• dom
  •  > 
  • Dyski i pliki
  •  > 
  • Rodzaje zasilaczy impulsowych. Przełączanie zasilaczy

Rodzaje zasilaczy impulsowych. Przełączanie zasilaczy


  • Wstęp
  • Wniosek

Wstęp

Źródła impulsowe zasilacze z pewnością zastępują przestarzałe zasilacze liniowe. Powodem jest wysoka wydajność, zwartość i ulepszona charakterystyka stabilizacji charakterystyczna dla tych zasilaczy.

Wraz z szybkimi zmianami, jakie w ostatnim czasie zachodzą w zasadach zasilania sprzętu elektronicznego, informacje dotyczące obliczania, budowy i stosowania zasilaczy impulsowych stają się coraz bardziej istotne.

W ostatnim czasie zasilacze impulsowe zyskały szczególną popularność wśród specjalistów z zakresu elektroniki i radiotechniki, a także produkcji przemysłowej. Istnieje tendencja do rezygnacji ze standardowych, nieporęcznych jednostek transformatorowych i przejścia na małogabarytowe konstrukcje zasilaczy impulsowych, przetworników napięcia, przetwornic i falowników.

Ogólnie rzecz biorąc, temat zasilaczy impulsowych jest dość istotny i interesujący i jest jednym z najważniejszych obszarów energoelektroniki. Ta dziedzina elektroniki jest obiecująca i szybko się rozwija. A jego głównym celem jest opracowanie potężnych urządzeń zasilających, które spełniają nowoczesne wymagania dotyczące niezawodności, jakości, trwałości, minimalizując wagę, rozmiar, zużycie energii i materiałów. Należy zauważyć, że prawie cała współczesna elektronika, w tym wszelkiego rodzaju komputery, sprzęt audio, wideo i inne nowoczesne urządzenia, zasilana jest kompaktowymi zasilaczami impulsowymi, co po raz kolejny potwierdza trafność dalszy rozwój określony obszar zasilaczy.

1. Zasada działania zasilaczy impulsowych

Zasilacz impulsowy to układ inwerterowy. W zasilaczach impulsowych napięcie wejściowe prądu przemiennego jest najpierw prostowane. Powstałe napięcie stałe przetwarzane jest na prostokątne impulsy o wysokiej częstotliwości i określonym cyklu pracy, podawane albo do transformatora (w przypadku zasilaczy impulsowych z izolacją galwaniczną od sieci zasilającej), albo bezpośrednio na wyjściowy filtr dolnoprzepustowy (w zasilacze impulsowe bez izolacji galwanicznej). W zasilaczach impulsowych można stosować transformatory o małych gabarytach - tłumaczy się to tym, że wraz ze wzrostem częstotliwości wzrasta sprawność transformatora i maleją wymagania dotyczące wymiarów (przekroju) rdzenia potrzebnego do przesłania mocy zastępczej. W większości przypadków taki rdzeń może być wykonany z materiałów ferromagnetycznych, w przeciwieństwie do rdzeni transformatorów niskiej częstotliwości, do produkcji których stosuje się stal elektrotechniczną.

Rysunek 1 - Schemat blokowy zasilacza impulsowego

Do prostownika podawane jest napięcie sieciowe, po czym jest ono wygładzane przez filtr pojemnościowy. Z kondensatora filtrującego, którego napięcie wzrasta, wyprostowane napięcie przez uzwojenie transformatora jest dostarczane do kolektora tranzystora, który działa jak przełącznik. Urządzenie sterujące zapewnia okresowe włączanie i wyłączenie tranzystora. Aby niezawodnie uruchomić zasilacz, stosuje się oscylator główny wykonany na mikroukładzie. Impulsy podawane są na bazę kluczowego tranzystora i powodują rozpoczęcie cyklu pracy autogeneratora. Urządzenie sterujące odpowiada za monitorowanie poziomu napięcia wyjściowego, generowanie sygnału błędu i często bezpośrednie sterowanie kluczem. Mikroukład oscylatora głównego zasilany jest łańcuchem rezystorów bezpośrednio z wejścia pojemności magazynującej, stabilizując napięcie z pojemnością odniesienia. Za działanie transoptora odpowiadają oscylator główny i kluczowy tranzystor obwodu wtórnego. Im bardziej otwarte są tranzystory odpowiedzialne za działanie transoptora, tym mniejsza amplituda impulsów sprzężenia zwrotnego, tym szybciej tranzystor mocy się wyłączy i tym mniej energii zgromadzi się w transformatorze, co zatrzyma wzrost napięcia na wyjściu źródła. Nadszedł tryb pracy zasilacza, w którym ważną rolę odgrywa transoptor, jako regulator i zarządca napięć wyjściowych.

Specyfikacja zasilacza przemysłowego jest bardziej rygorystyczna niż w przypadku zwykłego zasilacza domowego. Wyraża się to nie tylko tym, że na wejściu zasilacza występuje wysokie napięcie trójfazowe, ale także tym, że zasilacze przemysłowe muszą pozostać sprawne nawet przy znacznym odchyleniu napięcia wejściowego od wartości nominalnej , w tym spadki i skoki napięcia, a także utratę jednej lub kilku faz.

Rysunek 2 - Schemat ideowy zasilacza impulsowego.

Schemat działa w następujący sposób. Wejście trójfazowe może być wykonane w wersji trójprzewodowej, czteroprzewodowej lub nawet jednofazowej. Prostownik trójfazowy składa się z diod D1 - D8.

Rezystory R1 - R4 zapewniają ochronę przeciwprzepięciową. Zastosowanie rezystorów ochronnych z wyzwalaczem przeciążeniowym sprawia, że ​​nie ma potrzeby stosowania oddzielnych wkładek bezpiecznikowych. Wyprostowane napięcie wejściowe jest filtrowane przez filtr w kształcie litery U składający się z C5, C6, C7, C8 i L1.

Rezystory R13 i R15 wyrównują napięcie na kondensatorach filtra wejściowego.

Kiedy otwiera się MOSFET układu U1, potencjał źródła Q1 maleje, prąd bramki jest dostarczany odpowiednio przez rezystory R6, R7 i R8, pojemność przejść VR1 ... VR3 odblokowuje Q1. Dioda Zenera VR4 ogranicza napięcie źródło-bramka przyłożone do Q1. Kiedy MOSFET U1 się wyłącza, napięcie drenu jest ograniczone do 450 woltów przez obwód ogranicznika VR1, VR2, VR3. Wszelkie dodatkowe napięcie na końcu uzwojenia zostanie rozproszone przez Q1. To połączenie skutecznie rozdziela całkowite wyprostowane napięcie na Q1 i U1.

Łańcuch absorpcyjny VR5, D9, R10 pochłania nadmiar napięcia przy uzwojenie pierwotne, powstałe w wyniku upływu indukcyjnego transformatora podczas skoku wstecznego.

Prostowanie wyjścia odbywa się za pomocą diody D1. C2 - filtr wyjściowy. L2 i C3 tworzą drugi stopień filtra, aby zmniejszyć niestabilność napięcia wyjściowego.

VR6 zaczyna przewodzić, gdy napięcie wyjściowe przekroczy spadek na VR6 i transoptorze. Zmiana napięcia wyjściowego powoduje zmianę prądu płynącego przez diodę transoptorową U2, co z kolei powoduje zmianę prądu płynącego przez tranzystor transoptorowy U2. Gdy prąd ten przekroczy próg na pinie FB układu U1, następny cykl pracy jest pomijany. Określony poziom napięcia wyjściowego utrzymywany jest poprzez regulację liczby opuszczonych i zakończonych cykli pracy. Po rozpoczęciu cyklu pracy zakończy się on, gdy prąd płynący przez U1 osiągnie ustawiony limit wewnętrzny. R11 ogranicza prąd płynący przez transoptor i ustawia wzmocnienie sprzężenia zwrotnego. Rezystor R12 zapewnia polaryzację do VR6.

Obwód ten jest chroniony przed przerwaniem pętli sprzężenia zwrotnego, zwarciem wyjścia i przeciążeniem dzięki funkcjom wbudowanym w U1 (LNK304). Ponieważ mikroukład jest zasilany bezpośrednio z kołka spustowego, oddzielne uzwojenie zasilające nie jest wymagane.

W zasilaczach impulsowych stabilizacja napięcia jest zapewniona poprzez ujemne sprzężenie zwrotne. Sprzężenie zwrotne pozwala utrzymać napięcie wyjściowe na stosunkowo stałym poziomie, niezależnie od wahań napięcia wejściowego i wielkości obciążenia. Informacje zwrotne można organizować na różne sposoby. W przypadku źródeł impulsowych z izolacją galwaniczną od sieci zasilającej, najczęstszą metodą jest wykorzystanie komunikacji poprzez jedno z uzwojeń wyjściowych transformatora lub zastosowanie transoptora. W zależności od wielkości sygnału sprzężenia zwrotnego (w zależności od napięcia wyjściowego) zmienia się współczynnik wypełnienia impulsów na wyjściu regulatora PWM. Jeśli odsprzęganie nie jest wymagane, z reguły stosuje się prosty rezystancyjny dzielnik napięcia. Dzięki temu zasilacz utrzymuje stabilne napięcie wyjściowe.

