حساب المحول لإمداد الطاقة بتبديل flyback (Flyback)

ازدادت شعبية إمدادات الطاقة flyback (IPRs ، Flyback) مؤخرًا بشكل كبير بسبب بساطة ورخص حل الدائرة هذا - في السوق ، غالبًا ما يمكنك العثور على دوائر متكاملة تتضمن تقريبًا الجزء عالي الجهد بالكامل من هذا المصدر ، يحتاج المستخدم فقط إلى توصيل المحول وتجميع جزء الجهد المنخفض وفقًا للمخططات القياسية. لحساب المحولات ، هناك أيضًا عدد كبير من البرامج - من البرامج العالمية إلى الشركات المصنعة للبرامج المتخصصة للدوائر المتكاملة.

اليوم أريد أن أتحدث عن الحساب اليدوي لمحول نبضي. قد يتساءل القارئ: "لماذا هذا مطلوب؟". أولاً ، يشير الحساب اليدوي للمحول إلى فهم كامل للعمليات التي تحدث في مصدر الطاقة ، والتي لا تحدث غالبًا إذا قام الهواة الراديوي المبتدئ بحساب المحول في برنامج خاص. ثانيًا ، يتيح لك الحساب اليدوي اختيار المعلمات المثلى للمصدر ليعمل (ولديك فكرة عن أي معلمة يجب تغييرها في أي اتجاه لتحقيق نتيجة معينة) في مرحلة التطوير.

لذلك دعونا نبدأ. يظهر الرسم التخطيطي للكتلة IPR في الشكل. 1. يتكون من الوحدات الوظيفية الرئيسية التالية: مفتاح Sw ، محول T1 ، مقوم جهد الخرج VD1 و C2 ، مرشح تداخل عالي التردد C1 و snubber Snb.

التين. 1

يعمل هذا المصدر على النحو التالي (انظر الرسوم البيانية المبسطة في الشكل 2): في اللحظة الأولى من الوقت t0 ، يفتح المفتاح Sw ، مما يوفر جهد الإدخال Uin للملف الأساسي للمحول T1. في هذا الوقت ، يكون الجهد عند الطرف السفلي من اللفة I (النقطة أ) صفرًا (بالنسبة إلى سلك جهد الدخل السلبي) ، ويبدأ التيار في الزيادة خطياً في اللفة I ، ويظهر جهد متناسب مع معامل التحويل T1 (UoutInv) على اللفة II. لكن اتضح أن قطبية هذا الجهد سالبة (في الجزء العلوي من طرف خرج اللفة II ، النقطة ب) ، لذلك يتم إغلاق الصمام الثنائي VD1 ولا يمر الجهد إلى مكثف الإخراج C2. خلال الفاصل الزمني للطن (من t0 إلى t1) ، يزداد التيار عبر اللفة I بشكل خطي إلى القيمة Imax ، ويتم تخزين الطاقة داخل المحول T1 في شكل مجال مغناطيسي.


التين. 2

في الوقت t1 ، يتم إغلاق المفتاح Sw فجأة ، ويظهر التيار من خلال اللفة I ويظهر الحث الذاتي EMF فيه ، موجهًا لمواصلة التيار المتوقف. في هذه اللحظة ، يصبح الملف I نفسه مصدرًا للجهد. هذا لأن الطاقة في المحرِّض يتم تخزينها على شكل تيار (في الواقع ، في شكل مجال مغناطيسي ، ولكنها تتناسب مع التيار من خلال الملف ، وبالتالي فإن صيغة الطاقة في الملف هي A = LI² / 2) ، ولكن وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة ، لا يمكن تختفي بدون أثر ، يجب أن تذهب إلى مكان ما. وبالتالي ، لا يمكن أن يتوقف التيار في الملف على الفور ، لذلك يصبح الملف نفسه مصدرًا للجهد ، وبأي سعة (!) - مثل التأكد فورًا من إغلاق المفتاح استمرار نفس التيار الحالي. هذه هي أول ميزة مهمة للمحث ،الذي يجب تذكره -مع توقف حاد للتيار في الملف ، يصبح مصدر جهد لأي سعة ، في محاولة للحفاظ على التيار الذي توقف فيه ، سواء في الاتجاه أو في السعة . ما هو بالضبط السعة؟ كبيرة بما يكفي ، على سبيل المثال ، لتعطيل مفتاح الجهد العالي أو تشكيل شرارة في قابس شرارة السيارة (نعم ، إنها تستخدم خاصية المحرِّضات في اشتعال السيارة).

