플라이백 캐스케이드 SMPS, 220/12,6볼트 0,5암페어. 계획, 설명

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플라이백 캐스케이드 SMPS, 220/12,6볼트 0,5암페어. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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독자의 관심을 끄는 기사에서는 플라이백 계단식 전압 변환기를 기반으로 하는 SMPS의 작동 원리와 실제 회로에 대한 설명을 제공합니다. 전계 효과 스위칭 트랜지스터의 드레인에 전압 서지가 없으면 최대 허용 전압에 대한 요구 사항을 줄일 수 있습니다.

네트워크 스위칭 전원 공급 장치의 회로는 그림 1에 나와 있습니다. 1은 소위 플라이백 컨버터를 의미하지만 출력단의 회로는 "클래식" 플라이백과 크게 다릅니다. 트랜지스터 VT2의 드레인 회로에는 댐핑 다이오드 저항 커패시터 회로가 없으며 컨트롤러에 전원을 공급하기 위해 별도의 펄스 변압기 권선이 필요하지 않으며 대신 두 개의 별도 에너지 저장 장치인 인덕터 L1가 사용됩니다. 및 절연 변압기 TXNUMX.

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출력 단계에서는 그림 2에 단순화된 다이어그램이 나와 있습니다. 1, 에너지 전달 과정은 두 단계로 나눌 수 있습니다. 첫 번째로, 정방향 스트로크 동안 인덕터 L1의 자기장에 에너지가 축적되고 역방향 스트로크 동안 개방 다이오드 VD1을 통해 커패시터 C1로 전달됩니다. 역행정이 끝나면 커패시터 C1이 이와 같이 충전됩니다. 계획에 따른 상단 라이닝은 하단 라이닝에 비해 마이너스 전위를 얻습니다. 두 번째 단계에서는 다음 정방향 스트로크 동안 충전된 커패시터 C1이 개방형 트랜지스터 VT2과 다이오드 VD1를 통해 변압기 T1의 3차 권선에 연결되어 방전되기 시작합니다. 이때 에너지는 변압기 T2의 자기장에 축적되고 마지막으로 다음 역행정 동안 다이오드 VDXNUMX의 정류기와 평활 커패시터 CXNUMX를 통해 에너지가 출력으로 전달됩니다.

플라이백 캐스케이드 SMPS, 220/12,6볼트 0,5암페어

이제 SMPS(그림 1 참조)의 작동을 좀 더 자세히 분석해 보겠습니다. 브리지 정류기는 다이오드 VD1-VD4에 조립되고 커패시터 C4, C5는 정류된 전압의 리플을 완화합니다. 에너지 저장 과정이 결합되므로 인덕터 L1와 변압기 T2의 1차 권선의 총 전류가 개방형 트랜지스터 VT2을 통해 흐릅니다. L1의 전류는 정류된 전압의 작용에 따라 선형적으로 증가하며, 증가율은 이 전압과 인덕터의 인덕턴스에 의해 결정됩니다. 전류는 또한 9차 권선 T1에서 선형적으로 증가하며, 커패시터 CXNUMX의 커패시턴스는 순방향 스트로크 중에 전압이 크게 변하지 않도록 선택됩니다. 트랜지스터 전류의 이 성분은 인덕터 전류와 동일한 방향을 갖는다. 왜냐하면 음의 극성의 전압이 변압기 TXNUMX의 XNUMX차 권선의 상부 단자에 인가되기 때문이다.

트랜지스터 VT1을 통과하는 전류가 특정 값에 도달하면 전류 센서 역할을 하는 저항 R9의 전압으로 인해 제어 컨트롤러 DA1이 전환되고 전계 효과 트랜지스터가 닫힙니다. 단점으로 "클래식" 플라이백 컨버터와 동일한 전력 레벨에서 트랜지스터 전류가 더 높다는 사실을 지적해 보겠습니다. 장치의 장점은 반대 단계에서 나타납니다. 전계 효과 트랜지스터 VT1이 닫히면 자기 유도 EMF로 인해 인덕터 L2의 전류가 커패시터 C9를 충전합니다. 이 커패시터의 전압은 순간적으로 변할 수 없기 때문에 트랜지스터 드레인의 과도 과정이 원활하게 진행되고 전압 서지가 없으므로 댐핑 다이오드 저항 커패시터 회로를 사용할 필요가 없으며 이는 효율을 크게 감소시킵니다. 낮은 출력 전력 값에서 전원 공급 장치.

역행정이 시작되면 변압기 T1의 에너지 축적 과정이 중지되고 순행행정 동안 음이었던 6차 권선의 전압이 자기 유도로 인해 양이 됩니다. 다이오드 VD1이 열려 공급을 제공합니다. 컨트롤러 DA9에 전압을 공급합니다. 및 다이오드 VD6. 부하를 공급합니다. 네트워크에 연결되면 컨트롤러의 공급 전압은 처음에 회로 R8C5을 통해 공급되고 제너 다이오드 VD15에 의해 10V로 제한됩니다. 저항 R1은 정상 상태에서 이 제너 다이오드의 전류를 제한하고 인덕터 L4은 컨트롤러의 전원 회로를 추가로 보호합니다. 전압 서지로부터. 변환 주파수는 R3, C62 요소에 의해 설정되며 약 1kHz입니다. 출력 전압은 옵토커플러 U1을 사용하여 제어되며 트랜지스터 VTXNUMX의 게이트에 공급되는 제어 펄스의 듀티 사이클을 변경하여 조절됩니다.