2. Podstawowe parametry i charakterystyki zasilaczy impulsowych

Klasyfikacja zasilaczy impulsowych (SMPS) dokonywana jest według kilku główne kryteria:

Według rodzaju napięcia wejściowego i wyjściowego;

Według typologii;

Zgodnie z kształtem napięcia wyjściowego;

Według rodzaju obwodu zasilania;

Według napięcia obciążenia;

Według mocy obciążenia;

Według rodzaju prądu obciążenia;

Według liczby wyjść;

Pod względem stabilności napięcia na obciążeniu.

Według rodzaju napięcia wejściowego i wyjściowego

1. AC/DC to przetwornice Napięcie prądu przemiennego na stałe. Przetworniki takie znajdują zastosowanie w różnorodnych dziedzinach - automatyce przemysłowej, sprzęcie telekomunikacyjnym, aparaturze pomiarowej, sprzęcie do przetwarzania danych przemysłowych, sprzęcie bezpieczeństwa, a także sprzęcie specjalnego przeznaczenia.

2. DC/DC to przetwornice Napięcie stałe. Takie przetwornice DC/DC wykorzystują transformatory impulsowe z dwoma lub większą liczbą uzwojeń i nie ma połączenia pomiędzy obwodami wejściowymi i wyjściowymi. Transformatory impulsowe charakteryzują się dużą różnicą potencjałów pomiędzy wejściem i wyjściem konwertera. Przykładem ich zastosowania może być zasilacz (PSU) do impulsowych lamp błyskowych o napięciu wyjściowym około 400 V.

3. DC/AC to przetwornice DC/AC (falownik). Głównym obszarem zastosowania falowników jest praca w taborze kolejowym oraz innych pojazdach posiadających pokładową sieć zasilania prądem stałym. Można je również stosować jako przetwornice główne w ramach zasilaczy rezerwowych.

Wysoka zdolność przeciążeniowa umożliwia zasilanie szerokiej gamy urządzeń i urządzeń, w tym silników sprężarek kondensatorowych agregaty chłodnicze i klimatyzatory.

Według typologii IIP są klasyfikowane w następujący sposób:

konwertery typu flyback;

konwertery impulsów do przodu (konwerter do przodu);

konwertery z wyjściem push-pull;

konwertery z wyjściem półmostkowym (konwerter półmostkowy);

konwertery z wyjściem mostkowym (konwerter fullbridge).

Zgodnie z kształtem napięcia wyjściowego IIP są klasyfikowane w następujący sposób:

1. Ze zmodyfikowaną falą sinusoidalną

2. Z sinusoidą o odpowiednim kształcie.

Rysunek 3 – Przebiegi wyjściowe

Według rodzaju obwodu zasilania:

SMPS wykorzystujące energię elektryczną pozyskiwaną z sieć jednofazowa prąd przemienny;

SMPS wykorzystujące energię elektryczną pozyskiwaną z trójfazowej sieci prądu przemiennego;

SMPS wykorzystujące energię elektryczną z autonomicznego źródła prąd stały.

Według napięcia obciążenia:

Według mocy obciążenia:

SMPS małej mocy (do 100 W);

SMPS średniej mocy (od 100 do 1000 W);

IIP duża moc(ponad 1000 W).

Według rodzaju prądu obciążenia:

SMPS z wyjściem AC;

SMPS z wyjściem DC;

SMPS z wyjściem AC i DC.

Według liczby wyjść:

jednokanałowe SMPS posiadające jedno wyjście DC lub AC;

wielokanałowe SMPS posiadające dwa lub więcej napięcia wyjściowe.

Pod względem stabilności napięcia na obciążeniu:

stabilizowany SMPS;

niestabilizowany SMPS.

3. Podstawowe metody budowy zasilaczy impulsowych

Poniższy rysunek przedstawia wygląd zasilacza impulsowego.

Rysunek 4 - Przełączanie zasilania

A więc na początek Ogólny zarys Wyznaczmy, jakie główne moduły znajdują się w dowolnym zasilaczu impulsowym. W wersji standardowej blok pulsużywienie można podzielić na trzy części funkcjonalne. Ten:

1. kontroler PWM (PWM), na podstawie którego montowany jest oscylator główny, zwykle o częstotliwości około 30...60 kHz;

2. Kaskada przełączników mocy, której rolę mogą pełnić mocne tranzystory bipolarne, polowe lub IGBT (bipolarne z izolowaną bramką); ten stopień mocy może obejmować dodatkowy schemat sterowanie tymi samymi kluczami na zintegrowanych sterownikach lub tranzystorach małej mocy; Ważny jest również obwód do podłączenia wyłączników zasilania: mostek (pełny mostek), półmostek (półmostek) lub z punktem środkowym (push-pull);

3. Transformator impulsowy z uzwojeniem pierwotnym i wtórnym oraz odpowiednio diodami prostowniczymi, filtrami, stabilizatorami itp. przy wyjściu; Na rdzeń zwykle wybiera się ferryt lub alsifer; ogólnie te materiały magnetyczne, które mogą pracować przy wysokich częstotliwościach (w niektórych przypadkach powyżej 100 kHz).

Istnieją trzy główne sposoby konstruowania zasilaczy impulsowych (patrz rys. 3): podwyższające (napięcie wyjściowe jest wyższe niż napięcie wejściowe), obniżające (napięcie wyjściowe jest niższe niż napięcie wejściowe) i odwracające (napięcie wyjściowe jest wyższe niż napięcie wejściowe). napięcie wyjściowe ma biegunowość przeciwną do wejściowej). Jak widać na rysunku, różnią się one jedynie sposobem podłączenia indukcyjności, w przeciwnym razie zasada działania pozostaje niezmieniona, a mianowicie.

przełączanie napięcia zasilania

Rysunek 5 - Typowe schematy blokowe zasilaczy impulsowych

Kluczowy element (zwykle dwubiegunowy lub Tranzystory MOS), pracując z częstotliwością rzędu 20-100 kHz, okresowo przez krótki czas (nie więcej niż 50% czasu) przykłada do cewki pełne niestabilizowane napięcie wejściowe. Prąd pulsacyjny przepływający przez cewkę zapewnia akumulację rezerw energii w jej polu magnetycznym wynoszących 1/2LI^2 na każdy impuls. Zgromadzona w ten sposób energia z cewki przekazywana jest do obciążenia (bezpośrednio za pomocą diody prostowniczej lub poprzez uzwojenie wtórne z późniejszym prostowaniem), kondensator filtrujący wygładzający sygnał wyjściowy zapewnia stałe napięcie i prąd wyjściowy. Stabilizację napięcia wyjściowego zapewnia automatyczna regulacja szerokości lub częstotliwości impulsu kluczowym elementem(obwód sprzężenia zwrotnego przeznaczony jest do monitorowania napięcia wyjściowego).

Ten, choć dość skomplikowany schemat, może znacznie zwiększyć wydajność całego urządzenia. Faktem jest, że w tym przypadku oprócz samego obciążenia w obwodzie nie ma elementów mocy, które rozpraszałyby znaczną moc. Tranzystory kluczowe działają w trybie przełącznika nasyconego (tj. spadek napięcia na nich jest niewielki) i rozpraszają moc tylko w dość krótkich odstępach czasu (czas impulsu). Ponadto, zwiększając częstotliwość konwersji, można znacznie zwiększyć moc i poprawić charakterystykę wagową i gabarytową.

Ważną zaletą technologiczną zasilaczy impulsowych jest możliwość budowy na ich bazie małogabarytowych zasilaczy sieciowych z izolacją galwaniczną od sieci do zasilania szerokiej gamy urządzeń. Takie zasilacze są budowane bez użycia nieporęcznego transformatora mocy niskiej częstotliwości przy użyciu obwodu przetwornicy wysokiej częstotliwości. Jest to w istocie typowy obwód zasilacza impulsowego z redukcją napięcia, w którym jako napięcie wejściowe wykorzystuje się wyprostowane napięcie sieciowe, a jako element magazynujący zastosowano transformator wysokiej częstotliwości (mały rozmiar i dużą sprawność) z którego uzwojenia wtórnego usunięto stabilizowane napięcie wyjściowe (transformator ten zapewnia także izolację galwaniczną od sieci).

