Cum să faci o sursă de alimentare comutată cu propriile mâini. Dispozitiv de alimentare. Dezavantajele tehnologiei cu impulsuri includ

SURSE DE ALIMENTARE PULSE

Este cunoscut faptul că sursele de alimentare sunt o parte integrantă a dispozitivelor de inginerie radio, care sunt supuse unui număr de cerințe; ele reprezintă un complex de elemente, instrumente și aparate care generează energie electrică și o transformă în forma necesară pentru a asigura condițiile de funcționare necesare dispozitivelor radio.

Sursele de energie sunt împărțite în două grupe: surse primare și secundare: Sursele primare sunt dispozitive care convertesc diferite tipuri de energie în energie electrică (generatoare de mașini electrice, surse de curent electrochimic, convertoare fotoelectrice și termoionice etc.).

Dispozitivele secundare de putere sunt convertoare ale unui tip de energie electrică în altul. Acestea includ: convertoare de tensiune AC-DC (redresoare); Convertoare de tensiune AC (transformatoare); Convertoare DC-AC (invertoare).

Sursele de alimentare reprezintă în prezent 30 până la 70% din masa și volumul total al echipamentelor electronice. Prin urmare, problema creării unui dispozitiv de alimentare în miniatură, ușor și fiabil, cu indicatori tehnici și economici buni, este importantă și relevantă. Această lucrare este dedicată dezvoltării unei surse de alimentare secundare (SPS) cu greutate și dimensiuni minime și caracteristici tehnice ridicate.

O condiție prealabilă pentru proiectarea surselor de alimentare secundare este cunoașterea clară a cerințelor pentru acestea. Aceste cerințe sunt foarte diverse și sunt determinate de caracteristicile de funcționare ale acelor complexe REA care sunt alimentate de o anumită SRE. Principalele cerințe sunt: ​​pentru proiectare - fiabilitate, mentenanță, restricții de dimensiune și greutate, condiții termice; la caracteristicile tehnice şi economice – cost şi fabricabilitate.

Principalele direcții de îmbunătățire a greutății, dimensiunilor și indicatorilor tehnici și economici ai IP: utilizarea celor mai noi materiale electrice; aplicarea elementului de bază folosind tehnologia integral-hibridă; creșterea frecvenței de conversie a energiei electrice; caută noi soluții eficiente de circuit. Pentru a selecta un circuit de alimentare, a fost efectuată o analiză a eficienței utilizării surselor de alimentare în comutație (PSS) în comparație cu PS-urile de putere realizate folosind tehnologia tradițională.

Principalele dezavantaje ale transformatoarelor de putere sunt caracteristicile lor mari de greutate și dimensiune, precum și influența semnificativă a câmpului magnetic puternic al transformatoarelor de putere asupra altor dispozitive electronice. Problema cu SMPS este crearea de interferențe de înaltă frecvență și, ca urmare a acesteia, incompatibilitatea electromagnetică cu anumite tipuri de echipamente electronice. Analiza a arătat că SMPS îndeplinesc pe deplin cerințele, ceea ce este confirmat de utilizarea lor pe scară largă în REA.

Lucrarea examinează un SMPS de 800 W, care diferă de alte SMPS prin utilizarea tranzistoarelor cu efect de câmp și a unui transformator cu o înfășurare primară având o bornă mijlocie în convertor. FET-urile oferă o eficiență mai mare și un zgomot de înaltă frecvență redus, iar transformatorul mid-tap furnizează jumătate din curent prin tranzistoarele de comutare și elimină necesitatea unui transformator de izolare în circuitele de poartă.

Pe baza diagramei circuitului electric selectat, a fost dezvoltat un design și a fost fabricat un prototip SMPS. Întreaga structură este prezentată sub forma unui modul instalat într-o carcasă de aluminiu. După testele inițiale, au fost identificate o serie de deficiențe: încălzirea vizibilă a radiatoarelor tranzistoarelor cheie, dificultatea de a elimina căldura de la rezistențele domestice puternice și dimensiunile mari.

Designul a fost modificat: designul plăcii de control a fost modificat folosind componente montate la suprafață pe o placă cu două fețe, instalarea sa perpendiculară pe placa principală; utilizarea unui radiator cu ventilator încorporat de la un computer; toate elementele circuitului sub presiune termică au fost amplasate special pe o parte a carcasei de-a lungul direcției de suflare a ventilatorului principal pentru cea mai eficientă răcire. Ca urmare a modificării, dimensiunile IPP au fost reduse de trei ori și au fost eliminate deficiențele identificate în timpul testelor inițiale. Eșantionul modificat are următoarele caracteristici: tensiune de alimentare Up = ~ 180-240 V, frecvență fr = 90 kHz, putere de ieșire P = 800 W, randament = 85%, greutate = 2,1 kg, dimensiuni de gabarit 145x145x80 mm.

Această lucrare este dedicată proiectării unei surse de alimentare cu comutație concepută pentru a alimenta un amplificator de putere audio, care face parte dintr-un sistem de reproducere audio de înaltă putere. Crearea unui sistem de reproducere a sunetului acasă a început cu alegerea unui design de circuit pentru UMZCH. În acest scop, a fost efectuată o analiză a proiectării circuitelor dispozitivelor de reproducere a sunetului. Alegerea a fost făcută pe circuitul UMZCH de înaltă fidelitate.

Acest amplificator are caracteristici foarte înalte, conține dispozitive de protecție împotriva suprasarcinii și scurtcircuitelor, dispozitive pentru menținerea potențialului zero de tensiune constantă la ieșire și un dispozitiv de compensare a rezistenței firelor care leagă amplificatorul la acustică. În ciuda faptului că circuitul UMZCH a fost publicat cu mult timp în urmă, radioamatorii își repetă până astăzi designul, referințe la care pot fi găsite în aproape orice literatură referitoare la asamblarea dispozitivelor pentru redarea muzicii de înaltă calitate. Pe baza acestui articol, s-a decis asamblarea unui UMZCH cu patru canale, al cărui consum total de energie a fost de 800 W. Prin urmare, următoarea etapă în asamblarea UMZCH a fost dezvoltarea și asamblarea unui design de alimentare care să ofere o putere de ieșire de cel puțin 800 W, dimensiuni și greutate reduse, fiabilitate în funcționare și protecție împotriva suprasarcinii și scurtcircuitelor.

Sursele de alimentare sunt construite în principal după două scheme: clasică tradițională și după schema convertoarelor de tensiune în impulsuri. Prin urmare, s-a decis asamblarea și rafinarea designului unei surse de alimentare comutatoare.

Studiul surselor secundare de energie. Sursele de energie sunt împărțite în două grupe: surse de energie primare și secundare.

Sursele primare sunt dispozitive care convertesc diferite tipuri de energie în energie electrică (generatoare de mașini electrice, surse de curent electrochimic, convertoare fotoelectrice și termoionice etc.).

Dispozitivele secundare de putere sunt convertoare ale unui tip de energie electrică în altul. Acestea includ:

• * Convertoare de tensiune AC la DC (redresoare);
• * Convertoare de tensiune AC (transformatoare);
• * Convertoare DC-AC (invertoare).

Sursele de alimentare secundare sunt construite în principal după două scheme: clasică tradițională și după schema convertoarelor de tensiune în impuls. Principalul dezavantaj al transformatoarelor de putere realizate conform designului clasic tradițional este caracteristicile lor mari de greutate și dimensiune, precum și influența semnificativă a câmpului magnetic puternic al transformatoarelor de putere asupra altor dispozitive electronice. Problema cu SMPS este crearea lor de interferență de înaltă frecvență și, ca urmare a acesteia, incompatibilitatea electromagnetică cu anumite tipuri de echipamente electronice. Analiza a arătat că SMPS îndeplinesc pe deplin cerințele, ceea ce este confirmat de utilizarea lor pe scară largă în REA.

