Jak wybrać potrzebne komponenty zasilające

Przez lata otworzyłem sporo zasilaczy i zawsze imponowała mi liczba komponentów, które można było upakować w małą jednostkę zasilacza laboratoryjnego. Te urządzenia po prostu obniżały napięcie i prostowały prąd z AC na DC, prawda? Niestety, jak w przypadku większości systemów elektronicznych, nie jest to takie proste, szczególnie gdy weźmie się pod uwagę sposób działania rzeczywistych komponentów zasilających.

Bez względu na to, czy potrzebujesz zaprojektować jednostkę o niskiej mocy czy system o wysokiej mocy z wieloma etapami regulacji, będziesz potrzebować szeregu komponentów zasilających do konwersji, filtracji, regulacji i kontroli. Skompilowaliśmy krótką listę niektórych komponentów, które będą Ci potrzebne w Twoim systemie zasilającym, oraz ważnych specyfikacji, na które należy zwrócić uwagę przy wyborze komponentów.

Ważne komponenty zasilające

Wszystkie komponenty w zasilaczu są ważne, ale ważniejsze jest grupowanie komponentów według zadania w systemie regulacji mocy. Jeśli pracujesz przy niskiej mocy i potrzebujesz tylko układu scalonego regulatora, to jest na to blog. Zobacz ten artykuł, aby dowiedzieć się, jak wybrać regulator napięcia.

W przeciwnym razie Twoim zadaniem jest wybór odpowiednich komponentów, które będą znajdować się na każdym etapie systemu, tak aby mógł on działać bez awarii termicznych czy elektrycznych. Niektóre komponenty są uniwersalnie potrzebne (np. elementy pasywne i tranzystory MOSFET o dużej mocy) na wielu etapach systemu zasilania, więc postaramy się pomóc nowym projektantom systemów zasilających zrozumieć te kwestie. Spójrzmy kolejno od wejścia do wyjścia większego systemu zasilania i kondycjonowania oraz na niektóre komponenty potrzebne na każdym etapie.

Wejście: Prostowanie i filtracja

Na wejściu potrzebujesz filtracji, aby zapobiec przenoszeniu szumów wspólnych na wyjście. Jeśli planujesz uruchomić system DC na źródle zasilania AC (np. z generatora) lub z sieci AC (energia sieciowa), będziesz potrzebować prostowania, jeśli zasilasz system DC. Układy scalone mostka prostowniczego są dostępne dla mocy średnich (wysokie napięcie/niski prąd). Systemy o bardzo wysokim prądzie nie mogą działać przez układ scalony, więc potrzebny będzie szereg niestandardowych komponentów.

W przypadku diod prostowniczych i układów scalonych zwróć uwagę na napięcie/prąd przewodzenia oraz napięcie przebicia w kierunku zaporowym. Chcesz upewnić się, że moc wejściowa odpowiednio spolaryzuje diody w moście, ale nie spowoduje przebicia przy polaryzacji zaporowej. Dla filtrów należy zwrócić uwagę na stosunek redukcji szumów wspólnych (CMRR) oraz na oporność DC wyprowadzeń. Chcesz upewnić się, że spadek IR jest jak najniższy, jednocześnie utrzymując CMRR na wystarczająco wysokim poziomie.

• Układy scalone mostka prostowniczego wysokiego napięcia

• Dławiki ferrytowe do filtracji EMI

Kondycjonowanie: Korekcja współczynnika mocy i etapy regulacji

Dla systemów o niskim poborze mocy, nawet jeśli pobierają one energię z sieci, będziesz chciał użyć układu scalonego korekcji współczynnika mocy (PFC). Jest to wymagane zgodnie z normami IEC i pomoże utrzymać wysoką efektywność kolejnych etapów regulatora. Systemy o wysokiej mocy mają te same wymagania, więc również potrzebują etapu PFC, możliwie z prostowaniem dla konwersji AC-DC

Pierwszy etap regulacji dla systemu zasilania AC-DC pojawia się po obwodzie PFC i zapewnia pierwszy etap konwersji wysokiej mocy na pożądane wyjście. W systemach AC-DC, 1. etap regulatora efektywnie konwertuje pozostałe tętnienia z prostowania i zamienia je na wysokoczęstotliwościowy szum na stabilnym wyjściu DC. Kolejne etapy regulacji następnie zwiększają lub zmniejszają moc w razie potrzeby, aby dostarczyć niezbędne napięcie lub prąd do różnych podsystemów.

