Prekidački izvori napajanja (SMPS) su danas najšire korišteni i uspješno se koriste u svim modernim radio-elektronskim uređajima.
Na slici 3 prikazana je blok dijagram sklopnog napajanja napravljenog prema tradicionalnom kolu.Sekundarni ispravljači su izrađeni prema polutalasnom kolu. Imena ovih čvorova otkrivaju njihovu svrhu i nisu potrebna objašnjenja. Glavne komponente primarnog kola su: ulazni filter, ispravljač mrežnog napona i VF ispravljeni pretvarač napona napajanja sa transformatorom.
Filter za linijski ispravljač
Transformer
RF pretvarač
Sekundarni ispravljači
Ulazni filter
Slika 3 - Blok dijagram impulsnog napajanja
Glavni princip koji leži u osnovi rada IIP-a je transformacija mreže AC napon 220 volti i frekvencije 50 Hz u naizmjenični visokofrekventni pravougaoni napon, koji se transformiše na tražene vrijednosti, ispravlja i filtrira.
Konverzija se vrši pomoću moćnog tranzistora koji radi u prekidačkom režimu i impulsnog transformatora, koji zajedno čine krug RF pretvarača. Što se tiče dizajna kola, postoje dvije moguće opcije pretvarača: prva je napravljena prema impulsnom autooscilatornom krugu (na primjer, ovo se koristilo u UPS-u TV-a), a drugo sa eksterna kontrola(koristi se u većini modernih radio-elektronskih uređaja).
Budući da se frekvencija pretvarača obično bira od 18 do 50 kHz, dimenzije impulsnog transformatora, a samim tim i cjelokupnog napajanja, prilično su kompaktni, što je važan parametar za modernu opremu. Pojednostavljeni dijagram impulsa pretvarač sa eksternom kontrolom prikazan je na slici 4.
Slika 4 - Shematski dijagram impulsno napajanje sa jedinicom za napajanje.
Konvertor je napravljen na tranzistoru VT1 i transformatoru T1. Mrežni napon se preko mrežnog filtera (SF) dovodi do mrežnog ispravljača (SV), gdje se ispravlja, filtrira filterskim kondenzatorom (SF) i preko namota W1 transformatora T1 dovodi do kolektora tranzistora. VT1. Kada se pravokutni impuls primijeni na osnovno kolo tranzistora, tranzistor se otvara i kroz njega teče sve veća struja I j. Ista struja će teći kroz namotaj W1 transformatora T1, što će dovesti do povećanja magnetnog fluksa u jezgru transformatora, dok se emf samoindukcije indukuje u sekundarnom namotu W2 transformatora. Na kraju će se na izlazu diode VD pojaviti pozitivan napon. Štaviše, ako povećamo trajanje impulsa primijenjenog na bazu tranzistora VT1, napon u sekundarnom kolu će se povećati, jer više energije će se osloboditi, a ako se trajanje smanji, napon će se shodno tome smanjiti. Dakle, promjenom trajanja impulsa u osnovnom krugu tranzistora, možemo promijeniti izlazne napone sekundarnog namota T1, a samim tim i stabilizirati izlazne napone izvora napajanja. Jedino što je za to potrebno je sklop koji će generirati okidačke impulse i kontrolirati njihovo trajanje (latituda). Kao takav sklop koristi se PWM kontroler. PWM – modulacija širine impulsa.
Da bi se stabilizovao izlazni napon UPS-a, krug PWM kontrolera "mora znati" veličinu izlaznih napona. U ove svrhe koristi se lanac za praćenje (ili lanac). povratne informacije), napravljen na optospojnici U1 i otporniku R2. Povećanje napona u sekundarnom kolu transformatora T1 će dovesti do povećanja intenziteta LED zračenja, a samim tim i do smanjenja otpora spoja fototranzistora (dio optospojnika U1). Što će zauzvrat dovesti do povećanja pada napona na otporniku R2, koji je serijski povezan s fototranzistorom, i smanjenja napona na pinu 1 PWM kontrolera. Smanjenje napona uzrokuje da logičko kolo uključeno u PWM kontroler povećava trajanje impulsa sve dok napon na 1. pinu ne odgovara specificiranim parametrima. Kada se napon smanji, proces je obrnut.
UPS koristi dva principa za implementaciju kola za praćenje – „direktan“ i „indirektan“. Gore opisana metoda naziva se "direktna", budući da se povratni napon uklanja direktno iz sekundarnog ispravljača. Kod “indirektnog” praćenja, povratni napon se uklanja sa dodatnog namotaja impulsnog transformatora (slika 5).
Slika 5 - Šematski dijagram impulsnog napajanja sa jedinicom za napajanje.
Smanjenje ili povećanje napona na namotu W2 dovest će do promjene napona na namotu W3, koji se također primjenjuje preko otpornika R2 na pin 1 PWM kontrolera.
SMPS zaštita od kratkog spoja.
Kratki spoj (kratki spoj) u UPS opterećenje. U tom slučaju će se izgubiti sva energija dovedena u sekundarni krug UPS-a i izlazni napon će biti gotovo nula. Shodno tome, sklop PWM kontrolera će pokušati povećati trajanje impulsa kako bi podigao nivo ovog napona na odgovarajuću vrijednost. Kao rezultat toga, tranzistor VT1 će ostati otvoren sve duže, a struja koja teče kroz njega će se povećati. Na kraju, to će dovesti do kvara ovog tranzistora. UPS pruža zaštitu za tranzistor pretvarača od strujnih preopterećenja u takvim hitnim situacijama. Zasnovan je na otporniku Rprotection, serijski spojenom na kolo kroz koje teče struja kolektora Ik. Povećanje struje Ik koja teče kroz tranzistor VT1 dovest će do povećanja pada napona na ovom otporniku, a posljedično će se smanjiti i napon koji se dovodi na pin 2 PWM kontrolera. Kada ovaj napon padne na određeni nivo, koji odgovara maksimalnoj dozvoljenoj struji tranzistora, logičko kolo PWM kontrolera će prestati generirati impulse na pin 3 i napajanje će preći u zaštitni način ili, drugim riječima, uključiti isključeno.
U zaključku, potrebno je detaljno se zadržati na prednostima UPS-a. Kao što je već spomenuto, frekvencija impulsnog pretvarača je prilično visoka, pa su stoga ukupne dimenzije impulsnog transformatora smanjene, što znači, koliko god paradoksalno zvučalo, cijena UPS-a je manja od tradicionalnog napajanja jer manja potrošnja metala za magnetno jezgro i bakra za namotaje, iako se broj dijelova u UPS-u povećava. Još jedna prednost UPS-a je mali kapacitet kondenzatora filtera sekundarnog ispravljača u poređenju sa konvencionalnim napajanjem. Smanjenje kapacitivnosti je omogućeno povećanjem frekvencije. I konačno, efikasnost prekidačkog napajanja dostiže 80%. To je zbog činjenice da UPS troši energiju iz električne mreže samo kada je tranzistor pretvarača otvoren; kada je zatvoren, energija se prenosi na opterećenje zbog pražnjenja kondenzatora filtera sekundarnog kruga.
