تحية طيبة! أريد أن أتحدث عن أداة مفيدة للغاية لمطور الإلكترونيات ، والتي كنت أستخدمها في نشاطي المهني لفترة طويلة. أداة مصمم المرحلة Power TM من شركة Texas Instruments - أداة من مجموعة "mast hev" مصممي إمدادات الطاقة ، المحولات ، إلكترونيات الطاقة. كما يوحي الاسم ، تم تصميم الأداة المساعدة لحساب معلمات جزء الطاقة (مرحلة الطاقة) ، وتتضمن أيضًا بعض الميزات الإضافية التي تساعد في حل المشكلات ذات الصلة.
الميزات الرئيسية للفائدة:
- حساب المعلمات الرئيسية للمحول ؛
- المعلمات حلقة ردود الفعل آلة حاسبة «حاسبة حلقة» ؛
- حساب خسائر الترانزستور MOSFET "خسائر FET" ؛
- حساب المكثفات "حاسبة المكثفات" ؛
- حساب سلاسل التخميد "Snubber Calculator" ؛
- حساب معلمات دوائر التنظيم / التثبيت لجهد الخرج "تحجيم جهد الخرج" ؛
- وحدات المحول « محول الوحدات » .
حساب المعلمات الرئيسية للمحول
نبدأ البرنامج ونرى هذه المجموعة من الطوبولوجيا:نختار طوبولوجيا الحساب. على سبيل المثال ، سأختار محول إلى الأمام نشط المشبك. كقيم محسوبة ، قدمت معلمات أحد تطورياتي - محول DC / DC على سكة DIN. تبدو نافذة الحساب كما يلي:هنا يمكنك تعيين معلمات الإدخال للحساب ورؤية النتائج. في منطقة "قيم التصميم" ، يتم تعيين المعلمات ، في منطقة "القيم الموصى بها" ، المعلمات الموصى بها من قبل البرنامج ، والتي يمكن تحديد قيمها وإدخالها في منطقة "اختيار القيم" . في منطقة "القيم المحسوبة" ، القيم المحسوبة بواسطة البرنامج.بالإضافة إلى ذلك ، جميع عناصر الدائرة المظللة باللون الأصفر قابلة للنقر. يمكنك رؤية شكل التيار والجهد على العنصر ، بالإضافة إلى المعلمات الرئيسية عند قيم مختلفة لجهد الإدخال وتيار الحمل:بعض الملاحظات حول الحساب:- إذا أدخلت قيمًا مختلفة عن القيم الموصى بها ، فقد لا تتوافق القيم المحسوبة مع القيم المطلوبة ، بينما يتم تمييز التناقض باللون الأحمر ؛
- . , «Inductance»;
- , , , ;
- . , : , — , , /, .
«Loop Calculator»
أداة لتحليل استقرار / ديناميكيات المحول ، بناء خصائص تردد السعة (AFC) وتردد الطور (PFC).في قسم المعلومات العامة ، يتم إدخال المعلمات الأولية للمحول للحساب.في قسم "نظام التحكم" ، يتم تحديد نوع وحدة التحكم ووضعها . على سبيل المثال ، "VMC Buck" هو محول باك ، التحكم في وضع الجهد. "CMC إلى الأمام" - محول خطي ، التحكم الحالي (التحكم في الوضع الحالي).في قسم شبكة التعويضات ، يتم تحديد نوع دائرة التصحيح ، ويمكن رؤية الدائرة نفسها بالنقر فوق الزر COMP Networks .في قسم "كسب المعلومات" ، يتم تحديد المعلمات التي تحدد كسب الحلقة ، على وجه الخصوص:- V ramp - جهد المنحدر PWM ، سعة المنشار PWM ؛
- G m - توصيل الموصل بمضخم الخطأ ، منحدر الموصلية المميزة / النشطة لمضخم نظام التشغيل ، يتم إعطاء هذه المعلمة عند استخدام مكبر للصوت مع التغذية المرتدة الحالية في دائرة التعويض (مكبر transimpedance) ؛
- R s - مقاوم الإحساس الحالي ، مقاومة مقاوم الاستشعار الحالي ؛
- A s - كسب مضخم المعنى الحالي ، الكسب الحالي ؛
- A OL - خطأ مكبر للصوت مكاسب حلقة مفتوحة، وكسب من مكبر للصوت الخطأ عندما يكون نظام التشغيل مفتوح.
