Tehnologija konverzije
Uvod
Poslednjih decenija, broj elektronike koja se koristi u kući, kancelariji i proizvodnom okruženju dramatično se povećao, a većina uređaja koristi prekidačko napajanje. Takvi izvori stvaraju harmonijska i harmonijska strujna izobličenja koja negativno utječu na ožičenje mreže i električnih uređaja koji su na njega povezani. Ovaj uticaj nije izražen samo u različitim vrstama smetnje utiču na rad osetljivih uređaja, ali i u pregrijavanje neutralne linije. Kada struje koje teku u opterećenjima sa značajnim harmonijskim komponentama nisu u fazi s naponom, struja u neutralnoj žici (koja je na simetrično opterećenje, praktično, je nula) može porasti do kritične vrijednosti.
Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC) i Evropska organizacija za elektrotehničku standardizaciju (CENELEC) usvojile su standarde IEC555 i EN60555, koji postavljaju ograničenja na sadržaj harmonika u ulazna struja sekundarna napajanja, elektronska opterećenja fluorescentne lampe, vozači motora jednosmerna struja i sličnih uređaja.
Jedan od najefikasnijih načina za rješavanje ovog problema je korištenje korektora faktora snage PFC ( Faktor snage Ispravka). U praksi, to znači da gotovo bilo koji elektronski uređaj kod impulsnih pretvarača, poseban PFC krug mora biti uključen kako bi se osiguralo smanjenje ili potpuno potiskivanje strujnih harmonika.
Korekcija faktora snage
Tipično prekidačko napajanje sastoji se od mrežnog ispravljača, kondenzatora za izravnavanje i pretvarača napona. Takav izvor troši energiju samo kada je napon koji se dovodi od ispravljača do kondenzatora za izravnavanje veći od napona na njemu (kondenzatoru), što se javlja oko četvrtine perioda. Ostatak vremena izvor ne troši energiju iz mreže, jer se opterećenje napaja kondenzatorom. To dovodi do činjenice da opterećenje preuzima snagu samo na vrhuncu napona, potrošena struja ima oblik kratkog impulsa i sadrži skup harmonijskih komponenti (vidi sliku 1).
Sekundarni izvor napajanja, koji ima korekciju faktora snage, troši struju sa niskim harmonijskim izobličenjem, ravnomjernije preuzima napajanje iz mreže, ima vrh faktora (odnos vrijednost amplitude struja na svoju efektivnu vrijednost) je niža od one kod nekorigiranog izvora. Korekcija faktora snage smanjuje RMS potrošnju struje, što vam omogućava da povežete više uređaja na istu utičnicu bez stvaranja prekomernih struja na vašoj mreži (pogledajte sliku 2).
Faktor snage
Faktor snage PF je parametar koji karakterizira distorzije koje stvara opterećenje (u našem slučaju sekundarno napajanje) u AC mreži. Postoje dvije vrste izobličenja - harmonijska i nelinearna. Harmoničko izobličenje je uzrokovano reaktivnim opterećenjem i predstavlja fazni pomak između struje i napona. Harmonična izobličenja se unose u mrežu „nelinearnim“ opterećenjima. Ovo izobličenje se izražava kao odstupanje valnog oblika struje ili napona od sinusoida. Kada harmonijsko izobličenje faktor snage je kosinus fazne razlike između struje i napona ili omjer aktivne snage i ukupne snage potrošene iz mreže. Za nelinearna distorzija faktor snage je jednak udjelu snage prve harmonijske komponente struje u ukupnoj snazi koju troši uređaj. Može se smatrati pokazateljem koliko ravnomjerno uređaj troši struju iz mreže.
Uglavnom faktor snage je proizvod kosinusa fazne razlike između napona i struje i kosinusa ugla između osnovnog vektora i vektora ukupna struja... Obrazloženje dato u nastavku dovodi do ove definicije. Efektivna struja koja teče u aktivnom opterećenju ima oblik:
I 2 eff = I 2 0 + I 2 1 eff + SI 2 ne eff,
gdje je I 2 neff konstantna komponenta (u slučaju sinusoidnog napona jednaka je nuli), I 2 1 eff je osnovni harmonik, a pod predznakom zbira su najmanje značajni harmonici. Kada se radi na reaktivnom opterećenju, reaktivna komponenta se pojavljuje u ovom izrazu i ima oblik:
I 2 eff = I 2 0 + (I 2 1 eff (P) + I 2 1 eff (Q)) + SI 2 ne eff. Aktivna snaga je prosjek tokom perioda snage dodijeljene aktivnom opterećenju.
Može se predstaviti kao proizvod efektivnog napona i aktivne komponente struje P = U eff H I 1 eff (P). Fizički, to je energija koja se oslobađa u obliku topline po jedinici vremena za aktivni otpor... Reaktivna snaga se podrazumijeva kao proizvod efektivnog napona i komponente reaktivne struje: Q = U eff Ch I 1 eff (Q). Fizičko značenje je energija koja se pumpa dva puta po periodu od generatora do opterećenja i dva puta od opterećenja do generatora. Ukupna snaga se naziva proizvod efektivnog napona i ukupne snage efektivna struja: S = U eff Ch I eff (ukupno). Na kompleksnoj ravni se može predstaviti kao zbir vektora P i Q, iz čega se vidi zavisnost I 2 = I 1eff (ukupni) cos j, gdje je j ugao između vektora P i Q, koji također karakterizira faznu razliku između struje i napona u kolu.
Na osnovu gore navedenog, izvodimo definiciju za faktor snage:
PF = P / S = (I 1eff cos j) / (I eff (ukupno)).
Treba napomenuti da je omjer (I 1eff) / (I eff (ukupno)) kosinus ugla između vektora koji odgovaraju efektivna vrijednost ukupna struja i efektivnu vrijednost njegovog prvog harmonika. Ako ovaj ugao označimo q, onda izraz za faktor snage ima oblik: PF = cos j H cos q. Zadatak korekcije faktora snage je da se ugao razlike faza j između napona i struje približi nuli, kao i ugao q harmonijskih izobličenja potrošene struje (ili, drugim rečima, da se dovede talasni oblik struje što bliže sinusoidi i da se što više kompenzira fazni pomak).
Faktor snage se izražava kao decimalni razlomak, čija se vrijednost kreće od 0 do 1. Njegova idealna vrijednost je jedan (za poređenje, tipično prekidačko napajanje bez korekcije ima vrijednost faktora snage od oko 0,65), 0,95 je dobra vrijednost ; 0,9 - zadovoljavajuće; 0,8 - nezadovoljavajuće. Korekcija faktora snage može povećati faktor snage uređaja sa 0,65 na 0,95. Vrijednosti u rasponu od 0,97 ... 0,99 su sasvim realne. Idealno, kada je faktor snage je jednako jedan, uređaj crpi sinusoidnu struju iz mreže sa nultim faznim pomakom u odnosu na napon (što odgovara potpuno aktivnom opterećenju sa linearnom strujno-naponskom karakteristikom).
Pasivna korekcija faktora snage
Metoda pasivne korekcije najčešće se koristi u jeftinim uređajima male snage (gdje strogi zahtevi do intenziteta najmanje značajnih harmonika struje). Pasivnom korekcijom postiže se vrijednost faktora snage od oko 0,9. Ovo je zgodno u slučaju kada je napajanje već razvijeno, ostaje samo stvoriti odgovarajući filter i uključiti ga u krug na ulazu.
Pasivna korekcija faktora snage sastoji se od filtriranja trenutne potrošnje pomoću LC bandpass filtera. Ova metoda ima nekoliko ograničenja. LC filter može biti efikasan samo kao korektor faktora snage ako napon, frekvencija i opterećenje variraju u uskom rasponu.... Pošto filter treba da radi u tom području niske frekvencije(50/60 Hz), njegove komponente su velike, teške i nizak faktor kvaliteta(što nije uvijek prihvatljivo). Kao prvo, broj komponenti u pasivnom pristupu je mnogo manji i samim tim je MTBF veći, i drugo, uz pasivnu korekciju, stvara se manje elektromagnetnih i kontaktnih smetnji nego kod aktivne korekcije.
