Инженер-электронщик
0,0
рейтинг
17 декабря 2015 в 03:07

Проектирование маломощного DC-DC для организации дежурного питания. Часть 3

Часть 1
Часть 2

Пролог


Предыдущими двумя статьями у меня получилось заинтересовать большое количество читателей — а это повод продолжать цикл статей и стараться еще больше. Многие из вас настоятельно уже требуют схемотехнику, ну что же — пора! Это будет достаточно простая статья, в ней будет куча стандартных решений и несколько финтов ушами хитрых схемотехнических решений.
Правда если вы не забыли — моя задача не просто выдать результат для обезьяньего бездумного повторения, а объяснить для чего каждая деталь и объяснить как вообще все это работает. Поэтому ничего чудотворного в этой статье вы точно не увидите расходимся.

Задача, которую необходимо решить


Ни для кого не секрет, что существует такое понятие как гальваническая развязка. Это схемотехнический прием с помощью которого мы электрически изолируем разные части нашей схемы. Чаще всего на практике возникает необходимость подобным образом изолировать развязать высоковольтную входную часть (там где у нас напряжение сети) и низковольтную часть (выходную, где у нас допустим +15 В).
Все это необходимо для того, чтобы в процессе эксплуатации блока питания (DC-DC преобразователи) пользователя просто ебом не токнуло не убило высокое напряжение, которое может оказаться на выходе при какой либо неисправности. Возможна ситуация, когда какой либо силовой транзистор «пробьет» в схеме, он организует КЗ, то есть будет пропускать ток со входа сразу на выход. В схеме где нету гальванической развязки на выходе вместо +15В окажется +310В, думаю разница всем понятна.

Помните! Во всех последующих схемах будет высокое напряжение! Вам стоит очень осторожно работать, если надумаете повторять.


Надеюсь на этом этапе вы поняли общую суть гальванической развязки и что не стоит пренебрегать ею, хотя она часто в разы усложняет схему. Двигаемся дальше…
Как можно реализовать гальваническую развязку:

1) Применив трансформатор. Если мы вспомнит принцип работы трансформатора, то поймем, что его первичная и вторичная обмотки никак не связаны электрически, а энергия передается через магнитное поле. Именно поэтому вас не убьет зарядка от телефона. В силовых устройствах первичные (высоковольтные) и вторичные (низковольтные) развязываются исключительно с помощью трансформатора! Запомните это и проживете несколько дольше.

Рисунок 1 — Трансформатор как узел гальванической развязки

2) Использую оптроны. Данный метод реализует оптическую развязку, применяется он в управляющих цепях. Устроен оптрон просто — внутри него находится светодиод и фототранзистор. Они ничем не связаны, кроме светового потока. Когда мы зажигаем светодиод оптрона, он освещает фототранзистор и он уже пропускает ток. Развязка тут очевидна! Свет никак не пропускает электричество, поэтому две половины оптрона никак не связаны электрически.
Такой финт ушами схемотехнический прием позволяет нам в случае поломки силовой части не дать высокому напряжению попасть на управляющие микросхемы, а они у нас дорогие. Максимум сгорят оптроны, вернее фототранзистор в нем. Нам придется заменить в управление всего одну деталь вместо целой платы с десятками элементов.

Рисунок 2 — Оптрон РС817 как средство развязки управляющей цепи

Вернемся к задаче… Сравнивая текст выше с нашей задумкой об ИБП, я думаю вы уже догадались, что гальваническая развязка нам понадобится во всех силовых блоках. Что нам нужно сделать:

1) Развязать вход ИБП с DC шиной на которой сидят аккумуляторы, представьте себе что они скажут если вместо 56 В они получат 310 В — явно не спасибо;

2) Развязать DC шину с выходом устройства, постоянный ток нам там не нужен, а 230 В переменки на АКБ тем более;

3) Изолировать электрически все управляющие модули (мозги) от высоковольтных цепей для их целости в случае аварии, а так же снижения уровня помех от силовых элементов.
Из тезисов выше необходимо сделать следующий вывод: нужно реализовать отдельное питание управляющих элементов и силовых узлов.

Для решения этой задачи нам понадобится 2 линии "+15 В": одна будет питать платы управления, другая силовые ключи. Сразу уточню для чего нам надо +15 В в силовых модулях — полевой транзистор, как и IGBT открывается напряжением. Типичное напряжение необходимое для открытия ключа как раз 12-18В, мы выберем «золотую середину». Реализуем мы это простонамотаем 2 вторичные обмотки, которые будут работать независимо друг от друга. Стабилизировать можно только один выход, т.к. обмотки идентичны и напряжения на них при равной скважности будут равны.

