Diseño de interruptor de potencia de salida multicanal1 Introducción Para los sistemas electrónicos modernos, incluso el sistema electrónico más simple compuesto por una computadora de un solo chip y un único circuito de interfaz de E/S, el voltaje de la fuente de alimentación Generalmente consta de 5 V, 15 V o 12 V, y para sistemas electrónicos más complejos, el voltaje de suministro real es aún mayor. Actualmente se compone principalmente de los siguientes voltajes: 3.3V, 5v, 15V, 12V, -5v, 9v, 18V, 24V, 27V, 60V, 135V, 35V. Los diferentes sistemas electrónicos no solo tienen requisitos estrictos sobre las combinaciones de voltaje anteriores, sino que también tienen requisitos estrictos sobre muchas características eléctricas de estos voltajes de suministro de energía, como la precisión del voltaje, la capacidad de carga de voltaje (corriente de salida), la ondulación y el ruido del voltaje, el retraso de inicio, tiempo de subida, tiempo de recuperación, sobreimpulso de voltaje, tiempo de retardo de apagado, respuesta de carga escalonada, respuesta lineal escalonada, tasa de ajuste cruzado, interferencia cruzada, etc. 2 Fuente de alimentación de salida multicanal Para los usuarios de fuentes de alimentación, generalmente esperan que el producto de fuente de alimentación que elijan sea "infalible", es decir, siempre que la carga no exceda el voltaje máximo de la fuente de alimentación, sin importar cómo Las características de carga del sistema cambian, el voltaje de la fuente de alimentación de cada canal sigue siendo preciso. Es solo que en este sentido, la mayoría de las fuentes de alimentación de salidas múltiples actuales no son satisfactorias. Para explicar con más detalle las características de una fuente de alimentación de salida multicanal, primero comience con el diagrama de bloques de una fuente de alimentación conmutada de salida multicanal que se muestra en la Figura 1. Como puede verse en la Figura 1, solo el circuito principal Vp forma realmente un control de circuito cerrado, y otros circuitos auxiliares como Vaux1, Vaux2, etc. están en un estado fuera de control. Según la teoría de control, no importa cómo cambien la entrada y la salida (incluidos cambios de voltaje, cambios de carga, etc.), solo Vp puede garantizar una precisión bastante alta (generalmente mejor que 0,5) bajo la acción del control de retroalimentación de bucle cerrado. ), es decir, Vp depende en gran medida sólo del voltaje de referencia y la relación de muestreo. Para Vaux1 y Vaux2, su precisión depende principalmente de los siguientes aspectos: 1) La relación de espiras del transformador principal t1, depende principalmente de NP1: NP2 o NP1: NP32) La carga del circuito auxiliar. 3) La carga del circuito principal. Nota: Si se configuran los tres puntos anteriores, el impacto de los cambios de voltaje de entrada en el circuito auxiliar es muy limitado. Con respecto a los tres puntos anteriores, como convertidor de fuente de alimentación conmutada específico, se ha establecido la relación de vueltas del transformador principal, por lo que el factor más importante que afecta la precisión del voltaje de salida del circuito auxiliar es la condición de carga del circuito principal y del circuito auxiliar. En los productos de fuente de alimentación conmutada, existen indicadores técnicos especiales para explicar y estandarizar esta característica de la fuente de alimentación, es decir, la tasa de regulación de carga cruzada. Para explicar mejor este problema, a continuación se presenta el método de cálculo de la tasa de ajuste de carga cruzada. 2.1 Pasos para calcular la tasa de regulación de carga cruzada de múltiples salidas del convertidor de potencia 1) La conexión del equipo del instrumento de prueba se muestra en la Figura 2. 2) Ajuste el voltaje de entrada del convertidor de potencia bajo prueba al valor nominal, cierre los interruptores S1 y S2...Sn, ajuste la corriente de salida de cada canal del convertidor de potencia bajo prueba al valor nominal, mida el voltaje de salida Uj del canal J y utilice Mida el voltaje de salida de otros canales de la misma manera. 