HELLORADIO.RU — интернет-магазин средств связи
EN FR DE CN JP
QRZ.RU > Каталог схем и документации > Схемы наших читателей > Источники питания > Импульсный источник питания мощностью 32W/81W(пиковая) на микросхеме PKS606 от Power Integrations.

Импульсный источник питания мощностью 32W/81W(пиковая) на микросхеме PKS606 от Power Integrations.

Импульсный источник питания мощностью 32W/81W(пиковая) на микросхеме PKS606 от Power Integrations.

Автор Геннадий Бандура
Email: Bandura (at) macrogroup.ru
www.macrogroup.ru тел. +7 (812) 370 60 70

Импульсный источник питания мощностью 32W/81W(пиковая) на микросхеме PKS606 от Power Integrations.

 

Введение:

Данный документ описывает импульсный источник питания с входным диапазоном питающих напряжений 90-265VAC и выходом 30V, 1.07A (продолжительная мощность) и 2.7A (пиковая мощность) построенный на микросхеме PKS606Y. Этот источник питания предназначен для применений, где требуется возможность питания импульсной нагрузки, таких как принтеры, аудио усилители и пр.

Спецификация:

Описание
Обозначение
Мин.
Норма
Макс.
Ед. изм.
Вход
Входное напряжение
Vin
90
-
265
VAC
Входная частота
fline
47
50/60
64
Hz
Потребление на холостом ходу
-
-
-
0.2
W
Выход
Выходное напряжение
Vout
27
30
33
V
Выходная пульсация
Vripple
-
-
400
mV
Выходной ток
Iout
0
1.07
2.71
A
Продолжительная выходная мощность
Pout
-
32
-
W
Пиковая выходная мощность
Pout_peak
81
W
КПД
КПД при полной нагрузке
n
-
82
-
%
Среднее КПД (требования СЕС) при нагрузках 25%,50%,75%,100%
ncec
80.2
-
-
%
ЭМИ и безопасность
Соответствуют CISPR22B/EN550225, IEC950, UL1950 класс 2.
Рабочий температурный диапазон
Tamb
0
-
50
C

 

Внешний вид источника питания:

Рис.1 Внешний вид печатного узла.

 

Схема электрическая принципиальная источника питания:

Рис.2 Схема электрическая принципиальная.

 

Описание работы схемы:

1). Входная фильтрация электромагнитных помех.

Компоненты С1, С2, С3, С10, С17, С19, R15 и L1, L2 - представляют собой фильтр дифференциальных и синфазных помех. Использование 2х Y-конденсаторов (С10 и С19), выходного дросселя L2, встроенной функции frequency jittering микросхем Power Integrations позволяет им соответствовать стандартам EN55022B. Резисторы R1 и R2 разражают конденсатор при отключении питающего сетевого напряжения.

2). Первичная часть.

Компоненты D5, C7, R5, R6 - обеспечивают слежение за уровнем питающего напряжения, предоставляя микросхеме U1 возможность отрабатывать просадки напряжения. При запуске схемы если питающее напряжение еще находится ниже минимального порога, схема не запускается. Этот уровень напряжения определяется уровнем тока (25uA) на выводе EN/UV. Если этот предел превышен, уровень минимального порога не проверяется, пока не наступит процедура авто-рестарта (нет обратной связи втечении 30ms). Это дает возможность источнику питания работать даже когда напряжение проседает ниже установленного уровня, но при этом поддерживается уровень требуемого напряжения на выходе.

Отдельная цепочка D5 и С7 - позволяют микросхеме U1 определять ситуацию ухода выходного напряжения от требуемого. Если входное напряжение выше минимального порога, то этот случай считается аварийным. Тогда микросхема "защелкивается". Если же входное напряжение ниже минимального порога, тогда причиной ухода выходного напряжения считается низкое входное напряжение. Микросхема останавливает работу (но не "защелкивается") до того момента, пока уровень минимального порога вновь не окажется превышен.

В том случае, если сработала "защелка" источника питания, для дальенйшей работы он должен быть перезапущен, путем отключения входного питающего напряжения. При этом конденсатор С7 разряжается, и уровень тока на выводе EN/UV снижается ниже уровня 25uA. Функция слежения за минимальным порогом напряжения может быть отключена путем удаления резистора R6. Резистор R16 обеспечивают микросхему U1 необходимым током для сохранения функции "защелки".