Korekcija aktivnog faktora snage
Aktivni PFC mora zadovoljiti tri uslova:
1) Oblik potrošene struje treba da bude što bliži sinusoidalnom i - "u fazi" sa naponom. Trenutna vrijednost struje koja se troši iz izvora treba biti proporcionalna trenutnom naponu mreže.
2) Snaga koja se uzima iz izvora mora ostati konstantna čak i ako se napon mreže promijeni. To znači da kada se mrežni napon smanji, struja opterećenja se mora povećati, i obrnuto.
3) Napon na izlazu PFC-korektora ne bi trebao ovisiti o veličini opterećenja. Sa smanjenjem napona na opterećenju, struja kroz njega mora se povećati, i obrnuto.
Postoji nekoliko shema koje se mogu koristiti za implementaciju korekcije aktivnog faktora snage. Najpopularniji trenutno je krug "boost converter". Ova šema ispunjava sve zahtjeve za savremeni izvori ishrana. Kao prvo, omogućava vam rad u mrežama sa različita značenja napon napajanja (od 85 do 270 V) bez ograničenja i dodatnih podešavanja. Drugo, manje je podložan odstupanjima u električnim parametrima mreže (naponi ili kratkotrajni prekidi). Još jedna prednost ove šeme je više jednostavna implementacija zaštita od prenapona. Pojednostavljeno kolo "up-converter" je prikazano na sl. 3.
Princip rada
Standardni korektor faktora snage je AD/DC pretvarač sa modulacijom širine impulsa (PWM). Modulator upravlja moćnim (obično MOSFET) prekidačem, koji pretvara konstantni ili ispravljeni mrežni napon u niz impulsa, nakon što se ispravlja, na izlazu se dobija konstantan napon.
Vremenski dijagrami rada korektora prikazani su na Sl. 4. Kada je MOSFET prekidač uključen, struja u prigušnici raste linearno - dok je dioda zatvorena, a kondenzator C2 se isprazni do opterećenja. Zatim, kada se tranzistor isključi, napon na induktoru "otvara" diodu i energija pohranjena u induktoru puni kondenzator C2 (i istovremeno napaja opterećenje). U gornjem krugu (za razliku od izvora bez korekcije) kondenzator C1 ima nisku kapacitivnost i služi za filtriranje visokofrekventne smetnje... Frekvencija konverzije je 50 ... 100 kHz. U najjednostavnijem slučaju, krug radi s konstantnim radnim ciklusom. Postoje načini da se poveća efikasnost korekcije dinamičkom promjenom radnog ciklusa (usklađivanje ciklusa s naponom iz mrežnog ispravljača).
Krug "up-converter" može raditi u tri moda: kontinuirano , diskretno i tzv. kritični način provodljivosti". V diskretno modu tokom svakog perioda, struja prigušnice ima vremena da "padne" na nulu i nakon nekog vremena ponovo počinje da raste, a u kontinuirano- struja, koja nema vremena da dostigne nulu, ponovo počinje da raste. Mode kritična provodljivost koristi se rjeđe od prethodna dva. Teže je za implementaciju. Njegovo značenje je da se MOSFET otvara u trenutku kada struja prigušnice dostigne nula vrijednost... Ovaj način rada olakšava podešavanje izlaznog napona.
Izbor načina rada ovisi o potrebnoj izlaznoj snazi izvora napajanja. Kod uređaja snage veće od 400 W koristi se kontinuirani način rada, a kod uređaja male snage diskretni način rada. Korekcija aktivnog faktora snage vam omogućava da postignete vrijednosti od 0,97 ... 0,99 sa THD (ukupnim harmonijskim izobličenjem) u rasponu od 0,04 ... 0,08.
Linearna i prekidačka napajanja
Počnimo s osnovama. Napajanje u vašem računaru ima tri funkcije. Prvo, naizmjenična struja iz kućnog napajanja mora se pretvoriti u jednosmjernu struju. Drugi zadatak jedinice za napajanje je da snizi napon od 110-230 V, koji je pretjeran za kompjutersku elektroniku, na standardne vrijednosti koje zahtijevaju pretvarači napajanja. pojedinačne komponente PC, - 12V, 5V i 3.3V (kao i negativni naponi, o čemu ćemo malo kasnije). Konačno, PSU igra ulogu stabilizatora napona.
Postoje dvije glavne vrste napajanja koje obavljaju ove funkcije - linearno i prekidačko. Najjednostavnija linearna jedinica za napajanje temelji se na transformatoru, na kojem se izmjenični napon smanjuje na potrebnu vrijednost, a zatim se struja ispravlja diodnim mostom.
Međutim, PSU je također potreban za stabilizaciju izlaznog napona, što je zbog nestabilnosti napona u kućnoj mreži i pada napona kao odgovora na povećanje struje u opterećenju.
Da bi se kompenzirao pad napona, u linearnom napajanju, parametri transformatora se izračunavaju tako da se osigura višak snage. Tada će se, pri velikoj struji u opterećenju, promatrati potrebni napon. Kako god, prenapona to bi se dogodilo bez ikakve kompenzacije za niske struje korisnog opterećenja je također neprihvatljivo. Prenapon se eliminiše dodavanjem nekorisnog opterećenja u kolo. U najjednostavnijem slučaju, ovo je otpornik ili tranzistor spojen preko Zener diode. U naprednijoj, tranzistorom upravlja mikrokolo s komparatorom. Bilo kako bilo, višak snage jednostavno se raspršuje u obliku topline, što negativno utječe na efikasnost uređaja.
U krugu impulsnog napajanja javlja se još jedna varijabla o kojoj ovisi izlazni napon, pored dvije već dostupne: ulaznog napona i otpora opterećenja. U seriji sa opterećenjem nalazi se ključ (koji je u slučaju nas interesantnog tranzistor), kontrolisan od strane mikrokontrolera u režimu modulacija širine impulsa(PWM). Što je duže trajanje otvorenih stanja tranzistora u odnosu na njihov period (ovaj parametar se naziva radni ciklus, u ruskoj terminologiji se koristi inverzna vrijednost - radni ciklus), veći je izlazni napon. Zbog prisustva prekidača, prekidački izvor napajanja se naziva i Switched-Mode Power Supply (SMPS).
Kroz zatvoreni tranzistor ne teče struja, a otpor otvorenog tranzistora je idealno zanemariv. U stvarnosti, otvoreni tranzistor ima otpor i raspršuje dio snage u obliku topline. Osim toga, prijelaz između stanja tranzistora nije idealno diskretan. Pa ipak, efikasnost prekidačkog izvora struje može premašiti 90%, dok je efikasnost linearne PSU sa stabilizatorom u najboljem slučaju dostiže 50%.
Još jedna prednost prekidačkih izvora napajanja je radikalno smanjenje veličine i težine transformatora u poređenju sa linearnim izvorima napajanja iste snage. Poznato je da što je veća frekvencija naizmjenične struje u primarnom namotu transformatora, to je manja potrebna veličina jezgre i broj zavoja namotaja. Stoga se ključni tranzistor u krugu postavlja ne iza, već prije transformatora i, osim stabilizacije napona, koristi se za dobivanje naizmjenične struje visoka frekvencija(za računarska napajanja, to je od 30 do 100 kHz i više, a u pravilu - oko 60 kHz). Transformator koji radi na električnoj frekvenciji od 50-60 Hz, za snagu koju zahtijeva standardni računar, bio bi deset puta masivniji.
Linearni izvori napajanja se danas koriste uglavnom u slučaju uređaja male snage, kada je relativno složena elektronika potrebna za prekidačko napajanje osjetljivija stavka troškova u odnosu na transformator. To su, na primjer, 9V napajanja, koja se koriste za pedale za gitarske efekte, a jednom za igraće konzole i tako dalje Ali punjači za pametne telefone su već potpuno impulsni – ovde su troškovi opravdani. Zbog znatno manje amplitude talasa napona na izlazu, linearni izvori napajanja se koriste i u onim područjima gdje je ovaj kvalitet tražen.
