اصل عملکرد منابع تغذیه سوئیچینگ. اصل عملکرد منبع تغذیه سوئیچینگ

تقریباً هر دستگاه الکترونیکی منبع تغذیه دارد - عنصر مهمنمودار سیم کشی بلوک ها در دستگاه هایی استفاده می شوند که نیاز به برق کم دارند. وظیفه اصلی منبع تغذیه کاهش ولتاژ برق است. اولین منبع تغذیه سوئیچینگ پس از اختراع سیم پیچ طراحی شد که با جریان متناوب کار می کرد.

استفاده از ترانسفورماتورها انگیزه ای برای توسعه منابع تغذیه ایجاد کرد. پس از یکسو کننده جریان، یکسان سازی ولتاژ انجام می شود. در واحدهای دارای مبدل فرکانس، این فرآیند به صورت متفاوتی انجام می شود.

واحد پالس مبتنی بر یک سیستم اینورتر است. پس از تصحیح ولتاژ، پالس های مستطیلی با فرکانس بالا تشکیل شده و به فیلتر خروجی فرکانس پایین تغذیه می شود. منابع تغذیه سوئیچینگ ولتاژ را تبدیل کرده و برق را به بار می رساند.

اتلاف انرژی از بلوک پالساتفاق نمی افتد. از جانب منبع خطاتلاف روی نیمه هادی ها (ترانزیستورها) اتفاق می افتد. جمع و جور بودن و وزن سبک آن نیز به آن برتری نسبت به واحدهای ترانسفورماتور با قدرت یکسان می دهد، به همین دلیل است که اغلب با واحدهای پالس جایگزین می شود.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

عملکرد یک یو پی اس طراحی ساده به شرح زیر است. اگر جریان ورودی مانند اکثر موارد متغیر باشد لوازم خانگی، سپس ابتدا ولتاژ به ثابت تبدیل می شود. برخی از طرح های واحد دارای کلیدهایی هستند که ولتاژ را دو برابر می کنند. این کار به منظور اتصال به شبکه ای با درجه بندی ولتاژهای مختلف، به عنوان مثال، 115 و 230 ولت انجام می شود.

یکسو کننده ولتاژ متناوب را یکسان می کند و جریان مستقیم را خروجی می کند که وارد فیلتر خازن می شود. جریان از یکسو کننده به شکل پالس های کوچک با فرکانس بالا خارج می شود. سیگنال ها انرژی بالایی دارند که باعث کاهش ضریب توان ترانسفورماتور پالس می شود. به همین دلیل ابعاد واحد پالس کوچک است.

برای اصلاح کاهش توان در منابع تغذیه جدید از مداری استفاده می شود که جریان ورودی به صورت سینوس به دست می آید. طبق این طرح، بلوک ها در رایانه ها، دوربین های فیلمبرداری و سایر دستگاه ها نصب می شوند. واحد پالس از طریق ولتاژ ثابتی که از واحد عبور می کند بدون تغییر کار می کند. چنین بلوکی فلای بک نامیده می شود. اگر ولتاژ 115 ولت باشد، 163 ولت برای کار در ولتاژ ثابت مورد نیاز است، این به صورت (115 × √2) محاسبه می شود.

برای یکسو کننده، چنین مداری مضر است، زیرا نیمی از دیودها در کار استفاده نمی شوند، این باعث گرم شدن بیش از حد قسمت کار یکسو کننده می شود. در این صورت دوام کاهش می یابد.

پس از اصلاح ولتاژ برق، اینورتر وارد عمل شده و جریان را تبدیل می کند. پس از عبور از یک کموتاتور که انرژی خروجی بالایی دارد، جریان متناوب از جریان مستقیم به دست می آید. با سیم پیچ ترانسفورماتور چند ده چرخش و فرکانس صدها هرتز، منبع تغذیه به عنوان یک تقویت کننده فرکانس پایین کار می کند، معلوم می شود که بیش از 20 کیلوهرتز است، برای شنوایی انسان قابل دسترسی نیست. سوئیچ با استفاده از ترانزیستور با سیگنال چند مرحله ای ساخته شده است. چنین ترانزیستورهایی مقاومت کم و توانایی بالایی در عبور جریان دارند.

نمودار عملکرد یو پی اس

که در بلوک های شبکهورودی و خروجی از یکدیگر جدا می شوند؛ در بلوک های پالس، جریان به سیم پیچ اولیه فرکانس بالا اعمال می شود. ترانسفورماتور ولتاژ مورد نیاز را روی سیم پیچ ثانویه ایجاد می کند.

برای ولتاژهای خروجی بیشتر از 10 ولت، از دیودهای سیلیکونی استفاده می شود. در ولتاژهای پایین، دیودهای شاتکی نصب می شوند که دارای مزایای زیر هستند:

• بازیابی سریع، که باعث می شود ضررهای کوچکی داشته باشید.
• افت ولتاژ پایین برای کاهش ولتاژ خروجی، از ترانزیستور استفاده می شود که قسمت اصلی ولتاژ در آن یکسو می شود.

مدار بلوک پالس با حداقل اندازه

در یک مدار ساده یو پی اس، به جای ترانسفورماتور از چوک استفاده می شود. اینها مبدل هایی برای کاهش یا افزایش ولتاژ هستند؛ آنها به ساده ترین کلاس تعلق دارند؛ از یک سوئیچ و یک چوک استفاده می شود.