- GBWP — Gain-bandwidth product — ( , );
- RP/RD — Optocoupler transfer ratio, ;
- Vslope — Slope compensation voltage/slope compensation multiplier (SLM), / . .
في قسم "قيم المكونات" ، يتم تعيين معلمات دوائر التصحيح . في قسم "قيم التعويضات المقترحة" ، يتم تعيين قيم معلمات دوائر التصحيح المقترحة من قبل البرنامج. في قسم الأعمدة والأصفار ، الأصفار والأعمدة المحسوبة لوظيفة النقل. في قسم "الرسوم البيانية" ، يمكنك اختيار الخصائص التي تريد إنشاؤها:- قسم الطاقة في المحول ( "مرحلة اكتساب الطاقة" ، "مرحلة طاقة المرحلة" ) ؛
- مضخم الخطأ ( "مضخم خطأ المكسب" ، "مضخم خطأ المرحلة" ) ؛
- الخصائص الكاملة للنظام ( "إجمالي الربح" ، "المرحلة الإجمالية" ) ؛
- مضخم الخطأ مع نظام تشغيل مفتوح ( "مكسب خطأ في الخطأ (حلقة مفتوحة)" )
وتجدر الإشارة إلى أن مهمة إنشاء وتحليل وظائف النقل ليست في حد ذاتها تافهة ، حتى باستخدام هذه الأداة. إذا كان لدي وقت ، سأكتب مقالة منفصلة مع دليل موجز ومثال عملي للاستخدام.حساب خسائر الترانزستور MOSFET "خسائر FET"
تتيح لك هذه الأداة المساعدة تقييم الخسائر الثابتة والديناميكية في ترانزستور MOSFET للمحول. عند تشغيل الأداة المساعدة من نافذة الحساب الرئيسية للمحول ، يتم نقل البيانات الأولية (التيارات والجهود على المفتاح) إلى قسم معلومات الدائرة العامة . المجالان "FET1" و "FET2" متطابقان تمامًا ، وهذا يسمح لك بمقارنة ترانزستورات مختلفة من حيث الخسائر. دعونا نلقي نظرة على مثال للحساب.في تطوري ، استخدمت الترانزستور IRFI4227 كمفتاح للطاقة. لن أقول أنه حتى قبل خمس سنوات (عندما تم تطوير IP ، على سبيل المثال في الحساب الأولي) ، كان الخيار الأفضل ، ومع ذلك ، تم إملاءه من خلال حقيقة أن هذا الترانزستور كان موجودًا بالفعل في قاعدة بيانات المؤسسة ، المستخدمة في المنتجات المنتجة بكميات كبيرة ، كان في المخزن. بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة لهذا IP ، كانت هناك أهداف سعرية صعبة للغاية ، لذلك تم اتخاذ قرار بالوعة الحرارة لوضع الترانزستور على علبة وحدة الألومنيوم ، وبما أنني أردت توفير تجميع بسيط وتكنولوجي ، كنت بحاجة إلى ترانزستور في حالة معزولة.لذا ، على سبيل المثال ، دعنا نقارن الخسائر في IRFI4227 مع الخسائر التي يمكن تحقيقها من خلال تطبيق MOSFET الحديث. كما يتبين من الحساب ، في هذه الدائرة ، فإن الحد الأقصى للجهد على المفتاح هو 45 فولت ، لذا التقطت ترانزستور 60 فولت من نوع IPA060N06NM5S من Infineon ، كواحد من قادة الصناعة. اختار الترانزستور توازنًا أكثر أو أقل من خلال "خفة" الغالق ومقاومة القناة.الآن أنت بحاجة لملء المعلمات المطلوبة. خذ بعين الاعتبار مثال الترانزستور IRFI4227. فتح ورقة البيانات - أبرزت المعلمات المستخدمة في الحساب:وتجدر الإشارة إلى أنه يتم تسجيل قيمة مقاومة القناة مع الأخذ في الاعتبار الاعتماد على درجة حرارة البلورة ، ويتم اختيار درجة الحرارة 80 درجة مئوية.