Проектирование источников питания: мини-руководство

Ф. Досталь, ведущий инженер технической поддержки компания Analog Devices,

Проектирование источников питания: мини-руководство

Статья опубликована в журнале Электроника НТБ № 9 2021

Источник питания — ключевой элемент любой электронной системы, от характеристик которого зависят такие важные характеристики готового изделия, как энергоэффективность, срок службы, электромагнитная совместимость, габариты, стоимость. В статье представлен обзор возможностей для проектирования источников питания, рассмотрены основные и широко применяемые топологии изолированных и неизолированных источников питания, их преимущества и недостатки, а также вопросы, связанные с фильтрацией и электромагнитными помехами. Цель мини-руководства — дать общее представление о принципах проектирования современных источников питания.

Введение
В большинстве электронных систем требуется преобразование напряжения источника питания в напряжение схемы, для питания которой он предназначен. Напряжение на батарее снижается по мере ее разрядки, а использование DC / DC-преобразователя гарантирует, что большая часть энергии, накопленной в аккумуляторе, будет использоваться для питания схемы. Также, от сети переменного тока невозможно запитать электронные схемы напрямую. Источники питания и преобразователи напряжения используются во всех электронных системах и за прошедшие годы они подвергались оптимизации для решения конкретных задач. Как правило, целями такой оптимизации являются минимальные габариты устройства, высокий КПД, электромагнитная совместимость и низкая стоимость решения.

Простейший источник питания: LDO-стабилизатор
Один из простейших типов источника питания — линейный регулятор или стабилизатор с малым падением напряжения (LDO). Линейный стабилизатор можно представить как регулируемый резистор, установленный между входом и выходом, таким образом выходное напряжение остается постоянным, вне зависимости от входного напряжения и тока нагрузки (рис. 1).

Рис. 1. Принцип работы линейного стабилизатора

В течение многих лет схема типового силового преобразователя строилась на основе подключенного к сети 50 / 60-Гц трансформатора с определенным соотношением обмоток для генерирования нестабилизированного выходного напряжения, которое на несколько вольт выше, чем напряжение питания, необходимое в системе. После трансформатора включен линейный стабилизатор для преобразования этого промежуточного напряжения в стабилизированное напряжение для питания схемы (рис. 2).

Рис. 2. Типовая схема силового преобразователя на основе сетевого трансформатора и линейного стабилизатора

Недостаток схемы, показанной на рис. 2, заключается в том, что 50 / 60-Гц трансформатор имеет большие габариты, вес и стоимость. Кроме того, линейный стабилизатор рассеивает много тепла, снижая общую эффективность системы, а при высокой мощности системы отвод тепла становится затруднительным.

Импульсные источники питания
Чтобы избежать недостатков схемы, показанной на рис.  2, были изобретены импульсные источники питания. На вход этих устройств подается не сетевое напряжение переменного тока с частотой 50 или 60 Гц, а постоянное напряжение (или выпрямленное переменное напряжение). Затем генерируется напряжение гораздо более высокой частоты для того, чтобы использовать трансформатор намного меньшего размера, а в неизолированных системах используется LC-фильтр для формирования постоянного напряжения на выходе. Преимущества такого решения — небольшие размеры и относительно невысокая стоимость. Генерируемое промежуточное переменное напряжение не обязательно должно быть синусоидальным. Простой прямоугольный сигнал с широтно-импульсной модуляцией будет также работать хорошо, его легко сформировать с помощью ШИМ-генератора и силового ключа.
Вплоть до 2000 года в качестве ключей наиболее часто использовали биполярные транзисторы. Они работают хорошо, но имеют относительно низкую скорость переключения. Кроме того, биполярные транзисторы не очень энергоэффективны, что ограничивает их частоту переключения 50 или 100 кГц. На сегодняшний день вместо биполярных транзисторов используются быстрые полевые МОП-транзисторы, имеющие меньшие потери переключения, что позволяет им работать на скоростях до 5 МГц. Такие высокие частоты переключения позволяют применять в силовом каскаде катушки индуктивности и конденсаторы небольшого размера.
Импульсные стабилизаторы обладают массой преимуществ. Как првило, они обеспечивают преобразование напряжения с высоким КПД, позволяют повышать и понижать напряжение, они довольно компактные и недорогие. Недостатки заключаются в том, что их не так просто спроектировать и оптимизировать, кроме того, они генерируют электромагнитные помехи из-за коммутационных и переходных процессов. Доступность микросхем импульсных стабилизаторов, а также инструментов проектирования источников питания, таких как LTpowerCAD и LTspice, значительно упростили сложный процесс проектирования. С помощью таких инструментов проектирование схемы импульсного источника питания можно выполнить в полуавтоматическом режиме.

Развязка в источниках питания
При проектировании источника питания в первую очередь необходимо прояснить вопрос, требуется ли гальваническая развязка. Гальваническая развязка используется по нескольким причинам. Она делает цепи более безопасными, обеспечивает работу системы в плавающем режиме и предотвращает распространение зашумленных токов заземления через различные электронные устройства в одной схеме. Наиболее распространенные изолированные топологии — обратноходовой и прямоходовой преобразователи. Однако в более высокомощных системах используются другие изолированные топологии, такие как двухтактная, полумостовая и мостовая.
Если гальваническая развязка не нужна, в большинстве случаев используется неизолированная топология. Изолированные топологии всегда содержат трансформатор, само устройство становится крупнее и дороже, а найти готовый трансформатор, отвечающий требованиям конкретного источника питания, довольно проблематично.