انواع یو پی اس

• یک یو پی اس ساده مبتنی بر IR2153، رایج در روسیه.
• منابع تغذیه سوئیچینگ بر اساس TL494.
• منبع تغذیه سوئیچینگ بر اساس UC3842.
• نوع هیبریدی، از یک لامپ کم مصرف.
• برای تقویت کننده با افزایش داده.
• از بالاست الکترونیکی.
• یو پی اس قابل تنظیم، دستگاه مکانیکی.
• برای UMZCH، منبع تغذیه بسیار تخصصی.
• یو پی اس قدرتمند با کارایی بالا.
• در 200 ولت - برای ولتاژ بیش از 220 ولت.
• UPS شبکه 150 وات، فقط شبکه.
• برای 12 ولت - به طور معمول در 12 ولت کار می کند.
• برای 24 ولت - فقط در 24 ولت کار می کند.
• پل - از مدار پل استفاده می شود.
• برای تقویت کننده لوله - ویژگی های لوله ها.
• برای LED - حساسیت بالا.
• یو پی اس دوقطبی، با کیفیت متمایز می شود.
• Flyback، ولتاژ و قدرت را افزایش داده است.

ویژگی های خاص

یک یو پی اس ساده می تواند از ترانسفورماتورهای کوچک تشکیل شود، زیرا با افزایش فرکانس، راندمان ترانسفورماتور بیشتر می شود و نیازها برای ابعاد هسته کوچکتر می شود. این هسته از آلیاژهای فرومغناطیسی ساخته شده است و برای فرکانس های پایین از فولاد استفاده می شود.

ولتاژ در منبع تغذیه تثبیت می شود بازخوردارزش منفی ولتاژ خروجی در همان سطح حفظ می شود و به بار و نوسانات ورودی بستگی ندارد. بازخورد با استفاده از روش های مختلف ایجاد می شود. اگر بلوک دارای جداسازی گالوانیکی از شبکه باشد، اتصال یک سیم پیچ ترانسفورماتور در خروجی یا با استفاده از اپتوکوپلر استفاده می شود. اگر نیازی به جداسازی نیست، از یک تقسیم‌کننده مقاومتی ساده استفاده کنید. به همین دلیل ولتاژ خروجی تثبیت می شود.

ویژگی های بلوک های آزمایشگاهی

اصل عملیات مبتنی بر تبدیل ولتاژ فعال است. برای حذف تداخل، فیلترهایی در انتهای و ابتدای مدار قرار می گیرند. اشباع ترانزیستورها تأثیر مثبتی روی دیودها دارد و تنظیم ولتاژ وجود دارد. محافظ داخلی اتصال کوتاه را مسدود می کند. کابل های برق در یک سری غیر ماژولار استفاده می شود، قدرت به 500 وات می رسد.

کیس دارای فن خنک کننده است، سرعت فن قابل تنظیم است. سنگین ترین باربلوک 23 آمپر، مقاومت 3 اهم، بالاترین فرکانس 5 هرتز است.

استفاده از بلوک های پالس

دامنه استفاده از آنها هم در زندگی روزمره و هم در تولید صنعتی به طور مداوم در حال رشد است.

منابع تغذیه سوئیچینگ در منابع تغذیه بدون وقفه، تقویت کننده ها، گیرنده ها، تلویزیون ها، شارژرهاآه، برای خطوط روشنایی کم ولتاژ، رایانه، تجهیزات پزشکی و سایر دستگاه ها و دستگاه های مختلف برای اهداف عمومی.

مزایا و معایب

یو پی اس دارای مزایا و معایب زیر است:

• سبک وزن.
• افزایش بهره وری.
• کم هزینه.
• محدوده ولتاژ تغذیه گسترده تر است.
• قفل های ایمنی توکار.

کاهش وزن و ابعاد به دلیل استفاده از عناصر با رادیاتور خنک کننده حالت خطی و کنترل پالس به جای ترانسفورماتورهای سنگین است. ظرفیت خازن با افزایش فرکانس کاهش می یابد. مدار یکسوسازی ساده تر شده است مدار ساده- نیم موج

ترانسفورماتورهای فرکانس پایین انرژی زیادی را از دست می دهند و گرما را در طول تبدیلات دفع می کنند. در یک UPS، حداکثر تلفات در طول فرآیندهای سوئیچینگ گذرا رخ می دهد. در مواقع دیگر، ترانزیستورها پایدار هستند، بسته یا باز هستند. شرایط برای صرفه جویی در انرژی ایجاد شده است، راندمان به 98٪ می رسد.

هزینه UPS به دلیل یکسان سازی طیف گسترده ای از عناصر در شرکت های رباتیک کاهش یافته است. عناصر قدرت از کلیدهای کنترل شده از نیمه هادی هایی با توان کمتر تشکیل شده است.

فناوری های پالس امکان استفاده از شبکه های برق با فرکانس های مختلف را فراهم می کند که استفاده از منابع تغذیه را در شبکه های مختلف انرژی گسترش می دهد. ماژول های نیمه هادی با ابعاد کوچک و فناوری دیجیتال در برابر محافظت می شوند مدار کوتاهو حوادث دیگر

واحدهای ساده با ترانسفورماتورهای حفاظتی بر روی یک پایه رله ساخته می شوند که هیچ مفهومی در فناوری دیجیتال وجود ندارد. فقط در برخی موارد از فناوری های دیجیتال استفاده می شود:

• برای مدارهای کنترل با توان کم.
• دستگاه هایی با جریان کم کنترل با دقت بالا، در فناوری اندازه گیری، ولت متر، انرژی سنج، در مترولوژی.

ایرادات

منابع تغذیه سوئیچینگ با تبدیل پالس های فرکانس بالا کار می کنند و تداخل ایجاد می کنند. محیط. نیاز به سرکوب و مبارزه با تداخل با استفاده از روش های مختلف وجود دارد. گاهی اوقات سرکوب صدا تاثیری ندارد و استفاده از بلوک های پالس برای برخی از انواع دستگاه ها غیرممکن می شود.