Рисунок 3 — Использование двух изолированных обмоток на одном трансформаторе

Так же нам стоит вспомнить, что сделав блок дежурного питания, который из входных 230В AC сделает на 15В DC мы не решим всей проблемы, т.к. в случае пропадания напряжение во входной сети мы останемся без наших 15 В и все наши управляющие элементы погаснут вместе с ИБП. Думаю такое устройство и ИБП будет сложно назвать.
Эту проблему можно решить несколькими путями, но я пойду по самому сложно (относительно) пути — дополнительный блок питания (DC-DC), который позволит нам преобразовать наши 48В DC в необходимые 15В DC. С задачей вроде все прояснилось:

а) AC-DC преобразователь 220 — 15 В, мощностью 60 В, что позволит нам без труда снять ток 4А, которого будет более чем достаточно в данном случае для открывания транзисторов;

б) DC-DC преобразователь 48 — 15 В, такой же мощностью в 60 Вт.





Понижающий обратноходовый DC-DC преобразователь


Использую опыт былых лет я сразу решил на чем я буду делать данный ИИП. Выбор пал на отличное семейство микросхем — TOP22x. Это микросхема содержит в себе высоковольтный ключ, драйвер, защиту по току от КЗ, умеет стартовать от высокого напряжения и обладает навыком «плавного пуска». Все это сводит внешнюю обвязку схемы ну просто к минимуму! А цена за это чудо всего 1-2$ в розницу, оптом выходит дешевле.
За эти деньги мы получим практически готовый ИИП мощностью до 150 Вт, в серии 22х — последняя цифра напрямую связана с максимальной мощностью. Используемая мною TOP227 способна на 100-120 Вт, заявленные 150 Вт я так и не выжимал или руки не оттуда.
Теперь самая схема данного маломощного ИИП:


Рисунок 4 — Принципиальная схема ИИП мощностью 60 Вт и напряжением выхода 15 В

Пройдемся по схеме:

1) Предвидя вопрос «где мать его же ваш ККМ или PFC?», отвечу сразу — PFC у меня общий на все устройство и запитка этого ИИП от 230В идет после него, так что можно не ставить. Если вы будете использовать этот блок питания в других конструкциях, то входной фильтр все таки нужен, хотя бы ферритовое кольцо на провод питания;

2) Классический выпрямитель: диодный мост и электролитический конденсатор — дешево и сердито. Единственная особенность перед диодным мостом стоит конденсатор с маркировкой «Х1», что это такое подробно расскажет гугл, а я лишь скажу, что он отлично работает в борьбе с помехами и импульсами, а Х1 — это тип. Так что советую его ставить во всех ИИП на входе. После данного узла мы получим — 310 В постоянного напряжения. Ибо вся импульсная техника работает с постоянным током.

Рисунок 5 — Узел выпрямителя импульсного источника питания (ИИП)

3) Трансформатор имеет на своем борту 4 обмотки: 1 первичная + 2 вторичные + 1 самопитания. Обмотка самопитания не имеет гальванической развязки, т.к. не является выходной, поэтому «земля» высоковольтной части и данной обмотки объединены.

4) Узел с микросхемой TOP227. Тут особое внимание необходимо уделить разводке на плате цепи С8-R1: эти два элемента должны находиться как можно ближе к ноге С (control).

Рисунок 6 — Цепь обратной связи микросхемы TOP227

5) Параллельно первичной обмотке мы видим два хитрых диода: супрессор и импульсный диод. Обычно в этот момент налетают «профессионалы» с доказательствами уровня канала Рен-ТВ не аргументированным утверждением: «Надо ставить снаббер!» Ребята, снаббер действительно имеет смысл в сварочных инверторах для получения необходимой формы ВАХ. В ИИП настал век супрессоров. Эти 2 хитрых диода будут защищать нашу микросхему от выбросов ЭДС, которые могут превысить предельные 700 В для внутреннего ключа TOP227. Работают они просто: супрессор тот же стабилитрон, только быстрее и мощнее, поэтому он погасит все импульсы выше 400 В, а поможет ему в этом импульсный диод, который имеет очень маленькое время пробоя. Советую применять подобную связку во всех ИИП — это обезопасит ваши транзисторы, которые достаточно дорогие.

Рисунок 7 — Защита силового ключа от высоковольтных выбросов на первичной обмотке трансформатора

6) Выпрямители в данной схеме стандартные: однополупериодный выпрямитель из одного диода, электролит, дроссель и пара конденсаторов после. Такой достаточно простой выпрямитель и средняя ОС позволяют получить пульсации не выше 20-25 мВ. Однополупериодный выпрямитель — не самая эффективная штука, но он простой и на маленькой мощности занял свою заслуженную нишу.
Как мы видим у нас есть 3 «земли»: GND — высоковольтная сторона + обмотка самопитания, GND2 и GND3 — две независимые земли, такая схемотехника позволила получить 2 гальванически развязанные обмотки, как от сети, так и друг от друга. Одна будет питать цифровую часть, другая — силовую.