Рис. 3. Схема простого понижающего преобразователя

Наиболее распространенные топологии, когда развязка не требуется
Наиболее распространенной неизолированной топологией импульсного источника питания является понижающий преобразователь (buck converter, step-down converter). На его вход подается положительное напряжение, а на выходе генерируется выходное напряжение ниже входного. Это одна из трех основных топологий импульсных источников питания, для которых требуются только два ключа, катушка индуктивности и два конденсатора (рис. 3). Ключ верхнего плеча передает импульс тока со входа и генерирует напряжение узла, амплитуда которого меняется в диапазоне от входного напряжения до напряжения земли. LC-фильтр сглаживает импульсное напряжение на коммутационном узле и генерирует выходное напряжение постоянного тока. В зависимости от скважности ШИМ-сигнала, управляющего ключом верхнего плеча, генерируются разные уровни выходного напряжения. Понижающий DC / DC-преобразователь относительно прост в проектировании, имеет высокий КПД и требует минимального количества компонентов.
Импульсы тока присутствуют на входе понижающего преобразователя, тогда как на выходе присутствует непрерывный ток катушки индуктивности. По этой причине понижающий стабилизатор характеризуется высоким уровнем шума на входе и низким на выходе. Это важно учитывать при проектировании систем с низким уровнем шума.
Помимо понижающей топологии, второй базовой топологией является повышающая топология (boost, step-up). В ней используются те же пять базовых силовых компонентов, что и в понижающем преобразователе, но в измененной конфигурации: катушка индуктивности включена в первичной цепи, а ключ верхнего плеча — на выходе (рис. 4). Повышающая топология используется для увеличения выходного напряжения относительно входа.

Рис. 4. Схема простого повышающего преобразователя

При выборе повышающего преобразователя важно учитывать, что в технической документации на эти устройства всегда указывают максимальный номинальный ток ключа, а не максимальный выходной ток. В понижающем преобразователе максимальный ток ключа напрямую связан с максимально достижимым выходным током, независимо от соотношения между входным и выходным напряжением. В повышающем стабилизаторе соотношение напряжений напрямую влияет на максимальный выходной ток с учетом фиксированного максимального тока ключа. При выборе подходящей ИС повышающего преобразователя необходимо знать не только необходимый выходной ток, но также входное и выходное напряжение разрабатываемой системы.
Повышающий преобразователь имеет очень низкий уровень шума на входе, поскольку катушка индуктивности, установленная на входе, предотвращает быстрые изменения тока. Однако на выходе такая топология довольно шумная. Через внешний ключ протекает только импульсный ток, что вызывает пульсации на выходе.
Третья базовая топология, содержащая всего пять базовых компонентов, — это инвертирующий повышающе-понижающий (buck-boost) преобразователь, то есть он преобразует положительное входное напряжение в отрицательное выходное напряжение. Входное напряжение может быть выше или ниже абсолютного значения инвертированного выходного напряжения. Например, выходное напряжение -12 В может генерироваться из 5 или 24 В на входе. Это возможно без каких-либо специальных модификаций схемы.
В инвертирующей повышающе-понижающей топологии катушка индуктивности включена между коммутирующим узлом и землей (рис. 5). Как на входе, так и на выходе преобразователя присутствует импульсный ток, что делает эту топологию относительно шумной как на стороне входа, так и на стороне выхода. В приложениях с низким уровнем шума эта особенность компенсируется дополнительной фильтрацией на входе и выходе.

Рис. 5. Схема простого инвертирующего повышающе-понижающего преобразователя

Весьма положительный аспект инвертирующей повышающе-понижающей топологии заключается в том, что для такого преобразователя можно использовать любую ИС понижающего импульсного стабилизатора. Это так же просто, как подсоединить выходное напряжение понижающей цепи к системной земле. Земляная шина ИС понижающего преобразователя становится регулируемым отрицательным напряжением. Это свойство
обеспечивает очень широкий выбор ИС импульсных стабилизаторов на рынке.

Специализированные топологии
Помимо трех основных неизолированных топологий импульсных источников питания, рассмотренных ранее, существует еще несколько доступных топологий. Однако все они требуют дополнительных силовых компонентов. Обычно это увеличивает их стоимость при более низкой эффективности преобразования энергии. Как правило, включение дополнительных компонентов в силовой тракт увеличивает потери, хотя есть определенные исключения. Некоторые из наиболее популярных топологий — SEPIC, Zeta, Ćuk и повышающе-понижающаяс четырьмя ключами. В каждой из них реализованы функции, которых нет в трех основных топологиях. Ниже приведены особенности каждой из них.

SEPIC
SEPIC-преобразователь генерирует положительное выходное напряжение из положительного входного напряжения, которое может быть выше или ниже выходного напряжения. Для проектирования SEPIC-источника питания могут быть использованы ИС повышающего стабилизатора. Недостаток этой топологии — необходимость во второй катушке индуктивности или одном связанном индукторе, а также SEPIC-конденсаторе.

Zeta
Zeta-преобразователь подобен SEPIC, но способен генерировать как положительное, так и отрицательное выходное напряжение. Кроме того, он не имеет нулевой точки в правой полуплоскости (RHPZ), что упрощает контур управления. Для такой топологии можно использовать ИС понижающего преобразователя.