اتصال منبع تغذیه سوئیچینگ هم با بار کم و هم با بار زیاد توصیه نمی شود. اگر جریان خروجی ناگهان از حد تعیین شده پایین بیاید، ممکن است راه اندازی امکان پذیر نباشد و منبع تغذیه دارای اعوجاج داده هایی خواهد بود که برای محدوده عملیاتی مناسب نیستند.

نحوه انتخاب منابع تغذیه سوئیچینگ

ابتدا باید در مورد لیستی از تجهیزات تصمیم بگیرید و آن را به گروه ها تقسیم کنید:

• مصرف کنندگان عادی بدون منبع انرژی خود.
• مصرف کنندگان با منبع خود.
• دستگاه هایی با اتصال دوره ای

در هر گروه لازم است میزان مصرف جاری برای همه عناصر جمع شود. اگر بیش از 2 A دریافت کردید، بهتر است چندین منبع را متصل کنید.

گروه دوم و سوم را می توان به پاورهای ارزان قیمت متصل کرد. در مرحله بعد، زمان رزرو مورد نیاز را تعیین می کنیم. برای محاسبه ظرفیت باتری برای اطمینان از عملکرد مستقل، جریان تجهیزات گروه 1 و 2 را در ساعت ضرب می کنیم.

از این شکل منابع تغذیه سوئیچینگ را انتخاب می کنیم. هنگام خرید، نمی توانید از اهمیت منبع تغذیه در سیستم غافل شوید. عملکرد و پایداری تجهیزات به آن بستگی دارد.

• معرفی
• نتیجه

معرفی

منبع تغذیه سوئیچینگ اکنون با اطمینان جایگزین منابع خطی قدیمی شده است. دلیل - ذاتی این منابع انرژی است عملکرد بالا، فشردگی و بهبود عملکرد پایدارسازی.

با تغییرات سریعی که اصول تغذیه دچار آن شده است تکنولوژی الکترونیکیپشت اخیرا، اطلاعات مربوط به محاسبه، ساخت و استفاده از منابع تغذیه سوئیچینگ روز به روز مرتبط تر می شود.

اخیراً منابع تغذیه سوئیچینگ در بین متخصصان در زمینه مهندسی الکترونیک و رادیو و همچنین در تولید صنعتی محبوبیت خاصی به دست آورده است. تمایل به کنار گذاشتن واحدهای ترانسفورماتور حجیم استاندارد و تغییر به طرح‌های کوچک منابع تغذیه سوئیچینگ، مبدل‌های ولتاژ، مبدل‌ها و اینورترها وجود داشته است.

به طور کلی مبحث سوئیچینگ پاور کاملا مرتبط و جالب است و یکی از مهم ترین حوزه های الکترونیک قدرت است. این حوزه از الکترونیک امیدوارکننده و به سرعت در حال توسعه است. و هدف اصلی آن توسعه دستگاه های قدرت قدرتمند است که الزامات مدرن را برای قابلیت اطمینان، کیفیت، دوام، به حداقل رساندن وزن، اندازه، انرژی و مصرف مواد برآورده می کند. لازم به ذکر است که تقریباً تمام لوازم الکترونیکی مدرن، از جمله انواع رایانه ها، تجهیزات صوتی، تصویری و سایر دستگاه های مدرن، توسط منابع تغذیه سوئیچینگ فشرده تغذیه می شوند که یک بار دیگر ارتباط را تأیید می کند. پیشرفتهای بعدیمنطقه مشخص شده منابع تغذیه

1. اصل عملیات سوئیچینگ منابع تغذیه

منبع نبضتغذیه است سیستم اینورتر. در منابع تغذیه سوئیچینگ، ابتدا ولتاژ ورودی AC اصلاح می شود. اخذ شده فشار ثابتبه پالس های مستطیلی تبدیل می شود افزایش فرکانسو یک چرخه کاری مشخص، یا به یک ترانسفورماتور (در مورد منابع تغذیه پالسی با جداسازی گالوانیکی از شبکه تغذیه) یا مستقیماً به فیلتر پایین گذر خروجی (در منابع تغذیه پالسی بدون ایزولاسیون گالوانیکی) عرضه می شود. در منابع تغذیه پالسی می توان از ترانسفورماتورهای با اندازه کوچک استفاده کرد - این با این واقعیت توضیح داده می شود که با افزایش فرکانس، راندمان ترانسفورماتور افزایش می یابد و الزامات مربوط به ابعاد (بخش) هسته مورد نیاز برای انتقال توان معادل کاهش می یابد. در بیشتر موارد، چنین هسته ای را می توان از مواد فرومغناطیسی ساخت، برخلاف هسته ترانسفورماتورهای فرکانس پایین، که برای آن از فولاد الکتریکی استفاده می شود.

