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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE SMPS en cascade Flyback, 220/12,6 volts 0,5 ampères. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Alimentations L'article présenté à l'attention des lecteurs fournit une description du principe de fonctionnement et un circuit pratique d'un SMPS basé sur un convertisseur de tension en cascade flyback. L'absence de surtensions au niveau du drain du transistor de commutation à effet de champ permet de réduire les exigences relatives à sa tension maximale admissible. Alimentation à découpage réseau, dont le circuit est illustré à la Fig. 1, fait référence aux convertisseurs dits flyback, mais le circuit de son étage de sortie diffère considérablement du flyback « classique ». On peut noter que dans le circuit de drain du transistor VT1, il n'y a pas de circuit diode-résistif-capacité d'amortissement ; un enroulement séparé du transformateur d'impulsions n'est pas nécessaire pour alimenter le contrôleur, mais deux dispositifs de stockage d'énergie distincts sont utilisés - l'inductance L2. et transformateur d'isolement T1.
Dans l'étage de sortie, dont un schéma simplifié est présenté sur la Fig. 2, le processus de transfert d’énergie peut être divisé en deux étapes. Sur le premier, l'énergie s'accumule dans le champ magnétique de l'inducteur L1 pendant la course aller et est transmise à travers la diode ouverte VD1 au condensateur C1 pendant la course arrière. À la fin de la course inverse, le condensateur C1 sera chargé ainsi. que sa doublure supérieure selon le schéma acquerra un potentiel négatif par rapport à la doublure inférieure. Au deuxième étage, lors de la prochaine course en avant, le condensateur chargé C1 via le transistor ouvert VT1 et la diode VD2 sera connecté à l'enroulement primaire du transformateur T1 et commencera à se décharger. A ce moment, l'énergie est accumulée dans le champ magnétique du transformateur T1 et, enfin, lors de la prochaine course inverse, l'énergie est transférée à la sortie via un redresseur sur la diode VD3 et le condensateur de lissage C2.
Analysons maintenant plus en détail le fonctionnement du SMPS (voir Fig. 1). Un pont redresseur est monté sur les diodes VD1-VD4, les condensateurs C4, C5 lissent les ondulations de la tension redressée. Étant donné que les processus de stockage d'énergie sont combinés, le courant total de l'inductance L1 et de l'enroulement primaire du transformateur T2 traverse le transistor ouvert VT1. Le courant dans L2 augmente linéairement sous l'action de la tension redressée, et son taux d'augmentation est déterminé par cette tension et l'inductance de l'inductance. Le courant augmente également linéairement dans l'enroulement primaire T1 et la capacité du condensateur C9 est choisie de telle sorte que pendant la course aller, la tension sur celui-ci change de manière insignifiante. Cette composante du courant du transistor a le même sens que le courant de l'inductance, puisqu'une tension de polarité négative est appliquée à la borne supérieure de l'enroulement primaire du transformateur T1. Lorsque le courant traversant le transistor VT1 atteint une certaine valeur, la tension aux bornes de la résistance R9, qui agit comme un capteur de courant, provoquera la commutation du contrôleur de commande DA1 et la fermeture du transistor à effet de champ. Notons comme inconvénient le fait qu'à même niveau de puissance qu'un convertisseur flyback « classique », le courant du transistor est ici plus élevé. Les avantages du dispositif apparaissent à l'étape inverse - lorsque le transistor à effet de champ VT1 se ferme, le courant de l'inductance L2, dû à la force électromotrice d'auto-induction, charge le condensateur C9. Étant donné que la tension sur ce condensateur ne peut pas changer instantanément, le processus transitoire au niveau du drain du transistor se déroule sans problème, il n'y a pas de surtension, il n'est donc pas nécessaire d'utiliser un circuit de condensateur résistif à diode d'amortissement, ce qui réduit considérablement l'efficacité de l'alimentation à de faibles valeurs de puissance de sortie. Avec le début de la course inverse, le processus d'accumulation d'énergie dans le transformateur T1 s'arrête et la tension sur son enroulement primaire, qui était négative pendant la course aller, deviendra positive en raison de l'auto-induction - la diode VD6 s'ouvrira, fournissant l'alimentation tension au contrôleur DA1. et la diode VD9. alimenter la charge. Lorsqu'il est connecté au réseau, la tension d'alimentation du contrôleur est initialement fournie via le circuit R6C8 et est limitée par la diode Zener VD5 à 15 V. La résistance R10 limite le