Ćuk
Ćuk-преобразователь инвертирует положительное входное напряжение в отрицательное выходное напряжение. В нем используются две катушки индуктивности: одна — на входной, другая — на выходной стороне, что делает устройство довольно малошумящим как на входе, так и на выходе. Недостатком является то, что существует не очень много ИС импульсных преобразователей, поддерживающих эту топологию, поскольку для контура управления требуется вывод отрицательной обратной связи по напряжению.

Повышающе-понижающая топология с четырьма ключами
Этот тип преобразователя стал довольно популярным в последние годы. Он генерирует положительное выходное напряжение из положительного входного напряжения. Входное напряжение может быть выше или ниже регулируемого выходного напряжения. Этот преобразователь может заменить схемы на основе SEPIC-топологии, поскольку обеспечивает более высокую эффективность преобразования и требует только одну катушку индуктивности.

Рис. 6. Обратноходовой преобразователь (вверху) и прямоходовой преобразователь (внизу)

Наиболее распространенные изолированные топологии
Помимо неизолированной топологии, для некоторых приложений требуются силовые преобразователи с гальванической развязкой. Причины могут заключаться в соображениях безопасности, необходимости иметь плавающее заземление в разветвленных системах, в которых различные схемы соединены между собой, или предотвращении протекания земляных токов в чувствительных к помехам приложениях. Наиболее распространенные изолированные топологии — обратноходовые и прямоходовые преобразователи.
Обратноходовой преобразователь обычно используется для уровней мощности до 60 Вт. Схема работает таким образом, что во включенном состоянии энергия накапливается в трансформаторе (рис. 6). Во время паузы эта энергия передается во вторичную обмотку и выход. Этот преобразователь прост в проектировании, но для него требуются относительно большие трансформаторы для накопления энергии, необходимой для корректной работы. Этот фактор ограничивает применение топологии для небольших уровней мощности.
Помимо обратноходового преобразователя, большой популярностью пользуется прямоходовой преобразователь. В нем трансформатор используется иначе, чем в обратноходовой топологии.
Во включенном состоянии, пока есть ток через первичную обмотку, есть также ток через вторичную обмотку. Энергия не должна накапливаться в сердечнике трансформатора. После каждого цикла переключения мы должны убедиться, что намагничивание сердечника отсутствует, чтобы трансформатор не перешел в режим насыщения после нескольких циклов переключения. Размагничивание сердечника может быть достигнуто с помощью нескольких
приемов. Один из популярных способов — использование активного ограничителя, состоящего из конденсатора и дополнительного ключа.

Рис. 7. Созданная в LTspice схема прямоходового преобразователя с активной схемой ограничения на основе ADP1074 для формирования изолированного выходного напряжения

На рис.  7 показана созданная в среде моделирования LTspice схема прямоходового преобразователя с активной схемой ограничения намагничивания трансформатора на базе микросхемы ADP1074. Как показано на рис. 6, в прямоходовом преобразователе есть дополнительная катушка индуктивности в выходном тракте, в отличие от обратноходового преобразователя. Хотя это еще один дополнительный компонент, требующий пространства на плате и повышающий стоимость системы, он помогает снизить выходной шум по сравнению с обратноходовым преобразователем. Кроме того, габариты трансформатора для прямоходового преобразователя намного меньше при том же уровне мощности, чем для обратноходового преобразователя.

Усовершенствованные изолированные топологии
Помимо обратноходовой и прямоходовой топологий, существует много различных видов трансформаторных гальванически развязанных преобразователей. Ниже представлены сведения о наиболее распространенных топологиях.

Двухтактная топология
Двухтактная топология аналогична прямоходовому преобразователю. Однако вместо одного ключа нижнего плеча для нее требуются два активных ключа нижнего плеча. Также нужна первичная обмотка трансформатора с центральным отводом. Преимущество двухтактного преобразователя заключается в том, что он работает с меньшим уровнем шума по сравнению с прямоходовым преобразователем, а также для него требуется трансформатор меньшего размера. Гистерезис кривой намагничивания трансформатора используется в двух квадрантах, а не в одном.

Полумостовая и мостовая топологии
Эти две топологии обычно используются для систем с более высокой мощностью, от нескольких сотен Вт до нескольких кВт. Для них, помимо ключей нижнего плеча, требуются ключи верхнего плеча, но схема обеспечивает передачу очень высокой мощности при относительно небольших габаритах трансформаторов.

ZVS
Этот термин, который означает «переключение при нулевом напряжении» (zero voltage switching), часто используют для изолированных преобразователей большой мощности. Еще одно название такой топологии — LLC-преобразователи (индуктор — индуктор — конденсатор). Эти архитектуры ориентированы на преобразование с очень высокой эффективностью. Они генерируют резонансный контур и переключают силовые ключи, когда напряжение или ток на ключах близки к нулю. Таким образом, потери на переключение сводятся к минимуму. Однако такие решения могут быть трудными в проектировании, а частота переключения не фиксирована, что иногда приводит к проблемам с электромагнитными помехами.