كل ما هو مذكور أعلاه كان سيحدث لو أنني كنت لفًا فقط للمحول T1. ولكن لا يزال يحتوي على ملف متعرج II ، مقترنًا بالحث الاستقرائي إلى I. لذلك ، في الوقت t1 ، يظهر أيضًا EMF ، موجهًا بحيث يوجد عند النقطة b زائد فيما يتعلق بالأرض. يفتح EMF هذا الصمام الثنائي VD1 ويبدأ في شحن المكثف C2 مع I2max الحالي. على سبيل المثال تحدث شحنة المكثف C2 ونقل الطاقة إلى الحمل في اللحظة التي يتم فيها إغلاق المفتاح Sw. هذا هو السبب في أن إمدادات الطاقة المبنية على هذا المبدأ تسمى flyback - لأنها لا تحتوي على نقل مباشر للطاقة من الجهد العالي إلى الجزء المنخفض الجهد ، يتم تخزين الطاقة أولاً في محول ، ثم يتم إعطاؤها للمستهلك .

في الفترة الزمنية من t1 إلى t2 ، يحافظ تيار اللف الثانوي الثانوي I2 الذي يتناقص خطيًا من I2max إلى 0 على المجال المغناطيسي داخل الملف وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة ولا يسمح للجهد على اللفة الأولية (نظرًا لارتباطها الحثي) بالنمو إلى قيمة لا يمكن التحكم فيها. يصبح الجهد على اللفة I في هذه اللحظة مساويًا لجهد الخرج مضروبًا في معامل التحويل T1. ومع ذلك ، فإن قطبية هذا الجهد هي بحيث يتم إضافته إلى جهد الإدخال Uin وتطبيقه على المفتاح الخاص Sw. على سبيل المثال يتم تطبيق المفتاح الخاص Sw بجهد أكبر من الإدخال! هذه أيضًا ميزة مهمة لحقوق الملكية الفكرية التي يجب تذكرها.

في الوقت t2 ، تنتهي الطاقة المخزنة في المحول T1 ، يغلق الصمام الثنائي VD1 ، يصبح الجهد عند النقطة b صفرًا ، عند النقطة a جهد الدخل ، وتتوقف جميع العمليات في الدائرة حتى t3 ، عندما تتكرر الدورة بأكملها من البداية. علاوة على ذلك ، في الفترات الزمنية t0-t1 و t2-t4 ، يتم توفير الحمل فقط من خلال الطاقة المخزنة بواسطة مكثف الإخراج C2 .

يُطلق على وضع التشغيل الموصوف لـ IPR وضع التيارات المتقطعة - أي خلال الفاصل الزمني Toff (t1-t3) ، يتم نقل جميع الطاقة المخزنة في المحول T1 إلى الحمل ، وبالتالي ، في الوقت t3 ، يبدأ التيار من خلال اللفة الأولية I في الزيادة من الصفر. هناك أيضًا وضع تيار مستمر ، عندما لا تزال بعض الطاقة في الوقت الحالي في المحول T1 ، والتيار من خلال اللفة I في الوقت t3 لا يبدأ من الصفر. هذا الوضع له خصائصه ومزاياه وعيوبه ، والتي سنتحدث عنها في المرة القادمة.

لذا ، ما هي الميزات الرئيسية لحقوق الملكية الفكرية في تمزق الوضع الحالي؟ لنكتب النقاط الرئيسية:

1. , , . , . 2, , , , .
2. , , , , ! , , ( «» ). , .
3. , , , . , , .
4. , I 1 Ton ( ) , II Toff. , «» «» Toff Ton. .., , Duty cycle ( , D), Ton/(Ton + Toff) I Uin. .
5. , I2max, II t1 Imax, , I II ( ).
6. I2max ( 2.5 ), VD1 . , .
7. ( ) II.
8. VD1 . - , ( ) , ( ) .