⇡ Opšti dijagram ATX napajanja
BP desktop računar je prekidačko napajanje čiji se ulaz napaja naponom kućnog napajanja sa parametrima 110/230 V, 50-60 Hz, a na izlazu se nalazi više vodova jednosmerne struje od kojih glavni imaju nazivnu vrijednost od 12, 5 i 3,3 V. Osim toga, PSU osigurava -12 V, a jednom i -5 V potrebnih za ISA sabirnicu. Ali potonji je u nekom trenutku isključen iz ATX standarda zbog prestanka podrške za sam ISA.
Na pojednostavljenom dijagramu standardnog impulsnog napajanja predstavljenom gore, mogu se razlikovati četiri glavna stupnja. Istim redoslijedom u recenzijama razmatramo komponente napajanja, i to:
- EMI filter - elektromagnetne smetnje (RFI filter);
- primarni krug - ulazni ispravljač, ključni tranzistori (prekidač) koji stvaraju naizmjeničnu struju visoke frekvencije na primarnom namotu transformatora;
- glavni transformator;
- sekundarni krug - strujni ispravljači iz sekundarnog namota transformatora (ispravljači), filteri za izravnavanje na izlazu (filtriranje).
⇡ EMI filter
Filter na ulazu PSU služi za suzbijanje dva tipa elektromagnetnih smetnji: diferencijalni (diferencijalni režim) - kada struja interferencije teče u različite strane u dalekovodima, i common-mode - kada struja teče u jednom smjeru.
Diferencijalni šum se potiskuje kondenzatorom CX (veliki žuti filmski kondenzator na gornjoj fotografiji) spojenim paralelno sa opterećenjem. Ponekad se na svaku žicu koja obavlja istu funkciju dodatno okači prigušnica (nije na dijagramu).
Uobičajeni filter čine CY kondenzatori (plavi keramički kondenzatori u obliku kapljice na fotografiji), u zajedničkoj tački koja povezuje električne vodove sa zemljom, itd. prigušnica zajedničkog moda (LF1 na dijagramu), struja u čija dva namota teče u istom smjeru, što stvara otpor zajedničkom šumu.
U jeftinim modelima se ugrađuju minimalni set dijelovi filtera, u skupljim opisanim shemama formiraju ponavljajuće (potpuno ili djelomično) veze. U prošlosti, PSU su se često susreli bez EMI filtera. Ovo je prilično čudan izuzetak, iako kupovinom vrlo jeftine jedinice za napajanje još uvijek možete naići na takvo iznenađenje. Kao rezultat toga, ne samo i ne toliko će patiti sam računar, već i druga oprema uključena u kućnu mrežu - impulsna napajanja su moćan izvor smetnje.
U području filtera dobrog PSU-a možete pronaći nekoliko dijelova koji štite sam uređaj ili njegovog vlasnika od oštećenja. Gotovo uvijek postoji najjednostavniji fitilj zaštititi od kratki spoj(F1 na dijagramu). Imajte na umu da kada osigurač pregori, zaštićeni objekt više nije izvor napajanja. Ako dođe do kratkog spoja, to znači da su ključni tranzistori već probili, a važno je barem spriječiti paljenje električnih instalacija. Ako osigurač u jedinici za napajanje iznenada pregori, tada je njegova promjena na novi najvjerojatnije besmislena.
Zaštita od kratkoročno naponski udari pomoću varistora (MOV - Metal Oxide Varistor). Ali ne postoje načini zaštite od dugotrajnog povećanja napona u izvorima napajanja računara. Ovu funkciju obavljaju vanjski stabilizatori s vlastitim transformatorom unutra.
Kondenzator u PFC-u nakon ispravljača može zadržati značajan naboj nakon što se isključi iz napajanja. Kako neoprezna osoba koja zabije prst u konektor za napajanje ne bi dobila strujni udar, između žica je ugrađen veliki otpornik za pražnjenje (otpornik za ispuštanje). U sofisticiranijoj verziji - zajedno s upravljačkim krugom koji sprječava istjecanje punjenja tijekom rada uređaja.
Usput, prisutnost filtera u napajanju računara (i u napajanju monitora i gotovo bilo koji kompjuterska tehnologija on je također tu) znači da je kupovina zasebnog "prenaponskog štitnika" umjesto konvencionalnog produžnog kabela, općenito, beskorisna. Ima isto unutra. Jedini uslov u svakom slučaju je normalno tropinsko ožičenje sa uzemljenjem. Inače, kondenzatori CY, spojeni na masu, jednostavno ne mogu ispuniti svoju funkciju.
⇡ Ulazni ispravljač
Nakon filtera, izmjenična struja se pretvara u jednosmjernu pomoću diodnog mosta - obično kao sklop u zajedničkom kućištu. Poseban radijator za hlađenje mosta je veoma cijenjen. Most sastavljen od četiri diskretne diode je atribut jeftinih izvora napajanja. Također možete pitati za koju struju je most dizajniran kako biste utvrdili da li odgovara snazi samog PSU-a. Iako, u pravilu, postoji dobra margina za ovaj parametar.
⇡ Aktivni PFC blok
U krugu naizmjenične struje s linearnim opterećenjem (kao što je žarulja sa žarnom niti ili električni štednjak), struja prati isti sinusni val kao i napon. Ali to nije slučaj s uređajima koji imaju ulazni ispravljač, kao što su prekidački izvori napajanja. Napajanje propušta struju u kratkim impulsima koji se otprilike vremenski poklapaju sa vrhovima sinusoidnog napona (tj. maksimalnog trenutnog napona) kada se kondenzator za izravnavanje ispravljača napuni.
Izobličeni strujni signal se pored sinusoida date amplitude razlaže na nekoliko harmonijskih oscilacija (idealni signal koji bi se javio kod linearnog opterećenja).
Moć koja se koristi da se izvrši koristan rad(što je, u stvari, grijanje PC komponenti), naznačeno je u karakteristikama jedinice za napajanje i naziva se aktivnim. Preostala energija koju proizvodi harmonijske vibracije struja se naziva reaktivna. Ne proizvodi koristan rad, ali zagrijava žice i opterećuje transformatore i drugu energetsku opremu.
Vektorski zbir jalove i aktivne snage naziva se prividna snaga. A odnos aktivne snage i ukupne snage naziva se faktor snage – ne treba ga brkati sa efikasnošću!
U impulsnom napajanju faktor snage je u početku prilično nizak - oko 0,7. Privatnom potrošaču reaktivna snaga nije problem (na sreću, strujomjeri je ne uzimaju u obzir), osim ako ne koristi UPS. Na neprekidnom napajanju isto pada puna moć opterećenje. Na razmjerima uredske ili gradske mreže, višak reaktivne snage koju stvaraju impulsni izvori napajanja već značajno umanjuje kvalitetu napajanja i uzrokuje troškove, pa se s tim aktivno bore.
Konkretno, velika većina računarskih napajanja opremljena je strujnim krugovima aktivna korekcija faktor snage (Aktivni PFC). Aktivna PFC jedinica može se lako identificirati pomoću jednog velikog kondenzatora i prigušnice nizvodno od ispravljača. U suštini, Active PFC je još jedan impulsni pretvarač koji održava konstantno punjenje na kondenzatoru sa naponom od oko 400 V. U ovom slučaju struja iz mreže se troši u kratkim impulsima čija je širina odabrana tako da signal aproksimira se sinusnim valom - koji je potreban za simulaciju linearnog opterećenja. ... PFC ima posebnu logiku da sinhronizuje signal potrošnje struje sa sinusnim talasom napona.
Aktivni PFC krug sadrži jedan ili dva ključna tranzistora i moćnu diodu, koji su postavljeni na isti hladnjak sa ključnim tranzistorima glavnog pretvarača napajanja. Tipično, PWM kontroler glavnog ključa pretvarača i aktivni PFC ključ su jedno mikrokolo (PWM / PFC Combo).
Faktor snage prekidačkih izvora napajanja sa aktivnim PFC dostiže 0,95 i više. Osim toga, imaju jednu dodatnu prednost - ne trebaju mrežni prekidač 110/230 V i odgovarajući udvostruč napona unutar PSU-a. Većina PFC-ova može podnijeti napon između 85 i 265 V. Osim toga, smanjena je osjetljivost PSU-a na kratke padove napona.