ومع ذلك ، المعلمات Q gs ، Q g (th) ، V miller في LH غير موجودة ، فماذا تفعل؟ لحسن الحظ ، اعتنى متخصصو TI بمستخدمي أدواتهم ومن خلال النقر على زر المعلومات ، وجدت مثل هذا التلميح:دعونا ننتقل إلى الجدول المقابل في LH:وهنا أيضًا رسم تخطيطي توضيحي:ونحصل على المعلمات المفقودة: Q gs = 24nC ؛ س ز (عشر) = 15 نانومتر ؛ V ميلر = 6.5 فولت.يتم عرض الحساب المقارن النهائي في لقطة الشاشة أدناه. يمكن ملاحظة أن الترانزستور IPA060N06NM5S الأكثر حداثة (والمختار أيضًا للجهد المحدد) له عدة مرات خسائر ثابتة وديناميكية أصغر من IRFI4227.ومع ذلك ، إذا تحدثنا عن الخسائر الديناميكية ، في رأيي ، لا يزال ينبغي اعتبار هذا الحساب تقريبيًا ومقدرًا. هناك العديد من الأسباب لذلك ، على سبيل المثال ، من غير المعروف بالضبط الحثورات الضالة الموجودة في الدائرة ، وبالتالي ، قد لا تؤخذ شروط التبديل في الاعتبار. والثاني هو التباين العالي لنموذج الخسارة. لنفترض أن المعلمة V GS (th) للترانزستور IRFI4227 في ورقة البيانات لم يتم تطبيعها بالضبط ، ولكن النطاق هو 3.0-5.0V. وفقًا لذلك ، بالنسبة للحساب ، اخترت قيمة 4.0V ، لنفس القيمة ، حددت المعلمة Q g (th) وفقًا لخاصية Gate Gate Charge المميزة . إذا استخدمنا القيم الحدية لـ 3V و 5 V ، فستتغير الخسائر الديناميكية مرة ونصف تقريبًا.وفقًا لذلك ، توصيتي هي أنه يمكنك ويجب عليك التفكير في الديناميكيات ، خاصة على الرغم من حقيقة أن أداة Power Stage Designer Tool تتيح لك القيام بذلك بسرعة كبيرة. ومع ذلك ، يجب استخدام البيانات التي تم الحصول عليها كتقديرات وتؤكدها الاختبارات.حاسبة المكثف
هناك علامتا تبويب في هذا الحساب. الأول هو " مشاركة التيار المكثف" . هنا يمكنك حساب التيارات الفعالة للمكثفات عند توصيلها بالتوازي. وهي مفيدة عندما يتم تثبيت العديد من المكثفات ذات السعات المختلفة ومع ESRs مختلفة عند خرج المحول ومن الضروري تحديد نسبة التموجات الحالية التي ستأخذها كل منها على عاتقها.والثاني هو المكثفات السائبة لإمدادات الطاقة AC / DC . في ذلك ، يمكنك حساب السعة المطلوبة عند إدخال المحول. من المفترض أنه لا يوجد KKM نشط ، أي عند الإدخال بعد المقوم ، يتم تثبيت مكثف التخزين على الفور.حساب سلاسل التخميد "حاسبة Snubber"
هناك أيضًا علامتا تبويب مستقلتان في هذا الحساب. الأول هو "RC-Snubber for Rectifresures" ، الذي يسمح لك بحساب قيم عناصر دائرة RC المثبط للمعدل .سأوضح في الممارسة كيف يعمل هذا. في متناول يدي كان مجلس أحد تطورياتي - مصدر طاقة لـ PLC ، طاقة IP 25 W ، طوبولوجيا - مسار عودة. كما الثنائيات المعدل ، استخدم MURD620 قطعتين بالتوازي. لذا ، نقوم بإزالة دائرة المثبط تمامًا من الثنائيات المعدل للخرج ونرى هذا الشكل من الجهد:كما يمكن رؤيته من شكل الموجة ، لا يوجد ارتفاع في الجهد العكسي الأقصى ، ولكن هناك تقلبات بعد نهاية الإخراج الحالي بالملف الثانوي (يعمل المحول في الوضع الحالي المتقطع). دعونا نرى ما إذا كان من الممكن قمع هذه التقلبات باستخدام تقنية هذه الأداة المساعدة.