Как выбрать необходимые компоненты блока питания

Создано: 14 Декабря, 2020
Обновлено: 1 Июля, 2024

За годы работы я вскрыл немало блоков питания и всегда впечатлялся количеством компонентов, которые могут быть упакованы в небольшой настольный блок питания. Эти устройства просто понижали и выпрямляли переменный ток в постоянный, верно? К сожалению, как и в большинстве электронных систем, все не так просто, особенно если учесть способ работы реальных компонентов блока питания.

Независимо от того, нужно ли вам спроектировать блок питания низкой мощности или систему высокой мощности с несколькими ступенями регулирования, вам понадобится ряд компонентов блока питания для преобразования, фильтрации, регулирования и управления. Мы составили краткий список некоторых компонентов, которые вам понадобятся в вашей системе питания, а также важные характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе компонентов.

Важные компоненты блока питания

Все компоненты в блоке питания важны, но еще важнее группировать компоненты по задачам в системе регулирования питания. Если вы работаете с низкой мощностью и вам нужен только регулятор на интегральной схеме, то для этого есть блог. Посмотрите эту статью, чтобы узнать, как выбрать регулятор напряжения.

В противном случае ваша задача - выбрать правильные компоненты, которые будут находиться на каждой стадии системы так, чтобы она могла работать без термического или электрического отказа. Некоторые компоненты универсально необходимы (например, пассивные и силовые MOSFET) на нескольких стадиях системы питания, поэтому мы постараемся помочь новым разработчикам систем питания ознакомиться с этими моментами. Давайте рассмотрим по порядку от входа к выходу большой системы питания и кондиционирования и некоторые компоненты, необходимые на каждой стадии.

Вход: Выпрямление и Фильтрация

На входе вам понадобится фильтрация для удаления общемодовых помех, проникающих на выход. Если вы планируете использовать систему постоянного тока от источника переменного тока (например, от генератора) или от сети переменного тока (сетевое питание), вам понадобится выпрямление, если вы питаете систему постоянного тока. Интегральные схемы мостового выпрямителя доступны для средних мощностей (высокое напряжение/низкий ток). Системы с очень высоким током не могут работать через ИС, поэтому потребуется ряд специальных компонентов.

Для выпрямительных диодов и ИС следите за прямым напряжением/током и обратным напряжением пробоя. Вы хотите убедиться, что входная мощность достаточно смещает диоды в мосту в прямом направлении, но не вызывает пробоя при обратном смещении. Для фильтров следует обращать внимание на коэффициент подавления общемодовых помех (CMRR) и сопротивление постоянному току выводов. Вы хотите убедиться, что падение напряжения IR как можно ниже, сохраняя при этом CMRR достаточно высоким.

Кондиционирование: Коррекция коэффициента мощности и стадии регулирования

Для систем с низким энергопотреблением, даже если они получают энергию от сети, вам следует использовать микросхему коррекции коэффициента мощности (PFC). Это требование стандартов IEC и поможет поддерживать высокую эффективность ваших последующих ступеней регулятора. Системы с высокой мощностью имеют те же требования, поэтому им также нужна ступень PFC, возможно, с выпрямлением для преобразования AC-DC

Первая ступень регулирования для системы питания AC-DC появляется после схемы PFC и обеспечивает первую ступень преобразования высокой мощности в желаемый выход. В системах AC-DC первая ступень регулятора эффективно преобразует оставшиеся пульсации от выпрямления и заменяет их высокочастотным шумом на стабильном выходе DC. Последующие ступени регулирования затем увеличивают или уменьшают мощность по мере необходимости для обеспечения необходимого напряжения или тока различным подсистемам.

Здесь важны значения входного/выходного напряжения и тока, но также важна и эффективность.

Пример применения схемы PFC Renesas ISL6731BFBZ-T. Подобные схемы могут быть построены из дискретных компонентов для систем высокой мощности. Взято из технического описания ISL6731BFBZ-T.

Обратная связь и управление

Вот где дизайн источников питания становится действительно интересным. Область обратной связи системы - это одна из областей, где энергия должна быть возвращена на более раннюю ступень регулятора или датчика для управления преобразованием. Здесь речь идет о том, чтобы всегда обеспечивать стабильное питание системы, пока напряжение питания выше некоторого минимума. Создание петли обратной связи и управления требует изоляции, а также специального драйвера для регулировки выхода на любой из ступеней регулятора.

При выборе этих компонентов есть множество различных характеристик, на которые следует обратить внимание. Для компонентов в петле обратной связи, где выход должен быть ощущен и использован для обеспечения точного управления, вероятно, наиболее важными являются характеристики входного напряжения/тока. Для схем драйверов/управления ШИМ вам нужно будет согласовать частоту ШИМ с идеальным значением для секции регулятора. Также важны рейтинги защиты от ЭСР, поскольку необходимо обеспечить, чтобы система не вышла из строя в случае опасного разряда в контуре управления.

Использование UCC24612 от Texas Instruments в низковольтной синхронной выпрямительной схеме. Из технического описания UCC24612.

Другие компоненты источников питания

Другие компоненты, которые могут понадобиться в источнике питания, включают в себя различные пассивные элементы, которые присутствуют во всех вышеупомянутых разделах в той или иной форме. Если вы разрабатываете пользовательский преобразователь/регулятор напряжения для мощного регулятора, скорее всего, вам понадобится десятки конденсаторов. В недавнем проекте для беспилотного транспортного средства мы использовали более 100 конденсаторов только в секции регулирования мощности, чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение.

Когда вам нужно выбрать компоненты для источника питания, вам нужен поисковик с расширенными функциями поиска и фильтрации. Octopart предлагает вам полное решение для поиска электронных компонентов и управления цепочками поставок, и вы получите доступ к широкому ассортименту компонентов для различных приложений. Посмотрите нашу страницу интегральных схем управления питанием, чтобы найти некоторые специализированные компоненты, которые вам понадобятся для вашего следующего регулятора напряжения.

Оставайтесь на связи с нашими последними статьями, подписавшись на нашу рассылку.