Transformatoarele surselor de alimentare în comutație se deosebesc de cele tradiționale prin următoarele: - alimentare cu tensiune dreptunghiulară; forma complicată a înfășurărilor (bornele punctului de mijloc) și funcționarea la frecvențe mai mari (până la câteva zeci de kHz). În plus, parametrii transformatorului au un impact semnificativ asupra modului de funcționare al dispozitivelor semiconductoare și asupra caracteristicilor convertorului. Astfel, inductanța de magnetizare a transformatorului crește timpul de comutare al tranzistoarelor; inductanța de scurgere (cu un curent care se schimbă rapid) provoacă supratensiuni pe tranzistoare, ceea ce poate duce la defectarea acestora; Curentul fără sarcină reduce eficiența convertorului și înrăutățește condițiile termice ale tranzistoarelor. Caracteristicile notate sunt luate în considerare la calcularea și proiectarea transformatoarelor SMPS.

Această lucrare examinează o sursă de alimentare comutată de 800 W. Diferă de cele descrise mai devreme prin utilizarea tranzistoarelor cu efect de câmp și a unui transformator cu o înfășurare primară cu o bornă de mijloc în convertor. Primul oferă o eficiență mai mare și un nivel redus de interferență de înaltă frecvență, iar al doilea furnizează jumătate din curent prin tranzistoarele cheie și elimină necesitatea unui transformator de izolare în circuitele de poartă.

Dezavantajul acestei soluții de circuit este tensiunea ridicată pe jumătățile înfășurării primare, care necesită utilizarea de tranzistori cu tensiunea admisă adecvată. Adevărat, spre deosebire de un convertor de punte, în acest caz sunt suficiente doi tranzistori în loc de patru, ceea ce simplifică designul și crește eficiența dispozitivului.

Sursele de alimentare cu comutare (UPS) folosesc convertoare de înaltă frecvență cu unul și doi cicluri. Eficiența primului este mai mică decât a celui din urmă, așa că nu este practic să proiectați UPS-uri cu un singur ciclu cu o putere mai mare de 40...60 W. Convertoarele push-pull oferă o putere de ieșire semnificativ mai mare cu o eficiență ridicată. Ele sunt împărțite în mai multe grupuri, caracterizate prin metoda de excitare a tranzistorilor cheie de ieșire și circuitul de conectare a acestora la circuitul înfășurării primare a transformatorului convertor. Dacă vorbim despre metoda de excitare, putem distinge două grupuri: cu auto-excitare și excitare externă.

Primele sunt mai puțin populare din cauza dificultăților de stabilire. Atunci când se proiectează UPS-uri puternice (mai mult de 200 W), complexitatea fabricării lor crește în mod nejustificat, așa că sunt de puțin folos pentru astfel de surse de alimentare. Convertoarele cu excitație externă sunt potrivite pentru a crea UPS-uri de mare putere și uneori nu necesită aproape nicio configurare. În ceea ce privește conectarea tranzistoarelor cheie la un transformator, există trei circuite: așa-numita semi-punte (Fig. 1, a), punte (Fig. 1, b). Astăzi, convertorul cu jumătate de punte este cel mai utilizat.

Necesită două tranzistoare cu o valoare relativ scăzută a tensiunii Ukemax. După cum se poate vedea din Fig. 1a, condensatoarele C1 și C2 formează un divizor de tensiune, la care este conectată înfășurarea primară (I) a transformatorului T2. Când tranzistorul cheie se deschide, amplitudinea impulsului de tensiune pe înfășurare atinge valoarea Upit/2 - Uke nas. Convertorul în punte este similar cu convertorul în jumătate de punte, dar în el condensatorii sunt înlocuiți cu tranzistorii VT3 și VT4 (Fig. 1b), care se deschid în perechi în diagonală. Acest convertor are o eficiență puțin mai mare datorită creșterii tensiunii furnizate înfășurării primare a transformatorului și, prin urmare, scăderii curentului care curge prin tranzistoarele VT1-VT4. Amplitudinea tensiunii pe înfășurarea primară a transformatorului atinge în acest caz valoarea Upit - 2Uke us.

De remarcat în special este convertorul conform circuitului din Fig. 1c, care se caracterizează prin cea mai mare eficiență. Acest lucru se realizează prin reducerea curentului înfășurării primare și, ca urmare, prin reducerea disipării de putere în tranzistoarele cheie, ceea ce este extrem de important pentru UPS-urile puternice. Amplitudinea de tensiune a impulsurilor în jumătate din înfășurarea primară crește la valoarea Upit - Uke us.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că, spre deosebire de alte convertoare, nu necesită un transformator de izolare de intrare. În dispozitivul conform circuitului din Fig. 1c, este necesar să se utilizeze tranzistori cu o valoare Uke max mare. Deoarece sfârșitul jumătății superioare (conform diagramei) a înfășurării primare este conectată la începutul celei inferioare, atunci când curentul curge în primul dintre ele (VT1 este deschis), se creează o tensiune în a doua, egală ( în valoare absolută) la amplitudinea tensiunii de pe primul, dar opus în semn relativ la Upit. Cu alte cuvinte, tensiunea la colectorul tranzistorului închis VT2 ajunge la 2Upit. prin urmare, Uke max ar trebui să fie mai mare decât 2Upit. UPS-ul propus utilizează un convertor push-pull cu un transformator, a cărui înfășurare primară are o bornă de mijloc. Are eficiență ridicată, ondulație scăzută și emite slab interferențe în spațiul înconjurător.

Sursa de comutare este utilizată pentru a converti tensiunea de intrare la valoarea cerută de elementele interne ale dispozitivului. Un alt nume pentru sursele de impulsuri care a devenit larg răspândit este invertoarele.

Ce este?

Un invertor este o sursă de alimentare secundară care utilizează o conversie dublă a tensiunii AC de intrare. Mărimea parametrilor de ieșire este ajustată prin modificarea duratei (lățimii) impulsurilor și, în unele cazuri, a ratei de repetare a acestora. Acest tip de modulație se numește modulare pe lățime a impulsului.

Principiul de funcționare al unei surse de alimentare cu comutație

Funcționarea invertorului se bazează pe rectificarea tensiunii primare și conversia ulterioară a acesteia într-o secvență de impulsuri de înaltă frecvență. Acesta diferă de un transformator convențional. Tensiunea de ieșire a blocului servește la generarea unui semnal de feedback negativ, care vă permite să reglați parametrii pulsului. Prin controlul lățimii impulsului, este ușor de organizat stabilizarea și reglarea parametrilor de ieșire, tensiune sau curent. Adică poate fi fie un stabilizator de tensiune, fie un stabilizator de curent.

Numărul și polaritatea valorilor de ieșire pot fi foarte diferite în funcție de modul în care funcționează sursa de comutare.

Tipuri de surse de alimentare

Mai multe tipuri de invertoare, care diferă în schema lor de construcție, și-au găsit aplicații:

• fără transformator;
• transformator

Primele diferă prin faptul că secvența impulsurilor merge direct la redresorul de ieșire și filtrul de netezire al dispozitivului. Această schemă are un minim de componente. Un invertor simplu include un circuit integrat specializat - un generator de lățime a impulsurilor.

Principalul dezavantaj al dispozitivelor fără transformator este că nu au izolație galvanică față de rețeaua de alimentare și pot prezenta un risc de electrocutare. De asemenea, au o putere redusă și produc doar o tensiune de ieșire.

Mai frecvente sunt dispozitivele transformatoare în care o secvență de impulsuri de înaltă frecvență este furnizată înfășurării primare a transformatorului. Pot exista câte înfășurări secundare se dorește, ceea ce face posibilă generarea mai multor tensiuni de ieșire. Fiecare înfășurare secundară este încărcată cu propriul redresor și filtru de netezire.

