OBSAH SEZNAM POUŽITÝCH ZNAČ EK A S Y M B O L Ů ..................13 Ú V O D ............................................................................................. 19 1
POPIS ČINNOSTI OBVO DŮ T O P S W IT C H .......................... 23
1.1
P o p is č in n o s ti o b v o d ů TOP100-104 ......................................................... 24
1.1.1 1.1.1.1 1.1.2 1.1.2.1 1.1.2.2 1.1.2.3 1.1.2.4 1.1.2.5 1.1.2.6 1.1.2.7 1.1.2.8 1.1.2.9 1.1.2.10 1.1.2.11 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.1.8
Popis ob vo d ů ......................................................................................................24 Popis funkce jednotlivých v ý v o d ů ................................................................. 25 Popis funkce o b v o d ů ........................................................................................ 26 Řídicí napětí o b v o d ů ........................................................................................ 27 Reference typu b a n d g a p ................................................................................. 28 O s c ilá to r............................................................................................................. 28 Pulzně šířkový m odulátor (P W M )...................................................................29 Budič hradla tranzistoru M O S F E T ................................................................ 29 Chybový zesilovač ( E A ) .................................................................................. 29 Proudové om ezení v každém cyklu č in n o s ti................................................29 Start o b v o d ů .......................................................................................................30 Vypínání vlivem zpětné v a z b y ........................................................................ 30 Ochrana proti p ře h řá tí...................................................................................... 30 Vysoké napětí zpětnovazebního proudového v s tu p u ................................30 Zpětnovazební zdroj 5 V/5 W s T O P 1 0 0 ...................................................... 31 Zdroj 7,5 V/15 W se zpětnou vazbou o p tro n e m .......................................... 32 Zdroj 15 V/30 W s přesnou zpětnou vazbou op tro n e m ..............................33 Preregulátor zvyšující vstupní napětí 110 V na výstupní 265 V ............... 34 Aplikační doporučení obvodů T O P S w itch.................................................... 35 Parametry obvodů TO P 100-104 ................................................................... 36
1.2
P o pis č in n o s ti o b v o d ů TOP200-204, 2 1 4 ................................................. 38
1.2.1 1.2.2
Popis o b vo d ů ...................................................................................................... 38 Parametry o b v o d ů ............................................................................................. 39
1.3
P o p is č in n o s ti o b v o d ů T O P 2 0 9 -2 1 0.......................................................... 40
1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4
Popis o b v o d ů ...................................................................................................... 41 Popis v ý v o d ů ...................................................................................................... 41 Aplikační dop oru če n í.........................................................................................4 1 Parametry o b v o d ů ............................................................................................. 4 2
1.4
P o p is č in n o s ti o b v o d ů T O P 2 2 1 -2 2 7 ...........................................................43
1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4
Popis o b vo d ů ...................................................................................................... 4 3 V ýběr typu o b v o d u ............................................................................................ 4 3 Popis v ý v o d ů .......................................................................................................4 3 Dvojitý zdroj 5 V a 12 V/4 W .............................................................................44
1.4.5 1.4.6 1.4.7 1.4.8
Univerzální zdroj 12 V/20 W .............................................................................45 Aplikační p o d m ín k y ........................................................................................... 46 Nahrazení obvodů TOPSwitch obvody T O P S w itc h -ll................................ 46 Parametry obvodů T O P S w itch -ll.................................................................... 47
1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.2.1 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.5.6 1.5.7 1.5.8 1.5.9 1.5.10 1.5.11 1.5.12 1.5.13 1.5.14 1.5.15 1.5.16 1.5.17 1.5.18 1.5.19 1.5.20 1.5.21 1.5.22 1.5.23 1.5.24 1.5.25 1.5.26
