Wie Sie die benötigten Komponenten für die Stromversorgung auswählen

Erstellt: Dezember 14, 2020
Aktualisiert am: Juli 1, 2024

Im Laufe der Jahre habe ich eine ganze Reihe von Netzteilen geöffnet und war immer beeindruckt von der Anzahl der Komponenten, die in ein kleines Tisch-Netzteil gepackt werden konnten. Diese Dinger haben doch nur AC in DC umgewandelt und gleichgerichtet, oder? Leider ist es, wie bei den meisten Elektroniksystemen, einfach nicht so einfach, besonders wenn man bedenkt, wie reale Netzteilkomponenten funktionieren.

Ob Sie ein Gerät mit geringer Leistung oder ein Hochleistungssystem mit mehreren Regelstufen entwerfen müssen, Sie benötigen eine Reihe von Netzteilkomponenten für Umwandlung, Filterung, Regelung und Steuerung. Wir haben eine kurze Liste einiger Komponenten zusammengestellt, die Sie in Ihrem Stromversorgungssystem benötigen, sowie die wichtigen Spezifikationen, auf die Sie bei der Auswahl von Komponenten achten sollten.

Wichtige Netzteilkomponenten

Alle Komponenten in einem Netzteil sind wichtig, aber es ist noch wichtiger, die Komponenten nach Aufgaben innerhalb eines Stromregelungssystems zu gruppieren. Wenn Sie mit geringer Leistung arbeiten und nur einen Regler-IC benötigen, dann gibt es dafür einen Blog. Schauen Sie sich diesen Artikel an, um zu sehen, wie man einen Spannungsregler auswählt.

Andernfalls besteht Ihre Aufgabe darin, die richtigen Komponenten auszuwählen, die in jeder Stufe des Systems sitzen, so dass es ohne thermisches oder elektrisches Versagen betrieben werden kann. Einige Komponenten werden universell benötigt (z.B. passive und Leistungs-MOSFETs) über mehrere Stufen eines Stromsystems hinweg, also werden wir versuchen, die neueren Stromsystemdesigner, die dies lesen, über diese Punkte zu informieren. Lassen Sie uns der Reihe nach vom Eingang zum Ausgang eines größeren Stromversorgungs- und Konditionierungssystems und einige der Komponenten, die in jeder Stufe benötigt werden, betrachten.

Eingang: Gleichrichtung und Filterung

Am Eingang benötigen Sie eine Filterung, um zu verhindern, dass gemeinsame Modusstörungen bis zum Ausgang weitergeleitet werden. Wenn Sie ein Gleichstromsystem an einer Wechselstromquelle betreiben möchten (z.B. von einem Generator) oder von Wechselstromnetzen (Netzstrom), benötigen Sie eine Gleichrichtung, wenn Sie ein Gleichstromsystem betreiben. Brückengleichrichter-ICs sind für mittlere Leistungen (hohe Spannung/niedriger Strom) verfügbar. Sehr hohe Stromsysteme können nicht durch ein IC laufen, daher wird eine Reihe von kundenspezifischen Komponenten benötigt.

Für Gleichrichterdioden und ICs achten Sie auf die Vorwärtsspannung/-strom und die Rückwärtsdurchbruchspannung. Sie möchten sicherstellen, dass die Eingangsleistung die Dioden in der Brücke ausreichend in Vorwärtsrichtung vorspannt, aber keinen Durchbruch in Rückwärtsrichtung verursacht. Bei Filtern sollten Sie auf das Verhältnis der Reduktion von gemeinsamem Modusrauschen (CMRR) und den Gleichstromwiderstand der Anschlüsse achten. Sie möchten sicherstellen, dass der IR-Abfall so gering wie möglich ist, während der CMRR ausreichend hoch bleibt.

