Làm thế nào để bộ sạc điện thoại có điện áp đầu vào thay đổi với điện áp đầu ra không đổi?

Hiểu biết cơ bản của tôi là một máy biến áp có thể giảm điện áp theo tỷ lệ của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, vì đây là tỷ lệ đầu ra không phải là hằng số.

Vì vậy, câu hỏi của tôi là, làm thế nào các bộ sạc như bộ sạc điện thoại apple (nguồn cung cấp chế độ Fly-back Switch) có thể lấy đầu vào 100v-240v ~ 50/60 Hz để tạo đầu ra 5v không đổi?

Trên đây là sơ đồ mạch được cho là của bộ sạc điện thoại apple.

điện áp đầu ra không đổi này có phải là một hiệu ứng của biến áp flyback không? (tôi có ít kinh nghiệm về nguồn điện AC đến DC) Bất kỳ trợ giúp nào đều được đánh giá cao.

Bộ nguồn AC-DC hiện đại thực hiện chuyển đổi điện áp theo ba bước. Nói một cách đơn giản, quá trình như sau.

Đầu tiên, họ chỉnh lưu AC thành DC, vì vậy 100 V AC vào khoảng 140 V DC và 240 V AC cho kết quả trong khoảng 340 V DC. Đây là một bước đầu tiên. Đây là phạm vi điện áp mà giai đoạn thứ hai của bộ chuyển đổi đang xử lý. Và điện áp này có những gợn sóng khủng khiếp ở 100-120 Hz.

Giai đoạn thứ hai là một "máy băm" điều chỉnh DC điện áp cao thành các xung tần số cao, 100 kHz hoặc một cái gì đó. Có một IC điều khiển điều khiển một cặp MOSFET mạnh, được nạp với cuộn sơ cấp của biến áp cách ly. Máy biến áp, như bạn đã lưu ý, có tỷ số cuộn dây cố định, vì vậy các xung đầu ra sẽ có biên độ thay đổi tỷ lệ với DC đầu vào (là 140 đến 340V, không tính các gợn sóng từ chỉnh lưu chính 50/60 Hz).

Tuy nhiên, chopper cũng tạo ra các xung có độ rộng khác nhau, được gọi là PWM - Điều chế độ rộng xung. Do đó, đầu ra của máy biến áp, khi được chỉnh lưu bằng bộ chỉnh lưu diode "nửa đường" và được làm mịn bằng một tụ điện đầu ra lớn, trung bình có thể có biên độ thay đổi: các xung hẹp tạo ra biên độ trung bình thấp hơn và ngược lại. Đây là giai đoạn thứ ba của bộ chuyển đổi AC-DC.

Vì vậy, trong khi máy biến áp có tỷ số cuộn dây cố định, thì PWM vẫn cho phép thay đổi đầu ra của bộ chỉnh lưu trong phạm vi đáng kể, do đó có thể điều chỉnh tỷ lệ biến áp cố định và dải điện áp đầu vào rộng, bao gồm cả các gợn điện áp.

Việc kiểm soát cuối cùng và ổn định điện áp được thực hiện thông qua cơ chế phản hồi âm bằng cách sử dụng các bộ cách ly quang tuyến tính. Nếu điện áp được chỉnh lưu quá cao, phản hồi sẽ khiến IC của bộ điều khiển tạo ra các xung hẹp hơn, do đó điện áp sẽ giảm và ngược lại. Cơ chế phản hồi này không chỉ đảm nhiệm điện áp, nó còn kiểm soát toàn bộ công suất được cung cấp cho tải PSU.

Có một số chi tiết tốt làm thế nào các máy biến áp chịu được các dạng sóng số học, có một số thủ thuật kỹ thuật tốt đằng sau hậu trường, nhưng về cơ bản đó là nó.

Nếu bạn muốn xác định một 'thành phần' chịu trách nhiệm cho điện áp đầu ra không đổi, thì đó là 'phản hồi'.

Con đường phía trước bao gồm máy biến áp flyback đẩy một lượng điện năng có thể kiểm soát đến đầu ra. Điện áp trên đầu ra được đo và phản hồi yêu cầu một lượng điện năng nhỏ hơn hoặc lớn hơn từng khoảnh khắc, để giữ cho điện áp không đổi.

