Get best of the week

Utilitas Desainer Panggung Power - Alat Pengembang Power Electronics

Salam pembuka! Saya ingin berbicara tentang utilitas yang sangat menarik untuk pengembang elektronik, yang telah lama saya gunakan dalam aktivitas profesional saya. Alat Perancang Panggung Power TM dari Texas Instruments - instrumen dari "mast hev" mengatur perancang catu daya, konverter, elektronika daya. Sesuai namanya, utilitas dirancang untuk menghitung parameter bagian daya (power stage), dan juga mencakup beberapa fitur tambahan yang membantu dalam memecahkan masalah terkait.


Fitur utama dari utilitas:


  • Perhitungan parameter utama konverter;
  • Parameter umpan balik kalkulator loop «Loop Calculator» ;
  • Perhitungan kerugian dari transistor MOSFET "Kerugian FET" ;
  • Perhitungan kapasitor "Kalkulator Kapasitor" ;
  • Perhitungan rantai redaman "Snubber Calculator" ;
  • Perhitungan parameter dari sirkuit pengaturan / stabilisasi tegangan output "Output Voltage Scaling" ;
  • Converter unit «Unit Converter» .

Perhitungan parameter utama konverter


Kami memulai program dan melihat serangkaian topologi ini:



Kami memilih topologi untuk perhitungan. Sebagai contoh, saya akan memilih konverter penjepit aktif. Sebagai nilai yang dihitung, saya memperkenalkan parameter dari salah satu pengembangan saya - konverter DC / DC pada rel DIN. Jendela perhitungan terlihat seperti ini:



Di sini Anda dapat mengatur parameter input untuk perhitungan dan melihat hasilnya. Di area Nilai Desain, parameter yang akan ditetapkan, di area Nilai yang Dianjurkan, parameter yang direkomendasikan oleh program, yang nilainya dapat dipilih dan dimasukkan di area Choose Values . Di area "Nilai Terhitung", nilai dihitung oleh program.

Selain itu, semua elemen rangkaian yang disorot dengan warna kuning dapat diklik. Anda dapat melihat bentuk arus dan tegangan pada elemen, serta parameter utama pada berbagai nilai tegangan input dan arus beban:


Beberapa catatan tentang perhitungan:

  • Jika Anda memasukkan nilai yang berbeda dari yang disarankan, nilai yang dihitung mungkin tidak sesuai dengan yang diperlukan, sementara perbedaan disorot dalam warna merah;
  • . , «Inductance»;
  • , , , ;
  • . , : , — , , /, .

«Loop Calculator»


Utilitas untuk menganalisis stabilitas / dinamika konverter, frekuensi amplitudo bangunan (AFC), dan frekuensi fase (PFC).


Di bagian Informasi Umum , parameter awal konverter untuk perhitungan dimasukkan.

Di bagian "Sheme Kontrol" , jenis dan mode kontrol unit daya dipilih. Misalnya, "VMC Buck" adalah konverter buck, mode kontrol tegangan. "CMC Forward" - konverter linier, kontrol saat ini (kontrol mode saat ini).

Di bagian Jaringan Kompensasi , jenis sirkuit koreksi dipilih, sirkuit itu sendiri dapat dilihat dengan mengklik tombol COMP Networks .


Di bagian "Informasi Penghasilan" , parameter didefinisikan yang menentukan penguatan loop, khususnya:

  • V ramp - tegangan ramp PWM, amplitudo gergaji PWM;
  • G m - Kesalahan penguat transkonduktansi, kemiringan karakteristik / konduktivitas aktif dari penguat OS, parameter ini diberikan ketika menggunakan penguat dengan umpan balik saat ini di sirkuit kompensasi (penguat transimpedansi);
  • R s - Resistor akal arus, resistansi resistor sensor arus;
  • A s - Gain amplifier saat ini, gain saat ini;
  • A OL - Penguat Kesalahan gain loop terbuka, penguatan penguat kesalahan saat OS terbuka;
  • GBWP — Gain-bandwidth product — ( , );
  • RP/RD — Optocoupler transfer ratio, ;
  • Vslope — Slope compensation voltage/slope compensation multiplier (SLM), / . .