3) Ajuste la corriente de carga de salida de todos los canales excepto el j-ésimo canal al valor mínimo y mida el voltaje de salida ULj del j-ésimo canal. 4) Calcule la tasa de ajuste de carga transversal SIL de la J-ésima carretera de acuerdo con la fórmula (1). Entre ellos: δUj es el valor absoluto de la diferencia entre Uj y otros voltajes de salida ULj cuando la corriente de carga es mínima; Uj es el voltaje de salida del canal j cuando la corriente de salida de cada canal es nominal. De acuerdo con los métodos de prueba y cálculo anteriores, la tasa de regulación de carga cruzada puede entenderse como el porcentaje del impacto de los cambios de paso de carga (100-0) de todos los demás circuitos de salida en la precisión del voltaje de salida de este circuito. 2.2 Fuente de alimentación conmutada de salida multicanal La fuente de alimentación conmutada real consta del principio de la Figura 1. El circuito de control principal solo retroalimenta el voltaje de salida principal y otros circuitos auxiliares se liberan por completo. En este momento, se supone que la relación de potencia de los circuitos principal y auxiliar es 1:1. A juzgar por las mediciones reales, la tasa de regulación de carga cruzada del circuito principal es mejor que 0,2 y la tasa de regulación de carga cruzada del circuito auxiliar es superior a 50. Ni los diseñadores ni los usuarios de fuentes de alimentación conmutadas pueden aceptar ajustes de carga cruzada superiores a 50. La forma más directa de reducir la tasa de regulación de carga cruzada del circuito auxiliar es agregar un regulador lineal (incluido un regulador de tres terminales y un regulador de tres terminales de bajo voltaje) al circuito auxiliar, como se muestra en la Figura 3.

Se puede ver en la Figura 3 que debido a la introducción del regulador lineal V, una parte de la pérdida de potencia se agrega al circuito auxiliar y la pérdida de potencia es P=. Para que la tasa de regulación de carga cruzada del circuito auxiliar sea pequeña, es necesario aumentar conscientemente la diferencia de voltaje del regulador lineal, es decir, aumentarla conscientemente. Esto tiene la desventaja de aumentar la pérdida de energía y reducir la eficiencia energética. . Al diseñar y aplicar la fuente de alimentación de acuerdo con los principios de la Figura 1 y la Figura 3, se debe prestar atención a los siguientes principios: 1) La corriente real utilizada por el circuito principal debe ser al menos el 30 de la corriente de salida total máxima; ) La precisión del voltaje del circuito principal debe ser mejor que 0,5; 3) La potencia del circuito auxiliar es preferiblemente inferior al 50% de la potencia del circuito principal 4) La tasa de ajuste de carga cruzada del circuito auxiliar no lo es; mayor que 10. 2.3 En muchas aplicaciones, la fuente de alimentación conmutada de múltiples salidas mejorada requiere que la potencia de las dos salidas sea básicamente igual, como 12 V/0,5 A, 15 V/1 A. A través de años de práctica, hemos diseñado el circuito que se muestra en la Figura 4, que puede lograr mejor el propósito de mejorar la tasa de regulación de carga cruzada. El núcleo de la idea de diseño del circuito en la Figura 4 son los dos puntos siguientes. 1) Los inductores de filtro de salida positivo y negativo L1 y L2 están enrollados en el mismo núcleo magnético, utilizando el método de bobinado de doble cable para hacer que los inductores de L1 y L2 sean exactamente iguales. Y preste atención a la relación de fases durante el cableado real (método de modo diferencial). Este método de conexión del inductor de filtro hace que los cambios en las dos corrientes de salida se induzcan entre sí, lo que mejora en gran medida la tasa de regulación de carga cruzada de las dos salidas hasta cierto punto. 