AC-DC-teholähteen tehokerroinkorjausosan suunnittelu

Abstract

Työn tavoitteena oli suunnitella referenssinomainen, verkkojännitteeseen kytkettävä 500 W:n AC-DC-teholähde, joka käyttää tehokerroinkorjaukseen ja jännitteen nostoon jatkuvalla käämivirralla toimivaa boost-hakkuria. Myös vertailua toiseen mahdolliseen toteutustapaan, kahdella boost-hakkurilla toimivaan BCM-topologiaan, tehtiin. Työ toimii etuasteena varsinaiselle DC-DC-osalle, joka muuntaa jännitteen haluttuun arvoon. Työn tavoitteena oli kartuttaa tekijän osaamista teholähteen suunnittelusta ja tuoda PKC Electronicsille uusia ratkaisuja ja ohjeita teholähdesuunnitteluun. Valmista tuotetta ei pyritty tekemään, eikä työssä kiinnitetty huomiota mekaanisiin asioihin eikä käyttökohteisiin.

Aluksi kartoitettiin paras mahdollinen ohjainpiiri tehokerroinkorjaimelle, jolle tilattiin valmistajalta valmis pohjaratkaisu, evaluointilevy, jota muutettiin omiin vaatimuksiin sopivaksi. Evaluointilevy oli alun perin 350 W:lle mitoitettu. Olennaiset, kriittisiin arvoihin vaikuttavat komponentit mitoitettiin, tilattiin ja juotettiin kiinni levyyn. Paljon lämpeneville komponenteille tehtiin jäähdytysmitoituksia ja tasasuuntaussillalle myös kiinnitettiin jäähdytysripa.

Tehoa saatiin teholähteestä ulos noin 480 W, mutta hyötysuhde saatiin noin 97 %:iin ja tehokerroin jopa 0,99:een. Muutkin mitatut arvot, kuten lähdön jänniterippeli ja EMI, olivat hyvällä tasolla. Ohjainpiiri ja sen oheiskomponentit osoittautuivat hyviksi. Piikarbididiodia olisi hyvä käyttää boost-diodina häiriöiden ja häviöiden takia. Myös erilaisia, käynnistysvirtaa rajoittavia kytkentöjä voisi kokeilla NTC-termistorin tilalta. Tulevaisuudessa voisi ajatella mahdollisuutta käyttää kahta boost-hakkuria käyttävää BCM-topologiaa.