전화 충전기는 어떻게 일정한 출력 전압으로 가변 입력 전압을 갖습니까?

기본 이해는 출력이 일정하지 않은 비율이기 때문에 변압기가 1 차 권선과 2 차 권선의 비율로 전압을 낮출 수 있다는 것입니다.

따라서 내 질문은 애플 폰 충전기 (플라이 백 스위치 모드 전원 공급 장치)와 같은 충전기가 어떻게 100v-240v ~ 50/60 Hz의 입력을 사용하여 일정한 5V 출력을 만들 수 있습니까?

위는 애플 폰 충전기의 회로도입니다.

이 일정한 출력 전압이 플라이 백 변압기의 영향입니까? (AC-DC 전원 공급 장치에 대한 경험이 거의 없음) 도움이 필요합니다.

최신 AC-DC 전원 공급 장치는 3 단계로 전압 변환을 수행합니다. 대략, 과정은 다음과 같습니다.

먼저 AC로 DC를 정류하므로 100V AC는 약 140V DC가되고 240V AC는 약 340V DC가됩니다. 이것은 첫 번째 단계입니다. 이것은 컨버터의 두 번째 단계가 다루는 전압 범위입니다. 그리고이 전압은 100-120 Hz에서 끔찍한 리플을 가지고 있습니다.

두 번째 단계는 고전압 DC를 고주파 펄스, 100kHz 등으로 변조하는 "초퍼"입니다. 절연 변압기의 1 차 권선으로로드되는 강력한 MOSFET 한 쌍을 구동하는 컨트롤러 IC가 있습니다. 적절하게 언급했듯이 변압기는 고정 권선 비율을 가지므로 출력 펄스는 입력 DC에 비례하는 가변 진폭 (140-340V이며 50 / 60Hz 1 차 정류의 리플은 계산하지 않음)입니다.

그러나 초퍼는 이러한 펄스를 서로 다른 폭으로 만들어 PWM-펄스 폭 변조라고합니다. 따라서 "반쪽"다이오드 정류기로 정류하고 큰 출력 커패시터로 평활화 할 때 변압기의 출력은 평균적으로 다양한 진폭을 가질 수 있습니다. 좁은 펄스는 평균 진폭을 낮추고 그 반대도 마찬가지입니다. 이것은 AC-DC 변환기의 세 번째 단계입니다.

따라서 변압기에는 고정 권선 비율이 있지만 PWM은 여전히 ​​정류기의 출력을 상당한 범위로 변경하여 고정 변압기 비율과 전압 리플을 포함한 광범위한 입력 전압 범위를 수용 할 수 있습니다.

최종 제어 및 전압 안정화는 선형 광 아이솔레이터를 사용하는 네거티브 피드백 메커니즘을 통해 수행됩니다. 정류 된 전압이 너무 높으면 피드백으로 인해 컨트롤러 IC가 더 좁은 펄스를 생성하므로 전압이 감소하고 그 반대도 마찬가지입니다. 이 피드백 메커니즘은 전압을 관리 할뿐만 아니라 PSU 부하로 전달되는 전체 전력을 제어합니다.

트랜스포머가 비대칭 파형을 견딜 수있는 방법에 대한 자세한 내용이 있으며,이면에는 몇 가지 훌륭한 기술적 인 트릭이 있지만 기본적으로 그게 전부입니다.

일정한 출력 전압을 담당하는 하나의 '컴포넌트'를 식별하려면 '피드백'입니다.

플라이 백 변압기를 포함하는 순방향 경로는 제어 가능한 양의 전력을 출력으로 푸시합니다. 출력의 전압이 측정되고 피드백은 전압을 일정하게 유지하기 위해 순간적으로 더 작거나 더 많은 양의 전력 모멘트를 요구합니다.

순방향 경로는 입력 범위의 모든 전압에서 작동 할 수 있도록 설계되었으므로 설계에 약간의주의가 필요하지만 매우 간단합니다.

플라이 백 컨버터가 작동하는 방식은 출력 전압이 공급 요청 된 전력을 공급하는 데 필요한 모든 전압으로 조정된다는 것입니다. 입력 및 출력 전압 비율과 일치하도록 큰 비율로 올리거나 내릴 수 있습니다.

전화 충전기는 전압을 조절하는 것 외에도 여러 가지 작업을 수행해야합니다. AC를 DC로 변환하고 전압을 실질적으로 낮추고 입력과 출력을 실질적으로 격리시켜야합니다.

우리는 규제에만 관심이 있기 때문에 DC-DC "차내"충전기를 고려할 수 있습니다.이 충전기는 일반적으로 최대 28V의 넓은 전압 범위에서 DC를 수용하고 5V로 변환합니다.

충전기는 빠른 스위칭 트랜지스터와 다이오드를 사용하여 입력 전압과 접지를 빠르게 전환 한 다음 LC 필터를 사용하여 스위칭을 부드럽게하고 평균 전압을 출력합니다. 결과 전송 함수는 Vout = D * Vin이며 여기서 D는 PWM 듀티 사이클입니다. 합리적인 입력 전압의 경우 5V를 생성하는 "D"값이 있습니다.

가장 간단한 형태의 D는 Vout을 기준 전압과 비교하는 제어 "오류 증폭기"에 의해 설정된다.

보다 정교화 된 버전에서 PWM 회로는 Vin의 영향을 상쇄하도록 수정되었으며, 그 중 두 가지 예는 "피드 포워드"및 "전류 모드"입니다. 전류 모드에서 인덕터의 전류가 값에 도달하면 PWM 펄스가 종료됩니다. 입력 전압이 더 높으면 값이 더 빨리 도달하지만 출력은 상대적으로 영향을받지 않습니다.

이 DC-DC 설계가 변압기를 포함하도록 "업그레이드"된 경우 변압기는 변압기 사용 (페라이트) 및 인덕터에 최적화 된 자기 부품을 사용할 수 있으므로 플라이 백보다 더 작고 효율적인 대중적인 "앞으로"구성을 제공합니다. 인덕터 용 부품 (철분 말)을 사용할 수 있습니다.

플라이 백 컨버터의 "트랜스포머"는 기술적으로 변압기가 아니라 2 개의 결합 인덕터입니다. 변압기와 달리 공극에 자기 에너지를 저장합니다. 에너지 저장소는 스캔 중에 스위치 (트랜지스터)를 통해 충전되고 플라이 백 중에 다이오드를 통해 방전됩니다. 소스와 부하가 동시에 연결되지 않으므로 회전 비가 적용되지 않습니다.

대신 듀티 사이클 또는 온 오프 비율이 중요합니다. 인덕터의 평균 전압은 0이어야하기 때문입니다. 이 비율은 쉽게 변할 수 있습니다. 출력 전압은 일반적으로 피드백이있는 레귤레이터에 의해 능동적으로 조절됩니다. 즉, 부하 변동에 대해 안정화됩니다.

플라이 백 컨버터는 CRT 디스플레이를 위해 고전압을 생성하여 수평 편향의 빠른 플라이 백 (또는 귀선)을 사용하므로 이름이 변경됩니다.

편집 : 회전 비율도 중요하지만 그다지 중요하지 않습니다.