Wadami zasilaczy impulsowych są: obecność wysokiego poziomu szumu impulsowego na wyjściu, duża złożoność i niska niezawodność (szczególnie w produkcji rzemieślniczej), konieczność stosowania drogich komponentów wysokiego napięcia i wysokiej częstotliwości, które w przypadku najmniejszej awarii łatwo zawieść „masowo” (w tym przypadku z reguły można zaobserwować imponujące efekty pirotechniczne). Ci, którzy lubią zagłębiać się w wnętrza urządzeń za pomocą śrubokręta i lutownicy, będą musieli zachować szczególną ostrożność przy projektowaniu sieciowych zasilaczy impulsowych, ponieważ wiele elementów takich obwodów znajduje się pod wysokim napięciem.

4. Odmiany rozwiązań obwodów zasilaczy impulsowych

Schemat SMPS z lat 90. przedstawiono na ryc. 6. Zasilacz zawiera prostownik sieciowy VD1-VD4, filtr przeciwzakłóceniowy L1C1-SZ, przetwornicę opartą na tranzystorze przełączającym VT1 i transformatorze impulsowym T1, prostownik wyjściowy VD8 z filtrem C9C10L2 i moduł stabilizujący wykonany na stabilizatorze DA1 i transoptor U1.

Rysunek 6 - Zasilacz impulsowy z lat 90-tych

Schemat SMPS pokazano na ryc. 7. Bezpiecznik FU1 chroni elementy przed sytuacje awaryjne. Termistor RK1 ogranicza impuls prądu ładowania kondensatora C2 do wartości bezpiecznej dla mostka diodowego VD1 i wraz z kondensatorem C1 tworzy filtr RC, który służy do redukcji szumów impulsowych przedostających się z ZPR do sieci. Mostek diodowy VD1 prostuje napięcie sieciowe, kondensator C2 jest kondensatorem wygładzającym. Skoki napięcia w uzwojeniu pierwotnym transformatora T1 są redukowane przez obwód tłumiący R1C5VD2. Kondensator C4 to filtr sieciowy, z którego zasilane są wewnętrzne elementy układu DA1.

Prostownik wyjściowy jest zamontowany na diodzie Schottky'ego VD3, tętnienie napięcia wyjściowego jest wygładzane przez filtr LC C6C7L1C8. Elementy R2, R3, VD4 i U1 wraz z mikroukładem DA1 zapewniają stabilizację napięcia wyjściowego przy zmianie prądu obciążenia i napięcia sieciowego. Obwód sygnalizacji włączenia zasilania wykonany jest z diody LED HL1 i rezystora ograniczającego prąd R4.

Rysunek 7 - Zasilacz impulsowy z 2000 roku

Rysunek 8 przedstawia zasilacz impulsowy typu push-pull z półmostkowym połączeniem końcowego stopnia mocy, składający się z dwóch wydajnych MOSFET-ów IRFP460. Jako kontroler PWM wybrano mikroukład K1156EU2R.

Dodatkowo za pomocą przekaźnika i rezystora ograniczającego R1 na wejściu realizowany jest miękki start, który pozwala uniknąć nagłych skoków prądu. Przekaźnik może być stosowany do napięć zarówno 12, jak i 24 V, po wybraniu rezystora R19. Warystor RU1 chroni obwód wejściowy przed impulsami o nadmiernej amplitudzie. Kondensatory C1-C4 oraz dwuuzwojeniowa cewka indukcyjna L1 tworzą filtr przeciwzakłóceniowy sieci, który zapobiega przedostawaniu się do sieci zasilającej tętnień o wysokiej częstotliwości wytwarzanych przez przetwornicę.

Rezystor trymera R16 i kondensator C12 określają częstotliwość konwersji.

Aby zmniejszyć emf samoindukcji transformatora T2, diody tłumiące VD7 i VD8 są połączone równolegle do kanałów tranzystora. Diody Schottky'ego VD2 i VD3 chronią tranzystory przełączające i wyjścia układu napięcia wstecznego DA2 przed impulsami.

Rysunek 8 - Nowoczesny zasilacz impulsowy

Wniosek

W toku pracy badawczej przeprowadziłem badania zasilaczy impulsowych, co pozwoliło mi na analizę istniejącego obwodów tych urządzeń i wyciągnięcie odpowiednich wniosków.

Zasilacze impulsowe mają znacznie większe zalety w porównaniu do innych - mają ich więcej wysoka wydajność, mają znacznie mniejszą masę i objętość, ponadto mają znacznie niższy koszt, co ostatecznie prowadzi do ich stosunkowo niskiej ceny dla konsumentów, a co za tym idzie, dużego popytu na rynku.

Wiele nowoczesnych części elektroniczne stosowane w nowoczesnych urządzeniach i układach elektronicznych wymagają zasilania wysokiej jakości. Ponadto napięcie wyjściowe (prąd) musi być stabilne, mieć wymagany kształt (na przykład dla falowników), a także minimalny poziom tętnienia (na przykład dla prostowników).

Tym samym zasilacze impulsowe stanowią integralną część wszelkich urządzeń i systemów elektronicznych zasilanych zarówno z sieci przemysłowej 220 V, jak i innych źródeł energii. Ponadto niezawodność urządzenia elektronicznego zależy bezpośrednio od jakości źródła zasilania.

Zatem rozwój nowych i ulepszonych obwodów zasilaczy impulsowych poprawi właściwości techniczne i operacyjne urządzeń i systemów elektronicznych.

Bibliografia

1. Gurewicz V.I. Niezawodność urządzeń mikroprocesorowych zabezpieczenie przekaźnika: mity i rzeczywistość. - Problemy Energetyczne, 2008, nr 5-6, s. 47-62.

2. Zasilanie [ Zasób elektroniczny] // Wikipedia. - Tryb dostępu: http://ru. wikipedia.org/wiki/Power_source

3. Wtórne źródło zasilania [Zasoby elektroniczne] // Wikipedia. - Tryb dostępu: http://ru. wikipedia.org/wiki/Secondary_power_source

4. Zasilacze wysokiego napięcia [Zasoby elektroniczne] // Optosystems LLC - Tryb dostępu: http://www.optosystems.ru/power _supplies_about. php

5. Efimov I.P. Zasilacze - stan Uljanowsk Uniwersytet Techniczny, 2001, s. 3-13.

6. Obszary zastosowań zasilaczy [Zasoby elektroniczne] - Tryb dostępu: http://www.power2000.ru/apply_obl.html

7. Zasilacze komputerowe [Zasoby elektroniczne] - Tryb dostępu: http://offline.computerra.ru/2002/472/22266/

8. Ewolucja zasilaczy impulsowych [Zasoby elektroniczne] - Tryb dostępu: http://www.power-e.ru/2008_4_26. php

9. Zasada działania zasilaczy impulsowych [Zasoby elektroniczne] - Tryb dostępu: http://radioginn. ucoz.ru/publ/1-1-0-1

Podobne dokumenty

    Pojęcie, przeznaczenie i klasyfikacja wtórnych źródeł energii. Schemat konstrukcyjny i schemat obwodu wtórnego źródła zasilania pracującego z sieci prądu stałego i wytwarzającego na wyjściu napięcie przemienne. Obliczanie parametrów źródła zasilania.

    praca na kursie, dodano 28.01.2014

    Zasilacze wtórne jako integralna część każdego urządzenia elektronicznego. Rozważanie przetworników półprzewodnikowych łączących układy prądu przemiennego i stałego. Analiza zasad budowy obwodów źródeł impulsowych.

    teza, dodana 17.02.2013

    Źródło prądu jako urządzenie przeznaczone do zasilania urządzeń energią elektryczną. Przekształcanie napięcia o częstotliwości sieciowej prądu przemiennego na pulsujące napięcie prądu stałego za pomocą prostowników. Stabilizatory napięcia stałego.

    streszczenie, dodano 08.02.2013

    Stabilizacja średniego napięcia wyjściowego zasilacza wtórnego. Minimalny współczynnik stabilizacji napięcia. Kompensacyjny stabilizator napięcia. Maksymalny prąd kolektora tranzystora. Współczynnik filtra antyaliasingowego.

    test, dodano 19.12.2010

    Łączenie funkcji prostowniczych z regulacją lub stabilizacją napięcia wyjściowego. Opracowanie elektrycznego obwodu konstrukcyjnego zasilacza. Transformator obniżający napięcie i dobór elementów zasilających. Obliczanie transformatora małej mocy.

    praca na kursie, dodano 16.07.2012

    Obliczanie transformatora i parametrów zintegrowanego stabilizatora napięcia. Schemat ideowy zasilacza. Obliczanie parametrów prostownika nieregulowanego i filtra wygładzającego. Dobór diod prostowniczych, dobór wielkości obwodów magnetycznych.

    praca na kursie, dodano 14.12.2013

    Analiza układu zasilania wtórnego przeciwlotniczego systemu rakietowego Strela-10. Charakterystyka schematycznych stabilizatorów impulsów. Analiza działania zmodernizowanego stabilizatora napięcia. Obliczanie jego elementów i głównych parametrów.

    praca magisterska, dodana 07.03.2012

    Zasada działania inwertorowego źródła prądu spawalniczego, jego zalety i wady, schematy i konstrukcje. Efektywność pracy zasilaczy inwertorowych pod kątem oszczędności energii. Podstawa elementowa prostowników z falownikiem.

    praca na kursie, dodano 28.11.2014

    Sekwencja montażu wzmacniacza odwracającego zawierającego generator funkcyjny i miernik odpowiedzi amplitudowo-częstotliwościowej. Oscylogram sygnałów wejściowych i wyjściowych przy częstotliwości 1 kHz. Obwód pomiaru napięcia wyjściowego i jego odchylenia.

    praca laboratoryjna, dodano 07.11.2015

    Analiza obwód elektryczny: oznaczenie węzłów, prądów. Definicja sygnałów wejściowych i wyjściowych, charakterystyka przenoszenia czteropolowy. Schemat blokowy układu sterowania. Reakcja systemu na jednoetapowe uderzenie w warunkach zerowych.

