Импульсный источник питания мощностью 32W/81W(пиковая) на микросхеме PKS606 от Power Integrations.
Введение:
Данный документ описывает импульсный источник питания с входным диапазоном питающих напряжений 90-265VAC и выходом 30V, 1.07A (продолжительная мощность) и 2.7A (пиковая мощность) построенный на микросхеме PKS606Y. Этот источник питания предназначен для применений, где требуется возможность питания импульсной нагрузки, таких как принтеры, аудио усилители и пр.
Спецификация:
Внешний вид источника питания:
Рис.1 Внешний вид печатного узла.
Схема электрическая принципиальная источника питания:
Рис.2 Схема электрическая принципиальная.
Описание работы схемы:
1). Входная фильтрация электромагнитных помех.
Компоненты С1, С2, С3, С10, С17, С19, R15 и L1, L2 - представляют собой фильтр дифференциальных и синфазных помех. Использование 2х Y-конденсаторов (С10 и С19), выходного дросселя L2, встроенной функции frequency jittering микросхем Power Integrations позволяет им соответствовать стандартам EN55022B. Резисторы R1 и R2 разражают конденсатор при отключении питающего сетевого напряжения.
2). Первичная часть.
Компоненты D5, C7, R5, R6 - обеспечивают слежение за уровнем питающего напряжения, предоставляя микросхеме U1 возможность отрабатывать просадки напряжения. При запуске схемы если питающее напряжение еще находится ниже минимального порога, схема не запускается. Этот уровень напряжения определяется уровнем тока (25uA) на выводе EN/UV. Если этот предел превышен, уровень минимального порога не проверяется, пока не наступит процедура авто-рестарта (нет обратной связи втечении 30ms). Это дает возможность источнику питания работать даже когда напряжение проседает ниже установленного уровня, но при этом поддерживается уровень требуемого напряжения на выходе.
Отдельная цепочка D5 и С7 - позволяют микросхеме U1 определять ситуацию ухода выходного напряжения от требуемого. Если входное напряжение выше минимального порога, то этот случай считается аварийным. Тогда микросхема "защелкивается". Если же входное напряжение ниже минимального порога, тогда причиной ухода выходного напряжения считается низкое входное напряжение. Микросхема останавливает работу (но не "защелкивается") до того момента, пока уровень минимального порога вновь не окажется превышен.
В том случае, если сработала "защелка" источника питания, для дальенйшей работы он должен быть перезапущен, путем отключения входного питающего напряжения. При этом конденсатор С7 разряжается, и уровень тока на выводе EN/UV снижается ниже уровня 25uA. Функция слежения за минимальным порогом напряжения может быть отключена путем удаления резистора R6. Резистор R16 обеспечивают микросхему U1 необходимым током для сохранения функции "защелки".
Элементы D7, C7, C8, R7 - обеспечивают питание и развязку микросхемы U1.
Элементы D6, C5, R3, R4 и VR1 - ограничивают на безопасном уровне выброс наряжения на микросхеме U1. Использование для элементв D6 диода с trr<500ms позволит КПД источника достигать более высокого уровня.
3). Вторичная часть.
Напряжение, полученное со вторичной обмотки, выпрямляется и фильтруется элементами D8 и С12. Так как пиковая нагрузка применяется очень короткий промежуток времени, то выходной конденсатор ставят их расчета тока пульсации на длительной мощности. Резистор R8 и конденсатор С11 служат для снижения высокочастотных ЭМИ.
4). Обратная связь.
Диоды D9 и VR2 вместе со светодиодом в U2 устанавливают уровень выходного напряжения. Резистор R13 обеспечивает дополнительный ток через D9 и VR2 для того, чтобы приблизить функционирование VR2 ближе к его точке перегиба характеристики. Для обратной связи используется оптопара U2 с высоким коэффициентом усиления 300-600% для того, чтобы снизить задержки реакции обратной связи.
5). Выходная защита.
Компоненты Q1, Q2, R9...R11, R14, C13, C16 и VR3 используются для "защелки" источника питания в условиях превышения входного напряжения или выходного тока. Т.е. эти компоненты вместе с цепью слежения за входным напряжением призваны отключить источник питания в условиях аварии.