Nedostaci uključuju povećanu složenost UPS kola i povećanje pulsnog šuma koji emituje UPS. Povećanje smetnji nastaje zbog činjenice da tranzistor pretvarača radi u prekidačkom režimu. U ovom načinu rada, tranzistor je izvor pulsnog šuma koji se javlja tokom prolaznih procesa tranzistora. Ovo je nedostatak bilo kojeg tranzistora koji radi u prekidačkom načinu rada. Ali ako tranzistor radi sa niskim naponom (na primjer, tranzistorska logika sa naponom od 5V), to nije problem; u našem slučaju, napon koji se primjenjuje na kolektor tranzistora je približno 315 V. Za borbu protiv ove smetnje, UPS koristi složenije filtere mrežnih kola nego u konvencionalnom napajanju.
Opseg primjene prekidačkih izvora napajanja u svakodnevnom životu stalno se širi. Ovakvi izvori se koriste za napajanje sve moderne kućne i računarske opreme, za implementaciju besprekidnog napajanja, punjači za baterije za razne namjene, implementaciju niskonaponskih sistema rasvjete i za druge potrebe.
U nekim slučajevima kupovina gotovog izvora napajanja nije baš prihvatljiva s ekonomskog ili tehničkog gledišta i sastavljanje prekidačkog izvora vlastitim rukama je najbolji izlaz iz ove situacije. Ova opcija je pojednostavljena širokom dostupnošću modernog element baze po niskim cijenama.
Najpopularniji u svakodnevnom životu su pulsni izvori napajani standardna mreža naizmjenična struja i moćan niskonaponski izlaz. Blok dijagram takvog izvora prikazan je na slici.
CB mrežni ispravljač pretvara naizmjenični napon mreže za napajanje u jednosmjerni napon i izglađuje talase ispravljenog napona na izlazu. Visokofrekventni VChP pretvarač pretvara ispravljeni napon u naizmjenični ili unipolarni napon, koji ima oblik pravokutnih impulsa potrebne amplitude.
Zatim se ovaj napon, direktno ili nakon ispravljanja (VN), dovodi do filtera za izravnavanje, na čiji je izlaz priključeno opterećenje. VChP upravlja kontrolni sistem koji prima povratni signal od ispravljača opterećenja.
Ova struktura uređaja može biti kritikovana zbog prisustva nekoliko faza konverzije, što smanjuje efikasnost izvora. Međutim, pravilnim izborom poluvodičkih elemenata i kvalitetnim proračunom i izradom jedinica namota, nivo gubitaka snage u kolu je nizak, što omogućava postizanje stvarnih vrijednosti efikasnosti iznad 90%.
Šematski dijagrami prekidačkih izvora napajanja
Rješenja za strukturne blokove uključuju ne samo obrazloženje za izbor opcija implementacije kola, već i praktične preporuke odabirom glavnih elemenata.
Za ispravljanje jednofaznog mrežnog napona koristite jednu od tri klasične sheme prikazane na slici:
- poluval;
- nula (puni talasi sa srednjom tačkom);
- polutalasni most.
Svaki od njih ima prednosti i nedostatke koji određuju opseg primjene.
Polutalasni krug Odlikuje se lakoćom implementacije i minimalnim brojem poluvodičkih komponenti. Glavni nedostaci ovakvog ispravljača su značajna količina valovitosti izlaznog napona (u ispravljenom postoji samo jedan poluval mrežnog napona) i nizak koeficijent ispravljanja.
Faktor ispravljanja Kv određen omjerom prosječnog napona na izlazu ispravljača Udk efektivna vrijednost napona fazne mreže Uph.
Za polutalasno kolo Kv=0,45.
Da bi se izgladilo talasanje na izlazu takvog ispravljača, potrebni su snažni filteri.
Nulti ili punovalni krug sa srednjom tačkom, iako zahtijeva dvostruko veći broj ispravljačkih dioda, međutim, ovaj nedostatak je u velikoj mjeri nadoknađen nižim nivoom talasanja ispravljenog napona i povećanjem koeficijenta ispravljanja na 0,9.
Glavni nedostatak takve sheme za korištenje u domaćim uvjetima je potreba da se organizira središnja tačka mrežnog napona, što podrazumijeva prisutnost mrežnog transformatora. Ispostavilo se da su njegove dimenzije i težina nespojive s idejom malog domaćeg pulsnog izvora.
Punovalni mostni krug ispravljanje ima iste indikatore u pogledu nivoa talasanja i koeficijenta ispravljanja kao i nulti krug, ali ne zahtijeva mrežnu vezu. Ovo također kompenzira glavni nedostatak - udvostručen broj ispravljačkih dioda, kako u smislu efikasnosti tako i cijene.
Da biste izgladili ispravljene talase napona, najbolje rješenje je korištenje kapacitivnog filtera. Njegova upotreba vam omogućava da podignete vrijednost ispravljenog napona na vrijednost amplitude mreže (pri Uph = 220V Ufm = 314V). Smatra se da su nedostaci takvog filtera velike količine pulsne struje elementi ispravljača, ali ovaj nedostatak nije kritičan.
Izbor ispravljačkih dioda vrši se prema prosječnoj pravoj struji Ia i maksimalnom obrnutom naponu U BM.
Uzimajući vrijednost koeficijenta valovitosti izlaznog napona Kp = 10%, dobijamo srednju vrijednost ispravljenog napona Ud = 300V. Uzimajući u obzir snagu opterećenja i efikasnost RF pretvarača (za proračun je uzeto 80%, ali u praksi će biti više, to će omogućiti određenu marginu).
Ia je prosječna struja ispravljačke diode, Rn je snaga opterećenja, η je efikasnost VF pretvarača.
Maksimum obrnuti napon Ispravljački element ne prelazi vrijednost amplitude mrežnog napona (314V), što omogućava korištenje komponenti vrijednosti U BM =400V sa značajnom marginom. Možete koristiti i diskretne diode i gotove ispravljačke mostove raznih proizvođača.
Da bi se osiguralo dato (10%) talasanje na izlazu ispravljača, kapacitivnost filterskih kondenzatora uzima se po stopi od 1 μF po 1 W izlazne snage. Koriste se elektrolitički kondenzatori sa maksimalnim naponom od najmanje 350V. Filter kontejneri za raznih kapaciteta date su u tabeli.
Visokofrekventni pretvarač: njegove funkcije i sklopovi
Visokofrekventni pretvarač je jednociklični ili push-pull prekidač (inverter) sa impulsnim transformatorom. Varijante kola RF pretvarača prikazane su na slici.
Jednostruko kolo. Unatoč minimalnom broju elemenata za napajanje i jednostavnosti implementacije, ima nekoliko nedostataka.
