منابع تغذیه سوئیچینگ کاهنده. مزیت سوئیچینگ منابع تغذیه نسبت به منابع تغذیه خطی

منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) امروزه بیشترین استفاده را دارند و با موفقیت در تمام دستگاه های رادیویی الکترونیکی مدرن استفاده می شوند.

شکل 3 بلوک دیاگرام منبع تغذیه سوئیچینگ ساخته شده بر اساس مدار سنتی را نشان می دهد.یکسو کننده های ثانویه بر اساس مدار نیم موج ساخته شده اند. نام این گره ها هدف آنها را آشکار می کند و نیازی به توضیح ندارد. اجزای اصلی مدار اولیه عبارتند از: فیلتر ورودی، یکسو کننده ولتاژ شبکه و مبدل ولتاژ تغذیه HF یکسو شده با ترانسفورماتور.

فیلتر یکسو کننده خط

تبدیل کننده

مبدل RF

یکسو کننده های ثانویه

فیلتر ورودی

شکل 3 - بلوک دیاگرام منبع تغذیه پالسی

اصل اصلی زیربنای کار IIP تغییر شبکه است ولتاژ AC 220 ولت و فرکانس 50 هرتز به یک ولتاژ متناوب با فرکانس بالا مستطیل شکل که به مقادیر مورد نیاز تبدیل شده، یکسو و فیلتر می شود.

تبدیل با استفاده از یک ترانزیستور قدرتمند که در حالت سوئیچ کار می کند و یک ترانسفورماتور پالس انجام می شود که با هم یک مدار مبدل RF را تشکیل می دهند. در مورد طراحی مدار، دو گزینه مبدل ممکن وجود دارد: اولی مطابق با یک مدار خود نوسانگر پالسی ساخته شده است (به عنوان مثال، این در UPS تلویزیون ها استفاده می شد) و دومی با کنترل خارجی(در اکثر دستگاه های رادیویی الکترونیکی مدرن استفاده می شود).

از آنجایی که فرکانس مبدل معمولاً از 18 تا 50 کیلوهرتز انتخاب می شود، ابعاد ترانسفورماتور پالس و در نتیجه کل منبع تغذیه کاملا فشرده است که یک پارامتر مهم برای تجهیزات مدرن است. نمودار ساده شده یک پالس مبدل با کنترل خارجی در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4 - نمودار شماتیکمنبع تغذیه پالسی با واحد منبع تغذیه.

مبدل بر روی ترانزیستور VT1 و ترانسفورماتور T1 ساخته شده است. ولتاژ شبکه از طریق فیلتر اصلی (SF) به یکسو کننده اصلی (SV) تامین می شود، جایی که یکسو می شود، توسط خازن فیلتر (SF) فیلتر می شود و از طریق سیم پیچ W1 ترانسفورماتور T1 به کلکتور ترانزیستور عرضه می شود. VT1. هنگامی که یک پالس مستطیلی به مدار پایه ترانزیستور اعمال می شود، ترانزیستور باز می شود و جریان فزاینده ای از آن عبور می کند. من j. جریان مشابهی از سیم پیچ W1 ترانسفورماتور T1 عبور می کند، که منجر به افزایش شار مغناطیسی در هسته ترانسفورماتور می شود، در حالی که یک emf خود القایی در سیم پیچ ثانویه W2 ترانسفورماتور القا می شود. در نهایت، یک ولتاژ مثبت در خروجی دیود VD ظاهر می شود. علاوه بر این، اگر مدت زمان پالس اعمال شده به پایه ترانزیستور VT1 را افزایش دهیم، ولتاژ در مدار ثانویه افزایش می یابد، زیرا انرژی بیشتری آزاد می شود و اگر مدت زمان کاهش یابد، ولتاژ نیز کاهش می یابد. بنابراین، با تغییر مدت زمان پالس در مدار پایه ترانزیستور، می توانیم ولتاژهای خروجی سیم پیچ ثانویه T1 را تغییر دهیم و در نتیجه ولتاژهای خروجی منبع تغذیه را تثبیت کنیم. تنها چیزی که برای این مورد نیاز است مداری است که پالس های ماشه ای تولید کرده و مدت زمان آنها (عرض جغرافیایی) را کنترل کند. یک کنترلر PWM به عنوان چنین مداری استفاده می شود. PWM - مدولاسیون عرض پالس.

برای تثبیت ولتاژهای خروجی UPS، مدار کنترل کننده PWM "باید" مقدار ولتاژهای خروجی را بداند. برای این منظور از یک زنجیره (یا زنجیره) ردیابی استفاده می شود بازخوردساخته شده بر روی اپتوکوپلر U1 و مقاومت R2. افزایش ولتاژ در مدار ثانویه ترانسفورماتور T1 منجر به افزایش شدت تابش LED و در نتیجه کاهش مقاومت اتصال فوتو ترانزیستور (بخشی از اپتوکوپلر U1) می شود. که به نوبه خود منجر به افزایش افت ولتاژ در مقاومت R2 می شود که به صورت سری به ترانزیستور فوتو متصل می شود و ولتاژ در پایه 1 کنترل کننده PWM کاهش می یابد. کاهش ولتاژ باعث می شود که مدار منطقی موجود در کنترل کننده PWM مدت زمان پالس را افزایش دهد تا زمانی که ولتاژ در پایه اول با پارامترهای مشخص شده مطابقت داشته باشد. هنگامی که ولتاژ کاهش می یابد، روند معکوس می شود.

UPS از دو اصل برای اجرای مدارهای ردیابی استفاده می کند - "مستقیم" و "غیر مستقیم". روش توصیف شده در بالا "مستقیم" نامیده می شود، زیرا ولتاژ بازخورد مستقیماً از یکسو کننده ثانویه حذف می شود. با ردیابی "غیر مستقیم"، ولتاژ بازخورد از سیم پیچ اضافی ترانسفورماتور پالس حذف می شود (شکل 5).

شکل 5 - نمودار شماتیک منبع تغذیه پالسی با واحد منبع تغذیه.

کاهش یا افزایش ولتاژ در سیم پیچ W2 منجر به تغییر ولتاژ در سیم پیچ W3 می شود که از طریق مقاومت R2 به پایه 1 کنترل کننده PWM نیز اعمال می شود.

حفاظت SMPS در برابر اتصال کوتاه.

اتصال کوتاه (اتصال کوتاه) در بار یو پی اس. در این صورت تمام انرژی وارد شده به مدار ثانویه یو پی اس از بین رفته و ولتاژ خروجی تقریباً صفر خواهد شد. بر این اساس، مدار کنترل کننده PWM سعی می کند مدت زمان پالس را افزایش دهد تا سطح این ولتاژ را به مقدار مناسب برساند. در نتیجه ترانزیستور VT1 بیشتر و بیشتر باز می ماند و جریان عبوری از آن افزایش می یابد. در نهایت این امر منجر به از کار افتادن این ترانزیستور می شود. UPS از ترانزیستور مبدل در برابر اضافه بارهای فعلی در چنین شرایط اضطراری محافظت می کند. این بر اساس یک مقاومت RProtection است که به صورت سری به مداری که جریان کلکتور Ik از آن عبور می کند متصل است. افزایش جریان Ik که از ترانزیستور VT1 عبور می کند منجر به افزایش افت ولتاژ در این مقاومت می شود و در نتیجه ولتاژ وارد شده به پایه 2 کنترل کننده PWM نیز کاهش می یابد. هنگامی که این ولتاژ به سطح معینی که مطابق با حداکثر جریان مجاز ترانزیستور است کاهش یابد، مدار منطقی کنترلر PWM تولید پالس را در پایه 3 متوقف می کند و منبع تغذیه به حالت حفاظتی می رود یا به عبارت دیگر می چرخد. خاموش

در خاتمه، لازم است به تفصیل در مورد مزایای UPS صحبت کنیم. همانطور که قبلا ذکر شد، فرکانس مبدل پالس بسیار زیاد است و بنابراین ابعاد کلی ترانسفورماتور پالس کاهش می یابد، به این معنی که هر چقدر هم که متناقض به نظر برسد، هزینه یک یو پی اس کمتر از منبع تغذیه سنتی است. مصرف فلز کمتر برای هسته مغناطیسی و مس برای سیم پیچ ها، حتی اگر تعداد قطعات در UPS افزایش یابد. مزیت دیگر یو پی اس، ظرفیت کوچک خازن فیلتر یکسو کننده ثانویه در مقایسه با منبع تغذیه معمولی است. کاهش ظرفیت با افزایش فرکانس امکان پذیر شد. و در نهایت راندمان یک منبع تغذیه سوئیچینگ به 80 درصد می رسد. این به این دلیل است که UPS تنها زمانی که ترانزیستور مبدل باز است، برق را از شبکه الکتریکی مصرف می کند؛ در صورت بسته بودن، انرژی به دلیل تخلیه خازن فیلتر مدار ثانویه به بار منتقل می شود.