تصویر 1 - طرح ساختاریمنبع تغذیه سوئیچینگ

ولتاژ اصلی به یکسو کننده تامین می شود و پس از آن توسط یک فیلتر خازنی صاف می شود. از خازن فیلتر، که ولتاژ آن افزایش می یابد، ولتاژ اصلاح شده از طریق سیم پیچ ترانسفورماتور به کلکتور ترانزیستور که به عنوان یک سوئیچ عمل می کند، تامین می شود. دستگاه کنترل روشن و خاموش شدن دوره ای ترانزیستور را تضمین می کند. برای راه اندازی مطمئن منبع تغذیه، از یک نوسانگر اصلی ساخته شده بر روی یک ریزمدار استفاده می شود. پالس ها به پایه ترانزیستور کلید می رسند و باعث شروع چرخه عملیات اتوژنراتور می شوند. دستگاه کنترل وظیفه نظارت بر سطح ولتاژ خروجی، تولید سیگنال خطا و اغلب کنترل مستقیم کلید را بر عهده دارد. ریزمدار نوسانگر اصلی توسط زنجیره ای از مقاومت ها مستقیماً از ورودی ظرفیت ذخیره سازی تغذیه می شود و ولتاژ را با خازن مرجع تثبیت می کند. اسیلاتور اصلی و ترانزیستور کلید مدار ثانویه وظیفه عملکرد اپتوکوپلر را بر عهده دارند. هرچه ترانزیستورهای مسئول عملکرد اپتوکوپلر بازتر باشند، دامنه پالس های بازخورد کمتر می شود، ترانزیستور قدرت زودتر خاموش می شود و انرژی کمتری در ترانسفورماتور انباشته می شود که افزایش ولتاژ در خروجی را متوقف می کند. از منبع حالت عملکرد منبع تغذیه فرا رسیده است، جایی که اپتوکوپلر نقش مهمی را به عنوان تنظیم کننده و مدیر ولتاژهای خروجی ایفا می کند.

مشخصات یک منبع تغذیه صنعتی دقیق تر از یک منبع تغذیه معمولی خانگی است. این نه تنها در این واقعیت بیان می شود که یک ولتاژ سه فاز بالا در ورودی منبع تغذیه وجود دارد، بلکه در این واقعیت نیز بیان می شود که منابع تغذیه صنعتی باید حتی با انحراف قابل توجه ولتاژ ورودی از مقدار اسمی فعال باقی بمانند. از جمله افت ولتاژ و نوسانات، و همچنین از دست دادن یک یا چند فاز.

شکل 2 - نمودار شماتیک منبع تغذیه سوئیچینگ.

این طرح به شرح زیر عمل می کند. ورودی سه فاز می تواند به صورت سه سیم، چهار سیم یا حتی تک فاز ساخته شود. یکسو کننده سه فاز از دیودهای D1 - D8 تشکیل شده است.

مقاومت های R1 - R4 حفاظت از نوسانات را فراهم می کنند. استفاده از مقاومت های محافظ با قطع اضافه بار، استفاده از فیوز لینک های جداگانه را غیر ضروری می کند. ولتاژ تصحیح شده ورودی توسط یک فیلتر U شکل متشکل از C5، C6، C7، C8 و L1 فیلتر می شود.

مقاومت‌های R13 و R15 ولتاژ خازن‌های فیلتر ورودی را برابر می‌کنند.

هنگامی که ماسفت تراشه U1 باز می شود، پتانسیل منبع Q1 کاهش می یابد، جریان گیت به ترتیب توسط مقاومت های R6، R7 و R8 ارائه می شود، ظرفیت انتقال VR1 ... VR3 Q1 را باز می کند. دیود زنر VR4 ولتاژ منبع دروازه اعمال شده به Q1 را محدود می کند. هنگامی که MOSFET U1 خاموش می شود، ولتاژ تخلیه توسط مدار محدود کننده VR1، VR2، VR3 به 450 ولت محدود می شود. هر ولتاژ اضافی در انتهای سیم پیچ توسط Q1 از بین می رود. این اتصال به طور موثر کل ولتاژ تصحیح شده را بین Q1 و U1 توزیع می کند.

مدار جذب VR5, D9, R10 ولتاژ اضافی روی سیم پیچ اولیه ناشی از نشت القایی ترانسفورماتور را در طول کورس معکوس جذب می کند.

یکسوسازی خروجی توسط دیود D1 انجام می شود. C2 - فیلتر خروجی. L2 و C3 دومین مرحله فیلتر را تشکیل می دهند تا ناپایداری ولتاژ خروجی را کاهش دهند.

VR6 زمانی شروع به هدایت می کند ولتاژ خروجیاز افت در VR6 و اپتوکوپلر بیشتر است. تغییر در ولتاژ خروجی باعث تغییر در جریان عبوری از دیود اپتوکوپلر U2 می شود که به نوبه خود باعث تغییر در جریان ترانزیستور اپتوکوپلر U2 می شود. وقتی این جریان از آستانه در پین FB U1 فراتر رفت، چرخه کاری بعدی نادیده گرفته می شود. سطح مشخص شده ولتاژ خروجی با تنظیم تعداد چرخه های کاری از دست رفته و تکمیل شده حفظ می شود. هنگامی که چرخه کار شروع شد، زمانی که جریان U1 به ​​حد تعیین شده داخلی برسد، پایان می یابد. R11 جریان عبوری از اپتوکوپلر را محدود می کند و بهره بازخورد را تنظیم می کند. مقاومت R12 بایاس را برای VR6 فراهم می کند.

این مدار به لطف عملکردهای تعبیه شده در U1 (LNK304) از شکستن حلقه بازخورد، اتصال کوتاه خروجی و اضافه بار محافظت می شود. از آنجایی که ریز مدار مستقیماً از پین تخلیه آن تغذیه می شود، سیم پیچ برق جداگانه لازم نیست.

در منابع تغذیه سوئیچینگ، تثبیت ولتاژ از طریق بازخورد منفی تضمین می شود. بازخورد به شما امکان می دهد ولتاژ خروجی را بدون توجه به نوسانات ولتاژ ورودی و اندازه بار در یک سطح نسبتاً ثابت حفظ کنید. بازخورد می تواند به روش های مختلف سازماندهی شود. در مورد منابع پالسی با جداسازی گالوانیکی از شبکه تامین، رایج ترین روش ها استفاده از ارتباط از طریق یکی از سیم پیچ های خروجی ترانسفورماتور یا استفاده از اپتوکوپلر می باشد. بسته به بزرگی سیگنال بازخورد (بسته به ولتاژ خروجی)، چرخه وظیفه پالس ها در خروجی کنترلر PWM تغییر می کند. اگر نیازی به جداسازی نباشد، معمولاً از یک تقسیم کننده ولتاژ مقاومتی ساده استفاده می شود. بنابراین منبع تغذیه ولتاژ خروجی ثابتی را حفظ می کند.

