アルミ基板と多層PCBのスイッチング電源への応用
次にスイッチング電源へのアルミニウム基板の適用とスイッチング電源回路への多層プリント基板について議論する。
独自の構造によるアルミ基板で、熱伝導率が非常に良い、片面銅束、デバイスは束縛銅面にしか設置できない、電気配線穴を開けられないため単体で設置できないという特徴がある。ジャンパー。
アルミ基板上にパッチ素子、スイッチ管、出力整流管を配置するのが一般的で、基板を介して熱を伝導するため、熱抵抗が低く信頼性が高くなります。トランスは平面パッチ構造を採用しており、基板を介して放熱することも可能です。従来品に比べて温度上昇が低くなります。同仕様のトランスはアルミ基板構造を採用しており、より大きな出力電力を得ることができます。アルミベースプレートジャンパ線をブリッジに使用できます。アルミ基板電源は通常2枚のプリント基板と、もう1枚の基板に配置された制御回路、 2 つのボードは 1 つのボード間の物理接続を介して合成されます。
熱伝導性に優れたアルミ板のため、少量の手溶接は困難、はんだの冷却が速すぎる、簡単で実用的な方法が存在しやすい問題があり、一般的な電気アイロンで使用されるアイロン温度調整機能はあります）、裏返してアイロンがけ、方向をよく固定し、温度を150℃程度にし、アイロンの上にアルミニウム板を置き、加熱時間、その後部品を固定し、従来の方法に従って溶接します。装置を使用したアイロンの温度は、溶接が容易であるため、推奨される高温の装置です。可能であればダメージを与える、銅またはアルミニウム板、低温溶接効果が悪い、柔軟性がある。
近年、スイッチング電源回路に使用される多層回路基板では、ライントランスの印刷が可能となり、サンドイッチプレートのため層間隔が狭く、トランス窓部をフル活用でき、1個または追加することも可能です。メイン回路基板上の 2 つの部分は多層プリント コイルで構成され、ウィンドウを使用して、プリント コイルの結果として線路電流密度を低減し、手動介入を減らし、トランスの良好な一貫性とフラットな構造、漏れインダクタンスが低く、良好な結合を実現します。オープン コア、良好な放熱状態。
多くの利点があるため、大量生産に適しており、広く使用されていますが、研究開発の初期投資が大きく、小規模生産には適していません。
スイッチ電源は、絶縁型と非絶縁型の 2 つの形式に分けられます。ここでは、主に絶縁スイッチ電源のトポロジ形式について説明します。絶縁電源は、その構造により前方励磁と後方励磁の2つに分類できます。フライバック型とは、電源の本来の側が遮断されるときに補助エッジが遮断されることを指します。変圧器のスイッチがオンになり、変圧器にエネルギーが蓄積されます。一次側が遮断されると、二次側が導通し、負荷の動作状態にエネルギーが放出されます。順励磁型とは、変圧器の一次側から出力される電圧を指します。変圧器から負荷へ仕様によれば、単管順励磁、二重管順励磁などの従来の順励磁に分けることができます。ハーフブリッジ回路とブリッジ回路は正励磁回路に属します。 。
順励磁回路と逆励磁回路にはそれぞれ独自の特性があります。最高のコストパフォーマンスを実現するために、柔軟な使用が可能です。一般的に低電力の場合はフライバックを選択できます。少し大きいものは単管フォワード回路に使用でき、中電力は二重管フォワード回路またはハーフブリッジに使用できます。回路、低電圧はプッシュプル回路を使用し、ハーフブリッジ動作状態を使用します。高出力、一般的にブリッジ回路を使用し、低電圧はプッシュプル回路も使用できます。
フライバック電源は、トランスとほぼ同じサイズのインダクタを節約できるシンプルな構造のため、中小規模の電源で広く使用されています。フライバック電源の電力は数ワットしか供給できないという紹介もありますが、それ以上の電力を出力します。 100 ワットにはメリットがなく、達成は困難です。一般的にはそうだと思いますが、一般化することはできません。PI には、最大 1 キロワットまでの背面電源に関する記事がありますが、実物は見ていません。出力電力は出力電圧に関係します。