- Transformator u krugu radi u privatnoj histereznoj petlji, što zahtijeva povećanje njegove veličine i ukupne snage;
- Da bi se osigurala izlazna snaga, potrebno je dobiti značajnu amplitudu impulsne struje koja teče kroz poluvodički prekidač.
Kolo je svoju najveću primjenu našlo u uređajima male snage, gdje utjecaj ovih nedostataka nije toliko značajan.
Da biste sami promijenili ili instalirali novi mjerač, nisu potrebne posebne vještine. Odabirom pravog osigurat ćete ispravno mjerenje trenutne potrošnje i povećati sigurnost vaše kućne električne mreže.
U savremenim uslovima obezbeđivanja osvetljenja kako u zatvorenom tako i na otvorenom, senzori pokreta se sve više koriste. Ovo ne samo da dodaje udobnost i udobnost našim domovima, već nam omogućava i značajnu uštedu. Možete saznati praktične savjete o odabiru lokacije za ugradnju i dijagrame povezivanja.
Push-pull kolo sa srednjom tačkom transformatora (push-pull). Svoje drugo ime dobio je po engleskoj verziji (push-pull) opisa posla. Krug nema nedostataka jednociklične verzije, ali ima svoje - kompliciran dizajn transformatora (potrebna je proizvodnja identičnih dijelova primarnog namota) i povećani zahtjevi za maksimalni napon ključevi. Inače, rješenje zaslužuje pažnju i naširoko se koristi u prekidačkim izvorima napajanja, napravljenim ručno i ne samo.
Push-pull polumosni krug. Parametri kola su slični krugu sa srednjom tačkom, ali ne zahtijeva složenu konfiguraciju namota transformatora. Inherentni nedostatak kruga je potreba da se organizira srednja točka ispravljačkog filtera, što podrazumijeva četverostruko povećanje broja kondenzatora.
Zbog svoje lakoće implementacije, krug se najviše koristi u prekidačkim izvorima napajanja snage do 3 kW. At visokih kapaciteta cijena filtarskih kondenzatora postaje neprihvatljivo visoka u usporedbi s poluvodičkim inverterskim prekidačima, a mostni krug se ispostavlja najprofitabilnijim.
Push-pull mostni krug. Parametri su slični drugim push-pull sklopovima, ali nema potrebe za stvaranjem umjetnih „središta“. Cijena za to je dvostruko veći broj prekidača za napajanje, što je s ekonomskog i tehničkog gledišta korisno za izgradnju moćnih pulsni izvori.
Odabir invertorskih prekidača vrši se prema amplitudi kolektorske (drejn) struje I KMAX i maksimalnog napona kolektor-emiter U KEMAKH. Za proračun se koristi snaga opterećenja i omjer transformacije impulsnog transformatora.
Međutim, prvo je potrebno izračunati sam transformator. Impulsni transformator je napravljen na jezgri od ferita, permaloja ili transformatorskog gvožđa uvijenog u prsten. Za snage do nekoliko kW prilično su prikladne feritne jezgre prstenastog ili W-oblika. Transformator se izračunava na osnovu potrebne snage i frekvencije konverzije. Da biste eliminisali pojavu akustičnog šuma, preporučljivo je da se frekvencija konverzije pomeri izvan audio opsega (neka bude iznad 20 kHz).
Mora se imati na umu da se na frekvencijama blizu 100 kHz gubici u feritnim magnetnim jezgrama značajno povećavaju. Proračun samog transformatora nije težak i lako se može naći u literaturi. Neki rezultati za različite snage izvora i magnetna kola dati su u tabeli ispod.
Proračun je napravljen za frekvenciju konverzije od 50 kHz. Vrijedi napomenuti da pri radu na visokim frekvencijama dolazi do efekta pomaka struje na površinu vodiča, što dovodi do smanjenja efektivno područje namotaja Da bi se spriječile ovakve smetnje i smanjili gubici u provodnicima, potrebno je napraviti namotaj od nekoliko vodiča manjeg poprečnog presjeka. Na frekvenciji od 50 kHz, dozvoljeni prečnik žice za namotaje ne prelazi 0,85 mm.
Poznavajući snagu opterećenja i omjer transformacije, možete izračunati struju u primarnom namotu transformatora i maksimalnu struju kolektora prekidača za napajanje. Napon na tranzistoru u zatvorenom stanju se bira viši od ispravljenog napona koji se dovodi na ulaz RF pretvarača sa određenom marginom (U KEMAKH >=400V). Na osnovu ovih podataka biraju se ključevi. Trenutno najbolja opcija je upotreba IGBT ili MOSFET tranzistora snage.
Za ispravljačke diode na sekundarnoj strani, mora se poštovati jedno pravilo - njihova maksimalna radna frekvencija mora biti veća od frekvencije konverzije. U suprotnom će se efikasnost izlaznog ispravljača i pretvarača u cjelini značajno smanjiti.
Video o izradi jednostavnog impulsnog uređaja za napajanje
Prekidačko napajanje- Ovo inverterski sistem, u kojem se ulazni AC napon ispravlja, a zatim se rezultirajući DC napon pretvara u impulse visoka frekvencija i podešeni radni ciklus, koji se obično napajaju impulsnom transformatoru.
Impulsni transformatori se proizvode po istom principu kao niskofrekventni transformatori, samo što jezgra nije čelična (čelične ploče), već feromagnetni materijali - feritna jezgra.
Rice. Kako radi prekidačko napajanje?
Preklopni izlazni napon napajanja stabilizovano, to se radi putem negativne povratne informacije, što vam omogućava da zadržite izlazni napon na istom nivou čak i kada se promijeni ulazni napon i snaga opterećenja na izlazu jedinice.
Obrnuto negativnu vezu može se implementirati pomoću jednog od dodatnih namotaja u impulsnom transformatoru, ili pomoću optokaplera koji je spojen na izlazna kola izvora napajanja. Korištenje optokaplera ili jednog od namotaja transformatora omogućava implementaciju galvansku izolaciju iz mreže naizmjeničnog napona.
Glavne prednosti prekidačkog napajanja (SMPS):
- mala težina konstrukcije;
- male veličine;
- velika snaga;
- visoka efikasnost;
- jeftino;
- visoka stabilnost;
- širok raspon napona napajanja;
- mnogo gotovih komponentnih rješenja.
Nedostaci SMPS-a uključuju činjenicu da su takva napajanja izvori smetnji, a to je zbog principa rada kruga pretvarača. Da bi se ovaj nedostatak djelomično eliminirao, koristi se oklop kruga. Također, zbog ovog nedostatka, u nekim uređajima upotreba ovog tipa napajanje nije moguće.
Prekidački izvori napajanja postali su gotovo neizostavan atribut svakog modernog kućanskih aparata potrošnja energije iz mreže veća od 100 W. Računari, televizori i monitori spadaju u ovu kategoriju.
Za stvaranje prekidačkih izvora napajanja, čiji će primjeri specifičnih implementacija biti dati u nastavku, koriste se posebna rješenja krugova.