Элементы D7, C7, C8, R7 - обеспечивают питание и развязку микросхемы U1.

Элементы D6, C5, R3, R4 и VR1 - ограничивают на безопасном уровне выброс наряжения на микросхеме U1. Использование для элементв D6 диода с trr<500ms позволит КПД источника достигать более высокого уровня.

3). Вторичная часть.

Напряжение, полученное со вторичной обмотки, выпрямляется и фильтруется элементами D8 и С12. Так как пиковая нагрузка применяется очень короткий промежуток времени, то выходной конденсатор ставят их расчета тока пульсации на длительной мощности. Резистор R8 и конденсатор С11 служат для снижения высокочастотных ЭМИ.

4). Обратная связь.

Диоды D9 и VR2 вместе со светодиодом в U2 устанавливают уровень выходного напряжения. Резистор R13 обеспечивает дополнительный ток через D9 и VR2 для того, чтобы приблизить функционирование VR2 ближе к его точке перегиба характеристики. Для обратной связи используется оптопара U2 с высоким коэффициентом усиления 300-600% для того, чтобы снизить задержки реакции обратной связи.

5). Выходная защита.

Компоненты Q1, Q2, R9...R11, R14, C13, C16 и VR3 используются для "защелки" источника питания в условиях превышения входного напряжения или выходного тока. Т.е. эти компоненты вместе с цепью слежения за входным напряжением призваны отключить источник питания в условиях аварии.

В случае перенапряжения (вышла из строя оптопара) или превышения максимального выходного тока (заклинило шаговый двигатель), тиристор Q2 открывается и закорачивает выходную обмотку, для того, чтобы избежать последствий аварии.

Величина VR3 выбирается из соображений максимального выходного напряжения. Для защиты от превышения тока величина R9 выбирается таким образом, чтобы открыть транзистор Q1 при требуемом максимальном токовом пороге. Элементы R10 и С13 установлены для того, чтобы избежать ложных срабатываний защиты (время превышения по току должно быть >200ms).

"Защелка" может быть снята путем снятия входного питающего напряжения втечении 3 секунд (максимум). Этого времени вполне хватает, чтобы разрядить С7 и соответственно снизить уровень тока на выводе EN/UV ниже порога в 25uA.

 

Празводка печатного узла.

Рис.3 PCB печатного узла.

 