courant de cette diode Zener en régime permanent, et l'inductance L1 protège en plus les circuits d'alimentation du contrôleur des surtensions. La fréquence de conversion est fixée par les éléments R4, C3 et est d'environ 62 kHz. La tension de sortie est contrôlée à l'aide de l'optocoupleur U1 et est régulée en modifiant le rapport cyclique des impulsions de commande fournies à la grille du transistor VT1. Le SMPS fournit une tension de sortie de 12,6 V pour un courant allant jusqu'à 0,5 A. L'instabilité de la tension de sortie ne dépasse pas ± 2,5% et son ondulation à la fréquence de conversion ne dépasse pas 100 mV. Le rendement à une puissance de sortie de 6 W n'est pas inférieur à 0,72. Lorsque la charge est déconnectée, le SMPS fonctionne en mode redémarrage et la tension de sortie n'augmente pas. La charge minimale à laquelle il entre en mode stabilisation peut être une LED d'indication. Le courant consommé par le réseau dans ce mode est réduit à quelques milliampères. L'appareil a été assemblé sur deux prototypes de circuits imprimés. Sur l'un d'eux se trouve le contrôleur DA1 avec les éléments qui lui sont associés, sur le second - le reste. Les cartes sont reliées entre elles par des fils de la longueur minimale possible. La carte contrôleur utilise des résistances et des condensateurs à montage en surface de taille 1206. Les condensateurs C5, C9 - K73-17, C4, C11 sont des condensateurs à oxyde adaptés en taille et en tension de fonctionnement. L'inductance L1 est EC24, la résistance R9 est composée de deux connectées en parallèle et R5 est composée de deux connectées en série. Nous remplacerons le transistor IRF830 par un autre commutateur à effet de champ avec une tension drain-source admissible de 500 V, un courant de 4,5 A et une résistance à canal ouvert ne dépassant pas 1,5 Ohms. Aucun dissipateur thermique n'est requis pour le transistor. L'appareil utilise un microcircuit UCC38C44D de Texas Instruments. Avec des modifications mineures dans le circuit, vous pouvez utiliser des contrôleurs similaires d'autres familles, notamment l'UC3844A. Il est important que le rapport cyclique maximum des impulsions de sortie soit de 50 %. Pour la fabrication de l'inductance L2 et du transformateur T1, un noyau magnétique EFD15 en forme de W de petite taille d'Epcos, matériau n° 87, complet avec un cadre standard, a été utilisé. L'inductance d'un tour est de 100 nH. La self L2 contient 130 tours de fil PEV-2 0,2, posés en quatre couches et possède une inductance de 1,7 mH. Vous pouvez également utiliser une inductance prête à l'emploi avec un courant de saturation de 0,3...0,4 A, par exemple le SDR1006-152KL de Bourns. Le transformateur T1 contient deux enroulements de 36 tours de fil PEV-2 0,35, isolés l'un de l'autre par deux couches de ruban polyester. l'inductance de chaque enroulement est de 0,12 mH. L'utilisation de ces noyaux magnétiques permet d'obtenir une hauteur du dispositif monté d'environ 10 mm. Pour un transformateur, il est également permis d'utiliser un noyau magnétique annulaire en matériau MP-140 d'un diamètre extérieur de 18 mm ; le rendement diminuera de 2...2,5 %. Dans ce cas, le nombre de tours doit être augmenté à 50 et il est plus pratique d'enrouler les enroulements avec un fil doublement plié avec une isolation de haute qualité, par exemple MC16-14 ou MP37-12. Un transformateur fabriqué de cette manière a une inductance de fuite plus faible et l'appareil fonctionne de manière plus stable avec lui. Étant donné que la plupart des éléments de l'appareil sont sous tension secteur, pour l'installation et les tests, il est conseillé d'utiliser un transformateur d'isolement adapté à l'alimentation, en connectant une charge équivalente à la sortie du SMPS en cours d'installation. Tout d'abord, vous devez vous assurer que le contrôleur et ses circuits sont en bon état de fonctionnement, pour lesquels, sans connecter l'appareil au réseau, appliquez temporairement une tension constante de 13...14 V entre les bornes d'alimentation du contrôleur. le transistor VT1 doit contenir des impulsions - une onde carrée avec la fréquence de conversion. L'appareil ne nécessite pas de sélection d'éléments ni de configuration. Vous pouvez modifier la tension de sortie dans de petites limites en sélectionnant la résistance R11 (1,2 kOhm). Après avoir connecté une charge nominale à la sortie, vérifiez la tension de sortie et, sans éteindre le SMPS, court-circuitez sa sortie. Le courant moyen consommé par le réseau devrait diminuer, ce qui indique un fonctionnement normal des circuits de protection. Auteur : V. Sokol, village de Chashnikovo, district de Solnechnogorsk, région de Moscou.
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