O sursă de alimentare comutată puternică pentru orice computer este construită conform unui circuit care are fiabilitate și siguranță ridicate. Pentru semnalul de feedback, se folosește aici o tensiune de 5 sau 12 volți, deoarece aceste valori necesită cea mai precisă stabilizare.

Utilizarea transformatoarelor pentru a converti tensiuni de înaltă frecvență (zeci de kiloherți în loc de 50 Hz) a făcut posibilă reducerea semnificativă a dimensiunilor și greutății acestora și a utiliza materiale feromagnetice cu forță coercitivă mare ca material de bază (miez magnetic) mai degrabă decât fierul electric.

Convertoarele DC-DC sunt, de asemenea, construite pe baza modulării lățimii impulsului. Fără utilizarea circuitelor cu invertor, conversia a fost foarte dificilă.

Circuit de alimentare

Circuitul celei mai comune configurații a unui convertor de impulsuri include:

• filtru de suprimare a zgomotului din rețea;
• redresor;
• filtru de netezire;
• convertor de lățime a impulsurilor;
• tranzistoare cheie;
• transformator de ieșire de înaltă frecvență;
• redresoare de ieșire;
• ieșiți filtre individuale și de grup.

Scopul filtrului de suprimare a zgomotului este de a întârzia interferența din funcționarea dispozitivului în rețeaua de alimentare. Comutarea elementelor semiconductoare puternice poate fi însoțită de crearea de impulsuri pe termen scurt într-o gamă largă de frecvențe. Prin urmare, aici este necesar să se utilizeze elemente concepute special pentru acest scop ca condensatori de trecere a unităților de filtrare.

Redresorul este folosit pentru a converti tensiunea alternativă de intrare în tensiune continuă, iar filtrul de netezire instalat în continuare elimină ondulația tensiunii redresate.

În cazul în care este utilizat, redresorul și filtrul devin inutile, iar semnalul de intrare, trecând prin circuitul filtrului de suprimare a zgomotului, este alimentat direct la convertorul de lățime a impulsurilor (modulator), prescurtat PWM.

PWM este cea mai complexă parte a circuitului de alimentare cu comutare. Sarcinile sale includ:

• generarea de impulsuri de înaltă frecvență;
• controlul parametrilor de ieșire ai blocului și corectarea secvenței impulsurilor în conformitate cu semnalul de feedback;
• control și protecție împotriva supraîncărcărilor.

Semnalul PWM este furnizat la bornele de control ale tranzistoarelor cheie puternice conectate într-un circuit în punte sau semipunte. Bornele de putere ale tranzistoarelor sunt încărcate pe înfășurarea primară a transformatorului de ieșire de înaltă frecvență. În locul celor tradiționale, se folosesc tranzistoare IGBT sau MOSFET, care se caracterizează printr-o cădere scăzută de tensiune între tranziții și viteză mare. Parametrii tranzistorului îmbunătățiți ajută la reducerea disipării de putere cu aceleași dimensiuni și parametri de proiectare tehnică.

Transformatorul de impulsuri de ieșire folosește același principiu de conversie ca și cel clasic. Excepția este operarea la frecvențe mai înalte. Ca urmare, transformatoarele de înaltă frecvență cu aceleași puteri transmise au dimensiuni mai mici.

Tensiunea de la înfășurarea secundară (pot fi mai multe dintre ele) este furnizată redresoarelor de ieșire. Spre deosebire de redresorul de intrare, diodele redresorului de circuit secundar trebuie să aibă o frecvență de funcționare crescută. Diodele Schottky funcționează cel mai bine în această secțiune a circuitului. Avantajele lor față de cele convenționale:

• frecventa ridicata de operare;
• capacitatea de joncțiune pn redusă;
• cădere de tensiune joasă.

Scopul filtrului de ieșire al unei surse de alimentare comutatoare este de a reduce ondulația tensiunii de ieșire redresată la minimum necesar. Deoarece frecvența de ondulare este mult mai mare decât cea a tensiunii de rețea, nu este nevoie de valori mari ale capacității condensatorului și inductanței în bobine.

Domeniul de aplicare al unei surse de alimentare comutatoare

Convertoarele de tensiune în impulsuri sunt utilizate în cele mai multe cazuri în locul transformatoarelor tradiționale cu stabilizatori cu semiconductor. Cu aceeași putere, invertoarele se disting prin dimensiuni și greutate de ansamblu mai mici, fiabilitate ridicată și, cel mai important, eficiență mai mare și capacitatea de a funcționa într-un interval larg de tensiune de intrare. Și cu dimensiuni comparabile, puterea maximă a invertorului este de câteva ori mai mare.

Într-o zonă precum conversia tensiunii continue, sursele de impulsuri nu au practic nicio înlocuire alternativă și sunt capabile să funcționeze nu numai pentru a reduce tensiunea, ci și pentru a genera o tensiune crescută și a organiza o schimbare a polarității. Frecvența mare de conversie facilitează foarte mult filtrarea și stabilizarea parametrilor de ieșire.

Invertoarele de dimensiuni mici pe circuite integrate specializate sunt folosite ca încărcătoare pentru diverse gadget-uri, iar fiabilitatea lor este de așa natură încât durata de viață a unității de încărcare poate depăși de mai multe ori durata de funcționare a unui dispozitiv mobil.

Driverele de alimentare de 12 volți pentru pornirea surselor de iluminat cu LED-uri sunt, de asemenea, construite folosind un circuit de impulsuri.

Cum să faci o sursă de alimentare comutată cu propriile mâini

Invertoarele, în special cele puternice, au circuite complexe și pot fi replicate doar de radioamatorii cu experiență. Pentru auto-asamblarea surselor de alimentare de rețea, putem recomanda circuite simple de putere redusă folosind cipuri de control PWM specializate. Astfel de circuite integrate au un număr mic de elemente de cablare și au circuite de comutare standard dovedite care practic nu necesită ajustare și configurare.

Când lucrați cu structuri de casă sau reparați dispozitive industriale, trebuie să vă amintiți că o parte a circuitului va fi întotdeauna la potențialul rețelei, așa că trebuie respectate măsurile de siguranță.

• Introducere
• Concluzie

Introducere

Sursele de alimentare comutatoare le înlocuiesc acum cu încredere pe cele liniare învechite. Motivul este performanța ridicată, compactitatea și caracteristicile îmbunătățite de stabilizare inerente acestor surse de alimentare.

Odată cu schimbările rapide pe care le-au suferit recent principiile de alimentare cu energie pentru echipamentele electronice, informațiile privind calculul, construcția și utilizarea surselor de alimentare în comutație devin din ce în ce mai relevante.

Recent, sursele de alimentare cu comutație au câștigat o popularitate deosebită în rândul specialiștilor din domeniul electronicii și ingineriei radio, precum și în producția industrială. A existat o tendință de a abandona unitățile standard de transformatoare voluminoase și de a trece la modele de dimensiuni mici ale surselor de alimentare cu comutare, convertoare de tensiune, convertoare și invertoare.

În general, subiectul comutării surselor de alimentare este destul de relevant și interesant și este unul dintre cele mai importante domenii ale electronicii de putere. Această zonă a electronicii este promițătoare și se dezvoltă rapid. Iar scopul său principal este de a dezvolta dispozitive de putere puternice, care să îndeplinească cerințele moderne de fiabilitate, calitate, durabilitate, minimizând greutatea, dimensiunea, consumul de energie și materiale. Trebuie remarcat faptul că aproape toate electronicele moderne, inclusiv toate tipurile de computere, echipamente audio, video și alte dispozitive moderne, sunt alimentate de surse de alimentare cu comutație compacte, ceea ce confirmă încă o dată relevanța dezvoltării ulterioare a acestui domeniu de surse de alimentare. .