2) Como puede verse en la Figura 4, los comparadores de muestreo Rs1 y Rs2 no están conectados al circuito principal Vp como en la Figura 1, sino que están conectados directamente a los terminales de salida de las fuentes de alimentación positiva y negativa La "tierra" lógica. no es el terminal de salida de la fuente de alimentación, pero utiliza el terminal de salida de voltaje negativo como potencial lógico de "tierra" para la comparación de muestreo y el voltaje de referencia. De esta manera, el error de muestreo reflejará simultáneamente los cambios en la precisión del voltaje de las salidas positiva y negativa, y también tendrá un efecto de retroalimentación en las salidas positiva y negativa, lo que puede mejorar en gran medida la tasa de ajuste de carga cruzada de las dos salidas. Tomando como ejemplo la fuente de alimentación de 15 V/1 A, utilizando el diseño del circuito en la Figura 4, la tasa de regulación de carga cruzada bidireccional medida es mejor que 2. Al diseñar y aplicar la fuente de alimentación según el principio de la Figura 4, los principios a los que se debe prestar atención son: 1) Los dos canales son preferiblemente salidas simétricas (simetría de potencia y simetría de voltaje), y no existe una distinción obvia entre los Circuitos principales y auxiliares, como los comúnmente utilizados de 12V y 15V. 2) Los requisitos de precisión para los dos voltajes de salida no son demasiado altos, aproximadamente 1. 3) La tasa de ajuste cruzado de las dos salidas es relativamente alta, aproximadamente 2. El siguiente es un diseño de fuente de alimentación de tres vías muy versátil, como se muestra en la Figura 5. Como se puede ver en la Figura 5, los circuitos de salida principal de 5 V y Vout auxiliar (pueden ser de 15 V o 12 V) no solo son independientes en retroalimentación, sino también independientes en PWM (modulador de ancho de pulso), conversión de energía y transformador. Las tres fuentes de alimentación se pueden considerar como combinaciones independientes de la fuente de alimentación de 1 5 V y la fuente de alimentación de 1 Vout. Para reducir aún más la interferencia mutua entre ellos y el valor pico a pico de sus respectivas ondulaciones de voltaje de salida, la ondulación reflejada de entrada de cada fuente de alimentación independiente debe reducirse aún más (generalmente el valor pico a pico de la ondulación debe ser inferior a 50 mV y el valor efectivo de la ondulación debe ser inferior a 10 mV) y se debe adoptar el modo de trabajo. 2.4 Regulador de amplificación magnética de alta frecuencia En fuentes de alimentación de múltiples salidas, los reguladores de amplificación magnética de alta frecuencia se utilizan a menudo en los circuitos de salida. Debido a su bajo costo, alta eficiencia, alta precisión de estabilización de voltaje y alta confiabilidad, han ganado popularidad. en fuentes de alimentación reguladas de múltiples salidas. Amplia gama de aplicaciones. Los amplificadores magnéticos permiten un control preciso de las fuentes de alimentación conmutadas, mejorando así su estabilidad. El núcleo magnético de un amplificador magnético puede estar hecho de materiales nanocristalinos (también llamados ultramicrocristalinos) de aleación permanente, ferrita o amorfos. Los materiales magnéticos blandos amorfos y nanocristalinos tienen una alta permeabilidad magnética, una alta relación de cuadratura y una estabilidad ideal a altas temperaturas. Cuando se aplican a amplificadores magnéticos, proporcionan una precisión de regulación de salida incomparable y logran una mayor eficiencia operativa, por lo que son muy populares. Además de las características anteriores, los núcleos magnéticos amorfos y nanocristalinos también tienen las siguientes ventajas: 1) baja permeabilidad de saturación; 2) baja coercitividad; 3) pequeña corriente de recuperación; 4) pequeña pérdida del núcleo; regulador de voltaje de salida; Interruptor de potencia de tiristor o semiconductor, se conecta un estrangulador saturable en serie al extremo de salida del rectificador (como se muestra en la Figura 6), por lo que su pérdida es muy pequeña. Como puede verse en la Figura 6, la clave del regulador del amplificador magnético es el inductor de saturación controlable Lsr y el circuito de reinicio. ¿La inductancia de saturación controlable consta de un rectángulo B? El núcleo del bucle en forma de H y sus devanados funcionan como devanados de trabajo y de control.