Di bagian "Nilai Komponen" , parameter dari sirkuit pengoreksi diatur. Pada bagian "Nilai Kompensasi yang Disarankan" , nilai-nilai parameter dari sirkuit pengoreksi yang diusulkan oleh program ditetapkan. Di bagian Polandia & Nol, hitung nol dan kutub dari fungsi transfer. Di bagian "Grafik", Anda dapat memilih karakteristik mana yang akan dibuat:

  • Bagian daya konverter ( "Gain Power Stage", "Stage Power Stage" );
  • Penguat Kesalahan ( "Penguat Kesalahan Penguatan", "Penguat Kesalahan Fase" );
  • Karakteristik penuh dari sistem ( "Total Gain", "Total Phase" );
  • Penguat kesalahan dengan OS terbuka ( "Penguat Kesalahan Penguatan (Loop Terbuka)" )

Perlu dicatat bahwa tugas membangun dan menganalisis fungsi transfer tidak dengan sendirinya sepele, bahkan menggunakan utilitas ini. Jika saya punya waktu, saya akan menulis artikel terpisah dengan manual singkat dan contoh penggunaan praktis.

Perhitungan kerugian dari transistor MOSFET "Kerugian FET"


Utilitas ini memungkinkan Anda untuk mengevaluasi kerugian statis dan dinamis pada transistor MOSFET dari konverter. Ketika Anda menjalankan utilitas dari jendela perhitungan utama konverter, data awal (arus dan tegangan pada kunci) ditransfer ke bagian Informasi Sirkuit Umum . Area "FET1" dan "FET2" benar - benar identik, ini memungkinkan Anda untuk membandingkan dua transistor yang berbeda dalam hal kerugian. Mari kita lihat contoh perhitungannya.

Dalam perkembangan saya, saya menggunakan transistor IRFI4227 sebagai saklar daya. Saya tidak akan mengatakan bahwa bahkan lima tahun yang lalu (ketika IP dikembangkan, diberikan sebagai contoh dalam perhitungan awal) itu adalah pilihan terbaik, bagaimanapun, itu ditentukan oleh fakta bahwa transistor ini sudah ada dalam database perusahaan, digunakan dalam produk yang diproduksi secara massal, ada stok. Selain itu, untuk IP ini, ada target harga yang agak sulit, jadi keputusan dibuat untuk memanaskan transistor agar sesuai dengan transistor pada case modul aluminium, dan karena saya ingin menyediakan perakitan yang sederhana dan teknologi, saya membutuhkan transistor dalam case terisolasi.

Jadi, misalnya, mari kita bandingkan kerugian di IRFI4227 dengan kerugian yang dapat dicapai dengan menerapkan MOSFET modern. Seperti yang dapat dilihat dari perhitungan, di sirkuit ini, tegangan maksimum pada kunci adalah 45V, jadi saya mengambil 60V transistor tipe IPA060N06NM5S dari Infineon, sebagai salah satu pemimpin industri. Transistor memilih kurang lebih diimbangi oleh "cahaya" rana dan hambatan saluran.

Sekarang Anda perlu mengisi parameter yang diperlukan. Perhatikan contoh transistor IRFI4227. Buka datasheet - Saya menyoroti parameter yang digunakan dalam perhitungan:


Perlu dicatat bahwa nilai resistansi saluran dicatat dengan mempertimbangkan ketergantungan pada suhu kristal, suhu dipilih 80 ° C.

