Program PI Expert pro návrh obvodů TOPSwitch

1. Program PI Expert pro návrh obvodů TOPSwitch Volba IO, výpočet transformátoru

2. Vstupní parametry zdroje Název zdroje pro jeho uložení. Volba izolační vzdálenosti v jedné vrstvě, odpovídající napájecímu napětí 230V. Volba zda izolační vzdálenost ano či ne. Volba napájecího napětí 230V.

3. Izolační vzdálenost je pro 230V dvojnásobná (2 . M = 6 mm), pro 110V stačí 3 mm. Pro síťová napětí ji užíváme vždy. Optimální vymezení izolační vzdálenosti je oboustranně samolepící izolační páskou o šířce 3 mm a tloušťce (v několika závitech) jako je průměr vodiče vinutí. Izolační vzdálenost je na obou koncích vinutí a tak zmenšuje využitelnou šířku vinutí o 2 . M = 6 mm!

4. výstupní napětí Vstupní a výstupní napětí výstupní proud výkon UF diody zpět. vazba volba 230V volba 50Hz volba IO volba kapacity nabíjecího kondenzátoru

5. Vstupní napětí volíme vždy buď110V nebo 230V. Volba „Univerzální“ znamená, že zdroj nepracuje za optimálních podmínek (střída spínání) ani při 110V, ani při 220V. Propustné napětí diody UF je 0,7 V pro Si diodu (vždy typu fast) a nižší pro Schottkyho diodu. Tu volíme vždy, pokud vyhoví její malé závěrné napětí. Hodnota napětí zpětnovazebního vinutí je dána typem zapojení zdroje s obvodem TOPSwitch, obvykle vuhovuje okolo 15V. Kapacitu nabíjecího kondenzátoru vstupního síťového usměrňovače můžeme volit oproti programu i několikanásobně vyšší a realizujeme ji nejlépe několika paralelně zapojenými kondenzátory, rozmístěnými po desce plošných spojů. Obvody TOPSwitch volíme ve starším provedení z řady TOP200 (pro 220V a s kmitočtem 100kHz), nebo z řad nověhších, pracujících na kmitočtech 130kHz.

6. Výběr IO zvolen obvod TOP222 Pmax Umax Imax možnost volby nespojitého režimu činnosti zdroje maximální střída účinnost poddimenzování by bylo označeno červeně, správná volba je modře

7. všechna čísla musí být modrá optimalizováno na cenu Volba jádra počet vrstev počet závitů efektivní délka magnetické siločáry indukční konstanta průřez jádra šířka cívky plocha okénka cívky typ jádra maximální přenášený výkon

8. Přehled výsledků návrhu I minimální hodnota napětí sítě maximální hodnota napětí sítě kmitočet sítě doba po kterou prochází proud diodami vstupního usměrňovače ztráty na primární straně účinnost výstupní napětí a proud zpětnovazební napětí a proud

9. Přehled výsledků návrhu II maximální napětí kolektor-emitor interního tranzistoru v IO úbytek napětí kolektor-emitor sepnutého interního tranzistoru v IO poměr zvlnění proudových špiček externí proudový limit špičková hodnota primárního proudu efektivní hodnota primárního proudu maximální hodnota střídy spínání

10. Přehled výsledků návrhu III kapacita nabíjecího kondenzátoru vstupního usměrňovače stejnosměrné napětí na nabíjecím kondenzátoru Zenerovo napětí ochranné Zenerovy diody závěrné napětí zpětnovazební diody propustné napětí zpětnovazební diody ztráty ochranné Zenerovy diody

11. Přehled výsledků návrhu IV propustné napětí výstupní diody závěrné napětí výstupní diody efektivní hodnota proudu, tekoucího výstupním kondenzátorem špičková hodnota sekundárníhoproudu efektivní hodnota sekundárního proudu

12. Přehled výsledků návrhu V typ jádra a cívky minimální indukčnost primární cívky pro spojitý režim činnosti počet primárních závitů průměr vodiče primárního vinutí počet zpětnovazeb-ních závitů indukované napětí na primárním vinutí při rozepnutí proudu primární proudová hustota počet vrstev primárního vinutí čistá šířka cívky (vinutí) izolační vzdálenost