ZASILACZE IMPULSOWE

Wiadomo, że zasilacze stanowią integralną część urządzeń radiotechnicznych, którym podlega szereg wymagań; stanowią zespół elementów, przyrządów i aparatury, które wytwarzają energię elektryczną i przetwarzają ją do postaci niezbędnej do zapewnienia wymaganych warunków pracy urządzeń radiowych.

Źródła zasilania dzielą się na dwie grupy: pierwotne i wtórne źródła zasilania: Źródła pierwotne to urządzenia przekształcające Różne rodzaje energię na energię elektryczną (generatory maszyn elektrycznych, źródła elektrochemiczne przetworniki prądowe, fotoelektryczne, termoelektryczne itp.).

Urządzenia zasilania wtórnego to przetwornice tego samego typu energia elektryczna do innego. Należą do nich: przetwornice napięcia AC-DC (prostownik); Przetwornice napięcia prądu przemiennego (transformatory); Przetwornice DC-AC (falowniki).

Zasilacze stanowią obecnie od 30 do 70% całkowitej masy i objętości sprzętu elektronicznego. Dlatego problem stworzenia miniaturowego, lekkiego i niezawodnego urządzenia zasilającego o dobrych wskaźnikach technicznych i ekonomicznych jest ważny i istotny. Niniejsza praca poświęcona jest opracowaniu wtórnego źródła zasilania (SPS) o minimalnej wadze i rozmiarze oraz wysokich parametrach technicznych.

Warunkiem projektowania wtórnych źródeł zasilania jest jasna znajomość stawianych im wymagań. Wymagania te są bardzo zróżnicowane i zdeterminowane są cechami eksploatacyjnymi tych zespołów REA, które zasilane są z danego OZE. Główne wymagania to: dla projektu - niezawodność, łatwość konserwacji, ograniczenia dotyczące rozmiaru i wagi, warunki termiczne; do właściwości technicznych i ekonomicznych - kosztu i możliwości produkcyjnej.

Główne kierunki poprawy wagi, rozmiaru oraz wskaźników techniczno-ekonomicznych IP: zastosowanie najnowszych materiałów elektrycznych; zastosowanie bazy elementowej w technologii integralno-hybrydowej; zwiększenie częstotliwości konwersji energii elektrycznej; poszukuje nowych efektywnych rozwiązań obwodów. W celu doboru obwodu zasilającego przeprowadzono analizę efektywności stosowania zasilaczy impulsowych (PSS) w porównaniu z zasilaczami PS wykonanymi w technologii tradycyjnej.

Głównymi wadami transformatorów mocy są ich duża waga i wymiary, a także znaczny wpływ na inne urządzenia elektroniczne o dużej mocy pole magnetyczne transformatory mocy. Problemem SMPS jest powstawanie przez nie zakłóceń o wysokiej częstotliwości, a w konsekwencji niekompatybilność elektromagnetyczna z niektórymi rodzajami sprzętu elektronicznego. Analiza wykazała, że ​​SMPS w pełni spełniają stawiane wymagania, co potwierdza ich szerokie zastosowanie w REA.

W pracy zbadano zasilacz SMPS o mocy 800 W, który różni się od innych zasilaczy SMPS zastosowaniem tranzystorów polowych i transformatora z uzwojeniem pierwotnym posiadającym środkowy zacisk w przetwornicy. Tranzystory FET zapewniają wyższą wydajność i zmniejszony szum o wysokiej częstotliwości, a transformator typu mid-tap zapewnia połowę prądu przepływającego przez tranzystory przełączające i eliminuje potrzebę stosowania transformatora izolującego w obwodach bramki.

W oparciu o wybraną zasadę schemat elektryczny opracowano projekt i wykonano prototyp SMPS. Całość konstrukcji prezentowana jest w formie modułu montowanego w aluminiowej obudowie. Po wstępnych testach zidentyfikowano szereg niedociągnięć: zauważalne nagrzewanie się grzejników kluczowych tranzystorów, trudność w usuwaniu ciepła z potężnych rezystorów domowych i duże wymiary.

Zmodyfikowano projekt: zmieniono konstrukcję płyty sterującej poprzez zastosowanie elementów natynkowych na płycie dwustronnej, jej prostopadły montaż na płycie głównej; zastosowanie grzejnika z wbudowanym wentylatorem z komputera; wszystkie narażone na działanie ciepła elementy obwodu zostały specjalnie umieszczone po jednej stronie obudowy, wzdłuż kierunku nadmuchu głównego wentylatora, aby zapewnić najskuteczniejsze chłodzenie. W wyniku modyfikacji trzykrotnie zmniejszono wymiary IPP i wyeliminowano niedociągnięcia zidentyfikowane podczas wstępnych testów. Zmodyfikowana próbka ma następujące cechy: napięcie zasilania Up = ~ 180-240 V, częstotliwość fr = 90 kHz, moc wyjściowa P = 800 W, sprawność = 85%, masa = 2,1 kg, wymiary gabarytowe 145x145x80 mm.

Niniejsza praca poświęcona jest projektowi zasilacza impulsowego przeznaczonego do zasilania wzmacniacza mocy częstotliwość dźwięku, część domowego systemu audio o dużej mocy. Tworzenie domowego systemu audio rozpoczęło się od wyboru projekt obwodu UMZCH. W tym celu przeprowadzono analizę konstrukcji obwodów urządzeń odtwarzających dźwięk. Wyboru dokonano na schemacie UMZCH wysoki wierność.

Wzmacniacz ten ma bardzo wysoką charakterystykę, zawiera urządzenia zabezpieczające przed przeciążeniem i zwarciem, urządzenia utrzymujące zerowy potencjał stałego napięcia na wyjściu oraz urządzenie do kompensacji rezystancji przewodów łączących wzmacniacz z akustyką. Pomimo tego, że obwód UMZCH został opublikowany dawno temu, radioamatorzy do dziś powtarzają jego konstrukcję, do której odniesienia można znaleźć w niemal każdej literaturze dotyczącej montażu urządzeń do odtwarzania muzyki wysokiej jakości. Na podstawie tego artykułu zdecydowano się na montaż czterokanałowego UMZCH, którego całkowity pobór mocy wyniósł 800 W. Dlatego kolejnym etapem montażu UMZCH było opracowanie i montaż konstrukcji zasilacza, która zapewniłaby moc wyjściową co najmniej 800 W, małe wymiary i wagę, niezawodność działania oraz ochronę przed przeciążeniami i zwarciami.

Zasilacze budowane są głównie według dwóch schematów: tradycyjnego klasycznego i według schematu przetwornic napięcia impulsowego. Dlatego zdecydowano się zmontować i udoskonalić projekt zasilacza impulsowego.

Badanie wtórnych źródeł zasilania. Źródła prądu dzielą się na dwie grupy: pierwotne i wtórne źródła prądu.

Źródła pierwotne to urządzenia przetwarzające różne rodzaje energii na energię elektryczną (generatory maszyn elektrycznych, elektrochemiczne źródła prądu, przetworniki fotoelektryczne, termoelektryczne itp.).

Urządzenia zasilania wtórnego to przetworniki jednego rodzaju energii elektrycznej na inny. Obejmują one:

  • * Przetwornice napięcia AC na DC (prostowniki);
  • * Przetwornice napięcia AC (transformatory);
  • * Przetwornice DC-AC (falowniki).

Zasilacze wtórne budowane są głównie według dwóch schematów: tradycyjnego klasycznego i według schematu impulsowych przetwornic napięcia. Główną wadą transformatorów mocy wykonanych według tradycyjnej klasycznej konstrukcji jest ich duża masa i wymiary, a także znaczny wpływ silnego pola magnetycznego transformatorów mocy na inne urządzenia elektroniczne. Problemem SMPS jest powstawanie przez nie zakłóceń o wysokiej częstotliwości, a w konsekwencji niekompatybilność elektromagnetyczna z niektórymi rodzajami sprzętu elektronicznego. Analiza wykazała, że ​​SMPS w pełni spełniają stawiane wymagania, co potwierdza ich szerokie zastosowanie w REA.

