Perhitungan transformator untuk catu daya switching flyback (Flyback)

Popularitas catu daya flyback (IPRs, Flyback) baru-baru ini sangat meningkat karena kesederhanaan dan murahnya solusi sirkuit ini - di pasaran Anda sering dapat menemukan sirkuit terintegrasi yang mencakup hampir seluruh bagian tegangan tinggi dari sumber seperti itu, pengguna hanya perlu menghubungkan trafo dan merakit bagian tegangan rendah sesuai dengan skema standar. Untuk perhitungan transformer, ada juga sejumlah besar perangkat lunak - dari program universal hingga produsen perangkat lunak khusus dari sirkuit terpadu.

Hari ini saya ingin berbicara tentang perhitungan manual transformator pulsa. "Mengapa ini diperlukan?" Pembaca mungkin bertanya. Pertama, perhitungan manual transformator menyiratkan pemahaman lengkap tentang proses yang terjadi dalam sumber daya, yang sering tidak terjadi jika amatir radio pemula menghitung transformator dalam perangkat lunak khusus. Kedua, perhitungan manual memungkinkan Anda memilih parameter optimal untuk sumber berfungsi (dan memiliki gagasan parameter mana yang harus diubah ke arah mana untuk mencapai hasil yang diberikan) pada tahap pengembangan.

Jadi mari kita mulai. Diagram blok IPR ditunjukkan pada Gambar. 1. Terdiri dari unit fungsional utama berikut: sakelar Sw, transformator T1, penyearah tegangan keluaran VD1 dan C2, filter interferensi frekuensi tinggi C1 dan snubber Snb.

Fig. 1

Sumber seperti itu bekerja sebagai berikut (lihat grafik yang disederhanakan pada Gambar. 2): pada saat awal waktu t0, saklar Sw terbuka, memasok tegangan input Uin ke belitan utama transformator T1. Pada saat ini, tegangan pada terminal bawah dari belitan I (titik a) adalah nol (relatif terhadap kawat tegangan input negatif), arus mulai meningkat secara linier pada belitan I, dan tegangan sebanding dengan koefisien transformasi T1 (UoutInv) muncul pada belitan II. Tetapi polaritas tegangan ini ternyata negatif (di bagian atas terminal keluaran dari belitan II, titik b), sehingga dioda VD1 ditutup dan tegangan ke kapasitor keluaran C2 tidak lulus. Selama interval Ton (dari t0 ke t1), arus melalui belitan I meningkat secara linear ke nilai Imax, dan energi disimpan di dalam transformator T1 dalam bentuk medan magnet.


Fig. 2

Pada waktu t1, saklar Sw tiba-tiba menutup, arus melalui belitan I berhenti dan EMF induksi diri muncul di dalamnya, diarahkan untuk melanjutkan arus yang berhenti. Pada saat ini, belitan I itu sendiri menjadi sumber tegangan. Ini karena energi dalam induktor disimpan dalam bentuk arus (sebenarnya, dalam bentuk medan magnet, tetapi sebanding dengan arus melalui koil, oleh karena itu rumus energi dalam koil adalah A = LI² / 2), tetapi menurut hukum konservasi energi, ia tidak dapat menghilang tanpa jejak, dia harus pergi ke suatu tempat. Akibatnya, arus dalam kumparan tidak dapat berhenti secara instan, sehingga kumparan itu sendiri menjadi sumber tegangan, dan dari segala amplitudo (!) - seperti untuk memastikan segera setelah menutup tombol, kelanjutan dari Imax arus yang sama. Ini adalah fitur penting pertama dari sebuah induktor,yang harus diingat -dengan penghentian tajam arus di koil, ia menjadi sumber tegangan amplitudo apa pun, mencoba mempertahankan arus yang berhenti di dalamnya, baik dalam arah maupun dalam amplitudo . Apa sebenarnya amplitudo? Misalnya, cukup besar untuk menonaktifkan sakelar bertegangan tinggi atau membentuk busi di busi mobil (ya, ia menggunakan properti induktor ini dalam pengapian mobil).