امتدت لقياس تردد التذبذب:يمكن ملاحظة أن الفترة هي 575 نانوثانية ، والتي تقابل تردد 1.74 ميغاهيرتز. الآن نضيف مكثف 470pF موازي لصمامات الإخراج. من أين يأتي هذا المعنى؟ يوضح وصف التقنية أنك بحاجة إلى أخذ سعة أعلى عدة مرات من سعة انتقال الصمام الثنائي. في هذه الحالة ، تحدث التذبذبات عند جهد صفر تقريبًا ، على التوالي ، وفقًا لاعتماد السعة على الجهد (من ورقة البيانات إلى الصمام الثنائي) ، نحصل على القيمة 50pF ، ولدي ثنائيين ، السعة الإجمالية هي 100pF ، ونضرب هذه القيمة في خمسة. أخذت مكثف 470pF مما كان في متناول اليد. بالمناسبة ، من الضروري أن تكون فئة العازل للمكثف NP0 ، أو في الحالات القصوى ، X7R.نحن ننظر إلى شكل الجهد:تغيرت فترة التذبذب ، وبالمثل عن طريق تمديد شكل الموجة ، نقيس فترة 875 نانوثانية ، والتي تقابل تردد 1.14 ميجاهرتز.أدخل القيم التي تم الحصول عليها:وفقًا لتوصيات الأداة المساعدة ، قمت بتثبيت دائرة RC التخميد بتصنيفات 1000pF ، 250Ω. تم الحصول على الشكل التالي من الجهد:يمكن ملاحظة أن التذبذبات قد تم تثبيتها. بالطبع ، ما زلت بحاجة إلى التحقق من مقدار الطاقة التي يتبدد في المقاوم ، ولكن هذه قصة أخرى.علامة التبويب الثانية هي "RCD-Snubber لمحولات Flyback" . في ذلك ، يمكنك حساب دائرة RCD clamper لمحول flyback.حساب معلمات دوائر تثبيت جهد الخرج "تحجيم جهد الخرج"
في علامة التبويب " مقسم مقاوم جهد الخرج" ، يمكنك حساب معلمات مقسم المقاوم لدائرة تثبيت جهد الخرج. علاوة على ذلك ، من الممكن الإشارة إلى الصف الذي يجب اختيار المقاومات E24 أو E48 أو E96 منه. من الممكن أيضًا تعيين الانحراف المسموح به لمصدر الجهد المرجعي.في علامة التبويب " مقياس الجهد الناتج التناظري الديناميكي" ، يتم حساب دائرة مماثلة ، ولكن في حالة تنظيم جهد الخرج بواسطة إشارة تناظرية.وعلامة التبويب الثالثة في هذا القسم هي "تحجيم جهد الإخراج الرقمي الديناميكي" . يسمح لك بحساب مجموعة من المقاومات للتحكم في جهد الخرج للإشارات المنفصلة.محول وحدات
حسنًا ، أعتقد أنه لا توجد تعليقات هنا.استنتاج
تم تصميم أداة Utility Power Stage ، مثل أي أداة أخرى ، لحل مجموعة معينة من المهام. لا تعتقد أنه سيجعل أي شخص مطورًا محترفًا لإلكترونيات الطاقة في أي وقت من الأوقات. بدون فهم العمليات التي تحدث في الدائرة ، لا يمكن تحقيق ذلك. ومع ذلك ، فإن قدرات البرنامج يمكن أن تبسط بشكل كبير حياة المطور. على سبيل المثال ، أستخدم هذه الأداة للحساب الأولي واختيار طوبولوجيا المحول. يمكنك قضاء بضع دقائق فقط لحساب التيارات والجهود على العناصر وتقدير الخسائر وتقييم قابلية تطبيق الهيكل. هذا لا ينفي حقيقة أن الخطوة التالية هي إجراء حساب كامل وأكثر تفصيلاً.آمل أن تجد هذه المراجعة القصيرة مفيدة. الأداة متاحة على موقع Texas Instruments.تطورات مثيرة للاهتمام!الطاقة رائعة. تعامل مع.