Inače, osim aktivne PFC korekcije, postoji i pasivna, koja podrazumijeva ugradnju velike induktivne prigušnice u seriju s opterećenjem. Njegova efikasnost je niska i teško da ćete naći tako nešto u modernoj jedinici za napajanje.
⇡ Glavni pretvarač
Opći princip rada za sva impulsna napajanja izolirane topologije (sa transformatorom) je isti: ključni tranzistor (ili tranzistori) stvara naizmjeničnu struju na primarnom namotu transformatora, a PWM kontroler kontrolira radni ciklus njihovog prebacivanja. Specifični sklopovi se, međutim, razlikuju kako po broju ključnih tranzistora i drugih elemenata, tako i u karakteristike kvaliteta: Efikasnost, oblik signala, šum, itd. Ali ovdje previše ovisi o specifičnoj implementaciji na koju se vrijedi fokusirati. Zainteresovane predstavljamo set dijagrama i tabelu koja će omogućiti da se oni identifikuju u određenim uređajima po sastavu delova.
| Tranzistori | Diode | Kondenzatori | Noge primarnog namota transformatora | |
| Single-Transistor Forward | 1 | 1 | 1 | 4 |
| 2 | 2 | 0 | 2 | |
| 2 | 0 | 2 | 2 | |
| 4 | 0 | 0 | 2 | |
| 2 | 0 | 0 | 3 |
Pored navedenih topologija, u skupim izvorima napajanja postoje rezonantne varijante Half Bridgea, koje se lako prepoznaju po dodatnom velikom induktoru (ili dvije) i kondenzatoru koji formira oscilatorno kolo.
|
Single-Transistor Forward |
|
|
|
|
|
|
⇡ Sekundarni krug
Sekundarni krug je sve što se nalazi iza sekundarnog namota transformatora. U većini modernih izvora napajanja transformator ima dva namota: iz jednog se uklanja napon od 12 V, a s drugog - 5 V. Struja se prvo ispravlja pomoću sklopa od dvije Schottky diode - jedne ili više po sabirnici ( na najopterećenijoj sabirnici - 12 V - postoje četiri sklopa u moćnim PSU). Sinhroni ispravljači, u kojima se umjesto dioda koriste tranzistori sa efektom polja, efikasniji su u smislu efikasnosti. Ali ovo je prerogativ istinski naprednih i skupih PSU-a koji traže 80 PLUS Platinum certifikat.
Šina od 3,3 V se obično izvlači iz istog namotaja kao i šina od 5 V, samo što se napon smanjuje pomoću induktora koji se može zasićiti (Mag Amp). Specijalni namotaj transformatora od 3,3 V je egzotična opcija. Od negativnih napona u trenutnom ATX standardu ostaje samo -12 V, koji se uklanja iz sekundarnog namota ispod 12 V sabirnice kroz odvojene niskostrujne diode.
PWM upravljanje ključem pretvarača mijenja napon na primarnom namotu transformatora, a time i na svim sekundarnim namotajima odjednom. Istovremeno, trenutna potrošnja računara nikako nije ravnomjerno raspoređena između sabirnica napajanja. U modernom hardveru, najopterećenija sabirnica je 12V.
Za odvojenu stabilizaciju napona na različitim sabirnicama potrebne su dodatne mjere. Klasičan način podrazumijeva upotrebu prigušnice grupna stabilizacija... Kroz njegove namote prolaze tri glavne magistrale, a kao rezultat, ako se struja poveća na jednoj sabirnici, napon opada na ostalima. Pretpostavimo da se struja na sabirnici od 12 V povećala, a kako bi spriječio pad napona, PWM kontroler je smanjio radni ciklus ključnih tranzistora. Kao rezultat toga, napon na sabirnici od 5 V mogao bi izaći iz opsega, ali je potisnut grupnim stabilizacijskim prigušivačem.
Napon na 3,3 V šini dodatno je reguliran drugom prigušnicom koja se može zasititi.
U naprednijoj verziji osigurana je odvojena stabilizacija sabirnica od 5 i 12 V zbog zasićenih prigušnica, ali sada je ovaj dizajn u skupim visokokvalitetnim izvorima napajanja ustupio mjesto DC-DC pretvaračima. V poslednji slučaj transformator ima jedan sekundarni namotaj sa naponom od 12 V, a naponi od 5 V i 3,3 V dobijaju se iz DC/DC pretvarača. Ova metoda je najpovoljnija za stabilnost napona.
Izlazni filter
Završna faza na svakoj magistrali je filter koji izglađuje talasanje napona uzrokovano tranzistorima prekidača. Osim toga, pulsacije ulaznog ispravljača, čija je frekvencija jednaka dvostrukoj frekvenciji mrežnog napajanja, probijaju se u sekundarni krug jedinice za napajanje.
Filter mreškanja uključuje prigušnicu i kondenzatore veliki kapacitet... Za visokokvalitetna napajanja karakterističan je kapacitet od najmanje 2.000 μF, ali proizvođači jeftinih modela imaju rezervu za uštedu kada ugrađuju kondenzatore, na primjer, polovinu nominalne vrijednosti, što neizbježno utječe na amplitudu valovitosti.
⇡ Hrana u pripravnosti + 5VSB
Opis komponenti napajanja bio bi nepotpun bez spominjanja izvora napona u stanju pripravnosti od 5 V, koji omogućava hibernaciju računara i osigurava rad svih uređaja koji moraju biti stalno uključeni. "Dzhurka" se napaja zasebnim impulsnim pretvaračem sa transformatorom male snage. U nekim izvorima napajanja postoji i treći transformator koji se koristi u kolu povratne informacije da izoluje PWM kontroler od primarnog kola glavnog pretvarača. U ostalim slučajevima ovu funkciju obavljaju optokapleri (LED i fototranzistor u istom paketu).
⇡ Metodologija za ispitivanje izvora napajanja
Jedan od glavnih parametara jedinice za napajanje je stabilnost napona, koja se ogleda u tzv. karakteristika unakrsnog opterećenja. KNX je dijagram u kojem je na jednoj osi ucrtana struja ili snaga na sabirnici od 12 V, a na drugoj je ucrtana ukupna struja ili snaga na sabirnici od 3,3 i 5 V. Na mjestima presjeka za različite vrijednosti obje varijable, odstupanje napona od nominalne vrijednosti određuje određena sabirnica. Shodno tome, objavljujemo dva različita KHX - za 12V šinu i za 5/3,3V šinu.
Boja tačke označava postotak odstupanja:
- zelena: ≤ 1%;
- svijetlo zelena: ≤ 2%;
- žuta: ≤ 3%;
- narandžasta: ≤ 4%;
- crvena: ≤ 5%.
- bela:> 5% (nije dozvoljeno od strane ATX).
Za dobivanje KNH koristi se stol za ispitivanje napajanja po mjeri, koji stvara opterećenje zbog odvođenja topline na moćnim tranzistorima s efektom polja.
Još jedan jednako važan test je određivanje amplitude talasa na izlazu PSU. ATX standard dozvoljava talasanje u rasponu od 120 mV za sabirnicu od 12 V i 50 mV za sabirnicu od 5 V. Postoje talasi visoke frekvencije (na udvostručenoj frekvenciji glavnog ključa pretvarača) i niske frekvencije (na udvostručenoj frekvencija opskrbne mreže).
Ovaj parametar mjerimo pomoću Hantek DSO-6022BE USB osciloskopa pri maksimalnom opterećenju napajanja specificiranom u specifikacijama. Na oscilogramu ispod, zeleni grafikon odgovara sabirnici od 12 V, žuti na 5 V. Vidi se da je talasanje unutar normalnog opsega, pa čak i sa marginom.
Za poređenje, predstavljamo sliku mreškanja na izlazu jedinice za napajanje starog računara. Ovaj blok u početku nije bio izvanredan, ali očito s vremena na vrijeme nije postao bolji. Sudeći po opsegu niskofrekventnog talasanja (imajte na umu da je podjela naponskog sweep-a povećana na 50 mV kako bi se uklopile oscilacije na ekranu), kondenzator za izravnavanje na ulazu je već postao neupotrebljiv. Visokofrekventno talasanje na sabirnici od 5 V je na granici dozvoljenih 50 mV.
