchi di tensione sul drain del transistor di commutazione ad effetto di campo consente di ridurre i requisiti per la sua tensione massima consentita. Alimentatore a commutazione di rete, il cui circuito è mostrato in fig. 1 si riferisce ai cosiddetti convertitori flyback, ma lo schema del suo stadio di uscita differisce in modo significativo dal flyback "classico". Si può vedere che nel circuito di drenaggio del transistor VT1 non è presente un circuito diodo-resistivo-condensatore di smorzamento, non è necessario un avvolgimento separato di un trasformatore di impulsi per alimentare il controller e, al suo posto, sono presenti due dispositivi di accumulo di energia separati usato - un'induttanza L2 e un trasformatore di isolamento T1.
Nello stadio di uscita, il cui schema semplificato è mostrato in Fig. 2, il processo di trasferimento di energia può essere suddiviso condizionatamente in due fasi. Sul primo, l'energia viene accumulata nel campo magnetico dell'induttore L1 durante la corsa in avanti e trasmessa attraverso il diodo aperto VD1 al condensatore C1 durante la corsa inversa. Alla fine della corsa inversa, il condensatore C1 verrà caricato come segue. che il suo rivestimento superiore secondo lo schema acquisirà un potenziale negativo rispetto a quello inferiore. Nella seconda fase, durante la successiva corsa in avanti, il condensatore caricato C1 attraverso il transistor aperto VT1 e il diodo VD2 sarà collegato all'avvolgimento primario del trasformatore T1 e inizierà a scaricarsi. In questo momento, l'energia viene accumulata nel campo magnetico del trasformatore T1 e, infine, durante la successiva corsa inversa, l'energia viene trasferita all'uscita attraverso un raddrizzatore sul diodo VD3 e con un condensatore di livellamento C2.
Ora analizziamo più in dettaglio il lavoro dell'SMPS (vedi Fig. 1). Un raddrizzatore a ponte è assemblato sui diodi VD1-VD4, i condensatori C4, C5 attenuano l'ondulazione della tensione rettificata. Poiché i processi di accumulo di energia sono combinati, la corrente totale dell'induttore L1 e dell'avvolgimento primario del trasformatore T2 scorre attraverso il transistor aperto VT1. La corrente in L2 aumenta linearmente sotto l'azione di una tensione raddrizzata e la velocità del suo aumento è determinata da questa tensione e dall'induttanza dell'induttore. La corrente aumenta anche linearmente nell'avvolgimento primario T1 e la capacità del condensatore C9 è scelta in modo tale che durante la corsa in avanti la tensione ai suoi capi cambi leggermente. Questa componente di corrente del transistor ha la stessa direzione della corrente dell'induttore, poiché una tensione di polarità negativa è applicata al terminale superiore dell'avvolgimento primario del trasformatore T1. Quando la corrente attraverso il transistor VT1 raggiunge un certo valore, la tensione attraverso il resistore R9, che funge da sensore di corrente, causerà la commutazione del controller di controllo DA1 e la chiusura del transistor ad effetto di campo. Notiamo come svantaggio il fatto che allo stesso livello di potenza con il convertitore flyback "classico", la corrente del transistor è qui più alta. I vantaggi del dispositivo appaiono nella fase inversa: quando il transistor ad effetto di campo VT1 si chiude, la corrente dell'induttore L2 carica il condensatore C9 a causa dell'EMF di autoinduzione. Poiché la tensione su questo condensatore non può cambiare istantaneamente, il processo transitorio allo scarico del transistor procede senza intoppi, non vi è alcun aumento di tensione, quindi non è necessario utilizzare un circuito diodo-resistivo-condensatore di smorzamento, che riduce significativamente l'efficienza di l'alimentatore a basse potenze di uscita. Con l'inizio della corsa inversa, il processo di accumulo di energia nel trasformatore T1 si interrompe e la tensione sul suo avvolgimento primario, che era negativa durante la corsa in avanti, diventerà positiva per autoinduzione: il diodo VD6 si aprirà, fornire tensione di alimentazione al controller DA1. e diodo VD9. alimentare il carico. Quando è collegato alla rete, la tensione di alimentazione del controller passa inizialmente attraverso il circuito R6C8 ed è limitata dal diodo zener VD5 a 15 V. Il resistore R10 limita la corrente di questo diodo zener in stato stazionario e l'induttanza L1 protegge