1. Principiul de funcționare al comutației surselor de alimentare

Sursa de comutare este un sistem invertor. La comutarea surselor de alimentare, tensiunea de intrare AC este mai întâi rectificată. Tensiunea DC rezultată este convertită în impulsuri dreptunghiulare de înaltă frecvență și un anumit ciclu de lucru, fie furnizate unui transformator (în cazul surselor de alimentare cu impulsuri cu izolație galvanică de la rețeaua de alimentare), fie direct la filtrul trece-jos de ieșire (în surse de alimentare în impulsuri fără izolare galvanică). În sursele de alimentare cu impulsuri, pot fi utilizate transformatoare de dimensiuni mici - acest lucru se explică prin faptul că, odată cu creșterea frecvenței, eficiența transformatorului crește și cerințele pentru dimensiunile (secțiunea) miezului necesare pentru a transmite o putere echivalentă scad. În cele mai multe cazuri, un astfel de miez poate fi realizat din materiale feromagnetice, spre deosebire de miezurile transformatoarelor de joasă frecvență, pentru care se folosește oțel electric.

Figura 1 - Schema bloc a unei surse de alimentare comutatoare

Tensiunea de rețea este furnizată redresorului, după care este netezită de un filtru capacitiv. De la condensatorul de filtru, a cărui tensiune crește, tensiunea redresată prin înfășurarea transformatorului este furnizată colectorului tranzistorului, care acționează ca un comutator. Dispozitivul de control asigură pornirea și oprirea periodică a tranzistorului. Pentru a porni în mod fiabil sursa de alimentare, se folosește un oscilator principal realizat pe un microcircuit. Impulsurile sunt furnizate la baza tranzistorului cheie și provoacă începerea ciclului de funcționare a autogeneratorului. Dispozitivul de control este responsabil pentru monitorizarea nivelului tensiunii de ieșire, generarea unui semnal de eroare și, adesea, controlarea directă a cheii. Microcircuitul master oscilator este alimentat de un lanț de rezistențe direct de la intrarea capacității de stocare, stabilizând tensiunea cu capacitatea de referință. Oscilatorul principal și tranzistorul cheie al circuitului secundar sunt responsabili pentru funcționarea optocuplerului. Cu cât tranzistoarele responsabile de funcționarea optocuplerului sunt mai deschise, cu atât amplitudinea impulsurilor de feedback este mai mică, cu atât tranzistorul de putere se va opri mai repede și se va acumula mai puțină energie în transformator, ceea ce va opri creșterea tensiunii la ieșire. a sursei. A sosit modul de funcționare al sursei de alimentare, unde un rol important îl joacă optocuplerul, ca regulator și manager al tensiunilor de ieșire.

Specificațiile unei surse de alimentare industriale sunt mai stricte decât cele ale unei surse de alimentare obișnuite de uz casnic. Acest lucru se exprimă nu numai prin faptul că există o tensiune trifazată ridicată la intrarea sursei de alimentare, ci și prin faptul că sursele de alimentare industriale trebuie să rămână operaționale chiar și cu o abatere semnificativă a tensiunii de intrare de la valoarea nominală. , inclusiv scăderi de tensiune și supratensiuni, precum și pierderea uneia sau a mai multor faze.

Figura 2 - Schema schematică a unei surse de alimentare comutatoare.

Schema funcționează după cum urmează. Intrarea trifazata poate fi realizata in trei fire, patru fire sau chiar monofazate. Redresorul trifazat este format din diode D1 - D8.

Rezistoarele R1 - R4 asigură protecție la supratensiune. Utilizarea rezistențelor de protecție cu declanșare la suprasarcină face să nu fie necesară utilizarea unor siguranțe separate. Tensiunea redresată de intrare este filtrată de un filtru în formă de U format din C5, C6, C7, C8 și L1.

Rezistoarele R13 și R15 egalizează tensiunea pe condensatorii filtrului de intrare.

Când MOSFET-ul chipului U1 se deschide, potențialul sursei Q1 scade, curentul de poartă este furnizat de rezistențele R6, R7 și, respectiv, R8, capacitatea tranzițiilor VR1 ... VR3 deblochează Q1. Dioda Zener VR4 limitează tensiunea sursă-portă aplicată la Q1. Când MOSFET U1 se oprește, tensiunea de scurgere este limitată la 450 de volți de circuitul limitator VR1, VR2, VR3. Orice tensiune suplimentară la capătul înfășurării va fi disipată de Q1. Această conexiune distribuie efectiv tensiunea totală redresată între Q1 și U1.

Circuitul de absorbție VR5, D9, R10 absoarbe tensiunea în exces pe înfășurarea primară rezultată din scurgerea prin inducție a transformatorului în timpul cursei inverse.

Redresarea ieșirii este efectuată de dioda D1. C2 - filtru de ieșire. L2 și C3 formează a doua etapă de filtru pentru a reduce instabilitatea tensiunii de ieșire.

VR6 începe să conducă atunci când tensiunea de ieșire depășește căderea între VR6 și optocupler. O modificare a tensiunii de ieșire determină o modificare a curentului care curge prin dioda optocupler U2, care, la rândul său, provoacă o modificare a curentului prin tranzistorul optocupler U2. Când acest curent depășește pragul de la pinul FB al U1, următorul ciclu de lucru este omis. Nivelul specificat de tensiune de ieșire este menținut prin reglarea numărului de cicluri de lucru ratate și finalizate. Odată ce ciclul de funcționare a început, acesta se va încheia când curentul prin U1 atinge limita internă setată. R11 limitează curentul prin optocupler și setează câștigul de feedback. Rezistorul R12 oferă polarizare la VR6.

Acest circuit este protejat de ruperea buclei de feedback, scurtcircuit de ieșire și suprasarcină datorită funcțiilor integrate în U1 (LNK304). Deoarece microcircuitul este alimentat direct de la pinul său de scurgere, nu este necesară o înfășurare separată.

La comutarea surselor de alimentare, stabilizarea tensiunii este asigurată prin feedback negativ. Feedback-ul vă permite să mențineți tensiunea de ieșire la un nivel relativ constant, indiferent de fluctuațiile tensiunii de intrare și ale dimensiunii sarcinii. Feedback-ul poate fi organizat în diferite moduri. În cazul surselor de impulsuri cu izolație galvanică de la rețeaua de alimentare, cele mai comune metode sunt utilizarea comunicației printr-una dintre înfășurările de ieșire ale transformatorului sau utilizarea unui optocupler. În funcție de mărimea semnalului de feedback (în funcție de tensiunea de ieșire), ciclul de lucru al impulsurilor la ieșirea controlerului PWM se modifică. Dacă decuplarea nu este necesară, atunci, de regulă, se utilizează un simplu divizor de tensiune rezistiv. Astfel, sursa de alimentare menține o tensiune de ieșire stabilă.

2. Parametrii și caracteristicile de bază ale surselor de alimentare în comutație

Clasificarea surselor de alimentare în comutație (SMPS) se face în funcție de mai multe criterii principale:

După tipul tensiunii de intrare și de ieșire;

După tipologie;

În funcție de forma tensiunii de ieșire;

După tipul circuitului de alimentare;

După tensiunea de sarcină;

Prin puterea de sarcină;

După tipul de curent de sarcină;

După numărul de ieșiri;

În ceea ce privește stabilitatea tensiunii pe sarcină.

După tipul tensiunii de intrare și de ieșire

1. AC/DC sunt convertoare alternative cu tensiune continuă. Astfel de convertoare sunt utilizate într-o varietate de domenii - automatizări industriale, echipamente de telecomunicații, echipamente de instrumentare, echipamente industriale de procesare a datelor, echipamente de securitate, precum și echipamente speciale.

2. DC/DC sunt convertoare DC/DC. Astfel de convertoare DC/DC folosesc transformatoare de impulsuri cu două sau mai multe înfășurări și nu există nicio conexiune între circuitele de intrare și de ieșire. Transformatoarele de impulsuri au o diferență mare de potențial între intrarea și ieșirea convertorului. Un exemplu de aplicare a acestora ar putea fi o unitate de alimentare (PSU) pentru blițuri foto pulsate cu o tensiune de ieșire de aproximativ 400 V.