شرح للفقرة 4. من الفيزياء ، نتذكر صيغة المحرض:

U (t) = L * (dI (t) / dt) ،

مما يعني أن الجهد على الملف يتناسب طرديًا مع محاثته مضروبًا في معدل تغير التيار فيه . ماذا يعطينا هذا؟ بادئ ذي بدء ، حقيقة أنه إذا طبقنا جهدًا ثابتًا U على الملف ، فإن معدل تغير التيار فيه ثابت. هذا يسمح لنا بإعادة كتابة الصيغة للجهد الثابت دون فروق:

U = L * (ΔI / Δt) ،

وهو متوافق مع هذه الصيغة من الرسم البياني الحالي في الشكل. 2 على التوالي. علاوة على ذلك ، إذا قمنا بتطبيق جهد Uin على الملف للوقت Ton ، فسيزداد التيار فيه إلى القيمة

Imax = Uin * Ton / L

الآن نريد (في وضع التشغيل الأكثر تحميلًا) أن يتم نقل كل طاقة الملف التي كتبناها للتو إلى الحمل أثناء فترة Toff ، أي في الوقت t3 ، يجب أن ينخفض ​​التيار في الملف إلى الصفر. هنا ، من أجل البساطة ، دعنا نتخيل أننا نقوم بتوريد وإزالة الجهد / التيار من نفس الملف الأول ، وسأشرح لاحقًا سبب إمكانية مثل هذا الافتراض. نحن نحسب الجهد الذي يمكننا "تفريغ" الملف بحيث يصل التيار إلى الصفر في الوقت t3:

Udis = L * Imax / Toff ،

البديل

والتبسيط : Udis = L * Uin * Ton / (L * Toff) = Uin * Ton / Toff

أي يعتمد الجهد الذي يجب علينا "تفريغه" الملف في اللحظات التي يكون فيها مفتاح Sw مغلقًا على جهد الإدخال وفترات "الشحن" - "التفريغ" فقط. أذكر صيغة دورة العمل D:

D = Ton / (Ton + Toff) ،

وبالتالي:

Udis = Uin * D / (1 - D)

ولكن ، الجهد الذي نقوم "بتفريغ" الملف هو الجهد العكسي الذي يحدث في اللف الأساسي في لحظات إغلاق المفتاح. على سبيل المثال حصلنا على أنه يعتمد فقط على جهد الدخل ودورة العمل D ويتم تحديده بالصيغة:

Uinv = Uin * D / (1 - D)

عند العمل في ظروف حقيقية ، ستتغير قيمة دورة العمل D اعتمادًا على جهد الدخل وحمل مصدر الطاقة. سيأخذ أقصى قيمة D مع الحد الأدنى من جهد الدخل وأقصى طاقة خرج - يعتبر وضع التشغيل هذا هو الأكثر صعوبة ، ويتم تعيين هذه القيمة القصوى D عند تصميم الوحدة. ماذا سيحدث في تلك اللحظات عندما يكون جهد الدخل للوحدة أعلى أو الحمل غير مكتمل؟ سيأخذ D قيمًا أصغر ، لأنه من جهد أعلى ، يتم تخزين الطاقة بشكل أسرع في اللف الأساسي ، أو (في حالة حمولة أقل) تحتاج فقط إلى "تخزين" كمية أصغر من الطاقة. على أي حال ، فإن الجهد العكسي على اللفة الأساسية سيكون دائمًا هو نفسه ، لأنه يتم توصيله بشكل صارم بجهد الخرج ، وهذا بدوره يستقر بواسطة الدائرة. لذاالحد الأقصى للجهد العكسي على المفتاح هو:

Usw = Umax + Umin * D / (1 - D)

هذه نقطة مهمة في تصميم حقوق الملكية الفكرية ، لأن عادة ما يكون الجهد العكسي الأقصى على المفتاح هو المعلمة الأولية ، أي دورة العمل القصوى D هي أيضًا قيمة أولية . في الممارسة العملية ، عادة ما يتم استخدام قيم D القصوى التالية: 25٪ (1/4) ، 33٪ (1/3) وأقل من 50٪ (1/2). كما تفهم ، في الحالة الأخيرة ، سيكون الحد الأقصى للجهد العكسي على المفتاح مساويًا ضعف الحد الأدنى لجهد الإدخال ، مما يعقد اختيار جهاز أشباه الموصلات. تؤدي القيم القصوى الدنيا لـ D ، بدورها ، إلى تقليل الطاقة القصوى في نفس التيار الحالي ، وتعقيد عملية التحكم في مفتاح Sw وتقليل استقرار الوحدة.