Преобразователи на переключаемых конденсаторах
Помимо линейных стабилизаторов и импульсных источников питания, существует третья группа преобразователей мощности — преобразователи на переключаемых конденсаторах. Их также называют преобразователями с накачкой заряда. В данных преобразователях для умножения или инвертирования напряжения используются ключи и конденсаторы. Преимущество таких схем заключается в том, что они не нуждаются в катушке индуктивности. Обычно такие преобразователи используются для низких уровней мощности, менее 5 Вт. Однако, недавно были проведены значительные усовершенствования данных конверторов, позволяющие создавать преобразователи на переключаемых конденсаторах гораздо большей мощности. На рис. 8 показана схема преобразователя мощностью 120 Вт на основе контроллера LTC7820, который обеспечивает преобразование 48 в 24 В с КПД = 98,5%.

Рис. 8. Преобразователь с накачкой заряда высокой мощности на основе контроллера LTC7820

Цифровые источники питания
Все источники питания, обсуждаемые в статье, могут быть реализованы как аналоговые или цифровые блоки питания. Что такое цифровой источник питания на самом деле? Энергия всегда должна передаваться через аналоговый силовой каскад с ключами, катушками индуктивности, трансформаторами и конденсаторами. Цифровая часть представлена двумя функциональными блоками. Первый — это цифровой интерфейс, который позволяет электронной системе «общаться» с источником питания. Для оптимиза ции источника питания в различных условиях эксплуатации можно оперативно задавать различные параметры. Кроме того, источник питания может связываться с главным процессором и сигнализировать об аварии или неисправности. Например, система может отслеживать превышение заданного тока нагрузки или чрезмерную температуру источника питания.
Еще одно цифровое решение — замена аналогового контура управления на цифровой. Такой подход может работать вполне корректно, но для большинства приложений оптимальным вариантом является обычная аналоговая обратная связь с элементами цифрового управления некоторыми параметрами, например оперативная регулировка коэффициента усиления усилителя ошибки или динамическая установка параметров компенсации контура для реализации стабильной и быстрой обратной связи. Примером устройства с чисто цифровым контуром управления является контроллер ADP1046A от Analog Devices. Еще одна микросхема, LTC3883, — один из примеров понижающего стабилизатора с цифровым интерфейсом и оптимизированным аналоговым контуром управления.

Рис. 9. Сигнал на коммутирующем узле импульсного источника питания

Вопросы электромагнитной совместимости
Электромагнитные помехи всегда являются проблемой, на которую следует обращать внимание при разработке импульсных источников питания. Причина в том, что в импульсных источниках питания коммутируются токи большой величины в очень короткие промежутки времени. Чем быстрее происходит переключение, тем выше общая эффективность системы. Время перехода между включенным и выключенным состоянием определяет время в течение которого ключ находится в активном режиме и создает потери переключения. На рис. 9 показан
сигнал на коммутирующем узле импульсного источника питания. Представим себе понижающий стабилизатор. Высокое напряжение определяется наличием тока, протекающего через ключ верхнего плеча, а низкое напряжение — отсутствием тока.
На рис. 9 мы видим, что импульсный источник питания генерирует шум не только из-за основной частоты переключения, но также из-за переходного процесса, шум от которого имеет намного большую частоту. Хотя частота переключения обычно составляет от 500 кГц до 3 МГц, время переключения может составлять несколько нс. Если время переключения составляет 1 нс, то мы увидим в спектре соответствующую частоту 1 ГГц. Обе эти частоты будут восприниматься как излучаемые и кондуктивные помехи. Другие паразитные частоты могут возникать из-за колебаний в контуре управления или взаимовлияния источника питания и фильтра.
Есть две причины, по которым следует уменьшать электромагнитные помехи. Первая причина — обеспечить защиту функциональных свойств электронной системы, питаемой конкретным источником питания. Например, 16‑разрядный АЦП, который используется в сигнальном тракте системы, не должен воспринимать коммутационный шум, исходящий от источника питания. Вторая причина заключается в соблюдении определенных требований по электромагнитной совместимости, которые вводятся правительствами во всем мире для защиты работы различных электронных систем.
Электромагнитные помехи бывают двух видов: излучаемые и кондуктивные. Наиболее эффективные способы снижения излучаемых электромагнитных помех — оптимизация компоновки печатной платы и использование таких технологий, как Silent Switcher от Analog Devices. Конечно, одно из эффективных решений — поместить схему в экранированный корпус. Однако это может быть непрактично и в большинстве случаев очень дорого.
Кондуктивные электромагнитные помехи обычно ослабляют дополнительной фильтрацией. В следующем разделе обсудим этот вопрос.

Фильтрация
RC-фильтр — базовый вариант фильтра нижних частот. Однако в источнике питания используется не что иное, как LC-фильтр. Часто достаточно последовательного включения индуктивности, которая вместе с входными или выходными конденсаторами импульсного источника питания образует LC- или CLC-фильтр. Иногда в качестве фильтров используются только конденсаторы, но, учитывая паразитную индуктивность силовых кабелей и проводников, в результате также получаем LC-фильтр. В качестве индуктивности L может выступать катушка индуктивности с сердечником или ферритовая бусина. LC-фильтр на самом деле работает как фильтр нижних частот, так что питание постоянного тока может проходить через него, а высокочастотные помехи в значительной степени ослабляются. LC-фильтр имеет двойной полюс, поэтому мы получаем затухание высоких частот на уровне 40 дБ на декаду и относительно резкий спад.
Разработка фильтра — не самое сложное занятие, но моделирование фильтра может стать довольно трудоемким, так как необходимо учитывать паразитные эффекты и паразитные компоненты схемы. Многие разработчики, имеющие опыт проектирования фильтров, знают, какие фильтры работали корректно в предыдущих проектах, и могут в итеративном режиме оптимизировать фильтр для нового проекта.
При проектировании любого фильтра необходимо учитывать не только поведение схемы при слабом сигнале, например передаточную функцию фильтра на графике Боде, но и эффекты сильного сигнала. В любом LC-фильтре мощность передается через катушку индуктивности и накапливается в ней. Если на нагрузке больше не требуется мощность вследствие переходного процесса, то катушка индуктивности должна отдать свою мощность куда-либо. Катушка заряжает конденсатор фильтра, если фильтр не рассчитан на такие жесткие условия, произойдет выброс напряжения на выходе и повреждение цепи.