Transformatory zasilaczy impulsowych różnią się od tradycyjnych: - napięciem prostokątnym; skomplikowany kształt uzwojeń (zaciski środkowe) i dalej pracujemy wyższe częstotliwości(do kilkudziesięciu kHz). Ponadto parametry transformatora mają istotny wpływ na tryb pracy urządzenia półprzewodnikowe i charakterystyka konwertera. Zatem indukcyjność magnesująca transformatora zwiększa czas przełączania tranzystorów; indukcyjność rozproszenia (przy szybko zmieniającym się prądzie) powoduje powstawanie przepięć na tranzystorach, co może prowadzić do ich przebicia; Prąd jałowy zmniejsza wydajność przetwornicy i pogarsza warunki termiczne tranzystorów. Wymienione cechy są brane pod uwagę przy obliczaniu i projektowaniu transformatorów SMPS.

W artykule zbadano zasilacz impulsowy o mocy 800 W. Różni się od opisanych wcześniej zastosowaniem w przetwornicy tranzystorów polowych i transformatora z uzwojeniem pierwotnym z zaciskiem środkowym. Pierwszy zapewnia wyższą wydajność i obniżony poziom zakłóceń o wysokiej częstotliwości, a drugi zapewnia połowę prądu przepływającego przez kluczowe tranzystory i eliminuje potrzebę stosowania transformatora izolującego w obwodach bramek.

Wadą tego rozwiązania obwodu jest wysokie napięcie na połówkach uzwojenia pierwotnego, co wymaga zastosowania tranzystorów o odpowiednim dopuszczalnym napięciu. To prawda, że ​​​​w przeciwieństwie do konwertera mostkowego w tym przypadku wystarczą dwa tranzystory zamiast czterech, co upraszcza konstrukcję i zwiększa wydajność urządzenia.

Zasilacze impulsowe (UPS) wykorzystują jedno- i dwucyklowe przetwornice wysokiej częstotliwości. Sprawność tego pierwszego jest niższa niż drugiego, dlatego niepraktyczne jest projektowanie jednocyklowych UPS-ów o mocy większej niż 40...60 W. Przetwornice push-pull zapewniają znacznie wyższą moc wyjściową przy dużej wydajności. Dzielą się na kilka grup, charakteryzujących się sposobem wzbudzania wyjściowych tranzystorów kluczowych oraz obwodem ich podłączenia do obwodu uzwojenia pierwotnego transformatora przekształtnikowego. Jeśli mówimy o metodzie wzbudzenia, możemy wyróżnić dwie grupy: z samowzbudzeniem i wzbudzeniem zewnętrznym.

Te pierwsze cieszą się mniejszą popularnością ze względu na trudności w zakładaniu. Projektując mocne (ponad 200 W) UPS-y, złożoność ich produkcji wzrasta w sposób nieuzasadniony, dlatego są one mało przydatne w tego typu zasilaczach. Przetwornice ze wzbudzeniem zewnętrznym doskonale nadają się do tworzenia zasilaczy UPS dużej mocy i czasami nie wymagają prawie żadnej konfiguracji. Jeśli chodzi o podłączenie kluczowych tranzystorów do transformatora, istnieją trzy obwody: tzw. Półmostek (ryc. 1, a), mostek (ryc. 1, b). Obecnie najczęściej stosowany jest konwerter półmostkowy.

Wymaga dwóch tranzystorów o stosunkowo niskiej wartości napięcia Ukemax. Jak widać z rys. 1a, kondensatory C1 i C2 tworzą dzielnik napięcia, do którego podłączone jest uzwojenie pierwotne (I) transformatora T2. Kiedy kluczowy tranzystor zostanie otwarty, amplituda impulsu napięcia na uzwojeniu osiąga wartość Upit/2 - Uke nas. Konwerter mostkowy jest podobny do konwertera półmostkowego, ale w nim kondensatory są zastąpione tranzystorami VT3 i VT4 (ryc. 1b), które otwierają się parami po przekątnej. Przetwornica ta ma nieco wyższą sprawność ze względu na wzrost napięcia dostarczanego do uzwojenia pierwotnego transformatora, a co za tym idzie, spadek prądu płynącego przez tranzystory VT1-VT4. Amplituda napięcia na uzwojeniu pierwotnym transformatora osiąga w tym przypadku wartość Upit - 2Uke us.

Na szczególną uwagę zasługuje przetwornica według układu z rys. 1c, która charakteryzuje się największą sprawnością. Osiąga się to poprzez zmniejszenie prądu uzwojenia pierwotnego i w efekcie zmniejszenie strat mocy w kluczowych tranzystorach, co jest niezwykle ważne w przypadku wydajnych zasilaczy UPS. Amplituda napięcia impulsów w połowie uzwojenia pierwotnego wzrasta do wartości Upit - Uke us.

Należy również zaznaczyć, że w odróżnieniu od innych przetwornic nie wymaga transformatora separującego wejście. W urządzeniu według obwodu z rys. 1c konieczne jest zastosowanie tranzystorów o dużej wartości Uke max. Ponieważ koniec górnej (zgodnie ze schematem) połowy uzwojenia pierwotnego jest podłączony do początku dolnego, gdy w pierwszym z nich płynie prąd (VT1 jest otwarty), w drugim powstaje napięcie równe ( w wartości bezwzględnej) do amplitudy napięcia na pierwszym, ale o przeciwnym znaku względem Upit. Innymi słowy, napięcie na kolektorze zamkniętego tranzystora VT2 osiąga 2Upit. dlatego jego maks. Uke powinien być większy niż 2Upit. W proponowanym UPS zastosowano przetwornicę push-pull z transformatorem, którego uzwojenie pierwotne posiada zacisk środkowy. Ma wysoką wydajność, niskie tętnienie i słabo emituje zakłócenia do otaczającej przestrzeni.

Zakres zastosowania zasilaczy impulsowych w życiu codziennym stale się poszerza. Źródła takie służą do zasilania wszystkich nowoczesnych urządzeń gospodarstwa domowego i komputerów, do realizacji zasilaczy awaryjnych, ładowarki na baterie o różnym przeznaczeniu, realizacji systemów oświetlenia niskonapięciowego oraz na inne potrzeby.

W niektórych przypadkach zakup gotowego zasilacza jest nie do przyjęcia z ekonomicznego lub technicznego punktu widzenia, a najlepszym wyjściem z tej sytuacji jest złożenie źródła przełączającego własnymi rękami. Opcja ta jest również uproszczona poprzez szeroką dostępność nowoczesnych komponentów w niskich cenach.

Najpopularniejsze w życiu codziennym są źródła impulsowe zasilane przez standardowa sieć AC i mocne wyjście niskiego napięcia. Schemat blokowy takiego źródła pokazano na rysunku.

Prostownik sieciowy CB przetwarza napięcie przemienne sieci zasilającej na napięcie stałe i wygładza tętnienia wyprostowanego napięcia na wyjściu. Przetwornica wysokiej częstotliwości VChP przetwarza napięcie wyprostowane na napięcie przemienne lub jednobiegunowe, które ma postać prostokątnych impulsów o wymaganej amplitudzie.

Następnie napięcie to, bezpośrednio lub po prostowaniu (VN), podawane jest na filtr wygładzający, na którego wyjściu podłączane jest obciążenie. VChP jest sterowany przez system sterowania, który odbiera sygnał zwrotny z prostownika obciążenia.

Konstrukcję tego urządzenia można skrytykować ze względu na obecność kilku stopni konwersji, co zmniejsza wydajność źródła. Jednak przy właściwym wyborze elementy półprzewodnikowe oraz wysokiej jakości obliczenia i wykonanie zespołów uzwojeń, poziom strat mocy w obwodzie jest niski, co pozwala na uzyskanie rzeczywistych wartości sprawności powyżej 90%.

Schematy ideowe zasilaczy impulsowych

Rozwiązania dla bloków konstrukcyjnych obejmują nie tylko uzasadnienie wyboru opcji realizacji obwodów, ale także praktyczne zalecenia wybierając główne elementy.

Aby wyprostować jednofazowe napięcie sieciowe, użyj jednego z trzech klasycznych schematów pokazanych na rysunku:

  • półfala;
  • zero (pełna fala z punktem środkowym);
  • mostek półfalowy.

Każdy z nich ma zalety i wady, które determinują zakres zastosowania.

Obwód półfalowy Charakteryzuje się łatwością wykonania i minimalną liczbą elementów półprzewodnikowych. Głównymi wadami takiego prostownika są znaczne tętnienia napięcia wyjściowego (w wyprostowanym występuje tylko jedna półfali napięcia sieciowego) i niski współczynnik prostowania.

