Понадобился мне для прожекта одного источник питания, и не найдя ничего готового под мои параметры, решил собрать на скорую руку из того что было.
Параметры источника питания :
1) мощность 10Вт
2) Входное напряжение - от 60В до 100В
3) Выходное напряжение 17В, 5В
4) Как можно более компактный.
Рассматривал две схемотехники: обратноход и понижающий дроссельный чопер. Решение принял в пользу обратнохода, так как у чопера силовой ключ смещен над уровнем земли по напряжению, и для его управления нужен развязанный драйвер, который пришлось бы делать на каком нить маленьком трансике, а это дополнительное место.
Обратноход так обратноход, тогда вопрос - на чем ?
Собрать можно либо классику на uc3843-44 либо шлепнуть готовую микруху в себе из семейства TOP-switch.
Нашел в закромах Топик -
TNY288P.
На ней и остановился.
Схему взял из дока на микруху, и минимизировал её ровно на столько, чтоб источник питания устойчиво работал под нагрузкой до 10Вт.
Рис.1. Схема обратноходовика на TNY288P, минимизированная.
Теперь по трансформатору. В качестве трансформатора я применил сердечник ELP22. Это плоский сердечник рассчитанный под применение с печатными обмотками.
Со старых проектов у меня как раз остался набор печатных обмоток, на фото - по центру сам сердечник, правее - печатные обмотки.
После того как с трансом все стало ясно, нужно его посчитать.
Пройдемся по расчету.
Из даты на микросхему известно что микросхема ограничивает работу по значению тока намагничивания первички в 0,5А. То есть если амплитуда пилы тока в первичной обмотке транса дойдет до 0,5А - микруха уйдет в режим ограничения к.заполнения. Следовательно нам нужно чтоб при заданной индуктивности,максимальном входном напряжении питания и максимальном к.заполнении ток в цепи первички как раз достигал этих самых 0,5А, и даже чуток раньше, тогда микросхема гарантированно будет себя ограничивать.
Зная максимальное напряжение питания, величину тока и время, в течении которого данное напряжение будет действовать на индуктивность - найдем величину этой индуктивности.
U= L*di/dt откуда L= U*t/i
Частота микрухи в среднем 120КГц, при этом макс к.зап около 0,8, тогда период работы ключа будет = 1/120 000 *0,8 = 6,64us
Считаем минимальную индуктивность первички L = 100V*6.64us/0.5 = 1328uH
Итого для напряжения в 100В и частоты в 120КГц чтоб данная микросхема работала на максимум и при этом при достижении своего предела себя ограничивала нужна индуктивность 1,328мГн.
Я не буду эту микросхему использовать на максимум, по этому я могу индуктивность снизить, тогда на меньшей мощности будет срабатывать ограничилка мощи.
В моем случае я взял 1,2мГн.
Ура, индуктивности первички известа.
Далее сколько нужно витков, чИтоб получить эту индуктивность .. ? посчитаем.
Сердечник у меня без зазора, по этому у него
средняя проницаемость огромная. А зазор нужен, зачем ? - чтоб снизить индукцию в сердечнике. Как это работает - индукция в сердечнике ( сила которая намагничивает сердечник, и двигает заряды по проводам вокруг него ) B = u*H , где Н - это ампервитки. При этом, для каждого магнитного материала применяемого в электронике - максимальная величина магнитной индукции нормирована производителем. Материал моего сердечника N87, и максимальная его индукция - около 470мТ. Так вот, чтоб снизить В, при Н-константа, нужно уменьшать u - проницаемость. Как уменьшить общую ( среднюю ) проницаемость сердечника - добавить в него зазор.
Какой величины добавить зазор - ? можно посчитать, но это делать мне было лень, по этому я зазор взял по опыту в 0,1мм. Получить такой зазор можно если на все торцы одной ш-образной половинки сердечника наклеить в один слой желтую трансформаторную изоляционную ленту. На фото видно.
Далее, зная исходную индуктивность, количество витков N можно посчитать по формуле N= sqrt(L*Al),
где L - требуемая индуктивность, Al - коэффициент сердечника - индуктивность на виток, этот параметр обычно указан в доках на сердечник, однако в моем случае, с учетом зазора - он неизвестен, соответственно его нужно узнать.
Узнать Al в неизвестной конфигурации сердечника просто, нужно намотать пробную обмотку с известным числом виток на интересующем сердечнике, и измерить индуктивность. И далее по формуле Al = L/N
2 узнать Al. Это я и проделал, и оказалось что для моего сердечника с зазором в 0,1мм, Al = 0.83uH на виток.
Зная Al, считаем кол. витков для заданной индуктивности: N= sqrt ( 1200uH*0.83uH ) = 30N.
Супер! остается взять и намотать.
Для намотки первички я применил литцендрат 0,1мм*10жил.
Мотаем, измеряем.
Полученное значение в 1173uH достаточно близко к 1200uH, по этому все ок.
Теперь вторичка. Для оптимальной работы обратноходовика, кол.витков вторички считаю через к.тр, и для 17В получаю 6 Витков. Имеющиеся печатные обмотки у меня как раз на 6 витков. Их и применил.
Далее нужно изготовить плату. Плата мне нужна как можно меньше, все комплектующие применяю в чиповом формате - SMD.
Пилю .. точу стругаю, и в результате получаю.
Далее, нужно разобраться с полярность первички и вторички - это важно. Полярность вторички по отношению к первички должна быть обратной. То есть когда к первички транса приложено напряжение ( ключ открыт, ток протекает ), диод на вторичке должен быть заперт. Для этого собираю простую схемку, суть которой в следующем:
подаю на первичку с любого генератора прямоугольников сигнал, а вторичку нагружаю на резистор. Скважность подаваемых импульсов желательно сделать меньше 0,5. Сигналы на первичке и на вторичке смотрю ослом. Щуп на вторичке нужно подключить так, чтоб когда на первичке присутствовал импульс, на вторичке был импульс с отрицательным напряжением.
Выглядит это примерно так.
Разобравшись с полярностью, устанавливаю транс и собираю все в кучу.
Фото собранного источника:
Далее, подключаю нагрузку в виде двух мощных резисторов на 20R, включенных последовательно, и подаю питание, попутно достаю тепловизор и смотрю за температурой.
Включаю и о чудо! все заработало с пол тычка!
Осталось добавить с обратной стороны платы маааленький импульсник для 5В.
Ну вот и все, устройство готово и годно к применению.
Под нагрузкой в 10Вт - самый горячий элемент схемы- это выходной диод. Тип выходного диода у меня STTH212, его температура 60гр, микросхема при этом 40гр. Греется он от потерь на переключение. Чтоб эти потери снизить - можно применить диод с мгновенным переключением что то из серии карбид-кремния, но ставить такой диод сюда - я не вижу смысла, и так работает.