Przetwornice napięcia impulsowego. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Przetwornice napięcia, prostowniki, falowniki

 Komentarze do artykułu

Mity, baśnie, legendy i toasty o transformatorach impulsowych

Na świecie krąży wiele mitów na temat transformatorów mocy i dławików wysokiej częstotliwości. Spróbujmy je obalić. Niestety, najmniej wyrazista część podręczników i podręczników jest związana z komponentami magnetycznymi, komplikującymi na ogół proste przedmioty i zjawiska codziennego użytku. Tak, jest wiele nieznanych zmiennych, tak, jest wiele subtelności, które trzeba znać, ale teoria o nich milczy, a popularna literatura kłamie, oferując empiryczne wzory na konkretne problemy jako rozwiązania na każdą okazję. Na przykład.

Mit jeden. Im większy procent powierzchni rdzenia okna wypełniony miedzią - najlepiej 100% - tym lepiej. Zło. W wielu projektach 100% pokrycia w porównaniu z powiedzmy 75% (ta sama liczba zwojów, inny rozmiar przewodu) prowadzi do wyższych strat RF. Nie można ślepo przenosić metod obliczeniowych z 50 Hz na 500 kHz.

Drugi mit. W optymalnym transformatorze straty rezystancji uzwojenia i straty rdzenia są takie same. Zło. Często jedna wartość strat różni się od drugiej o 1-2 rzędy wielkości. Co z tego - nie jest to główne kryterium dla projektanta. Takie podejście jest również dziedzictwem „pięćdziesiąt Hz” – w ten sposób zapewniona jest równowaga termiczna w masywnych transformatorach sieciowych. I mamy całe uzwojenie - jedną lub dwie warstwy, a warunki wymiany ciepła są znacznie uproszczone.

Trzeci mit. Indukcyjność rozproszenia powinna wynosić 1% indukcyjności magnesującej. Zło. Powinien być jak najniższy bez znacznego pogorszenia innych ważnych parametrów. Możesz podnieść do 0.1% - świetnie. A czasem trzeba się zatrzymać na 10%.

Czwarty mit. Indukcyjność rozproszenia jest funkcją przepuszczalności rdzenia. Zło. Indukcyjność rozproszenia uzwojenia jest praktycznie niezależna od tego, czy w cewce znajduje się rdzeń, czy nie. Dokładniej, cała różnica mieści się w 10% (i to przy mu rzędu kilku tysięcy!). Możesz sprawdzić.

Piąty mit. Optymalna gęstość prądu w uzwojeniach wynosi 2 A na mm4. Lub 8A. Lub 20A. A pies jest z nim. Gęstość prądu nie ma znaczenia. Liczy się rozpraszanie ciepła w drucie oraz zdolność lub niezdolność konstrukcji jako całości do zapewnienia równowagi termicznej w akceptowalnej temperaturze. W zależności od wydajności chłodzenia (od promieniowania w próżni do chłodzenia w fazie wrzenia) dopuszczalna gęstość prądu zmienia się o dwa rzędy wielkości. Ridley buduje transformatory od XNUMX lat, ale nigdy nie odkryliśmy „optymalnej gęstości prądu” – liczy się dla nas tylko temperatura transformatora.

Mit Szósty. W optymalnym transformatorze straty w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym są równe. Zło. A jeśli nie równe, to co? Najważniejsze, że żaden z nich się nie przegrzewa.

Siódmy mit. Jeśli średnica drutu jest mniejsza niż głębokość efektu naskórkowego, nie ma znaczących strat RF. Bardzo krzywdzące stwierdzenie. W uzwojeniach wielowarstwowych, nawet przy bardzo cienkim drucie, wystąpią straty.

Mit Ośmiu. Częstotliwość rezonansowa obwodu transformatora przy braku obciążenia musi znacznie przekraczać częstotliwość konwersji. Zło. Ona nie ma znaczenia. W idealnym transformatorze indukcyjność dąży do nieskończoności, więc częstotliwość rezonansowa dla obwodu otwartego dąży do zera… i co z tego? A fakt, że rezonans jest ważny, nie dotyczy przerwy, ale zwarcia obwodu wtórnego. Rezonans ten powinien być co najmniej o dwa rzędy wielkości wyższy niż częstotliwość nośna.