Współczynnik rektyfikacji Kw wyznaczany przez stosunek średniego napięcia na wyjściu prostownika Udk wartość skuteczna napięcia sieci fazowej Up.

Dla obwodu półfalowego Kv = 0,45.

Aby wygładzić tętnienie na wyjściu takiego prostownika, wymagane są mocne filtry.

Obwód zerowy lub pełnookresowy z punktem środkowym, chociaż wymaga dwukrotnie większej liczby diod prostowniczych, jednak tę wadę w dużej mierze rekompensuje większa liczba niski poziom tętnienia napięcia wyprostowanego i wzrost współczynnika prostowania do 0,9.

Główną wadą takiego schematu do stosowania w warunkach domowych jest konieczność zorganizowania punktu środkowego napięcia sieciowego, co implikuje obecność transformatora sieciowego. Jego wymiary i waga okazują się nie do pogodzenia z ideą małego, domowego źródła impulsowego.

Obwód mostkowy pełnookresowy prostowanie ma takie same wskaźniki pod względem poziomu tętnienia i współczynnika prostowania jak obwód zerowy, ale nie wymaga połączenia sieciowego. Rekompensuje to również główną wadę - podwojoną liczbę diod prostowniczych, zarówno pod względem wydajności, jak i kosztów.

Aby wygładzić wyprostowane tętnienia napięcia najlepszym rozwiązaniem jest użycie filtra pojemnościowego. Jego zastosowanie umożliwia zwiększenie wartości napięcia wyprostowanego do wartość amplitudy sieć (przy Uf=220V Ufm=314V). Za wady takiego filtra uważa się duże wartości prądów impulsowych elementów prostowniczych, ale ta wada nie jest krytyczna.

Doboru diod prostowniczych dokonuje się według średniego prądu przewodzenia Ia i maksymalnego napięcia wstecznego U BM.

Przyjmując wartość współczynnika tętnienia napięcia wyjściowego Kp = 10%, otrzymujemy średnią wartość napięcia wyprostowanego Ud = 300V. Biorąc pod uwagę moc obciążenia i wydajność konwertera RF (do obliczeń bierze się 80%, ale w praktyce będzie ona wyższa, pozwoli to uzyskać pewien margines).

Ia to średni prąd diody prostowniczej, Рн to moc obciążenia, η to wydajność przetwornika RF.

Maksymalny napięcie wsteczne Element prostowniczy nie przekracza wartości amplitudy napięcia sieciowego (314V), co pozwala na zastosowanie elementów o wartości U BM=400V ze znacznym zapasem. Można zastosować zarówno diody dyskretne, jak i gotowe mostki prostownicze różnych producentów.

Aby zapewnić określone (10%) tętnienie na wyjściu prostownika, pojemność kondensatorów filtrujących przyjmuje się z szybkością 1 μF na 1 W mocy wyjściowej. Są używane kondensatory elektrolityczne o maksymalnym napięciu co najmniej 350 V. W tabeli przedstawiono wydajności filtrów dla różnych mocy.

Przetwornik wysokiej częstotliwości: jego funkcje i obwody

Przetwornica wysokiej częstotliwości to przetwornica jednocyklowa lub typu push-pull (falownik) z transformatorem impulsowym. Warianty obwodów konwertera RF pokazano na rysunku.

Obwód jednoprzewodowy. Pomimo minimalnej liczby elementów mocy i łatwości wdrożenia ma kilka wad.

  1. Transformator w obwodzie działa w prywatnej pętli histerezy, co wymaga zwiększenia jego rozmiaru i całkowitej mocy;
  2. Aby zapewnić moc wyjściową, konieczne jest uzyskanie znacznej amplitudy prąd pulsacyjny przepływający przez przełącznik półprzewodnikowy.

Układ znalazł największe zastosowanie w urządzeniach małej mocy, gdzie wpływ tych wad nie jest tak znaczący.

Aby zmienić lub zainstalować samodzielnie nowy licznik, nie są wymagane żadne specjalne umiejętności. Wybór odpowiedniego zapewni prawidłowy pomiar poboru prądu i zwiększy bezpieczeństwo Twojej domowej sieci elektrycznej.

We współczesnych warunkach zapewnienia oświetlenia zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz, coraz częściej stosuje się czujniki ruchu. To nie tylko zwiększa komfort i wygodę naszych domów, ale także pozwala nam znacznie zaoszczędzić. Wiedzieć praktyczne porady w zależności od wyboru miejsca instalacji i schematów połączeń, możesz.

Obwód przeciwsobny ze środkowym punktem transformatora (push-pull). Swoją drugą nazwę wzięła od angielskiej wersji (push-pull) opisu stanowiska. Obwód jest wolny od wad wersji jednocyklowej, ale ma swoje własne - skomplikowaną konstrukcję transformatora (wymagana jest produkcja identycznych odcinków uzwojenia pierwotnego) i zwiększone wymagania dotyczące maksymalnego napięcia przełączników. W przeciwnym razie rozwiązanie zasługuje na uwagę i jest szeroko stosowane w zasilaczach impulsowych, wykonywanych ręcznie i nie tylko.

Obwód półmostkowy push-pull. Parametry obwodu są podobne do obwodu z punktem środkowym, ale nie wymagają skomplikowanej konfiguracji uzwojeń transformatora. Nieodłączną wadą obwodu jest konieczność zorganizowania środkowego punktu filtra prostownika, co pociąga za sobą czterokrotny wzrost liczby kondensatorów.

Ze względu na łatwość wykonania obwód jest najczęściej stosowany w zasilaczach impulsowych o mocy do 3 kW. Przy dużych mocach koszt kondensatorów filtrujących staje się niedopuszczalnie wysoki w porównaniu z półprzewodnikowymi przełącznikami inwerterowymi, a obwód mostkowy okazuje się najbardziej opłacalny.

Obwód mostka push-pull. Parametry są podobne do innych obwody push-pull, ale nie wymaga tworzenia sztucznych „punktów środkowych”. Ceną za to jest podwójna liczba przełączników zasilania, co jest korzystne ze względów ekonomicznych i punkty techniczne wizja budowy potężnych źródeł impulsowych.

Dobór przełączników falownika odbywa się w zależności od amplitudy prądu kolektora (drenu) I KMAX i maksymalnego napięcia kolektor-emiter U KEMAKH. Do obliczeń wykorzystuje się moc obciążenia i współczynnik transformacji transformator impulsowy.

Najpierw jednak musisz obliczyć sam transformator. Transformator impulsowy wykonany jest na rdzeniu wykonanym z ferrytu, permalloju lub żelaza transformatorowego skręconym w pierścień. W przypadku mocy do kilku kW odpowiednie są rdzenie ferrytowe typu pierścieniowego lub w kształcie litery W. Transformator jest obliczany na podstawie wymaganej mocy i częstotliwości konwersji. Aby wyeliminować występowanie szumów akustycznych, zaleca się przesunięcie częstotliwości konwersji poza zakres audio (powyżej 20 kHz).

Należy pamiętać, że przy częstotliwościach bliskich 100 kHz straty w ferrytowych rdzeniach magnetycznych znacznie rosną. Obliczenie samego transformatora nie jest trudne i można je łatwo znaleźć w literaturze. Niektóre wyniki dla różnych mocy źródeł i obwodów magnetycznych podano w poniższej tabeli.

Obliczenia wykonano dla częstotliwości konwersji 50 kHz. Warto zauważyć, że podczas pracy przy wysokich częstotliwościach następuje efekt przemieszczenia prądu na powierzchnię przewodnika, co prowadzi do zmniejszenia efektywnej powierzchni uzwojenia. Aby zapobiec tego typu kłopotom i zmniejszyć straty w przewodach, należy wykonać uzwojenie z kilku przewodów o mniejszym przekroju. Przy częstotliwości 50 kHz dopuszczalna średnica drutu nawojowego nie przekracza 0,85 mm.

Znając moc obciążenia i przekładnię transformacji, można obliczyć prąd w uzwojeniu pierwotnym transformatora i maksymalny prąd kolektora wyłącznika zasilania. Napięcie na tranzystorze wynosi stan zamknięty jest wybierane jako wyższe niż napięcie wyprostowane podawane na wejście przetwornika RF z pewnym marginesem (U KEMAKH >=400V). Na podstawie tych danych wybierane są klucze. Obecnie najlepszą opcją jest zastosowanie tranzystorów mocy IGBT lub MOSFET.

W przypadku diod prostowniczych po stronie wtórnej należy przestrzegać jednej zasady - ich maksymalna częstotliwość pracy musi przekraczać częstotliwość konwersji. W przeciwnym razie wydajność prostownika wyjściowego i konwertera jako całości znacznie spadnie.