Semua yang dijelaskan di atas akan terjadi jika belitan I adalah satu-satunya belitan T1 transformator. Tetapi ia masih memiliki belitan II, secara induktif digabungkan dengan I. Oleh karena itu, pada waktu t1, EMF juga muncul di dalamnya, diarahkan sehingga pada titik b ada nilai tambah sehubungan dengan tanah. EMF ini membuka dioda VD1 dan mulai mengisi kapasitor C2 dengan I2max saat ini. Yaitu muatan kapasitor C2 dan transfer energi ke beban terjadi pada saat sakelar Sw ditutup. Itulah sebabnya catu daya yang dibangun berdasarkan prinsip ini disebut flyback - karena tidak ada transfer energi langsung dari bagian bertegangan tinggi ke bagian bertegangan rendah, energi pertama kali disimpan dalam transformator, dan kemudian diberikan kepada konsumen .

Dalam interval waktu dari t1 ke t2, arus belitan sekunder I2 menurun secara linear dari I2max ke 0 mempertahankan medan magnet di dalam koil sesuai dengan hukum konservasi energi dan tidak memungkinkan tegangan pada belitan primer (karena digabungkan secara induktif) untuk tumbuh ke nilai yang tidak terkontrol. Tegangan pada belitan I pada saat ini menjadi sama dengan tegangan keluaran dikalikan dengan koefisien transformasi T1. Namun, polaritas tegangan ini sedemikian rupa sehingga ditambahkan ke tegangan input Uin dan diterapkan ke kunci pribadi Sw. Yaitu kunci pribadi Sw diterapkan dengan tegangan lebih besar dari input! Ini juga merupakan fitur penting dari HKI yang harus diingat.

Pada waktu t2, energi yang disimpan dalam transformator T1 berakhir, dioda VD1 menutup, tegangan pada titik b menjadi nol, pada titik a tegangan input, dan semua proses dalam rangkaian berhenti sampai t3, ketika seluruh siklus diulang dari awal. Selain itu, dalam interval waktu t0-t1 dan t2-t4, beban disuplai hanya oleh energi yang disimpan oleh kapasitor keluaran C2 .

Mode operasi IPR yang dideskripsikan disebut mode arus terputus - mis. selama interval Toff (t1-t3), semua energi yang tersimpan dalam transformator T1 dipindahkan ke beban, oleh karena itu, pada waktu t3, arus melalui belitan primer I mulai meningkat dari nol. Ada juga mode arus kontinu, ketika pada waktu t3 sebagian energi masih tersisa di transformator T1, dan arus melalui belitan I pada waktu t3 tidak dimulai dari nol. Mode ini memiliki karakteristik, kelebihan, dan kekurangannya sendiri, yang akan kita bicarakan nanti.

Jadi, apa saja fitur utama IPR dalam mode rupture current? Mari kita tulis poin utama:

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 . - , ( ) , ( ) .

Penjelasan untuk paragraf 4. Dari fisika, kita ingat rumus untuk induktor:

U (t) = L * (dI (t) / dt) ,

yang berarti bahwa tegangan pada koil berbanding lurus dengan induktansinya dikalikan dengan laju perubahan arus di dalamnya . Apa yang ini berikan pada kita? Pertama-tama, fakta bahwa jika kita menerapkan tegangan konstan U ke koil, maka laju perubahan arus di dalamnya adalah konstan. Ini memungkinkan kita untuk menulis ulang rumus untuk tegangan konstan tanpa diferensial:

U = L * (ΔI / Δt) ,

dan sesuai dengan rumus grafik saat ini pada Gambar. 2 lurus. Selanjutnya, jika kita menerapkan tegangan Uin ke koil untuk waktu Ton, arus di dalamnya akan meningkat ke nilai

Imax = Uin * Ton / L

Sekarang kita ingin (dalam mode operasi paling banyak) bahwa semua energi dari kumparan yang baru saja kita ketik dipindahkan ke beban selama interval Toff, mis. pada waktu t3, arus dalam koil harus turun ke nol. Di sini, untuk kesederhanaan, mari kita bayangkan bahwa kita berdua memasok dan menghilangkan tegangan / arus dari koil I yang sama, kemudian saya akan menjelaskan mengapa asumsi seperti itu mungkin. Kami menghitung tegangan apa yang kami dapat "lepaskan" kumparan sehingga arus mencapai nol pada waktu t3:

Udis = L * Imax / Toff ,

Pengganti dan menyederhanakan:

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

i.e. tegangan yang harus kita "lepaskan" koil pada saat-saat ketika kunci Sw ditutup hanya bergantung pada tegangan input dan interval "pengisian" - "pelepasan". Ingat rumus siklus tugas D:

D = Ton / (Ton + Toff),

dengan demikian:

Udis = Uin * D / (1 - D)

Tapi, tegangan yang kita "lepaskan" koil adalah tegangan balik yang terjadi pada belitan primer pada saat-saat penutupan kunci. Yaitu kami mendapatkan bahwa itu hanya tergantung pada tegangan input dan siklus kerja D dan ditentukan oleh rumus:

Uinv = Uin * D / (1 - D)

Saat bekerja dalam kondisi nyata, nilai siklus kerja D akan berubah tergantung pada tegangan input dan beban catu daya. Ini akan mengambil nilai maksimum D dengan tegangan input minimum dan daya output maksimum - mode operasi ini dianggap yang paling sulit, dan nilai maksimum D ini ditetapkan saat mendesain unit. Apa yang akan terjadi pada saat-saat ketika tegangan input unit lebih tinggi atau beban tidak lengkap? D akan mengambil nilai yang lebih kecil, karena dari tegangan yang lebih tinggi, energinya lebih cepat "disimpan" di belitan utama, atau (jika bebannya lebih sedikit) Anda hanya perlu "menyimpan" energi yang lebih sedikit. Bagaimanapun, tegangan balik pada belitan primer akan selalu sama, karena itu terhubung secara kaku dengan tegangan keluaran, dan itu, pada gilirannya, distabilkan oleh rangkaian. Jaditegangan balik maksimum pada tombol adalah:

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

Ini adalah poin penting dalam desain HKI, karena biasanya tegangan balik maksimum pada kunci adalah parameter awal, mis. siklus tugas maksimum D juga merupakan nilai awal . Dalam praktiknya, nilai D maksimum maksimum berikut biasanya digunakan: 25% (1/4), 33% (1/3) dan lebih jarang 50% (1/2). Seperti yang Anda pahami, dalam kasus terakhir, tegangan balik maksimum pada kunci akan sama dengan dua kali tegangan input minimum, yang memperumit pilihan perangkat semikonduktor. Nilai maksimum D yang lebih rendah, pada gilirannya, mengurangi daya maksimum pada Imax arus yang sama, mempersulit proses mengendalikan kunci Sw dan mengurangi stabilitas unit.

Mengapa kita menerapkan asumsi di sini bahwa kita sama-sama memasok energi dan mengeluarkannya dari belitan primer I, dan apa yang akan terjadi dalam kenyataan ketika energi dilepaskan dari koil II? Hal yang sama. Tegangan pada terminal setiap belitan transformator sebanding dengan laju perubahan medan magnet pada inti (dan medan sebanding dengan arus, sehingga tegangan sebanding dengan laju perubahan arus). Oleh karena itu, tidak masalah dari belitan mana kita akan mengambil energi, jika kita melakukannya dengan kecepatan yang sama, medan magnet pada transformator akan berkurang secara merata, dan tegangan yang sama akan berada di terminal belitan primer. Tetapi tegangan apa yang diperlukan gulungan sekunder untuk "dilepaskan" sehingga energi dihilangkan pada kecepatan yang sama? Untuk melakukan ini, pertama-tama perhatikan arus dalam belitan sekunder.

Penjelasan untuk paragraf 5. Biarkan belitan I memiliki belokan N1, sementara belitan II - N2. Medan magnet diciptakan oleh arus yang melewati masing-masing kumparan, yaitu itu sebanding dengan produk I * N. Kemudian, kita mendapatkan Imax * N1 = I2max * N2 (dengan asumsi bahwa kedua belitan terluka di bawah kondisi yang sama persis), maka arus awal dari belitan sekunder:

I2max = Imax * N1 / N2

Jadi, arus di belitan sekunder akan menjadi N1 / N2 kali lebih tinggi daripada di primer. Tetapi tegangan apa yang harus kita "lepaskan" lilitan sekunder untuk menghabiskan semua energi yang tersimpan di trafo pada waktu t3? Jelas, kita harus melakukan ini pada kecepatan yang persis sama; yaitu pada setiap momen yang terpisah, transformator akan kehilangan nilai energi yang sama dA (t). Tetapi dalam kasus pertama, dA (t) = Udis * I1 (t) * dt (diperoleh dari A = W * T, W = U * I), dan sekarang akan menjadi dA (t) = Uout * I2 (t) * dt . Kami menyamakan dua fungsi ini:

Uout * I2 (t) = Udis * I1 (t), oleh karena itu, pada awal "debit" kekuatan debit sesaat harus sama:

Uout * I2max = Udis * Imax,

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

Yaitu untuk menghabiskan semua energi transformator pada waktu t3, kita harus "melepaskan" belitan sekunder II ke tegangan Udis * N2 / N1, sedangkan arus pelepasan akan turun secara linier dari Imax * N1 / N2 ke nol. Dengan demikian, kami membangun hubungan antara tegangan keluaran unit, jumlah belitan pada belitan dan tegangan balik pada belitan primer transformator.

Bagian yang murni teoretis ini berakhir, dan kita dapat melanjutkan untuk berlatih. Pertanyaan pertama yang paling mungkin muncul bagi pembaca saat ini adalah di mana mulai mengembangkan IPR sama sekali? Di bawah ini saya akan memberikan urutan langkah yang direkomendasikan. Mari kita mulai dengan situasi ketika trafo direncanakan dibuat sepenuhnya secara independen (tidak ada batasan ketat pada itu).

1. Kami menentukan tegangan dan arus keluaran dari sumber daya.
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. , , .

Sekarang sedikit perhatikan transformator itu sendiri dan desainnya. Secara tradisional, untuk mengganti catu daya, transformator dibuat pada beberapa inti yang terbuat dari bahan dengan permeabilitas magnetik tinggi. Hal ini memungkinkan untuk jumlah belitan yang sama dari belitan untuk sangat meningkatkan induktansi mereka, yaitu kurangi jumlah belokan untuk mencapai induktansi yang diberikan, dan, oleh karena itu, kurangi dimensi belitan. Namun, penggunaan inti menambah kerugian - karena histeresis magnetik dalam inti, sebagian energi hilang, inti memanas, dan inti hilang meningkat dengan frekuensi yang meningkat (alasan lain karena frekuensi konversi tidak dapat sangat meningkat). Penambahan inti juga memperkenalkan yang barupembatasan yang sebelumnya tidak diumumkan - kepadatan fluks maksimum yang diizinkan dari Bmax induksi magnetik. Dalam praktiknya, ini dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa jika Anda meningkatkan arus melalui belitan, pada titik waktu tertentu, ketika arus mencapai nilai maksimum tertentu, inti akan menjadi jenuh dan peningkatan lebih lanjut dalam arus tidak akan menyebabkan peningkatan fluks magnet seperti sebelumnya. Ini, pada gilirannya, akan mengarah pada fakta bahwa "induktansi relatif" dari belitan akan turun tajam, yang akan menyebabkan peningkatan yang lebih cepat pada arus yang melewatinya.Ini, pada gilirannya, akan mengarah pada fakta bahwa "induktansi relatif" dari belitan akan turun tajam, yang akan menyebabkan peningkatan lebih cepat pada arus yang melewatinya.Ini, pada gilirannya, akan mengarah pada fakta bahwa "induktansi relatif" dari belitan akan turun tajam, yang akan menyebabkan peningkatan lebih cepat pada arus yang melewatinya.Dalam praktiknya, jika Anda tidak menyediakan perlindungan kunci OIP Sw dari input inti ke saturasi, kunci hanya akan terbakar dari kelebihan beban saat ini . Oleh karena itu, di semua sirkuit IPR, dengan pengecualian generator penghalang yang paling sederhana, kontrol arus melalui kunci Sw dan penutupan awal kunci diterapkan ketika arus maksimum yang diijinkan melalui belitan primer tercapai.

Berapa besar nilai maksimum kerapatan fluks dari induksi magnetik? Untuk bahan inti paling umum - ferit - itu dianggap sama dengan 0,3 T. Ini adalah nilai rata-rata, mungkin berbeda untuk setiap materi tertentu, jadi alangkah baiknya untuk beralih ke referensi di sini. Juga, itu tergantung pada suhu inti dan, karena Anda mungkin sudah dapat menebaknya, itu berkurang dengan kenaikannya. Jika Anda merancang IPR yang dirancang untuk beroperasi dalam kondisi ekstrem, di mana suhu inti dapat mencapai hingga 125 derajat, kurangi Bmax hingga 0,2T.