Рисунок 8 — Однополупериодный выпрямитель во вторичных цепях

7) Обратная связь по напряжению вполне себе «классическая» — построена она на легендарной TL431, схема из даташита на нее. R10 и R2 — образуют делитель напряжения, путем подстройки R2 можно изменять коэф. деления и соответственно напряжение на выходе. R6 и VD5 выполняют роль индикации напряжения на выходе для визуальной оценки работоспособности блока.

Рисунок 9 — Обратная связь по напряжению построенная на TL431 и PC817

8) Последнее что стоит упомянуть, а по важности первое, конденсаторы С7 и С13 объединяют «земли», это необходимо для стабильной работы ОС. Они не связывают «земли» гальванически. Так же упомяну, что это не простые конденсаторы, а тип «Y2». Подробно о них будет там же, где и о Х1. Этот конденсатор способен выдерживать высоковольтные пульсации, а так же выравнивает потенциалы на «землях».

Как это все работает


Тема обратноходовых преобразователей или flyback разжевана в интернете подробнее некуда, но общий принцип работы я вкратце расскажу, т.к. статья ориентирована на новичков.
Из названия «обратноходовый» — можно догадаться, что он совершает какое-то важное действие (физический процесс) на обратном ходе. А если конкретнее, то микросхема наша генерирует управляющие импульсы — ШИМ сигнал. У него есть 2 состояния: 1 и 0. За «1» у нас принят открытый транзистор, за «0» — закрытый.
Приведу некую пародию на диаграмму состояний:


Рисунок 10 — Диаграмма состояний однотактного преобразователя

На схеме видно, что +310 В на первичную обмотку подается абсолютно всегда. Для того, чтобы протекал ток остается подключить «землю» на другой конец первичной обмотки. Возникнет разность потенциалов и ток потечет. Как мы видим на схемке, что выходной транзистор TOP227 принимает 2 состояния: открытое «1» — подключает землю к первичной обмотке, закрытое «0» — отключает землю от первичной обмотки и тем самым прерывает ток. Все эти изменения идут с частотой 100 кГц, то есть очень быстро. Ваш К.О.
В момент когда состояние «1», ключ открыт и в первичной обмотке протекает ток — идет запасание энергии, первичная обмотка как и обычный дроссель запасает энергию в магнитном поле. В этот момент на вторичных обмотках тока нету. Когда состояние меняется на «0» и ток в первичной обмотке перестает протекать, то происходит «выброс» энергии через сердечник во вторичную обмотку и там возникает ток благодаря ЭДС самоиндукции. В общем-то по первичной обмотке все.
Во вторичной мы получаем пульсирующий ток, чтобы получить его равномерным мы используем конденсаторы и дроссель. В момент состояния «0», когда ток во вторичной обмотке есть они запасают излишки энергии. Когда состояние «1» и тока во вторичных обмотках нету, то запасенная энергия из конденсаторов и дросселя начинает «высвобождаться» и создают ток — компенсируя его отсутствие в обмотке.
Фух… надеюсь объяснил понятно. Просьба тем, кто особо сильно соображает не кидаться тапками в некоторые псевдо-ляпы, они допущены лишь для выработки понимания работы импульсного трансформатора!
А теперь собственно к нему...

О том как его изготовить и намотать читайте в части 2, данного цикла статей. Тут приведу лишь пример расчета в программе Flyback 7.1 и несколько фотографий с этапа намотки трансформатора:


Рисунок 11 — Расчет параметров намотки для нашего трансформатора


Рисунок 12 — Наматываем первичную обмотку


Рисунок 13 — Намотали первичную обмотку


Рисунок 14 — Наматываем обмотку самопитания ИИП


Рисунок 15 — Намотали вторичные силовые обмотки, они уже в несколько проводов


Рисунок 16 — После намотки всех слоев изолируем, остается одеть сердечник и склеить его
Теперь к печатным платам:



Рисунок 17 — Верхний слой печатной платы


Рисунок 18 — Нижний слой печатной платы


Рисунок 19 — Выводим модель платы для выявления косяков шелкографии

Теперь вид первого прототипа, он кустарный (выполнен фоторезистом + сплав Вуда), был выполнен в одностороннем варианте и с одной вторичной силовой обмоткой. Именно на таких макетах все обкатывается. Фото конечно образца с заводскими платами и прочим будет в отдельной статье-фотосессии! А пока:




Рисунок 20-22 — Плата первого рабочего прототипа на котором удалось получить необходимый ток в 4А и 18 мВ пульсаций




Проектирование DC-DC преобразователя (48-60 В) в 15 В по топологии Push-Pull


Учитывая что моя статья достаточно сильно разрослась, но это блок опишу вкратце, т.к. по назначению он идентичен первому на TOP227. Подробную же работу данной топологии рассмотрим в части посвященной силовому DC-DC инвертору 48 -> 400 В. А пока предлагаю материалы:


Рисунок 23 — Принципиальная схема DC-DC преобразователя по топологии Push-Pull


Рисунок 24 — Таблица расчета трансформатора для преобразователя. Ток 1А выбран, т.к. этому модулю в случае отключения придется питать лишь половину блоков устройства


Рисунок 25 — Верхний слой платы


Рисунок 26 — Нижний слой платы


Рисунок 27 — Модель печатной платы для оценки корректности шелкографии

Эпилог


Вот и закончилась по сути первая статья посвященная схемотехнике ИБП. Надеюсь материал вас не разочаровал, любые пожелание и критику всегда с удовольствием готов выслушать. Т.к. следующая статья будет более глобальная, то выйдет она на выходных, скорее всего в субботу. Желающим начать повторение конструкции буду рад помогать советом и материалами.
Так же как вы наверняка заметили — документация готовую в папке я не предоставил, это тонкий намек на то, что все срочно осваивать Altium кто не освоил, товарищи!

Спасибо всем кто читает и активно обсуждает мои статьи! Продолжение как всегда следует…

UPD



Выслушав критику и советы со стороны читателей решил добавить второй вариант разводки флайбэка.


Рисунок 28 — Нижняя сторона платы


Рисунок 29 — Верхняя сторона платы


Рисунок 30 — Плата без заливки полигонов

Часть 4.1
Часть 4.2
Часть 5
Часть 6
Илья @R4ABI
карма
49,0
рейтинг 0,0
Инженер-электронщик
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (74)