Перечень элементов

Номер
Кол-во
Обозначение
Описание
part number
Производитель
1
2
C1 C2
100 pF, Ceramic, Y1
ECK-DNA101MB
Panasonic
2
1
C3
680 nF, 275 VAC, Film, X2
PX684K3ID6
Carli
3
1
C4
150 µF, 400 V, Electrolytic, (18 x 35.5)
YSD2GM151L32B0BAI0264
Luminous Town
4
1
C5
2.2 nF, 1 kV, Disc Ceramic
5GAD22
Vishay
5
1
C6
47 µF, 35 V, Electrolytic, Gen. Purpose, (5 x 11)
ECA-1VHG470
Panasonic
6
1
C7
100 nF, 400 V, Film
ECQ-E4104KF
Panasonic
7
2
C8 C14
220 nF, 50 V, Ceramic, Z5U, 0.2" L.S.
C322C224M5U5CA
Kemet
8
1
C10 C19
1 nF, Ceramic, Y1
ECK-DNA102MB
Panasonic
9
1
C11
330 pF, 1 kV, Disc Ceramic
5GAT33
Vishay
10
1
C12
330 µF, 50 V, 22 m., Electrolytic, (10 x 25)
EEU-FM1H331L
Panasonic
11
1
C13
47 uF, 16 V, Electrolytic, Gen Purpose, (5 x 11.5)
ECA-1CHG470
Panasonic
12
2
C15 C16
100 nF, 50 V, Ceramic, Z5U
C317C104M5U5CA
Kemet
13
1
C17
4700 pF, 1 kV, Thru Hole, Disc Ceramic
5GAD47
Vishay/Sprague
14
5
D1 D2 D3 D4 D5
1000 V, 1 A, Rectifier, DO-41
1N4007
Vishay
15
1
D6
800 V, 1 A, Fast Recovery Diode, 500 ns, DO-41
FR106
Diodes Inc.
16
2
D7 D9
75 V, 300 mA, Fast Switching, DO-35
1N4148
Vishay
17
1
D8
150 V, 3 A, Schottky, DO-201AD
STPS3150RL
ST
18
1
D10
200 V, 1 A, Ultrafast Recovery, 50 ns, DO-41
UF4003
Vishay
19
1
F1
3.15 A, 250V, Slow, TR5
3,821,315,0410
Wickman
20
1
HS1
HEATSINK/Alum, TO220 1 hole, 2 mtg pins
Custom
Clark Precision Sheetmetal
21
1
J1
AC Input Receptacle and Accessory Plug, PCBM
161-R301SN13
Kobiconn
22
1
J2
2 Position (1 x 2) header, 0.156 pitch, Vertical
26-48-1021
Molex
23
1
J3
PCB Terminal Hole, 18 AWG
N/A
N/A
24
1
JP1
Wire Jumper, Non insulated, 22 AWG, 0.4 in
298
Alpha
25
1
JP2
Wire Jumper, Non insulated, 22 AWG, 0.3 in
298
Alpha
26
1
L1
5.3 mH, 1 A, Common Mode Choke
ELF15N010A
Panasonic
27
1
L2
5.3 µH, 4 A, Common Mode Choke Bead
Custom
-
28
1
U1 (REF)
Nut, Hex, Kep 4-40, Zinc Plate
-
-
29
1
Q1
PNP, Small Signal BJT, 40 V, 0.2 A, TO-92
2N3906
Vishay
30
1
Q2
SCR, 400 V, 1.25 A, TO-92
FS0202DA
Fagor
31
2
R1 R2
1.3 M., 5%, 1/4 W, Carbon Film
CFR-25JB-1M3
Yageo
32
1
R3
10 k., 5%, 1/2 W, Carbon Film
CFR-50JB-10K
Yageo
33
1
R4
22 ., 5%, 1/2 W, Carbon Film
CFR-50JB-22R
Yageo
34
1
R5
2.2 M., 5%, 1/4 W, Carbon Film
CFR-25JB-2M2
Yageo
35
1
R6
2.4 M., 5%, 1/4 W, Carbon Film
CFR-25JB-2M4
Yageo
36
1
R7
4.7 k., 5%, 1/4 W, Carbon Film
CFR-25JB-4K7
Yageo
37
1
R8
68 ., 5%, 1/2 W, Carbon Film
CFR-50JB-68R
Yageo
38
1
R9
0.33 ., 5%, 2 W, Metal Oxide
RS2 0.33 5% A
Stackpole/Sei
39
1
R10
1.5 k., 5%, 1/8 W, Carbon Film
CFR-12JB-1K5
Yageo
40
1
R11
3 k., 5%, 1/4 W, Carbon Film
CFR-25JB-3K0
Yageo
41
2
R12 R13
1 k., 5%, 1/4 W, Carbon Film
CFR-25JB-1K0
Yageo
42
1
R14
100 ., 5%, 1/8 W, Carbon Film
CFR-12JB-91R
Yageo
43
1
R15
2.2 ., 5%, 1/8 W, Carbon Film
CFR-12JB-2R2
Yageo
44
1
R16
2.7 M., 5%, 1/8 W, Carbon Film
CFR-12JB-2M7
Yageo
45
1
RT1
NTC Thermistor, 10 ., 1.7 A
CL-120
Thermometrics
46
1
U1 (REF)
SCR, Phillips, 4-40X5/16 Pan head Machince screw, Steel, Zinc plate
-
-
47
1
T1
Transformer, EE25, 10 Pins, Vertical
SIL6039
Hi Cal
48
1
U1
PeakSwitch, PKS606Y, TO-220-7C
PKS606Y
Power Integrations
49
1
U2
Opto coupler, 35 V, CTR 300-600%, 4-DIP
PC817X4
Sharp
50
1
VR1
100 V, 5%, 1 W, DO-41
1N4764A
Microsemi
51
1
VR2
28 V, 5%, 500 mW, DO-35
1N5255B
Microsemi
52
1
VR3
36 V, 5%, 500 mW, DO-35
1N5258B
Microsemi
53
1
U1 (REF)
Washer Flat #4, ZINC PLATED
#4FWZ
Building Fasteners
54
1
-
PCB, EP-93, REVD
-
-
55
1
J1 (REF)
Wire, UL1015, 18 AWG, GRN/YEL
8918-189
Belden
56
1
J1 (REF)
Heat Shrink, 1/4", BLK
221014-6BK
Alpha
57
1
J1 (REF)
Snap-in Terminal
02-07-2102
Molex
58
1
U1 (REF)
Silicone Heat Sink Compound
-
-
59
1
C4, RT1, L2 (REF)
Silicone Adhesive, Non-Corrosive
19-155
GC Electronics

 

Параметры трансформатора:

1). Электрическая схема трансформатора.