Rumus utama yang harus Anda gunakan ketika menghitung transformator adalah induktansi belitan sesuai dengan dimensinya:

L = (μ0 * μe * Se * N²) / le , di mana

μ0 adalah permeabilitas magnetik absolut dari vakum, 4π-7,
μe adalah permeabilitas magnetik efektif inti,
Se adalah luas penampang efektif sirkuit magnetik, m².
N - jumlah belokan
sepanjang garis magnetik tengah inti, m.

Kepadatan fluks induksi magnetik pada inti:

B = (μ0 * μe * I * N) / le , di mana

saya adalah arus melalui belitan, A

Jadi, berdasarkan pada kerapatan maksimum yang diijinkan magnetic flux, arus maksimum yang diijinkan untuk belitan adalah:

Imax = (Bmax * le) / (μ0 * μe * N)

Dan sekarang hal lain yang sangat penting - dalam praktiknya, jika kita mengganti data nyata transformator dalam rumus di atas, ternyata arus maksimum yang diizinkan dalam belitan primer beberapa kali lebih sedikit dari yang kita butuhkan! Yaitu inti akan dimasukkan ke dalam saturasi bahkan sebelum kita dapat "memompa" energi yang dibutuhkan sebelum itu. Jadi apa yang harus dilakukan, bukan untuk meningkatkan dimensi transformator ke nilai tidak senonoh?

Tidak. Celah non-magnetik harus dimasukkan ke dalam inti! Pengenalan celah non-magnetik sangat mengurangi permeabilitas magnetik inti yang efektif, memungkinkan arus yang jauh lebih besar untuk melewati belitan. Tetapi, seperti yang Anda tahu, ini akan membutuhkan lebih banyak belokan untuk mencapai induktansi belitan yang diperlukan.

Pertimbangkan formula untuk inti dengan celah. Permeabilitas magnetik efektif inti dengan celah:

μe = le / g , di mana

g adalah total ketebalan celah, m.

Perlu dicatat bahwa rumus ini hanya berlaku jika μe yang dihasilkan jauh lebih kecil dari permeabilitas magnetik asli (beberapa kali), dan g jauh lebih kecil dari ukuran penampang lintang. inti. Jadi, kita akan mempertimbangkan rumus untuk induktansi belitan pada inti dengan celah:

L = (μ0 * Se * N²) / g

Rumus dari memperkenalkan celah hanya menjadi lebih mudah. Arus maksimum yang diijinkan melalui belitan:

Imax = (Bmax * g) / (μ0 * N)

Nah, dan rumus terakhir, yang dapat diturunkan secara independen. Ukuran celah untuk arus yang diberikan:

g = (I * μ0 * N) / Bmax

Sekarang mari kita buat kesimpulan yang menarik. Seperti yang Anda ingat, energi yang tersimpan dalam koil dinyatakan dengan rumus A = LI² / 2. Jadi, energi maksimum apa yang dapat disimpan dalam beberapa inti abstrak? Ganti data dalam rumus.

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

Sekarang Anda mungkin terkejut, tetapi energi maksimum yang dapat disimpan dalam inti, tidak peduli gulungan apa yang luka di atasnya! Tetapi ini masuk akal, karena energi diekspresikan dalam medan magnet, dan belitan hanya memungkinkannya diubah dalam satu arah atau yang lain! Jumlah belitan pada belitan hanya menentukan kecepatan induksi magnetik dapat mencapai nilai maksimum pada tegangan yang diberikan, tetapi nilai maksimum ini hanya ditentukan oleh desain inti!

Kesimpulan ini sangat penting dalam desain HKI pada inti terpadu . Jika Anda dihadapkan dengan tugas seperti itu, maka, pertama-tama, Anda perlu menghitung berapa banyak energi maksimum yang dapat "diserap" inti dalam satu pulsa untuk memahami apakah itu cocok untuk daya blok Anda. Seperti yang Anda ketahui, dalam hal ini daya maksimum blok hanya dapat ditingkatkan dengan meningkatkan frekuensi konversi - semakin sering kita memompa energi Amax dari input ke output, semakin banyak daya yang bisa kita dapatkan sebagai hasilnya.