フライバック電源はトランスの漏れインダクタンスが非常に重要なパラメータであり、フライバック電源トランスがエネルギーを蓄える必要があるため、トランスコア、通常は磁気回路のKaiQiギャップを最大限に活用することが目的であり、その目的は、トランスの漏れインダクタンスを変更することです。ヒステリシスループのコアは傾斜しており、トランスは大きなパルス電流衝撃に耐え、鉄心が非線形な飽和状態にならず、磁気回路のガスギャップが高い磁気抵抗の下で、磁束漏れが磁気回路の完全閉磁路よりも大きくなります。回路。
変圧器の一次電極間の結合も、漏れインダクタンスを決定する重要な要素です。一次電極コイルをできるだけ近づけるにはサンドイッチ巻き方式を採用することもできますが、変圧器の分布容量が増加します。EE、EF、EER、PQなどの漏れを低減するための窓の長い鉄心を選択してください。 EIタイプよりもコアの方が効果が高いです。
フライバック電源のデューティ比については、原則として、フライバック電源の最大デューティ比は 0.5 未満である必要があります。そうしないと、ループの補償が難しくなり、不安定になる可能性がありますが、いくつかの例外があります。たとえば、米国のPI社が発売したTOPシリーズチップは、デューティ比が0.5以上の条件で動作します。デューティサイクルはトランスの一次側と二次側の巻数比によって決まります。フライバックに関する私の意見は、まず反射電圧（出力電圧がトランス結合を介して一次側に反射される）を決定することです。ある電圧範囲内で反射電圧が増加すると、ワークのデューティサイクルが増加し、スイッチ管損失が減少します。反射電圧が減少すると、デューティサイクルが減少し、スイッチ損失が増加します。
もちろん、これは前提条件でもあり、デューティ比が増加すると、安定した出力を維持するために出力ダイオードの導通時間が長くなり、出力コンデンサの放電電流によってより多くの時間が保証され、出力コンデンサがより高い周波数で増加します。リップル電流が流れ、発熱が悪化するため、多くの条件では許されません。デューティ比を上げ、トランスの巻数比を変更し、トランスの漏れインダクタンスを大きくし、漏れインダクタンスのエネルギーが低下したときにトランスの全体的な性能を高めます。ある程度までは、スイッチ管の大きなデューティを低損失で完全にオフセットすることができますが、デューティサイクルの意味が増加しなくなった場合は、高ピーク電圧とスイッチ管の破壊の漏れインダクタンスのせいでさえも発生します。
漏れインダクタンスが大きいと、出力リップルやその他の電磁指標が悪化する可能性があります。デューティ比が小さい場合、スイッチング管に流れる電流の実効値が高く、トランスの一次電流の実効値が大きくなります。これにより、コンバータの効率が低下しますが、出力コンデンサの動作条件が改善され、発熱が軽減されます。トランスの反射電圧 (つまり、デューティ サイクル) を決定する方法。
一部のネチズンは、スイッチング電源のフィードバックループのパラメータ設定と動作状態の分析について言及しました。高等数学が苦手なため、「自動制御原理」はほぼ追試であり、このドアも今では感じています恐れていますが、これまでシステムの完全な閉ループ システム伝達関数を記述していませんでした。ゼロと極の概念は非常に曖昧に感じます。ボード線図を参照すると、発散または収束が確認されるので、フィードバック補償のためにナンセンスではありませんが、しかし、いくつかの提案があります。
ある程度の数学の基礎知識とある程度の学習時間があれば、大学の教科書「自動制御原理」を探して丁寧に咀嚼し、実際のスイッチング電源回路と組み合わせて動作状態に応じて解析することができます。

六、フライバック電源のデューティ比
最後にフライバック電源のデューティ比について話します（反射電圧に焦点を当て、デューティ比と一致します）。デューティ比は選択スイッチチューブの圧力に関連しており、低圧スイッチチューブを使用した初期のフライバック電源もあります。入力AC 220 Vの電源スイッチチューブとして600 Vまたは650 Vなど、製造技術、製造が容易ではない高圧パイプ、またはこのラインのような低圧パイプがより合理的な伝導損失とスイッチ特性を備えているときのことである可能性があります反射電圧は測定できません高すぎると、吸収回路の範囲内でスイッチチューブを安全に動作させるには、かなりの電力損失が発生します。
