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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA SMPS em cascata flyback, 220/12,6 volts 0,5 amperes. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação O artigo apresentado à atenção dos leitores fornece uma descrição do princípio de operação e um circuito prático de um SMPS baseado em um conversor de tensão em cascata flyback. A ausência de surtos de tensão no dreno do transistor chaveador de efeito de campo permite reduzir os requisitos para sua tensão máxima permitida. Fonte de alimentação chaveada de rede, cujo circuito é mostrado na Fig. 1, refere-se aos chamados conversores flyback, mas o circuito de seu estágio de saída difere significativamente do flyback “clássico”. Pode-se notar que no circuito de drenagem do transistor VT1 não há circuito de amortecimento diodo-capacitor resistivo; um enrolamento separado do transformador de pulso não é necessário para alimentar o controlador e, em vez disso, são usados dois dispositivos separados de armazenamento de energia - indutor L2 e transformador de isolamento T1.
No estágio de saída, cujo diagrama simplificado é mostrado na Fig. 2, o processo de transferência de energia pode ser dividido em duas etapas. No primeiro, a energia se acumula no campo magnético do indutor L1 durante o curso direto e é transmitida através do diodo aberto VD1 ao capacitor C1 durante o curso reverso. Ao final do curso reverso, o capacitor C1 estará carregado assim. que seu forro superior de acordo com o esquema adquirirá um potencial negativo em relação ao inferior. No segundo estágio, durante o próximo curso direto, o capacitor C1 carregado através do transistor aberto VT1 e do diodo VD2 será conectado ao enrolamento primário do transformador T1 e começará a descarregar. Neste momento, a energia é acumulada no campo magnético do transformador T1 e, finalmente, durante o próximo curso reverso, a energia é transferida para a saída através de um retificador no diodo VD3 e no capacitor de suavização C2.
Agora vamos analisar o funcionamento do SMPS (ver Fig. 1) com mais detalhes. Uma ponte retificadora é montada nos diodos VD1-VD4, os capacitores C4, C5 suavizam as ondulações da tensão retificada. Como os processos de armazenamento de energia são combinados, a corrente total do indutor L1 e do enrolamento primário do transformador T2 flui através do transistor aberto VT1. A corrente em L2 aumenta linearmente sob a ação da tensão retificada, e sua taxa de aumento é determinada por esta tensão e pela indutância do indutor. A corrente também aumenta linearmente no enrolamento primário T1, e a capacitância do capacitor C9 é escolhida de tal forma que durante o curso direto a tensão nele muda insignificantemente. Esta componente da corrente do transistor tem o mesmo sentido da corrente do indutor, pois uma tensão de polaridade negativa é aplicada ao terminal superior do enrolamento primário do transformador T1. Quando a corrente através do transistor VT1 atinge um determinado valor, a tensão através do resistor R9, que atua como um sensor de corrente, fará com que o controlador de controle DA1 comute e o transistor de efeito de campo feche. Notemos como desvantagem o fato de que no mesmo nível de potência de um conversor flyback “clássico”, a corrente do transistor aqui é maior. As vantagens do dispositivo aparecem no estágio reverso - à medida que o transistor de efeito de campo VT1 fecha, a corrente do indutor L2, devido à fem de autoindução, carrega o capacitor C9. Como a tensão neste capacitor não pode mudar instantaneamente, o processo transitório no dreno do transistor ocorre suavemente, não há pico de tensão, portanto não há necessidade de usar um circuito capacitor resistivo de diodo de amortecimento, o que reduz significativamente a eficiência de a fonte de alimentação em valores baixos de potência de saída. Com o início do curso reverso, o processo de acumulação de energia no transformador T1 é interrompido, e a tensão em seu enrolamento primário, que era negativa durante o curso direto, passará a ser positiva devido à autoindução - o diodo VD6 abrirá, fornecendo alimentação tensão para o controlador DA1. e diodo VD9. alimentando a carga. Quando conectado à rede, a tensão de alimentação do controlador é inicialmente fornecida através do circuito R6C8 e é limitada pelo diodo zener VD5 a 15 V. O resistor R10 