Juga, dari formula yang diperoleh terlihat bahwa jumlah energi yang dapat "cocok" dalam inti berbanding lurus dengan celah non-magnetik! Ini memungkinkan penggunaan core kecil pada kapasitas tinggi dengan meningkatkan celah di dalamnya. Pembatasan sekarang hanya akan menjadi dimensi fisik - peningkatan celah menyebabkan penurunan permeabilitas magnetik, yang membutuhkan jumlah putaran yang lebih besar.

Dan sekarang kembali ke diagram blok IPR pada Gambar. 1. Dua blok tetap di dalamnya, tentang yang saya tidak mengatakan apa-apa - ini adalah kapasitor C1 dan snubber Snb.

Tujuan dari kapasitor C1 adalah untuk membumikan bagian output unit pada frekuensi tinggi. Faktanya adalah bahwa setiap transformator, bahkan luka sesuai dengan semua aturan dengan layar, memiliki semacam kapasitas yang berkelok-kelok. Tegangan frekuensi tinggi persegi panjang dengan amplitudo besar dari titik a melewati kapasitansi ini ke sirkuit output unit. Kapasitor C1, yang memiliki kapasitansi jauh lebih besar dari kapasitas T1 transformator, membumikan output unit pada frekuensi tinggi. Nilai kapasitansi kapasitor ini dalam IPR paling sering dipilih di wilayah 2 nF, tegangannya sekitar kilovolt. Jika diasumsikan pentanahan output unit (misalnya, hanya soket dengan pentanahan digunakan), C1 dapat dihilangkan.

Kebutuhan akan Snabber Snb juga berasal dari ketidaksempurnaan transformator T1, tetapi dari jenis yang sama sekali berbeda. Terlepas dari kenyataan bahwa belitan I dan II secara induktif digabungkan satu sama lain, koneksi ini tidak 100%. Dalam rangkaian IPR, biasanya dikatakan bahwa belitan I adalah dua bagian yang terhubung secara seri, di mana bagian pertama sepenuhnya terhubung secara induktif ke belitan II, dan bagian kedua sepenuhnya terisolasi darinya. Bagian kedua dari belitan I ini disebut "induktansi kebocoran".

Ketika pada saat t1 arus dalam belitan primer (kedua bagiannya) tiba-tiba berhenti, induktansi kebocoran juga mencoba melanjutkannya. Dan karena tidak terhubung ke belitan lain, itu menghasilkan pulsa tegangan tinggi yang diterapkan ke kunci pribadi Sw. Energi pulsa ini berkali-kali lebih sedikit daripada energi yang berguna Aimp (semakin baik transformator, semakin sedikit pada umumnya), tetapi mungkin cukup untuk merusak kunci (dalam kasus transistor bipolar, misalnya, itu akan cukup untuk kerusakan longsoran salju). Untuk melindungi kunci dari pulsa ini, ia dipadamkan dengan solusi sirkuit khusus.


Fig. 3

Opsi paling sederhana adalah snubber RCD yang terbuat dari dioda, kapasitor, dan resistor (lihat Gambar 3). Tegangan balik yang terjadi pada belitan I membuka dioda VD dan mulai mengisi kapasitor C. Akibatnya, semua energi pulsa ditransfer ke kapasitor. Di antara pulsa, kapasitor dilepaskan melalui resistor R. Yaitu energi yang diambil dari induktansi disipasi akhirnya berubah menjadi panas pada resistor R, sehingga kekuatan resistor ini harus signifikan (mencapai satuan watt). Keuntungan snubber adalah kesederhanaan rangkaiannya, dan fakta bahwa sebagian energi dari kapasitor C dapat dipompa kembali ke transformator T menggunakan VD dioda lambat, tetapi proses ini sudah agak lebih rumit daripada artikel sederhana kami. Kelemahan utama dari snubber adalah bahwa kekuatan yang berguna juga jatuh di atasnya!Bagaimanapun, tegangan balik kerja dari Vinv belitan primer juga mengisi kapasitor ke nilai ini, yaitu. Daya bersih Uinv² / R terbuang sia-sia.