Рис.4 Электрическая схема трансформатора.

 

2). Электрическая спецификация.

Электрическая прочность (1 секунда, с выводов 1-5 на выводы 6-10) - 3000VAC / 60Hz.

Защитное расстояние (между выводами 1-5 и выводами 6-10) - 6 mm (минимум).

Индуктивность первичной обмотки (выводы 1-2, все остальные обмотки разомкнуты, 100kHz, 0.4VRMS) - 132uH +/-10%

Резонансная частота (выводы 1-2, все остальные обмотки разомкнуты) - 2MHz (минимум).

Индукция рассеяния первичной обмотки (выводы 1-2, выводы 6-10 закорочены, 100kHz, 0.4VRMS) - 5.5uH (максимум).

 

3). Схема построения трансформатора

Рис. 5 Схема построения трансформатора.

 

Графики работы устройства:

1). Зависимость КПД источника питания от уровня входного питающего напряжения.

Рис. 6 Зависимость КПД источника от уровня входного питающего напряжения (при нагрузке 25%, 50%, 75%, 100%).

 

Требования СЕС по КПД в активном режиме:

По требованиям СЕС (California Energy Commission) для того, чтобы источник питания имел право изготавливаться продаваться на территории США после 1го июля 2006 года, он должен удовлетворять соответствующим требованиям по среднему КПД (он вычисляется как среднее арифмитическое между 4мя замерами КПД при 25%,50%,75%,100% потребляемой мощности):

Выходная мощность источника Po.
Минимальный КПД в активном режиме
<1W
0.49*Po
1W<Po<49W
0.09*ln(Po) (ln - натуральный логарифм)
>49W
0.84

Для источников питания с одним питающим напряжением - измерения проводятся только на нем. Если источник питания имеет универсальное вхоное питающее напряжение, то замеры производятся как на напряжении 115 VAC так и на напряжении 250VAC.

Для соблюдения стандартов СЕС - средний КПД должен быть равен или превышать требования СЕС.

Рассмотрим замеры о КПД данного источника питания:

Процент от полной нагрузки
КПД (%)
115 VAC
230 VAC
25
81,0%
80,5%
50
81,6%
81,5%
75
82,4%
82,8%
100
82,1%
83,4%
Средний КПД
81,8%
82%
Требования СЕС по минимальному среднему КПД
80,2%

Как мы видим из таблицы, требования СЕС в данном случае полностью соблюдаются.

2). Зависимость потребляемой мощности на холостом ходу от входного напряжения.

Рис. 7 Зависимость потребляемой мощности на холостом ходу от входного напряжения.

 

3) Доступная выходная мощность на холостом ходу взависимости от входного напряжения (при входном потреблении 1W и 3W).

Рис. 8 Доступная выходная мощность на холостом ходу взависимости от входного напряжения (при входном потреблении 1W и 3W).

 

Тепловые характеристики работы:

Температура ключевых компонентов при комнатной температуре окружающей среды и входном напряжении 85 VAC сведены в таблицу:

Параметр
Температура (С)
-
85 VAC
Окружающая среда
25,2
D8 (выходной выпрямитель)
65,8
С12 (выходной конденсатор)
47,0
U1 (Peakswitch)
70,0
T1 (трансформатор)
58,0
L1 (дроссель)

47,0

С4 (входная емкость)
34,7

 

Автор документа - Департамент по применению Power Integrations.

Более подробную информацию вы можете узнать, прочитав оригинал.

Перевел и подготовил - Бандура Геннадий (Bandura (at) macrogroup.ru).

Менеджер по направлению Power Integrations

Компания Макро Групп (Эксклюзивный дистрибьютор Power Integrations на территории России и СНГ).

www.macrogroup.com

Другие схемы в этом разделе

Импульсный источник питания ATX Импульсный источник питания на 40 Вт

Партнеры