Sljedeći test utvrđuje efikasnost jedinice pri opterećenju od 10 do 100%. nazivne snage(upoređivanjem izlazne snage sa ulaznom snagom izmjerenom kućnim vatmetrom). Za usporedbu, grafikon prikazuje kriterije za različite kategorije 80 PLUS. Međutim, to ovih dana ne izaziva veliko interesovanje. Grafikon prikazuje rezultate vrhunske Corsair PSU u odnosu na vrlo jeftin Antec, ali razlika nije tako velika.
Još hitnije pitanje za korisnika je buka iz ugrađenog ventilatora. Nemoguće ga je direktno izmjeriti u blizini bučnog postolja za testiranje jedinice za napajanje, pa laserskim tahometrom mjerimo brzinu rotacije radnog kola - također pri snazi od 10 do 100%. Grafikon ispod pokazuje da pri malom opterećenju ove PSU, ventilator od 135 mm ostaje nisko i jedva da se čuje. Pri maksimalnom opterećenju već se može uočiti buka, ali je nivo i dalje sasvim prihvatljiv.
Prednosti i nedostaci aktivnog PFC napajanja
Stabilan rad računara direktno zavisi od kvalitetnog napona koji mu isporučujemo. Budući da mnogi od nas nisu u mogućnosti kontrolisati kvalitet napona u mreži, već se uz pomoć solidnog napajanja možemo osigurati od neželjenih problema.
Dakle, moderni višejezgarni procesori, video kartice (već je postalo moderno staviti ih u parove), razni USB uređaji (često napajani računarom) tjeraju nas da kupujemo sve moćnije napajanje (PSU). U međuvremenu, gotovo svi moderni PSU-i renomiranih marki sa snagom od 450 W ili više opremljeni su uređajima za korekciju faktora snage ( PFC - korekcija faktora snage).
Šta je PFC i šta dobijamo od njega?
Pasivni RFC
To je najjednostavniji i najčešći, i konvencionalna je prigušnica velikog kapaciteta (i veličine), povezana serijski sa napajanjem. Moram reći da on praktički ne rješava problem i zauzima puno prostora.
Active PFC
To je još jedno prekidačko napajanje, sa pojačanim naponom. Rezultirajući faktor snage takve jedinice može doseći 0,95 ... 0,98 kada radi pri punom opterećenju.
Osim što aktivni PFC osigurava faktor snage blizak idealnom, on također poboljšava rad napajanja - dodatno stabilizira ulazni napon glavnog stabilizatora bloka: blok postaje primjetno manje osjetljiv na smanjenu mrežu voltaža.
Također, kada se koristi aktivni PFC, prilično je lako razviti blokove s univerzalnim napajanjem od 110 ... 230V, koji ne zahtijevaju ručno prebacivanje mrežnog napona.
Takođe, upotreba aktivnog PFC-a poboljšava odziv jedinice za napajanje tokom kratkotrajnih (delova sekunde) padova napona u mreži - u takvim trenucima jedinica radi koristeći energiju visokonaponskih ispravljačkih kondenzatora. Još jedna prednost korištenja aktivnog PFC-a je više nizak nivo visokofrekventne smetnje na izlaznim linijama, odnosno takva napajanja se preporučuju za korištenje u PC-u s periferijama dizajniranim za rad s analognim audio/video materijalom.
Ukratko, sve govori u prilog korišćenju jedinice za napajanje sa aktivnim PFC-om - on je taj koji će obezbediti taj visokokvalitetni benzin za naše računare!
Skriveni problem za koji nismo ni znali: UPS za napajanje sa aktivnim PFC-om
Dakle, kupili ste kompjuter - niste štedjeli novac za napajanje i sve to. Radiš, igraš se, sve je u redu - duša se raduje. Nažalost, nije sve tako lako i jednostavno kako bismo željeli, budući da naša mreža nije idealna, onda ćemo se nositi sa prenaponom i padovima struje.
Pa, sve je jednostavno, kažete. Kupite UPS (Uniinterruptible Power Supply - neprekidno napajanje), uključite monitor i sistemsku jedinicu u njega i uvijek ćete imati vremena da ugasite svoj Windows. Glavna stvar je da snaga UPS-a (aka UPS - Uninterruptible Power Supply) odgovara snazi napajanja računara plus potrošnji energije monitora.
Ali činjenica je da rad jedinice za napajanje s aktivnim PFC-om u kombinaciji s jeftinim UPS-ovima koji daju signal koraka pri radu na baterijsko napajanje može dovesti do kvarova računala, stoga proizvođači preporučuju korištenje UPS-a u takvim slučajevima. Pametna klasa koji uvijek emituju sinusni signal.
Postoji još jedna nijansa. Svi UPS-ovi su grubo podijeljeni na standby, linijski interaktivni i kontinuirani rad (OnLine). Za prva dva, vrijeme uključivanja napajanja s eksternu mrežu na bateriji je nekoliko milisekundi, a to je dovoljno u slučaju konvencionalnih izvora napajanja. Ali jedinica za napajanje s aktivnim PFC-om u slučaju nestanka struje trenutno i naglo povećava potrošnju električne energije nekoliko puta. U tom slučaju, vaše neprekidno napajanje se ili isključuje ili pregori, a računar je nenormalno bez struje sa svim hardverskim, softverskim i finansijskim posljedicama koje proizilaze.
Postoje 4 izlaza iz ove situacije:
S obzirom da ste kupili cool napajanje sa kompenzacijom aktivne snage, a struja vam često nestaje ili samo skače (kao i svuda u našoj zemlji, gdje električne mreže nisu predviđene za univerzalnu kompjuterizaciju), a postojanje bez neprekidnog napajanja ne može se nazvati radosni, onda sami izaberu rješenje problema.
1. Najjeftiniji(ali nije uvijek prihvatljivo). Promijenite jedinicu napajanja na drugu bez aktivnog PFC-a.
2. Radite bez UPS-a... Ovo je ispunjeno činjenicom da matična ploča može izgorjeti (finansijski troškovi), sistem može odletjeti (potrebno je vremena da se ponovo instalira), ali što je najgore, vijak može biti pokriven, a sav vaš rad može biti pokriven sa bakarni bazen neposredno prije isporuke kupcu.
3. Najsigurniji izlaz(nije jeftino, košta - od 300 USD). Kupovina UPS-a neprekidnog rada (OnLine). U takvim izvorima neprekidno napajanje primenjena je tehnologija dvostruke konverzije napona koja obezbeđuje odlična zaštita, kako konvencionalnih računara i servere.
Mehanizam dvostruke konverzije napona eliminiše sve smetnje u mreži napajanja. Ispravljač se pretvara AC napon napajanje na konstantu. Konstantni napon se koristi za punjenje baterija i napajanje pretvarača. Inverter pretvara DC napon u AC (sa sinusoidnim signalom) koji kontinuirano napaja računar.
U nedostatku mrežnog napona, inverter se napaja baterijama, tako da računar ni na trenutak neće ostati bez struje!
4. Također izađite... Nije jeftinije od prethodnog, ali glomaznije - ovo je kupovina linijskog interaktivnog UPS tipa Smart (sa sinusnim valovom na izlazu) s rezervom snage 3-5 puta (ovo je preduvjet!) . Koštat će u istim granicama kao i OnLine, ali će težiti mnogo više! I ventilator u njemu će biti snažniji (i glasniji).
Ovo su mine koje svijet kompjutera stavlja u novčanike naivnih korisnika :))) Možda vi, dragi čitaoče, mislite da preuveličavamo problem? - Ne sve. Dakle, na web stranicama uglednih proizvođača UPS-a (na primjer, APC) pišu o tome - kažu, rezervni i linijski interaktivni UPS-ovi s aktivnim PFC-ovima ne rade!
Dobar dan prijatelji!
Sigurno su mnogi od vas vidjeli misteriozna slova "PFC" na napajanju računara. Recimo odmah da ova slova najvjerovatnije neće biti na najjeftinijim blokovima. Želiš li da ti otkrijem ovu strašnu tajnu? Obrati pažnju!