Penekan adalah solusi rangkaian tanpa kelemahan ini. Ini adalah VD1 dioda cepat seri-terhubung dan VD2 zener kuat dan cepat. Ketika induktansi hamburan menghasilkan pulsa tegangan tinggi, itu membuka dioda VD1, istirahat dioda zener VD2 dan energi pulsa dihamburkan di atasnya. Dioda Zener VD2 dipilih dengan tegangan tembus yang lebih tinggi daripada tegangan balik Uinv, sehingga tidak menghilangkan daya bermanfaat unit. Kerugian dari penekan termasuk tingkat interferensi elektromagnetik yang lebih tinggi yang terkait dengan pembukaan tajam dan penutupan perangkat semikonduktor.

Apa yang akan terjadi jika pulsa tegangan tinggi ini tidak dilunasi oleh apa pun? Dalam kasus kunci bipolar, kemungkinan besar, kerusakan longsoran akan terjadi di dalamnya dan catu daya akan beralih ke mode boiler. Transistor efek medan modern tahan terhadap kerusakan longsoran dan memungkinkan Anda untuk membuang sejumlah energi pada saluran pembuangan (ini dijelaskan dalam dokumentasi), oleh karena itu, transistor semacam itu dapat bekerja tanpa penipu atau penekan - transistor akan memainkan perannya. Selain itu, saya bertemu dengan beberapa pasokan listrik Cina murah, di mana itu dilakukan. Namun, saya sangat tidak merekomendasikan mode operasi ini, karena lebih lanjut mengurangi keandalan unit. Dioda penekan (zener diode) sangat murah dan dirancang untuk daya berdenyut kolosal (600W, 1.5KW), jadi mengapa tidak menggunakannya untuk tujuan yang dimaksudkan?

Juga dari penjelasan di atas berikut kesimpulan lain. Terlepas dari apakah Anda memutuskan untuk menggunakan snubber atau penekan, tegangan balik pada tombol tertutup akan lebih tinggi dari nilai yang dihitung Usw! Ini harus diingat ketika memilih kunci.

Biasanya transistor kunci modern dan sirkuit mikro memiliki tegangan balik 600 - 800 volt yang dibolehkan. Pada Umax = 391V, Umin = 220V, tegangan balik pada tombol Usw akan memiliki nilai berikut (tergantung pada D): D = 25%, Usw = 464B; D = 33%, Usw = 501B; D = 50%, Usw = 611B. Ini berarti bahwa untuk kunci dengan tegangan balik maksimum 600V, hanya D = 33% atau kurang yang harus dipilih. Untuk kunci dengan tegangan balik 700V, Anda dapat memilih D = 50%.

Nah, di akhir artikel saya akan memberikan contoh sederhana menghitung IPR. Misalkan kita ingin membuat catu daya sederhana yang memungkinkan kita mendapatkan output 12V 1A. Kami menghitungnya dengan poin:

1. Output dari unit ini adalah 12V 1A.
2. Sebelum dioda keluaran (kita akan menggunakan silikon konvensional) harus 13V.
3. Daya output transformator adalah 13W.
4. Daya input yang diperkirakan dari unit adalah Pin = 13 / 0,8 = 16W.
5. F = 100 kHz.
6. Umax = 391V.
7. Umin = 220V (kapasitansi dari kapasitor filter input - 22mkf).
8. D = 33%, Uinv = 110V, Usw = 501V. Kami akan fokus pada tombol dengan tegangan balik 600V.
9. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4J = 160μJ.
10. L = 1.65e-3HH = 1.65mH, Imax = 0.44A
11. Kami memilih inti, menghitung parameter belitan dan celah.

Dan sekarang, untuk perbandingan, kami menghitung IPR yang sama untuk kasus ketika tegangan listrik yang diizinkan dapat berada di kisaran 85-230V. Apa perbedaannya?

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

Perhatikan bahwa parameter arus maksimum melalui sakelar telah berubah tidak begitu signifikan - dari 0,44A ke 0,63A, induktansi telah berkurang setengahnya, tetapi rentang tegangan input yang diizinkan telah berkembang sangat signifikan. Ini adalah keuntungan lain dari IPR - kemudahan menciptakan sumber daya yang beroperasi pada berbagai voltase input.

Ada kemungkinan bahwa artikel ini tidak sepenuhnya mempertimbangkan semua nuansa membangun HKI, tetapi volumenya ternyata lebih dari yang direncanakan. Namun demikian, saya berharap dia akan dapat membantu ham pemula memahami prinsip-prinsip dan secara mandiri menciptakan sumber daya flyback.

Source: https://habr.com/ru/post/id388313/