Рис. 10. Проектирование входного фильтра для понижающего стабилизатора с помощью
LTpowerCAD

Наконец, фильтры имеют определенный импеданс. Этот импеданс взаимодействует с импедансом силовых преобразователей, подключенных к фильтру. Их взаимодействие может привести к нестабильности и осцилляциям. Инструменты моделирования, такие как LTspice и LTpowerCAD от Analog Devices, могут оказать большую помощь в поиске таких проблем и в проектировании идеального фильтра. На рис. 10 показан графический пользовательский интерфейс инструмента разработки фильтров в среде проектирования LTpowerCAD. Проектирование фильтров с помощью этого инструмента — очень простая задача.

Технология Sile nt Switcher
Излучаемые помехи трудно блокировать. Требуется специальное металлизированное экранирование, что может стоить очень дорого. На протяжение долгого времени инженеры искали пути снижения электромагнитных помех, создаваемых импульсными источниками питания. Несколько лет назад с развитием технологии Silent Switcher был сделан большой прорыв. За счет уменьшения паразитных индуктивностей в горячих контурах импульсного источника питания, а также благодаря разделению горячих контуров на два и установки их симметричным образом удалось большей частью взаимно скомпенсировать излучаемые помехи. Сегодня доступно множество устройств Silent Switcher с гораздо меньшим уровнем помех, чем у обычных изделий. Снижение уровня излучаемых помех позволяет увеличить скорость переключения без серьезного ухудшения характеристик электромагнитной совместимости. Один з примеров такого инновационного подхода — понижающий стабилизатор LTC3310S (рис. 11), который может работать с частотой коммутации до 5 МГц, что позволяет создавать чрезвычайно компактные системы с недорогими внешними компонентами.

Рис. 11. Проект на основе понижающего стабилизатора LTC3310S Silent Switcher обеспечивает наименьший уровень излучаемых помех

Управление питанием – необходимость, но может доставлять удовольствие
В статье были рассмотрены некоторые аспекты проектирования источников питания, в том числе различные топологии источников питания, их преимущества и недостатки. Для разработчиков источников питания эта информация может показаться довольно простой, однако как экспертам, так и новичкам будет полезно применять в процессе проектирования
программные инструменты, такие как LTpowerCAD и LTspice. С помощью этих инструментов силовые преобразователи можно спроектировать и оптимизировать за очень короткое время.

По вопросам поставки продукции Analog Devices обращайтесь в компанию ЭЛТЕХ по электронной почте [email protected].

links

Файл

Краткое описание

Размер

Bordodynov

Веб-страница электроники Bordodynov, на которой выложены архивы с авторскими примерами и моделями для симулятора LTspice, а также примерами и моделями для LTspice свободно доступными в сети. Additional library for LTspice, file is lib.zip ~12M Additional examples for LTspice, file is example.zip ~19M

Румынский сайт практической электроники. На сайте много интересного. Есть раздел со схемами сварочных источников, в котором, например, к моему удивлению нашлось подробное описание сварочного источника ТСБ-90. Там же можно обнаружить схемы сварочных инверторов: Awelco Mikro 164. Lincoln Invertec V250-S. Lincoln Invertec V275-S. Cebora TIG SOUND AC/DC 1835/M.

BlueWeld

Инструкции и паспорта оборудования, выпускаемого компанией BlueWeld

Сайт Библиотека патентов и изобретений зарегистрированных на территории РФ. Возможен поиск патентов по номерам и датам.

Сайт Библиотека патентов Российской Федерации в электронном виде. Кроме этого, на сайте много другой, связанной с патентованием, полезной информации.

Сайт Силовая электроника для любителей и профессионалов от Валерия Сурикова. На сайте много полезной и понятной информации по силовой электронике.

www.elektroda.pl

Форум сайта Elektroda.pl, посвященный сварочной тематике. Основной язык форума польский, возможен английский.

www.upsclub.org

Сайт UpsClub.org, посвященный источникам бесперебойного питания (UPS). На сайте есть форум, а также архив схем источников бесперебойного питания.

www.svarbazar.cz

Чешский сайт svarbazar, посвященный различным видам и аспектам применения сварки. Есть форум, а также множество статей сварочной тематики.

Сайт Владимира Гололобова, известного писателя книг для любителей электроники. Сайт адресован тем, кому интересна электроника во всех ее проявлениях. Но здесь нет ни раздела готовых схем, ни справочных данных. Их нет не потому, что не следует повторять готовые схемы, но схем много на других сайтах… Главное, что насайте есть электронные версии некоторых книг Владимира!

