Cálculo do transformador para fonte de alimentação de comutação flyback (Flyback)

A popularidade das fontes de alimentação flyback (IPRs, Flyback) aumentou recentemente muito devido à simplicidade e baixo custo dessa solução de circuito - no mercado, você pode encontrar frequentemente circuitos integrados que incluem quase toda a parte de alta tensão dessa fonte, o usuário só precisa conectar o transformador e montar a parte de baixa tensão de acordo com esquemas padrão. Para o cálculo de transformadores, há também um grande número de softwares - de programas universais a fabricantes especializados de circuitos integrados.

Hoje eu quero falar sobre o cálculo manual de um transformador de pulso. "Por que isso é necessário?" O leitor pode perguntar. Primeiramente, o cálculo manual do transformador implica uma compreensão completa dos processos que ocorrem na fonte de energia, o que geralmente não ocorre se o radioamador iniciante calcular o transformador em um software especial. Em segundo lugar, o cálculo manual permite escolher os parâmetros ideais para a fonte funcionar (e ter uma idéia de qual parâmetro deve ser alterado em que direção para alcançar um determinado resultado) no estágio de desenvolvimento.

Então, vamos começar. O diagrama de blocos do IPR é mostrado na Fig. 1. Consiste nas seguintes unidades funcionais principais: comutador Sw, transformador T1, retificador de tensão de saída VD1 e C2, filtro de interferência de alta frequência C1 e snbber Snb.

Fig. 1 1

Essa fonte funciona da seguinte maneira (veja gráficos simplificados na Fig. 2): no momento inicial t0, o comutador Sw se abre, fornecendo a tensão de entrada Uin ao enrolamento primário do transformador T1. Neste momento, a tensão no terminal inferior do enrolamento I (ponto a) é zero (em relação ao fio de tensão de entrada negativo), a corrente começa a aumentar linearmente no enrolamento I e a tensão proporcional ao coeficiente de transformação T1 (UoutInv) aparece no enrolamento II. Mas a polaridade dessa tensão acaba sendo negativa (na parte superior do terminal de saída do enrolamento II, ponto b), de modo que o diodo VD1 é fechado e a tensão no capacitor de saída C2 não passa. Durante o intervalo Ton (de t0 a t1), a corrente através do enrolamento I aumenta linearmente para o valor Imax, e a energia é armazenada dentro do transformador T1 na forma de um campo magnético.


Fig. 2

No momento t1, o interruptor Sw fecha abruptamente, a corrente através do enrolamento I para e a EMF de auto-indução aparece nele, direcionada para continuar a corrente parada. Neste momento, o próprio enrolamento se torna uma fonte de tensão. Isso ocorre porque a energia no indutor é armazenada na forma de uma corrente (na verdade, na forma de um campo magnético, mas é proporcional à corrente através da bobina, portanto, a fórmula de energia na bobina é A = LI² / 2), mas de acordo com a lei de conservação de energia, ela não pode desaparecer sem deixar rasto, ela deve ir a algum lugar. Consequentemente, a corrente na bobina não pode parar instantaneamente, de modo que a própria bobina se torna uma fonte de tensão e de qualquer amplitude (!) - de modo a garantir imediatamente após o fechamento da chave a continuação da mesma corrente Imax. Esta é a primeira característica importante de um indutor,que deve ser lembrado -com uma forte interrupção de corrente na bobina, ela se torna uma fonte de tensão de qualquer amplitude, tentando manter a corrente que parou nela, tanto na direção quanto na amplitude . O que exatamente é qualquer amplitude? Grande o suficiente para, por exemplo, desativar um interruptor de alta tensão ou formar uma faísca na vela de ignição do carro (sim, ele usa essa propriedade de indutores na ignição do carro).

Tudo o que foi descrito acima teria acontecido se o enrolamento fosse o único enrolamento do transformador T1. Mas ele ainda possui o enrolamento II, acoplado indutivamente a I. Portanto, no tempo t1, um EMF também aparece nele, direcionado de modo que no ponto b haja uma vantagem em relação ao solo. Este EMF abre o diodo VD1 e começa a carregar o capacitor C2 com a corrente I2max. I.e. a carga do capacitor C2 e a transferência de energia para a carga ocorrem no momento em que o interruptor Sw é fechado. É por isso que as fontes de alimentação construídas com base nesse princípio são chamadas flyback - porque elas não têm transmissão direta de energia da parte de alta voltagem para a baixa voltagem, a energia é armazenada primeiro em um transformador e depois entregue ao consumidor .