معایب شامل افزایش پیچیدگی مدار UPS و افزایش نویز پالس منتشر شده توسط UPS است. افزایش تداخل به این دلیل است که ترانزیستور مبدل در حالت سوئیچ کار می کند. در این حالت، ترانزیستور منبع نویز پالسی است که در طی فرآیندهای گذرا ترانزیستور رخ می دهد. این یک نقطه ضعف هر ترانزیستوری است که در حالت سوئیچینگ کار می کند. اما اگر ترانزیستور با ولتاژهای پایین (مثلاً منطق ترانزیستور با ولتاژ 5 ولت) کار کند، مشکلی نیست؛ در مورد ما، ولتاژ اعمال شده به کلکتور ترانزیستور تقریباً 315 ولت است. برای مقابله با این تداخل، UPS از فیلترهای مدارهای شبکه پیچیده تری نسبت به منبع تغذیه معمولی استفاده می کند.

دامنه کاربرد منابع تغذیه سوئیچینگ در زندگی روزمره به طور مداوم در حال گسترش است. چنین منابعی برای تامین برق تمام تجهیزات مدرن خانگی و کامپیوتری، برای اجرای منابع تغذیه بدون وقفه استفاده می شود. شارژرهابرای باتری ها برای اهداف مختلف، اجرای سیستم های روشنایی فشار ضعیف و سایر نیازها.

در برخی موارد خرید پاور آماده از نظر اقتصادی و فنی و مونتاژ منبع سوئیچینگ چندان قابل قبول نیست. با دستان خودمبهترین راه برون رفت از این وضعیت است. این گزینه با در دسترس بودن گسترده مدرن ساده شده است پایه عنصربا قیمت های پایین

محبوب ترین منابع در زندگی روزمره، منابع پالسی هستند که توسط آنها تغذیه می شوند شبکه استاندارد جریان متناوبو خروجی ولتاژ پایین قدرتمند. بلوک دیاگرام چنین منبعی در شکل نشان داده شده است.

یکسو کننده شبکه CB ولتاژ متناوب شبکه تغذیه را به ولتاژ مستقیم تبدیل می کند و موج های ولتاژ یکسو شده را در خروجی صاف می کند. مبدل فرکانس بالا VChP ولتاژ اصلاح شده را به ولتاژ متناوب یا تک قطبی تبدیل می کند که به شکل پالس های مستطیلی با دامنه مورد نیاز است.

متعاقباً، این ولتاژ، چه مستقیماً یا پس از یکسوسازی (VN)، به یک فیلتر صاف کننده، که یک بار به خروجی آن متصل است، عرضه می شود. VChP توسط یک سیستم کنترلی کنترل می شود که سیگنال بازخوردی را از یکسو کننده بار دریافت می کند.

این ساختار دستگاه به دلیل وجود چندین مرحله تبدیل قابل انتقاد است که باعث کاهش کارایی منبع می شود. با این حال، با انتخاب صحیح عناصر نیمه هادی و محاسبه با کیفیت بالا و ساخت واحدهای سیم پیچ، سطح تلفات برق در مدار کم است که به دست آوردن مقادیر بازده واقعی بالای 90٪ امکان پذیر است.

نمودارهای شماتیک منابع تغذیه سوئیچینگ

راه‌حل‌های بلوک‌های ساختاری نه تنها شامل منطق انتخاب گزینه‌های پیاده‌سازی مدار می‌شود، بلکه همچنین می‌شود توصیه های عملیبا انتخاب عناصر اصلی

برای تصحیح ولتاژ شبکه تک فاز، از یکی از سه طرح کلاسیک نشان داده شده در شکل استفاده کنید:

• نیم موج؛
• صفر (موج کامل با نقطه میانی)؛
• پل نیم موج

هر یک از آنها مزایا و معایبی دارند که دامنه کاربرد را تعیین می کند.

مدار نیم موجبا سهولت اجرا و حداقل تعداد اجزای نیمه هادی مشخص می شود. معایب اصلی چنین یکسو کننده مقدار قابل توجهی از موج ولتاژ خروجی (در یک اصلاح شده فقط یک نیمه موج ولتاژ اصلی وجود دارد) و ضریب یکسوسازی کم است.

ضریب اصلاح Kvبا نسبت ولتاژ متوسط ​​در خروجی یکسو کننده تعیین می شود Udкمقدار موثر ولتاژ شبکه فاز بالا.

برای یک مدار نیم موج Kv=0.45.

برای صاف کردن موج در خروجی چنین یکسو کننده، فیلترهای قدرتمندی مورد نیاز است.

مدار صفر یا تمام موج با نقطه میانیاگرچه به دو برابر تعداد دیودهای یکسو کننده نیاز دارد، با این حال، این نقطه ضعف تا حد زیادی با سطح پایین تر ریپل ولتاژ اصلاح شده و افزایش ضریب یکسوسازی به 0.9 جبران می شود.

نقطه ضعف اصلی چنین طرحی برای استفاده در شرایط خانگی نیاز به سازماندهی نقطه میانی ولتاژ اصلی است که به وجود ترانسفورماتور اصلی دلالت دارد. ابعاد و وزن آن با ایده یک منبع پالس خانگی در اندازه کوچک ناسازگار است.

مدار پل تمام موجیکسوسازی از نظر سطح ریپل و ضریب یکسوسازی مشابه مدار صفر است، اما نیازی به اتصال به شبکه ندارد. این همچنین نقص اصلی را جبران می کند - تعداد دو برابر دیودهای یکسو کننده، هم از نظر کارایی و هم از نظر هزینه.

برای صاف کردن امواج ولتاژ اصلاح شده، بهترین راه حل استفاده از فیلتر خازنی است. استفاده از آن به شما امکان می دهد مقدار ولتاژ اصلاح شده را به مقدار دامنه شبکه (در Uph = 220V Ufm = 314V) افزایش دهید. معایب چنین فیلتری در نظر گرفته می شود مقادیر زیاد جریان های پالسعناصر یکسو کننده، اما این اشکال حیاتی نیست.

انتخاب دیودهای یکسو کننده با توجه به میانگین جریان رو به جلو Ia و حداکثر ولتاژ معکوس U BM انجام می شود.

با در نظر گرفتن مقدار ضریب ریپل ولتاژ خروجی Kp = 10٪، مقدار متوسط ​​ولتاژ یکسو شده Ud = 300 ولت را به دست می آوریم. با در نظر گرفتن قدرت بار و راندمان مبدل RF (برای محاسبه، 80٪ گرفته می شود، اما در عمل بیشتر خواهد بود، این باعث ایجاد حاشیه می شود).

Ia جریان متوسط ​​دیود یکسو کننده، Рн توان بار، η بازده مبدل HF است.

بیشترین ولتاژ معکوسعنصر یکسو کننده از مقدار دامنه ولتاژ شبکه (314 ولت) تجاوز نمی کند، که امکان استفاده از اجزای با مقدار U BM = 400V را با حاشیه قابل توجهی فراهم می کند. شما می توانید هم از دیودهای گسسته و هم از پل های یکسو کننده آماده سازندگان مختلف استفاده کنید.

برای اطمینان از یک موج معین (10٪) در خروجی یکسو کننده، ظرفیت خازن های فیلتر با نرخ 1 μF در هر 1 وات توان خروجی گرفته می شود. استفاده می شود خازن های الکترولیتیبا حداکثر ولتاژ حداقل 350 ولت. فیلتر ظروف برای ظرفیت های مختلفدر جدول آورده شده است.

مبدل فرکانس بالا: عملکردها و مدارهای آن

مبدل فرکانس بالا یک مبدل سوئیچ تک سیکل یا فشار کش (اینورتر) با ترانسفورماتور پالس است. انواع مدارهای مبدل RF در شکل نشان داده شده است.

مدار تک سر. با وجود حداقل تعداد عناصر قدرت و سهولت اجرا، دارای معایب متعددی است.