Dakle, da bi se eliminisale prolazne struje kroz izlazne tranzistore nekih prekidačkih izvora napajanja, koristi se poseban oblik impulsa, odnosno pravokutni bipolarni impulsi s vremenskim intervalom između njih.
Trajanje ovog intervala mora biti duže od vremena resorpcije manjinskih nosilaca u bazi izlaznih tranzistora, inače će se ti tranzistori oštetiti. Širina kontrolnih impulsa može se mijenjati korištenjem povratne sprege za stabilizaciju izlaznog napona.
Obično se koriste kako bi osigurali pouzdanost u prekidačkim izvorima napajanja tranzistori visokog napona, što zbog tehnološke karakteristike ne razlikuju se na bolje (imaju niske frekvencije komutacija, niski koeficijenti prijenosa struje, značajne struje curenja, veliki padovi napona na kolektorskom spoju u otvorenom stanju).
Ovo posebno vrijedi za sada zastarjele modele domaćih tranzistora kao što su KT809, KT812, KT826, KT828 i mnogi drugi. Vrijedi reći da u poslednjih godina pojavila se dostojna zamjena bipolarni tranzistori, koji se tradicionalno koristi u izlaznim fazama prekidačkih izvora napajanja.
Riječ je o specijalnim visokonaponskim tranzistorima sa efektom polja domaće i uglavnom strane proizvodnje. Osim toga, postoje brojni mikro krugovi za prebacivanje napajanja.
Krug generatora impulsa podesive širine
Bipolarni simetrični impulsi podesive širine mogu se dobiti pomoću generatora impulsa prema shemi na slici 1. Uređaj se može koristiti u krugovima za automatsko regulaciju izlazne snage prekidačkih izvora napajanja. DD1 čip (K561LE5/K561 LAT) sadrži pravougaoni generator impulsa sa radnim ciklusom od 2.
Simetrija generiranih impulsa postiže se podešavanjem otpornika R1. Radna frekvencija generator (44 kHz), ako je potrebno, može se promijeniti odabirom kapacitivnosti kondenzatora C1.
Rice. 1. Kolo oblikovalnika bipolarnih simetričnih impulsa podesivog trajanja.
Komparatori napona su montirani na elementima DA1.1, DA1.3 (K561KTZ); na DA1.2, DA1.4 - izlazni ključevi. Ulazi komparatorskih sklopki DA1.1, DA1.3 se napajaju u antifazi kroz formiranje RC diodnih lanaca (R3, C2, VD2 i R6, SZ, VD5) kvadratni impulsi.
Punjenje kondenzatora C2, SZ odvija se po eksponencijalnom zakonu kroz R3 i R5, redom; pražnjenje - gotovo trenutno kroz diode VD2 i VD5. Kada napon na kondenzatoru C2 ili SZ dostigne radni prag komparatorskih prekidača DA1.1 ili DA1.3, oni se uključuju, a otpornici R9 i R10, kao i kontrolni ulazi ključeva DA1.2 i DA1.4, spojeni su na pozitivni pol izvorne ishrane.
S obzirom da su prekidači uključeni u antifazi, takvo prebacivanje se odvija striktno jedno po jedno, sa pauzom između impulsa, čime se eliminiše mogućnost da struja teče kroz prekidače DA1.2 i DA1.4 i njima upravljane tranzistore pretvarača, ako je bipolarni impulsni generator se koristi u strujnom strujnom kolu.
Glatko upravljanje širinom impulsa vrši se istovremenom primjenom startnog (početnog) napona na ulaze komparatora (kondenzatori C2, SZ) sa potenciometra R5 preko diodnih otpornih lanaca VD3, R7 i VD4, R8. Maksimalni nivo upravljačkog napona (maksimalna širina izlaznog impulsa) se postavlja izborom otpornika R4.
Otpor opterećenja se može povezati pomoću mosnog kola - između priključne tačke elemenata DA1.2, DA1.4 i kondenzatora Ca, Cb. Impulsi iz generatora se također mogu primijeniti na tranzistorsko pojačalo moć.
Prilikom korištenja bipolarnog generatora impulsa u krugu prekidačkog napajanja, otporni djelitelj R4, R5 bi trebao uključivati regulatorni element - tranzistor s efektom polja, fotodiodu optokaplera, itd., koji omogućava, kada se struja opterećenja smanjuje/povećava, da se automatski podešava širinu generiranog impulsa, čime se kontrolira snaga izlaznog pretvarača.
Kao primjer praktična implementacija Dajemo opise i dijagrame nekih od njih za prekidačka napajanja.
Prekidački krug napajanja
Prekidačko napajanje(Sl. 2) sastoji se od ispravljača mrežnog napona, glavnog oscilatora, pravougaonog oblikovača impulsa podesivog trajanja, dvostepenog pojačala snage, izlaznih ispravljača i kola za stabilizaciju izlaznog napona.
Glavni oscilator je napravljen na mikrokolu tipa K555LAZ (elementi DDI .1, DDI .2) i proizvodi pravougaone impulse frekvencije 150 kHz. RS okidač je sastavljen na elementima DD1.3, DD1.4, čija je izlazna frekvencija upola niža - 75 kHz. Jedinica za upravljanje trajanjem impulsa je implementirana na mikrokolo tipa K555LI1 (elementi DD2.1, DD2.2), a trajanje se podešava pomoću optokaplera U1.
Izlazni stepen komutatora za oblikovanje impulsa se sklapa pomoću elemenata DD2.3, DD2.4. Maksimalna snaga na izlazu oblikovača impulsa dostiže 40 mW. Predpojačalo Snaga se vrši na tranzistorima VT1, VT2 tipa KT645A, a konačna - na tranzistorima VT3, VT4 tipa KT828 ili modernijim. Izlazna snaga kaskada je 2 i 60...65 W, respektivno.
Kolo za stabilizaciju izlaznog napona sastavlja se pomoću tranzistora VT5, VT6 i optospojnika U1. Ako je napon na izlazu napajanja ispod normalnog (12 V), zener diode VD19, VD20 (KS182+KS139) su zatvorene, tranzistor VT5 je zatvoren, tranzistor VT6 je otvoren, struja teče kroz LED (U1 .2) optokaplera, ograničen otporom R14; Otpor fotodiode (U1.1) optokaplera je minimalan.
Signal koji se uzima sa izlaza elementa DD2.1 i dovodi na ulaze koincidencijalnog kola DD2.2 direktno i preko podesivog elementa za kašnjenje (R3 - R5, C4, VD2, U1.1), zbog svoje male vremenske konstante , dolazi gotovo istovremeno na ulaze sklopa poklapanja (element DD2.2).
Na izlazu ovog elementa formiraju se široki kontrolni impulsi. Na primarnom namotaju transformatora T1 (izlazi elemenata DD2.3, DD2.4) formiraju se bipolarni impulsi podesivog trajanja.