В случае перенапряжения (вышла из строя оптопара) или превышения максимального выходного тока (заклинило шаговый двигатель), тиристор Q2 открывается и закорачивает выходную обмотку, для того, чтобы избежать последствий аварии.
Величина VR3 выбирается из соображений максимального выходного напряжения. Для защиты от превышения тока величина R9 выбирается таким образом, чтобы открыть транзистор Q1 при требуемом максимальном токовом пороге. Элементы R10 и С13 установлены для того, чтобы избежать ложных срабатываний защиты (время превышения по току должно быть >200ms).
"Защелка" может быть снята путем снятия входного питающего напряжения втечении 3 секунд (максимум). Этого времени вполне хватает, чтобы разрядить С7 и соответственно снизить уровень тока на выводе EN/UV ниже порога в 25uA.
Празводка печатного узла.
Рис.3 PCB печатного узла.
Перечень элементов
Параметры трансформатора:
1). Электрическая схема трансформатора.
Рис.4 Электрическая схема трансформатора.
2). Электрическая спецификация.
Электрическая прочность (1 секунда, с выводов 1-5 на выводы 6-10) - 3000VAC / 60Hz.
Защитное расстояние (между выводами 1-5 и выводами 6-10) - 6 mm (минимум).
Индуктивность первичной обмотки (выводы 1-2, все остальные обмотки разомкнуты, 100kHz, 0.4VRMS) - 132uH +/-10%
Резонансная частота (выводы 1-2, все остальные обмотки разомкнуты) - 2MHz (минимум).
Индукция рассеяния первичной обмотки (выводы 1-2, выводы 6-10 закорочены, 100kHz, 0.4VRMS) - 5.5uH (максимум).
3). Схема построения трансформатора
Рис. 5 Схема построения трансформатора.
Графики работы устройства:
1). Зависимость КПД источника питания от уровня входного питающего напряжения.
Рис. 6 Зависимость КПД источника от уровня входного питающего напряжения (при нагрузке 25%, 50%, 75%, 100%).
Требования СЕС по КПД в активном режиме:
По требованиям СЕС (California Energy Commission) для того, чтобы источник питания имел право изготавливаться продаваться на территории США после 1го июля 2006 года, он должен удовлетворять соответствующим требованиям по среднему КПД (он вычисляется как среднее арифмитическое между 4мя замерами КПД при 25%,50%,75%,100% потребляемой мощности):
Для источников питания с одним питающим напряжением - измерения проводятся только на нем. Если источник питания имеет универсальное вхоное питающее напряжение, то замеры производятся как на напряжении 115 VAC так и на напряжении 250VAC.
Для соблюдения стандартов СЕС - средний КПД должен быть равен или превышать требования СЕС.
Рассмотрим замеры о КПД данного источника питания:
Требования СЕС по минимальному среднему КПД Как мы видим из таблицы, требования СЕС в данном случае полностью соблюдаются.
2). Зависимость потребляемой мощности на холостом ходу от входного напряжения.
Рис. 7 Зависимость потребляемой мощности на холостом ходу от входного напряжения.
3) Доступная выходная мощность на холостом ходу взависимости от входного напряжения (при входном потреблении 1W и 3W).
Рис. 8 Доступная выходная мощность на холостом ходу взависимости от входного напряжения (при входном потреблении 1W и 3W).
Тепловые характеристики работы:
Температура ключевых компонентов при комнатной температуре окружающей среды и входном напряжении 85 VAC сведены в таблицу:
Окружающая среда D8 (выходной выпрямитель) С12 (выходной конденсатор) U1 (Peakswitch) T1 (трансформатор) L1 (дроссель) 47,0
С4 (входная емкость)
Автор документа - Департамент по применению Power Integrations.
Более подробную информацию вы можете узнать, прочитав оригинал.
Перевел и подготовил - Бандура Геннадий (Bandura@macrogroup.ru).
Менеджер по направлению Power Integrations
Компания Макро Групп (Эксклюзивный дистрибьютор Power Integrations на территории России и СНГ).