1. ترانسفورماتور در مدار در یک حلقه هیسترزیس خصوصی کار می کند که نیاز به افزایش اندازه و قدرت کلی آن دارد.
2. برای اطمینان از توان خروجی، لازم است دامنه قابل توجهی از جریان پالسی که از طریق سوئیچ نیمه هادی عبور می کند، بدست آوریم.

این مدار بیشترین کاربرد خود را در دستگاه های کم مصرف پیدا کرده است، جایی که تأثیر این معایب چندان قابل توجه نیست.

برای تغییر یا نصب کنتور جدید به مهارت خاصی نیاز نیست. انتخاب مناسب، اندازه گیری صحیح جریان مصرفی را تضمین می کند و امنیت شبکه برق خانگی شما را افزایش می دهد.

در شرایط مدرن تامین روشنایی هم در داخل و هم در فضای باز، حسگرهای حرکتی به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند. این نه تنها راحتی و راحتی را به خانه های ما می افزاید، بلکه به ما امکان می دهد تا به میزان قابل توجهی پس انداز کنیم. می توانید نکات کاربردی در مورد انتخاب محل نصب و نمودارهای اتصال را بیابید.

مدار فشار کش با نقطه وسط ترانسفورماتور (فشار کش). نام دوم خود را از نسخه انگلیسی (Push-pull) شرح شغل گرفته است. مدار عاری از معایب نسخه تک چرخه است، اما خود را دارد - طراحی پیچیده ترانسفورماتور (تولید بخش های یکسان سیم پیچ اولیه مورد نیاز است) و افزایش نیاز برای حداکثر ولتاژکلیدها در غیر این صورت، راه حل سزاوار توجه است و به طور گسترده در منابع تغذیه سوئیچینگ، ساخته شده با دست و نه تنها استفاده می شود.

مدار نیم پل فشاری-کشی. پارامترهای مدار مشابه مدار با نقطه وسط است، اما نیازی به پیکربندی پیچیده سیم پیچ ترانسفورماتور ندارد. نقطه ضعف ذاتی مدار نیاز به سازماندهی نقطه میانی فیلتر یکسو کننده است که مستلزم افزایش چهار برابری تعداد خازن ها است.

مدار به دلیل سهولت اجرا، بیشترین کاربرد را در منابع تغذیه سوئیچینگ با توان تا 3 کیلو وات دارد. در ظرفیت های بالاهزینه خازن های فیلتر در مقایسه با سوئیچ های اینورتر نیمه هادی به طور غیرقابل قبولی بالا می رود و مدار پل سودآورترین است.

مدار پل فشاری-کششی. پارامترها مشابه سایر مدارهای فشار کش هستند، اما نیازی به ایجاد "نقطه میانی" مصنوعی نیست. قیمت این کار دو برابر تعداد کلیدهای برق است که از نظر اقتصادی و فنی برای ساخت قدرتمند مفید است. منابع پالس.

انتخاب کلیدهای اینورتر با توجه به دامنه جریان کلکتور (درین) I KMAX و حداکثر ولتاژ کلکتور-امیتر U KEMAKH انجام می شود. برای محاسبه، از توان بار و نسبت تبدیل ترانسفورماتور پالس استفاده می شود.

با این حال، ابتدا لازم است خود ترانسفورماتور محاسبه شود. ترانسفورماتور پالس بر روی یک هسته ساخته شده از فریت، پرمالوی یا آهن ترانسفورماتور ساخته شده است که به صورت یک حلقه پیچیده شده است. برای توان های تا چند کیلو وات، هسته های فریت از نوع حلقه یا W شکل کاملاً مناسب هستند. ترانسفورماتور بر اساس توان مورد نیاز و فرکانس تبدیل محاسبه می شود. برای از بین بردن ظاهر نویز صوتی، توصیه می شود فرکانس تبدیل را به خارج از محدوده صدا منتقل کنید (آن را بالای 20 کیلوهرتز قرار دهید).

باید به خاطر داشت که در فرکانس های نزدیک به 100 کیلوهرتز، تلفات در هسته های مغناطیسی فریت به طور قابل توجهی افزایش می یابد. محاسبه ترانسفورماتور خود دشوار نیست و به راحتی در ادبیات یافت می شود. برخی از نتایج برای توان های منبع مختلف و مدارهای مغناطیسی در جدول زیر نشان داده شده است.

محاسبه برای فرکانس تبدیل 50 کیلوهرتز انجام شد. شایان ذکر است که هنگام کار در فرکانس های بالا، اثر جابجایی جریان به سطح هادی وجود دارد که منجر به کاهش می شود. منطقه موثرسیم پیچ برای جلوگیری از این نوع مشکل و کاهش تلفات در هادی ها، باید سیم پیچی از چند هادی با سطح مقطع کوچکتر ایجاد کرد. در فرکانس 50 کیلوهرتز، قطر مجاز سیم سیم پیچ از 0.85 میلی متر تجاوز نمی کند.

با دانستن قدرت بار و نسبت تبدیل، می توانید جریان سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور و حداکثر جریان کلکتور کلید برق را محاسبه کنید. ولتاژ روی ترانزیستور در حالت بسته بالاتر از ولتاژ یکسو شده ارائه شده به ورودی مبدل RF با مقداری حاشیه (U KEMAKH>=400V) انتخاب می شود. بر اساس این داده ها، کلیدها انتخاب می شوند. در حال حاضر بهترین گزینهاستفاده از ترانزیستورهای قدرت IGBT یا MOSFET است.

برای دیودهای یکسو کننده در سمت ثانویه، یک قانون باید رعایت شود - حداکثر فرکانس کاری آنها باید از فرکانس تبدیل تجاوز کند. در غیر این صورت، راندمان یکسو کننده خروجی و مبدل به طور کلی کاهش قابل توجهی خواهد داشت.

ویدئویی در مورد ساخت دستگاه منبع تغذیه پالسی ساده

منبع تغذیه سوئیچینگ- این سیستم اینورتر، که در آن ولتاژ AC ورودی یکسو می شود و سپس ولتاژ DC حاصل به پالس تبدیل می شود. فرکانس بالاو تنظیم چرخه وظیفه، که معمولا به یک ترانسفورماتور پالس عرضه می شود.

ترانسفورماتورهای پالسی مطابق با همان اصل ترانسفورماتورهای فرکانس پایین ساخته می شوند، فقط هسته آن فولاد (صفحات فولادی) نیست، بلکه مواد فرومغناطیسی - هسته های فریت است.

برنج. منبع تغذیه سوئیچینگ چگونه کار می کند؟

ولتاژ خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ تثبیت شده است، این کار از طریق بازخورد منفی انجام می شود که به شما امکان می دهد نگه دارید ولتاژ خروجیدر همان سطح حتی زمانی که ولتاژ ورودی و قدرت بار در خروجی واحد تغییر می کند.

معکوس ارتباط منفیمی توان با استفاده از یکی از سیم پیچ های اضافی در یک ترانسفورماتور پالس یا با استفاده از یک اپتوکوپلر که به مدارهای خروجی منبع تغذیه متصل است، اجرا کرد. استفاده از یک اپتوکوپلر یا یکی از سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور به شما امکان پیاده‌سازی را می‌دهد جداسازی گالوانیکیاز یک شبکه ولتاژ متناوب

مزایای اصلی منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS):

• وزن کم ساختار؛
• اندازه های کوچک؛
• قدرت بالا؛
• بازدهی بالا;
• کم هزینه؛
• پایداری بالا؛
• طیف گسترده ای از ولتاژهای تغذیه؛
• بسیاری از راه حل های اجزای آماده

معایب SMPS شامل این واقعیت است که چنین منابع تغذیه منابع تداخل هستند، این به دلیل اصل عملکرد مدار مبدل است. برای رفع نسبی این عیب، از محافظ مدار استفاده می شود. همچنین با توجه به این ایراد، در برخی دستگاه ها استفاده از از این نوعمنبع تغذیه امکان پذیر نیست

منبع تغذیه سوئیچینگ عملاً به یک ویژگی ضروری برای هر مدرن تبدیل شده است لوازم خانگیمصرف برق از شبکه بیش از 100 وات. کامپیوترها، تلویزیون ها و مانیتورها در این دسته قرار می گیرند.

برای ایجاد منابع تغذیه سوئیچینگ که نمونه هایی از پیاده سازی های خاص آن در زیر آورده خواهد شد، از راه حل های مدار ویژه استفاده می شود.