Rice. 2. Preklopni krug napajanja.
Ako iz bilo kojeg razloga napon na izlazu napajanja poraste iznad normalnog, struja će početi teći kroz zener diode VD19, VD20, tranzistor VT5 će se lagano otvoriti, VT6 će se zatvoriti, smanjujući struju kroz LED diode optokaplera U1.2 .
U ovom slučaju raste otpor fotodiode optokaplera U1.1. Trajanje kontrolnih impulsa se smanjuje, a izlazni napon (snaga) se smanjuje. Kada je opterećenje kratko spojeno, LED dioda optokaplera se gasi, otpor fotodiode optokaplera je maksimalan, a trajanje kontrolnih impulsa je minimalno. Dugme SB1 je dizajnirano za pokretanje kola.
Pri maksimalnom trajanju, pozitivni i negativni kontrolni impulsi se ne preklapaju u vremenu, jer postoji vremenski razmak između njih zbog prisustva otpornika R3 u krugu formiranja.
Ovo smanjuje vjerovatnoću da prolazne struje teku kroz izlazne tranzistore relativno niske frekvencije završnog stupnja pojačanja snage, koji imaju veliko vrijeme resorpcija viška nosača u osnovna tranzicija. Izlazni tranzistori su instalirani na rebraste hladnjake površine najmanje 200 cm^2. Preporučljivo je ugraditi otpore od 10...51 Ohma u bazna kola ovih tranzistora.
Stupnjevi pojačanja snage i sklop za generiranje bipolarnih impulsa napajaju se ispravljačima napravljenim na diodama VD5 - VD12 i elementima R9 - R11, C6 - C9, C12, VD3, VD4.
Transformatori T1, T2 su izrađeni na feritnim prstenovima K10x6x4,5 ZOOONM; TZ - K28x16x9 ZOOONM. Primarni namotaj transformatora T1 sadrži 165 zavoja PELSHO 0,12 žice, sekundarni namotaj sadrži 2×65 zavoja PEL-2 0,45 (namotaj u dvije žice).
Primarni namotaj transformatora T2 sadrži 165 zavoja PEV-2 0,15 mm žice, sekundarni namoti sadrže 2x40 zavoja iste žice. Primarni namotaj TZ transformatora sadrži 31 zavoj žice MGShV, uvučene u kambrik i poprečnog presjeka od 0,35 mm^2, sekundarni namotaj ima 3 × 6 zavoja žice PEV-2 1,28 mm ( paralelna veza). Prilikom spajanja namotaja transformatora potrebno ih je pravilno fazirati. Počeci namotaja prikazani su na slici sa zvjezdicama.
Napajanje radi u opsegu mrežnog napona od 130…250 V. Maksimalna izlazna snaga sa simetričnim opterećenjem dostiže 60…65 W (stabilizirani napon pozitivnog i negativnog polariteta 12 S i stabilizirani AC napon frekvencije 75 kHz, uklonjen sa sekundarnog namota transformatora T3) . Napon talasanja na izlazu napajanja ne prelazi 0,6 V.
Prilikom postavljanja izvora napajanja, mrežni napon se na njega dovodi preko izolacijskog transformatora ili ferorezonantnog stabilizatora s izlazom izoliranim od mreže. Svo ponovno lemljenje u izvoru može se obaviti samo kada je uređaj potpuno isključen iz mreže.
Preporučljivo je da se prilikom postavljanja uređaja u seriju sa izlaznim stepenom uključi sijalica sa žarnom niti od 60 W 220 V. Ova lampa će zaštititi izlazne tranzistore u slučaju greške u instalaciji. Optocoupler U1 mora imati napon proboja izolacije od najmanje 400 V. Rad uređaja bez opterećenja nije dozvoljen.
Mrežno prekidačko napajanje
Mrežno prekidačko napajanje (slika 3) je projektovano za telefonski aparati sa automatskim identifikacijom pozivaoca ili za druge uređaje sa potrošnjom energije od 3...5W, napajane naponom od 5...24V.
Napajanje je zaštićeno od kratkog spoja na izlazu. Nestabilnost izlaznog napona ne prelazi 5% kada se napon napajanja promijeni sa 150 na 240 V i struja opterećenja unutar 20...100% nominalne vrijednosti.
Kontrolisani generator impulsa daje signal frekvencije od 25...30 kHz na osnovu VT3 tranzistora.
Prigušnice L1, L2 i L3 su namotane na magnetna jezgra tipa K10x6x3 od presovane permaloje MP140. Namotaji induktora L1, L2 sadrže 20 zavoja PETV žice od 0,35 mm i svaki se nalazi na svojoj polovini prstena sa razmakom između namotaja od najmanje 1 mm.
Prigušnica L3 je namotana sa PETV žicom od 0,63 mm za okretanje u jednom sloju duž unutrašnjeg perimetra prstena. Transformator T1 je napravljen na magnetnom jezgru B22 od ferita M2000NM1.
Rice. 3. Dijagram mrežnog prekidačkog napajanja.
Njegovi namotaji su namotani na sklopivi okvir okretanjem PETV žicom i impregnirani ljepilom. Prvi namotaj I je namotan u nekoliko slojeva, koji sadrži 260 zavoja žice od 0,12 mm. Zaštitni namotaj sa jednim terminalom je namotan istom žicom (slika 3 pokazuje tačkasta linija), zatim nanesite BF-2 ljepilo i umotajte ga u jedan sloj Lakot-Kanija.
Namotaj III je namotan žicom od 0,56 mm. Za izlazni napon od 5V sadrži 13 zavoja. Namotaj II je zadnji. Sadrži 22 zavoja žice 0,15...0,18 mm. Između čaša je obezbeđen nemagnetni razmak.
Izvor konstantnog napona visokog napona
Za stvaranje visokog napona (30...35 kV pri struji opterećenja do 1 mA) za napajanje elektroefluvijalnog lustera (luster A.L. Chizhevskog), dizajniran je izvor napajanja jednosmerna struja zasnovano specijalizovani čip tip K1182GGZ.
Napajanje se sastoji od mrežnog ispravljača napona diodni most VD1, filter kondenzator C1 i visokonaponski polumosni autooscilator na DA1 čipu tipa K1182GGZ. DA1 čip, zajedno sa transformatorom T1, pretvara direktni ispravljeni mrežni napon u visokofrekventni (30...50 kHz) impulsni napon.
Ispravljeni mrežni napon se dovodi u mikrokolo DA1, a startno kolo R2, C2 pokreće samooscilator mikrokola. Lanci R3, SZ i R4, C4 postavljaju frekvenciju generatora. Otpornici R3 i R4 stabiliziraju trajanje poluciklusa generiranih impulsa. Izlazni napon se povećava namotajem L4 transformatora i dovodi do množitelja napona pomoću dioda VD2 - VD7 i kondenzatora C7 - C12. Ispravljeni napon se dovodi do opterećenja preko ograničavajućeg otpornika R5.