Namun, parameter Q gs , Qg (th) , V miller di LH tidak ada, jadi apa yang harus dilakukan? Untungnya, spesialis TI merawat pengguna alat mereka dan dengan mengklik tombol Info saya menemukan petunjuk seperti itu:


Mari kita beralih ke jadwal yang sesuai di LH:


Dan juga di sini adalah diagram penjelasan:


Dan kami mendapatkan parameter yang hilang: Q gs = 24nC; Q g (th) = 15 nC; V miller = 6.5V.

Perhitungan komparatif akhir ditunjukkan pada tangkapan layar di bawah ini. Dapat dilihat bahwa transistor IPA060N06NM5S yang lebih modern (dan juga dipilih untuk voltase yang diberikan) memiliki beberapa kali lebih kecil kerugian statis dan dinamis daripada IRFI4227.


Namun, jika kita berbicara tentang kerugian dinamis, menurut pendapat saya, perhitungan ini masih harus dianggap perkiraan, diperkirakan. Ada beberapa alasan untuk hal ini, misalnya, tidak diketahui secara pasti induktansi nyasar mana yang ada dalam rangkaian, dan karenanya, kondisi pensakelaran mungkin tidak diperhitungkan. Yang kedua adalah variabilitas tinggi dari model kerugian. Katakanlah, parameter V GS (th) dari transistor IRFI4227 dalam datasheet tidak sepenuhnya dinormalisasi, tetapi kisarannya adalah 3.0-5.0V. Dengan demikian, untuk perhitungan, saya memilih nilai 4.0V, untuk nilai yang sama saya menentukan parameter Qg (th) sesuai dengan karakteristik Khas Biaya Gerbang . Jika kita menggunakan nilai batas 3V dan 5V, maka kerugian dinamis berubah hampir satu setengah kali.

Oleh karena itu, rekomendasi saya adalah Anda dapat dan harus mempertimbangkan dinamika, terutama terlepas dari kenyataan bahwa Alat Desainer Panggung Daya memungkinkan Anda melakukan ini dengan cukup cepat. Namun, data yang diperoleh harus digunakan sebagai perkiraan dan dikonfirmasi oleh tes.

Kalkulator Kapasitor


Ada dua tab dalam perhitungan ini. Yang pertama adalah Berbagi Kapasitor Saat Ini . Di sini Anda dapat menghitung arus efektif kapasitor saat dihubungkan secara paralel. Ini berguna ketika beberapa kapasitor dengan kapasitas berbeda dan dengan ESR berbeda dipasang pada output konverter dan perlu untuk menentukan berapa proporsi riak saat ini yang akan diambil masing-masing.


Yang kedua adalah Bulk Capacitor untuk Pasokan Listrik AC / DC . Di dalamnya, Anda dapat menghitung kapasitas yang diperlukan pada input konverter. Diasumsikan bahwa tidak ada KKM aktif, yaitu, pada input setelah penyearah, kapasitor penyimpanan segera dipasang.


Perhitungan rantai redaman "Snubber Calculator"


Ada juga dua tab independen dalam perhitungan ini. Yang pertama adalah "RC-Snubber for Rectifiers" , yang memungkinkan Anda menghitung nilai elemen-elemen peredam RC-circuit rectifier.

Saya akan menunjukkan dalam praktik bagaimana ini bekerja. Di ujung jari saya adalah papan salah satu perkembangan saya - catu daya untuk PLC, daya IP 25 W, topologi - jalur pengembalian. Sebagai penyearah dioda, MURD620 menggunakan dua buah secara paralel. Jadi, kami benar-benar menghapus rangkaian peredam dari dioda penyearah keluaran dan melihat bentuk tegangan ini:


Seperti dapat dilihat dari bentuk gelombang, tidak ada lonjakan pada tegangan balik maksimum, tetapi ada fluktuasi setelah akhir output arus oleh belitan sekunder (konverter beroperasi dalam mode arus terputus-putus). Mari kita lihat apakah mungkin untuk menekan fluktuasi ini menggunakan teknik utilitas ini.