No intervalo de tempo de t1 a t2, a corrente de enrolamento secundária I2 que diminui linearmente de I2max para 0 mantém o campo magnético dentro da bobina de acordo com a lei de conservação de energia e não permite que a tensão no enrolamento primário (uma vez que são acoplados indutivamente) cresça para um valor descontrolado. A tensão no enrolamento I neste momento torna-se igual à tensão de saída multiplicada pelo coeficiente de transformação T1. No entanto, a polaridade dessa tensão é tal que é adicionada à tensão de entrada Uin e aplicada à chave privada Sw. I.e. a chave privada Sw é aplicada com uma tensão maior que a entrada! Esse também é um recurso importante dos DPIs que deve ser lembrado.

No tempo t2, a energia armazenada no transformador T1 termina, o diodo VD1 fecha, a tensão no ponto b se torna zero, no ponto a tensão de entrada e todos os processos no circuito param até t3, quando todo o ciclo é repetido desde o início. Além disso, nos intervalos de tempo t0-t1 e t2-t4, a carga é fornecida apenas pela energia armazenada pelo capacitor de saída C2 .

O modo de operação descrito do IPR é chamado de modo de correntes descontínuas - ou seja, durante o intervalo Toff (t1-t3), toda a energia armazenada no transformador T1 é transferida para a carga, portanto, no tempo t3, a corrente através do enrolamento primário I começa a aumentar de zero. Existe também um modo de corrente contínua, quando no tempo t3 ainda resta alguma energia no transformador T1, e a corrente através do enrolamento I no tempo t3 não começa do zero. Este modo tem suas próprias características, vantagens e desvantagens, sobre as quais falaremos na próxima vez.

Então, quais são as principais características de um DPI no modo de corrente de ruptura? Vamos escrever os pontos principais:

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 . - , ( ) , ( ) .

Explicação do parágrafo 4. Da física, lembramos a fórmula para o indutor:

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

que significa que a tensão na bobina é diretamente proporcional à sua indutância multiplicada pela taxa de variação da corrente nela. . O que isso nos dá? Antes de tudo, se aplicarmos uma tensão constante U à bobina, a taxa de mudança de corrente nela é constante. Isso nos permite reescrever a fórmula para tensão constante sem diferenciais:

U = L * (ΔI / Δt) ,

e está de acordo com esta fórmula do gráfico de corrente na Fig. 2 em linha reta. Além disso, se aplicarmos a tensão Uin na bobina durante o tempo Ton, a corrente nela aumentará para o valor

Imax = Uin * Ton / L

Agora queremos (no modo de operação mais carregado) que toda a energia da bobina que acabamos de digitar seja transferida para a carga durante o intervalo de Toff, ou seja, no tempo t3, a corrente na bobina deve cair para zero. Aqui, por simplicidade, vamos imaginar que fornecemos e removemos tensão / corrente da mesma bobina I; depois, explicarei por que essa suposição é possível. Calculamos que voltagem podemos “descarregar” a bobina para que a corrente atinja zero no tempo t3:

Udis = L * Imax / Toff ,

Substitua e simplifique:

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

i.e. a tensão na qual devemos "descarregar" a bobina nos momentos em que a tecla Sw é fechada depende apenas da tensão de entrada e dos intervalos de "carga" - "descarga". Lembre-se da fórmula do ciclo de serviço D:

D = Ton / (Ton + Toff),

portanto:

Udis = Uin * D / (1 - D)

Mas, a tensão na qual “descarregamos” a bobina é a tensão reversa que ocorre no enrolamento primário em momentos fechamento de chave. I.e. entendemos que depende apenas da tensão de entrada e do ciclo de serviço D e é determinado pela fórmula:

Uinv = Uin * D / (1 - D)

Ao trabalhar em condições reais, o valor do ciclo de serviço D mudará dependendo da tensão de entrada e da carga da fonte de alimentação. Ele terá seu valor máximo D com uma tensão de entrada mínima e potência máxima de saída - este modo de operação é considerado o mais difícil e esse valor máximo D é definido ao projetar a unidade. O que acontecerá nos momentos em que a tensão de entrada da unidade for mais alta ou a carga estiver incompleta? D assumirá valores menores, porque a partir de uma tensão mais alta, a energia é mais rapidamente "armazenada" no enrolamento primário ou (no caso de menos carga), você só precisa "armazenar" uma quantidade menor de energia. Em qualquer caso, a tensão reversa no enrolamento primário será sempre a mesma, porque está rigidamente conectado à tensão de saída e, por sua vez, é estabilizado pelo circuito. Entãoa tensão reversa máxima na chave é:

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

Este é um ponto importante no design de DPIs, porque geralmente a tensão reversa máxima na tecla é o parâmetro inicial, ou seja, o ciclo de trabalho máximo D também é um valor inicial . Na prática, os seguintes valores máximos de D são geralmente usados: 25% (1/4), 33% (1/3) e menos frequentemente 50% (1/2). Como você entende, no último caso, a tensão reversa máxima na tecla será igual ao dobro da tensão mínima de entrada, o que complica a escolha de um dispositivo semicondutor. Os valores máximos mais baixos de D, por sua vez, reduzem a potência máxima na mesma corrente Imax, complicam o processo de controle da tecla Sw e reduzem a estabilidade da unidade.

Por que aplicamos aqui a suposição de que ambos fornecemos energia e a removemos do enrolamento primário I, e o que acontecerá na realidade quando a energia for removida da bobina II? A mesma coisa A tensão nos terminais de qualquer enrolamento do transformador é proporcional à taxa de variação do campo magnético no núcleo (e o campo é proporcional à corrente, portanto, a tensão é proporcional à taxa de variação da corrente). Portanto, não importa de que enrolamento extrairemos energia; se fizermos na mesma velocidade, o campo magnético no transformador diminuirá igualmente e a mesma voltagem estará nos terminais do enrolamento primário. Mas que voltagem o enrolamento secundário precisa ser “descarregado” para que a energia seja removida na mesma velocidade? Para fazer isso, primeiro considere a corrente no enrolamento secundário.

Explicação do parágrafo 5. Deixa o enrolamento girar N1, enquanto enrola II - N2. O campo magnético é criado pela corrente que passa através de cada bobina da bobina, isto é, é proporcional ao produto I * N. Então, obtemos Imax * N1 = I2max * N2 (supondo que ambos os enrolamentos sejam enrolados exatamente nas mesmas condições), daí a corrente inicial do enrolamento secundário:

I2max = Imax * N1 / N2

Portanto, a corrente no enrolamento secundário será N1 / N2 vezes maior que no primário. Mas que voltagem devemos “descarregar” o enrolamento secundário para gastar toda a energia armazenada no transformador no tempo t3? Obviamente, devemos fazer isso exatamente na mesma velocidade; isto é a cada momento separado, o transformador perde o mesmo valor de energia dA (t). Mas no primeiro caso, dA (t) = Udis * I1 (t) * dt (obtido de A = W * T, W = U * I), e agora será dA (t) = Uout * I2 (t) * dt .

Equacionamos essas duas funções: Uout * I2 (t) = Udis * I1 (t), portanto, no início da "descarga", as potências instantâneas de descarga devem ser iguais:

Uout * I2max = Udis * Imax,

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

I.e. para gastar toda a energia do transformador no tempo t3, devemos "descarregar" o enrolamento secundário II para a tensão Udis * N2 / N1, enquanto a corrente de descarga cairá linearmente de Imax * N1 / N2 para zero. Assim, estabelecemos uma relação entre a tensão de saída da unidade, o número de voltas nos enrolamentos e a tensão reversa no enrolamento primário do transformador.

Essa parte puramente teórica termina e podemos seguir em frente. A primeira pergunta que provavelmente surge para o leitor no momento é por onde começar a desenvolver DPIs? Abaixo darei a sequência recomendada de etapas. Vamos começar com a situação em que o transformador está planejado para ser fabricado de forma completamente independente (não há restrições estritas).

1. Determinamos as tensões e correntes de saída da fonte de energia.
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. , , .