Film o wykonaniu prostego urządzenia zasilacza impulsowego

STABILIZACJA NAPIĘCIA WYJŚCIOWEGO
PRZEŁĄCZ ZASILANIE

ARTYKUŁ PRZYGOTOWANO NA PODSTAWIE KSIĄŻKI A. V. GOLOVKOVA I V. B LYUBITSKYEGO „ZASILANIE MODUŁÓW SYSTEMOWYCH TYPU IBM PC-XT/AT” WYDAWNICTWA „LAD&N”

Obwód stabilizacji napięcia wyjściowego w rozpatrywanej klasie zasilaczy UPS stanowi zamkniętą pętlę automatycznego sterowania (rys. 31). Ta pętla obejmuje:
obwód sterujący 8;
dopasowanie stopnia przedwzmacniacza 9;
transformator sterujący DT;
stopień mocy 2;
transformator impulsowy mocy RT;
blok prostowniczy 3;
dławik komunikacji międzykanałowej 4;
blok filtrujący 5;
dzielnik napięcia sprzężenia zwrotnego 6;
dzielnik napięcia odniesienia 7.
Obwód sterujący 8 zawiera następujące jednostki funkcjonalne:
wzmacniacz sygnału niedopasowania 8.1 z układem korekcji Zk;
Komparator PWM (modulator) 8.2;
generator napięcia piłokształtnego (oscylator) 8.3;
źródło napięcia odniesienia stabilizowanego Uref 8.4.
Wzmacniacz sygnału błędu 8.1 podczas pracy porównuje sygnał wyjściowy dzielnika napięcia b z napięciem odniesienia dzielnika 7. Wzmocniony sygnał niedopasowanie jest dostarczane do modulatora szerokości impulsu 8.2, który steruje przedkońcowym stopniem wzmacniacza mocy 9, który z kolei dostarcza zmodulowany sygnał sterujący do stopnia mocy konwertera 2 przez transformator sterujący DT. Kaskada mocy zasilana jest z obwodu beztransformatorowego. Napięcie przemienne sieci zasilającej jest prostowane przez prostownik sieciowy 1 i podawane do stopnia mocy, gdzie jest wygładzane przez kondensatory zębatki pojemnościowej. Część napięcia wyjściowego stabilizatora porównuje się ze stałym napięciem odniesienia, a następnie powstałą różnicę (sygnał niedopasowania) wzmacnia się wprowadzając odpowiednią kompensację. Modulator szerokości impulsu 8,2 konwertuje sygnał analogowy sterowanie na sygnał o modulowanej szerokości ze zmiennym cyklem pracy impulsu. W rozpatrywanej klasie zasilaczy UPS obwód modulatora porównuje sygnał pochodzący z wyjścia wzmacniacza sygnału błędu z napięciem piłokształtnym uzyskanym ze specjalnego generatora 8.3.

Rysunek 31. Obwód regulacyjny typowego zasilacza impulsowego opartego na chipie sterującym TL494.


Rysunek 32. Regulacja poziomu napięcia wyjściowego zasilacza UPS PS-200B.


Rysunek 33. Regulacja poziomu napięcia wyjściowego zasilacza UPS LPS-02-150XT.


Rysunek 34. Regulacja poziomu napięcia wyjściowego zasilacza UPS Appis.


Rysunek 35. Regulacja poziomu napięcia wyjściowego zasilacza UPS GT-200W.

Jednak najczęstszym przypadkiem jest brak regulacji wpływającej na napięcie wyjściowe urządzenia. W tym przypadku napięcie na którymkolwiek z wejść 1 lub 2 dobierane jest arbitralnie w zakresie od +2,5 do +5 V, a napięcie na pozostałym wejściu dobierane jest za pomocą rezystora bocznikowego o wysokiej impedancji, tak aby jednostka wytwarzała moc wyjściową napięcia określone w paszporcie przy nominalnym trybie obciążenia. Ryż. 35 ilustruje przypadek doboru poziomu napięcia odniesienia, rys. 34 - pokazano przypadek doboru poziomu sygnału sprzężenia zwrotnego. Już wcześniej zauważono, że wartość niestabilności napięcia wyjściowego pod wpływem jakichkolwiek czynników destabilizujących (zmiany prądu obciążenia, napięcia zasilania i temperatury środowisko) można zmniejszyć, zwiększając wzmocnienie pętli sprzężenia zwrotnego (wzmocnienie wzmacniacza DA3).
Jednakże maksymalna wartość wzmocnienie DA3 jest ograniczone przez warunek stabilności. Ponieważ zarówno zasilacz UPS, jak i obciążenie zawierają elementy reaktywne (indukcyjność lub pojemność), które akumulują energię, energia jest redystrybuowana pomiędzy tymi elementami w stanach przejściowych. Okoliczność ta może prowadzić do pewne parametry elementów, przejściowy proces ustalania napięć wyjściowych zasilacza UPS będzie miał charakter nietłumionych oscylacji lub wielkość przeregulowania w stanie przejściowym osiągnie wartości niedopuszczalne.


Rysunek 36. Przejściowe procesy (oscylacyjne i aperiodyczne) napięcia wyjściowego UPS z nagłą zmianą prądu obciążenia (a) i napięcia wejściowego (b).

Na ryc. Rysunek 36 pokazuje przejściowe procesy napięcia wyjściowego z nagłą zmianą prądu obciążenia i napięcia wejściowego. Zasilacz UPS działa stabilnie, jeśli napięcie wyjściowe powraca do stałej wartości po ustąpieniu zakłócenia, które spowodowało jego wyłączenie. stan oryginalny(ryc. 37, a).


Rysunek 37. Stany nieustalone napięcia wyjściowego zasilacza UPS w systemach stabilnych (a) i niestabilnych (b).

Jeśli ten warunek nie jest spełniony, system jest niestabilny (ryc. 37.6). Zapewnienie stabilności zasilacza impulsowego jest warunkiem koniecznym jego normalnego funkcjonowania. Proces przejściowy w zależności od parametrów UPS ma charakter oscylacyjny lub aperiodyczny, natomiast napięcie wyjściowe UPS ma określoną wartość przekroczenia i czas trwania procesu nieustalonego. Odchylenie napięcia wyjściowego od wartości nominalnej wykrywane jest w elemencie pomiarowym obwodu sprzężenia zwrotnego (w rozpatrywanym UPS jako element pomiarowy zastosowano dzielnik rezystancyjny podłączony do szyny napięcia wyjściowego +5V). Ze względu na bezwładność pętli sterującej wartość nominalna napięcia wyjściowego ustalana jest z pewnym opóźnieniem. W takim przypadku obwód sterujący poprzez bezwładność będzie przez pewien czas działał w tym samym kierunku. W rezultacie dochodzi do przeregulowania, tj. odchylenie napięcia wyjściowego od jego wartości nominalnej w kierunku przeciwnym do pierwotnego odchylenia. Obwód sterujący ponownie zmienia napięcie wyjściowe w przeciwnym kierunku itp. W celu zapewnienia stabilności pętli regulacji napięcia wyjściowego UPS przy minimalnym czasie trwania procesu nieustalonego, charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa wzmacniacza błędu DA3 podlega korekcie. Odbywa się to za pomocą obwodów RC połączonych jako obwody ujemnego sprzężenia zwrotnego wokół wzmacniacza DA3. Przykłady takich łańcuchów korekcyjnych pokazano na ryc. 38.


Rysunek 38. Przykłady konfiguracji torów korekcyjnych RC dla wzmacniacza błędu napięciowego DA3.

Aby zmniejszyć poziom hałasu, po stronie wtórnej zasilacza impulsowego instaluje się aperiodyczne obwody RC. Przyjrzyjmy się bliżej zasadzie ich działania.
Przejściowy proces prądu przez diody prostownicze w momentach przełączania następuje w postaci wzbudzenia udarowego (ryc. 39, a).


Rysunek 39. Wykresy taktowania napięcia na diodzie odzyskiwania rezystancji zwrotnej:
a) - bez łańcucha RC; b) - w obecności łańcucha RC.