  • 0
    А для лазерно-утюжного метода как эти платы подготовить? В каком-нибудь формате, кроме картинок, они будут выложены?
    • 0
      ЛУТом тоже можно изготовить. Двухстороннюю плату осилите? Если тяжко, то могу в односторонний переделать. Сам я с Альтиумом работаю, но могу в Layout 5 перевсти в односторонний вариант
      • 0
        Да я думаю односторонний вариант необходим, сам я тоже только с одностронними платами баловался
        • 0
          Не вопрос) На днях разведу и приложу к статье
      • 0
        Ни разу 2стороннюю не пробовал ЛУТом делать, но возможно и осилю. Спасибо
        • 0
          Достаточно легко ЛУТом делается 2 стороны, но чуть позже будет вариант с разводкой под одну сторону.
          • 0
            Китайцы давно уже всё развели под одну сторону — можно взять любой минвэлл сравнимой мощности.
            • 0
              Можно, но цена не очень) эта платка обходится в 108 руб (с заводской платой). А вообще минвэлл хорошая продукция, даже учитывая что это Китай.
              • 0
                Да, по соотношению цена-качество ему нет равных наверное.
                Но браться за утюг для экономии 108 рублей это уже чересчур…
                • +1
                  Утюг — не для экономии, утюг для ускорения. Утюгом можно сделать плату в тот же час, что придумал. А с заводским изготовлением всё непросто.
                  • 0
                    Неистово плюсую) У нас собственное производство плат и то прибегаю к утюгу, т.к. процесс изготовления не более 20 минут и прототип готов! Я когда новую тему начинаю или проект частенько за день 6-7 прототипов делаю. Если бы все на производстве делать, то даже при его доступности — это минимум 3-4 дня на такое количество прототипов.
                • 0
                  Не для экономии, а просто для обкатки) Все эти платы уже есть и заводского исполнения.
  • 0
    Ссылки на предыдущие статьи не кликабельны — поправьте.
    • 0
      Сделаю) Спасибо
  • +3
    Статья полезная, но насчитал восемь перечеркнутых слов и выражений на любителя, особенно много в первой части, что наверное чуть избыточно.
    • +4
      Да мне самому скучно писать становится если совсем без афоризмов. Я на звание интеллигента не претендую, поэтому позволяю себе определенную свободу в идиоматических оборотах)
  • 0
    А зачем D3 нужен? D4 понятно, пропускает через себя выброс напряжения при размыкании ключа. Смотрю схему подобного БП от Meanwell, у них диод один…
    image
    • 0
      D3 — описан достаточно подробно, это стабилитирон по сути, он не дает выбросу превысить амплитуду выше необходимой. В вашей схемке ту же задачу выполняет С33-R37-R2. Эта RC-цепочка называется снаббер. Она как раз поглощает «верхушку» амплитуды. Минус такого снаббера — он греется как китайский кипятильник, меняет свои параметры в процессе нагрева и изменяет ВАХ блока. Нам все это не нужно с такими косяками, поэтому мы как цивилизованные люди использует супрессор за 2 рубля и спим спокойно.
      • +2
        Супрессоры с индексом А часто бывают двусторонние, диод тогда оказывается не нужен.
        Со снабберами вопрос несколько неоднозначен, с этим связан вопрос эффективности работы схемы — чем сильней снаббер тем меньше на нём потери но хуже работает схема, и постоянно ищут компромисс между потерей КПД преобразователя, выделением тепла на снаббере и амплитудой обратного выброса(иногда в сетевые блоки ставят транзисторы с обратным напряжением в 900...1200В).
        До недавнего времени я считал обратный диод параллельно обмотке реле абсолютным благом и даже не думал о том что он может отсутствовать. Пока не встретился с интересным эффектом — использование диода параллельно обмотке реле неприлично удлиняет время его отключения. В некоторых случаях даже заметное на глаз.
  • 0
    Здравствуйте! А если в первой схеме включить вторичные обмотки на 15В в противофазе, таким образом, чтобы они выпрямляли разные полупериоды переменного напряжения? Не снизит ли это частично нагрузку с первичной обмотки? Или смысла в этом нет?
    • +1
      Такой вариант не прокатит, т.к. не будет синхронизации выпрямленных полупериодов. Да, он несколько снизит нагрузку на сердечник, но у нас до насыщения далеко, т.к. габариты сердечника взяты тут с запасом.
      Вообще во флайбеке «смена концов обмоток» (перефазировка) — критична и сильно скажется на КПД.
    • +2
      В обратноходовом преобразователе в принципе невозможен такой вариант. Энергия в нагрузку здесь поступает в тот момент, когда входной ключ закрыт, т.е. в строго определенный «полупериод» (в кавычках потому, что даже этот термин тут неприменим). Если вы добавите выпрямление другого «полупериода» — получите уже прямоходовой источник питания, совершенно другое напряжение с этой же обмотки, а также огромную проблему ограничения тока через ключ (т.к. часть этого тока будет «заряжать» трансформатор, а часть — идти в прямоходовую нагрузку).
  • +2
    Заливать полигоны в «горячей» части платы — эт вы зря. Пылью чуть припадет — и привет пробой.
    • 0
      Чтобы такого не случилось платы после пайки заливают лаком, я пользую в виде аэролзоля, называется Plastic 71 — отличная штука. 1 кВ на пробой держит легко
      • +1
        В моей инженерной практике — 310В пробивало зазор 7мм, с лакировкой, просто от конденсата и пыли, скопившейся сверху. Не стоит только на лак надеяться. Если между дорожками уж никак нельзя делать нормальный зазор, то надо делать фрезеровку.
        • 0
          За 10 лет увлечением данной тематики у меня не пробивало ни разу зазоры более 0,2 мм. И гарантийных ремонтов по этому поводу у нас не помню. Но любый желающий может увеличить зазор или убрать полигоны — только ЗА.
          • +2
            Простите, но после этой фразы у меня начали закрадываться сомнения.
    • 0
      Вобщем-то макетка… там еще замкнутый контур по периметру платы образован этим полигоном, что делать категорически нельзя и этот косяк рассматривается чуть ли не в самом начале любых книг по разводке печатных плат высокоскоростных схем.
      • 0
        100 кГц — это не высокоскоростная схема. Если бы это была развязка АЦП — косяк, вы правы, а тут необходимость для снижения излучения, т.к. внутри прибора и так сильное поле, что заставляет цифровую часть экранировать и защищать как только можно.
        • +1
          Увы, если бы 100кгц был синус… тогда скорость невысокая, но схема импульсная! Хоть частота повторения импульсов 100кгц, но спектр импульсов тока идёт на десятки мегагерц(открытие/закрытие силового транзистора — 100нс, звоны на силовых проводах). Один такой источник питания способен положить полностью(на приём) всю КВ связь в пределах квартиры. И это не смотря на экранирование.
          • 0
            У меня такое питание реализовано на КВ трансивере «Аматор-КФ», еще в школе его собирал — работает нормально, учитывая что БП в одном корпусе с трансивером. Правда экранирован в дюралевую коробку и проваренную аргоном))