Linijski filter kondenzator C1 je dizajniran za radni napon od 450 V (K50-29), C2 - bilo koje vrste za napon od 30 V. Kondenzatori C5, C6 se biraju u rasponu od 0,022...0,22 μF za napon od najmanje 250 V (K71-7, K73 -17). Multiplikatori C7 - C12 tip KVI-3 za napon 10 kV. Moguće ga je zamijeniti kondenzatorima tipova K15-4, K73-4, POV i drugim sa radnim naponom od 10 kV ili više.
Rice. 4. Šema strujnog kruga visokonaponskog DC napajanja.
Visokonaponske diode VD2 - VD7 tipa KTs106G (KTs105D). Ograničavajući otpornik R5 tip KEV-1. Može se zamijeniti sa tri otpornika tipa MLT-2 od 10 MOhm svaki.
Kao transformator koristi se televizijski transformator, na primjer TVS-110LA. Visokonaponski namotaj se ostavlja, ostali se uklanjaju i na njihovo mjesto se postavljaju novi namoti. Namotaji L1, L3 sadrže po 7 zavoja PEL žice od 0,2 mm, a namotaj L2 sadrži 90 zavoja iste žice.
Preporučljivo je uključiti lanac otpornika R5, koji ograničava struju kratkog spoja, u "negativnu" žicu, koja je spojena na luster. Ova žica mora imati visokonaponsku izolaciju.
Korektor faktora snage
Uređaj, nazvan korektor faktora snage (slika 5), sastavljen je na bazi specijalizovanog mikrokola TOP202YA3 (Power Integration) i obezbeđuje faktor snage od najmanje 0,95 sa snagom opterećenja od 65 W. Korektor dovodi oblik struje koju troši opterećenje bliže sinusoidnom.
Rice. 5. Krug korektora faktora snage na bazi mikrokola TOP202YA3.
Maksimalni ulazni napon je 265 V. Prosječna frekvencija pretvarača je 100 kHz. Efikasnost korektora je 0,95.
Prekidačko napajanje sa mikro krugom
Dijagram napajanja sa mikro krugom iste kompanije Power Integration prikazan je na Sl. 6. Uređaj koristi poluprovodnički limitator napona- 1.5KE250A.
Pretvarač obezbeđuje galvansku izolaciju izlaznog napona od mrežnog napona. Sa ocjenama i elementima navedenim na dijagramu, uređaj vam omogućava da povežete opterećenje koje troši 20 W pri naponu od 24 V. Efikasnost pretvarača se približava 90%. Frekvencija konverzije - 100 Hz. Uređaj je zaštićen od kratki spojevi pod opterećenjem.
Rice. 6. Šema strujnog kruga 24V prekidačkog napajanja na mikrokolo iz Power Integration.
Izlazna snaga pretvarača određena je tipom mikrokola koji se koristi, čije su glavne karakteristike date u tabeli 1.
Tabela 1. Karakteristike mikrokola serije TOP221Y - TOP227Y.
Jednostavan i visoko efikasan pretvarač napona
Zasnovano na jednom od TOP200/204/214 mikrokola kompanije Power Integration, jednostavna i visoko efikasan naponski pretvarač(slika 7) sa izlaznom snagom do 100 W.
Rice. 7. Kolo impulsnog Buck-Boost pretvarača na bazi mikrokola TOP200/204/214.
Konvertor sadrži mrežni filter(C1, L1, L2), mostni ispravljač (VD1 - VD4), sam pretvarač U1, kolo za stabilizaciju izlaznog napona, ispravljači i izlazni LC filter.
Ulazni filter L1, L2 je namotan u dvije žice na feritnom prstenu M2000 (2×8 zavoja). Induktivnost rezultirajućeg namotaja je 18...40 mH. T1 transformator je napravljen na feritnom jezgru sa standardnim ETD34 okvirom iz Siemensa ili Matsushite, iako se mogu koristiti i druga uvozna jezgra kao što su EP, EC, EF ili domaća feritna jezgra W oblika M2000.
Namotaj I ima 4×90 zavoja PEV-2 0,15 mm; II - 3x6 iste žice; III - 2×21 okreta PEV-2 0,35 mm. Svi namotaji su namotani zavoj za zavoj. Između slojeva mora biti osigurana pouzdana izolacija.
Za razliku od tradicionalnih linearnih izvora napajanja, koji uključuju gašenje viška nestabiliziranog napona na prolaznom linearnom elementu, impulsni izvori napajanja koriste druge metode i fizičke pojave za generisanje stabilizovanog napona, i to: efekat akumulacije energije u induktorima, kao i mogućnost visokofrekventne transformacije i konverzije akumulirane energije u jednosmerni napon. Postoje tri tipična kola za izgradnju impulsnih izvora napajanja: pojačanje (izlazni napon veći od ulaznog) Sl. 1,
Rice. 1. Povećajte prekidačko napajanje (Uout>Uin).
smanjenje (izlazni napon niži od ulaznog)
Rice. 2. Step-down prekidačko napajanje (Uout
Step-down prekidačko napajanje (Uout
Rice. 3. Invertujuće prekidačko napajanje (Uout
Kao što se vidi sa slike, razlikuju se samo po načinu povezivanja induktivnosti, u suprotnom princip rada ostaje nepromijenjen, tj.
Ključni element (obično bipolarni ili MOS tranzistori), koji radi na frekvenciji reda 20-100 kHz, periodično kratko vrijeme (ne više od 50% vremena) primjenjuje puni ulazni nestabilizirani napon na induktor. Pulsna struja. protok kroz zavojnicu osigurava akumulaciju rezervi energije u njegovom magnetskom polju od 1/2LI^2 pri svakom impulsu. - Ovako pohranjena energija sa zavojnice se prenosi na opterećenje (bilo direktno, pomoću ispravljačke diode, ili kroz sekundarni namotaj sa naknadnim ispravljanjem), kondenzator izlaznog filtera za izravnavanje osigurava konstantnost izlaznog napona i struje. Osigurana je stabilizacija izlaznog napona automatsko podešavanješirina ili stopa ponavljanja pulsa per ključni element(krug povratne sprege je dizajniran za praćenje izlaznog napona).
Ova, iako prilično složena, shema može značajno povećati efikasnost cijelog uređaja. Poenta je da, u u ovom slučaju, osim samog opterećenja, u strujnom kolu nema energetskih elemenata koji rasipaju značajnu snagu. Ključni tranzistori rade u režimu zasićenog prekidača (tj. pad napona na njima je mali) i rasipaju snagu samo u prilično kratkim vremenskim intervalima (vrijeme impulsa). Osim toga, povećanjem frekvencije konverzije moguće je značajno povećati snagu i poboljšati karakteristike težine i veličine.
