Pagrindiniai elektriniai parametrai: VRMS, VRRM, IF(AV) ir IO paaiškinti

Kodėl viršutinė atvirkštinė įtampa (VRRM) turi būti didesnė nei kintamosios srovės įėjimo viršūnės, o ne tik VRMS

Pasirinkti tiltinį lygintuvą tik remiantis RMS įtampa (VRMS) – tai tikrai ne protinga, nes vėliau gali kilti problemų. Iš tikrųjų kintamosios srovės elektros tinklo įtampa iš tikrųjų pasiekia daug didesnes reikšmes nei matuojama kaip RMS. Pavyzdžiui, standartinė 120 V įtampa savo viršūnėje pasiekia apie 170 V dėl to, kaip matematiškai veikia kintamoji srovė (√2 × VRMS). Svarbiausias čia parametras yra VRRM – jis nurodo, kokią atvirkštinę įtampą gali išlaikyti tie mažieji diodai viduje, kol visiškai nepažeidžiami. Kai šis reitingas yra žemesnis nei faktinė įeinančios įtampos galima viršūnė, kyla įvairių problemų – nuo netikėtų įtampos smūgių iki elektrinio triukšmo, kuris atsispindi per grandines. Dauguma patyrusių inžinierių pataria rinktis komponentus, kurių reitingas būtų bent 1,5 karto didesnis už šias viršūnės reikšmes, kad būtų pakankamai saugos ribų netikėtiems sąlygų pokyčiams. Paprastoms namų ūkių 120 V sistemoms tai reiškia, kad reikėtų siekti reitingų, viršijančių 255 V, remiantis tarptautiniais saugos standartais, tokiais kaip IEC 62368-1.

Srovės srovės (IF(AV)) ir smūginės srovės (IO) sumažinimas pagal veikimo ciklą, aplinkos temperatūrą ir laikinas apkrovas

Vidutinė tiesioginė srovė (IF(AV)) ir smūginės srovės (IO) charakteristikos grindžiamos idealiomis laboratorinėmis sąlygomis: 25 °C aplinkos temperatūra ir pastovios apkrovos. Realiojo naudojimo sąlygomis būtina griežtai taikyti srovės sumažinimą:

• Temperatūra sujungimo temperatūros kilimas tiesiogiai sumažina srovės talpą; esant 100 °C aplinkos temperatūrai, IF(AV) gali sumažėti iki 40 % palyginti su techninės dokumentacijos nurodytomis vertėmis.
• Eksploatavimo ciklas periodiški aukštos srovės reiškiniai – pvz., variklių paleidimai – turi būti patikrinti atitinkamai IO impulsų trukmės ir kartojimosi dažnio riboms.
• Laikinosios (trumpalaikės) apkrovos kondensatorių įsijungimo srovės dažnai viršija IO; jas galima sumažinti naudojant NTC termistorius arba nuosekliai prijungtus srovės apribojimo rezistorius.
  Visada tikrinkite šiluminio sumažinimo kreives ir laikinųjų impulsų charakteristikas – o ne tik pagrindines nurodytas vertes – kad užtikrintumėte patikimumą visoje jūsų veikimo srityje.

Šiluminė našumas ir realiojo naudojimo aušinimo reikalavimai

Sujungimo–aplinkos šiluminis pasipriešinimas (R _θJA ) prieš faktinį PCB montavimo plokštės išdėstymą: vario plotas, laidų plotis ir šilumos perduodantys skylės

Techninės charakteristikos R _θJA reikšmės grindžiamos idealizuotomis bandymo sąlygomis – paprastai didelis vario padėklas vienos sluoksnio plokštėje su priverstiniu oru. Iš tikrųjų šiluminis našumas priklauso nuo PCB įgyvendinimo:

• Dvigubai padidinus vario plotą po lygintuvu, sandūros temperatūra gali sumažėti 15–20 °C.
• Siauri laidai veikia kaip šilumos pernašos susiaurėjimai; aukštos srovės keliams rekomenduojamas ≥1,5 mm pločio laidų plotis.
• Šilumos perduodančios skylės, įrengtos po korpusu (≥8 skylės/cm², užpildytos arba metalizuotos), gali sumažinti šiluminę varžą iki 40 %, perduodant šilumą vidinėms sluoksnių ar žemės plokštėms.
  Priverstinis oro aušinimas tampa būtinas esant aplinkos temperatūrai virš 50 °C, nes kiekvienas 10 °C temperatūros pakilimas virš nustatytų ribų sumažina komponentų tarnavimo laiką dvigubai (pagal Arrhenio modelį). Uždaruose korpusuose arba didelėse aukštumose naudojant įrangą dėl mažesnio konvekcijos efektyvumo reikia 30–50 % galios sumažinimo. Projektus patikrinkite naudodami šiluminio modeliavimo programas – pirmenybę turėtų gauti ≥2 oz vario storis, optimizuotas per tankį, bei žemo šiluminio pasipriešinimo šilumos išsiskyrimo paviršiaus sąsajos – kad būtų išvengta per ankstyvo gedimo, kuris gali būti paslėptas pernelyg optimistiškais R _θJA skaičiais.

