Convertisseurs de tension d'impulsion. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Mythes, contes de fées, légendes et toasts sur les transformateurs d'impulsions

Il existe de nombreux mythes à travers le monde sur les transformateurs de puissance à haute fréquence et les selfs. Essayons de les démystifier. Malheureusement, la partie la moins articulée des manuels scolaires et des manuels est associée à des composants magnétiques, compliquant des objets et des phénomènes quotidiens généralement simples. Oui, il y a de nombreuses variables inconnues, oui, il y a de nombreuses subtilités que vous devez connaître, mais la théorie est silencieuse à leur sujet, et la littérature populaire ment, offrant des formules empiriques pour des problèmes spécifiques comme solutions pour toutes les occasions. Par exemple.

Mythe un. Plus le pourcentage de la zone centrale de la fenêtre remplie de cuivre est élevé - idéalement 100 % - mieux c'est. Faux. Dans de nombreuses conceptions, une couverture de 100 %, par rapport à 75 % (même nombre de tours, taille de fil différente) entraînera des pertes RF plus élevées. Vous ne pouvez pas transférer aveuglément des méthodes de calcul de 50 Hz à 500 kHz.

Deuxième mythe. Dans un transformateur optimal, les pertes de résistance d'enroulement et les pertes de noyau sont les mêmes. Faux. Souvent, un chiffre de perte diffère d'un autre de 1 à 2 ordres de grandeur. Alors quoi - ce n'est pas le critère principal pour le concepteur. Cette approche est également un héritage de "cinquante Hertz" - c'est ainsi que l'équilibre thermique est assuré dans les transformateurs de réseau massifs. Et nous avons l'ensemble de l'enroulement - une ou deux couches, et les conditions de transfert de chaleur sont très simplifiées.

Le troisième mythe. L'inductance de fuite doit être de 1 % de l'inductance magnétisante. Faux. Elle doit être aussi faible que possible sans dégrader de manière significative d'autres paramètres importants. Vous pouvez l'amener jusqu'à 0.1% - super. Et parfois, il faut s'arrêter à 10 %.

Quatrième mythe. L'inductance de fuite est fonction de la perméabilité du noyau. Faux. L'inductance de fuite de l'enroulement est pratiquement indépendante de la présence ou non d'un noyau dans la bobine. Plus précisément, toute la différence tient dans 10% (et c'est avec mu de plusieurs milliers !). Tu peux vérifier.

Cinquième mythe. La densité de courant optimale dans les enroulements est de 2A par mm². Ou 4A. Ou 8A. Et le chien est avec lui. La densité de courant n'a pas d'importance. Ce qui compte, c'est la dissipation thermique dans le fil et la capacité, ou l'incapacité, de la conception dans son ensemble à fournir un équilibre thermique à une température acceptable. En fonction de l'efficacité du refroidissement (du rayonnement dans le vide au refroidissement dans la phase d'ébullition), la densité de courant admissible change de deux ordres de grandeur. Ridley construit des transformateurs depuis 20 ans, mais nous n'avons jamais découvert la "densité de courant optimale" - seule la température du transformateur nous importe.

Mythe six. Dans un transformateur optimal, les pertes au primaire et au secondaire sont égales. Faux. Et si ce n'est pas égal, alors quoi? L'essentiel est qu'aucun d'entre eux ne surchauffe.

Septième mythe. Si le diamètre du fil est inférieur à la profondeur de l'effet de peau, il n'y a pas de pertes RF significatives. Une déclaration très préjudiciable. Dans les enroulements multicouches, même avec un fil très fin, il y aura des pertes.

Mythe huit. La fréquence de résonance du circuit du transformateur en l'absence de charge doit dépasser de manière significative la fréquence de conversion. Faux. Elle n'a pas d'importance. Dans un transformateur idéal, l'inductance tend vers l'infini, donc la fréquence de résonance pour un circuit ouvert tend vers zéro... et alors ? Et le fait que la résonance soit importante n'est pas pour une ouverture, mais pour un court-circuit du circuit secondaire. Cette résonance doit être supérieure d'au moins deux ordres de grandeur à la fréquence porteuse.

Mesures d'impédance de transformateur

Option de connexion de l'appareil

Dans cette configuration, l'analyseur affiche l'impédance du transformateur de 10 Hz à 15 MHz, pour les conditions de court-circuit de charge et de charge ouverte. Pour les transformateurs d'impulsions à enroulements courts, il est nécessaire de prévoir un court-circuit le long du chemin le plus court avec des pertes minimales. Après tout, le demi-anneau de fermeture, même avec un diamètre de plusieurs centimètres, a déjà une inductance comparable à l'inductance de fuite du primaire. L'inductance de fuite dépend de la fréquence ! En tant que ballast Rsense R=0.1..1 Ohm. Mesurez la résistance ohmique des enroulements uniquement avec un pont à faible résistance ou un ohmmètre avec un générateur de courant. Après un cycle de mesures, vous pouvez déterminer :

Inductance de magnétisation - Résistance d'enroulement - Inductance de fuite - Fréquence de résonance et facteur de qualité pour court-circuit et circuit ouvert - Capacité d'enroulement (jusqu'à 3 pF par tour).