3. DC/AC sunt convertoare DC-AC (invertor). Principalul domeniu de aplicare al invertoarelor este lucrul în materialul rulant de cale ferată și alte vehicule care au o rețea de alimentare DC la bord. Ele pot fi, de asemenea, utilizate ca convertoare principale ca parte a surselor de alimentare de rezervă.

Capacitatea mare de suprasarcină permite alimentarea unei game largi de dispozitive și echipamente, inclusiv motoare condensatoare pentru compresoare de refrigerare și aer condiționat.

După tipologie IIP-urile sunt clasificate după cum urmează:

convertoare flyback;

convertoare de impuls direct (forwardconverter);

convertoare cu ieșire push-pull;

convertoare cu ieșire semi-punte (halfbridgeconverter);

convertoare cu ieșire în punte (fullfbridgeconverter).

În funcție de forma tensiunii de ieșire IIP-urile sunt clasificate după cum urmează:

1. Cu undă sinusoidală modificată

2. Cu o sinusoidă de forma corectă.

Figura 3 - Forme de undă de ieșire

După tipul de circuit de alimentare:

SMPS care utilizează energie electrică obținută dintr-o rețea de curent alternativ monofazat;

SMPS care utilizează energie electrică obținută dintr-o rețea trifazată de curent alternativ;

SMPS care utilizează energie electrică dintr-o sursă autonomă de curent continuu.

După tensiunea de sarcină:

După puterea sarcinii:

SMPS de putere redusă (până la 100 W);

SMPS de putere medie (de la 100 la 1000 W);

SMPS de mare putere (peste 1000 W).

După tipul de curent de sarcină:

SMPS cu ieșire AC;

SMPS cu ieșire DC;

SMPS cu ieșire AC și DC.

După numărul de ieșiri:

SMPS cu un singur canal având o ieșire DC sau AC;

SMPS multicanal având două sau mai multe tensiuni de ieșire.

În ceea ce privește stabilitatea tensiunii pe sarcină:

SMPS stabilizat;

SMPS nestabilizat.

3. Metode de bază de construire a surselor de alimentare în comutație

Figura de mai jos arată aspectul unei surse de alimentare comutatoare.

Figura 4 - Comutare sursă de alimentare

Deci, pentru început, să descriem în termeni generali ce module principale sunt în orice unitate de alimentare cu comutație. Într-o versiune tipică, o sursă de alimentare comutată poate fi împărțită în trei părți funcționale. Acest:

1. Controler PWM (PWM), pe baza căruia se montează un oscilator master, de obicei cu o frecvență de aproximativ 30...60 kHz;

2. O cascadă de întrerupătoare de alimentare, al căror rol poate fi îndeplinit de tranzistoare puternice bipolare, cu efect de câmp sau IGBT (izolare cu poartă bipolară); această treaptă de putere poate include un circuit suplimentar de control pentru aceleași întrerupătoare care utilizează drivere integrate sau tranzistoare de putere redusă; Important este și circuitul de conectare a întrerupătoarelor de putere: punte (punte completă), semi punte (jumătate punte) sau cu punct de mijloc (push-pull);

3. Transformator de impulsuri cu înfășurare(e) primar(e) și secundar(e) și, în consecință, diode redresoare, filtre, stabilizatori etc. la ieșire; ferita sau alsiferul este de obicei aleasă ca miez; în general, acele materiale magnetice care sunt capabile să funcționeze la frecvențe înalte (în unele cazuri peste 100 kHz).

Există trei modalități principale de a construi surse de alimentare cu impulsuri (vezi Fig. 3): creștere (tensiunea de ieșire este mai mare decât tensiunea de intrare), reducerea (tensiunea de ieșire este mai mică decât tensiunea de intrare) și inversare (tensiunea de ieșire este mai mare decât tensiunea de intrare). tensiunea de ieșire are polaritatea opusă celei de intrare). După cum se poate observa din figură, ele diferă doar prin modul în care conectează inductanța, în caz contrar, principiul de funcționare rămâne neschimbat;

comutarea tensiunii de alimentare

Figura 5 - Diagrame bloc tipice ale surselor de alimentare comutate

Elementul cheie (de obicei sunt utilizați tranzistori bipolari sau MIS), care funcționează cu o frecvență de ordinul 20-100 kHz, aplică periodic tensiunea completă nestabilizată de intrare la inductor pentru o perioadă scurtă de timp (nu mai mult de 50% din timp) . Curentul pulsat care circulă prin bobină asigură acumularea de rezerve de energie în câmpul său magnetic de 1/2LI^2 la fiecare impuls. Energia stocată în acest fel din bobină este transferată în sarcină (fie direct, folosind o diodă de redresare, fie prin înfășurarea secundară cu redresare ulterioară), condensatorul filtrului de netezire a ieșirii asigură o tensiune și curent constant de ieșire. Stabilizarea tensiunii de ieșire este asigurată prin reglarea automată a lățimii sau frecvenței impulsului pe elementul cheie (un circuit de feedback este proiectat pentru a monitoriza tensiunea de ieșire).

Această schemă, deși destul de complexă, poate crește semnificativ eficiența întregului dispozitiv. Cert este că, în acest caz, pe lângă sarcina în sine, nu există elemente de putere în circuit care să disipeze o putere semnificativă. Tranzistoarele cheie funcționează în modul de comutare saturată (adică, căderea de tensiune pe ele este mică) și disipă puterea doar în intervale de timp destul de scurte (timp de impuls). În plus, prin creșterea frecvenței de conversie, este posibilă creșterea semnificativă a puterii și îmbunătățirea caracteristicilor de greutate și dimensiune.

Un avantaj tehnologic important al surselor de alimentare cu impulsuri este capacitatea de a construi pe baza lor surse de alimentare de rețea de dimensiuni mici, cu izolație galvanică de rețea, pentru a alimenta o mare varietate de echipamente. Astfel de surse de alimentare sunt construite fără utilizarea unui transformator de putere voluminos de joasă frecvență, folosind un circuit convertor de înaltă frecvență. Acesta este, de fapt, un circuit obișnuit de alimentare în comutație cu reducere a tensiunii, în care tensiunea de rețea redresată este utilizată ca tensiune de intrare și un transformator de înaltă frecvență (de dimensiuni mici și cu randament ridicat) este utilizat ca element de stocare, de la înfășurarea secundară a cărei tensiune stabilizată de ieșire este îndepărtată (acest transformator asigură și izolarea galvanică de rețea).

Dezavantajele surselor de alimentare cu impulsuri includ: prezența unui nivel ridicat de zgomot pulsat la ieșire, complexitate ridicată și fiabilitate scăzută (în special în producția de artizanat), necesitatea de a utiliza componente scumpe de înaltă tensiune, de înaltă frecvență, care în eventualitatea cea mai mică defecțiune eșuează cu ușurință „în masă” (cu În acest caz, de regulă, se pot observa efecte pirotehnice impresionante). Cei cărora le place să se adâncească în interiorul dispozitivelor cu o șurubelniță și un fier de lipit vor trebui să fie extrem de atenți atunci când proiectează surse de alimentare cu comutare de rețea, deoarece multe elemente ale unor astfel de circuite sunt sub tensiune înaltă.

4. Varietăți de soluții de circuit pentru comutarea surselor de alimentare

Diagrama SMPS din anii '90 este prezentată în Fig. 6. Sursa de alimentare conține un redresor de rețea VD1-VD4, un filtru de suprimare a zgomotului L1C1-SZ, un convertor bazat pe un tranzistor de comutare VT1 și un transformator de impuls T1, un redresor de ieșire VD8 cu un filtru C9C10L2 și o unitate de stabilizare realizată pe stabilizatorul DA1 și optocupler U1.