2. پارامترهای اساسی و ویژگی های منابع تغذیه سوئیچینگ

طبقه بندی منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) بر اساس چندین مورد انجام می شود معیارهای اصلی:

بر اساس نوع ولتاژ ورودی و خروجی؛

بر اساس نوع شناسی؛

با توجه به شکل ولتاژ خروجی؛

بر اساس نوع مدار تغذیه؛

با ولتاژ بار؛

با قدرت بار؛

بر اساس نوع جریان بار؛

بر اساس تعداد خروجی ها؛

از نظر پایداری ولتاژ در سرتاسر بار.

بر اساس نوع ولتاژ ورودی و خروجی

1. مبدل های AC/DC متناوب به ولتاژ مستقیم هستند. چنین مبدل هایی در زمینه های مختلفی استفاده می شود - اتوماسیون صنعتی، تجهیزات مخابراتی، تجهیزات ابزار دقیق، تجهیزات پردازش داده های صنعتی، تجهیزات امنیتی و همچنین تجهیزات ویژه.

2. DC/DC مبدل های DC/DC هستند. چنین مبدل های DC/DC از ترانسفورماتورهای پالسی با دو یا چند سیم پیچ استفاده می کنند و هیچ ارتباطی بین مدارهای ورودی و خروجی وجود ندارد. ترانسفورماتورهای پالسی اختلاف پتانسیل زیادی بین ورودی و خروجی مبدل دارند. نمونه ای از کاربرد آنها می تواند یک منبع تغذیه (PSU) برای فلاش های عکس پالسی با ولتاژ خروجی حدود 400 ولت باشد.

3. DC/AC مبدل های DC-AC (اینورتر) هستند. زمینه اصلی کاربرد اینورترها کار در راه آهن و غیره است وسیله نقلیه، داشتن منبع تغذیه DC روی برد. آنها همچنین می توانند به عنوان مبدل اصلی به عنوان بخشی از منابع تغذیه پشتیبان استفاده شوند.

ظرفیت اضافه بار بالا به منبع تغذیه اجازه می دهد طیف گسترده ایدستگاه ها و تجهیزات، از جمله موتورهای کندانسور برای کمپرسورهای تبرید و تهویه مطبوع.

بر اساس نوع شناسی IIP ها به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

مبدل های فلای بک;

مبدل های پالس رو به جلو (مبدل جلو)؛

مبدل با خروجی فشار کش.

مبدل با خروجی نیم پل (halfbridgeconverter)؛

مبدل با خروجی پل (fullfbridgeconverter).

با توجه به شکل ولتاژ خروجی IIP ها به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

1. با موج سینوسی اصلاح شده

2. با سینوسی شکل صحیح.

شکل 3 - شکل موج خروجی

بر اساس نوع مدار تغذیه:

SMPS با استفاده از انرژی الکتریکی به دست آمده از شبکه تک فازجریان متناوب؛

SMPS با استفاده از انرژی الکتریکی به دست آمده از شبکه سه فازجریان متناوب؛

SMPS با استفاده از انرژی الکتریکی از یک منبع مستقل جریان مستقیم.

بر اساس ولتاژ بار:

با قدرت بار:

SMPS کم توان (تا 100 وات)؛

SMPS با توان متوسط ​​(از 100 تا 1000 وات)؛

IIP قدرت بالا(بیش از 1000 وات).

بر اساس نوع جریان بار:

SMPS با خروجی AC؛

SMPS با خروجی DC.

SMPS با خروجی AC و DC.

بر اساس تعداد خروجی:

SMPS تک کاناله با یک خروجی DC یا AC.

SMPS چند کاناله با دو یا چند ولتاژ خروجی.

از نظر پایداری ولتاژ در سرتاسر بار:

SMPS تثبیت شده؛

SMPS ناپایدار

3. روش های اساسی ساخت منابع تغذیه سوئیچینگ

شکل زیر ظاهر یک منبع تغذیه سوئیچینگ را نشان می دهد.

شکل 4 - منبع تغذیه سوئیچینگ

بنابراین، برای شروع، اجازه دهید ماژول های اصلی را در هر واحد منبع تغذیه سوئیچینگ به طور کلی تشریح کنیم. در یک نسخه معمولی، منبع تغذیه سوئیچینگ را می توان به سه بخش کاربردی تقسیم کرد. این:

1. کنترل کننده PWM (PWM)، که بر اساس آن یک اسیلاتور اصلی مونتاژ می شود، معمولاً با فرکانس حدود 30 ... 60 کیلوهرتز.

2. آبشاری از سوئیچ های قدرت، که نقش آن را می توان توسط ترانزیستورهای قدرتمند دوقطبی، اثر میدانی یا IGBT (عایق گیت دوقطبی) انجام داد. این مرحله قدرت ممکن است شامل یک مدار کنترل اضافی برای همین کلیدها با استفاده از درایورهای یکپارچه یا ترانزیستورهای کم مصرف باشد. مدار اتصال کلیدهای برق نیز مهم است: پل (پل کامل)، نیم پل (نیم پل) یا با نقطه میانی (فشار-کشش).

3. ترانسفورماتور پالس با سیم پیچ اولیه (s) و ثانویه (s) و بر این اساس، دیودهای یکسو کننده، فیلترها، تثبیت کننده ها و غیره. در خروجی؛ فریت یا آلسیفر معمولاً به عنوان هسته انتخاب می شود. به طور کلی، آن دسته از مواد مغناطیسی که قادر به کار در فرکانس های بالا (در برخی موارد بالاتر از 100 کیلوهرتز) هستند.