À propos du contrôle actuel

La limitation de courant par tact, correctement implémentée, vous permet de créer un PN non tuable. Pour cela, le capteur de courant doit être rapide (latence de quelques nanosecondes), et être chargé directement sur l'entrée de commande du contrôleur IC.

Les déclenchements intempestifs de la protection contre les salves parasites sont supprimés par le filtre passe-bas RC. Ici, il est nécessaire de décider d'un compromis entre la vitesse et l'immunité au bruit, afin qu'un filtrage excessif ne manque pas le véritable excès de courant.

Les contrôleurs avec protection désactivée sur le front montant de l'impulsion ne sont pas non plus une panacée. Ces délais de 100ns (ou plus) pendant lesquels la défense est aveugle peuvent également tuer le PN. Par conséquent, il est conseillé de limiter de force la vitesse de commutation du transistor (ce qui réduit également le niveau d'interférences et de rayonnement à la fois dans le capteur de courant et dans l'espace).

Comment tester la protection actuelle ?

Court-circuitez la sortie PN - après le redresseur et le filtre de sortie. Malheureusement, avec un court-circuit dans le redresseur lui-même, aucune protection de courant n'aidera vos transistors.

Connectez la sonde au capteur de courant. Augmentez progressivement la tension d'alimentation jusqu'à ce que le contrôleur commence à générer une porteuse. Sur l'oscilloscope, vous devez observer des pics étroits - le circuit de protection doit rapidement désactiver les transistors ouverts. L'amplitude des impulsions doit correspondre au seuil de protection. Augmenter la tension d'alimentation au maximum. La durée des impulsions doit se réduire. L'amplitude peut croître (en raison des retards dans la propagation de la rétroaction de courant), mais pas de manière significative. Et s'il augmente proportionnellement à la tension d'entrée - arrêtez, votre système d'exploitation est trop lent.

Ensuite - c'est important - le cycle de mesure doit être répété à des températures minimales et maximales de l'air

Ceci est important : les paramètres de la ferrite sur laquelle le transformateur de courant est enroulé peuvent flotter avec la température, de sorte qu'il ne semble pas petit.

À propos des amortisseurs

Snubber (snubber - damper) - Circuit RC parallèle à l'enroulement - pour shunter les sonneries haute fréquence. La sonnerie doit être supprimée, sinon des pannes, des micros excessifs et une instabilité du convertisseur sont possibles. En règle générale, un shunt RC est suffisant pour calmer les enroulements indisciplinés si la fréquence de sonnerie dépasse la porteuse d'environ deux ordres de grandeur ou plus. Et si ce n'est pas le cas, vous devez rechercher des solutions de contournement, car alors une proportion importante de la porteuse et de ses harmoniques les plus proches tomberont dans la bande passante du shunt.

D'abord. Déterminer la fréquence des oscillations parasites. Pour commencer, faites fonctionner le circuit à faible courant de charge. La sonde de l'oscilloscope - afin de ne pas modifier le circuit - doit avoir une capacité propre minimale. Sinon, essayez de rapprocher la sonde du circuit de sonnerie sans contact électrique. Veuillez noter que la fréquence de sonnerie flotte avec la tension du circuit primaire.

Deuxième. Calculez le circuit RLC équivalent pour la fréquence et le facteur Q. Du côté primaire, l'inductance de fuite est connue (doit être connue !) Côté secondaire, les capacités des diodes sont connues.

Impédance caractéristique Z = 2 * Pi * f * L (pour L connu), Z = 1 / (2 * Pi * f * C) pour C connu

Troisième. Pour commencer, essayons juste le shunt R, R=Z. Calculons les pertes de chaleur sur le shunt. S'ils sont indécemment élevés, on complète le lien avec la capacité C=1 / (Pi * f * R). Augmenter la capacité est inutile - les pertes augmentent, la suppression de la sonnerie ne s'améliore pas (la capacité à RF est complètement conductrice).

Quatrième. Recalculons la puissance de perte par R : P = 2* C * V * Fcarrier - c'est la perte du seul porteur sans génération de chaleur sur la sonnerie. Nous vérifions dans un circuit réel. La première approximation - en règle générale - convient immédiatement à la plupart des cas.

À propos des puces de contrôleur

Le placement et le routage des composants à proximité du circuit intégré sont essentiels ! Ceci est répété dans chaque fiche technique, mais cela n'interfère pas avec la répétition.

Tout d'abord - la capacité de réglage de fréquence du générateur. Placez-le au pied même de l'IP. Pas cinq millimètres, mais plus c'est proche, mieux c'est. Sinon, des phénomènes inexplicables sont possibles - par exemple, un circuit conçu pour 100 kHz générera à mégahertz, une sirène sortira du Yauza, etc. De plus, il n'apparaîtra peut-être pas sur le prototype, mais sur la carte série, il apparaîtra dans toute sa splendeur.