limita a corrente deste diodo zener em estado estacionário, e o indutor L1 protege adicionalmente os circuitos de potência do controlador de surtos de tensão. A frequência de conversão é definida pelos elementos R4, C3 e é de cerca de 62 kHz. A tensão de saída é controlada usando o optoacoplador U1 e é regulada alterando o ciclo de trabalho dos pulsos de controle fornecidos à porta do transistor VT1. O SMPS fornece uma tensão de saída de 12,6 V com uma corrente de até 0,5 A. A instabilidade da tensão de saída não excede ± 2,5% e sua ondulação na frequência de conversão não excede 100 mV. A eficiência com uma potência de saída de 6 W não é inferior a 0,72. Quando a carga é desconectada, o SMPS opera em modo de reinicialização e a tensão de saída não aumenta. A carga mínima na qual entra no modo de estabilização pode ser um LED de indicação. A corrente consumida da rede neste modo é reduzida para alguns miliamperes. O dispositivo foi montado em dois protótipos de placas de circuito impresso. Em um deles está o controlador DA1 com os elementos relacionados a ele, no segundo - o restante. As placas são conectadas entre si por fios de comprimento mínimo possível. A placa controladora usa resistores e capacitores de montagem em superfície de tamanho 1206. Os capacitores C5, C9 - K73-17, C4, C11 são capacitores de óxido adequados em tamanho e tensão operacional. O indutor L1 é EC24, o resistor R9 é composto por dois conectados em paralelo e R5 é composto por dois conectados em série. Substituiremos o transistor IRF830 por outra chave de efeito de campo com uma tensão de fonte de dreno permitida de 500 V, uma corrente de 4,5 A e uma resistência de canal aberto de não mais que 1,5 Ohms. Nenhum dissipador de calor é necessário para o transistor. O dispositivo usa um microcircuito UCC38C44D da Texas Instruments. Com pequenas alterações no circuito, você pode usar controladores semelhantes de outras famílias, incluindo o UC3844A. É importante que o ciclo de trabalho máximo dos pulsos de saída seja de 50%. Para a fabricação do indutor L2 e do transformador T1, foi utilizado um núcleo magnético em forma de W EFD15 de pequeno porte da Epcos, material nº 87, completo com moldura padrão. A indutância de uma volta é 100 nH. O Choke L2 contém 130 voltas de fio PEV-2 0,2, disposto em quatro camadas e tem indutância de 1,7 mH. Você também pode usar um indutor pronto com corrente de saturação de 0,3...0,4 A, por exemplo, SDR1006-152KL da Bourns. O transformador T1 contém dois enrolamentos de 36 voltas de fio PEV-2 0,35, isolados um do outro por duas camadas de fita de poliéster. a indutância de cada enrolamento é 0,12 mH. A utilização destes núcleos magnéticos permite obter uma altura do dispositivo montado de cerca de 10 mm. Para um transformador, também é permitido usar um núcleo magnético em anel feito de material MP-140 com diâmetro externo de 18 mm; a eficiência diminuirá em 2...2,5%. Neste caso, o número de voltas deve ser aumentado para 50, sendo mais conveniente enrolar os enrolamentos com fio duplo dobrado com isolamento de alta qualidade, por exemplo, MC16-14 ou MP37-12. Um transformador feito desta forma tem uma indutância de fuga menor e o dispositivo funciona de forma mais estável com ele. Como a maioria dos elementos do dispositivo estão sob tensão de rede, para configuração e teste é aconselhável utilizar um transformador isolante adequado à alimentação, conectando uma carga equivalente à saída do SMPS que está sendo configurado. Primeiramente, você deve certificar-se de que o controlador e seus circuitos estão em boas condições de funcionamento, para isso, sem conectar o dispositivo à rede, aplique temporariamente uma tensão constante de 13...14 V entre os terminais de alimentação do controlador. o transistor VT1 deve conter pulsos - uma onda quadrada com uma frequência de conversão. O dispositivo não requer seleção de elementos ou configuração. Você pode alterar a tensão de saída dentro de pequenos limites selecionando o resistor R11 (1,2 kOhm). Após conectar uma carga nominal à saída, verifique a tensão de saída e, sem desligar o SMPS, curto-circuite sua saída. A corrente média consumida da rede deve diminuir, o que indica funcionamento normal dos circuitos de proteção. Autor: V. Sokol, vila de Chashnikovo, distrito de Solnechnogorsk, região de Moscou.
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