Сайт Москатова Евгения Анатольевича. Сайт посвящён радиотехнике и электронике. Здесь Вы найдёте бесплатные книги, программы и схемы соответствующей тематики.

Журналу Power Electronics Technology (ранее PCIM Power Electronic Systems) уже более 30 лет. Всё это время журнал поставляет актуальную информацию профессионалам в области силовой промышленной электроники. Более 36000 специалистов ежегодно подписываются на этот журнал во всём мире. На сайте, в свободном доступе, лежат статьи из журнала, просвящённые различным разделам и проблемам силовой электроники.

Сайт журнала СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА. Первый номер «Силовой электроники» вышел в апреле 2004 года. Сегодня журнал уверенно занимает лидирующие позиции на рынке печатных изданий по силовой электронике. Тираж каждого номера журнала – 4000 экземпляров. На сайте журнала выложены все статьи за 2004 – 2006 гг., и профильные статьи из журнала “Компоненты и технологии” за 2001-2006 гг. Это примерно 250 статей, около 1100 страниц.

http://electro-tech.narod.ru

Сайт Электроника и Медтехника. Этот сайт предназначен для Вас, уважаемые мастера по ремонту и обслуживанию разнообразной электронной техники. Измерительная техника — выложены инструкции по эксплуатации и схемы различных измерительных приборов, приводятся советы по ремонту и доработке. Медтехника — схемы и сервисные инструкции медицинского оборудования как отечественного, так и импортного производства, статьи по ремонту. Источники питания — выложены схемы импульсных источников питания, в частности компьютерных блоков питания ATX, описана методика их ремонта, справочные данные по применяемым компонентам. Бытовая техника — cхемы и сервисные инструкции видеомагнитофонов, кондиционеров воздуха, электробритвы и др. бытовой техники.

http://www.y-u-r.narod.ru/

Авторская страничка Юрия, собравшего инверторный сварочный источник весом 4кг. Даются рекомендации по сборке и наладке.

Раздел вопросов и ответов информационно технического журнала Сварщик. В основном посвящён проблемам технологии сварки. Так же есть ответы и на более близкие нам темы, например о правильном подборе сечения сварочного кабеля (12), построении Г-образного фильтра защиты трансформатора (51) и т.п.

http://radioam.nm.ru/

Авторская страничка Помелова В.Н., автора статьи Сварочный полуавтомат в углекислотной газовой среде с автоматической подачей сварочной проволоки, опубликованной в журнале РадиоХобби N3 за 2002 год.

Uninteruptable Power Source

Сервер Дмитрия Синюкова посвященный вопросам разработки и эксплуатации источников бесперебойного электропитания — UPS. Есть UPS FAQ, а так же выложено полное описание и схема UPS Powercom ONH-600.

http://svarka.susu.ac.ru/

Кафедра Оборудование и технология сварочного производства Южно-Уральского государственного университета. В разделе Библиотека выложены электронные книги Источники питания для сварки, Современная сварка и многое другое!

Сайт Сергея Годыны. Есть описание своего инверторного сварочного источника и ссылки на другие ресурсы. Девиз сайта Не «повторяйте» сварочник, сделайте свой! .

http://kravitnik.narod.ru

Сайт Кравцова Виталия Николаевича. Описано множества устройств бытовой автоматики, разработанных автором сайта. Особый интерес составляют сварочные стабилизаторы (автор называет их осцилляторами) позволяющие использовать электроды для постоянного тока при сварке на переменном токе. Кому это будет интересно могут так же почитать книгу М.И.Закса и др. Трансформаторы для электродуговой сварки.

http://irls.narod.ru/

Сайт Каталог радиолюбительских схем. Есть раздел в котором собраны описания любительских сварочных источников.

Уголок разработчика на сайте Украинские ферриты — ферритовые сердечники и кольца, дроссели, трансформаторы. Статьи по ферритам и трансформатарам на них.

http://www.smps. us/

Англоязычный ресурс LAZAR’s POWER ELECTRONICS CORNER, посвящённый проектированию ключевых источников питания.

www.rusgates.ru

ФЕРРОПРИБОР — крупнейший Российский производитель постоянных магнитов, магнитомягких ферритов, СВЧ-приборов и магнитодиэлектриков. Есть справочная информация на производимую продукцию и Форум, где можно получить консультацию по применению сердечников из ферритов. Здесь же можно найти инфориацию на ферромагнитные материалы фирмы Samwha Electronics.

Heinz Schmidt-Walter

Личная страничка проф. Heinz Schmidt-Walter, автора книг Taschenbuch der Elektrotechnik и Electrical Engineering(карманный справочник). На страничке есть on-line калькулятор Design of Switch Mode Power Supplies, позволяющий рассчитывать токи, напряжения, а так же индуктивные элементы типовых ключевых DC-DC преобразователей.

Электрик — ежемесячный журнал по практической электротехнике и энергетике, единственный практический журнал в Украине для специалистов отрасли. В России издается под названием Радиоаматор-Электрик.

Сайт Evox Rifa

Evox Rifa — европейский производитель электронных компонентов, специализирующийся на производстве конденсаторов. На сайте есть бесплатная программа PCCAD, позволяющая получить расширенную информацию по производимой продукции, которую можно скачать после не сложной регистрации. Здесь можно скачать программу без регистрации. Здесь выложено html-описание (англ.) данной программы.