بنابراین، برای حذف جریان های عبوری از ترانزیستورهای خروجی برخی از منابع تغذیه سوئیچینگ، از شکل خاصی از پالس ها استفاده می شود، یعنی پالس های دوقطبی مستطیلی با فاصله زمانی بین آنها.

مدت زمان این بازه باید بیشتر از زمان جذب حامل های مینوریتی در پایه ترانزیستورهای خروجی باشد، در غیر این صورت این ترانزیستورها آسیب می بینند. عرض پالس های کنترل را می توان با استفاده از بازخورد برای تثبیت ولتاژ خروجی تغییر داد.

به طور معمول، برای اطمینان از قابلیت اطمینان در سوئیچینگ منابع تغذیه، آنها استفاده می کنند ترانزیستورهای ولتاژ بالا، که به دلیل ویژگی های تکنولوژیکیبرای بهتر شدن تفاوت ندارند (دارند فرکانس های پایینسوئیچینگ، ضرایب انتقال جریان پایین، جریان های نشتی قابل توجه، افت ولتاژ زیاد در محل اتصال کلکتور در حالت باز).

این به ویژه در مورد مدل های قدیمی ترانزیستورهای داخلی مانند KT809، KT812، KT826، KT828 و بسیاری دیگر صادق است. شایان ذکر است که در سال های گذشتهیک جایگزین شایسته ظاهر شده است ترانزیستورهای دوقطبی، به طور سنتی در مراحل خروجی سوئیچینگ منابع تغذیه استفاده می شود.

اینها ترانزیستورهای اثر میدان ولتاژ بالا ویژه تولید داخلی و عمدتاً خارجی هستند. علاوه بر این، ریز مدارهای متعددی برای سوئیچینگ منابع تغذیه وجود دارد.

مدار ژنراتور پالس با عرض قابل تنظیم

پالس های متقارن دوقطبی با عرض قابل تنظیم را می توان با استفاده از یک مولد پالس مطابق مدار در شکل 1 به دست آورد. این دستگاه را می توان در مدارهایی برای تنظیم خودکار توان خروجی منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده کرد. تراشه DD1 (K561LE5/K561 LAT) حاوی یک مولد پالس مستطیلی با چرخه کاری 2 است.

تقارن پالس های تولید شده با تنظیم مقاومت R1 به دست می آید. فرکانس کاریژنراتور (44 کیلوهرتز)، در صورت لزوم، با انتخاب ظرفیت خازن C1 قابل تغییر است.

برنج. 1. مدار شکل دهنده پالس های متقارن دوقطبی با مدت زمان قابل تنظیم.

مقایسه کننده های ولتاژ بر روی عناصر DA1.1، DA1.3 (K561KTZ) مونتاژ می شوند. در DA1.2، DA1.4 - کلیدهای خروجی. ورودی سوئیچ های مقایسه کننده DA1.1، DA1.3 به صورت آنتی فاز از طریق تشکیل زنجیره های دیود RC (R3، C2، VD2 و R6، SZ، VD5) تامین می شود. پالس های مربعی.

شارژ خازن های C2، SZ طبق قانون نمایی به ترتیب از طریق R3 و R5 انجام می شود. تخلیه - تقریباً فوراً از طریق دیودهای VD2 و VD5. هنگامی که ولتاژ خازن C2 یا SZ به آستانه عملکرد سوئیچ های مقایسه کننده به ترتیب DA1.1 یا DA1.3 می رسد، آنها روشن می شوند و مقاومت های R9 و R10 و همچنین ورودی های کنترل کلیدهای DA1.2 و DA1.4، به قطب مثبت تغذیه منبع متصل هستند.

از آنجایی که سوئیچ ها در پادفاز روشن می شوند، چنین سوئیچینگی کاملاً یک به یک و با مکث بین پالس ها انجام می شود که امکان عبور جریان از طریق کلیدهای DA1.2 و DA1.4 و ترانزیستورهای مبدل کنترل شده توسط آنها را از بین می برد. ژنراتور پالس دوقطبی در مدار منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود.

کنترل هموار عرض پالس با اعمال همزمان ولتاژ شروع (اولیه) به ورودی مقایسه کننده ها (خازن های C2، SZ) از پتانسیومتر R5 از طریق زنجیره های مقاوم در برابر دیود VD3، R7 و VD4، R8 انجام می شود. حداکثر سطح ولتاژ کنترل (حداکثر عرض پالس خروجی) با انتخاب مقاومت R4 تنظیم می شود.

مقاومت بار را می توان با استفاده از یک مدار پل متصل کرد - بین نقطه اتصال عناصر DA1.2، DA1.4 و خازن های Ca، Cb. پالس های ژنراتور را نیز می توان به کار برد تقویت کننده ترانزیستوریقدرت.

هنگام استفاده از یک مولد پالس دوقطبی در یک مدار منبع تغذیه سوئیچینگ، تقسیم کننده مقاومتی R4، R5 باید شامل یک عنصر تنظیم کننده باشد - یک ترانزیستور اثر میدان، یک دیود نوری کوپلر و غیره، که اجازه می دهد، زمانی که جریان بار کاهش یا افزایش یابد، به طور خودکار عرض پالس تولید شده را تنظیم می کند، در نتیجه توان مبدل خروجی را کنترل می کند.

به عنوان مثال اجرای عملیما توضیحات و نمودارهای برخی از آنها را برای سوئیچینگ منابع تغذیه ارائه می دهیم.

مدار منبع تغذیه سوئیچینگ

منبع تغذیه سوئیچینگ(شکل 2) از یکسو کننده های ولتاژ شبکه، یک نوسان ساز اصلی، یک شکل دهنده پالس مستطیلی با مدت زمان قابل تنظیم، یک تقویت کننده قدرت دو مرحله ای، یکسو کننده های خروجی و یک مدار تثبیت ولتاژ خروجی تشکیل شده است.

اسیلاتور اصلی بر روی یک ریز مدار از نوع K555LAZ (عناصر DDI 0.1، DDI 0.2) ساخته شده و پالس های مستطیلی با فرکانس 150 کیلوهرتز تولید می کند. یک ماشه RS روی عناصر DD1.3، DD1.4 مونتاژ شده است که فرکانس خروجی آن نصف کمتر است - 75 کیلوهرتز. واحد کنترل مدت زمان پالس سوئیچینگ بر روی یک ریزمدار نوع K555LI1 (عناصر DD2.1، DD2.2) اجرا می شود و مدت زمان با استفاده از کوپلر اپتوکوپلر U1 تنظیم می شود.

مرحله خروجی شکل دهنده پالس سوئیچینگ با استفاده از عناصر DD2.3، DD2.4 مونتاژ می شود. حداکثر قدرتدر خروجی شکل دهنده پالس به 40 مگاوات می رسد. پیش تقویت کنندهقدرت بر روی ترانزیستورهای VT1، VT2 نوع KT645A، و آخرین آن - در ترانزیستورهای VT3، VT4 نوع KT828 یا مدرن تر ساخته می شود. توان خروجی آبشارها به ترتیب 2 و 60...65 وات است.

مداری برای تثبیت ولتاژ خروجی با استفاده از ترانزیستورهای VT5، VT6 و اپتوکوپلر U1 مونتاژ می شود. اگر ولتاژ خروجی منبع تغذیه زیر نرمال (12 ولت) باشد، دیودهای زنر VD19، VD20 (KS182+KS139) بسته هستند، ترانزیستور VT5 بسته است، ترانزیستور VT6 باز است، جریانی از LED (U1) عبور می کند. 0.2) اپتوکوپلر، با مقاومت R14 محدود شده است. مقاومت فوتودیود (U1.1) اپتوکوپلر حداقل است.

سیگنالی که از خروجی عنصر DD2.1 گرفته شده و به دلیل ثابت زمانی کم آن به طور مستقیم و از طریق یک عنصر تاخیر قابل تنظیم (R3 - R5, C4, VD2, U1.1) به ورودی های مدار تصادفی DD2.2 عرضه می شود. ، تقریباً به طور همزمان به ورودی های مطابقت مدار می رسد (عنصر DD2.2).

در خروجی این عنصر، پالس های کنترل گسترده ای تشکیل می شود. پالس های دوقطبی با مدت زمان قابل تنظیم روی سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور T1 (خروجی عناصر DD2.3، DD2.4) تشکیل می شوند.