Agora, dê uma olhada no próprio transformador e em seu design. Tradicionalmente, para alternar fontes de alimentação, o transformador é feito em algum núcleo feito de um material com alta permeabilidade magnética. Isso permite que o mesmo número de voltas dos enrolamentos aumente significativamente sua indutância, ou seja, reduza o número de voltas para obter uma determinada indutância e, portanto, reduza as dimensões do enrolamento. No entanto, o uso do núcleo adiciona desvantagens - devido à histerese magnética no núcleo, parte da energia é perdida, o núcleo esquenta e as perdas do núcleo aumentam com o aumento da frequência (outra razão pela qual a frequência de conversão não pode ser aumentada significativamente). A adição do núcleo também introduz um novouma restrição previamente não anunciada - a densidade máxima permitida do fluxo da indução magnética Bmax. Na prática, isso se manifesta no fato de que se você aumentar a corrente através do enrolamento, em um determinado momento, quando a corrente atingir um determinado valor máximo, o núcleo ficará saturado e um aumento adicional na corrente não causará o aumento no fluxo magnético como antes. Isso, por sua vez, levará ao fato de que a "indutância relativa" do enrolamento cairá acentuadamente, o que causará um aumento ainda mais rápido da corrente através dele.Isso, por sua vez, levará ao fato de que a "indutância relativa" do enrolamento cairá acentuadamente, o que causará um aumento ainda mais rápido da corrente através dele.Isso, por sua vez, levará ao fato de que a "indutância relativa" do enrolamento cairá acentuadamente, o que causará um aumento ainda mais rápido da corrente através dele.Na prática, se você não fornecer a proteção da chave Sw OIP da entrada do núcleo para a saturação, a chave simplesmente queimará da sobrecarga atual . Portanto, em todos os circuitos de DPI, com exceção dos geradores de bloqueio mais simples, o controle de corrente através da chave Sw e o fechamento antecipado da chave são aplicados quando a corrente máxima permitida através do enrolamento primário é atingida.

Qual é o valor máximo da densidade de fluxo da indução magnética? Para o material do núcleo mais comum - ferrita - é considerado igual a 0,3T. Esse é um valor médio, pode ser diferente para cada material específico, por isso é bom recorrer à referência aqui. Além disso, depende da temperatura central e, como você provavelmente já adivinhou, diminui com o aumento. Se você estiver projetando um IPR projetado para operar em condições extremas, onde a temperatura central pode atingir até 125 graus, reduza Bmax para 0,2T.

A fórmula principal que você precisará usar ao calcular transformadores é a indutância do enrolamento de acordo com suas dimensões:

L = (μ0 * μe * Se * N²) / le , em que

μ0 é a permeabilidade magnética absoluta do vácuo, 4π-7,
μe é a permeabilidade magnética efetiva do núcleo,
Se é a área de seção transversal efetiva do circuito magnético, m².
N - número de voltas
le - comprimento da linha magnética média do núcleo, m

Densidade do fluxo de indução magnética no núcleo:

B = (μ0 * μe * I * N) / le , em que

I é a corrente através do enrolamento, A

Assim, com base na densidade máxima permitida fluxo magnético, a corrente máxima permitida para o enrolamento será:

Imax = (Bmax * le) / (μ0 * μe * N)

E agora outro ponto muito importante - na prática, se substituirmos os dados reais do transformador nas fórmulas acima, verifica-se que a corrente máxima permitida no enrolamento primário é várias vezes menor do que precisamos! I.e. o núcleo será introduzido na saturação antes mesmo de podermos “bombear” a energia necessária Aimp nele. Então, o que fazer, para não aumentar as dimensões do transformador para valores indecentes?

Não. Um espaço não magnético deve ser introduzido no núcleo! A introdução de um espaço não magnético reduz bastante a permeabilidade magnética efetiva do núcleo, permitindo que uma corrente muito maior passe pelos enrolamentos. Mas, como você entende, isso exigirá um número maior de voltas para alcançar a indutância necessária do enrolamento.

Considere as fórmulas para o núcleo com uma lacuna. A permeabilidade magnética efetiva do núcleo com uma folga:

μe = le / g , em que

g é a espessura total da folga, m.

Note-se que esta fórmula é válida apenas se a μe resultante for muito menor que a permeabilidade magnética original (várias vezes) eg é muito menor que o tamanho da seção transversal núcleo. Portanto, consideraremos a fórmula para a indutância do enrolamento no núcleo com uma folga:

L = (μ0 * Se * N²) / g A

fórmula da introdução da folga só se tornou mais fácil. A corrente máxima permitida através do enrolamento:

Imax = (Bmax * g) / (μ0 * N)

Bem, e a última fórmula, que pode ser derivada independentemente. O tamanho do espaço para uma dada corrente:

g = (I * μ0 * N) / Bmax

Agora vamos fazer uma conclusão interessante. Como você se lembra, a energia armazenada na bobina é expressa pela fórmula A = LI² / 2. Então, qual energia máxima pode ser armazenada em algum núcleo abstrato? Substitua os dados nas fórmulas.