Figura 6 - Sursă de alimentare comutată din anii 1990

Diagrama SMPS este prezentată în Fig. 7. Siguranța FU1 protejează elementele de situații de urgență. Termistorul RK1 limitează impulsul curentului de încărcare al condensatorului C2 la o valoare sigură pentru puntea de diode VD1 și împreună cu condensatorul C1 formează un filtru RC, care servește la reducerea zgomotului de impuls care pătrunde din SMPS în rețea. Puntea de diode VD1 redresează tensiunea rețelei, condensatorul C2 este unul de netezire. Creșterile de tensiune în înfășurarea primară a transformatorului T1 sunt reduse de circuitul de amortizare R1C5VD2. Condensatorul C4 este un filtru de putere de la care sunt alimentate elementele interne ale cipul DA1.

Redresorul de ieșire este asamblat pe o diodă Schottky VD3, ondularea tensiunii de ieșire este netezită de filtrul LC C6C7L1C8. Elementele R2, R3, VD4 și U1, împreună cu microcircuitul DA1, asigură stabilizarea tensiunii de ieșire atunci când curentul de sarcină și tensiunea de rețea se modifică. Circuitul de indicare a pornirii este realizat folosind LED-ul HL1 și rezistența de limitare a curentului R4.

Figura 7 - Sursă de alimentare comutată din anii 2000

Figura 8 prezintă o sursă de alimentare comutată push-pull cu o conexiune în jumătate de punte a treptei finale de putere, constând din două MOSFET IRFP460 puternice. Microcircuitul K1156EU2R a fost ales ca controler PWM.

În plus, folosind un releu și un rezistor de limitare R1 la intrare, este implementată o pornire ușoară, care evită supratensiunile bruște de curent. Releul poate fi utilizat pentru tensiuni de 12 și 24 de volți cu selecția rezistenței R19. Varistorul RU1 protejează circuitul de intrare de impulsurile de amplitudine excesivă. Condensatorii C1-C4 și inductorul cu două înfășurări L1 formează un filtru de suprimare a zgomotului de rețea care împiedică pătrunderea ondulațiilor de înaltă frecvență create de convertor în rețeaua de alimentare.

Rezistorul trimmer R16 și condensatorul C12 determină frecvența de conversie.

Pentru a reduce f.e.m. de auto-inducție a transformatorului T2, diodele amortizoare VD7 și VD8 sunt conectate în paralel la canalele tranzistorului. Diodele Schottky VD2 și VD3 protejează tranzistoarele de comutare și ieșirile chipului de tensiune inversă DA2 de impulsuri.

Figura 8 - Sursă de alimentare comutată modernă

Concluzie

În cursul activității mele de cercetare, am realizat un studiu de comutare a surselor de alimentare, ceea ce mi-a permis să analizez circuitele existente ale acestor dispozitive și să trag concluziile adecvate.

Sursele de alimentare cu comutare au avantaje mult mai mari în comparație cu altele - au o eficiență mai mare, au greutate și volum semnificativ mai puține, în plus, au un cost mult mai mic, ceea ce duce în cele din urmă la prețul lor relativ scăzut pentru consumatori și, în consecință, la un preț ridicat. cererea de pe piata.

Multe componente electronice moderne utilizate în dispozitivele și sistemele electronice moderne necesită energie de înaltă calitate. În plus, tensiunea de ieșire (curent) trebuie să fie stabilă, să aibă forma necesară (de exemplu, pentru invertoare), precum și un nivel minim de ondulație (de exemplu, pentru redresoare).

Astfel, sursele de alimentare în comutație sunt parte integrantă a oricăror dispozitive și sisteme electronice alimentate atât de la o rețea industrială de 220 V, cât și din alte surse de energie. Mai mult, fiabilitatea dispozitivului electronic depinde direct de calitatea sursei de alimentare.

Astfel, dezvoltarea de noi și îmbunătățite circuite de alimentare cu comutație va îmbunătăți caracteristicile tehnice și operaționale ale dispozitivelor și sistemelor electronice.

Bibliografie

1. Gurevici V.I. Fiabilitatea dispozitivelor de protecție cu relee cu microprocesor: mituri și realitate. - Probleme energetice, 2008, Nr. 5-6, p. 47-62.

2. Alimentare [Resursă electronică] // Wikipedia. - Mod de acces: http://ru. wikipedia.org/wiki/Power_source

3. Sursă secundară de alimentare [Resursă electronică] // Wikipedia. - Mod de acces: http://ru. wikipedia.org/wiki/Secondary_power_source

4. Surse de înaltă tensiune [Resursă electronică] // Optosystems LLC - Mod de acces: http://www.optosystems.ru/power _supplies_about. php

5. Efimov I.P. Surse de energie - Universitatea Tehnică de Stat Ulyanovsk, 2001, pp. 3-13.

6. Domenii de aplicare a surselor de alimentare [Resursa electronica] - Mod de acces: http://www.power2000.ru/apply_obl.html

7. Surse de alimentare computer [Resursă electronică] - Mod de acces: http://offline.computerra.ru/2002/472/22266/

8. Evoluția surselor de alimentare în comutație [Resursa electronică] - Mod de acces: http://www.power-e.ru/2008_4_26. php

9. Principiul de funcționare al comutației surselor de alimentare [Resursa electronică] - Mod de acces: http://radioginn. ucoz.ru/publ/1-1-0-1

Documente similare

Conceptul, scopul și clasificarea surselor secundare de energie. Schema structurală și de circuit a unei surse de alimentare secundare care funcționează dintr-o rețea de curent continuu și care produce tensiune alternativă la ieșire. Calculul parametrilor sursei de energie.

lucrare curs, adaugat 28.01.2014


Surse de alimentare secundare ca parte integrantă a oricărui dispozitiv electronic. Luarea în considerare a convertoarelor semiconductoare care conectează sistemele AC și DC. Analiza principiilor de construire a circuitelor de surse pulsate.

teză, adăugată 17.02.2013


Sursă de energie ca dispozitiv conceput pentru a alimenta echipamentele cu energie electrică. Transformarea tensiunii de frecvență a puterii de curent alternativ în tensiune de curent continuu pulsatoriu folosind redresoare. Stabilizatoare de tensiune DC.

rezumat, adăugat 02.08.2013


Stabilizarea tensiunii medii de ieșire a sursei secundare de alimentare. Factorul minim de stabilizare a tensiunii. Stabilizator de tensiune de compensare. Curentul maxim de colector al tranzistorului. Coeficient de filtru anti-aliasing.

test, adaugat 19.12.2010


Combinarea funcțiilor de redresare cu reglarea sau stabilizarea tensiunii de ieșire. Dezvoltarea unui circuit structural electric pentru o sursă de energie. Transformator descendente și alegerea bazei elementului de alimentare. Calculul unui transformator de putere redusă.

lucrare curs, adaugat 16.07.2012


Calculul transformatorului și parametrii stabilizatorului de tensiune integrat. Schema schematică a sursei de alimentare. Calculul parametrilor unui redresor necontrolat și filtru de netezire. Selectarea diodelor redresoare, selectarea dimensiunilor circuitelor magnetice.

lucrare curs, adaugat 14.12.2013


Analiza sistemului de alimentare secundară a sistemului de rachete antiaeriene Strela-10. Caracteristicile stabilizatorilor schematici de impuls. Analiza funcționării unui stabilizator de tensiune modernizat. Calculul elementelor sale și al parametrilor principali.

teză, adăugată 03.07.2012


Principiul de funcționare al unei surse de alimentare cu invertor pentru un arc de sudare, avantajele și dezavantajele sale, circuite și design. Eficiența funcționării surselor de alimentare cu invertor în ceea ce privește economisirea energiei. Element de bază redresoare cu invertor.

lucrare curs, adăugată 28.11.2014


Secvența de asamblare a unui amplificator inversor care conține un generator de funcții și un contor de răspuns amplitudine-frecvență. Oscilograma semnalelor de intrare și ieșire la o frecvență de 1 kHz. Circuitul de măsurare a tensiunii de ieșire și abaterile acestuia.

munca de laborator, adaugat 07.11.2015


Analiza circuitului electric: desemnarea nodurilor, curenților. Determinarea semnalelor de intrare și de ieșire, caracteristicile de transfer ale unei rețele cu patru terminale. Schema bloc a sistemului de control. Răspunsurile sistemului la un singur pas impact în condiții zero.