Važna tehnološka prednost impulsnih izvora napajanja je mogućnost izgradnje na njihovoj osnovi malih mrežnih izvora napajanja s galvanskom izolacijom od mreže za napajanje širokog spektra opreme. Takvi izvori napajanja su izgrađeni bez upotrebe glomaznog niskofrekventnog energetskog transformatora pomoću kola visokofrekventnog pretvarača. Ovo je, u stvari, tipično sklopno strujno kolo sa redukcijom napona, gdje se kao ulazni napon koristi ispravljeni mrežni napon, a kao skladišni element koristi se visokofrekventni transformator (male veličine i visoke efikasnosti), od sekundarni namotaj čiji se izlazni stabilizovani napon uklanja (ovaj transformator takođe obezbeđuje galvansku izolaciju od mreže).
Nedostaci impulsnog napajanja uključuju: prisustvo visoki nivo impulsni šum na izlazu, visoka složenost i niska pouzdanost (posebno u zanatskoj proizvodnji), potreba za korištenjem skupih visokonaponskih, visokofrekventnih komponenti, koje u slučaju najmanjeg kvara lako "masovno" otkazuju (u ovom slučaju po pravilu se mogu uočiti impresivni pirotehnički efekti). Oni koji vole udubljivati se u unutrašnjost uređaja pomoću odvijača i lemilice morat će biti izuzetno oprezni pri dizajniranju mrežnih prekidača napajanja, jer su mnogi elementi takvih kola pod visokim naponom.
PULSNA NAPAJANJA
Poznato je da su izvori napajanja sastavni dio radiotehničkih uređaja, koji podliježu nizu zahtjeva; predstavljaju kompleks elemenata, instrumenata i aparata koji generišu električnu energiju i pretvaraju je u oblik neophodan za obezbeđivanje potrebnih uslova rada radio uređaja.
Izvori energije se dijele u dvije grupe: primarni i sekundarni izvori energije: Primarni izvori su uređaji koji pretvaraju različite vrste energije u električnu energiju (generatori električnih mašina, elektrohemijski izvori struje, fotoelektrični i termoelektrični pretvarači itd.).
Sekundarni energetski uređaji su pretvarači istog tipa električna energija drugome. To uključuje: AC-DC pretvarače napona (ispravljač); AC naponski pretvarači (transformatori); pretvarači DC napon na AC (invertori).
Napajanja trenutno čine 30 do 70% ukupne mase i zapremine elektronske opreme. Stoga je problem stvaranja minijaturnog, laganog i pouzdanog uređaja za napajanje s dobrim tehničkim i ekonomskim pokazateljima važan i relevantan. Ovaj rad je posvećen razvoju sekundarnog izvora energije (SPS) minimalne težine i veličine i visokih tehničkih karakteristika.
Preduslov za projektovanje sekundarnih izvora napajanja je jasno poznavanje zahteva za njih. Ovi zahtjevi su veoma raznoliki i određeni su operativnim karakteristikama onih REA kompleksa koji se napajaju datim OIE. Glavni zahtjevi su: za dizajn - pouzdanost, mogućnost održavanja, ograničenja veličine i težine, termički uslovi; tehničkim i ekonomskim karakteristikama - troškovima i proizvodnosti.
Glavni pravci za poboljšanje težine, veličine i tehničko-ekonomskih pokazatelja IP: upotreba najnovijih električnih materijala; primjena elementarne baze primjenom integralno-hibridne tehnologije; povećanje frekvencije konverzije električne energije; traži nova učinkovita rješenja kola. Za odabir strujnog kruga izvršena je analiza efikasnosti korištenja prekidačkih izvora napajanja (PSS) u poređenju sa energetskim PS izrađenim tradicionalnom tehnologijom.
Glavni nedostaci energetskih transformatora su njihova velika težina i dimenzije, kao i značajan uticaj na druge elektronske uređaje jake magnetsko polje energetski transformatori. Problem kod SMPS-a je njihovo stvaranje visokofrekventnih smetnji, a kao posljedica toga i elektromagnetna nekompatibilnost sa određenim vrstama elektronske opreme. Analiza je pokazala da SMPS najpotpunije ispunjavaju zahtjeve, što potvrđuje njihova široka upotreba u REA.
U radu se razmatra SMPS od 800 W, koji se razlikuje od ostalih SMPS-a po upotrebi u pretvaraču tranzistori sa efektom polja i transformator sa primarnim namotom koji ima srednji terminal. Tranzistori sa efektom polja pružaju veću efikasnost i smanjen nivo visokofrekventne smetnje, i transformator sa srednjim terminalom - pola struje kroz ključne tranzistore i eliminiše potrebu za izolacionim transformatorom u njihovim krugovima kapija.
Na osnovu izabranog principa električni dijagram razvijen je dizajn i proizveden prototip SMPS. Cijela konstrukcija je predstavljena u obliku modula ugrađenog u aluminijumsko kućište. Nakon početnih testiranja, uočen je niz nedostataka: primjetno zagrijavanje radijatora ključnih tranzistora, poteškoće s odvođenjem topline sa moćnih domaćih otpornika i velike dimenzije.
Dizajn je poboljšan: promijenjen je dizajn kontrolne ploče koja koristi komponente površinska montaža na dvostranoj ploči, njena okomita instalacija na glavnu ploču; korištenje radijatora s ugrađenim ventilatorom iz računara; svi toplotno napregnuti elementi kola su posebno locirani na jednoj strani kućišta duž pravca puhanja glavnog ventilatora za najveću efikasno hlađenje. Kao rezultat modifikacije, dimenzije IPP-a su smanjene za tri puta i otklonjeni su nedostaci uočeni tokom početnih ispitivanja. Modifikovani uzorak ima sledeće karakteristike: napon napajanja Up = ~ 180-240 V, frekvencija fr = 90 kHz, izlazna snaga P = 800 W, efikasnost = 85%, težina = 2,1 kg, ukupne dimenzije 145X145X80 mm.
Ovaj rad je posvećen dizajnu prekidačkog napajanja dizajniranog za napajanje pojačala snage audio frekvencija, dio kućnog audio sistema velike snage. Stvaranje kućnog sistema za reprodukciju zvuka počelo je odabirom dizajna kola za UMZCH. U tu svrhu izvršena je analiza sklopa uređaja za reprodukciju zvuka. Izbor je napravljen na UMZCH krugu visoke vjernosti.
Ovo pojačalo ima vrlo visoke karakteristike, sadrži uređaje za zaštitu od preopterećenja i kratkih spojeva, uređaje za održavanje nultog potencijala konstantnog napona na izlazu i uređaj za kompenzaciju otpora žica koje povezuju pojačalo sa akustikom. Unatoč činjenici da je sklop UMZCH objavljen davno, radio-amateri do danas ponavljaju njegov dizajn, reference na koje se mogu naći u gotovo svakoj literaturi koja se tiče sklapanja uređaja za visokokvalitetnu reprodukciju muzike. Na temelju ovog članka odlučeno je sastaviti četverokanalni UMZCH, čija je ukupna potrošnja energije bila 800 W. Stoga je sljedeća faza u montaži UMZCH-a bila razvoj i montaža dizajna napajanja koji bi osigurao izlaznu snagu od najmanje 800 W, male dimenzije i težinu, operativnu pouzdanost i zaštitu od preopterećenja i kratkih spojeva.