Membentang untuk mengukur frekuensi osilasi:


Dapat dilihat bahwa periode adalah 575 ns, yang sesuai dengan frekuensi 1,74 MHz. Sekarang kita menambahkan paralel kapasitor 470pF ke dioda keluaran. Dari mana datangnya makna ini? Deskripsi teknik mengatakan bahwa Anda perlu mengambil kapasitansi beberapa kali lebih tinggi dari kapasitansi transisi dioda. Dalam hal ini, osilasi terjadi pada tegangan hampir nol, masing-masing, sesuai dengan ketergantungan kapasitansi pada tegangan (dari lembar data ke dioda), kami mendapatkan nilai 50pF, saya memiliki dua dioda, total kapasitansi 100pF, kami mengalikan nilai ini dengan lima. Saya mengambil kapasitor 470pF dari apa yang ada di tangan. Omong-omong, sangat penting bahwa kelas dielektrik kapasitor menjadi NP0, atau, dalam kasus ekstrim, X7R.

Kami melihat bentuk tegangan:


Periode osilasi telah berubah, seperti halnya dengan merentangkan bentuk gelombang, kita mengukur periode 875 ns, yang sesuai dengan frekuensi 1,14 MHz.


Masukkan nilai yang diperoleh:


Sesuai dengan rekomendasi utilitas, saya memasang sirkuit RC redaman dengan peringkat 1000pF, 250Ω. Bentuk tegangan berikut diperoleh:


Dapat dilihat bahwa osilasi ditekan. Tentu saja, Anda masih perlu memeriksa berapa banyak daya yang dihabiskan di resistor, tapi itu cerita lain.

Tab kedua adalah "RCD-Snubber for Flyback Converters" . Di dalamnya, Anda dapat menghitung sirkuit RCD clamper untuk konverter flyback.


Perhitungan parameter sirkuit stabilisasi tegangan output “Output Voltage Scaling”


Pada tab "Output Voltage Resistor Divider", Anda dapat menghitung parameter pembagi resistor dari rangkaian stabilisasi tegangan output. Selain itu, dimungkinkan untuk menunjukkan dari baris mana resistor E24, E48 atau E96 harus dipilih. Dimungkinkan juga untuk mengatur penyimpangan yang diizinkan dari sumber tegangan referensi.


Pada tab “Dynamic Analog Output Voltage Scaling” , rangkaian serupa dihitung, tetapi untuk kasus mengatur tegangan output dengan sinyal analog.


Dan tab ketiga di bagian ini adalah "Dynamic Digital Output Voltage Scaling" . Memungkinkan Anda menghitung serangkaian resistor untuk mengontrol tegangan output sinyal diskrit.


Pengonversi Unit



Yah, saya pikir tidak ada komentar di sini.

Kesimpulan


Utilitas Power Stage Designer, seperti alat lain yang dirancang untuk menyelesaikan berbagai tugas. Jangan berpikir bahwa itu akan membuat siapa pun menjadi pengembang elektronik daya profesional dalam waktu singkat. Tanpa pemahaman tentang proses yang terjadi di sirkuit, ini hampir tidak mungkin. Namun demikian, kemampuan program secara signifikan dapat menyederhanakan kehidupan pengembang. Sebagai contoh, saya menggunakan alat ini untuk perhitungan awal dan pemilihan topologi konverter. Anda dapat menghabiskan hanya beberapa menit untuk menghitung arus dan tegangan pada elemen, memperkirakan kerugian, mengevaluasi penerapan topologi. Ini tidak meniadakan fakta bahwa langkah selanjutnya adalah membuat perhitungan yang lengkap dan lebih rinci.

Saya harap Anda menemukan ulasan singkat ini bermanfaat. Utilitas tersedia di situs web Texas Instruments.
Perkembangan menarik!

Kekuasaan itu keren. Menghadapinya.

More articles:


All Articles