Как зарядные устройства имеют переменное входное напряжение с постоянным выходным напряжением?

Мое основное понимание заключается в том, что трансформатор может понижать напряжение на отношение первичной и вторичной обмотки, так как это отношение не является постоянным.

Таким образом, мой вопрос заключается в том, как зарядные устройства, такие как зарядное устройство для яблочного телефона (источник питания с переключателем Fly-back Switch), могут принимать входные сигналы 100 В-240 В ~ 50/60 Гц для создания постоянного выхода 5 В?

 Apple Phone Charger Curcuit Выше приведена принципиальная схема зарядного устройства для яблочного телефона.

- это постоянное выходное напряжение - эффект трансформатора обратного хода? (у меня мало опыта в источниках питания переменного тока и постоянного тока). Любая помощь приветствуется.

12 голосов | спросил DiscreteTomatoes 14 MaramWed, 14 Mar 2018 09:15:16 +03002018-03-14T09:15:16+03:0009 2018, 09:15:16

4 ответа


26

Современные источники питания переменного тока обеспечивают преобразование напряжения в три этапа. Грубо говоря, процесс выглядит следующим образом.

Во-первых, они выпрямляют переменный ток в постоянном токе, поэтому 100 В переменного тока потребляют около 140 В постоянного тока, а 240 В переменного тока приводит к примерно 340 В постоянного тока. Это первый шаг. Это диапазон напряжений, с которыми сталкивается вторая ступень преобразователя. И это напряжение имеет ужасную пульсацию при 100-120 Гц.

Второй этап - это «измельчитель», который модулирует высоковольтный DC в высокочастотные импульсы, 100 кГц или что-то в этом роде. Существует контроллер IC, который управляет парой мощных MOSFET, которые загружаются с первичной обмоткой изолирующего трансформатора. Трансформатор, как вы правильно отметили, имеет фиксированное отношение обмотки, поэтому выходные импульсы будут иметь переменную амплитуду, пропорциональную входному постоянному току (который составляет от 140 до 340 В, не считая рябь от первичной ректификации 50/60 Гц).

Однако, измельчитель также делает эти импульсы разной ширины, которые называются PWM - Pulse-Width-Modulation. Таким образом, выход трансформатора при выпрямлении диода выпрямителя с вычитанием и выделении с большим выходным конденсатором в среднем может иметь переменную амплитуду: узкие импульсы дают более низкую среднюю амплитуду и наоборот. Это третий этап преобразователя AC-DC.

Таким образом, хотя трансформатор имеет фиксированный коэффициент обмотки, ШИМ по-прежнему позволяет изменять выход выпрямителя в значительном диапазоне, таким образом, принимая фиксированное отношение трансформатора и широкий диапазон входного напряжения, включая пульсацию напряжения.

Окончательный контроль и стабилизация напряжения осуществляется с помощью механизма обратной связи с использованием линейных оптоизоляторов. Если выпрямленное напряжение становится слишком высоким, обратная связь делает IC контроллера более узкими импульсами, поэтому напряжение падает, и наоборот. Этот механизм обратной связи не только заботится о напряжении, но также контролирует общую мощность, подаваемую в нагрузку блока питания.

Есть некоторые тонкие детали, как трансформаторы терпят асимметричные сигналы, есть некоторые тонкие инженерные трюки за кулисами, но в основном это все.

ответил Ale..chenski 14 MaramWed, 14 Mar 2018 10:01:28 +03002018-03-14T10:01:28+03:0010 2018, 10:01:28
8

Если вы хотите идентифицировать один «компонент», который отвечает за постоянное выходное напряжение, то это «обратная связь».

Прямой путь, который включает в себя трансформатор обратного хода, подталкивает контролируемый объем мощности к выходу. Напряжение на выходе измеряется, и обратная связь требует меньшего или большего количества момента мощности за моментом, чтобы поддерживать постоянное напряжение.

Прямой путь предназначен для работы от любого напряжения во входном диапазоне, который требует немного внимания с дизайном, но довольно прост.

Способ, которым работает обратный преобразователь, заключается в том, что его выходное напряжение настраивается на любое напряжение, необходимое для подачи питания, которое было предложено доставить. Он может увеличиваться или уменьшаться большим коэффициентом, чтобы он соответствовал соотношению входного и выходного напряжения.

ответил Neil_UK 14 MaramWed, 14 Mar 2018 09:30:48 +03002018-03-14T09:30:48+03:0009 2018, 09:30:48
3

В дополнение к регулированию напряжения зарядное устройство телефона должно выполнять несколько функций. Он должен преобразовывать переменный ток в постоянный ток, существенно понизить напряжение и обеспечить существенную изоляцию между входом и выходом.

Поскольку мы занимаемся регулированием, вместо этого рассмотрим зарядное устройство постоянного тока DC-DC в автомобиле, которое принимает DC в типично широком диапазоне напряжений, возможно до 28 В, и преобразует его в 5 В.

Зарядное устройство, вероятно, использует быстродействующий транзистор переключения и диод для быстрого переключения между входным напряжением и землей, затем LC-фильтр для сглаживания переключения и вывода среднего напряжения. Результирующая передаточная функция Vout = D * Vin, где D - рабочий цикл PWM. Для разумных входных напряжений будет значение «D», которое дает 5v.

В своей простейшей форме D устанавливается управляющим «усилителем ошибки», сравнивающим Vout с опорным напряжением.

В более утонченных версиях схема PWM модифицируется, чтобы отменить влияние Vin, двумя примерами этого являются «форвард» и «текущий режим». В текущем режиме импульс ШИМ заканчивается, когда ток в индукторе достигает значения. Если входное напряжение выше, значение будет достигнуто раньше, но выход будет относительно незатронутым.

Если этот проект DC-DC «модернизируется» для включения трансформатора, он дает популярную «форвардную» конфигурацию, которая может быть более компактной и эффективной, чем обратная связь, поскольку трансформатор может использовать магнитные детали, оптимизированные для использования трансформатора (феррит), и индуктор может использовать детали для использования индуктора (железный порошок).

ответил Oliver Broad 14 MarpmWed, 14 Mar 2018 14:37:44 +03002018-03-14T14:37:44+03:0002 2018, 14:37:44
2

«Трансформатор» в обратном преобразователе технически не является трансформатором, а двумя связанными индукторами. В отличие от трансформатора, он хранит магнитную энергию в воздушном зазоре. Накопитель энергии заряжается через переключатель (транзистор) во время сканирования и разряжается через диод во время обратного хода. Источник и загрузка никогда не подключаются одновременно, и, таким образом, отношение поворотов не применяется.

Вместо этого необходим рабочий цикл или коэффициент включения-выключения, так как среднее напряжение на любом индукторе должно быть равно нулю. Это соотношение легко варьируется. Выходное напряжение обычно активно регулируется, то есть стабилизируется от изменений нагрузки, регулятором с обратной связью.

Преобразователь обратного хода генерирует высокое напряжение для дисплея CRT, используя быстрый обратный ход (или повторение) горизонтального отклонения, отсюда и его название.

Изменить: коэффициент поворота тоже имеет значение, но не так много.

ответил StessenJ 14 MarpmWed, 14 Mar 2018 21:58:18 +03002018-03-14T21:58:18+03:0009 2018, 21:58:18

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132