Pomiary impedancji transformatorów

Opcja podłączenia urządzenia

W tej konfiguracji analizator wyświetla impedancję transformatora w zakresie od 10 Hz do 15 MHz dla warunków zwarcia i rozwarcia obciążenia. W przypadku transformatorów impulsowych z krótkimi uzwojeniami konieczne jest zapewnienie zwarcia wzdłuż najkrótszej ścieżki przy minimalnych stratach. Przecież półpierścień zamykający, nawet o średnicy kilku centymetrów, ma już indukcyjność porównywalną z indukcyjnością rozproszenia uzwojenia pierwotnego. Indukcyjność upływu zależy od częstotliwości! Jako balast Rsense R=0.1..1 Ohm. Zmierz rezystancję omową uzwojeń tylko za pomocą mostka o niskiej rezystancji lub omomierza z generatorem prądu. Po cyklu pomiarów można określić:

Indukcyjność magnesowania - Rezystancja uzwojenia - Indukcyjność upływu - Częstotliwość rezonansowa i współczynnik jakości dla zwarcia i obwodu otwartego - Pojemność uzwojenia (do 3 pF na obrót).

O bieżącej kontroli

Prawidłowo zaimplementowane ograniczenie prądu na takt pozwala na stworzenie nie do zabicia PN. Aby to zrobić, czujnik prądu musi być szybki (opóźnienie kilku nanosekund) i być załadowany bezpośrednio na wejście sterujące układu scalonego kontrolera.

Fałszywe zadziałanie zabezpieczenia przed impulsami pasożytniczymi jest tłumione przez filtr dolnoprzepustowy RC. Tutaj konieczne jest podjęcie decyzji o kompromisie między szybkością a odpornością na zakłócenia, aby nadmierne filtrowanie nie ominęło rzeczywistego nadmiaru prądu.

Kontrolery z wyłączonym zabezpieczeniem na krawędzi natarcia impulsu również nie są panaceum. Te 100 ns opóźnienia (mniej więcej), podczas których obrona jest ślepa, mogą również zabić PN. Dlatego wskazane jest wymuszone ograniczenie szybkości przełączania tranzystora (co również zmniejsza poziom zakłóceń i promieniowania zarówno do czujnika prądu, jak iw przestrzeń).

Jak przetestować aktualną ochronę?

Zewrzeć wyjście PN - za prostownikiem i filtrem wyjściowym. Niestety przy zwarciu w samym prostowniku żadne zabezpieczenie prądowe nie pomoże Twoim tranzystorom.

Podłącz sondę do czujnika prądu. Stopniowo zwiększaj napięcie zasilania, aż sterownik zacznie generować nośnik. Na oscyloskopie powinieneś zaobserwować wąskie piki - obwód zabezpieczający powinien szybko wyłączyć otwarte tranzystory. Amplituda impulsów musi odpowiadać progowi ochrony. Podnieś napięcie zasilania do maksimum. Czas trwania impulsów powinien się skrócić. Amplituda może rosnąć (z powodu opóźnień w propagacji prądu sprzężenia zwrotnego), ale nie znacząco. A jeśli rośnie proporcjonalnie do napięcia wejściowego - przestań, twój system operacyjny jest za wolny.

Następnie – to ważne – cykl pomiarowy należy powtórzyć przy minimalnych i maksymalnych temperaturach powietrza

To ważne: parametry ferrytu, na którym uzwojony jest przekładnik prądowy, mogą odpływać wraz z temperaturą tak bardzo, że nie będzie wydawał się mały.