P o p is č in n o s ti o b v o d ů T O P 2 3 2 -2 3 4 .......................................................... 48 Popis o b v o d ů ...................................................................................................... 50 Funkce v ý v o d ů ................................................................................................... 51 Činnost řídicího v ý v o d u .....................................................................................53 Oscilátor a spínací k m ito č e t.............................................................................55 Pulzně šířkový m odulátor (PW M) a m axim ální střída s p ín á n í................. 55 Minimální střída spínání a přerušovaný re ž im .............................................56 Chybový zesilovač ............................................................ 56 Proudové om ezení na čipu s externím n a sta ve n ím ....................................57 Detekce podpětí (U V ).......................................................................................58 Detekce přepětí ( O V ) ........................................................................................ 59 Omezení maximální střídy D C ^ ................................................................... 59 Vnější vypínání a zapínání (O N/O FF) a synchronizace .............................60 Měkký start z d ro je ..............................................................................................61 Vypnutí a autorestart z d ro je .............................................................................62 Tepelná ochrana s h y s te re z í........................................................................... 62 Reference typu b a n d g a p .................................................................................. 62 Proud vlastní spotřeby při vysokonapěťovém n a p á je n í.............................62 Použití vývodů FREQUENCY a M U LTIFU N C TIO N ....................................63 Zdroj s výkonem 30 W ...................................................................................... 69 Zdroj s výkonem 35 W a vícenásobným v ý stu p e m ......................................70 Zdroj o výkonu 17 W a pohotovostním re žim e m ......................................... 72 Procesorem řízené zapínání a vypínání z d ro je ............................................73 Srovnání obvodů řady TO PSwitch-FX s obvody TO PSwitch-ll ............... 74 Pokyny к návrhu zdroje s obvody T O P S w itch-F X ....................................... 75 Rozmístění součástek na plošném s p o ji....................................................... 77 Parametry obvodů řady TOP232-234 ........................................................... 79 Výběr obvodu pomocí g ra fů .............................................................................82
1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.2 1.6.3
P o p is č in n o s ti o b v o d ů T O P 4 1 2 -4 1 4...........................................................88 Popis o b v o d ů .......................................................................................................88 Zdroj 5 V /2 A ........................................... 89 Aplikační dop o ru če n í......................................................................................... 90 Parametry obvodů T O P 4 1 2 -4 1 4 ..................................................................... 91
1.7
P o p is č in n o s ti o b v o d ů T O P 2 4 2 -2 4 9 ...........................................................92
1.7.1 1.7.2 1.7.3 1.7.4 1.7.5 1.7.6
Popis funkce jednotlivých v ý v o d ů ...................................................................93 Popis činnosti o b v o d ů ....................................................................................... 95 Parametry o b v o d ů ............................................................................................103 Zdroj 12 V/2,5 A ................................................................................................ 104 Zdroj 70 W /19 V ............................................................................................... 106 Zdroj 250 W /48 V/5,2 A ...................................................................................107
Zdroj 60 W s vícenásobným i v ý s tu p y ................................................ Rozložení s o u č á s te k ............................................................................
. 108 110
NÁVRH ZPĚTNO VAZEBNÍHO OBVODU ..................
113
Z ákla dní p rin c ip y zp ě tn o v a z e b n íc h o b v o d ů p ro T O P S w itc h . Zpětnovazební zapojení z d ro je .......................................................... Lineární napájecí z d ro je ...................................................................... Spínané z d ro je ...................................................................................... Teorie zpětné v a z b y ............................................................................. Ideální model nespojitého re ž im u ..................................................... Ideálni model spojitého re žim u ........................................................... Neideální model (nespojitý i spojitý mód č in n o s ti).........................
. 114
P o s tu p n á v r h u ..................................................................................... Postup krok za kro k e m ........................................................................
.125 . 127
Je d n o d u c h á zpětn á vazba u o b v o d ů T O P 2 0 0 ...........................
.149
. 114 . 116 116 . 118 . 118 . 120 , 122
Jednoduchý zdroj s napětím 5 V a obvodem TOP200 .................
. 149
Z a p o je n í bez zp ě tn é v a z b y .............................................................. Zdroj bez zpětné vazby 5,1 V /20 m A ...............................................
.157 . 158
Ú č in n o s t zp ě tn o v a z e b n íh o z a p o je n í s o b v o d e m TO P S w itch Zdroj 24 V/34 W .................................................................................... Účinnost zdroje STA204A s obvodem T O P S w itch ......................... Měřicí technika účin n osti..................................................................... Návrh pro vyšší ú čin n o st..................................................................... Špičková hodnota primárního proudu ve spojitém a nespojitém re ž im u .......................................................
. 160
KONSTRUKCE TRANSFO RM ÁTO RU .......................
185
K o n s tru k č n í m a te riá ly tr a n s fo rm á to rů .........................................