ulteriormente il controller circuiti di alimentazione da picchi di tensione. La frequenza di conversione è impostata dagli elementi R4, C3 ed è di circa 62 kHz. La tensione di uscita è controllata dall'accoppiatore ottico U1 ed è regolata modificando il ciclo di lavoro degli impulsi di controllo forniti al gate del transistor VT1. L'SMPS fornisce una tensione di uscita di 12,6 V con una corrente fino a 0,5 A. L'instabilità della tensione di uscita non supera ± 2,5% e la sua ondulazione alla frequenza di conversione non supera i 100 mV L'efficienza con una potenza di uscita di 6 W è almeno 0,72. Quando il carico è disconnesso, l'SMPS funziona in modalità di riavvio, mentre la tensione di uscita non aumenta. Il carico minimo al quale entra in modalità di stabilizzazione può essere il LED di indicazione. La corrente consumata dalla rete in questa modalità è ridotta a pochi milliampere. Il dispositivo è stato assemblato su due circuiti stampati breadboard. Su uno di essi - il controller DA1 con elementi correlati, sul secondo - il resto. Le schede sono interconnesse da fili della lunghezza minima possibile. La scheda controller utilizza resistori e condensatori a montaggio superficiale di dimensione 1206. Condensatori C5, C9 - K73-17, C4, C11 - condensatori di ossido adatti per dimensioni e tensione operativa. Induttore L1 - EC24, il resistore R9 è composto da due collegati in parallelo e R5 - due collegati in serie. Sostituiamo il transistor IRF830 con un altro transistor a commutazione di campo con una tensione drain-source consentita di 500 V, una corrente di 4,5 A e una resistenza a canale aperto non superiore a 1,5 Ohm. Non è richiesto alcun dissipatore di calore per il transistor. Il dispositivo utilizza un chip UCC38C44D di Texas Instruments. Con piccole modifiche al circuito, è possibile utilizzare controller simili di altre famiglie, incluso l'UC3844A. È importante che il duty cycle massimo degli impulsi di uscita sia del 50%. Per la fabbricazione dell'induttore L2 e del trasformatore T1 è stato utilizzato un circuito magnetico a forma di W di piccole dimensioni EFD15 di Epcos, materiale n. 87, completo di telaio standard. l'induttanza di un giro è di 100 nH. L'induttore L2 contiene 130 spire di filo PEV-2 0,2, disposto in quattro strati e ha un'induttanza di 1,7 mH. È inoltre possibile utilizzare uno starter già pronto con una corrente di saturazione di 0,3 ... 0,4 A, ad esempio SDR1006-152KL di Bourns. Il trasformatore T1 contiene due avvolgimenti di 36 giri di filo PEV-2 0,35, isolati l'uno dall'altro da due strati di nastro di poliestere. l'induttanza di ciascuno degli avvolgimenti è di 0,12 mH. L'utilizzo di questi circuiti magnetici permette di ottenere un'altezza del dispositivo montato di circa 10 mm. Per il trasformatore è consentito utilizzare anche un nucleo magnetico anulare in materiale MP-140 con un diametro esterno di 18 mm, l'efficienza diminuirà del 2 ... 2,5%. In questo caso, il numero di spire dovrebbe essere aumentato a 50 ed è più conveniente avvolgere gli avvolgimenti con un filo a doppia piegatura con isolamento di alta qualità, ad esempio MS16-14 o MP37-12. Il trasformatore realizzato in questo modo ha un'induttanza di dispersione inferiore e il dispositivo funziona in modo più stabile con esso. Poiché la maggior parte degli elementi del dispositivo sono sotto tensione di rete, si consiglia di utilizzare un trasformatore di isolamento di potenza adeguata per la regolazione e la verifica collegando un carico equivalente all'uscita dell'SMPS da regolare. Per prima cosa devi assicurarti che il controller ei suoi circuiti siano in buone condizioni, per cui, senza collegare il dispositivo alla rete, una tensione costante di 13 ... Il dispositivo non richiede la selezione di elementi e la regolazione. è possibile modificare la tensione di uscita all'interno di un piccolo intervallo selezionando un resistore R11 (1,2 kOhm). Dopo aver collegato il carico nominale all'uscita, la tensione di uscita viene controllata e, senza spegnere l'SMPS, la sua uscita viene cortocircuitata. In questo caso, la corrente media consumata dalla rete dovrebbe diminuire, il che indica il normale funzionamento dei circuiti di protezione. Autore: V. Sokol, villaggio di Chashnikovo, distretto di Solnechnogorsk, regione di Mosca.
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