سه راه اصلی برای ساخت منبع تغذیه پالسی وجود دارد (شکل 3 را ببینید): افزایش (ولتاژ خروجی بیشتر از ولتاژ ورودی)، کاهش (ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی) و معکوس کردن (ولتاژ خروجی بیشتر از ولتاژ ورودی) ولتاژ خروجی قطبیت مخالف ورودی دارد). 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.

سوئیچینگ ولتاژ منبع تغذیه

شکل 5 - بلوک دیاگرام های معمولی منابع تغذیه سوئیچینگ

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 پالسی که از سیم پیچ عبور می کند، 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 ولتاژ و جریان خروجی ثابت را تضمین می کند. تثبیت ولتاژ خروجی با تنظیم خودکار عرض یا فرکانس پالس در 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. واقعیت این است که، در این حالت، علاوه بر 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 IP بدون استفاده از فرکانس پایین حجیم ساخته می شود ترانس برقبا توجه به مدار مبدل فرکانس بالا. این در واقع یک مدار منبع تغذیه سوئیچینگ معمولی با کاهش ولتاژ است که در آن ولتاژ برق اصلاح شده به عنوان ولتاژ ورودی و یک ترانسفورماتور فرکانس بالا (در اندازه کوچک و با بازدهی بالا) از سیم پیچ ثانویه ای که ولتاژ تثبیت شده خروجی آن حذف می شود (این ترانسفورماتور جداسازی گالوانیکی از شبکه را نیز 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.

4. انواع راه حل های مدار برای سوئیچینگ منابع تغذیه

نمودار SMPS دهه 90 در شکل 6 نشان داده شده است. منبع تغذیه شامل یکسو کننده شبکه VD1-VD4، فیلتر سرکوب کننده نویز L1C1-SZ، مبدل مبتنی بر ترانزیستور سوئیچینگ VT1 و ترانسفورماتور پالس T1، یکسو کننده خروجی VD8 با فیلتر C9C10L2 و واحد تثبیت کننده ساخته شده بر روی تثبیت کننده DA1 است. و اپتوکوپلر U1.

شکل 6 - منبع تغذیه سوئیچینگ از دهه 1990

نمودار SMPS در شکل 7 نشان داده شده است. فیوز FU1 از عناصر محافظت می کند موقعیت های اضطراری. ترمیستور RK1 پالس را محدود می کند جریان شارژخازن C2 به مقدار ایمن برای پل دیود VD1 می رسد و همراه با خازن C1 یک فیلتر RC را تشکیل می دهد که به کاهش کمک می کند. نویز ضربه ای، از IPS به شبکه نفوذ می کند. پل دیود VD1 ولتاژ شبکه را اصلاح می کند، خازن C2 یک صاف کننده است. نوسانات ولتاژ در سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور T1 توسط مدار میرایی R1C5VD2 کاهش می یابد. خازن C4 یک فیلتر قدرت است که عناصر داخلی تراشه DA1 از آن تغذیه می شود.

یکسو کننده خروجی روی دیود شاتکی VD3 مونتاژ می شود، موج ولتاژ خروجی توسط فیلتر LC C6C7L1C8 صاف می شود. عناصر R2، R3، VD4 و U1، همراه با ریزمدار DA1، تثبیت ولتاژ خروجی را هنگام تغییر جریان بار و ولتاژ شبکه فراهم می‌کنند. مدار نشانگر روشن شدن با استفاده از LED HL1 و مقاومت محدود کننده جریان R4 ساخته شده است.

شکل 7 - منبع تغذیه سوئیچینگ از دهه 2000

در شکل 8، یک منبع تغذیه سوئیچینگ فشاری با یک اتصال نیم پل یک مرحله ترمینال برق شامل دو ماسفت های قدرتی IRFP460. ریز مدار K1156EU2R به عنوان کنترل کننده PWM انتخاب شد.

علاوه بر این، با استفاده از یک رله و مقاومت محدود کننده R1 در ورودی، یک شروع نرم اجرا می شود که از افزایش ناگهانی جریان جلوگیری می کند. رله را می توان برای ولتاژهای 12 و 24 ولت با انتخاب مقاومت R19 استفاده کرد. Varistor RU1 مدار ورودی را در برابر پالس های دامنه بیش از حد محافظت می کند. خازن های C1-C4 و سلف دو سیم پیچ L1 یک فیلتر سرکوب کننده نویز شبکه را تشکیل می دهند که از نفوذ امواج فرکانس بالا ایجاد شده توسط مبدل به شبکه تامین جلوگیری می کند.

مقاومت تریمر R16 و خازن C12 فرکانس تبدیل را تعیین می کنند.

برای کاهش emf خود القایی ترانسفورماتور T2، دیودهای دمپر VD7 و VD8 به صورت موازی به کانال های ترانزیستور متصل می شوند. دیودهای شاتکی VD2 و VD3 از ترانزیستورهای سوئیچینگ و خروجی های تراشه ولتاژ معکوس DA2 در برابر پالس ها محافظت می کنند.

شکل 8 - منبع تغذیه سوئیچینگ مدرن

نتیجه

در طول کار تحقیقاتی خود، مطالعه ای در مورد منابع تغذیه سوئیچینگ انجام دادم که به من امکان داد مدارهای موجود این دستگاه ها را تجزیه و تحلیل کنم و نتیجه گیری مناسب را انجام دهم.