. 187
. 160 . 163 . 164 . 166 . 181
M etody k o n s tru k c e tr a n s fo rm á to rů ..............................................
. 188
Vinutí s definovanými o k ra ji................................................................ Konstrukce transform átoru při použití trojitě izolovaných vodičů . Technika konstrukce tra n sfo rm á to ru ................................................ Technika vícenásobných výstupů tra n sfo rm á to ru..........................
. . . .
P rogram p ro k o n s tru k c i tr a n s fo rm á to ru ..................................... Parametry programu, použité pro specifikaci tra n sfo rm á to ru ..... Postup kroků konstrukce tra n s fo rm á to ru .........................................
. 198 . 199 . 199
P říkla d y k o n s tru k c e tra n s fo rm á to rů p ro z d ro j 12 V /15 W ...... Vstupní param etry program u .............................................................. Příklad konstrukce transform átoru s okraji v in u tí........................... Příklad konstrukce transform átoru s trojitě izolovanými vodiči ...
.2 0 4 . 204 .2 0 8 .2 1 3
P rogram p ro n á v rh z p ě tn o v a z e b n íh o tra n s fo rm á to ru ............
.2 2 0
188 190 191 194
4
NÁVRH ZDRO JE POMOCÍ K Ř IV E K .................................... 235
4.1
T ypické z tr á ty .................................................................................................. 236
4.2
P řehled k řiv e k ry c h lé h o v ý b ě r u ................................................................ 237
4.3
R ych lý n á v r h ....................................................................................................239
4.4
V ý b ě r s p rá v n é h o o b v o d u T O P S w itc h -ll................................................. 239
4.5
U nive rzá ln í z d ro j +5 V s v ý k o n e m 30 W ..................................................240
4.6
Z d ro j s v ý s tu p n ím v ý k o n e m 30 W, n a p á je n ý z n a p ě tí 230 V
4.7
T eplota o b v o d u T O P S w itc h -ll.....................................................................240
4.8
V liv v s tu p n íh o n a p ě tí na z d ro j +12 V/35 W ............................................242
4.9
U rčení ka p a c ity v s tu p n íh o k o n d e n z á to ru .............................................. 243
5
M ETODY O CHRA NY PROTI SÍŤOVÉMU P Ř E P Ě T Í
5.1
T y p ický p ře c h o d n ý n a p ě ťo v ý t e s t ............................................................246
5.2
M ěření o b v o d o v ý c h p a ra m e trů ..................................................................248
5.3
M ěření v d ife re n c iá ln ím m ó d u ....................................................................253
6
PROBLÉMY N Á V R H U .............................................................. 255
6.1
P říkla d y pře d ch á ze n í p ro b lé m ů m v o b v o d e c h na p á je cíh o z d r o je ......................................................................................... 260
6.1.1 6.1.2 6.1.3
Popis zapojení zdroje ST200 - 5 V/1 A .......................................................261 Popis zapojení zdroje ST202A - 7,5 V/2 A ................................................262 Popis zapojení zdroje ST204A - 15 V /30 W ..............................................263
6.2
O chrana in te rn íh o tra n z is to ru p ro ti p ře p ě tí...........................................264
6.3
N ávrh p lo š n é h o s p o je ...................................................................................265
6.3.1 6.3.2 6.3.3
Metoda zem nění do jednoho b o d u ............................................................... 265 Ideální rozm ístění součástek......................................................................... 266 Pravidla pro rozm ístění součástek na plošném s p o ji............................... 266
6.4 6.4.1 6.4.2
N ávrh z p ě tn o va ze b n íh o tr a n s fo rm á to ru ................................................ 267 Výkon a indukčnost prim árního v in u tí......................................................... 267 Křivky transform ačního pom ěru z á v itů ........................................................ 270
6.5
O p tim a liza ce ú č in n o s ti s p ín a n é h o z d r o je .............................................270
6.6
N ávrh te p e ln ý c h p o m ě r ů .............................................................................271
6.6.1 6.6.2
C hladič................................................................................................................271 Tepelná ochrana celého spínaného z d r o je ................................................ 272
6.7
A u to r e s ta r t.......................................................................................................272
6.8
V ý s tu p n í p ře p ě ťo v á o c h r a n a .....................................................................273
6.9
P ro u d p ro zm ěnu s t ř í d y ............................................................................... 275
240
245
6.10
Č in n o s t při m in im á ln í h o d n o tě s tř íd y ......................................................... 275
6.11
S m y čk a zp ě tn é v a z b y ....................................................................................... 275
6.11.1 6.11.2
Základní te c h n ik y ........................................................................................... 275 Obvod TOPSwitch s rozšířenou šířkou p á s m a .........................................277