لماذا طبقنا الافتراض هنا بأننا نورد الطاقة ونزيلها من اللفة الأولية I ، وماذا سيحدث في الواقع عند إزالة الطاقة من الملف II؟ نفس الشيء. يتناسب الجهد عند أطراف أي ملف محول مع معدل تغير المجال المغناطيسي في القلب (ويتناسب المجال مع التيار ، لذلك يتناسب الجهد مع معدل تغير التيار). لذلك ، لا يهم أي لف سنأخذ الطاقة منه ، إذا فعلناها بنفس السرعة ، سينخفض ​​المجال المغناطيسي في المحول بشكل متساوٍ ، وسيكون الجهد نفسه في أطراف اللف الأساسي. ولكن ما هو الجهد الذي يحتاجه الملف الثانوي "لتفريغه" بحيث تتم إزالة الطاقة بنفس السرعة؟ للقيام بذلك ، ضع في اعتبارك أولاً التيار في اللفة الثانوية.

شرح للفقرة 5. اسمحوا لي أن لدي لف N1 ، بينما لف II - N2. يتم إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة التيار المار عبر كل ملف من الملف ، أي يتناسب مع المنتج I * N. بعد ذلك ، نحصل على Imax * N1 = I2max * N2 (بافتراض أن كلتا اللفات ملفوفتين في نفس الظروف بالضبط) ، ومن ثم التيار الأولي للملف الثانوي:

I2max = Imax * N1 / N2

لذا ، فإن التيار في اللفة الثانوية سيكون N1 / N2 أعلى من التيار الأساسي. ولكن ما هو الجهد الذي يجب أن "نفرغه" اللف الثانوي من أجل إنفاق كل الطاقة المخزنة في المحول في الوقت t3؟ من الواضح أننا يجب أن نفعل ذلك بنفس السرعة بالضبط ؛ أي في كل لحظة منفصلة من الزمن ، سيفقد المحول نفس قيمة الطاقة dA (t). ولكن في الحالة الأولى ، dA (t) = Udis * I1 (t) * dt (تم الحصول عليها من A = W * T ، W = U * I) ، والآن ستكون dA (t) = Uout * I2 (t) * dt . نحن

نساوي هاتين الوظيفتين: Uout * I2 (t) = Udis * I1 (t) ، لذلك ، في بداية "التفريغ" يجب أن تكون قوى التفريغ الفوري متساوية:

Uout * I2max = Udis * Imax،

Uout = Udis * Imax / I2max = Udis * Imax / (Imax * N1 / N2) = Udis * N2 / N1

على سبيل المثال من أجل إنفاق كل طاقة المحول في الوقت t3 ، يجب علينا "تفريغ" اللفة الثانوية II إلى جهد Udis * N2 / N1 ، بينما سينخفض ​​تيار التفريغ خطيًا من Imax * N1 / N2 إلى صفر. وهكذا ، أنشأنا علاقة بين جهد الخرج للوحدة ، وعدد الدورات في اللفات والجهد العكسي على اللف الأساسي للمحول.

ينتهي هذا الجزء النظري المحض ، ويمكننا الانتقال إلى الممارسة. السؤال الأول الذي يطرح على الأرجح للقارئ في الوقت الحالي هو أين تبدأ في تطوير حقوق الملكية الفكرية على الإطلاق؟ أدناه سوف أعطي تسلسل الخطوات الموصى بها. لنبدأ بالحالة عندما يتم التخطيط لتصنيع المحول بشكل مستقل تمامًا (لا توجد قيود صارمة عليه).

1. نحدد الجهد الناتج والتيارات لمصدر الطاقة.
2. , (VD1). , 1 0.3 . , , .. .
3. .
4. Pin = Pout/0.8 ( 80%).
5. F. 20 150. 20 ( «»), 150 , ( ). , : 66 100 .
6. , . +20%, .. Umax = U*1.7 (391 230). ( 400 ).
7. , . -20%, . 230 1 1 , ( ) Umin = 220. , , Umin 260.
8. D ( Uinv = Umax + Umin*D/(1 – D)).
9. , : Aimp = in*1s/F = in/F.
10. : A = LImax²/2, Umin = LImax*F/D, L = Umin²*D²/(2*Aimp*F²), Imax = Umin*D/(L*F) – , .
11. Imax .
12. Imax , () , – D ( ), , Umin. , – , Imax = 2*Pin/(Umin*D). , 8 ( D), , .
13. Imax , .
14. , , ( ).
15. N2 = Uout*N1*(1 – D)/(Umin*D) .
16. Irms = Imax*SQRT(D/3), , . 2 5 /².
17. .
18. , , .