Ważne są tutaj wartości napięcia i prądu wejściowego/wyjściowego, ale również efektywność.

• Układy scalone korekcji współczynnika mocy

• Układy scalone regulatorów napięcia’

• Tranzystory MOSFET o dużej mocy

Przykład zastosowania obwodu PFC Renesas ISL6731BFBZ-T. Podobne obwody mogą być zbudowane z dyskretnych komponentów dla systemów o wysokiej mocy. Pochodzi z karty katalogowej ISL6731BFBZ-T.

Informacja zwrotna i kontrola

To jest moment, kiedy projektowanie zasilania staje się bardzo interesujące. Ramię informacji zwrotnej systemu to obszar, gdzie moc musi być zwrócona do wcześniejszego etapu w regulatorze lub jednostce pomiarowej w celu kontroli konwersji. Chodzi o to, aby system zawsze dostarczał stabilną moc, dopóki napięcie zasilania jest powyżej pewnego minimum. Konstruowanie pętli informacji zwrotnej i kontroli wymaga izolacji oraz specjalnego sterownika do regulacji wyjścia z dowolnego z etapów regulatora.

Przy wyborze tych komponentów istnieje wiele różnych specyfikacji do rozważenia. Dla komponentów w pętli informacji zwrotnej, gdzie wyjście musi być wykryte i użyte do zapewnienia precyzyjnej kontroli, najważniejsze są prawdopodobnie specyfikacje napięcia/prądu wejściowego. Dla obwodów sterownika/PWM, musisz dopasować częstotliwość PWM do idealnej wartości dla sekcji regulatora. Ważne są również oceny ochrony ESD, ponieważ musisz upewnić się, że system nie zawiedzie w przypadku niebezpiecznego wyładowania w pętli kontrolnej.

• Wysokonapięciowe optoprzekaźniki do izolacji

• Wzmacniacze i kontrolery pomiaru prądu

• MCU czy mały FPGA do programowania algorytmu sterowania

• Jednostki sterujące dostosowane do konkretnych topologii zasilaczy

UCC24612 od Texas Instruments używany w synchronicznej prostowniczej stronie niskiej. Z arkusza danych UCC24612.

Inne komponenty zasilacza

Inne komponenty, które mogą być potrzebne w zasilaczu, to różnorodne elementy pasywne, które pojawiają się we wszystkich powyższych sekcjach w pewien sposób. Jeśli projektujesz niestandardowy przetwornik/regulator mocy dla regulatora dużej mocy, prawdopodobnie użyjesz dziesiątek kondensatorów. W niedawnym projekcie dla pojazdu bezzałogowego użyliśmy ponad 100 kondensatorów wyłącznie w sekcji regulacji mocy, aby zapewnić stabilną moc wyjściową.

• Dioda TVS lub inne komponenty ochrony przed przepięciami

• Dławiki do stosowania w obwodach PFC i etapach regulatora

• Kondensatory do stosowania w całym systemie

• Dioda i inne półprzewodniki

Jeśli potrzebujesz wybrać komponenty zasilające, musisz użyć wyszukiwarki z zaawansowanymi funkcjami wyszukiwania i filtracji. Octopart oferuje kompleksowe rozwiązanie do pozyskiwania elektroniki i zarządzania łańcuchem dostaw, i będziesz miał dostęp do szerokiej gamy komponentów do różnych zastosowań. Zobacz naszą stronę z układami scalonymi do zarządzania energią, aby znaleźć specjalistyczne komponenty, których potrzebujesz do swojego następnego regulatora mocy.

Zostań na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.