6 .1 2
EMI (E le c tro m a g n e tic In te rfe re n c e , e le k tro m a g n e tic k é r u š e n í) ... 278
6.12.1 6.12.2
Přednosti obvodů T O P S w itc h ...................................................................... 278 Návrh odrušovacího f iltr u .............................................................................. 278
6.13
M ěkký s ta r t............................................................................................................. 278
6.13.1 6.13.2
Zpětná vazba s optro n e m .............................................................................. 278 Zpětná vazba ze sam ostatného v in u tí....................................................... 279
6.14
D o p o ru č en é za p o je n í o p t r o n u .......................................................................280
6.15
O b v o d vy p ín án í při vs tu p n ím p o d p ě tí........................................................ 280
6.15.1 6.15.2
Zpětná vazba s optronem .............................................................................. 280 Zpětná vazba ze sam ostatného v in u tí....................................................... 281
6.16
Z d v o jo v a č n ap ětí p ro zv ý š e n í v ý s tu p n íh o n a p ě t í.................................282
6.17
P re re g u lá to r PFC (P o w e r F a c to r C o rre c tio n = ko re kc e ú č in ík u ) ....................................... 283
6.17.1 6.17.2 6.17.3
Inverzní (závěrné) napětí ko le k to r-e m ito r.................................................. 284 A u to re sta rt........................................................................................................284 Příklad zapojení preregulátoru pro výkon 65 W ........................................284
7
O BVO DY PRO REGULACI NA KONSTANTNÍ PROUD A V Ý K O N ................................ 287
7.1
T ra n zis to ro v ý o b v o d p ro u d o v é h o lim itu z d ro je 7 ,5 V/1 A ................. 288
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5 7.1.6 7.1.7
Napěťový řídicí o b v o d .................................................................................... 290 Proudový řídicí o b v o d ..................................................................................... 291 Vliv teploty p ře c h o d u ...................................................................................... 292 Km itočtová ko m pen za ce ................................................................................292 Zdroj zpětnovazebního n a p ě tí...................................................................... 292 Napěťové poměry na o p tro n u ...................................................................... 293 Snímání proudu operačním ze silo va če m ................................................... 294
7 .2
P o p is z d ro je 15 V /2 A ......................................................................................... 294
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5
Napěťový řídicí o b v o d .................................................................................... 295 Obvod řízení p ro u d u ....................................................................................... 296 Primární a sekundární napájecí zdroj zpětnovazební sm yčky............... 296 Sériový odpor o p tro n u .................................................................................... 299 Km itočtová kompenzace smyček napěťové a proudové zpětné v a z b y ............................................................................. 299
7.3
Ř ízen í z d ro je 15 V /2 A na k o n s ta n tn í v ý k o n .............................................300
7.3.1 7.3.2
Popis ob vo d u .................................................................................................... 300 Korekce nepřesného napětí Zenerovy d io d y ............................................. 303
7.4
Z a p o je n í z d ro je s v y s o k o u p řes n o s tí p ro u d o véh o o m e ze n í v ý s t u p u ...................................................................... 304
7.4.1 7.4.2 7.4.3
Nastavení výstupního napětí a výstupního p ro u d u .................................. 305 Zpětnovazební vinutí primární s tra n y .......................................................... 306 Zpětnovazební vinutí sekundární s tra n y .................................................... 307
8
NÁVRH ZD R O JE S VÍCE V Ý S T U P Y ....................................309
8.1
P o stu p n á v r h u ....................................................................................................... 311
8.2
P o ža d a v k y na v ý s tu p n í n a p ě tí....................................................................... 311
8.3
N ávrh tr a n s fo r m á to r u ........................................................................................ 313
8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.3.4 8.3.5 8.3.6 8.3.7
Přehled param etrů návrhu tra n sfo rm á to ru ................................................. 315 Výpočet počtu sekundárních z á v itů ............................................................ 316 V ýběr výstupního v o d ič e ................................................................................318 Oddělená sekundární v in u tí..........................................................................320 Společná výstupní v in u tí................................................................................320 Konstrukce vinutí pro zlepšení křížové re gulace.......................................322 Kontrola n á v rh u ................................................................................................322