الآن نظرة بسيطة على المحول نفسه وتصميمه. تقليديا ، لتحويل إمدادات الطاقة ، يتم إجراء المحول على بعض النواة المصنوعة من مادة ذات نفاذية مغناطيسية عالية. هذا يسمح لنفس العدد من دورات اللف لزيادة حثها بشكل كبير ، أي تقليل عدد اللفات لتحقيق محاثة معينة ، وبالتالي تقليل أبعاد اللف. ومع ذلك ، فإن استخدام النواة يضيف عيوبًا - بسبب التباطؤ المغناطيسي في النواة ، يتم فقدان بعض الطاقة ، وتسخن النواة ، وتزيد خسائر النواة مع زيادة التردد (سبب آخر لا يمكن زيادة تردد التحويل بشكل كبير). إضافة النواة تقدم أيضًا جديدةقيد غير معلن سابقًا - أقصى كثافة تدفق مسموح بها من الحث المغناطيسي Bmax. من الناحية العملية ، يتجلى هذا في حقيقة أنه إذا قمت بزيادة التيار من خلال اللف ، في نقطة معينة من الوقت ، عندما يصل التيار إلى قيمة قصوى معينة ، فإن النواة ستصبح مشبعة ولن تؤدي الزيادة الإضافية في التيار إلى زيادة التدفق المغناطيسي كما كان من قبل. وهذا بدوره سيؤدي إلى حقيقة أن "الحث النسبي" للملف سوف ينخفض ​​بشكل حاد ، مما سيؤدي إلى زيادة أسرع في التيار من خلاله.وهذا بدوره سيؤدي إلى حقيقة أن "الحث النسبي" للملف سوف ينخفض ​​بشكل حاد ، مما سيؤدي إلى زيادة أسرع في التيار من خلاله.وهذا بدوره سيؤدي إلى حقيقة أن "الحث النسبي" للملف سوف ينخفض ​​بشكل حاد ، مما سيؤدي إلى زيادة أسرع في التيار من خلاله.من الناحية العملية ، إذا لم توفر حماية مفتاح Sw OIP من إدخال القلب في التشبع ، فسيتم نسخ المفتاح ببساطة من التحميل الزائد الحالي . لذلك ، في جميع دوائر IPR ، باستثناء أبسط مولدات الحجب ، يتم تطبيق التحكم الحالي من خلال مفتاح Sw والإغلاق المبكر للمفتاح عند الوصول إلى أقصى تيار مسموح به من خلال اللف الأساسي.

ما هو حجم القيمة القصوى لكثافة تدفق الحث المغناطيسي؟ بالنسبة للمواد الأساسية الأكثر شيوعًا - الفريت - فهي تساوي 0.3T. هذه قيمة متوسطة ، وقد تختلف لكل مادة معينة ، لذا من الجيد الرجوع إلى المرجع هنا. كما أنها تعتمد على درجة الحرارة الأساسية ، وكما خمنت على الأرجح بالفعل ، فإنها تنخفض مع زيادتها. إذا كنت تقوم بتصميم IPR مصمم للعمل في الظروف القاسية ، حيث يمكن أن تصل درجة حرارة القلب إلى 125 درجة ، قم بتقليل Bmax إلى 0.2T.

الصيغة الرئيسية التي يجب عليك استخدامها عند حساب المحولات هي الحث المتعرج وفقًا

لأبعاده : L = (μ0 * μe * Se * N²) / le ، حيث

μ0 هي النفاذية المغناطيسية المطلقة للفراغ ، 4π -7 ،
μe هي النفاذية المغناطيسية الفعالة للنواة ،
Se هي المنطقة المستعرضة الفعالة للدائرة المغناطيسية ، متر مربع.
N - عدد المنعطفات على
طول الخط المغناطيسي الأوسط للنواة ، m

كثافة تدفق الحث المغناطيسي في النواة:

B = (μ0 * μe * I * N) / le ، حيث

أنا التيار من خلال اللف ، A

وبالتالي ، بناءً على الحد الأقصى للكثافة المسموح بها التدفق المغناطيسي ، الحد الأقصى المسموح به لللف سيكون:

Imax = (Bmax * le) / (μ0 * μe * N)

والآن نقطة أخرى مهمة جدًا - في الواقع ، إذا استبدلنا البيانات الحقيقية للمحول في الصيغ أعلاه ، فقد تبين أن الحد الأقصى المسموح به للتيار في اللفة الأولية أقل عدة مرات مما نحتاجه! على سبيل المثال سيتم إدخال اللب في التشبع حتى قبل أن "نتمكن" من ضخ الطاقة المطلوبة فيه. إذن ما العمل ، وليس لزيادة أبعاد المحول إلى قيم غير لائقة؟

لا. يجب إدخال فجوة غير مغناطيسية في القلب! إن إدخال فجوة غير مغناطيسية يقلل بشكل كبير من النفاذية المغناطيسية الفعالة للنواة ، مما يسمح بمرور تيار أكبر بكثير من اللفات. ولكن ، كما تعلم ، سيتطلب هذا المزيد من المنعطفات لتحقيق الحث المطلوب للملف.