            Хотя вы конечно правы — если бы так «с халтурил» в основной силовой плате, то накрыло бы не только КВ диапазоны. Но тут мощность маленькая и гармоники в метровом диапазоне будут затухать до значения — не более 10 мВт
            • 0
              У меня электронный трансформатор, заводской, от люстры на 200Вт создаёт помех так что до 20Мгц приёмник слушать с включенным светом просто невозможно, даже самый глухой приёмник забивается.
              10мВт хватит чтобы метров на 100-200 уверенно фонить, а если приёмник чувствительный то и больше.
              • 0
                В электронном дросселе транс не экранируется никак и основной фон идет именно от него. Он по сути антенна + колебательный контур) У меня тоже всякие лампы аля ДРЛ-250 фонят так, что все накрывается в эфире. Поэтому пришлось в цеху все на светодиодные прожектора заменить.
                • 0
                  Очень не хотелось бы менять его на обычный низкочастотный трансформатор. Неужели придется разработать стабилизированный источник питания для галогенок…
                  • 0
                    Шнайдер производит готовые модули, не помню правда маркировку. 17$ и 190 Вт. Часто тусую в их представительстве и на выставках и видел их — добротно, но не особо дешево.
            • 0
              Десятью милливаттами можно уложить в нокаут служебную связь в пределах небольшого городка при правильном применении.
              • 0
                При наличии хорошей антенны. Но я не думаю что кто-то будет усиливать шумы на 3-х элементах Яги))
          • 0
            В данном случае это и правда не играет роли. Схема импульсная, но токи не как у платы набитой сотней 155ЛА3.
            В опорном дизайне от PI они сами рекомендуют заливать плату, просто обычно это делается как-то так:
            image
            На картинке слева.
            В высокой части один полигон, и в случае с TOP его удобно цеплять на + высоковольного конденсатора, а в низкой части свой полигон.
            Линия разделения идёт под трансформатором и оптроном.
            • 0
              Извините. На картинке справа, конечнро же.
              И вот там как раз видно, как от Drain идёт дорожка до трансформатора. Обычно она гадит больше всего.
              • 0
                Я новую трассировку сделал, сейчас в конце статьи прицеплю)
            • 0
              Здесь, заливка сделана нормально. Недопустимо именно замыкать внешний контур по ободу платы, если так получилось что заливка образует внешний замкнутый контур, его достаточно разомкнуть в одном месте и проблема исчезает. Но это всеравно больше не для подавления помех наружу а чтобы не множить помехи силовой цепи где-то на краю платы на всю плату.
              Не знаю, сталкивались ли вы с такой замечательной книжкой как
              «Конструирование высокоскоростных цифровых устройств. Начальный курс черной магии»
              (High-Speed Digital Design. A Handbook of Black Magic)

              Первую себе заказал в бумажном виде, отчасти она применима и к силовой электронике, но та упор именно на цифровую. В 500грн. обошлась.
              http://www.booksgid.com/hardware/10633-konstruirovanie-vysokoskorostnykh.html тут можно в электронном виде ознакомится.
              • 0
                Спасибо большое за наводку на книгу! Хорошему материалу я особенно рад, постараюсь завтра найти у нас в магазинах тех. литературы. Цифра меня тоже интересует, последнее время приходится много работать с памятью через QSPI и с скоростными АЦП, думаю мне будет полезна книжка.

                Контур платы в слое «механикал 1» (розовый) — сделан для визуальной границы платы, на плате он отсутствует. Контур разомкнут и земли никак не связаны.
                • 0
                  Я про плату на «Рисунок 20-22» готовая которая. Там видно что полигон идет до краёв платы и образует большой контур размером с плату. Его бы разорвать по левой стороне, там где перемычка узкая…
                  • 0
                    на 20-22 это мой вариант трассировки, годами работает и по шумам он мне очень нравится. Трассировка по-науке в низу постав в дополнение
  • 0
    Хм… про питальник на TOP22x
    1) Где PE, экран у трансформатора? Без экрана есть проблемы со стабильностью работы на определённых токах. Обычно в районе 70-90% номинальной нагрузки. Ну или можно долго и мучительно играться с частотной коррекцией на TL431, но это тот ещё ад.
    Кстати с экраном пульсации ещё меньше.
    2) Зачем мост в ИП? Или у вас пассивный PFC? Классический APFC даёт на выходе DC.
    3) Раз уж вы пишете про ИП на изделиях от Power Integrations, то неплохо бы указать в статье, что у них есть готовый софт для счёта питальника нужной конфигурации. Называется PI Expert, берётся на сайте производителя.
    Возможно в новых версиях софта уже нет TOP22x. Это довольно устаревшая серия микросхем, но в интернете не проблема найти старую версию программы, где она есть.
    4) Как уже выше сказал Sergey_datex — заливку в высокой части надо убрать, а дорожки сделать как можно короче, иначе будут проблемы. В идеале надо соблюдать топологию от PI. И ещё лакировка. И даже бы фиг с ним, что пробъёт -просто взорвётся. Может же и человека убить.
    5) По поводу трансформатора, ещё есть полезная программка, Ferrite Magnetic Design Tool, позволяет прикинуть потери в трансе по материалам и ещё много всего занимательного.
    6) Про супрессоры и снабберы — иногда снаббер лучше супрессора. Супрессор более жёстко давит выбросы, что может стать проблемой в некоторых дизайнах(ограничение по ЭМИ например). Всё надо считать исходя из ТЗ.
    7) Очень рекомендую поставить на выходах(особенно у обмотки без стабилизации) — нагрузочные резисторы.