O snubbers

Tłumik (tłumik - tłumik) - obwód RC równoległy do ​​uzwojenia - do bocznikowania dzwonienia o wysokiej częstotliwości. Dzwonienie musi być stłumione, w przeciwnym razie możliwe są awarie, nadmierne pobudzenie i niestabilność przetwornika. Zwykle bocznik RC jest wystarczający do wyciszenia niesfornych uzwojeń, jeśli częstotliwość dzwonienia przekracza nośną o około dwa rzędy wielkości lub więcej. A jeśli nie, to trzeba szukać obejść, ponieważ wtedy znaczna część nośnej i jej najbliższych harmonicznych wpadnie w szerokość pasma bocznika.

Pierwszy. Wyznacz częstotliwość oscylacji pasożytniczych. Na początek uruchom obwód przy niskim prądzie obciążenia. Sonda oscyloskopu - aby nie wprowadzać zmian w obwodzie - musi mieć minimalną pojemność własną. Jeśli nie, spróbuj zbliżyć sondę do obwodu dzwoniącego bez kontaktu elektrycznego. Należy pamiętać, że częstotliwość dzwonienia zmienia się wraz z napięciem obwodu pierwotnego.

Drugi. Oblicz równoważny obwód RLC dla częstotliwości i współczynnika Q. Od strony pierwotnej znana jest indukcyjność upływu (powinna być znana!) Po stronie wtórnej znane są pojemności diod.

Impedancja charakterystyczna Z = 2 * Pi * f * L (dla znanego L), Z = 1 / (2 * Pi * f * C) dla znanego C

Trzeci. Na początek spróbujmy tylko R-bocznika, R=Z. Obliczmy straty ciepła na boczniku. Jeśli są nieprzyzwoicie wysokie, uzupełniamy ogniwo o pojemność C=1 / (Pi * f * R). Zwiększanie pojemności jest bezużyteczne - straty rosną, tłumienie dzwonienia nie poprawia się (pojemność w RF jest całkowicie przewodząca).

Czwarty. Przeliczmy moc strat na R : P = 2* C * V * Fcarrier - jest to strata samego nośnika bez generowania ciepła na dzwonieniu. Sprawdzamy w prawdziwym obwodzie. Pierwsze przybliżenie - z reguły - jest od razu odpowiednie dla większości przypadków.

O chipach kontrolera

Umieszczenie i poprowadzenie komponentów w pobliżu układu scalonego ma kluczowe znaczenie! Jest to powtarzane w każdym arkuszu danych, ale nie przeszkadza w ponownym powtórzeniu.

Przede wszystkim - zdolność ustawiania częstotliwości generatora. Umieść go u samego podnóża IP. Nie pięć milimetrów, ale im bliżej, tym lepiej. W przeciwnym razie możliwe są niewytłumaczalne zjawiska - na przykład obwód zaprojektowany na 100 kHz będzie generował megaherce, syrena wyjdzie z Yauzy itp. Co więcej, może nie pojawić się na prototypie, ale na płytce seryjnej pojawi się w całej okazałości.

Po drugie, pojemności w obwodach zasilających również powinny być przylutowane jak najbliżej nóżek układu scalonego.

Wyjście piły generatorowej (tam, gdzie jest dostępne z zewnątrz) nie lubi być ładowane (podobnie jak ja). Dlatego wybierając sygnał z tego wyjścia należy zachować ostrożność - nawet obciążenie 100 kΩ może zmienić kształt piły. Najbardziej poprawne jest generowanie piły równolegle, bez podłączania do obwodu pierwotnego generatora.

IS 3842, 3843 pozwalają na ustawienie przerwy między impulsami od 5% do 30% okresu. 3844, 3845 - do 70%. Jeśli potrzebujesz wydłużyć pauzę, możesz obejść te ograniczenia, zmieniając taktowanie R, C. Następnie dodanie kolejnego rezystora z pinu RTCT do plusa zasilania przyspieszy ładowanie i spowolni rozładowanie, wydłużając dostępną pauzę czas.

IC UC3825 - minimalny czas przerwy (bezwzględny, w milisekundach) jest sztywno ustalany przez pojemność Сt, patrz dokumentacja. Ale można zrobić tak, jak opisano powyżej - podłączając rezystor do Ct. To tylko czas, w którym będzie pływał cały czas z napięciem zasilania.