PODSTAWOWE PARAMETRY ZASILACZA PRZEŁĄCZNIKOWEGO DLA IBM Rozważono główne parametry zasilaczy impulsowych, podano układ pinów złącza, zasada działania przy napięciu sieciowym wynosi 110 i 220 woltów,
Szczegółowo opisano mikroukład TL494, obwód przełączający i przypadki użycia do sterowania wyłącznikami mocy zasilaczy impulsowych.
ZARZĄDZANIE PRZEŁĄCZNIKAMI ZASILANIA PRZEŁĄCZNIKOWEGO Z UŻYCIEM TL494 Opisano główne metody sterowania podstawowych obwodów tranzystorów mocy w zasilaczach impulsowych oraz możliwości budowy wtórnych prostowników mocy.
STABILIZACJA NAPIĘĆ WYJŚCIOWYCH ZASILACZY ​​IMPULSOWYCH Opisano możliwości wykorzystania wzmacniaczy błędów TL494 do stabilizacji napięć wyjściowych oraz opisano zasadę działania dławika stabilizacji grupowej.
SCHEMATY OCHRONY Opisano kilka możliwości budowy układów zabezpieczających zasilacze impulsowe przed przeciążeniem.
SCHEMAT „WOLNEGO STARTU”. Opisano zasady formowania miękkiego startu i generowania napięcia POWER GOOD
PRZYKŁAD BUDOWY JEDNEGO Z ZASILACZY ​​IMPULSOWYCH Pełny opis schemat i jego działanie jako zasilacz impulsowy
Artykuł dotyczy zasilaczy impulsowych (zwanych dalej UPS), które dziś są szeroko stosowane we wszystkich nowoczesnych urządzeniach radioelektronicznych i produktach domowego użytku.
Podstawową zasadą działania zasilacza UPS jest zamiana napięcia sieciowego prądu przemiennego (50 Hz) na zmienne napięcie prostokątne o wysokiej częstotliwości, które jest przekształcane do wymaganych wartości, prostowane i filtrowane.
Konwersja odbywa się za pomocą wydajnych tranzystorów pracujących w trybie przełącznika i transformatora impulsowego, tworzących razem obwód przetwornika RF. Jeśli chodzi o projekt obwodu, możliwe są dwie opcje konwertera: pierwsza jest wykonywana zgodnie z obwodem impulsowego samooscylatora, a druga z kontrola zewnętrzna(stosowany w większości nowoczesnych urządzeń radioelektronicznych).
Ponieważ częstotliwość przetwornika jest zwykle wybierana średnio od 20 do 50 kiloherców, wymiary transformatora impulsowego, a co za tym idzie, całego zasilacza są wystarczająco zminimalizowane, co jest bardzo ważny czynnik na nowoczesny sprzęt.
Poniżej przedstawiono uproszczony schemat przetwornika impulsów ze sterowaniem zewnętrznym:

Konwerter wykonany jest na tranzystorze VT1 i transformatorze T1. Napięcie sieciowe w poprzek filtr sieciowy(SF) jest dostarczany do prostownika sieciowego (SV), gdzie jest prostowany, filtrowany przez kondensator filtrujący Sf i poprzez uzwojenie W1 transformatora T1 jest dostarczany do kolektora tranzystora VT1. Kiedy tranzystor jest wprowadzany do obwodu podstawowego impuls prostokątny, tranzystor otwiera się i przepływa przez niego rosnący prąd Ik. Ten sam prąd będzie przepływał przez uzwojenie W1 transformatora T1, co spowoduje wzrost strumienia magnetycznego w rdzeniu transformatora, natomiast w uzwojeniu wtórnym W2 transformatora indukowana będzie siła emf samoindukcji. Docelowo na wyjściu diody VD pojawi się napięcie dodatnie. Co więcej, jeśli zwiększymy czas trwania impulsu przyłożonego do bazy tranzystora VT1, napięcie w obwodzie wtórnym wzrośnie, ponieważ wyzwoli się więcej energii, a jeśli zmniejszymy czas trwania, napięcie odpowiednio się zmniejszy. Zatem zmieniając czas trwania impulsu w obwodzie bazowym tranzystora, możemy zmieniać napięcia wyjściowe uzwojenia wtórnego T1, a tym samym stabilizować napięcia wyjściowe zasilacza.
Jedyne, co jest do tego potrzebne, to obwód, który będzie generował impulsy wyzwalające i kontrolował ich czas trwania (szerokość geograficzna). Jako taki obwód stosuje się kontroler PWM. PWM to modulacja szerokości impulsu. Sterownik PWM składa się z głównego generatora impulsów (który określa częstotliwość roboczą przetwornicy), obwodów zabezpieczających i sterujących oraz obwodu logicznego sterującego czasem trwania impulsu.
Aby ustabilizować napięcia wyjściowe zasilacza UPS, obwód kontrolera PWM „musi znać” wielkość napięć wyjściowych. W tym celu stosuje się obwód śledzący (lub obwód sprzężenia zwrotnego) wykonany na transoptorze U1 i rezystorze R2. Wzrost napięcia w obwodzie wtórnym transformatora T1 będzie powodował wzrost natężenia promieniowania diody LED, a co za tym idzie zmniejszenie rezystancji złącza fototranzystora (część transoptora U1). Co z kolei spowoduje wzrost spadku napięcia na rezystorze R2, który jest połączony szeregowo z fototranzystorem i spadek napięcia na pinie 1 sterownika PWM. Spadek napięcia powoduje, że obwód logiczny zawarty w sterowniku PWM zwiększa czas trwania impulsu, aż napięcie na 1 pinie będzie odpowiadać zadanym parametrom. Gdy napięcie maleje, proces ulega odwróceniu.
UPS stosuje 2 zasady realizacji obwodów śledzących - „bezpośredni” i „pośredni”. Opisaną powyżej metodę nazywa się „bezpośrednią”, ponieważ napięcie sprzężenia zwrotnego jest usuwane bezpośrednio z prostownika wtórnego. W przypadku śledzenia „pośredniego” napięcie sprzężenia zwrotnego jest usuwane z dodatkowego uzwojenia transformatora impulsowego:

Spadek lub wzrost napięcia na uzwojeniu W2 spowoduje zmianę napięcia na uzwojeniu W3, które również zostanie przyłożone poprzez rezystor R2 do pinu 1 sterownika PWM.
Myślę, że uporządkowaliśmy łańcuch śledzenia, teraz rozważmy następującą sytuację: zwarcie(zwarcie) w obciążeniu UPS. W takim przypadku cała energia dostarczana do obwodu wtórnego zasilacza UPS zostanie utracona, a napięcie wyjściowe będzie prawie zerowe. W związku z tym obwód sterownika PWM będzie próbował zwiększyć czas trwania impulsu, aby podnieść poziom tego napięcia do odpowiedniej wartości. W rezultacie tranzystor VT1 pozostanie otwarty coraz dłużej, a przepływający przez niego prąd będzie wzrastał. Ostatecznie doprowadzi to do awarii tego tranzystora. UPS zapewnia ochronę tranzystora przetwornicy przed przeciążeniami prądowymi w takich sytuacjach awaryjnych. Opiera się na rezystorze Rprotect, połączonym szeregowo z obwodem, przez który przepływa prąd kolektora Ik. Wzrost prądu Ik przepływającego przez tranzystor VT1 spowoduje wzrost spadku napięcia na tym rezystorze, a co za tym idzie, zmniejszy się również napięcie podawane na pin 2 sterownika PWM. Gdy napięcie to spadnie do pewnego poziomu, który odpowiada maksymalnemu dopuszczalnemu prądowi tranzystora, obwód logiczny sterownika PWM przestanie generować impulsy na pinie 3, a zasilacz przejdzie w tryb ochronny, czyli inaczej mówiąc wyłączy się. wyłączony.
Podsumowując temat chciałbym szerzej opisać zalety zasilacza UPS. Jak już wspomniano, częstotliwość przetwornika impulsów jest dość wysoka, w związku z czym gabaryty transformatora impulsowego są zmniejszone, co oznacza – choć może to zabrzmieć paradoksalnie – koszt UPS-a jest niższy niż w przypadku tradycyjnego zasilacza, ponieważ zużycie metalu na rdzeń magnetyczny i miedź na uzwojenia jest mniejsze, nawet pomimo wzrostu liczby części w zasilaczu UPS. Kolejną zaletą zasilacza UPS jest mała pojemność kondensatora filtrującego prostownika wtórnego w porównaniu z konwencjonalnym zasilaczem. Zmniejszenie pojemności było możliwe poprzez zwiększenie częstotliwości. I wreszcie wydajność zasilacza impulsowego sięga 85%. Wynika to z faktu, że UPS zużywa energię sieć elektryczna dopiero gdy tranzystor przetwornicy jest otwarty, gdy jest zamknięty, energia przekazywana jest do obciążenia w wyniku rozładowania kondensatora filtra obwodu wtórnego.
Wady obejmują komplikację obwodu UPS i wzrost hałasu impulsowego emitowanego przez sam UPS. Wzrost zakłóceń wynika z faktu, że tranzystor konwertera pracuje w trybie przełączania. W tym trybie tranzystor jest źródłem szumu impulsowego powstającego podczas przejściowych procesów tranzystora. Jest to wada każdego tranzystora pracującego w trybie przełączania. Ale jeśli tranzystor działa przy niskich napięciach (na przykład logika tranzystorowa o napięciu 5 woltów), w naszym przypadku nie stanowi to problemu, napięcie przyłożone do kolektora tranzystora wynosi około 315 woltów. Aby zwalczyć te zakłócenia, systemy UPS wykorzystują bardziej złożone obwody filtry sieciowe niż w przypadku konwencjonalnego zasilacza.