Šta je PFC?
PFC je skraćenica za korekciju faktora snage. Prije dešifriranja ovog pojma, prisjetimo se koje su vrste moći.
Aktivna i reaktivna snaga
Još na školskom kursu fizike rečeno nam je da je snaga aktivna i reaktivna.
Aktivna snaga obavlja koristan posao, posebno stvaranjem topline.
Klasični primjeri su glačalo i žarulja sa žarnom niti. Pegla i sijalica su gotovo čisto aktivno opterećenje, napon i struja na takvom opterećenju su u fazi.
Ali postoji i opterećenje s reaktivnošću - induktivno (elektromotori) i kapacitivno (kondenzatori). U reaktivnim kolima postoji fazni pomak između struje i napona, takozvani kosinus φ (Phi).
Struja može zaostajati za naponom (u induktivnom opterećenju) ili ispred njega (u kapacitivnom opterećenju).
Reaktivna snaga ne proizvodi koristan rad, već samo visi od generatora do opterećenja i obrnuto, nepotrebno zagrijavanje žica
.
To znači da ožičenje mora imati marginu poprečnog presjeka.
Što je veći fazni pomak između struje i napona, to se više energije troši na žice.
Reaktivna snaga u napajanju
U računaru, nakon ispravljačkog mosta, nalaze se kondenzatori dovoljno velikog kapaciteta. Dakle, postoji komponenta jalove snage. Ako se računar koristi kod kuće, obično nema problema. Reaktivna snaga se ne bilježi običnim kućnim brojilom električne energije.Ali u zgradi u kojoj je instalirano sto ili hiljadu računara potrebno je voditi računa o reaktivnoj snazi!
Tipična vrijednost kosinusa Phi za napajanje računara bez korekcije je oko 0,7, to jest, ožičenje mora biti dimenzionirano sa 30% prostora za glavu.
Međutim, problem nije ograničen samo na pretjerano opterećenje žica!
U samoj jedinici za napajanje struja kroz ulaz visokog napona teče u obliku kratkih impulsa. Širina i amplituda ovih impulsa mogu varirati ovisno o opterećenju.
Velike amplitude struje negativno utječu na visokonaponske kondenzatore i diode, skraćujući njihov vijek trajanja. Ako se ispravljačke diode odaberu "leđa uz leđa" (što je čest slučaj kod jeftinih modela), tada se dodatno smanjuje pouzdanost cjelokupnog napajanja.
Kako se vrši korekcija faktora snage?
Za borbu protiv svih ovih pojava koriste se uređaji koji povećavaju faktor snage.
Dijele se na aktivne i pasivne.
Pasivni PFC je prigušnica povezana između ispravljača i visokonaponskih kondenzatora.
Induktor je induktivitet koji ima reaktancijski (tačnije, složeni) otpor.
Priroda njene reaktivnosti je suprotna. kapacitivnost kondenzatori, pa dolazi do neke kompenzacije. Induktivnost prigušnice sprječava povećanje struje, strujni impulsi se lagano rastežu, njihova amplituda se smanjuje.
Međutim, kosinus φ se neznatno povećava i nema velikog povećanja reaktivne snage.
Za veću kompenzaciju, oni će se prijaviti aktivne PFC karte.
Aktivno kolo podiže kosinus φ na 0,95 i više. Aktivno kolo sadrži pojačani pretvarač zasnovan na induktivnosti (prigušnici) i sklopnim elementima snage, kojima upravlja poseban kontroler. Čok povremeno pohranjuje energiju, a zatim je odaje.
Na izlazu PFC-a nalazi se filterski elektrolitički kondenzator, ali manjeg kapaciteta. Napajanje sa aktivnim PFC-om manje je osjetljivo na kratkotrajne "padove" napona napajanja i, što je prednost. Međutim, aplikacija aktivna šema povećava troškove izgradnje.
U zaključku, napominjemo da se prisutnost PFC-a u određenoj jedinici napajanja može identificirati slovima "PFC" ili "Active PFC". Međutim, može doći do trenutaka kada natpisi ne odgovaraju stvarnosti.
Moguće je nedvosmisleno suditi o prisutnosti pasivnog kruga po prisutnosti prilično teške prigušnice, a aktivnog po prisutnosti još jednog radijatora s elementima napajanja (trebalo bi ih biti ukupno tri).
To je to, prijatelji! Napajanje računara je nezgodno, zar ne?
Sve najbolje!
Vidimo se na blogu!
Zdravo opet!..Nažalost, moj članak je kasnio, tk. postojao je hitan projekat za rad, a takođe se pojavio interesantne poteškoće kada se implementira korektor faktora snage ( dalje KKM). A uzrokovani su sljedećim - u našoj proizvodnji koristimo "custom" mikrokolo za upravljanje KKM-om, koji za naše zadatke proizvodi prijateljska Austrija posebno 1941. godine i shodno tome ne možemo ga naći u prodaji. Stoga se pojavio zadatak da se ovaj modul prepravi za dostupnu osnovnu bazu i moj izbor je pao na mikrokolo PWM kontrolera - L6561.
Zašto baš ona? Banalna dostupnost, tačnije pronađena "Chip & Dip", pročitao sam tablicu - svidjelo mi se. Naručio sam 50 komada odjednom, jer jeftinije i u svojim amaterskim projektima već imam nekoliko zadataka za nju.
Sada o glavnoj stvari:
u ovom članku ću vam reći kako sam se gotovo od nule prisjetio dizajna jednocikličnih pretvarača ( izgleda, kakve veze oni imaju s tim?), zašto je ubio desetak ključeva i kako to izbjeći umjesto vas. Ovaj dio reći će teoriju i šta će se dogoditi ako je zanemarite. Praktična implementacija će biti objavljena u sljedećem dijelu, kao što sam i obećao punjač pošto oni su u suštini jedan modul i moraju se zajedno testirati.
Gledajući unaprijed, reći ću da sam za sljedeći dio već pripremio nekoliko desetina fotografija i videa, na kojima mi nije dugo sjećanje "preobučeni" prvi u aparat za zavarivanje a zatim u napajanje za "koza"... Oni koji rade u proizvodnji shvatit će kakva je to životinja i koliko troši da nas grije)))
A sada našim ovnovima...
Zašto nam je uopšte potreban ovaj KKM?
Glavna stvar nevolja "Klasični" ispravljač sa kondenzatorima za skladištenje (ovo je stvar koja pretvara 220V AC u +308V DC), koji radi na sinusoidalnu struju, je da se upravo ovaj kondenzator puni (preuzima energiju iz mreže) samo u trenucima kada je napon primjenjuje se na njega više nego na njega samog.
Ne čitajte na ljudskom jeziku, slabog srca i sa naučnim diplomama
Kao što znamo struja potpuno odbija ići ako nema potencijalne razlike. Od predznaka ove razlike zavisiće i smer toka struje! Ako ste poludjeli i odlučili da pokušate napuniti svoj mobilni naponom od 2V, gdje je Li-ion baterija dizajnirana za 3,7V, onda od toga neće biti ništa. Jer struju će dati izvor koji ima najveći potencijal, a onaj sa manjim potencijalom će dobiti energiju.
Sve je kao u životu! Imaš 60 kg, a tip na ulici koji je došao da traži da pozove 120 kg - jasno je da će on podijeliti pičke, a ti ćeš ih dobiti. Tako i ovdje - baterija sa svojih 60 kg 2V neće moći da dovede struju do baterije od 120 kg 3,7V. Sa kondenzatorom na isti način, ako ima + 310V i na njega primijenite +200V, tada će odbiti primiti struju i neće se puniti.
Također je vrijedno napomenuti da će na osnovu gore opisanog "pravila" vrijeme dodijeljeno kondenzatoru za punjenje biti vrlo malo. Naša struja se mijenja prema sinusoidnom zakonu, što znači potrebni napon će biti samo na vrhovima sinusoida! Ali kondenzator treba da radi, pa postaje nervozan i pokušava da se napuni. Poznaje zakone fizike, za razliku od nekih, i „razumije“ da je vrijeme kratko i stoga počinje baš u tim trenucima, kada je napon na vrhuncu, da troši samo ogromnu struju. Uostalom, trebalo bi biti dovoljno da uređaj radi do sljedećeg vrhunca.