منبع تغذیه سوئیچینگ بسیار است مزایای بزرگدر مقایسه با سایرین، کارایی بالاتری دارند، جرم و حجم به طور قابل توجهی کمتری دارند، علاوه بر این، هزینه بسیار کمتری دارند که در نهایت منجر به قیمت نسبتاً پایین آنها برای مصرف کنندگان و در نتیجه تقاضای بالا در بازار می شود.

بسیاری از قطعات الکترونیکی مدرن مورد استفاده در دستگاه ها و سیستم های الکترونیکی مدرن نیاز دارند کیفیت بالاتغذیه. علاوه بر این، ولتاژ خروجی (جریان) باید پایدار باشد، شکل لازم را داشته باشد (مثلاً برای اینورترها) و همچنین حداقل سطحضربان (به عنوان مثال، برای یکسو کننده).

بنابراین، منابع تغذیه سوئیچینگ بخشی جدایی ناپذیر از هر دستگاه و سیستم الکترونیکی است که هم از یک شبکه صنعتی 220 ولت و هم از دیگر منابع انرژی تغذیه می شود. علاوه بر این، قابلیت اطمینان دستگاه الکترونیکی به طور مستقیم به کیفیت منبع تغذیه بستگی دارد.

بنابراین، توسعه مدارهای منبع تغذیه سوئیچینگ جدید و بهبود یافته، ویژگی های فنی و عملیاتی دستگاه ها و سیستم های الکترونیکی را بهبود می بخشد.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. گورویچ V.I. قابلیت اطمینان دستگاه های ریزپردازنده حفاظت رله: افسانه ها و واقعیت. - مسائل انرژی، 1387، شماره 5-6، صص 47-62.

2. منبع تغذیه [ منبع الکترونیکی] // ویکیپدیا. - حالت دسترسی: http://ru. wikipedia.org/wiki/Power_source

3. منبع برق ثانویه [منبع الکترونیکی] // ویکی پدیا. - حالت دسترسی: http://ru. wikipedia.org/wiki/Secondary_power_source

4. منابع تغذیه ولتاژ بالا [منبع الکترونیکی] // Optosystems LLC - حالت دسترسی: http://www.optosystems.ru/power _supplies_about. php

5. Efimov I.P. منابع برق - دانشگاه فنی دولتی اولیانوفسک، 2001، صفحات 3-13.

6. زمینه های استفاده از منابع تغذیه [منبع الکترونیکی] - حالت دسترسی: http://www.power2000.ru/apply_obl.html

7. بلوک های کامپیوتریقدرت [منبع الکترونیکی] - حالت دسترسی: http://offline.computerra.ru/2002/472/22266/

8. تکامل منابع تغذیه سوئیچینگ [منبع الکترونیکی] - حالت دسترسی: http://www.power-e.ru/2008_4_26. php

9. اصل عملیات سوئیچینگ منابع تغذیه [منبع الکترونیکی] - حالت دسترسی: http://radioginn. ucoz.ru/publ/1-1-0-1

اسناد مشابه

مفهوم، هدف و طبقه بندی منابع برق ثانویه. نمودار ساختاری و مدار یک منبع برق ثانویه که از یک شبکه DC کار می کند و ولتاژ متناوب را در خروجی تولید می کند. محاسبه پارامترهای منبع تغذیه

کار دوره، اضافه شده در 2014/01/28


منابع تغذیه ثانویه به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از هر دستگاه الکترونیکی. در نظر گرفتن مبدل های نیمه هادی اتصال سیستم های AC و DC. تحلیل اصول ساخت مدارهای منابع پالسی.

پایان نامه، اضافه شده در 1392/02/17


منبع تغذیه به عنوان وسیله ای که برای تامین تجهیزات در نظر گرفته شده است انرژی الکتریکی. تبدیل ولتاژ فرکانس برق متناوب به ولتاژ DC ضربانی با استفاده از یکسو کننده ها. تثبیت کننده های ولتاژ DC.

چکیده، اضافه شده در 2013/02/08


تثبیت میانگین ولتاژ خروجی منبع تغذیه ثانویه. حداقل ضریب تثبیت ولتاژ. تثبیت کننده ولتاژ جبران کننده حداکثر جریان کلکتور ترانزیستور. ضریب فیلتر ضد آلیاسینگ.

تست، اضافه شده در 2010/12/19


ترکیب عملکردهای یکسوسازی با تنظیم یا تثبیت ولتاژ خروجی. توسعه یک مدار ساختاری الکتریکی برای منبع برق. ترانسفورماتور کاهنده و انتخاب پایه عنصر منبع تغذیه. محاسبه ترانسفورماتور کم توان

کار دوره، اضافه شده در 2012/07/16


محاسبه ترانسفورماتور و پارامترهای تثبیت کننده ولتاژ یکپارچه. اساسی نمودار الکتریکیمنبع تغذیه محاسبه پارامترهای یکسو کننده کنترل نشده و فیلتر صاف کننده. انتخاب دیودهای یکسو کننده، انتخاب اندازه مدارهای مغناطیسی.

کار دوره، اضافه شده 12/14/2013


تجزیه و تحلیل سیستم منابع تغذیه ثانویه سیستم موشکی ضد هوایی Strela-10. ویژگی های تثبیت کننده پالس شماتیک. تجزیه و تحلیل عملکرد یک تثبیت کننده ولتاژ مدرن. محاسبه عناصر و پارامترهای اصلی آن.

پایان نامه، اضافه شده 03/07/2012


اصل عملکرد یک منبع تغذیه اینورتر برای قوس جوشکاری، مزایا و معایب آن، مدارها و طرح ها. کارایی عملکرد منابع تغذیه اینورتر از نظر صرفه جویی در مصرف انرژی. پایه عنصر یکسو کننده ها با اینورتر.