Domeniul de aplicare al surselor de alimentare cu comutare în viața de zi cu zi este în continuă extindere. Astfel de surse sunt folosite pentru alimentarea tuturor echipamentelor moderne de uz casnic și informatic, pentru implementarea surselor de alimentare neîntreruptibile, încărcătoare pentru baterii în diverse scopuri, pentru implementarea sistemelor de iluminat de joasă tensiune și pentru alte nevoi.

În unele cazuri, achiziționarea unei surse de alimentare gata făcută nu este foarte acceptabilă din punct de vedere economic sau tehnic, iar asamblarea unei surse de comutare cu propriile mâini este cea mai bună cale de ieșire din această situație. Această opțiune este simplificată și de disponibilitatea largă a componentelor moderne la prețuri mici.

Cele mai populare în viața de zi cu zi sunt sursele de comutare alimentate de o rețea de curent alternativ standard și o ieșire puternică de joasă tensiune. Schema bloc a unei astfel de surse este prezentată în figură.

Redresorul rețelei CB transformă tensiunea alternativă a rețelei de alimentare în tensiune continuă și netezește ondulațiile tensiunii redresate la ieșire. Convertorul VChP de înaltă frecvență transformă tensiunea redresată în tensiune alternativă sau unipolară, care are forma unor impulsuri dreptunghiulare de amplitudinea necesară.

Ulterior, această tensiune, fie direct, fie după redresare (VN), este furnizată unui filtru de netezire, la ieșirea căruia este conectată o sarcină. VChP este controlat de un sistem de control care primește un semnal de feedback de la redresorul de sarcină.

Această structură a dispozitivului poate fi criticată datorită prezenței mai multor etape de conversie, ceea ce reduce eficiența sursei. Cu toate acestea, cu alegerea corectă a elementelor semiconductoare și calculul și fabricarea de înaltă calitate a unităților de înfășurare, nivelul pierderilor de putere în circuit este scăzut, ceea ce permite obținerea unor valori reale de eficiență de peste 90%.

Scheme schematice ale surselor de alimentare comutate

Soluțiile pentru blocurile structurale includ nu numai rațiunea alegerii opțiunilor de implementare a circuitului, ci și recomandări practice pentru selectarea elementelor de bază.

Pentru a rectifica tensiunea de rețea monofazată, utilizați una dintre cele trei scheme clasice prezentate în figură:

• jumătate de undă;
• zero (undă plină cu un punct de mijloc);
• pod cu jumătate de val.

Fiecare dintre ele are avantaje și dezavantaje care determină domeniul de aplicare.

Circuit cu jumătate de undă Se caracterizează prin ușurință în implementare și un număr minim de componente semiconductoare. Principalele dezavantaje ale unui astfel de redresor sunt o cantitate semnificativă de ondulare a tensiunii de ieșire (în cel rectificat există doar o jumătate de undă a tensiunii de rețea) și un coeficient de redresare scăzut.

Factorul de rectificare Kv determinat de raportul tensiunii medii la ieșirea redresorului Udк valoarea efectivă a tensiunii rețelei de fază Uph.

Pentru un circuit cu jumătate de undă, Kv = 0,45.

Pentru a netezi ondularea la ieșirea unui astfel de redresor, sunt necesare filtre puternice.

Circuit zero sau cu undă completă cu punct de mijloc, deși necesită un număr de două ori mai mare de diode redresoare, totuși, acest dezavantaj este compensat în mare măsură de nivelul mai scăzut de ondulare a tensiunii redresate și de o creștere a coeficientului de redresare la 0,9.

Principalul dezavantaj al unei astfel de scheme de utilizare în condiții casnice este necesitatea de a organiza punctul de mijloc al tensiunii de rețea, ceea ce implică prezența unui transformator de rețea. Dimensiunile și greutatea sa se dovedesc a fi incompatibile cu ideea unei surse de pulsuri de casă de dimensiuni mici.

Circuit de punte cu val întreg rectificarea are aceiași indicatori în ceea ce privește nivelul de ondulare și coeficientul de rectificare ca și circuitul zero, dar nu necesită o conexiune la rețea. Acest lucru compensează, de asemenea, principalul dezavantaj - numărul dublat de diode redresoare, atât din punct de vedere al eficienței, cât și al costului.

Pentru a netezi ondulațiile de tensiune redresate, cea mai bună soluție este utilizarea unui filtru capacitiv. Utilizarea acestuia vă permite să ridicați valoarea tensiunii redresate la valoarea amplitudinii rețelei (la Uph = 220V Ufm = 314V). Dezavantajele unui astfel de filtru sunt considerate a fi valori mari ale curenților de impuls ai elementelor redresorului, dar acest dezavantaj nu este critic.

Selectarea diodelor redresoare se efectuează în funcție de curentul direct mediu Ia și tensiunea inversă maximă U BM.

Luând valoarea coeficientului de ondulare a tensiunii de ieșire Kp = 10%, obținem valoarea medie a tensiunii redresate Ud = 300V. Luând în considerare puterea de sarcină și eficiența convertorului RF (80% este luat pentru calcul, dar în practică va fi mai mare, acest lucru ne va permite să obținem o anumită marjă).

Ia este curentul mediu al diodei redresoare, Рн este puterea de sarcină, η este randamentul convertorului RF.

Tensiunea maximă inversă a elementului redresor nu depășește valoarea amplitudinii tensiunii de rețea (314V), ceea ce permite utilizarea componentelor cu o valoare de U BM =400V cu o marjă semnificativă. Puteți folosi atât diode discrete, cât și punți redresoare gata făcute de la diverși producători.

Pentru a asigura o ondulație dată (10%) la ieșirea redresorului, capacitatea condensatoarelor filtrului este luată la o rată de 1 μF per 1 W de putere de ieșire. Se folosesc condensatoare electrolitice cu o tensiune maximă de cel puțin 350V. Capacitățile de filtrare pentru diferite puteri sunt prezentate în tabel.

Convertor de înaltă frecvență: funcțiile și circuitele sale

Convertorul de înaltă frecvență este un convertor de comutare cu un singur ciclu sau push-pull (invertor) cu un transformator de impulsuri. Variante ale circuitelor convertoare RF sunt prezentate în figură.

Circuit cu un singur capăt. În ciuda numărului minim de elemente de putere și a ușurinței de implementare, are mai multe dezavantaje.

1. Transformatorul din circuit funcționează într-o buclă de histerezis privată, ceea ce necesită o creștere a dimensiunii și a puterii generale;
2. Pentru a asigura puterea de ieșire, este necesar să se obțină o amplitudine semnificativă a curentului de impuls care curge prin comutatorul semiconductor.

Circuitul și-a găsit cea mai mare aplicație în dispozitivele de putere redusă, unde influența acestor dezavantaje nu este atât de semnificativă.

Pentru a schimba sau instala singur un nou contor, nu sunt necesare abilități speciale. Alegerea celui potrivit va asigura contorizarea corectă a consumului de curent și va crește securitatea rețelei electrice de acasă.

În condițiile moderne de asigurare a iluminatului atât în ​​interior, cât și în exterior, senzorii de mișcare sunt din ce în ce mai folosiți. Acest lucru nu numai că adaugă confort și comoditate caselor noastre, dar ne permite și să economisim semnificativ. Puteți afla sfaturi practice despre alegerea locului de instalare și scheme de conectare.