برنج. 2. مدار منبع تغذیه سوئیچینگ.

اگر به هر دلیلی ولتاژ در خروجی منبع تغذیه بالاتر از حد نرمال افزایش یابد، جریان از طریق دیودهای زنر VD19، VD20 شروع به عبور می کند، ترانزیستور VT5 کمی باز می شود، VT6 بسته می شود و جریان از طریق LED اپتوکوپلر U1.2 کاهش می یابد. .

در این حالت مقاومت فوتودیود اپتوکوپلر U1.1 افزایش می یابد. مدت زمان پالس های کنترل کاهش می یابد و ولتاژ خروجی (قدرت) کاهش می یابد. هنگامی که بار اتصال کوتاه می شود، LED کوپلر خاموش می شود، مقاومت دیود نوری اپتوکوپلر حداکثر است و مدت زمان پالس های کنترل حداقل است. دکمه SB1 برای شروع مدار طراحی شده است.

در حداکثر مدت زمان، پالس های کنترل مثبت و منفی در زمان همپوشانی ندارند، زیرا به دلیل وجود مقاومت R3 در مدار شکل دهی، فاصله زمانی بین آنها وجود دارد.

این امر احتمال عبور جریان از طریق ترانزیستورهای خروجی نسبتاً کم فرکانس مرحله تقویت توان نهایی را کاهش می دهد. زمان بزرگجذب حامل های اضافی به انتقال اساسی. ترانزیستورهای خروجی بر روی سینک های حرارتی پره دار با مساحت حداقل 200 سانتی متر مربع نصب می شوند. توصیه می شود مقاومت های 10...51 اهم را در مدارهای پایه این ترانزیستورها نصب کنید.

مراحل تقویت توان و مدار تولید پالس های دوقطبی توسط یکسو کننده های ساخته شده بر روی دیودهای VD5 - VD12 و عناصر R9 - R11، C6 - C9، C12، VD3، VD4 تغذیه می شوند.

ترانسفورماتورهای T1، T2 بر روی حلقه های فریت K10x6x4.5 ZOONM ساخته شده اند. TZ - K28x16x9 ZOONM. سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور T1 شامل 165 دور سیم PELSHO 0.12، سیم پیچ ثانویه شامل 2×65 پیچ PEL-2 0.45 (سیم پیچ در دو سیم) است.

سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور T2 شامل 165 دور سیم PEV-2 0.15 میلی متری است، سیم پیچ های ثانویه شامل 2x40 پیچ از همان سیم هستند. سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور TZ شامل 31 دور سیم MGShV است که به صورت کامبریک رزوه شده و دارای سطح مقطع 0.35 mm^2 است، سیم پیچ ثانویه دارای 3 × 6 دور سیم PEV-2 1.28 میلی متر است. اتصال موازی). هنگام اتصال سیم پیچ های ترانسفورماتور، لازم است آنها را به درستی فاز بندی کنید. ابتدای سیم پیچ ها در شکل با ستاره نشان داده شده است.

منبع تغذیه در محدوده ولتاژ شبکه 130…250 V کار می کند. حداکثر توان خروجی با بار متقارن به 60…65 W می رسد (ولتاژ تثبیت شده با قطب مثبت و منفی 12 S و ولتاژ AC تثبیت شده با فرکانس 75 کیلوهرتز، از سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور T3 حذف شده است). ولتاژ ریپل در خروجی منبع تغذیه از 0.6 ولت تجاوز نمی کند.

هنگام راه اندازی یک منبع تغذیه، ولتاژ اصلی از طریق یک ترانسفورماتور ایزوله یا یک تثبیت کننده فرورزونانت با خروجی ایزوله شده از شبکه به آن تامین می شود. تمام لحیم کاری مجدد در منبع تنها زمانی انجام می شود که دستگاه به طور کامل از شبکه جدا شده باشد.

توصیه می شود هنگام راه اندازی دستگاه یک لامپ رشته ای 60 وات 220 ولت را به صورت سری با مرحله خروجی روشن کنید.این لامپ در صورت بروز خطا در نصب از ترانزیستورهای خروجی محافظت می کند. Optocoupler U1 باید دارای ولتاژ شکست عایق حداقل 400 ولت باشد. کارکرد دستگاه بدون بار مجاز نیست.

منبع تغذیه سوئیچینگ شبکه

منبع تغذیه سوئیچینگ شبکه (شکل 3) برای دستگاه های تلفنبا شناسه تماس گیرنده خودکار یا برای دستگاه های دیگر با توان مصرفی 3...5 وات که با ولتاژ 5...24 ولت تغذیه می شود.

منبع تغذیه در برابر اتصال کوتاه خروجی محافظت می شود. ناپایداری ولتاژ خروجی هنگامی که ولتاژ تغذیه از 150 به 240 ولت تغییر می کند و جریان بار در 20 ... 100 درصد مقدار اسمی است، از 5٪ تجاوز نمی کند.

یک مولد پالس کنترل شده سیگنالی با فرکانس 25 ... 30 کیلوهرتز بر اساس ترانزیستور VT3 ارائه می دهد.

چوک های L1، L2 و L3 روی هسته های مغناطیسی از نوع K10x6x3 از پرمالوی فشرده MP140 پیچیده می شوند. سیم‌پیچ‌های سلف L1، L2 شامل 20 پیچ سیم PETV 0.35 میلی‌متری هستند و هر کدام روی نیمه حلقه خود با فاصله بین سیم‌پیچ‌ها حداقل 1 میلی‌متر قرار دارند.

Choke L3 با سیم PETV 0.63 میلی متری پیچ می شود تا در یک لایه در امتداد محیط داخلی حلقه بچرخد. ترانسفورماتور T1 بر روی یک هسته مغناطیسی B22 ساخته شده از فریت M2000NM1 ساخته شده است.

برنج. 3. نمودار منبع تغذیه سوئیچینگ شبکه.

سیم‌پیچ‌های آن بر روی یک قاب تاشو پیچ می‌شود تا با سیم PETV بچرخد و با چسب آغشته شود. سیم پیچ اول I در چندین لایه پیچیده می شود که شامل 260 دور سیم 0.12 میلی متری است. سیم پیچ محافظ با یک ترمینال با همان سیم پیچ می شود (شکل 3 نشان می دهد خط نقطه چین) سپس چسب BF-2 بزنید و آن را با یک لایه لاکوت کانی بپیچید.

سیم پیچ III با سیم 0.56 میلی متر پیچیده می شود. برای ولتاژ خروجی 5 ولت، شامل 13 چرخش است. سیم پیچ II آخرین زخم است. این شامل 22 دور سیم 0.15 ... 0.18 میلی متر است. یک شکاف غیر مغناطیسی بین فنجان ها ایجاد شده است.

منبع ولتاژ ثابت ولتاژ بالا

برای ایجاد یک ولتاژ بالا (30 ... 35 کیلو ولت در جریان بار تا 1 میلی آمپر) برای تغذیه یک لوستر الکتروفلوویال (لوستر A.L. Chizhevsky)، یک منبع تغذیه طراحی شده است. جریان مستقیممستقر تراشه تخصصینوع K1182GGZ.

منبع تغذیه از یکسو کننده ولتاژ اصلی تشکیل شده است پل دیودی VD1، خازن فیلتر C1 و یک خود نوسان ساز نیم پل ولتاژ بالا روی تراشه DA1 از نوع K1182GGZ. تراشه DA1، همراه با ترانسفورماتور T1، ولتاژ برق مستقیم اصلاح شده را به ولتاژ پالسی با فرکانس بالا (30 تا 50 کیلوهرتز) تبدیل می کند.

ولتاژ برق اصلاح شده به ریزمدار DA1 عرضه می‌شود و مدار راه‌اندازی R2، C2، خود نوسان‌کننده ریزمدار را راه‌اندازی می‌کند. زنجیره های R3، SZ و R4، C4 فرکانس ژنراتور را تنظیم می کنند. مقاومت های R3 و R4 طول مدت نیم چرخه پالس های تولید شده را تثبیت می کنند. ولتاژ خروجی با سیم پیچی L4 ترانسفورماتور افزایش می یابد و با استفاده از دیودهای VD2 - VD7 و خازن های C7 - C12 به یک ضرب کننده ولتاژ عرضه می شود. ولتاژ تصحیح شده از طریق مقاومت محدود کننده R5 به بار عرضه می شود.