Napajanja se grade uglavnom prema dvije sheme: tradicionalnoj klasičnoj i prema shemi impulsnih pretvarača napona. Stoga je odlučeno da se sklopi i doradi dizajn prekidačkog napajanja.
Studija sekundarnih izvora energije. Izvori energije se dijele u dvije grupe: primarni i sekundarni izvori napajanja.
Primarni izvori su uređaji koji pretvaraju različite vrste energije u električnu energiju (generatori električnih mašina, elektrohemijski izvori struje, fotoelektrični i termoelektrični pretvarači itd.).
Sekundarni energetski uređaji su pretvarači jedne vrste električne energije u drugu. To uključuje:
- * AC u DC naponski pretvarači (ispravljači);
- * AC naponski pretvarači (transformatori);
- * DC-AC pretvarači (invertori).
Sekundarna napajanja grade se uglavnom prema dvije sheme: tradicionalnoj klasičnoj i prema shemi impulsnih pretvarača napona. Glavni nedostatak energetskih transformatora izrađenih po tradicionalnom klasičnom dizajnu je njihova velika težina i dimenzija, kao i značajan uticaj jakog magnetnog polja energetskih transformatora na druge elektronske uređaje. Problem kod SMPS-a je njihovo stvaranje visokofrekventnih smetnji, a kao posljedica toga i elektromagnetna nekompatibilnost sa određenim vrstama elektronske opreme. Analiza je pokazala da SMPS najpotpunije ispunjavaju zahtjeve, što potvrđuje njihova široka upotreba u REA.
Transformatori sklopnih napajanja razlikuju se od tradicionalnih po sljedećem: - pravougaonom naponu; kompliciran oblik namotaja (srednje terminale) i rad na višim frekvencijama(do nekoliko desetina kHz). Osim toga, parametri transformatora imaju značajan utjecaj na način rada poluprovodnički uređaji i karakteristike pretvarača. Dakle, induktivnost magnetiziranja transformatora povećava vrijeme prebacivanja tranzistora; induktivnost curenja (sa strujom koja se brzo mijenja) uzrokuje pojavu prenapona na tranzistorima, što može dovesti do njihovog kvara; Struja bez opterećenja smanjuje efikasnost pretvarača i pogoršava termičke uslove tranzistora. Navedene karakteristike se uzimaju u obzir pri proračunu i projektovanju transformatora SMPS.
Ovaj rad ispituje pulsni blok 800 W napajanje. Razlikuje se od ranije opisanih upotrebom tranzistora s efektom polja i transformatora s primarnim namotom sa srednjim terminalom u pretvaraču. Prvi obezbeđuje veću efikasnost i smanjen nivo visokofrekventnih smetnji, a drugi obezbeđuje polovinu struje kroz ključne tranzistore i eliminiše potrebu za izolacionim transformatorom u njihovim krugovima kapija.
Nedostatak ovakvog rješenja kola je visok napon na polovinama primarnog namota, što zahtijeva korištenje tranzistora odgovarajućeg dozvoljenog napona. Istina, za razliku od mosnog pretvarača, u ovom slučaju su dovoljna dva tranzistora umjesto četiri, što pojednostavljuje dizajn i povećava efikasnost uređaja.
Prekidački izvori napajanja (UPS) koriste jedno- i dvotaktne visokofrekventni pretvarači. Efikasnost prvog je niža od efikasnosti drugog, dakle jednociklusnog Kapacitet UPS-a Nepraktično je dizajnirati više od 40...60 W. Push-pull pretvarači omogućavaju da se dobije znatno više izlazna snaga uz visoku efikasnost. Podijeljeni su u nekoliko grupa, koje karakterizira metoda pobuđivanja tranzistora izlaznog ključa i krug za njihovo povezivanje u krug primarnog namota transformatora pretvarača. Ako govorimo o metodi ekscitacije, možemo razlikovati dvije grupe: sa samopobudom i vanjskom pobudom.
Prvi su manje popularni zbog poteškoća u uspostavljanju. Prilikom projektovanja snažnih (više od 200 W) UPS-a, složenost njihove izrade se neopravdano povećava, pa su od takvih izvora napajanja malo korisni. Eksterno pobuđeni pretvarači su pogodni za stvaranje UPS-a povećana snaga i ponekad ne zahtijevaju skoro nikakvo podešavanje. Što se tiče povezivanja ključnih tranzistora na transformator, postoje tri kruga: takozvani polumost (slika 1, a), most (slika 1, b). Danas se najviše koristi polumostni pretvarač.
Zahtijeva dva tranzistora sa relativno malo visoka vrijednost napon Ukemax. Kao što se vidi sa slike 1a, kondenzatori C1 i C2 čine djelitelj napona na koji je priključen primarni (I) namotaj transformatora T2. Kada se tranzistor ključa otvori, amplituda impulsa napona na namotu dostiže vrijednost Upit/2 - Uke nas. Mostni pretvarač je sličan polumosnom pretvaraču, ali u njemu su kondenzatori zamijenjeni tranzistorima VT3 i VT4 (slika 1b), koji se otvaraju u parovima dijagonalno. Ovaj pretvarač ima nešto veću efikasnost zbog povećanja napona koji se dovodi do primarnog namota transformatora, a samim tim i smanjenja struje koja teče kroz tranzistore VT1-VT4. Amplituda napona na primarnom namotu transformatora u ovom slučaju dostiže vrijednost Upit - 2Uke us.
Posebno vrijedan pažnje je pretvarač prema kolu na slici 1c, koji se odlikuje najvećom efikasnošću. To se postiže smanjenjem struje primarnog namotaja i, kao rezultat, smanjenjem disipacije snage u ključnim tranzistorima, što je izuzetno važno za moćne UPS-ove. Amplituda napona impulsa u polovini primarnog namotaja raste do vrijednosti Upit - Uke us.
Također treba napomenuti da, za razliku od drugih pretvarača, ne zahtijeva ulazni izolacijski transformator. U uređaju prema shemi na slici 1c potrebno je koristiti tranzistore visoke vrijednosti Uke max. Budući da je kraj gornje (prema dijagramu) polovice primarnog namota spojen na početak donjeg, kada struja teče u prvom od njih (VT1 je otvoren), stvara se napon u drugom, jednak ( u apsolutnoj vrijednosti) na amplitudu napona na prvom, ali suprotnog predznaka u odnosu na Upit. Drugim riječima, napon na kolektoru zatvorenog tranzistora VT2 dostiže 2Upit. stoga bi njegov Uke max trebao biti veći od 2Upit. Predloženi UPS koristi push-pull pretvarač sa transformatorom, čiji primarni namotaj ima srednji terminal. Ima visoku efikasnost, nizak nivo pulsira i slabo emituje smetnje u okolinu.