13. Přehled výsledků návrhu VI efektivní příčný průřez jádra transformátoru efektivní hodnota magnetizační AL konstanty se vzduchovou mezerou jádra (G = gap) maximální hodnota sycení (mag. indukce) střídavá hodnota magnetické indukce tloušťka vzduchové mezery v magnetickém obvodu jádra rozptylová indukčnost primárního vinutí hodnota indukčnosti sekundárního vinutí

14. Vstup FB je kom-parován přímo s referenčním napětím 1,25V • Vstup SENSE je je komparován s na-pětím 5V nebo 12V • Vstup SET je komparován OZ s referenčním napětím 1,25V

15. Volba cívky pro zvyšující zdroj: Do vztahu L = (UL . tON) / ICmax kde UL = UOUT – UF – UINmin je napětí na cívce, tON je doba sepnutí interního tranzistoru a ICmax je maximální kolektorový proud tohoto tranzistoru, UF je napětí na cívce v propustném směru, UOUT = 12 V, UINmin = 4,5 V. Dosadíme pro obvod LT1111: ICmax = 1 A, pro f = 100 kHz je T = 10 μs a při DC = 0,7 je tON = 7 μs, UF = 0,5 V pro Schottkyho diodu MBRS120T3 L = {(12 – 0,5 – 4,5) . 7.10-6} / 1 = 49 μH a to je hodnota indukčnosti cívky pro práci zdroje na mezi spojitého a nespojitého režimu činnosti.

16. Podmínky: Cívka musí za jednotku času přenést požadovaný výkon ze vstupu na výstup, daný vztahem: PL = (UOUT – UF – UINmin) . IOUT, kde UF je úbytek na diodě v propustném směru. Během jedné periody pracovního kmitočtu pak musí cívka přenést energii W = PL / f, kde f je kmitočet. V době sepnutí vnitřního tranzistoru mezi SW1 a SW2 bude proud cívkou narůstat podle vztahu IL(t) = UIN / R . {1 – exp (-R . t / L)}, kde R je odpor sepnutého tranzistoru a stejnosměrný odpor cívky. Pro malou hodnotu tohoto odporu (cca 0,8 Ω) lze vztah zjednodušit na IL(t) = UIN . t / L. Pokud je pro t = 0 proud IL(0) = 0, pak to odpovídá nespojitému režimu činnosti zdroje. Pro konkrétní hodnotu sepnutí tranzistoru tON a zvolenou indukčnost cívky L dostaneme maximální hodnotu proudu cívkou ILmax a hodnota energie E = ½ . L . ILmax2 musí být větší než W = PL / f.

17. Příklad: Předpokládejme zdroj s výstupním napětím 12V a odběrem proudu do zátěže 60 mA, který je napájen vstupním napětím, které kolísá v rozmezí od 4,5V do 8V. PL = (12V + 0,5V – 4,5V) . (60mA) = 480mW W = PL / fOSC = 480 mW / 72 kHz = 6,7 μJ Použijeme cívku o indukčnosti L = 47 μH a stejnosměrném odporu RL = 0,2 Ω. IPEAK = 4,5 V / 1 Ω .{1 – exp ( -1 Ω . 7 μs / 47 μH)} = 623 mA, kde 4,5 V je minimální hodnota napájecího napětí, 1 Ω = RCEon + RL = 0,8 Ω + 0,2 Ω, 7 μs je doba sepnutí tranzistoru tON Energie pak je E = ½ . 47 μH . (623 mA)2 = 9,1 μJ a tedy větší než W = PL / fOSC = 6,7 μJ.

18. SW1 = kolektor vnitřního tranzistoru, SW2 = emitor vnitřního tranzistoru, FB = zpětná vazba s vnitřním děličem, Ilim = omezení proudu odporem mezi Ilim a Vin, GND = zem

19. GND = signálová zem, PGND = výkonová zem (emitor tranzistoru), Vin = napájení IO, SW = kolektor spínacího tranzistoru, FB = zpětnovazební vstup, Ilim = nastavení maximálního proudu, Sel = select, spojený se zemí Uout=3,3V, spojený s napájením Uout=5V, SHDN = spojený se zemí vypíná výstup zdroje