W jaki sposób ładowarki do telefonów mają zmienne napięcie wejściowe przy stałym napięciu wyjściowym?

Zasadniczo rozumiem, że transformator może obniżyć napięcie o stosunek uzwojenia pierwotnego i wtórnego, ponieważ jest to stosunek wyjściowy nie jest stały.

Zatem moje pytanie brzmi: w jaki sposób ładowarki takie jak ładowarka do telefonu Apple (zasilacz z przełącznikiem Fly-back Switch) są w stanie pobierać napięcie 100 V-240 V ~ 50/60 Hz, aby uzyskać stałą moc wyjściową 5 V?

Powyżej znajduje się przypuszczalny schemat obwodu ładowarki do telefonu Apple.

czy to stałe napięcie wyjściowe jest efektem transformatora zwrotnego? (Mam niewielkie doświadczenie w zasilaniu prądem przemiennym i stałym) Każda pomoc jest doceniana.

Nowoczesne zasilacze AC-DC przetwarzają napięcie w trzech krokach. Z grubsza mówiąc, proces przebiega następująco.

Najpierw prostują prąd przemienny w prąd stały, więc 100 V prądu przemiennego dostaje się do około 140 V prądu stałego, a 240 V prądu przemiennego powoduje około 340 V prądu stałego. To jest pierwszy krok. Jest to zakres napięć, którym zajmuje się drugi stopień konwertera. I to napięcie ma straszne tętnienia przy 100-120 Hz.

Drugi stopień to „przerywacz”, który moduluje prąd stały o wysokim napięciu na impulsy o wysokiej częstotliwości, 100 kHz lub coś w tym rodzaju. Istnieje układ scalony kontrolera, który napędza parę potężnych tranzystorów MOSFET, które są obciążone uzwojeniem pierwotnym transformatora izolacyjnego. Transformator, jak słusznie zauważyłeś, ma stały współczynnik uzwojenia, więc impulsy wyjściowe miałyby zmienną amplitudę proporcjonalną do wejściowego prądu stałego (który wynosi od 140 do 340 V, nie licząc tętnień od pierwotnej rektyfikacji 50/60 Hz).

Jednak przerywacz wytwarza również te impulsy o różnej szerokości, co nazywa się PWM - modulacja szerokości impulsu. Tak więc moc wyjściowa transformatora, gdy jest prostowana diodowym prostownikiem „w połowie” i wygładzana dużym kondensatorem wyjściowym, może średnio mieć zmienną amplitudę: wąskie impulsy powodują niższą średnią amplitudę i odwrotnie. To trzeci etap konwertera AC-DC.

Tak więc, chociaż transformator ma ustalony współczynnik uzwojenia, PWM nadal pozwala zmieniać moc wyjściową prostownika w znacznym zakresie, dostosowując w ten sposób stały współczynnik transformatora i szeroki zakres napięcia wejściowego, w tym tętnienia napięcia.

Ostateczna kontrola i stabilizacja napięcia odbywa się za pomocą mechanizmu ujemnego sprzężenia zwrotnego z wykorzystaniem liniowych optoizolatorów. Jeśli wyprostowane napięcie wzrośnie zbyt wysoko, sprzężenie zwrotne powoduje, że układ scalony kontrolera wytwarza węższe impulsy, więc napięcie spada i odwrotnie. Ten mechanizm sprzężenia zwrotnego nie tylko dba o napięcie, ale także kontroluje całkowitą moc dostarczaną do obciążenia zasilacza.

Istnieje kilka drobnych szczegółów, w jaki sposób transformatory tolerują asymetryczne kształty fal, istnieją pewne sztuczki inżynieryjne za kulisami, ale w zasadzie to wszystko.

Jeśli chcesz zidentyfikować jeden „komponent” odpowiedzialny za stałe napięcie wyjściowe, to jest to „sprzężenie zwrotne”.

Ścieżka do przodu, która zawiera transformator typu flyback, wypycha sterowaną ilość mocy na wyjście. Napięcie na wyjściu jest mierzone, a sprzężenie zwrotne żąda z każdą chwilą mniejszej lub większej ilości mocy, aby utrzymać napięcie na stałym poziomie.

Ścieżka do przodu została zaprojektowana w taki sposób, aby mogła działać z dowolnego napięcia w zakresie wejściowym, co wymaga nieco staranności przy projektowaniu, ale jest dość proste.

Sposób działania konwertera flyback polega na tym, że jego napięcie wyjściowe dostosowuje się do napięcia potrzebnego do dostarczenia mocy, o którą został poproszony. Może zwiększać lub zmniejszać o duży współczynnik, aby umożliwić dopasowanie stosunku napięcia wejściowego i wyjściowego.

Ładowarka do telefonu musi dodatkowo regulować napięcie. Musi konwertować prąd przemienny na prąd stały, znacznie obniżyć napięcie i zapewnić znaczną izolację między wejściem a wyjściem.

Ponieważ zajmujemy się tylko regulacją, zamiast tego rozważmy ładowarkę DC-DC „w samochodzie”, która przyjmuje prąd stały w typowo szerokim zakresie napięcia, do 28 V, i przekształca go w 5 V.

Ładowarka prawdopodobnie wykorzystuje szybki tranzystor przełączający i diodę do szybkiego przełączania między napięciem wejściowym a masą, a następnie filtr LC w celu wygładzenia przełączania i generowania średniego napięcia. Wynikową funkcją transferu jest Vout = D * Vin, gdzie D jest cyklem roboczym PWM. Przy rozsądnych napięciach wejściowych pojawi się wartość „D”, która daje 5 V.

W najprostszej postaci D jest ustawiany przez kontrolny „wzmacniacz błędu” porównujący Vout z napięciem odniesienia.

W bardziej wyrafinowanych wersjach obwód PWM jest modyfikowany, aby zlikwidować wpływ Vin, dwa przykłady tego to „feedforward” i „current mode”. W trybie prądowym impuls PWM kończy się, gdy prąd w cewce osiągnie wartość. Jeśli napięcie wejściowe jest wyższe, wartość jest osiągana wcześniej, ale wyjście pozostaje względnie niezmienione.

Jeśli ta konstrukcja DC-DC zostanie „zmodernizowana”, tak aby zawierała transformator, to daje popularną konfigurację „do przodu”, która może być bardziej zwarta i wydajniejsza niż flyback, ponieważ transformator może wykorzystywać części magnetyczne zoptymalizowane do użytku z transformatorem (ferryt) oraz cewkę indukcyjną może używać części do użytku indukcyjnego (proszek żelaza).

„Transformator” w konwerterze flyback technicznie nie jest transformatorem, lecz dwoma sprzężonymi induktorami. W przeciwieństwie do transformatora magazynuje energię magnetyczną w szczelinie powietrznej. Magazyn energii jest ładowany przez przełącznik (tranzystor) podczas skanowania i rozładowywany przez diodę podczas powrotu. Źródło i obciążenie nigdy nie są połączone jednocześnie, a zatem stosunek zwojów nie ma zastosowania.

Liczy się cykl pracy lub współczynnik włączenia-wyłączenia, ponieważ średnie napięcie na dowolnym cewce musi wynosić zero. Ten stosunek można łatwo zmieniać. Napięcie wyjściowe jest zwykle aktywnie regulowane, tj. Stabilizowane przed zmianami obciążenia, przez regulator ze sprzężeniem zwrotnym.

Konwerter flyback generuje wysokie napięcie dla wyświetlacza CRT, wykorzystując szybki powrót (lub powrót) ugięcia w poziomie, stąd jego nazwa.

Edycja: stosunek zwojów również ma znaczenie, ale nie tak bardzo.