النظر في صيغ الأساسية مع وجود فجوة. النفاذية المغناطيسية الفعالة للنواة مع وجود فجوة:

μe = le / g ، حيث

g هو السماكة الكلية للفجوة ، m.

وتجدر الإشارة إلى أن هذه الصيغة صالحة فقط إذا كانت resultinge الناتجة أقل بكثير من النفاذية المغناطيسية الأصلية (عدة مرات) ، و g أصغر بكثير من حجم المقطع العرضي الأساسية. لذا ، سننظر في صيغة محاثة اللف على القلب مع وجود فجوة:

L = (μ0 * Se * N²) / g أصبحت

الصيغة من إدخال الفجوة أسهل فقط. أقصى تيار مسموح به من خلال اللف:

Imax = (Bmax * g) / (μ0 * N)

حسنًا ، والصيغة الأخيرة ، والتي يمكن اشتقاقها بشكل مستقل. حجم الفجوة لتيار معين:

g = (I * μ0 * N) / Bmax

الآن دعونا نصل إلى نتيجة مثيرة للاهتمام. كما تتذكر ، يتم التعبير عن الطاقة المخزنة في الملف بالصيغة A = LI² / 2. إذن ما هي الطاقة القصوى التي يمكن تخزينها في بعض النواة المجردة؟ استبدل البيانات في الصيغ.

Amax = (μ0 * Se * N²) * (Bmax * g) ² / (((μ0 * N) ² * 2g) = Se * g * Bmax² / 2μ0

الآن قد تفاجأ ، لكن الطاقة القصوى التي يمكن تخزينها في القلب ، مهما جرح اللفافات عليه! لكن هذا منطقي ، لأن الطاقة يتم التعبير عنها في مجال مغناطيسي ، وتسمح اللفات بتغييرها فقط في اتجاه أو آخر! عدد الدورات في اللفات يحدد فقط السرعة التي يمكن من خلالها أن يصل الحث المغناطيسي إلى قيمته القصوى عند جهد معين مطبق ، ولكن هذه القيمة القصوى يتم تحديدها فقط من خلال التصميم الأساسي!

هذا الاستنتاج له أهمية كبيرة في تصميم حقوق الملكية الفكرية على النوى الموحدة . إذا كنت تواجه مثل هذه المهمة ، فأنت بحاجة أولاً إلى حساب مقدار الطاقة القصوى التي يمكن أن يمتصها القلب المحدد في نبضة واحدة لفهم ما إذا كانت مناسبة لقوة الكتلة الخاصة بك. كما تعلمون ، في هذه الحالة ، لا يمكن زيادة الحد الأقصى من الطاقة للكتلة إلا بزيادة تردد التحويل - فكلما زاد ضخ Amax للطاقة من المدخلات إلى الإخراج ، زادت الطاقة التي يمكننا الحصول عليها نتيجة لذلك.

أيضًا ، من الصيغة التي تم الحصول عليها ، يُرى أن كمية الطاقة التي يمكن أن "تتناسب" في القلب تتناسب طرديًا مع الفجوة غير المغناطيسية! هذا يسمح باستخدام النوى الصغيرة بسعات عالية من خلال زيادة الفجوة فيها. سيكون التقييد الآن أبعادًا جسدية فقط - تؤدي الزيادة في الفجوة إلى انخفاض في النفاذية المغناطيسية ، الأمر الذي يتطلب عددًا أكبر من الدورات.

ونعود الآن إلى مخطط كتلة IPR في الشكل. 1. بقيت كتلتان فيه ، لم أقل شيئًا عنه - هذا هو المكثف C1 و snubber Snb.