Malo o ovim "vrhovima":
Slika 1 – Vrhovi u kojima je kondenzator napunjen
Kao što vidimo, dio perioda u kojem EMF poprimi dovoljnu vrijednost za punjenje (figurativno 280-310V) iznosi oko 10% ukupnog perioda u mreži naizmjenične struje. Ispostavilo se da umjesto da neprestano nesmetano uzimamo energiju iz mreže, mi je izvlačimo samo u malim epizodama, čime "preopterećujemo" mrežu. Sa snagom od 1 kW i induktivnim opterećenjem, struja u vrijeme takvih "vrhova" može tiho dostići vrijednosti na 60-80A.
Stoga se naš zadatak svodi na ravnomjerno izvlačenje energije iz mreže, kako ne bi došlo do preopterećenja mreže! KKM će nam omogućiti da implementiramo ovaj zadatak na praksi.
Ko je ovaj tvoj KKM?
Korektor napajanja- Ovo je uobičajeni pretvornik napona, najčešće je jednostrani. Jer koristimo PWM modulaciju, tada trenutno javni ključ napon na kondenzatoru je konstantan. Ako stabiliziramo izlazni napon, tada je struja koja se uzima iz mreže proporcionalna ulaznom naponu, odnosno nesmetano se mijenja po sinusoidnom zakonu bez prethodno opisanih pikova i skokova potrošnje.Krug našeg KKM-a
Tada sam odlučio da ne mijenjam svoje principe i također sam se oslonio na tablicu podataka kontrolera koji sam izabrao - L6561... Inženjeri kompanije STMicroelectronics su već uradili sve za mene, tačnije, on je već razvio idealna kola za svoj proizvod.Da, sve mogu i sama da izbrojim od nule i dan-dva provedem na ovom poslu, odnosno sve svoje ionako rijetke vikende, ali pitanje je zašto? Da dokažem sebi da mogu, ova faza je, srećom, odavno prošla)) Ovdje se sjećam jedne bradate anegdote o površini crvenih loptica, kažu da matematičar primjenjuje formulu, a inženjer izvlači tablicu s površinom crvenih kuglica... Tako je i u ovom slučaju.
Savjetujem vam da odmah obratite pažnju na činjenicu da je krug u podatkovnoj tablici dizajniran za 120 W, što znači da bismo trebali prilagoditi našim 3 kW i preveliki stres na poslu.
Sada malo dokumentacije za gore opisanu:
Tehnički list za L6561
Ako pogledamo stranicu 6, videćemo nekoliko dijagrama, zanima nas dijagram sa potpisom Mreža širokog dometašta znači Basurmanski "Za rad u širokom rasponu napona napajanja" ... Upravo sam taj “režim” imao na umu kada sam govorio o previsokim naponima. Uređaj se smatra univerzalnim, odnosno može raditi s bilo kojeg standardna mreža(na primjer, u stanjima od 110V) s rasponom napona od 85 - 265V.
Ova odluka nam omogućava da našem UPS-u omogućimo funkciju stabilizatora napona! Mnogima će se takav raspon činiti pretjeranim i tada mogu izvesti ovaj modul, uzimajući u obzir napon napajanja od 220V + - 15%. Ovo se smatra normom i 90% uređaja je uključeno cjenovna kategorija do 40 hiljada rubalja uglavnom je lišeno KKM, a 10% ga koristi samo uz obračun odstupanja od najviše 15%. Ovo vam nesumnjivo omogućava da donekle smanjite troškove i dimenzije, ali ako još niste zaboravili, onda pravimo uređaj koji mora konkurirati ARS!
Stoga sam za sebe odlučio odabrati najispravniju opciju i napraviti rezervoar koji se ne može ubiti i koji se može izvući čak iu zemlji, gdje postoji 100V aparat za zavarivanje ili pumpa u bušotini u mreži: 
Slika 2 – Standardno šematsko rješenje koje je predložio ST
Adaptacija standardnih kola za naše zadatke
a) Kada pogledam ovu šemu iz DS-a, prvo što mi padne na pamet - potrebno je dodati zajednički filter! I to je tačno, pošto pri velikoj snazi, oni će "izluditi" elektroniku. Za struje od 15 A i više, imaće komplikovaniji izgled nego što su mnogi navikli da vide u istim računarskim izvorima napajanja, gde ima samo 500-600 vati. Stoga će ova revizija biti posebna stavka.B) Vidimo kondenzator C1, možete uzeti lukavu formulu i izračunati potreban kapacitet, a savjetujem onima koji žele da se udube u to, prisjećajući se u jednom predmetu elektrotehnike 2. godine bilo kojeg veleučilišta. Ali ja to neću učiniti, jer prema vlastitim zapažanjima iz starih proračuna, sjećam se da do 10 kW ovaj kapacitet raste gotovo linearno u odnosu na povećanje snage. Odnosno, uzimajući u obzir 1 μF na 100 W, dobijamo da nam za 3000 W treba 30 μF. Ovaj kontejner se lako regrutuje iz 7 filmski kondenzatori od 4,7 μF i 400V svaki. Čak i malo sa marginom, jer kapacitivnost kondenzatora u velikoj meri zavisi od primenjenog napona.
C) Potreban nam je ozbiljan tranzistor snage, jer struja koja se troši iz mreže izračunat će se na sljedeći način: 
Slika 3 - Proračun nazivne struje za PFC
Imamo 41.83A... Sada iskreno priznajemo da nećemo moći zadržati temperaturu kristala tranzistora u području od 20-25 ° C. Tačnije, možemo savladati, ali to će biti skupo za takvu moć. Nakon 750 kW, trošak hlađenja freonom ili tekućim kisikom je erodiran, ali za sada je to daleko od toga))) Stoga moramo pronaći tranzistor koji može osigurati 45-50A na temperaturi od 55-60°C.
S obzirom da postoji induktivnost u kolu, ja bih radije IGBT tranzistor, za najupornije. Granična struja se mora odabrati za pretragu prvo oko 100A, jer ovo je struja na 25 ° C, s povećanjem temperature, granična komutirana struja tranzistora se smanjuje.
Malo o Cree FET-u
Dobio sam bukvalno 9. januara paket iz Sjedinjenih Država od prijatelja sa gomilom raznih tranzistora na probu, ovo čudo se zove - CREE FET... Neću reći šta je to nova mega tehnologija, u stvari, tranzistori na bazi silicijum karbida napravljeni su još 80-ih godina, samo su se setili zašto tek sada. Kao početni materijalista i kompozitor uopšte, skrupulozan sam u vezi sa ovom industrijom, tako da sam bio veoma zainteresovan za ovaj proizvod, pogotovo što je 1200V deklarisano na desetine i stotine ampera. Nisam mogao da ih kupim u Rusiji, pa sam se obratio svom bivšem kolegi iz razreda i on mi je ljubazno poslao gomilu uzoraka i test tablu sa napred.
Mogu reći jedno - to je bio moj najdraži vatromet!
8 tipki se toliko zajebalo da sam se dugo uznemirio ... Zapravo, 1200V je teoretska brojka za tehnologiju, deklariranih 65A pokazalo se samo impulsna struja, iako je u dokumentaciji jasno naznačena nominalna brzina. Očigledno je postojao "nominalni impulsna struja„Pa, ili bilo šta drugo što Kinezi smisle. Generalno, to je još uvijek sranje, ali postoji jedno ALI!
Kada sam to uradio CMF10120D korektor za 300 W, pokazalo se da je na istom radijatoru i krugu imao temperaturu od 32 ° C naspram 43 za IGBT, i to je vrlo značajno!
Zaključak o CREE-u: tehnologija je vlažna, ali obećava i sigurno će BITI.