SMPS는 최대 12,6A의 전류에서 0,5V의 출력 전압을 제공합니다.

출력 전압의 불안정성은 ± 2,5%를 초과하지 않으며 변환 주파수에서의 리플은 100mV를 초과하지 않으며 6W 출력 전력에서의 효율은 0,72 이상입니다. 부하의 연결이 끊어지면 SMPS는 재시작 모드로 동작하며 출력전압은 상승하지 않습니다. 안정화 모드로 들어가는 최소 부하는 표시 LED가 될 수 있습니다. 이 모드에서는 네트워크에서 소비되는 전류가 몇 밀리암페어로 줄어듭니다.

이 장치는 두 개의 프로토타입 인쇄 회로 기판에 조립되었습니다. 그 중 하나에는 관련 요소가 포함된 DA1 컨트롤러가 있고 두 번째에는 나머지가 있습니다.

보드는 가능한 최소 길이의 와이어로 서로 연결됩니다. 컨트롤러 보드는 1206 크기 표면 실장 저항기와 커패시터를 사용합니다.

커패시터 C5, C9 - K73-17, C4, C11은 크기 및 작동 전압에 적합한 산화물 커패시터입니다. 인덕터 L1은 EC24이고, 저항 R9는 병렬 연결된 5개로 구성되며, R830는 직렬 연결된 500개로 구성된다. IRF4,5 트랜지스터를 허용되는 드레인-소스 전압이 1,5V, 전류가 38A, 개방 채널 저항이 44Ω 이하인 다른 전계 효과 스위치로 교체하겠습니다. 트랜지스터에는 방열판이 필요하지 않습니다. 이 장치는 Texas Instruments의 UCC3844C50D 마이크로 회로를 사용합니다. 회로를 약간만 변경하면 UCXNUMXA를 포함한 다른 제품군의 유사한 컨트롤러를 사용할 수 있습니다. 출력 펄스의 최대 듀티 사이클이 XNUMX%인 것이 중요합니다.

인덕터 L2와 변압기 T1의 제조에는 표준 프레임을 갖춘 Epcos의 소형 W형 자기 코어 EFD15(재료 번호 87)가 사용되었습니다. 100회전의 인덕턴스는 2nH입니다. 초크 L130에는 2회 감은 PEV-0,2 1,7 와이어가 0,3개 층으로 배치되어 있으며 인덕턴스는 0,4mH입니다. 포화 전류가 1006~152A인 기성 인덕터(예: Bourns의 SDR1-36KL)를 사용할 수도 있습니다. 변압기 T2에는 PEV-0,35 0,12 전선의 10회전 권선 XNUMX개가 포함되어 있으며 폴리에스테르 테이프 XNUMX겹으로 서로 절연되어 있습니다. 각 권선의 인덕턴스는 XNUMXmH입니다. 이러한 자기 코어를 사용하면 약 XNUMXmm의 장착된 장치 높이를 얻을 수 있습니다.

변압기의 경우 외경이 140mm인 MP-18 재질의 링 자기 코어를 사용하는 것도 허용되며 효율은 2~2,5% 감소합니다. 이 경우 권선 수를 50으로 늘려야 하며 MC16-14 또는 MP37-12와 같이 고품질 절연을 갖춘 이중 접힌 와이어로 권선을 권선하는 것이 더 편리합니다.

이렇게 만들어진 변압기는 누설 인덕턴스가 더 낮고, 이를 통해 장치가 더 안정적으로 작동합니다.

장치의 대부분의 요소는 주 전압 아래에 있으므로 설정 및 테스트를 위해 전원에 적합한 절연 변압기를 사용하고 설정 중인 SMPS의 출력에 등가 부하를 연결하는 것이 좋습니다. 먼저 컨트롤러와 해당 회로가 제대로 작동하는지 확인해야 하며, 이를 위해 장치를 네트워크에 연결하지 않고 컨트롤러 전원 단자 사이에 일시적으로 13~14V의 일정한 전압을 적용해야 합니다. 트랜지스터 VT1에는 변환 주파수가 있는 구형파인 펄스가 포함되어야 합니다.

장치에는 요소 선택이나 설정이 필요하지 않습니다. 저항 R11(1,2kOhm)을 선택하여 작은 한계 내에서 출력 전압을 변경할 수 있습니다. 출력에 정격 부하를 연결한 후 출력 전압을 확인하고 SMPS를 끄지 않고 출력을 단락시킵니다. 네트워크에서 소비되는 평균 전류는 감소해야 하며 이는 보호 회로가 정상적으로 작동함을 나타냅니다.

저자: V. Sokol, Chashnikovo 마을, Solnechnogorsk 지구, 모스크바 지역.

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