Come Selezionare i Componenti dell'Alimentatore di cui Hai Bisogno

Negli anni, ho aperto un bel numero di alimentatori e sono sempre rimasto impressionato dalla quantità di componenti che potevano essere inseriti in un piccolo alimentatore da banco. Queste cose servivano solo a ridurre e raddrizzare l'AC in DC, giusto? Sfortunatamente, come nella maggior parte dei sistemi elettronici, non è così semplice, specialmente quando si considera il modo in cui operano i veri componenti dell'alimentazione.

Se hai bisogno di progettare un'unità a bassa potenza o un sistema ad alta potenza con più stadi di regolazione, avrai bisogno di una gamma di componenti per l'alimentazione per la conversione, il filtraggio, la regolazione e il controllo. Abbiamo compilato un breve elenco di alcuni componenti di cui avrai bisogno nel tuo sistema di alimentazione, così come le specifiche importanti da monitorare quando si selezionano i componenti.

Componenti Importanti dell'Alimentatore

Tutti i componenti in un alimentatore sono importanti, ma è più importante raggruppare i componenti per compito all'interno di un sistema di regolazione dell'alimentazione. Se stai lavorando a bassa potenza e hai solo bisogno di un IC regolatore, allora c'è un blog per questo. Dai un'occhiata a questo articolo per vedere come selezionare un regolatore di tensione.

Altrimenti, il tuo compito è selezionare i componenti giusti che si posizioneranno in ogni stadio del sistema in modo tale che possa operare senza fallimenti termici o elettrici. Alcuni componenti sono universalmente necessari (ad es., passivi e MOSFET di potenza) attraverso più stadi di un sistema di alimentazione, quindi cercheremo di aiutare i progettisti di sistemi di alimentazione più nuovi a essere informati su questi punti. Vediamo in ordine dall'ingresso all'uscita di un sistema di alimentazione e condizionamento più grande e alcuni dei componenti necessari in ogni stadio.

Ingresso: Raddrizzamento e Filtraggio

All'ingresso, avrai bisogno di un po' di filtraggio per rimuovere il rumore in modo comune dal propagarsi all'uscita. Se stai pianificando di far funzionare un sistema DC su una fonte di alimentazione AC (ad es., da un generatore) o dall'alimentazione di rete AC (energia della rete), avrai bisogno di raddrizzamento se stai alimentando un sistema DC. I CI raddrizzatori a ponte sono disponibili per potenze medie (alta tensione/bassa corrente). I sistemi a corrente molto alta non possono funzionare attraverso un CI, quindi sarà necessaria una gamma di componenti personalizzati.

Per i diodi raddrizzatori e i CI, osserva la tensione/corrente diretta e la tensione di rottura inversa. Vuoi assicurarti che l'alimentazione in ingresso polarizzi in modo sufficiente i diodi nel ponte ma non causi la rottura in polarizzazione inversa. Per i filtri, dovresti guardare al rapporto di riduzione del rumore in modo comune (CMRR) e alla resistenza DC dei conduttori. Vuoi assicurarti che la caduta IR sia il più bassa possibile mantenendo il CMRR sufficientemente alto.

• CI ponte raddrizzatore ad alta tensione

• Induttori di ferrite per il filtraggio EMI

Condizionamento: Correzione del Fattore di Potenza e Stadi di Regolazione

Per i sistemi a bassa potenza, anche se prelevano energia dalla rete, vorrai utilizzare un circuito integrato per la correzione del fattore di potenza (PFC). Questo è richiesto secondo gli standard IEC e aiuterà a mantenere alta l'efficienza delle tue fasi di regolazione a valle. I sistemi ad alta potenza hanno gli stessi requisiti, quindi hanno bisogno anche loro di una fase PFC, possibilmente con rettificazione per la conversione AC-DC. La prima fase di regolazione per un sistema di alimentazione AC-DC appare dopo il circuito PFC e fornisce la prima fase di conversione di alta potenza all'uscita desiderata. Nei sistemi AC-DC, la 1ª fase di regolazione converte efficacemente l'ondulazione residua dalla rettificazione e la scambia con rumore ad alta frequenza su un'uscita DC stabile. Le fasi di regolazione a valle aumenteranno o diminuiranno poi la potenza secondo necessità per fornire la tensione o la corrente necessarie ai diversi sottosistemi. Qui sono importanti i valori di tensione e corrente in ingresso/uscita, ma lo è anche l'efficienza.

• Circuiti integrati per la correzione del fattore di potenza

• Circuiti integrati regolatori di tensione’

• MOSFET di potenza

Esempio di applicazione del circuito PFC Renesas ISL6731BFBZ-T. Circuiti simili possono essere costruiti da componenti discreti per sistemi ad alta potenza. Tratto dal datasheet ISL6731BFBZ-T.

Feedback e Controllo

Qui è dove il design dell'alimentatore diventa molto interessante. Il braccio di feedback del sistema è un'area in cui l'energia deve essere restituita a una fase precedente nel regolatore o a un'unità di rilevamento per controllare la conversione. Si tratta di garantire che il sistema fornisca sempre energia stabile finché la tensione di alimentazione è superiore a un certo minimo. Costruire un anello di feedback e controllo richiede isolamento così come un driver personalizzato per regolare l'uscita da una qualsiasi delle fasi del regolatore.

Ci sono varie specifiche da considerare quando si selezionano questi componenti. Per i componenti in un anello di feedback, dove l'uscita deve essere rilevata e utilizzata per fornire un controllo preciso, le specifiche di tensione/corrente in ingresso sono probabilmente le più importanti. Per i circuiti di controllo/driver PWM, sarà necessario abbinare la frequenza PWM al valore ideale per la sezione del regolatore. Anche le valutazioni della protezione ESD sono importanti qui poiché è necessario garantire che il sistema non fallisca in caso di scarica pericolosa nell'anello di controllo.

• Optoisolatori ad alta tensione per isolamento

• Amplificatori e controllori per la misura della corrente

• MCU o piccolo FPGA per programmare un algoritmo di controllo

• Unità di controllo personalizzate per topologie di alimentazione specifiche

Il UCC24612 di Texas Instruments utilizzato nella rettificazione sincrona lato basso. Dal datasheet dell'UCC24612.

Altri componenti per l'alimentazione

Altri componenti che potresti necessitare in un'alimentazione includono una gamma di passivi, che compaiono in tutte le sezioni sopra in qualche modo. Se stai progettando un convertitore/regolatore di potenza personalizzato per un regolatore ad alta potenza, probabilmente finirai per utilizzare decine di condensatori. In un recente progetto per un veicolo senza pilota, abbiamo utilizzato oltre 100 condensatori nella sola sezione di regolazione della potenza per garantire una potenza di uscita stabile.

• Diodi TVS o altri componenti per la protezione da sovratensioni

• Induttori per l'uso nei circuiti PFC e nelle fasi di regolazione

• Condensatori per l'uso in tutto il tuo sistema

• Diodi e altri semiconduttori

Quando devi selezionare i componenti per l'alimentazione, hai bisogno di utilizzare un motore di ricerca con funzionalità di ricerca e filtraggio avanzate. Octopart ti offre una soluzione completa per la ricerca di componenti elettronici e la gestione della catena di approvvigionamento, e avrai accesso a una gamma di componenti per diverse applicazioni. Dai un'occhiata alla nostra pagina sui circuiti integrati per la gestione della potenza per trovare alcuni componenti speciali di cui avrai bisogno per il tuo prossimo regolatore di potenza.

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