خازن فیلتر خط C1 برای ولتاژ کاری 450 ولت (K50-29)، C2 - از هر نوع برای ولتاژ 30 ولت طراحی شده است. خازن های C5، C6 در محدوده 0.022 ... 0.22 μF برای ولتاژ انتخاب می شوند. حداقل 250 ولت (K71-7، K73 -17). خازن های چند برابر کننده C7 - C12 نوع KVI-3 برای ولتاژ 10 کیلو ولت. می توان آن را با خازن های انواع K15-4، K73-4، POV و غیره با ولتاژ کاری 10 کیلو ولت یا بالاتر جایگزین کرد.

برنج. 4. نمودار مدار منبع تغذیه DC ولتاژ بالا.

دیودهای ولتاژ بالا VD2 - VD7 نوع KTs106G (KTs105D). مقاومت محدود کننده R5 نوع KEV-1. می توان آن را با سه مقاومت از نوع MLT-2 هر کدام 10 MOhm جایگزین کرد.

یک ترانسفورماتور خط تلویزیون، به عنوان مثال، TVS-110LA، به عنوان یک ترانسفورماتور استفاده می شود. سیم پیچ فشار قوی باقی می ماند، بقیه حذف می شوند و سیم پیچ های جدید در جای خود قرار می گیرند. سیم پیچ های L1، L3 هر کدام شامل 7 پیچ سیم PEL 0.2 میلی متری و سیم پیچ L2 شامل 90 پیچ از همان سیم است.

توصیه می شود زنجیره ای از مقاومت های R5 را که جریان اتصال کوتاه را محدود می کند در سیم "منفی" که به لوستر متصل است قرار دهید. این سیم باید دارای عایق ولتاژ بالا باشد.

تصحیح کننده ضریب قدرت

این دستگاه که تصحیح کننده ضریب توان نام دارد (شکل 5) بر اساس یک ریز مدار تخصصی TOP202YA3 (یکپارچه سازی نیرو) مونتاژ می شود و ضریب توان حداقل 0.95 را با توان بار 65 وات ارائه می دهد. اصلاح کننده شکل جریان مصرف شده توسط بار را به جریان سینوسی نزدیک می کند.

برنج. 5. مدار تصحیح کننده ضریب توان بر اساس ریزمدار TOP202YA3.

حداکثر ولتاژ ورودی 265 ولت است. فرکانس متوسط ​​مبدل 100 کیلوهرتز است. بازده تصحیح کننده 0.95 است.

منبع تغذیه سوئیچینگ با میکرو مدار

نمودار یک منبع تغذیه با یک میکرو مدار از همان شرکت Power Integration در شکل نشان داده شده است. 6. دستگاه استفاده می کند محدود کننده ولتاژ نیمه هادی- 1.5KE250A.

مبدل جداسازی گالوانیکی ولتاژ خروجی از ولتاژ شبکه را فراهم می کند. با درجه بندی ها و عناصر نشان داده شده در نمودار، دستگاه به شما امکان می دهد باری را که 20 وات مصرف می کند با ولتاژ 24 ولت وصل کنید. راندمان مبدل به 90٪ نزدیک می شود. فرکانس تبدیل - 100 هرتز. دستگاه محافظت می شود اتصال کوتاهتحت بار

برنج. 6. نمودار مدار منبع تغذیه سوئیچینگ 24 ولت روی یک میکرو مدار از Power Integration.

توان خروجی مبدل بر اساس نوع ریز مدار مورد استفاده تعیین می شود که مشخصات اصلی آن در جدول 1 آورده شده است.

جدول 1. ویژگی های ریز مدارهای سری TOP221Y - TOP227Y.

مبدل ولتاژ ساده و بسیار کارآمد

بر اساس یکی از ریز مدارهای TOP200/204/214 از Power Integration، یک دستگاه ساده و مبدل ولتاژ با راندمان بالا(شکل 7) با توان خروجی تا 100 وات.

برنج. 7. مدار مبدل Buck-Boost پالس بر اساس ریزمدار TOP200/204/214.

مبدل شامل فیلتر شبکه(C1، L1، L2)، یکسوساز پل (VD1 - VD4)، خود مبدل U1، یک مدار تثبیت ولتاژ خروجی، یکسو کننده ها و یک فیلتر LC خروجی.

فیلتر ورودی L1, L2 در دو سیم روی یک حلقه فریت M2000 (2×8 چرخش) پیچیده شده است. اندوکتانس سیم پیچ حاصل 18 ... 40 mH است. ترانسفورماتور T1 بر روی یک هسته فریت با یک قاب استاندارد ETD34 از زیمنس یا ماتسوشیتا ساخته شده است، اگرچه می توان از دیگر هسته های وارداتی مانند EP، EC، EF یا هسته های فریت W شکل داخلی M2000 استفاده کرد.

سیم پیچ I دارای پیچ 4×90 PEV-2 0.15 میلی متر است. II - 3x6 از همان سیم؛ III - 2×21 چرخش PEV-2 0.35 میلی متر. همه سیم‌پیچ‌ها به نوبه خود پیچ ​​می‌شوند. بین لایه ها باید عایق قابل اعتمادی ارائه شود.

بر خلاف منابع تغذیه خطی سنتی، که شامل خاموش کردن ولتاژ ناپایدار اضافی روی یک عنصر خطی عبوری است، منابع تغذیه پالسی از روش‌های دیگری استفاده می‌کنند. پدیده های فیزیکیبرای تولید یک ولتاژ تثبیت شده، یعنی: اثر انباشت انرژی در سلف ها و همچنین امکان تبدیل فرکانس بالا و تبدیل انرژی انباشته شده به ولتاژ مستقیم. سه مدار معمولی برای ساخت منابع تغذیه پالسی وجود دارد: افزایش (ولتاژ خروجی بالاتر از ورودی) شکل. 1،

برنج. 1. تقویت منبع تغذیه سوئیچینگ (Uout>Uin).

پایین آمدن (ولتاژ خروجی کمتر از ورودی)

برنج. 2. منبع تغذیه سوئیچینگ کشویی (Uout

منبع تغذیه سوئیچینگ کاهنده (Uout

برنج. 3. منبع تغذیه سوئیچینگ معکوس (Uout

همانطور که از شکل مشاهده می شود، آنها فقط در نحوه اتصال اندوکتانس متفاوت هستند؛ در غیر این صورت، اصل عملکرد بدون تغییر باقی می ماند، یعنی.

عنصر کلیدی (معمولا دوقطبی یا ترانزیستورهای MOS) که با فرکانس 20-100 کیلوهرتز کار می کند، به طور دوره ای برای مدت کوتاهی (بیش از 50٪ مواقع) ولتاژ ناپایدار کامل ورودی را به سلف اعمال می کند. جریان پالس. جریان از طریق سیم پیچ، تجمع ذخایر انرژی را در میدان مغناطیسی آن 1/2LI^2 در هر پالس تضمین می کند. - انرژی ذخیره شده در این روش از سیم پیچ به بار منتقل می شود (یا مستقیماً با استفاده از یک دیود یکسو کننده یا از طریق سیم پیچ ثانویه با یکسوسازی بعدی)، خازن فیلتر صاف کننده خروجی پایداری ولتاژ و جریان خروجی را تضمین می کند. تثبیت ولتاژ خروجی تضمین می شود تنظیم خودکارعرض یا نرخ تکرار پالس در هر عنصر کلیدی(یک مدار بازخورد برای نظارت بر ولتاژ خروجی طراحی شده است).

این طرح، اگرچه بسیار پیچیده است، اما می تواند کارایی کل دستگاه را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. نکته این است که، در در این مورد، به جز خود بار، هیچ عنصر قدرتی در مدار وجود ندارد که توان قابل توجهی را از بین ببرد. ترانزیستورهای کلیدی در حالت سوئیچ اشباع کار می کنند (یعنی افت ولتاژ در آنها اندک است) و فقط در فواصل زمانی نسبتاً کوتاه (زمان پالس) توان را تلف می کنند. علاوه بر این، با افزایش فرکانس تبدیل، می توان به میزان قابل توجهی قدرت را افزایش داد و ویژگی های وزن و اندازه را بهبود بخشید.