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

Agora você pode se surpreender, mas a energia máxima que pode ser armazenada no núcleo, não importa que enrolamentos sejam enrolados nele! Mas isso é lógico, porque a energia é expressa em um campo magnético e os enrolamentos apenas permitem que seja alterada em uma direção ou outra! O número de voltas nos enrolamentos determina apenas a velocidade com a qual a indução magnética pode atingir seu valor máximo em uma determinada tensão aplicada, mas esse valor máximo é determinado apenas pelo projeto do núcleo!

Essa conclusão é de grande importância no design de DPIs em núcleos unificados . Se você se deparar com apenas essa tarefa, antes de mais nada, precisará calcular quanta energia máxima o núcleo selecionado pode "absorver" em um pulso para entender se é adequado para a energia do seu bloco. Como você sabe, neste caso, a potência máxima do bloco pode ser aumentada apenas aumentando a frequência de conversão - quanto mais bombeamos energia Amax da entrada para a saída, mais energia podemos obter como resultado.

Além disso, a partir da fórmula obtida, observa-se que a quantidade de energia que pode "encaixar" no núcleo é diretamente proporcional ao intervalo não magnético! Isso permite o uso de pequenos núcleos em altas capacidades, aumentando a diferença neles. A restrição agora será apenas de dimensões físicas - um aumento no espaço causa uma diminuição da permeabilidade magnética, o que requer um número maior de voltas.

E agora voltando ao diagrama de blocos do IPR na Fig. 1. Dois blocos permaneceram nele, sobre os quais eu não disse nada - este é o capacitor C1 e o snbber Snb.

O objetivo do capacitor C1 é aterrar a parte de saída da unidade em altas frequências. O fato é que qualquer transformador, mesmo enrolado de acordo com todas as regras das telas, tem algum tipo de capacidade entre enrolamentos. Uma tensão retangular de alta frequência de grande amplitude do ponto a passa por essa capacitância para o circuito de saída da unidade. O capacitor C1, com uma capacitância muito maior que a capacidade do transformador T1, aterra a saída da unidade em altas frequências. O valor da capacitância deste capacitor em um IPR é mais frequentemente escolhido na região de 2 nF, a tensão é de cerca de kilovolt. Se for assumido um aterramento rígido da saída da unidade (por exemplo, apenas um soquete com aterramento), C1 poderá ser omitido.

A necessidade do Snabber Snb também decorre da imperfeição do transformador T1, mas de um tipo completamente diferente. Apesar de os enrolamentos I e II serem indutivamente acoplados, essa conexão não é 100%. Nos circuitos de uma DPI, é costume dizer que o enrolamento I consiste em duas partes conectadas em série, onde a primeira é completamente indutivamente conectada ao enrolamento II, e a segunda é completamente isolada dele. Esta segunda parte do enrolamento I é chamada de "indutância de vazamento".

Quando, no momento t1, a corrente no enrolamento primário (ambas as partes) parar abruptamente, a indutância de vazamento também tenta continuar. E, como não está conectado a nenhum outro enrolamento, gera um pulso de alta voltagem aplicado à chave privada Sw. A energia desse pulso é muitas vezes menor que a energia útil Aimp (quanto melhor o transformador, menos em geral), mas pode ser suficiente para danificar a chave (no caso de um transistor bipolar, por exemplo, será suficiente para uma quebra de avalanche). Para proteger a chave desse pulso, ela é extinta por uma solução de circuito especial.


Fig. 3

A opção mais simples é um amortecedor RCD feito de diodo, capacitor e resistor (veja a Fig. 3). A tensão reversa que ocorre no enrolamento I abre o diodo VD e começa a carregar o capacitor C. Como resultado, toda a energia do pulso é transferida para o capacitor. Entre pulsos, o capacitor é descarregado através do resistor R. Isso é a energia retirada da indutância de dissipação acaba transformando-se em calor no resistor R, portanto a potência desse resistor deve ser significativa (atinge unidades de watts). A vantagem do amortecedor é sua simplicidade de circuito e o fato de que parte da energia do capacitor C pode ser bombeada de volta para o transformador T usando o diodo lento VD, mas esses processos já são um pouco mais complicados do que nosso artigo simples. A principal desvantagem do amortecedor é que a energia útil também cai sobre ele!Afinal, a tensão reversa de trabalho do enrolamento primário Vinv também carrega o capacitor para esse valor, ou seja, A energia líquida Uinv² / R é desperdiçada.

