Przetwornica flyback – #6 – Dobór komponentów sprzężenia zwrotnego opartego na transoptorze

Na rozgrzewkę:

We wpisie przedstawię Ci zasadę działania sprzężenia zwrotnego, opiszę komponenty odpowiedzialne za regulację napięcia wyjściowego, ograniczenia prądowego oraz dobór ich wartości na podstawie założonych wymagań projektowych.

Zakres wpisu:

  • Zadania uzwojenia bias
  • Sprzężenie zwrotne przetwornicy
  • Komponenty sprzężenia zwrotneo
  • Symulacja obwodu w LTspice

Zadania uzwojenia bias:

Załączenie przetwornicy: w momencie podania napięcia wejściowego przetwornicy, kondensatory umieszczone przy pinie CONTROL ładowane są poprzez źródło prądowe, wewnętrznie podłączone pomiędzy piny DRAIN oraz CONTROL.

Praca ciągła: uzwojenie bias służy do zasilenia układu sterującego przetwornicą, łącznie z driverem tranzystora MOSFET, podczas pracy ciągłej.

Regulacja napięcia oraz prądu wyjściowego: uzwojenie bias służy do zasilenia obwodu regulacji przetwornicy, dzięki niemu zrealizowane jest sprzężenie zwrotne, jak i zachowana jest separacja galwaniczna. Kiedy nie byłoby uzwojenia bias, należałoby podać napięcie wyjściowe do sprzężenia wprost na driver TOP258YN co skutkowałoby połączeniem galwanicznym uzwojenia pierwotnego przetwornicy z wtórnym.

Sprzężenie zwrotne przetwornicy:

Załączenie przetwornicy: tak jak wspomniałem w poprzednim punkcie, źródło prądowe podłączone pomiędzy piny DRAIN i CONTROL ładuje zewnętrzne kondensatory. Po przekroczeniu napięcia ~5,8V rozpoczyna się faza łagodnego startu (soft-start). Podczas soft-start zwiększany jest stopniowo szczytowy prąd drenu oraz częstotliwość przełączania tranzystora. 

Stan awaryjny: jeśli do końca fazy łagodnego startu, do pinu CONTROL nie będzie wstrzykiwany prąd, przetwornica wyłączy się. Brak wstrzykiwanego prądu oznacza zwarcie na wyjściu przetwornicy lub uszkodzenie układu pomiarowego.

Jeśli przetwornica pracowała już w pracy ciągłej i napięcie na pinie CONTROL spadnie do ~4,8V oznacza to zwarcie na wyjściu lub uszkodzenie układu pomiarowego. W tym przypadku aktywowany jest tryb ponownego załączenia, czyli tranzystor wykonawczy jest wyłączony, a cała przetwornica przechodzi w tryb czuwania (standby mode).

Praca ciągła: po doładowaniu pojemności dołączonych do pinu CONTROL do ~5,8V prąd przepływa przez lustro prądowe, zbudowane z tranzystorów NMOS do pinu SOURCE. Na podstawie prądu wyjściowego z lustra prądowego kontrolowane jest wypełnienie sygnału PWM tranzystora wykonawczego, zapewniając pracę w zamkniętej pętli regulacji.

Komponenty sprzężenia zwrotnego:

Sprzężenie zwrotne tworzą:

  • dioda Zenera: za jej pomocą ustalana jest wartość napięcia wyjściowego,
  • transoptor: zapewnia izolację galwaniczną między uzwojeniem wyjściowym a uzwojeniem bias,
  • rezystor ograniczający prąd podczas przewodzenia diody Zenera.
Poniżej zostały przedstawione obliczenia obwodu transoptora w temperaturze 25C. Dane do poszczególnych komponentów zostały spisane z dokumentacji. Prąd kolektora transoptora wpływa do pinu CONTROL sterownika TOP258YN, zapewniając sprzężenie zwrotne przetwornicy.

Symulacja obwodu w LTspice:

Finalnie wykonałem symulację przetwornicy w programie LTspice, symulacja obecnie wykonana jest bez sprzężenia zwrotnego, ma ona tylko zobrazować działanie obwodu sprzężenia zwrotnego.

[1] Dostęp w Internecie: https://www.power.com/products/topswitch/topswitch-hx/top258yn

Autor artykułu
Mateusz Pluta

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.