الغرض من المكثف C1 هو تأريض جزء الإخراج للوحدة بترددات عالية. والحقيقة هي أن أي محول ، حتى الجرح وفقًا لجميع القواعد مع الشاشات ، لديه نوع من القدرة على اللف. يمر جهد مستطيل عالي التردد بسعة هائلة من النقطة a عبر هذه السعة إلى دائرة خرج الوحدة. المكثف C1 ، بسعة أكبر بكثير من سعة المحول T1 ، يؤرض إخراج الوحدة بترددات عالية. غالبًا ما يتم اختيار قيمة السعة لهذا المكثف في IPR في منطقة 2 nF ، والجهد حوالي كيلو فولت. إذا تم افتراض تأريض صعب لمخرجات الوحدة (على سبيل المثال ، يتم استخدام مقبس فقط مع التأريض) ، يمكن حذف C1.

تنبع الحاجة إلى Snabber Snb أيضًا من خلل في محول T1 ، ولكن من نوع مختلف تمامًا. على الرغم من حقيقة أن اللفات I و II تقترن بشكل استقرائي لبعضهما البعض ، فإن هذا الاتصال ليس 100 ٪. في دارات IPR ، من المعتاد أن نقول أن اللفة I هي جزءان متصلان في سلسلة ، حيث يرتبط الأول بشكل استقرائي باللف II ، والثاني معزول تمامًا عنه. هذا الجزء الثاني من اللف يسمى "محاثة التسرب".

عندما يتوقف التيار في اللفة الأولية (كلا جزأيه) فجأة في الوقت الحالي ، يحاول محاثة التسرب أيضًا مواصلته. وبما أنه غير متصل بأي لف آخر ، فإنه يولد نبضة عالية الجهد مطبقة على المفتاح الخاص Sw. طاقة هذا النبض أقل بكثير من الطاقة المفيدة Aimp (كلما كان المحول أفضل ، كلما كان أقل بشكل عام) ، ولكن قد يكون كافيًا لإتلاف المفتاح (في حالة الترانزستور ثنائي القطب ، على سبيل المثال ، سيكون كافيًا لانهيار انهيار ثلجي). لحماية المفتاح من هذا النبض ، يتم إخماده بمحلول دارة خاص.


التين. 3

الخيار الأبسط هو قناص RCD مصنوع من الصمام الثنائي والمكثف والمقاوم (انظر الشكل 3). يفتح الجهد العكسي الذي يحدث على اللفة I الصمام الثنائي VD ويبدأ في شحن المكثف C. ونتيجة لذلك ، يتم نقل كل طاقة النبض إلى المكثف. بين النبضات ، يتم تفريغ المكثف من خلال المقاوم R. تتحول الطاقة المأخوذة من محاثة التبديد إلى حرارة على المقاوم R ، لذلك يجب أن تكون قوة هذا المقاوم مهمة (تصل إلى وحدات الواط). يمكن اعتبار ميزة snubber بساطتها في الدائرة ، وحقيقة أن جزءًا من الطاقة من المكثف C يمكن ضخه مرة أخرى إلى المحول T باستخدام الصمام الثنائي البطيء VD ، لكن هذه العمليات بالفعل أكثر تعقيدًا إلى حد ما من مقالنا البسيط. العيب الرئيسي للمكبر هو أن القوة المفيدة تنخفض أيضًا!بعد كل شيء ، فإن الجهد العكسي العامل لللف الأساسي Vinv أيضًا يشحن المكثف إلى هذه القيمة ، أي يضيع صافي الطاقة Uinv² / R.

القامع هو حل دائرة خالي من هذا العيب. وهو ديود سريع متصل بالسلسلة VD1 وثنائي زينر قوي وسريع VD2. عندما تولد محاثة الانتثار نبضها عالي الجهد ، فإنها تفتح الصمام الثنائي VD1 ، وتكسر الصمام الثنائي الزينر VD2 وتبدد طاقة النبض عليه. يتم اختيار الصمام الثنائي Zener VD2 بجهد انهيار أعلى من الجهد العكسي Uinv ، لذلك لا يبدد الطاقة المفيدة للوحدة. تشمل عيوب المكثف مستوى أعلى من التداخل الكهرومغناطيسي المرتبط بالفتح الحاد وإغلاق أجهزة أشباه الموصلات.