Đường dẫn chuyển tiếp được thiết kế để có thể chạy từ bất kỳ điện áp nào trong phạm vi đầu vào, cần một chút cẩn thận với thiết kế, nhưng khá đơn giản.

Cách thức hoạt động của bộ chuyển đổi flyback là điện áp đầu ra của nó điều chỉnh theo bất kỳ điện áp nào cần thiết để cung cấp năng lượng mà nó được yêu cầu cung cấp. Nó có thể bước lên hoặc xuống theo tỷ lệ lớn, để cho phép nó khớp với tỷ lệ điện áp đầu vào và đầu ra.

Bộ sạc điện thoại phải làm một số việc ngoài việc điều chỉnh điện áp. Nó phải chuyển đổi AC thành DC, giảm điện áp đáng kể và cung cấp sự cách ly đáng kể giữa đầu vào và đầu ra.

Vì chúng tôi chỉ quan tâm đến quy định, thay vào đó, hãy xem xét bộ sạc "trong xe hơi" DC-DC, chấp nhận DC trên dải điện áp rộng thông thường có thể lên đến 28V và chuyển đổi thành 5V.

Bộ sạc có thể sử dụng một bóng bán dẫn và diode chuyển đổi nhanh để nhanh chóng chuyển đổi giữa điện áp đầu vào và mặt đất, sau đó là bộ lọc LC để làm mịn quá trình chuyển đổi và xuất điện áp trung bình. Hàm truyền kết quả là Vout = D * Vin, trong đó D là chu kỳ nhiệm vụ của PWM. Đối với điện áp đầu vào hợp lý sẽ có giá trị "D" mang lại 5v.

Ở dạng đơn giản nhất D được đặt bởi "bộ khuếch đại lỗi" điều khiển so sánh Vout với điện áp tham chiếu.

Trong các phiên bản tinh chỉnh hơn, mạch PWM được sửa đổi để loại bỏ ảnh hưởng của Vin, hai ví dụ về điều này là "feedforward" và "chế độ hiện tại". Trong chế độ hiện tại, xung PWM kết thúc khi dòng điện trong cuộn cảm đạt đến một giá trị. Nếu điện áp đầu vào cao hơn, giá trị đạt được sớm hơn nhưng đầu ra tương đối không bị ảnh hưởng.

Nếu thiết kế DC-DC này được "nâng cấp" để bao gồm một máy biến áp thì nó mang lại cấu hình "chuyển tiếp" phổ biến, có thể nhỏ gọn và hiệu quả hơn flyback vì máy biến áp có thể sử dụng các bộ phận từ tính được tối ưu hóa cho việc sử dụng máy biến áp (ferrite) và cuộn cảm có thể sử dụng các bộ phận để sử dụng cuộn cảm (bột sắt).

"Máy biến áp" trong bộ chuyển đổi flyback về mặt kỹ thuật không phải là máy biến áp mà là hai cuộn cảm được ghép nối. Không giống như một máy biến áp, nó lưu trữ năng lượng từ tính trong một khe hở không khí. Kho năng lượng được sạc thông qua một công tắc (bóng bán dẫn) trong quá trình quét và thải qua một diode trong quá trình flyback. Nguồn và tải không bao giờ được kết nối đồng thời, và do đó tỷ lệ của các lượt không được áp dụng.

Thay vào đó, chu kỳ nhiệm vụ, hoặc tỷ lệ bật tắt là điều quan trọng, vì điện áp trung bình trên bất kỳ cuộn cảm nào phải bằng không. Tỷ lệ này dễ dàng thay đổi. Điện áp đầu ra thường được điều chỉnh tích cực, tức là ổn định trước các biến thể tải, bởi một bộ điều chỉnh có phản hồi.

Bộ chuyển đổi flyback tạo ra điện áp cao cho màn hình CRT, sử dụng flyback nhanh (hoặc truy xuất) độ lệch ngang, do đó tên của nó.

Chỉnh sửa: tỷ lệ lần lượt cũng quan trọng, nhưng không nhiều.