    P.S. Если кто-то будет повторять по этой схеме питальнк, автор упустил тут одну интересную особенность. А этой микросхемы есть так называемый авторестарт. В случае превышения тока или перегрева, она переходит в режим прерывистой генерации. Это выражается в кратковременных включениях на десятки миллисекунд, а потом ожидании около секунды. По-простому говоря, если вы неправильно собрали ИБП или перегрузили/перегрели его, то лампочка питания у вас будет кратковременно вспыхивать каждую секунду. Новичков обычно это вводит в ступор, а это её нормальная работа. Читаем datasheet, appnotes, и всю литературу от производителя.
    • 0
      1) Экран есть и он «закрывает» обмотку. Выполнен из медной ленты как один не замкнутый виток и сидит на «земле». Его убирал — пульсации только растут до 30-35 мВ
      2) Мост поставил исключительно для понимания работы ИИП новичками. Тем более если попадим постоянку на него, то ничего не будет кроме потери на p-n переходах. Многие вещи в статье и схемотехники введены ради понимания работы. Кто обладает хорошим знаниями — сам просто выбросит лишние узлы и все)
      3) Софтина PI мне если честно не понравилась, которую я привел по мне более понятна интуитивно, хотя возможностей у программки PI конечно выше.
      4) Никого не убьет, 15В тут не выходят «на поверхность». Заливка горячей части полигоном земли снижает фон от нее — тут это было более приоритетно. Дорожки для данных микросхем просто не должны быть длиннее 5 см, все остальное излишний «фанатизм». Такие мелкие блоки работают уже годами в моих поделках и пока проблем не встречал с ними.
      Правда все то, что вы написали придется учесть если озадачиться пульсациями в пределах 10 мВ, но тут такой задачи не стояло.
      5) Видел это программку, добротная. Правда последнее время в вопросах расчета трансов «от и до» я перешел на карандаш и бумагу. Не знаю чем это вызвано — просто стало удобнее что ли
      6) Тут я согласен абсолютно с вами. Я писал самый популярный случай — сварочник, но безусловно это не единственное исключение.
      7) Данные модули всегда под нагрузкой как только включается прибор, поэтому эпизодов работы на ХХ отсутствует, что в принципе позволяет установку шунтирующего резистор.

      По поводу рестарта — я этот пункт свел к указанию наличия защиты от КЗ (по току). А прочтение ДШ — обязательный пункт и идет он сразу после решения повторить конструкцию.

      Спасибо за развернутые вопросы! Возможно чуть позже я учту их в редакции статьи, если вы не против.
  • 0
    А почему оптрон, а не цифровой изолятор? Цифровые изоляторы же вроде бы решительно всем лучше для такого применения.
    • +1
      В данном случае это будет стрельба из танка по воробьям. Цифровые изоляторы используют для развязки интерфейсов и прочих скоростных линий.
      • 0
        У Analog Devices есть несколько продуктов из линейки цифровых изоляторов, предназначенных для использования именно в источниках питания — развязанные усилители ошибки, драйверы силовых ключей и т.д. А Silabs выпускает изоляторы, у которых входной каскад содержит имитацию входа оптрона — чтобы можно было прямо pin-to-pin заменять. То есть они считают, что это не из пушки по воробьям.
        100-мегабитные многоканальные изоляторы — это совсем не про то, а вот более простые и медленные решения в дизайне, подобном вашему, могли бы быть очень в кассу. Например, ADuM1240, Si8710 или что-то еще подобное.
        • 0
          Адум в схемах будет тут) Правда им развязана токовая защита с ТТ на основе эффекта Холла.
          Про остальное почитаю — спасибо! Сильно интересно какой порядок цен будет на изоляторы такого «класса»
        • +1
          Так денег они стоят совсем не таких как pc817 оптопара…
          • +1
            Владимир, именно) посмотрел цены: 6 рублей против 59р — это если оптом
            • 0
              Тогда переформулирую вопрос: стоят ли эти 53 рубля того, или все-таки правда из пушки по воробьям?
              • 0
                В промышленный образец возможно стоит и этот вариант я хочу попробовать потестировать, в любительский — из пушки по воробьям.
              • +2
                53р. там, 53р. сям и в итоге ваш промышленный образец не конкурентен…
                • +1
                  Именно, но если решение действительно необходимое и даст прирост в характеристиках — то это уже конкурентное превосходство. Поэтому я и сказал, что надо моделировать и прототип сделать — гонять его. Такие решения нельзя принимать все не проверив.
                  • 0
                    Кстати про оптроны тоже могу рассказать пакостную историю. У нас серийное производство питальников, оптроны тоже 817 и им подобные. Так вот, в закупаемых партиях очень много брака(обрывы диода, выходящий за пределы CTR). Пришлось изобретать стенд для проверки оптронов и делать выборки из каждой покупаемой партии, при большом проценте брака партия возвращалась.
                    • +1
                      Мы проверяем абсолютно все компоненты (кроме smd резисторов и емкостей), ибо сами пару раз попадали из-за поставщиков на хорошие репарации клиенту.
              • 0
                Слышал такую историю (за достоверность не поручусь), что ADuM-ы шпарят с торцов корпуса гигагерцами, причём весьма ощутимо. В критичных применениях — лучше проверить.
                • 0
                  Проверю на выходных, развел тестовую платку с ОС на адуме — буду измерять. Потом может по ним небольшую статью сделаю обзорную
                • +1
                  Это не история, а факт, отраженный в их даташитах: действительно шпарят с боковых сторон. Точнее, если я правильно помню, то шпарят не сами ADuM-ы, а краевые токи, образующиеся из-за того, что именно рядом с ADuM рядом сходятся две разные земли.
                  Вот быстро нагуглился документ документ по поводу того, как оно выглядит и как с ним бороться.
  • 0
    4) Печально, что сделав в целом хорошо гальванически изолированную конструкцию, вы оставите такое узкое место. Но ок.
    И всёже очень прошу выложить на Хабре картинки без этой заливки. Если читающие статью люди начнут 1:1 повторять вашу топологию, их может поубивать. Можете считать меня занудой, но жизнь человека дороже всего.
    7) Если у вас там стенд есть, и гарантия, что от него коннекторы не отвалятся в процессе регулировки, а также всборе этот бп надёжно припаян к остальным модулям, то ок.
    • +1
      Так и быть) Разведу горячую часть под ваши пожелания, тем более они являются правильными и обоснованными, но это к вечеру.