Konditionierung: Leistungsfaktorkorrektur und Regelstufen

Für Systeme mit geringem Stromverbrauch, auch wenn sie Strom aus dem Netz beziehen, sollten Sie einen Leistungsfaktorkorrektur (PFC) IC verwenden. Dies ist nach IEC-Normen erforderlich und hilft, die Effizienz Ihrer nachgelagerten Reglerstufen hoch zu halten. Hochleistungssysteme haben die gleichen Anforderungen, daher benötigen auch sie eine PFC-Stufe, möglicherweise mit Gleichrichtung für die AC-DC-Umwandlung

Die erste Regulierungsstufe für ein AC-DC-Stromsystem erscheint nach dem PFC-Schaltkreis und bietet die erste Hochleistungs-Umwandlungsstufe zur gewünschten Ausgabe. In AC-DC-Systemen wandelt die erste Reglerstufe effektiv verbleibende Welligkeit von der Gleichrichtung um und tauscht sie gegen hochfrequentes Rauschen auf einem stabilen DC-Ausgang aus. Nachgelagerte Regulierungsstufen erhöhen oder verringern dann die Leistung nach Bedarf, um die notwendige Spannung oder den notwendigen Strom für verschiedene Untersysteme bereitzustellen.

Ein-/Ausgangsspannungs- und Stromwerte sind hier wichtig, aber auch die Effizienz.

Beispielanwendung des Renesas ISL6731BFBZ-T PFC-Schaltkreises. Ähnliche Schaltungen können aus diskreten Komponenten für Hochleistungssysteme gebaut werden. Entnommen aus dem ISL6731BFBZ-T Datenblatt.

Rückmeldung und Steuerung

Hier wird das Design von Stromversorgungen sehr interessant. Der Rückmeldearm des Systems ist ein Bereich, in dem Leistung an eine frühere Stufe im Regler oder eine Sensoreinheit zurückgegeben werden muss, um die Umwandlung zu steuern. Es geht darum sicherzustellen, dass das System immer stabile Leistung ausgibt, solange die Versorgungsspannung über einem Minimum liegt. Der Aufbau einer Rückkopplungs- und Steuerschleife erfordert Isolation sowie einen speziellen Treiber, um den Ausgang von einer der Reglerstufen anzupassen.

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Spezifikationen, die bei der Auswahl dieser Komponenten zu betrachten sind. Für Komponenten in einer Rückkopplungsschleife, bei der der Ausgang erfasst und zur präzisen Steuerung verwendet werden muss, sind wahrscheinlich die Spezifikationen für Eingangsspannung/-strom am wichtigsten. Für PWM-Treiber-/Steuerungsschaltungen müssen Sie die PWM-Frequenz auf den idealen Wert für den Reglerabschnitt abstimmen. ESD-Schutzklassifizierungen sind hier ebenfalls wichtig, da Sie sicherstellen müssen, dass das System im Falle einer gefährlichen Entladung in der Steuerschleife nicht ausfällt.

Der UCC24612 von Texas Instruments verwendet in der synchronen Niedrigseiten-Gleichrichtung. Aus dem Datenblatt des UCC24612.

Weitere Komponenten für Stromversorgungen

Weitere Komponenten, die Sie in einer Stromversorgung benötigen könnten, umfassen eine Reihe von passiven Bauelementen, die in allen oben genannten Abschnitten in irgendeiner Weise auftauchen. Wenn Sie einen benutzerdefinierten Stromwandler/-regler für einen Hochleistungsregler entwerfen, werden Sie wahrscheinlich Dutzende von Kondensatoren verwenden. In einem kürzlichen Projekt für ein unbemanntes Fahrzeug haben wir allein im Abschnitt der Stromregelung über 100 Kondensatoren verwendet, um eine stabile Ausgangsleistung zu gewährleisten.

Wenn Sie Komponenten für die Stromversorgung auswählen müssen, benötigen Sie eine Suchmaschine mit fortgeschrittenen Such- und Filterfunktionen. Octopart bietet Ihnen eine Komplettlösung für die Beschaffung von Elektronik und das Lieferkettenmanagement, und Sie haben Zugang zu einer Reihe von Komponenten für verschiedene Anwendungen. Sehen Sie sich unsere Seite mit integrierten Schaltkreisen für das Energiemanagement an, um einige Spezialkomponenten zu finden, die Sie für Ihren nächsten Spannungsregler benötigen.

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