8.4
N ávrh v ý s tu p n íh o u s m ě rň o v a č e ................................................................... 323
8.5
P o p is čin no sti o b v o d u .......................................................................................325
8.6
S p o jen í o p tr o n e m ................................................................................................ 329
8.7
O b v o d m ě k k é h o s t a r t u ......................................................................................330
8.8
Z le p š e n í re g u lac e při m alých h o d n o tá c h v ý s tu p n í z á tě ž e ................ 331
8.9
V ý s tu p y zá p o rn é h o n a p ě tí............................................................................... 331
8.10
V ý s tu p y 3 ,3 V a 5 V ..............................................................................................332
8.10.1 8.10.2 8.10.3
Lineární s ta b iliz á to r.........................................................................................332 Odbočka na vinutí +5 V ..................................................................................333 Sam ostatná v in u tí............................................................................................ 333
8.11
K o n stru kč n í d e ta ily tra n s fo r m á to ru ............................................................ 335
9
NEIZOLOVANÝ ZPĚTNO VAZEBNÍ Z D R O J ....................... 339
9.1
Z d ro j pro s te jn o s m ě rn ý m o to r .......................................................................340
9.1.1 9.1.2 9.1.3
V ýběr součástek pro nastavení hodnoty výstupního n a p ě tí.................. 342 Zatěžovací a převodní charakteristika, teplotní z á v is lo s t........................342 Zpětnovazební řídicí vstup a součástky zpětné v a z b y ............................ 343
9.2
Z d ro j pro m o to r 5 V s p o m o c n ý m i v ý s tu p y ............................................. 343
9.3
L evn ý zd ro j s v ý s tu p n ím n ap ětím + 5 V ......................................................345
9.4
N ávrh tr a n s fo r m á to r u ........................................................................................347
10
DALŠÍ PŘÍKLADY SPÍNANÝCH ZDROJŮ .......................349
10.1
L evn ý zd ro j s m a lý m p o čtem s o u č á s te k ................................................350
10.2
N a p á je cí zd ro j pro v ý k o n o v ý p řijím a č ......................................................355
10.2.1 10.2.2 10.2.3 10.2.4 10.2.5 10.2.6 10.2.7 10.2.8 10.2.9 10.2.10 10.2.11 10.2.12
Souhrn požadavků přijím ače PLT-20 na n a p á je n í................................. 356 Souhrn vlastností n á vrh u............................................................................. 356 Seznam so u čá ste k....................................................................................... 358 Postup vinutí transfo rm á to ru.......................................................................359 Zatěžovací charakteristika...........................................................................360 Převodní charakteristika.............................................................................. 361 Přechodová charakteristika na pulzní změnu z á tě ž e .............................361 Závislost účinnosti na vstupním střídavém n a p ě tí................................. 362 Závislost účinnosti zdroje na zatěžovacím p ro u d u ................................ 363 Oteplení klíčových so u čá ste k......................................................................363 Měření základního střídavého š u m u ......................................................... 363 Střídavá vstupní im pedance........................................................................ 364
10.3
D C /D C m ě n ič e ......................................................................................................365
10.3.1 10.3.1.1 10.3.2 10.3.2.1 10.3.3 10.3.3.1
Měnič z - 4 8 V/+3.3 V ....................................................................................366 T ransform átor.................................................................................................367 M ěnič s vícenásobným výstupem +5 V/±15 V ........................................ 371 Transform átor m ě n ič e .................................................................................. 373 DC/DC m ě n ič +48 V /-5 5 V ......................................................................... 375 Transformátor m ě n ič e .................................................................................. 376
10.4
S p ín an ý zd ro j 3 7 5 V /15 V b e z tra n s fo rm á to ru .......................................378
10.5
N a b íječ ka pro a k u m u lá to ry 12 V ..................................................................380
PŘÍLOHA I .................................................................................. 383 PŘÍLOHA I I ................................................................................. 384 PŘÍLOHA I I I ................................................................................385 LITERATURA
386