Tiltinio lygintuvo techninių duomenų lapų klaidos, kurių reikėtų vengti

„Tipiškos“ tiesiosios įtampos klaida: kodėl V _F esant dideliam I _F Sukelia netikėtus nuostolius ir įkaitimą

Dauguma techninių duomenų lapų pabrėžia tai, ką jie vadina „tipiška“ tiesiąja įtampa (V _F ), kuri matuojama esant 25 °C temperatūrai naudojant labai mažas bandymo sroves. Šis metodas slepia tai, kaip stipriai V _F iš tikrųjų keičiasi priklausomai nuo skirtingų apkrovos srovių ir temperatūros. Kai komponentai veikia maksimalia nustatyta srove (I _F ), ties įtampa pirmyn dažnai šoktelėja nuo 0,2 iki 0,4 volto aukščiau nei nurodyta techninėje dokumentacijoje. Šis nedidelis padidėjimas sukelia žymiai didesnius laidumo nuostolius – kartais net 20–30 %. Pavyzdžiui, 0,2 volto padidėjimas esant 5 A srovei sukuria papildomą vato šilumos kiekį, kurio nebuvo įvertinta projektavimo skaičiavimuose. Todėl konstruktoriai priversti arba sumažinti komponentų nominaliąsias charakteristikas, arba įdiegti papildomas aušinimo sistemas. Nors geriausi gamintojai tikrina V _F impulsinėmis sąlygomis, kurios geriau atitinka realiuosius jungimo scenarijus, daugelis inžinierių vis dar remiasi tik statinėmis techninėmis charakteristikomis, matuotomis kambario temperatūroje. Šis neatitikimas vėliau sukelia rimtų problemų, ypač tada, kai šilumos atplaukos (šilumos nuvedimo plokštės) pasirodo nepakankamos faktinei galios išsisklaidymo apkrovai maksimaliomis apkrovomis.

Nepaisymas atstatymo laiko atgaline kryptimi (t _r ) aukšto dažnio SMPS ir jo poveikis elektromagnetiniam triukšmui (EMI) bei naudingumui

Atstatymo laikas atgaline kryptimi (t _r ) stipriai veikia tiek jungimo nuostolius, tiek elektromagnetinę sąsają (EMI) jungiamosios veiksenos maitinimo šaltiniuose (SMPS). Kai standartiniai lygintuvai turi t _r reikšmes virš 500 nanosekundžių, išjungiant juos atsiranda pastebima srovės žvangėjimo reiškinys. Šis žvangėjimas aktyvina parazitines LC grandines ir sukuria plačios juostos elektromagnetinę sąsają (EMI) dažniuose, kurie yra pagrindinio jungimo dažnio kartotiniai. Pagal paskutiniais metais IEEE EMC draugijos paskelbtus naujausius tyrimus šie reiškiniai gali padidinti sistemos triukšmo lygį nuo 12 iki beveik 18 decibelų, o dėl energijos nuostolių regeneracijos metu bendroji naudingumo koeficiento reikšmė gali sumažėti apie 3–8 procentų. Šiuolaikinėse SMPS konstrukcijose, veikiančiose virš 100 kilohercų, inžinieriams reikia ultra greitų diodų su t _r mažesne nei 100 nanosekundžių. Deja, daugelyje komponentų techninių charakteristikų vis dar nenurodoma informacija apie tai, kaip t _r kinta priklausomai nuo temperatūros arba tiesiosios srovės. Šių duomenų trūkumas ypač problemiškas mažų gabaritų maitinimo šaltiniuose, kur kyla karščio kaupimosi problema, nes didesnės kristalų temperatūros ir taip blogina atstatymo charakteristikas.

Sisteminis integravimas: filtravimas, išdėstymas ir patikimumo sinergija

Tiltinio lygintuvo našumas išeina toli už jo techninių duomenų lentelėje nurodytų charakteristikų. Efektyvus integravimas remiasi filtravimo, fizikinio išdėstymo ir šilumos perdavimo kelių suderinimu, kad būtų užtikrinta stabilumas realiomis eksploatacijos sąlygomis. Pagrindiniai apsvarstymai yra:

• Filtravimo sinergija : kintamosios srovės bangos slopinimas priklauso ne tik nuo bendrosios talpos, bet ir nuo kondensatoriaus tipo (žemo ESR elektrolitinio arba polimerinio), jo padėties artumo lygintuvui bei jo varžos pritaikymo prie lygintuvo dinaminio varžos profilio. Netinkamai įgyvendintas filtravimas padidina žemesniųjų lygių reguliatorių apkrovą ir stiprina laidinę elektromagnetinę spinduliuotę (EMI).

• Išdėstymu grindžiamas patikimumas minimalizuojant kintamosios srovės kontūro plotą, kurį sudaro transformatoriaus antrinės grandinės, lygintuvo įėjimai ir talpinis kondensatorius, slopinami indukciniai įtampų smūgiai, kurie gali pažeisti diodų vientisumą. Strategiškai išdėstytas vario sluoksnis po lygintuvu ir tankūs šiluminiai skylės sumažina efektyvią θ _JA, o tinkamas atstumas tarp didelės dv/dt reikšmės mazgų mažina talpinio susijungimo triukšmą.

• Šiluminis–elektrinis susijungimas : Pakilusi kristalinės struktūros temperatūra padidina V _F , todėl didėja laidumo nuostoliai – kas savo ruožtu sukuria daugiau šilumos. Šis teigiamosios grįžtamosios ryšio kilpas pagreitina senėjimą ir kelia pavojų šiluminiam nekontroliuojamam augimui („thermal runaway“). Aušinimo sprendimai turi atsižvelgti į aplinkos temperatūros kilimą, šalia esančius šilumos šaltinius ir ilgalaikius senėjimo reiškinius – ne tik į akimirkinį galios išsisklaidymą.

Šių tarpusavio priklausomybių ignoravimas kelia pavojų perankstamam verslo nutraukimui net ir turint patikimą tiltinį lygintuvą. Aktyvus projektavimas – remiantis patikrinta filtravimo veiksmingumu, mažos induktyvumo laidynėmis ir šiluminėmis patikrinimais patvirtintomis išdėstymo schemomis – paverčia atskirą komponentą atspariu, praktikoje patikrintu galios keitimo etapu.