Deuxièmement, les capacités des circuits de puissance doivent également être soudées aussi près que possible des pattes du CI.

La sortie d'une scie génératrice (là où elle est accessible de l'extérieur) n'aime pas être chargée (comme moi). Par conséquent, lors de la sélection d'un signal à partir de cette sortie, soyez prudent - même une charge de 100 kΩ peut modifier la forme de la scie. Il est plus correct de générer la scie en parallèle, sans se connecter au circuit primaire du générateur.

IS 3842, 3843 vous permettent de définir une pause entre les impulsions de 5% à 30% de la période. 3844, 3845 - jusqu'à 70%. Si vous avez besoin d'allonger la pause, vous pouvez contourner ces limitations en modifiant la synchronisation de R, C. Ensuite, l'ajout d'une autre résistance de la broche RTCT à la puissance plus accélérera la charge et ralentira la décharge, allongeant la pause disponible temps.

IC UC3825 - le temps de pause minimum (absolu, en millisecondes) est fixé de manière rigide par la capacité Сt, voir la documentation. Mais il est possible de faire comme décrit ci-dessus - en connectant une résistance à Ct. C'est juste le temps qu'il flottera tout le temps avec la tension d'alimentation.

Les pilotes de sortie IC n'aiment pas les charges inductives - telles que les transformateurs d'isolement - qui provoquent un rebond de grille. De plus, s'il ne se manifeste pas en laboratoire, dans la vraie vie, il surviendra certainement au moment le plus inopportun. Après tout, les paramètres du transformateur flottent ... Par conséquent, il est recommandé de protéger la porte avec des diodes et en parallèle avec le primaire du transformateur - avec une résistance.

Les contrôleurs de première génération, en particulier les plus anciens, sont extrêmement instables tant en termes de tensions de référence (vous pouvez vivre avec cela) qu'en termes de synchronisation, jusqu'à une séquence incorrecte de déclenchements et une dérive excessive de la fréquence porteuse (dépend de la stabilité des niveaux de référence). Si vous le souhaitez, utilisez IS soit une année de fabrication récente, soit avec des suffixes indiquant des options "améliorées". Ceux. TL594 pas TL494 etc.

Par exemple, une caractéristique non documentée du Bryansk IC KR1156EU2 (analogue à 3825) - avec une alimentation 12V, un câblage correct, avec un niveau d'inhibition à l'entrée ILIM, la sortie 14 est à un niveau bas (normal) et court, environ 11 ns crêtes fluage à travers la sortie 100 - fronts "en contre-dépouille" avec amplitude de porteuse jusqu'à 9V. Quelque part, le déclencheur ne fonctionne pas correctement. Mais ces coupures suffisent à ouvrir l'obturateur et (et du coup) tuer le circuit.

À propos de la fréquence de coupure de la boucle OC

À propos de la mesure du gain d'un FN en boucle fermée - il est préférable de le mesurer comme décrit dans la section suivante, en utilisant un analyseur de spectre (un oscillateur ne suffit pas).

Pour le PV direct et inverse avec contrôle de tension, la fréquence de coupure ne doit pas dépasser le quart de la fréquence nulle de la fonction de transfert sur la moitié droite du plan complexe. Si le respect de cette condition ne permet pas de stabiliser de manière fiable la sortie, il est alors nécessaire de refaire le filtre de sortie.

Pour tous les PN, la fréquence de coupure ne doit pas dépasser 1/8 de la fréquence porteuse.

L'augmentation de la fréquence de coupure est limitée par les inévitables bruits, sonneries et autres phénomènes parasites dans le PN à un niveau d'environ 15 kHz. Si pour une raison quelconque vous avez besoin de le comprendre, la complication inévitable du circuit est l'introduction d'un amplificateur d'erreur externe à grande vitesse dans la boucle du système d'exploitation.

Plus important encore, la fréquence de coupure de l'OS n'est pas une fin en soi. Impédance de sortie importante dans la plage de fréquence requise par la charge, suppression de l'instabilité de la tension d'entrée et suppression du bruit d'entrée.

Mesure de boucle

Assurez-vous de mesurer le comportement de la boucle de rétroaction avant de mettre l'instrument en service.

Le dispositif, qui est décrit ci-dessous, introduit une source de tension (générateur de balayage) dans le disjoncteur du système d'exploitation (points 1-2). Ensuite, les spectres du signal sont enregistrés en deux points quelconques du circuit et la réponse en fréquence du rapport de ces spectres est affichée. Le rapport du spectre de sortie au spectre d'entrée est la caractéristique de transfert (en amplitude). Vous pouvez répéter l'appareil qualitativement en utilisant un générateur avec une sortie de transformateur et une stabilisation de tension sur l'enroulement secondaire, et un oscilloscope.

Mesure des paramètres de boucle par analyseur de spectre АР102В - PN avec découplage optocoupleur

Les points de connexion des sondes des voies A et B permettent de mesurer diverses fonctions de transfert