      Качество и коннекторы отличные, всегда берем одни и те же у постоянного поставщика. Поэтому надеюсь на них как на себя.

      Еще я задумывался предоставлять ссылки на некоторых поставщиков, которые продают по хорошим ценам и качественную продукцию, но не знаю как к этому отнесутся модераторы.
      • +2
        Коннектор для горячей части желателен тоже не с таким мелким шагом. Я бы ставил минимум 5 мм между пинами, еще лучше 10. Ну и понятно, что и так работает. Безопасность же наше всё.
        • 0
          В принципе можно и это будет идеал, но я как производственник всегда еще обращаю внимание на итоговый список компонентов. Чем больше унифицированных деталей, тем меньше список наименований. Такой подход не всегда конечно допустим, но маломощной схемке так схитрить можно без потерь качества.
      • 0
        Хех. Вообще, вопрос интересный.

        С одной стороны — реклама — это плохо. Но с другой — поиск хорошего поставщика — та еще задача…
        Я думаю, можно убрать под спойлер, кому надо — развернет. А кому не надо — глаза мозолить не будет.
        • 0
          Реклама хороша — если она не навязывает) Тогда даже не напрягает. Ну и конечно с ее объемами главное не перебарщивать
  • 0
    Не пойму, зачем всё таки в схему добавлен TVS диод D3? Одного флайбека D4 мало? Понятно, что с D3 ток в первичке затухает быстрее, т.к. напряжение в цепи D3-D4 быстро подскакивает до пробивного D3, т.е. до 400в, против 1в прямого падения на D4, если бы D3 отсутствовал. Это как-то повышает КПД трансформатора?
    • +1
      Это уменьшает потери, что конечно отражается на К.П.Д., только незначительно. Отсутствите D3 даст выделение тепла на трансформаторе в размере 0,5-1 Вт. При его габаритах это +10-15 градусов.
    • +1
      Если вы оставите только один диод D4 с прямым напряжением 1В, вся полезная энергия из трансформатора пойдет именно в этот диод, а не в нагрузку. Во время закрытия ключа на первичной обмотке возникает рабочее обратное напряжение, равное выходному, умноженному на коэффициент трансформации. Обычно оно выбирается в пределах 100 — 150 вольт, что явно больше прямого напряжения кремниевого диода. Именно поэтому последовательно с ним включается мощный стабилитрон — чтобы гасить выбросы больше рабочего напряжения. Кстати, почему 400В? Изначально на схеме стоит на 200В, и это более правильно — максимальное допустимое напряжение для ТОР 700В, если выбрать стабилитрон на 400, превышение будет даже при входном напряжении сети 220В.
  • +1
    Вам стоит очень осторожно работать, если надумаете повторять.

    Позволю себе расшифровать данную фразу — работайте через развязывающий от сети трансформатор, то крайней мере, пока есть такая возможность, то есть до мощностей в сотни ватт. Тогда Вас стукнет совсем не сильно в случае чего, только через конденсаторную связь, то есть вольт на 60, по моим ощущуениям.
    • 0
      Хорошее замечание) А еще лучше в специальных перчатках, они обычно для электромонтажников продаются. 60% резиновые волокна + 40% полиэстер. Классная штука и до 1000В не пробивает.
    • 0
      Ну я для таких целей два советских транса 127->220 приспособил. Бонусом то, что они на 750Вт расчитаны. Минус в размерах и весе.
      • 0
        Тут уже все от желания зависит и опыта не попадать рукой на заряженный конденсатор высоковольтный)

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.