実践により、600V パイプの反射電圧は 100V を超えてはならず、650V パイプの反射電圧は 120V を超えてはいけないことが証明されています。漏れインダクタンスのピーク電圧が50Vにクランプされている場合、パイプにはまだ50Vの動作マージンがあります。現在、MOSチューブ製造技術の向上により、一般的なフライバック電源は700Vまたは750V、さらには800-900Vのスイッチチューブです。
この種の回路と同様に、過電圧に耐える能力が高く、スイッチトランスの反射電圧がある程度高くても問題ありません。最大反射電圧は150Vが適切で、より優れた総合性能を得ることができます。過渡電圧抑制を使用するにはPIのTOPチップを使用することをお勧めします。しかし、彼のパネルは通常、それよりも低く、約 110 ボルトを反射します。どちらのタイプにも長所と短所があります。
最初のカテゴリ: 弱い過電圧耐性、小さいデューティ サイクル、変圧器の一次パルス電流。利点: 変圧器の漏れインダクタンスが小さく、電磁放射が低く、リップル指数が高く、スイッチ管損失が小さく、変換効率が高くありません。必然的に第二種よりも低くなります。
2番目の種類：故障スイッチ管の損失が大きく、変圧器の漏れ感が大きく、リップルが多少悪いです。利点：強力な過電圧耐性、高デューティサイクル、低変圧器損失、高効率。
フライバック電源の反射電圧と特定の要因、フライバック電源の反射電圧もパラメータに関連付けられており、出力電圧は低くなり、トランスの巻数比が大きくなり、トランス、スイッチ管の漏れインダクタンスが大きくなります。耐電圧が高くなるほど消費電力が破壊されやすくなり、スイッチ管、吸収回路は回路電源部品の永久故障（特に過渡電圧抑制ダイオード回路）を吸収する可能性があります。低電圧出力の設計では低電力フライバック電源の最適化プロセスは慎重に処理する必要があり、処理方法はいくつかあります。
1. 大きな電力レベルの磁気コアを採用して漏れインダクタンスを低減し、低電圧フライバック電源の変換効率を向上させ、損失を低減し、出力リップルを低減し、マルチチャンネル出力電力のクロスオーバー調整率を向上させます。供給。 CD-ROM ドライブや DVB セットトップ ボックスなどの家電製品のスイッチング電源によく使用されます。
2. 磁気コアの増加が許可されない場合、反射電圧とデューティ サイクルを減らすことしかできません。反射電圧の漏れインダクタンスを減らすことはできますが、電力変換効率が低下する可能性があり、どちらも低下します。矛盾しているため、適切なポイントを見つけるための代替プロセスが必要です。変圧器の交換実験の過程で、変圧器の一次側のピーク逆電圧を検出し、ピーク逆電圧のパルス幅と振幅を低減しようとすると、作業が増加する可能性があります。の安全マージン一般に、反射電圧は 110V に適しています。
3、結合を強化し、損失を減らし、新しい技術と巻線プロセスを採用し、安全仕様を満たすトランスは、絶縁テープパッド、絶縁端空テープなど、元の側と側の間に絶縁対策を講じます。これらは漏れに影響します。変圧器の誘導エネルギー。二次巻線の周りに一次巻線を巻く巻き方は実際の生産で使用できます。または、三重絶縁線を巻いて二次巻いて初段間の絶縁をなくし、結合を強化したり、幅広の銅皮巻を使用したりすることもできます。
低電圧出力とは、この種の小型電源と同様に、5 V 以下の出力を指します。私の経験では、出力は 20 W 以上です。通常のショックタイプを使用でき、最良の価格で入手できます。もちろん、それが絶対に正しいというわけではありませんし、個人的な習慣やアプリケーション環境も関係します。次回は磁気コアを使用したフライバック電源、磁気回路 KaiQi のギャップについてお話します。ある程度の理解があるので、背の高い人が指示を与えることを願っています。
フライバック電源トランスのコアは一方向の磁化状態で動作するため、脈動 DC インダクターと同様に、磁気回路はエア ギャップを開く必要があります。磁気回路の一部はエア ギャップを介して結合されています。