O supressor é uma solução de circuito desprovida dessa desvantagem. É um diodo rápido VD1 conectado em série e um poderoso e rápido diodo zener VD2. Quando a indutância de espalhamento gera seu pulso de alta tensão, ele abre o diodo VD1, quebra o diodo zener VD2 e a energia do pulso é dissipada nele. O diodo Zener VD2 é selecionado com uma tensão de ruptura mais alta que a tensão reversa Uinv, portanto, não dissipa a energia útil da unidade. As desvantagens do supressor incluem um nível mais alto de interferência eletromagnética associada a uma forte abertura e fechamento de dispositivos semicondutores.

O que acontecerá se esse pulso de alta tensão não for pago por nada? No caso de uma chave bipolar, provavelmente, uma avalanche ocorrerá nela e a fonte de alimentação passará para o modo caldeira. Os transistores modernos de efeito de campo são resistentes à quebra de avalanches e permitem dissipar uma certa quantidade de energia no dreno (isso é descrito na documentação); portanto, esse transistor pode funcionar sem amortecedor ou supressor - o transistor desempenhará seu papel. Além disso, conheci algumas fontes de alimentação chinesas baratas, nas quais isso foi feito. No entanto, eu não recomendo fortemente esse modo de operação, pois reduz ainda mais a confiabilidade da unidade. Um diodo supressor (diodo zener) é muito barato e projetado para potência pulsada colossal (600W, 1,5KW); então, por que não usá-lo para a finalidade a que se destina?

Também do acima exposto segue outra conclusão. Independentemente de você decidir usar um amortecedor ou supressor, a tensão reversa na tecla fechada será ainda maior do que o valor calculado de trabalho Usw! Isso deve ser lembrado ao escolher uma chave.

Normalmente, os transistores e microcircuitos modernos têm uma tensão reversa permitida de 600 - 800 volts. Em Umax = 391V, Umin = 220V, a tensão reversa na chave Usw terá os seguintes valores (dependendo de D): D = 25%, Usw = 464B; D = 33%, Usw = 501B; D = 50%, Usw = 611B. Isso significa que, para teclas com tensão reversa máxima de 600V, apenas D = 33% ou menos deve ser selecionado. Para teclas com tensão reversa de 700V, você pode escolher D = 50%.

Bem, no final do artigo, darei um exemplo simples de cálculo do IPR. Suponha que desejemos fazer uma fonte de alimentação simples que nos permita obter 12V 1A em sua saída. Nós calculamos por pontos:

1. A saída da unidade é 12V 1A.
2. Antes do diodo de saída (usaremos um silício convencional) deve ser 13V.
3. A potência de saída do transformador é 13W.
4. A potência de entrada estimada da unidade é Pin = 13 / 0.8 = 16W.
5. F = 100 kHz.
6. Umax = 391V.
7. Umin = 220V (capacitância do capacitor do filtro de entrada - 22mkf).
8. D = 33%, Uinv = 110V, Usw = 501V. Vamos nos concentrar nas teclas com uma tensão reversa de 600V.
9. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4J = 160μJ.
10. L = 1,65e-3HH = 1,65mH, Imax = 0,44A
11. Selecionamos o núcleo, calculamos os parâmetros do enrolamento e da folga.

E agora, para comparação, calculamos o mesmo IPR para o caso em que a tensão de rede permitida pode estar na faixa de 85-230V. Quais são as diferenças?

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

Observe que os parâmetros da corrente máxima através do comutador mudaram não tão significativamente - de 0,44A a 0,63A, a indutância caiu pela metade, mas a faixa de tensões de entrada permitidas aumentou significativamente. Essa é outra vantagem do IPR - a facilidade de criar fontes de energia que operam em uma ampla faixa de tensões de entrada.

É possível que este artigo não considere totalmente todas as nuances da criação de DPIs, mas seu volume acabou sendo mais do que o planejado. No entanto, espero que ela seja capaz de ajudar os iniciantes a entender os princípios e a criar independentemente fontes de energia de retorno.

Source: https://habr.com/ru/post/pt388313/