ماذا سيحدث إذا لم يتم تسديد نبض الجهد العالي هذا بأي شيء؟ في حالة مفتاح ثنائي القطب ، على الأرجح ، سيحدث انهيار انهيار ثلجي فيه وسيتحول مصدر الطاقة إلى وضع المرجل. إن الترانزستورات ذات التأثير الميداني الحديثة مقاومة للانهيار الجليدي وتسمح لك بتبديد كمية معينة من الطاقة عند الصرف (وهذا موضح في الوثائق) ، وبالتالي ، يمكن أن يعمل هذا الترانزستور بدون snubber أو suppressor - سيلعب الترانزستور دوره. علاوة على ذلك ، التقيت ببعض إمدادات الطاقة الصينية الرخيصة ، حيث تم ذلك. ومع ذلك ، فإنني لا أوصي بشدة بهذا النمط من العمليات ، مثل كما أنه يقلل من موثوقية الوحدة. إن الصمام الثنائي الكابت (زينر دايود) رخيص للغاية ومصمم للطاقة النبضية الضخمة (600 واط ، 1.5 كيلو وات) ، فلماذا لا تستخدمه للغرض المقصود؟

أيضا مما سبق يتبع استنتاج آخر. بغض النظر عما إذا قررت استخدام snubber أو suppressor ، فإن الجهد العكسي على المفتاح المغلق سيكون أعلى من القيمة المحسوبة العاملة Usw! يجب أن يوضع هذا في الاعتبار عند اختيار مفتاح.

عادة ما تكون الترانزستورات الرئيسية والدوائر الدقيقة الحديثة ذات جهد عكسي مسموح به من 600-800 فولت. عند Umax = 391V ، Umin = 220V ، سيكون للجهد العكسي لمفتاح Usw القيم التالية (اعتمادًا على D): D = 25٪ ، Usw = 464B ؛ D = 33٪ ، Usw = 501B ؛ D = 50٪ ، Usw = 611B. هذا يعني أنه بالنسبة للمفاتيح ذات الجهد العكسي الأقصى الذي يبلغ 600 فولت ، يجب تحديد D = 33٪ أو أقل فقط. بالنسبة للمفاتيح ذات الجهد العكسي 700V ، يمكنك اختيار D = 50٪.

حسنًا ، في نهاية المقال سأقدم مثالًا بسيطًا لحساب حقوق الملكية الفكرية. افترض أننا نريد عمل مصدر طاقة بسيط يسمح لنا بالحصول على 12 فولت 1 أمبير عند إنتاجه. نحسبها بالنقاط:

1. إخراج الوحدة هو 12V 1A.
2. قبل أن يكون الصمام الثنائي الناتج (سنستخدم السيليكون التقليدي) 13V.
3. طاقة خرج المحول هي 13 واط.
4. الطاقة المدخلة المقدرة للوحدة هي Pin = 13 / 0.8 = 16W.
5. F = 100 كيلو هرتز.
6. Umax = 391 فولت.
7. Umin = 220V (سعة مكثف مرشح الإدخال - 22mkf).
8. D = 33٪ ، Uinv = 110 فولت ، Usw = 501 فولت. سنركز على المفاتيح بجهد عكسي 600 فولت.
9. الهدف = 16/100000 = 1.6e-4J = 160μJ.
10. L = 1.65e-3HH = 1.65mH ، Imax = 0.44A
11. نختار الأساسية ، نحسب معلمات اللف والفجوة.

والآن ، للمقارنة ، نحسب نفس IPR للحالة عندما يكون جهد التيار الكهربائي المسموح به في نطاق 85-230 فولت. ما هي الاختلافات؟

1. Umax = 391B
2. Umin = 85B ( 47)
3. D = 60%, Uinv = 128, Usw = 519, 600.
4. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4 = 160.
5. L = 813, Imax = 0.63

لاحظ أن معلمات الحد الأقصى للتيار من خلال المحول لم تتغير بشكل كبير - من 0.44 أمبير إلى 0.63 أمبير ، انخفض الحث إلى النصف ، ولكن نطاق جهد الدخل المسموح به قد توسع بشكل كبير. هذه ميزة أخرى لحقوق الملكية الفكرية - سهولة إنشاء مصادر الطاقة التي تعمل على مجموعة واسعة من الفولتية المدخلات.

من الممكن أن هذه المقالة لا تأخذ في الاعتبار بشكل كامل جميع الفروق الدقيقة في بناء حقوق الملكية الفكرية ، ولكن حجمها اتضح بالفعل أنه أكثر من المخطط له. ومع ذلك ، آمل أن تكون قادرة على مساعدة حاملي المبتدئين في فهم المبادئ وإنشاء مصادر طاقة ارتجاعية بمفردهم.

Source: https://habr.com/ru/post/ar388313/