KaiQi ギャップの原理を理解しました。パワーフェライトにより、Y 軸の磁気誘導強度 (B) の動作特性曲線上で、長方形の動作特性曲線 (ヒステリシス ループ) に類似しており、生産プロセス全体が飽和しています。 400 mtを超える点では、設計値のこの値は通常200〜300 mtである必要があります。X軸は磁場の強さ（H）の磁化を表し、この値は電流強度は関係に比例します。
磁気回路のオープンエアギャップは、X 軸の傾きに対する磁石のヒステリシスループに相当し、同じ磁気誘導強度の下で、より大きな磁化電流に耐えることができ、磁気コアがより多くのエネルギーを蓄積することに相当し、このエネルギーはスイッチチューブでカットされます。フライバック パワー コアのオープン エア ギャップは、トランスの二次放電を介して負荷回路にオフになります。フライバック パワー コアのオープン エア ギャップには 2 つの役割があります。1 つはより多くのエネルギーを伝達することであり、もう 1 つはコアが飽和するのを防ぐことです。
フライバック電源のトランスは一方向に磁化された状態で動作し、磁気結合によってエネルギーを伝達するだけでなく、電圧変換入力と出力絶縁という複数の機能も実行します。そのため、エアギャップの取り扱いには細心の注意が必要です。エアギャップが大きすぎると、漏れインダクタンスが増加し、ヒステリシス損が増加し、鉄損や銅損が増加し、電源全体の性能に影響を及ぼします。エアギャップが小さいとトランスコアが飽和して、故障の原因となる可能性があります。電源の損傷。
フライバック電源の連続モードと不連続モードは、変圧器の動作状態を指します。変圧器は、エネルギーを完全または不完全に伝送するモードの全負荷状態で動作します。一般に、動作環境に応じて設計する必要があります。従来のフライバック電源は連続モードで動作する必要があるため、スイッチ管とラインの損失が比較的小さく、入出力コンデンサの動作ストレスを軽減できます。ただし、一部例外もあります。
特に指摘する必要があります。フライバック電源の特性により、高圧電源の設計に適しており、高圧電源トランスは一般に遮断モードで動作します。電圧電源の出力には高電圧整流ダイオードを使用する必要があります。
製造プロセスの特性により、高背圧ダイオードの逆回復時間は長く、速度が遅く、電流の連続状態では順方向にバイアスされたダイオードが復元され、エネルギー損失の逆回復が非常に大きい場合、役に立ちません。コンバータの性能向上、光変換効率の向上、整流器の深刻な発熱、あるいは整流器の焼損などに影響します。不連続モードではダイオードがゼロバイアスで逆バイアスされるため、損失を比較的低いレベルに抑えることができます。の高圧電源は断続モードで動作するため、動作周波数を高くしすぎることはできません。
臨界状態ではフライバック電源が動作します。一般に、このタイプの電源は周波数変調モードまたは広周波数およびデュアル モードで動作します。一部の低コストの自励式電源 (RCC) は、確実に動作するためにこの形式をよく使用します。安定した出力、変圧器の動作周波数、出力電流と入力電圧の変化、変圧器が連続と断続の間を維持するときの全負荷に近い、電源は小さな電力出力にのみ適しています、そうでない場合、処理のemc特性は頭痛の種になる可能性があります。
フライバックスイッチング電源トランスは連続モードで動作する必要があります。より大きな巻線インダクタンスが必要です。もちろん、ある程度の連続性もあります。絶対的な連続性を過度に追求するのは現実的ではなく、大量の磁気コアが必要になる場合があります。コイルの巻き数が膨大で、漏れインダクタンスと分布容量が大きいと、良いことよりも害を及ぼす可能性があります。
では、このパラメータはどうやって決定するのでしょうか?多くの実践と同業者の設計の分析を通じて、公称電圧入力時に 50% ～ 60% のトランスの出力が断続状態から連続状態に移行するのが適切であると考えています。または、最高入力電圧状態、全負荷出力では、トランスは連続状態に移行する可能性があります。

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