یک مزیت تکنولوژیکی مهم منابع تغذیه پالسی توانایی ساخت منابع تغذیه شبکه با اندازه کوچک با جداسازی گالوانیکی از شبکه برای تامین انرژی طیف گسترده ای از تجهیزات است. چنین منبع تغذیه بدون استفاده از ترانسفورماتور قدرت فرکانس پایین حجیم با استفاده از مدار مبدل فرکانس بالا ساخته می شود. این در واقع یک مدار منبع تغذیه سوئیچینگ معمولی با کاهش ولتاژ است که در آن از ولتاژ شبکه یکسو شده به عنوان ولتاژ ورودی استفاده می شود و یک ترانسفورماتور فرکانس بالا (در اندازه کوچک و با راندمان بالا) به عنوان عنصر ذخیره سازی استفاده می شود. سیم پیچ ثانویه ای که ولتاژ تثبیت شده خروجی آن حذف می شود (این ترانسفورماتور همچنین جداسازی گالوانیکی از شبکه را فراهم می کند).

معایب منابع تغذیه پالسی عبارتند از: وجود سطح بالا نویز ضربه ایدر خروجی، پیچیدگی بالا و قابلیت اطمینان کم (به ویژه در تولید صنایع دستی)، نیاز به استفاده از قطعات گران قیمت ولتاژ بالا و فرکانس بالا، که در صورت کوچکترین نقص، به راحتی "انبوه" خراب می شوند (در این مورد). ، به عنوان یک قاعده، اثرات آتش سوزی چشمگیر قابل مشاهده است). کسانی که دوست دارند داخل دستگاه ها را با پیچ گوشتی و آهن لحیم کاری کنکاش کنند، باید هنگام طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ شبکه بسیار مراقب باشند، زیرا بسیاری از عناصر چنین مدارهایی تحت ولتاژ بالا هستند.

منابع تغذیه پالسی

مشخص است که منابع تغذیه بخشی جدایی ناپذیر از دستگاه های مهندسی رادیو هستند که مشمول تعدادی از الزامات هستند. آنها مجموعه ای از عناصر، ابزارها و دستگاه هایی را نشان می دهند که انرژی الکتریکی تولید می کنند و آن را به شکل لازم برای اطمینان از شرایط عملیاتی مورد نیاز دستگاه های رادیویی تبدیل می کنند.

منابع برق به دو گروه منابع برق اولیه و ثانویه تقسیم می شوند: منابع اولیه وسایلی هستند که انواع انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند (مولد ماشین های الکتریکی، منابع جریان الکتروشیمیایی، مبدل های فوتوالکتریک و ترمیونیک و ...).

دستگاه های برق ثانویه مبدل هایی از همان نوع هستند انرژی الکتریکیبه دیگری. اینها عبارتند از: مبدل های ولتاژ AC-DC (یکسو کننده). مبدل های ولتاژ AC (ترانسفورماتور)؛ مبدل ها ولتاژ DCبه AC (اینورتر).

منابع تغذیه در حال حاضر 30 تا 70 درصد از کل جرم و حجم تجهیزات الکترونیکی را تشکیل می دهند. بنابراین مشکل ایجاد یک منبع تغذیه مینیاتوری، سبک و قابل اعتماد با شاخص های فنی و اقتصادی خوب مهم و مرتبط است. این کار به توسعه یک منبع برق ثانویه (SPS) با حداقل وزن و اندازه و مشخصات فنی بالا اختصاص داده شده است.

یک پیش نیاز برای طراحی منابع برق ثانویه، آگاهی دقیق از الزامات آنها است. این الزامات بسیار متنوع هستند و با ویژگی های عملیاتی مجموعه های REA که توسط یک RES معین تغذیه می شوند تعیین می شوند. الزامات اصلی عبارتند از: برای طراحی - قابلیت اطمینان، قابلیت نگهداری، محدودیت های اندازه و وزن، شرایط حرارتی. ویژگی های فنی و اقتصادی - هزینه و قابلیت ساخت.

جهت های اصلی برای بهبود وزن، اندازه و شاخص های فنی و اقتصادی IP: استفاده از جدیدترین مواد الکتریکی. استفاده از پایه عنصر با استفاده از فناوری ترکیبی انتگرال. افزایش فرکانس تبدیل انرژی الکتریکی؛ به دنبال راه حل های جدید مدار موثر است. برای انتخاب یک مدار منبع تغذیه، تحلیلی از کارایی استفاده از منابع تغذیه سوئیچینگ (PSS) در مقایسه با PS های تغذیه ساخته شده با استفاده از فناوری سنتی انجام شد.

از معایب اصلی ترانسفورماتورهای قدرت می توان به ویژگی های وزن و اندازه بالای آنها و همچنین تأثیر قابل توجه بر سایر دستگاه های الکترونیکی قوی اشاره کرد. میدان مغناطیسیترانسفورماتورهای قدرت مشکل SMPS ایجاد تداخل فرکانس بالا و در نتیجه ناسازگاری الکترومغناطیسی با انواع خاصی از تجهیزات الکترونیکی است. تجزیه و تحلیل نشان داد که SMPS الزامات را به طور کامل برآورده می کند، که با استفاده گسترده آنها در REA تأیید می شود.

این کار یک SMPS 800 واتی را در نظر می گیرد که با استفاده از آن در مبدل با سایر SMPS ها متفاوت است. ترانزیستورهای اثر میدانیو ترانسفورماتور با سیم پیچ اولیه دارای ترمینال میانی. ترانزیستورهای اثر میدانی راندمان بالاتری را ارائه می دهند و سطح کاهش یافته استتداخل فرکانس بالا، و یک ترانسفورماتور با ترمینال میانی - نیمی از جریان عبوری از ترانزیستورهای کلیدی است و نیاز به ترانسفورماتور ایزوله را در مدارهای دروازه آنها حذف می کند.

بر اساس اصل انتخاب شده نمودار الکتریکیطراحی توسعه داده شد و نمونه اولیه SMPS تولید شد. کل ساختار در قالب یک ماژول نصب شده در ارائه شده است کیس آلومینیومی. پس از آزمایش های اولیه، تعدادی از کاستی ها شناسایی شد: گرم شدن قابل توجه رادیاتورهای ترانزیستورهای کلیدی، دشواری حذف گرما از مقاومت های قدرتمند خانگی و ابعاد بزرگ.

طراحی بهبود یافته است: طراحی برد کنترل با استفاده از اجزاء تغییر کرده است نصب سطحیروی تخته دو طرفه، نصب عمود بر روی تخته اصلی؛ استفاده از رادیاتور با فن داخلی از رایانه؛ تمام عناصر تحت تنش حرارتی مدار به طور ویژه در یک طرف محفظه در امتداد جهت دمیدن فن اصلی برای بیشترین میزان قرار گرفته بودند. خنک کننده کارآمد. در نتیجه اصلاح، ابعاد IPP سه برابر کاهش یافت و کاستی‌های شناسایی شده در آزمایش‌های اولیه برطرف شد. نمونه اصلاح شده دارد ویژگی های زیر: ولتاژ منبع بالا = ~ 180-240 ولت، فرکانس fr = 90 کیلوهرتز، توان خروجی P = 800 وات، بازده = 85٪، وزن = 2.1 کیلوگرم، ابعاد کلی 145X145X80 میلی متر.

این کار به طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ طراحی شده برای تغذیه یک تقویت کننده قدرت اختصاص دارد فرکانس صوتی، بخشی از سیستم صوتی خانگی قدرت بالا. ایجاد یک سیستم بازتولید صدای خانگی با انتخاب یک طراحی مدار برای UMZCH آغاز شد. برای این منظور، تجزیه و تحلیل طراحی مدار دستگاه های بازتولید صدا انجام شد. انتخاب در مدار UMZCH با وفاداری بالا انجام شد.

این آمپلی فایر دارای ویژگی های بسیار بالایی می باشد، دارای دستگاه های حفاظتی در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه، دستگاه هایی برای حفظ پتانسیل صفر ولتاژ ثابت در خروجی و دستگاهی برای جبران مقاومت سیم های متصل کننده تقویت کننده به آکوستیک می باشد. علیرغم این واقعیت که مدار UMZCH مدتها پیش منتشر شد ، آماتورهای رادیویی تا به امروز طراحی آن را تکرار می کنند ، که تقریباً در هر ادبیات مربوط به مونتاژ دستگاه هایی برای پخش موسیقی با کیفیت بالا می توان ارجاعاتی به آن پیدا کرد. بر اساس این مقاله، تصمیم به مونتاژ یک UMZCH چهار کاناله گرفته شد که مصرف برق کل آن 800 وات بود. بنابراین، مرحله بعدی در مونتاژ UMZCH توسعه و مونتاژ طراحی منبع تغذیه بود که توان خروجی حداقل 800 وات، ابعاد و وزن کوچک، قابلیت اطمینان عملیاتی و محافظت در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه را فراهم می کرد.