Радио — Старейший отечественный журнал для радиолюбителей. Издаётся с Апреля 1946 года. Все материалы проходят тщательную редакционную проверку, что значительно повышает достоверность публикуемой информации.

Ежемесячный научно-технический и производственный журнал издаваемый ИЭС им Е 0. Патона с 1948г. В журнале рассматриваются вопросы сварки, резки, наплавки, пайки, нанесения защитных покрытий и другие родственные технологии.

PowerEsim

PowerEsim — бесплатное онлайн программное обеспечение для проектирования и симулирования импульсных источников питания и трансформаторов. Доступно более 100 различных топологий. Просто выберите топологию схемы, укажите характеристики источника питания и кликните мышкой. Полный дизайн готов. Оптимизируйте дизайн автоматически или вручную, чтобы обеспечить наилучшую производительность продукта.

Сайт дизайна источников питания в режиме on-line. Позволяет проектировать и симулировать работу корректоров коэффициента мощности (PFC) мощностью до 4000Вт, полумостовых и мостовых преобразователей, повышающих и понижающих DC-DC преобразователей и т.д..

Wiki-страничка симулятора LTspice. На этой страничке, в частности, рассматриваются различные недокументированные возможности симулятора LTspice, ведётся учет пользовательских библиотек моделей и символов.

Design Center

Страница Design Center сайта известной компании Analog Devices. Здесь можно скачать бесплатное программное обеспечение для дизайна и Spice модели компонентов, производимых компанией. Особый интерес представляет Spice-симулятор LTspice. Для этого симулятора, в разделе Программы есть дополнительные библиотеки компонентов extra.rar и extra_n.rar. Последнюю версию библиотеки можно взять на домашней страничке Андрея Кадатч.

http://microcap-model.narod.ru/

Micro-Cap и схемотехническое моделирование. Описание, основные возможности, примеры, правила моделирования, модели Семейство программ схемотехнического анализа Micro-Cap (разработчик Spectrum Software) пользуется достаточно большой популярностью. Это связано с тем, что эти программы традиционно имеют удобный, дружественный интерфейс и достаточно скромные требования к программно-аппаратным средствам компьютера. Но при этом предоставляемые возможности достаточно велики. Микрокап позволяет анализировать не только аналоговые, но и цифровые устройства. Возможно также и смешанное моделирования аналого-цифровых электронных устройств. Опытные пользователи пакета могут также в нестандартной ситуации создавать собственные макромодели, облегчающие имитационное моделирование без потери существенной информации о поведении системы.

Magnetics

Сайт известной компании-производителя электромагнитных материалов. Здесь можно скачать бесплатное программное обеспечение для проектирования электромагнитных элементов источников питания и трансформаторов тока. Так же есть литература и аппноты по свойствам и применению электромагнитных материалов.

fedjukov.narod.ru

Страничка Андрея Федюкова. В разделе Инструменты, станки есть описание серии полуавтоматов TRACONIC венгерского производства. Так же определённый интерес могут вызвать разделы Документация на измерительную аппаратуру, Источники питания и т.д.

Модель трансформатора

в LTSpice – пошаговое руководство |

Я люблю LTSpice за его очень простой и удобный интерфейс. Он имеет несколько встроенных моделей, которые можно использовать. Что касается интегральных схем, у него есть много частей, которые можно использовать в моделировании, хотя большая часть из них производится Linear Technology (производителем LTSpice). Для начинающих и новичков в LTspice я предлагаю вам посетить учебник Учебники по моделированию цепей LTSpice для начинающих. Несмотря на вышеперечисленные преимущества, недостатков немного, но для меня это не совсем недостаток, потому что я уже знаю, как с этим бороться. Я имею в виду, как сделать модель трансформатора в LTSpice. В отличие от других симуляторов цепей, LTSpice не имеет в своей библиотеке детали или модели трансформатора. Однако есть специальная команда придумать трансформер.

Пошаговое руководство о том, как создать модель трансформатора в LTSpice

Трансформатор — это просто соединенные катушки индуктивности. В идеале мощность в первичной обмотке будет передаваться во вторичную на 100%. В реальном случае происходит снижение мощности, подаваемой на вторичную обмотку, и это потери связи. Эффективность связи представлена ​​числом меньше единицы до единицы в LTSpice.

Единица означает идеальную связь, тогда как меньше единицы означает неидеальную связь.

Ниже представлена ​​модель трансформатора в среде LTSpice. L1 и L2 — первичная и вторичная индуктивности. R2 требуется для запуска моделирования. Это может быть сопротивление первичной обмотки. R1 — это нагрузка, а не часть модели.

1. Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации очень важен для трансформатора. Он определяет напряжения обмотки трансформатора. В большинстве случаев указывается напряжение первичной обмотки, поэтому напряжение вторичной обмотки будет неизвестным термином.