Sterowniki wyjściowe IC nie lubią obciążeń indukcyjnych - takich jak transformatory izolujące - które powodują odbijanie bramki. Co więcej, jeśli nie objawi się w laboratorium, to w prawdziwym życiu na pewno pojawi się w najbardziej nieodpowiednim momencie. W końcu parametry pływaka transformatora ... Dlatego zaleca się zabezpieczenie bramki diodami, a równolegle z uzwojeniem pierwotnym transformatora - rezystorem.

Kontrolery pierwszej generacji, zwłaszcza starsze, są bardzo niestabilne zarówno pod względem napięć odniesienia (można z tym żyć), jak i taktowania, aż do nieprawidłowej sekwencji wyzwalaczy i nadmiernego dryftu częstotliwości nośnej (zależy od stabilności poziomów odniesienia). Jeśli chcesz - użyj IS albo z ostatniego roku produkcji, albo z sufiksami wskazującymi na „ulepszone” opcje. Te. TL594 nie TL494 itp.

Np. nieudokumentowana cecha układów Briańsk KR1156EU2 (analog 3825) - przy zasilaniu 12V, prawidłowym okablowaniu, z poziomem hamującym na wejściu ILIM, wyjście 14 jest na niskim poziomie (normalnym) i krótkich, około 11 ns pikach pełzanie przez wyjście 100 - „podcięcie” czoła amplitudy nośnej do 9V. Gdzieś spust nie działa prawidłowo. Ale te cięcia wystarczą, aby otworzyć migawkę i (i nagle) zamknąć obwód.

O częstotliwości odcięcia pętli OC

O pomiarze wzmocnienia FN z zamkniętą pętlą - najlepiej zmierzyć go w sposób opisany w następnej sekcji, używając analizatora widma (oscylator nie wystarczy).

W przypadku PV do przodu i do tyłu z kontrolą napięcia częstotliwość odcięcia nie powinna przekraczać jednej czwartej częstotliwości zerowej funkcji przenoszenia w prawej połowie płaszczyzny zespolonej. Jeśli spełnienie tego warunku nie pozwala na niezawodną stabilizację wyjścia, konieczne jest ponowne wykonanie filtra wyjściowego.

Dla wszystkich PN częstotliwość odcięcia nie powinna przekraczać 1/8 częstotliwości nośnej.

Wzrost częstotliwości odcięcia jest ograniczony nieuniknionym szumem, dzwonieniem i innymi zjawiskami pasożytniczymi w PN do poziomu około 15 kHz. Jeśli z jakiegoś powodu musisz to zrozumieć, nieuniknioną komplikacją obwodu jest wprowadzenie zewnętrznego, szybkiego wzmacniacza błędu w pętli OS.

Co najważniejsze, częstotliwość odcięcia systemu operacyjnego nie jest celem samym w sobie. Ważna impedancja wyjściowa w zakresie częstotliwości wymaganym przez obciążenie, tłumienie niestabilności napięcia wejściowego i tłumienie szumów wejściowych.

Pomiar pętli

Pamiętaj, aby zmierzyć zachowanie pętli sprzężenia zwrotnego przed oddaniem przyrządu do użytku.

Omówione poniżej urządzenie wprowadza źródło napięcia (generator przemiatania) w przerwę obwodu OS (punkty 1-2). Następnie widma sygnału są rejestrowane w dowolnych dwóch punktach obwodu i wyświetlana jest odpowiedź częstotliwościowa stosunku tych widm. Stosunek widma wyjściowego do widma wejściowego jest charakterystyką przenoszenia (w amplitudzie). Możesz jakościowo powtórzyć urządzenie za pomocą generatora z wyjściem transformatora i stabilizacją napięcia na uzwojeniu wtórnym oraz oscyloskopu.

Pomiar parametrów pętli analizatorem widma АР102В - PN z transoptorem

Punkty podłączenia sond kanałów A i B umożliwiają pomiar różnych funkcji przenoszenia