منابع تغذیه عمدتاً طبق دو طرح ساخته می شوند: کلاسیک سنتی و با توجه به طرح مبدل های ولتاژ پالسی. بنابراین، تصمیم گرفته شد که طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ را مونتاژ و اصلاح کنیم.

مطالعه منابع برق ثانویه منابع برق به دو دسته منابع برق اولیه و ثانویه تقسیم می شوند.

منابع اولیه وسایلی هستند که انواع مختلف انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند (مولد ماشین های الکتریکی، منابع جریان الکتروشیمیایی، مبدل های فوتوالکتریک و ترمیونی و غیره).

دستگاه های برق ثانویه مبدل های یک نوع انرژی الکتریکی به نوع دیگر هستند. این شامل:

• * مبدل های ولتاژ AC به DC (یکسو کننده)؛
• * مبدل های ولتاژ AC (ترانسفورماتور)؛
• * مبدل های DC-AC (اینورتر).

منابع تغذیه ثانویه عمدتاً طبق دو طرح ساخته می شوند: کلاسیک سنتی و با توجه به طرح مبدل های ولتاژ پالس. عیب اصلی ترانسفورماتورهای قدرت ساخته شده بر اساس طراحی سنتی کلاسیک، ویژگی های وزن و اندازه بزرگ آنها و همچنین تأثیر قابل توجه میدان مغناطیسی قوی ترانسفورماتورهای قدرت بر سایر دستگاه های الکترونیکی است. مشکل SMPS ایجاد تداخل فرکانس بالا و در نتیجه ناسازگاری الکترومغناطیسی با انواع خاصی از تجهیزات الکترونیکی است. تجزیه و تحلیل نشان داد که SMPS الزامات را به طور کامل برآورده می کند، که با استفاده گسترده آنها در REA تأیید می شود.

ترانسفورماتورهای منبع تغذیه سوئیچینگ با انواع سنتی در موارد زیر متفاوت هستند: - منبع ولتاژ مستطیلی. شکل پیچیده سیم پیچ ها (ترمینال های نقطه میانی) و روی آن کار کنید فرکانس های بالاتر(تا چند ده کیلوهرتز). علاوه بر این، پارامترهای ترانسفورماتور تأثیر قابل توجهی بر حالت عملکرد دارند دستگاه های نیمه هادیو ویژگی های مبدل بنابراین، اندوکتانس مغناطیسی ترانسفورماتور زمان سوئیچینگ ترانزیستورها را افزایش می دهد. اندوکتانس نشتی (با یک جریان به سرعت در حال تغییر) باعث ایجاد اضافه ولتاژ در ترانزیستورها می شود که می تواند منجر به خرابی آنها شود. جریان بدون بار باعث کاهش راندمان مبدل و بدتر شدن شرایط حرارتی ترانزیستورها می شود. ویژگی های ذکر شده در هنگام محاسبه و طراحی ترانسفورماتورهای SMPS در نظر گرفته می شود.

این مقاله بررسی می کند بلوک پالسمنبع تغذیه 800 وات. با استفاده از ترانزیستورهای اثر میدانی و ترانسفورماتور با سیم پیچ اولیه با ترمینال میانی در مبدل با مواردی که قبلا توضیح داده شد متفاوت است. اولی راندمان بالاتر و کاهش سطح تداخل فرکانس بالا را فراهم می کند و دومی نیمی از جریان را از طریق ترانزیستورهای کلیدی فراهم می کند و نیاز به ترانسفورماتور ایزوله را در مدارهای دروازه آنها بی نیاز می کند.

عیب این راه حل مدار، ولتاژ بالا در نیمه های سیم پیچ اولیه است که نیاز به استفاده از ترانزیستورهایی با ولتاژ مجاز مناسب دارد. درست است، بر خلاف مبدل پل، در این مورد به جای چهار ترانزیستور، دو ترانزیستور کافی است، که طراحی را ساده می کند و کارایی دستگاه را افزایش می دهد.

منابع تغذیه سوئیچینگ (UPS) از یک و دو چرخه استفاده می کنند مبدل های فرکانس بالا. راندمان اولی کمتر از دومی است، بنابراین یک چرخه است ظرفیت یو پی اسطراحی بیش از 40...60 وات غیر عملی است. مبدل های فشار کش این امکان را فراهم می کند که به طور قابل توجهی بالاتر به دست آورید توان خروجیبا راندمان بالا آنها به چندین گروه تقسیم می شوند که با روش تحریک ترانزیستورهای کلید خروجی و مدار اتصال آنها به مدار سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور مبدل مشخص می شود. اگر در مورد روش برانگیختگی صحبت کنیم، می توان دو گروه را تشخیص داد: با خود تحریکی و تحریک خارجی.

اولی به دلیل مشکلاتی که در راه اندازی وجود دارد، محبوبیت کمتری دارند. هنگام طراحی یو پی اس های قدرتمند (بیش از 200 وات)، پیچیدگی ساخت آنها به طور غیر قابل توجیهی افزایش می یابد، بنابراین برای چنین منابع تغذیه ای کاربرد چندانی ندارند. مبدل های هیجان زده خارجی برای ایجاد UPS مناسب هستند افزایش قدرتو گاهی اوقات تقریباً نیازی به تنظیم ندارند. در مورد اتصال ترانزیستورهای کلیدی به ترانسفورماتور، سه مدار وجود دارد: به اصطلاح نیم پل (شکل 1، الف)، پل (شکل 1، ب). امروزه مبدل نیم پل بیشترین استفاده را دارد.

به دو ترانزیستور با نسبتاً کم نیاز دارد ارزش بالاولتاژ Ukemax. همانطور که از شکل 1a مشاهده می شود، خازن های C1 و C2 یک تقسیم کننده ولتاژ را تشکیل می دهند که سیم پیچ اولیه (I) ترانسفورماتور T2 به آن متصل است. هنگامی که ترانزیستور کلید باز می شود، دامنه پالس ولتاژ روی سیم پیچ به مقدار Upit/2 - Uke nas می رسد. مبدل پل شبیه مبدل نیم پل است، اما در آن خازن ها با ترانزیستورهای VT3 و VT4 (شکل 1b) جایگزین می شوند که به صورت جفت به صورت مورب باز می شوند. این مبدل به دلیل افزایش ولتاژ وارد شده به سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور و در نتیجه کاهش جریان عبوری از ترانزیستورهای VT1-VT4 دارای راندمان کمی بالاتر است. دامنه ولتاژ روی سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور در این مورد به مقدار Upit - 2Uke us می رسد.

به ویژه قابل توجه مبدل مطابق مدار در شکل 1c است که با بالاترین راندمان مشخص می شود. این امر با کاهش جریان سیم پیچ اولیه و در نتیجه کاهش اتلاف توان در ترانزیستورهای کلیدی حاصل می شود که برای یو پی اس های قدرتمند بسیار مهم است. دامنه ولتاژ پالس ها در نیمی از سیم پیچ اولیه به مقدار Upit - Uke us افزایش می یابد.

همچنین لازم به ذکر است که بر خلاف سایر مبدل ها نیازی به ترانسفورماتور ایزولاسیون ورودی ندارد. در دستگاه مطابق مدار شکل 1c، لازم است از ترانزیستورهایی با مقدار Uke max بالا استفاده شود. از آنجایی که انتهای قسمت بالایی (طبق نمودار) نیمی از سیم پیچ اولیه به ابتدای قسمت پایینی متصل است، هنگامی که جریان در اولین آنها جریان می یابد (VT1 باز است)، ولتاژی در دومی ایجاد می شود، برابر ( در مقدار مطلق) به دامنه ولتاژ در اول، اما در مقابل علامت نسبت به Upit. به عبارت دیگر، ولتاژ در کلکتور ترانزیستور بسته VT2 به 2Upit می رسد. بنابراین، حداکثر Uke آن باید بیشتر از 2Upit باشد. UPS پیشنهادی از یک مبدل فشار کش با یک ترانسفورماتور استفاده می کند که سیم پیچ اولیه آن دارای یک ترمینال میانی است. راندمان بالایی دارد، سطح پایینضربان دارد و تداخل ضعیفی در ناحیه اطراف منتشر می کند.