Например, первичное напряжение составляет 120 В, требуемое соотношение витков для получения вторичного напряжения 12 В составляет

индуктивности. Соотношение между индуктивностью и коэффициентом витков составляет

Например, напряжение первичной обмотки составляет 120 В (среднеквадратичное значение) (169,71 пиковое значение), чтобы получить пиковое значение около 53 В на вторичной обмотке, коэффициент индуктивности должен быть равен 9. 0003

Для первичной индуктивности 400Uhenry вторичная индуктивность будет

Полученная модель будет

Если запустить моделирование, второстепенное волновая форма

3

. чтобы LTSpice понял, что нам нужен трансформатор

«K1 L1 L2 1» — это команда, необходимая для объявления связанной катушки индуктивности в качестве трансформатора. K1 — это просто обозначение того, что вы хотите, чтобы L1 и L2 были индуктивно связаны друг с другом. Константа «1» означает идеальную связь. Для имитации неидеальной связи может быть меньше единицы.

Чтобы настроить K1 L1 L2 1, следуйте приведенным ниже пошаговым инструкциям.

4. Выполнить переходную команду

Для проверки результата можно использовать переходную команду. Чтобы настроить временную команду, следуйте приведенным ниже инструкциям.

Как сделать модель трансформатора в LTSpice с несколькими вторичными обмотками

Следуйте приведенным выше инструкциям по расчету индуктивностей. Многократный вторичный трансформатор может быть выполнен с помощью окна директивы spice. Чтобы хорошо продемонстрировать, давайте рассмотрим ниже схему. L1 — первичная индуктивность первичной обмотки, а L2 и L3 — индуктивности вторичных обмоток. Помните о точках на вторичных катушках индуктивности; они должны быть совмещены с точкой первичного индуктора, чтобы иметь синфазный выходной сигнал.

Чтобы объявить L1, L2 и L3 одним трансформатором с двумя вторичными обмотками, следуйте приведенным ниже инструкциям.

Затем на шаге 6 настройте переходную команду, чтобы просмотреть результат. Ниже приведены формы волны.

Если вы хотите инвертировать вторичное напряжение, не следуйте ориентации точек первичной катушки индуктивности. Например, в приведенной ниже схеме L2 ориентирован не так, как L1, и его вторичное напряжение (Vsec1) не совпадает по фазе с первичным напряжением Vin.

Если у вас есть другой способ создания модели трансформатора в LTSpice, не стесняйтесь поделиться им здесь через раздел комментариев.

Помогите мне продвигать через защиту, чтобы помочь людям изучить электронику, ответить на вопросы, связанные с ней, и поделиться некоторыми советами и советами по дизайну, поставив лайк на странице Facebook «Верующий в электронику» и пригласив друзей присоединиться к группе «Консультации по электронике, учебные пособия, обсуждения». , И т. д».

Идеальный трансформатор постоянного тока в LTSpice

спросил 4 года, 2 месяца назад

Изменено 2 месяца назад

Просмотрено 3к раз

\$\начало группы\$

Я выполняю некоторую работу по моделированию, в ходе которой я хотел бы включить модель компонента LTC3588-1 в LTSpice.

У меня есть электрическая модель физической системы, которая требует использования идеального трансформатора постоянного тока. Хотя я успешно использовал модель в Simulink и SIMetrix, такой преобразователь недоступен в LTSpice.

Кто-нибудь может дать совет о том, как создать идеальный трансформатор постоянного тока в LTSpice?

Для справки, документация по компоненту, который я пытаюсь смоделировать, доступна для SIMetrix и Simulink

• ltspice

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Вы, вероятно, имеете в виду маломощный трансформатор постоянного тока для использования в .AC анализ. Если да, то базовой конфигурацией является источник тока на входе, зависящий от выходного тока, и источник выходного напряжения, зависящий от входного напряжения:

Оба подчиняются внешнему параметру D=Ton/T . Однако это фиксировано, поэтому, чтобы сделать D переменным, вам нужно заменить его на напряжение:

Если формы сигналов будут иметь резкие переходы и т. д., вам может потребоваться добавить Cpar=<... > к источнику входного сигнала. Или, если выходное напряжение окажется слишком «жестким», замените его источником тока, подобным этому (обратите внимание на измененный знак в 9).0139 Bin ):

Это также добавляет возможность выходного сопротивления, что делает схему более похожей на то, что она должна вести в реальном мире. Не преувеличивайте значения, например, старайтесь не устанавливать Rout=1n , потому что это означало бы деление на 1n или 1G рядом с 1n , что сделать динамический диапазон 1e18 — это почти гарантированный метод для получения временной шаг слишком мал ошибок. В общем, 1000x меньше, чем можно было ожидать везде. Добавьте крупицу соли, и все готово.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Трансформатор переменного тока

В LTSpice Analog нет встроенного трансформатора переменного тока. Вам просто нужно использовать две индуктивности в сочетании с инструкцией Spice.

Пожалуйста, проверьте эту и эту ссылки от Analog. 9Отношение 2\$ L,

Установите коэффициент связи \$k\$ от 0 до 1.

Установите обе точки вверх, чтобы сохранить знак напряжения,

Установите последовательный резистор для источника питания SV1.

Кроме того, для (близкого) идеального трансформатора:

• Установите коэффициент связи 1 для отсутствия магнитных потерь в связи,
• Установите очень большой набор индуктивностей \$L1\$ и \$L2\$.

Проверьте это обсуждение идеального трансформатора. Обратите внимание, что в симуляторе установите достаточно большое значение для \$L1\$ и \$L2\$ для моделирования эффектов, которые вам необходимо воспроизвести.

Если вам действительно нужно восстановить математические выражения для Идеального Трансформатора, вы должны использовать пару (Контроллер) Поведенческих Источников.