Jste zde

Rychlý návrh step-down napájecího zdroje

Ing. Petr Roček, Codico GmbH, 6. Říjen 2020 - 6:44

Aplikací s AC/DC zdrojem, kde není nutná izolace, je mnoho. Například inteligentní LED drivery a zařízení s mechanickou ochranou proti kontaktu člověka s nebezpečným napětím. Pro tyto aplikace je vhodný step-down napájecí zdroj. Jaké komponenty nám pomohou k rychlému návrhu a realizaci?

Rodina integrovaných obvodů LinkSwitch -TN2 od POWER INTEGRATION poskytuje alternativu pro neizolované napájecí zdroje ve srovnání s tradičním lineární řešením. Napájecí zdroje s obvody LinkSwitch-TN2 jsou flexibilnější, mají vyšší účinnost, nabízí komplexní ochranu na úrovni systému a dosahují vyšší spolehlivosti. Dále podporují všechny známé topologie(buck, buck-boost a flyback), které se používají v napájecích zdrojích.

Výhody Buck (Step-down) napájecího zdroje:

Design je z několika komponent
Malá velikost
Nízká výška
Nízké náklady

Každý integrovaný obvod LinkSwitch – TN obsahuje 725 V nebo 900V MOSFET tranzistor, oscilátor, ON/OFF ovládání pro nejvyšší účinnost při nízkém zatížení, proudovou limitaci, tepelnou pojistku a přepěťovou ochranu. Kompletní sada ochranných funkcí umožňuje bezpečnou a spolehlivou funkci napájecích zdrojů. Jejich proudová spotřeba v pohotovostním režimu dosahuje hodnoty menší než 100uA. Díky této vlastnosti jsou integrované hodnoty vhodné pro konstrukci širokého spektra napájecích zdrojů, ale zejména jsou vhodné pro inteligentní LED ovladače.

U těchto aplikací se běžně používá topologie Buck (viz obrázek níže), která se díky integrovanému řešení LinkkSwitch – TN jednoduše a rychle navrhne. Základním principem Buck převodníku je jednoduchost. Cívka a dva přepínače, obvykle tranzistor a dioda, které řídí cívku. Dochází k cyklickému připojení cívky ke zdroji, uložení energie v cívce a vybíjení cívky do zátěže.

Proud dodávaný topologií HV-Buck (Hihg Voltage Buck) je poměrně malý. HV-Buck produkuje v režimu malé zátěže relativně vysoké zvlnění, které se s vyššími špičkovými proudy ještě více zhoršuje. S vyššími proudy a nižším výstupním napětím se rozdíl v dopředném napětí (forward voltage) dvou diod D3 a D4 více projevuje. LinkSwitch-TN2 je ideální pro zdroj konstantního proudu, ale i ve zdrojích s velmi proměnným proudem. Při provozu bez zátěže je jeho spotřeba menší než <30 mW a dokáže udržet výstupní napětí v rozsahu +/- 5%.

Cívky L1 a L2 musí být schopny odolat vysokým napětím alespoň 400V. Vstupní napětí má stejnosměrnou složku 371VDC a střídavou 265VAC. Úkolem L2 je udržení této hodnoty po celou dobu životnosti cívky. Na trhu není mnoho cívek, které jsou konstruovány pro tyto hodnoty. Často se jejich limit pohybuje pod 100V.

Konstrukce cívek řady CHVR1277 od SAGAMI splňuje požadavky na izolační vzdálenost Pin to Pin i izolaci mezi vinutím. Řada CHVR1277 vydrží až 600 VDC, a proto se dokonale hodí pro výše uvedené zmíněné aplikace. Navíc je k dispozici v balení SMD 12x12x8mm a řada disponuje cívkami v rozsahu indukčnosti se pohybuje od 150µH do 1,4mH.