Proiectarea sursei de comutare pentru blogul NWES de înaltă tensiune și curent
Proiectarea sursei de comutare pentru tensiune și curent ridicat
De la circuite integrate la surse de alimentare mari de la componente discrete, următorul PCB va avea nevoie de un fel de schemă de reglare a puterii pentru a funcționa corect. Ne place să credem că sursele de alimentare asigură o ieșire continuă de curent alternativ sau continuu, dar acest lucru nu este aproape niciodată cazul. Sistemele analogice de precizie și sistemele digitale necesită o tensiune stabilă, previzibilă, cu eficiență ridicată.
Având în vedere acest lucru, ce determină eficiența, stabilitatea și puterea de ieșire în proiectarea sursei de alimentare de comutare? Putem reduce acest lucru în cinci zone:
- Topologia convertorului de comutare
- Circuite de susținere
- Selectarea componentelor
- Frecvența de comutare
- Impedanță PDN
Ultimele două puncte de mai sus sunt de obicei gânduri ulterioare în proiectarea sursei de alimentare cu comutare, dar sunt cele mai importante pentru sistemele de nivel scăzut, cum ar fi dispozitivele IoT de putere redusă și sistemele analogice de precizie. Iată ce trebuie să știți despre proiectarea sursei de alimentare cu comutare.
Sfaturi pentru proiectarea sursei de alimentare cu comutare
Sisteme DC de nivel scăzut
O sursă de alimentare tipică de comutare pentru sistemele digitale cu putere redusă/nivel scăzut poate conține circuite de control într-un pachet mic IC. În acest caz, principala dvs. preocupare este să vă asigurați că intrarea dvs. nereglementată rămâne în intervalul corect. Pentru sistemele alimentate cu baterie, tensiunea bateriei va scădea odată cu descărcarea bateriei, deci trebuie să vă asigurați că ieșirea va rămâne la tensiunea/curentul dorit pentru a menține sistemul în funcțiune. O topologie tipică este plasarea unui regulator LDO în etapa de ieșire, care să asigure o tensiune și un curent de ieșire consecvente, atâta timp cât tensiunea sa de intrare este peste nivelul necesar. În general, trebuie să plasați circuitele de filtrare EMI de intrare și ieșire, precum și inductorul și condensatorul necesare pentru reglarea puterii de ieșire. Citiți acest articol pentru a afla mai multe despre diversele topologii ale convertorului DC-DC pe care le puteți utiliza, precum și despre modul în care ieșirea se raportează la ciclul de funcționare și la ondularea ieșirii.
Sisteme de mare putere
Pentru tensiune înaltă/curent scăzut sau pentru tensiune scăzută/curent mare, există circuite integrate de reglare de comutare pe care le puteți achiziționa, care vor include circuitele de reglare de care aveți nevoie. În acest caz, trebuie să urmați aceeași strategie pentru aspectul și selecția componentelor pe care le-ați face atunci când lucrați la putere redusă. Sunt disponibile circuite integrate cu regulator de comutare care oferă o gamă de puteri de ieșire și pot accepta o gamă largă de intrări.
Pentru sistemele de mare putere (tensiune înaltă și curent mare), situația este destul de diferită. Va trebui să dispuneți de la zero fiecare bloc funcțional din designul sursei de alimentare de comutare. În general, va trebui să luați în considerare următoarele aspecte de proiectare pentru a face sistemul să producă puterea dorită:
- Generator PWM. Aceasta setează ieșirea pentru o topologie de tip buck, boost, buck-boost sau alt tip de convertor la un nivel specific, în funcție de ciclul de funcționare. În circuitele integrate de regulare moderne, generatorul PWM poate fi programabil și poate fi integrat în convertor. În alte cazuri, puteți furniza semnalul PWM cu un MCU sau un generator IC separat.
- Circuite de control cu feedback. Circuitele de control se bazează, în general, pe feedback pentru un control precis, iar proiectarea sursei de alimentare de comutare nu diferă. Sistemele de mare putere utilizează în mod normal un amplificator de curent pentru a verifica dacă ieșirea de curent este la nivelul dorit. Amplificatorul de ieșire este apoi utilizat de un generator PWM sau MCU pentru a regla tensiunea de ieșire ajustând ciclul de funcționare al semnalului PWM.
- Componente robuste. Ultimul lucru de care aveți nevoie este ca sistemul dvs. de alimentare să nu funcționeze, deoarece componentele dvs. nu ar putea suporta curentul/tensiunea pe care trebuie să le furnizeze. Semiconductorii (în special FET-urile utilizate la comutarea surselor de alimentare) pot eșua dacă sunt suprasolicitați la niveluri extreme (eșec termic).
- Gestionarea termică. Chiar și un regulator de putere eficient la 99% va atinge o temperatură ridicată dacă căldura nu este disipată din sistem. Menținerea sistemului la rece necesită, în general, radiatoare, ventilatoare sau ambele.