Circuit push-pull cu punctul central al transformatorului (push-pull). A primit al doilea nume din versiunea în limba engleză (push-pull) a fișei postului. Circuitul nu are dezavantajele versiunii cu un singur ciclu, dar are propriile sale - un design complicat al transformatorului (este necesară producerea de secțiuni identice ale înfășurării primare) și cerințe crescute pentru tensiunea maximă a comutatoarelor. În rest, soluția merită atenție și este utilizată pe scară largă în comutarea surselor de alimentare, realizată manual și nu numai.

Circuit de jumătate de punte push-pull. Parametrii circuitului sunt similari cu circuitul cu un punct de mijloc, dar nu necesită o configurație complexă a înfășurărilor transformatorului. Dezavantajul inerent al circuitului este necesitatea de a organiza punctul de mijloc al filtrului redresor, ceea ce presupune o creștere de patru ori a numărului de condensatori.

Datorită ușurinței sale de implementare, circuitul este cel mai utilizat în comutarea surselor de alimentare cu putere de până la 3 kW. La puteri mari, costul condensatorilor de filtru devine inacceptabil de mare în comparație cu comutatoarele cu invertor cu semiconductor, iar un circuit de punte se dovedește a fi cel mai profitabil.

Circuit de punte push-pull. Parametrii sunt similari cu alte circuite push-pull, dar nu este nevoie să creați „puncte medii” artificiale. Prețul pentru aceasta este dublu față de numărul de întrerupătoare de alimentare, ceea ce este benefic din punct de vedere economic și tehnic pentru construirea de surse puternice de impulsuri.

Selectarea comutatoarelor cu invertor se realizează în funcție de amplitudinea curentului colector (de scurgere) I KMAX și a tensiunii maxime colector-emițător U KEMAKH. Pentru calcul se utilizează puterea de sarcină și raportul de transformare al transformatorului de impulsuri.

Cu toate acestea, mai întâi trebuie să calculați transformatorul în sine. Transformatorul de impulsuri este realizat pe un miez din ferită, permalloy sau fier transformator răsucit într-un inel. Pentru puteri de până la câțiva kW, miezurile de ferită de tip inel sau în formă de W sunt destul de potrivite. Transformatorul este calculat pe baza puterii necesare și a frecvenței de conversie. Pentru a elimina aspectul zgomotului acustic, este recomandabil să mutați frecvența de conversie în afara domeniului audio (faceți-o peste 20 kHz).

Trebuie amintit că la frecvențe apropiate de 100 kHz, pierderile în miezurile magnetice de ferită cresc semnificativ. Calculul transformatorului în sine nu este dificil și poate fi găsit cu ușurință în literatură. Câteva rezultate pentru diferite surse de putere și circuite magnetice sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Calculul a fost făcut pentru o frecvență de conversie de 50 kHz. Este de remarcat faptul că atunci când funcționează la frecvențe înalte, are loc efectul deplasării curentului la suprafața conductorului, ceea ce duce la o scădere a ariei efective a înfășurării. Pentru a preveni acest tip de probleme și pentru a reduce pierderile în conductori, este necesar să se facă o înfășurare a mai multor conductori cu o secțiune transversală mai mică. La o frecvență de 50 kHz, diametrul admisibil al firului de înfășurare nu depășește 0,85 mm.

Cunoscând puterea de sarcină și raportul de transformare, puteți calcula curentul în înfășurarea primară a transformatorului și curentul maxim de colector al comutatorului de alimentare. Tensiunea de pe tranzistor în stare închisă este selectată mai mare decât tensiunea redresată furnizată la intrarea convertorului RF cu o anumită marjă (U KEMAKH >=400V). Pe baza acestor date, sunt selectate cheile. În prezent, cea mai bună opțiune este utilizarea tranzistoarelor de putere IGBT sau MOSFET.

Pentru diodele redresoare de pe partea secundară, trebuie respectată o regulă - frecvența lor maximă de funcționare trebuie să depășească frecvența de conversie. În caz contrar, eficiența redresorului de ieșire și a convertizorului în ansamblu va scădea semnificativ.

Videoclip despre realizarea unui dispozitiv simplu de alimentare cu impulsuri

Multe dispozitive electrice folosesc de mult principiul realizării puterii secundare prin utilizarea unor dispozitive suplimentare, cărora le sunt încredințate funcțiile de furnizare a energiei electrice circuitelor care necesită energie de la anumite tipuri de tensiune, frecvență, curent...

În acest scop, sunt create elemente suplimentare: conversia tensiunii de un tip la altul. Ei pot fi:

construit în interiorul carcasei consumatorului, ca pe multe dispozitive cu microprocesor;

sau realizate în module separate cu fire de conectare similare unui încărcător convențional de telefon mobil.

În ingineria electrică modernă, două principii de conversie a energiei pentru consumatorii de energie electrică, bazate pe:

1. utilizarea dispozitivelor transformatoare analogice pentru a transfera puterea la circuitul secundar;

2. comutarea surselor de alimentare.

Au diferențe fundamentale în proiectarea lor și funcționează folosind tehnologii diferite.

Surse de alimentare cu transformatoare

Inițial, au fost create doar astfel de modele. Ele modifică structura tensiunii datorită funcționării unui transformator de putere, alimentat dintr-o rețea casnică de 220 de volți, în care amplitudinea armonicii sinusoidale scade, care este apoi trimis către un dispozitiv redresor format din diode de putere, de obicei conectate într-un circuit de punte.

După aceasta, tensiunea pulsatorie este netezită de o capacitate conectată în paralel, selectată în funcție de puterea admisă și stabilizată de un circuit semiconductor cu tranzistori de putere.

Prin schimbarea poziției rezistențelor de reglare în circuitul de stabilizare, este posibilă reglarea tensiunii la bornele de ieșire.

Surse de alimentare comutate (UPS)

Astfel de dezvoltări de design au apărut în masă cu câteva decenii în urmă și au devenit din ce în ce mai populare în dispozitivele electrice datorită:

disponibilitatea componentelor comune;

fiabilitatea în execuție;

posibilități de extindere a domeniului de funcționare a tensiunilor de ieșire.

Aproape toate sursele de alimentare comutatoare diferă ușor în design și funcționează conform aceleiași scheme, tipice pentru alte dispozitive.

Principalele părți ale surselor de alimentare includ:

un redresor de rețea asamblat din: bobine de intrare, un filtru electromecanic care asigură respingerea zgomotului și izolarea statică de condensatoare, o siguranță de rețea și o punte de diode;

rezervor cu filtru de stocare;

tranzistor de putere cheie;

oscilator principal;

circuit de feedback realizat folosind tranzistori;

optocupler;

o sursă de alimentare cu comutație, din înfășurarea secundară a cărei tensiune emană pentru a fi transformată într-un circuit de putere;

diode redresoare ale circuitului de ieșire;

circuite de control al tensiunii de ieșire, de exemplu, 12 volți cu reglare efectuată folosind un optocupler și tranzistori;

condensatoare de filtrare;

bobine de putere care îndeplinesc rolul de corectare a tensiunii și diagnosticare în rețea;

conectori de ieșire.

În imagine este prezentat un exemplu de placă electronică a unei astfel de surse de alimentare comutatoare cu o scurtă denumire a bazei elementului.

Cum funcționează o sursă de alimentare comutată?

Sursa de comutare produce o tensiune de alimentare stabilizată prin utilizarea principiilor de interacțiune între elementele circuitului invertorului.

Tensiunea de rețea de 220 de volți este furnizată prin firele conectate la redresor. Amplitudinea sa este netezită de un filtru capacitiv prin utilizarea unor condensatoare care pot rezista la vârfuri de aproximativ 300 de volți și este separată de un filtru de zgomot.