Kao rezultat toga, pregledavajući kataloge sa izložbi koje sam posjetio (usput, zgodna stvar, ala parametarska pretraga), odabrao sam dva ključa, oni su postali - IRG7PH50 i IRGPS60B120... Oba su na 1200V, oba na 100+A, ali nakon otvaranja datasheet-a, prvi ključ je odmah eliminisan - sposoban je da prebaci struju od 100A samo na frekvenciji od 1 kHz, za naš zadatak je katastrofalan. Drugi prekidač je na 120A i frekvenciji od 40 kHz, što je sasvim prikladno. Pogledajte tablicu sa podacima na linku ispod i potražite grafikon s ovisnošću struje o temperaturi:
Slika 4.1 - Grafikon sa zavisnošću maksimalne struje od frekvencije uključivanja za IRG7PH50, prepustimo to frekventnom pretvaraču
Slika 4.2 - Grafikon sa radnom strujom na datoj temperaturi za IRGPS60B120
Ovdje promatramo cijenjene brojke koje nam pokazuju da će na 125°C i tranzistor i dioda mirno nadjačati struje od nešto više od 60A, dok ćemo konverziju moći implementirati na frekvenciji od 25 kHz bez problema. i ograničenja.
D) Dioda D1, treba da izaberemo diodu sa radnim naponom od najmanje 600V i nazivnom strujom za naše opterećenje, tj. 45A. Odlučio sam koristiti one diode koje sam imao pri ruci (nedavno sam ih kupio za razvoj zavarivača ispod "kosog mosta") ovo je - VS-60EPF12... Kao što vidite iz oznake, radi se na 60A i 1200V. Kladim se na sve sa maržom, tk. ovaj prototip je napravljen za mene i osećam se tako smirenije.
Zapravo možete staviti diodu za 50-60A i 600V, ali nema cijene između 600 i 1200V verzije.
E) Kondenzator C5, sve je isto kao u slučaju C1 - dovoljno je povećati nominalnu vrijednost iz datasheeta proporcionalno snazi. Samo imajte na umu da ako planirate snažno induktivno opterećenje ili dinamičko sa brzim porastom snage (ala koncertno pojačalo od 2 kW), onda je bolje ne štedjeti na ovoj točki.
Staviću svoju verziju 10 elektrolita 330 μF i 450V svaki, ako planirate da napajate par kompjutera, rutera i drugih sitnica, onda se možete ograničiti na 4 elektrolita od 330 uF i 450V svaki.
E) R6 - to je strujni šant, spasit će nas od krivih ruku i slučajnih grešaka, također štiti strujni krug od kratkog spoja i preopterećenja. Stvar je svakako korisna, ali ako se ponašamo kao inženjeri iz ST, onda ćemo na strujama od 40A dobiti običan bojler. Postoje 2 opcije: strujni transformator ili fabrički šant sa padom od 75mV + op amp ala LM358.
Prva opcija je jednostavnija i pruža galvansku izolaciju. ovaj čvor sheme. Kako izračunati strujni transformator koji sam dao u prethodnom članku, važno je to zapamtiti zaštita će raditi kada napon na nozi 4 poraste na 2,5V (u stvarnosti do 2,34V).
Poznavajući ovaj napon i struju kola, koristeći formule iz dio 5 možete lako izračunati strujni transformator.
G) I posljednja tačka je prigušnica. O njemu u nastavku.
Električni prigušivač i njegov proračun
Ako je neko pažljivo pročitao moje članke i ima odlično pamćenje, neka se seti član 2 i fotografija br. 5, na njemu se mogu vidjeti 3 elementa zavojnica koje koristimo. pokazacu ti ponovo:
Slika 5 - Okviri i jezgro za proizvode sa zavojnicama
U ovom modulu ćemo ponovo koristiti naše omiljene toroidne prstenove od usitnjenog gvožđa, ali ovaj put ne jedan, već 10 odjednom! Kako želiš? 3 kW nije kineska rukotvorina...
Imamo početne podatke:
1) Struja - 45A + 30-40% za amplitudu u prigušnici, ukupno 58.5A
2) Izlazni napon 390-400V
3) ulazni napon 85-265V AC
4) Jezgro - materijal -52, D46
5) Oslobodjenje - distribuirano
Slika 6 - I opet dragi Starichok51 nam štedi vrijeme i smatra ga programom CaclPFC
Mislim da je računica svima pokazala koliko će to biti ozbiljno)) 4 zvona, da radijator, diodni most, da IGBT - užas!
Pravila namotaja mogu se odbiti u članku "Drugi dio". Sekundarni namotaj na prstenovima je namotan u količini - 1 okret.
Ukupni gas:
1) kao što vidite, broj prstena je već 10 komada! Ovo je skupo, svaki prsten košta oko 140r, ali šta ćemo dobiti zauzvrat u narednim paragrafima
2) radna temperatura je 60-70°C - ovo je apsolutno idealno, jer mnogi postavljaju radnu temperaturu na 125°C. Mi postavljamo 85°C u našim proizvodnim pogonima. Zašto se to radi - za miran san, mirno odem od kuće na nedelju dana i znam da u meni ništa neće planuti, i sve je ledeno. Mislim da cijena za ovo od 1500r nije tako smrtonosna, zar ne?
3) Postavio sam gustoću struje na oskudnih 4 A / mm 2, to će utjecati i na toplinu i izolaciju i, shodno tome, na pouzdanost.
4) Kao što vidite, prema proračunu, kapacitivnost nakon prigušnice se preporučuje za skoro 3000 uF, tako da se moj izbor sa 10 elektrolita od 330 uF ovdje savršeno uklapa. Kapacitet kondenzatora C1 ispao je 15 μF, imamo dvostruku marginu - možete ga smanjiti na 4 filmska kondenzatora, možete ostaviti 7 komada i bit će bolje.
Bitan! Broj prstenova u glavnoj prigušnici može se smanjiti na 4-5, istovremeno povećavajući gustoću struje na 7-8 A / mm 2. Ovo će vam omogućiti dosta uštede, ali će se amplituda struje malo povećati, a što je najvažnije, temperatura će porasti na najmanje 135 o C. Mislim da je ovo dobro rješenje za inverter za zavarivanje sa 60% radnog ciklusa, ali ne za UPS koji radi non-stop i vjerovatno u prilično ograničenom prostoru.
Šta da kažem - ovdje raste čudovište)))
Common mode filter
Da biste razumjeli razliku između krugova za dati filter za struje od 3A (napona računara pomenuta gore) i za struje od 20A, možete uporediti šemu od Google-a na ATX-u sa sljedećim:
Slika 7 - Shematski dijagram common mode filter
Nekoliko karakteristika:
1) C29 je kondenzator za filtriranje elektromagnetnih smetnji, označen je "X1"... Njegova nominalna vrijednost treba biti u rasponu od 0,001 - 0,5 mF.
2) Čok je namotan na jezgro E42 / 21/20.
3) Dvije prigušnice na prstenovima DR7 i DR9 su namotane na bilo koje jezgro za prskanje i prečnika većeg od 20 mm. Namotao sam ga na sve isti D46 od -52 materijala dok se nije napunio u 2 sloja. Praktično nema šuma u mreži čak ni pri nazivnoj snazi, ali to je zapravo suvišno čak i po mom razumijevanju.
4) Kondenzatori C28 i C31 na 0,047 μF i 1 kV i moraju biti klase "Y2".
Izračunavanjem induktivnosti prigušnica:
1) Induktivnost uobičajenog induktora treba biti 3,2-3,5 mH
2) Induktivnost za diferencijalne prigušnice se izračunava pomoću formule: 
Slika 8 - Proračun induktivnosti diferencijalnih prigušnica bez magnetne sprege
Epilog
Koristeći kompetentno i profesionalno iskustvo ST inženjera, uspio sam proizvesti, ako ne idealne, onda samo odlične korektor aktivnog faktora snage sa parametrima boljim od bilo kojeg Schneidera. Jedina stvar koju svakako trebate zapamtiti je koliko vam je to potrebno? I na osnovu toga prilagodite parametre za sebe.Moj cilj u ovom članku bio je samo da prikažem proces proračuna s mogućnošću korekcije početnih podataka, tako da bi svi, nakon što su se odlučili za parametre za svoje zadatke, već sami izračunali i izradili modul. Nadam se da sam to uspio pokazati iu sljedećem članku ću pokazati zajednički rad KKM and punjač od dela broj 5.