کار دوره، اضافه شده در 2014/11/28


دنباله مونتاژ یک تقویت کننده معکوس حاوی یک مولد تابع و یک پاسخ سنج دامنه-فرکانس. اسیلوگرام سیگنال های ورودی و خروجی در فرکانس 1 کیلوهرتز. مدار اندازه گیری ولتاژ خروجی و انحرافات آن

کارهای آزمایشگاهی، اضافه شده در 1394/07/11


تجزیه و تحلیل مدار الکتریکی: تعیین گره ها، جریان ها. تعیین سیگنال های ورودی و خروجی، مشخصات انتقال یک شبکه چهار ترمینالی. بلوک دیاگرام سیستم کنترل. پاسخ های سیستم به یک مرحله تحت شرایط صفر تاثیر می گذارد.

6) من قصد دارم ترانسفورماتور قدرت را بر روی یک هسته Epcos از نوع ETD44/22/15 ساخته شده از مواد N95 پیاده سازی کنم. شاید وقتی داده های سیم پیچ و توان کلی را محاسبه می کنم، انتخاب من بیشتر تغییر کند.

7) من برای مدت طولانی بین انتخاب نوع یکسو کننده در سیم پیچ ثانویه بین یک دیود شاتکی دوگانه و یکسو کننده سنکرون تردید داشتم. شما می توانید یک دیود شاتکی دوگانه نصب کنید، اما این P = 0.6V * 40A = 24 W در گرما است، با قدرت SMPS تقریبا 650 وات، 4٪ تلفات به دست می آید! هنگام استفاده از رایج ترین IRF3205 در یکسو کننده سنکرون، مقاومت کانال حرارتی آزاد می شود. P = 0.008 اهم * 40A * 40A = 12.8 وات. معلوم می شود ما 2 برابر یا 2 درصد راندمان برنده می شویم! همه چیز خوب بود تا اینکه یک راه حل مبتنی بر IR11688S را روی تخته نان مونتاژ کردم. تلفات سوئیچینگ پویا به تلفات استاتیک کانال اضافه شد و در نهایت این اتفاق افتاد. ظرفیت کارگران میدانی برای جریان های بالا هنوز زیاد است. این را می توان با درایورهایی مانند HCPL3120 درمان کرد، اما این امر قیمت محصول را افزایش می دهد و طراحی مدار را بیش از حد پیچیده می کند. در واقع به این دلایل تصمیم گرفته شد که یک شاتکی دوبل نصب شود و آرام بخوابد.

8) مدار LC در خروجی اولاً موج جریان را کاهش می دهد و ثانیاً به شما امکان می دهد تمام هارمونیک ها را "قطع" کنید. آخرین مشکل در هنگام برق رسانی به دستگاه هایی که در محدوده فرکانس رادیویی کار می کنند و مدارهای آنالوگ فرکانس بالا را در خود جای می دهند بسیار مهم است. در مورد ما، ما در مورد یک فرستنده گیرنده HF صحبت می کنیم، بنابراین یک فیلتر در اینجا به سادگی حیاتی است، در غیر این صورت تداخل به هوا "خزنده" می شود. در حالت ایده‌آل، می‌توانید یک تثبیت‌کننده خطی را نیز در خروجی قرار دهید و حداقل موج‌های واحدهای mV را دریافت کنید، اما در واقعیت، سرعت سیستم‌عامل به شما این امکان را می‌دهد که حتی بدون «دیگ بخار»، امواج ولتاژ 20-30 میلی‌ولت را دریافت کنید. فرستنده و گیرنده، گره های بحرانی از طریق LDO های خود تغذیه می شوند، بنابراین افزونگی آن آشکار است.

خوب، ما عملکرد را مرور کردیم و این تازه شروع است)) اما اشکالی ندارد، سپس با شدت بیشتری پیش خواهد رفت زیرا جالب ترین بخش شروع می شود - محاسبات همه چیز!

محاسبه ترانسفورماتور قدرت برای مبدل ولتاژ نیم پل

اکنون ارزش آن را دارد که کمی در مورد طراحی و توپولوژی فکر کنیم. من قصد دارم استفاده کنم ترانزیستورهای اثر میدانیو نه IGBT، بنابراین فرکانس کاری را می توان بالاتر انتخاب کرد، در حال حاضر من در مورد 100 یا 125 کیلوهرتز فکر می کنم؛ اتفاقاً همان فرکانس روی PFC خواهد بود. افزایش فرکانس باعث می شود که ابعاد ترانسفورماتور کمی کاهش یابد. از طرف دیگر، من نمی خواهم فرکانس را زیاد افزایش دهم، زیرا ... من از TL494 به عنوان کنترلر استفاده می کنم، بعد از 150 کیلوهرتز دیگر عملکرد خوبی ندارد و تلفات دینامیکی افزایش می یابد.

بر اساس این ورودی ها، ترانسفورماتور خود را محاسبه می کنیم. من چندین مجموعه ETD44/22/15 در انبار دارم و فعلاً روی آن تمرکز می کنم. لیست داده های منبع به شرح زیر است:

1) مواد N95؛
2) نوع هسته ETD44/22/15؛
3) فرکانس کاری - 100 کیلوهرتز؛
4) ولتاژ خروجی - 15 ولت؛
5) جریان خروجی - 40A.

برای محاسبه ترانسفورماتور تا 5 کیلو وات، از برنامه "Old Man" استفاده می کنم، راحت است و کاملاً دقیق محاسبه می کند. پس از 5 کیلو وات، جادو شروع می شود، فرکانس ها برای کاهش اندازه افزایش می یابد و چگالی میدان و جریان به چنان مقادیری می رسد که حتی افکت پوست می تواند پارامترها را تقریباً 2 بار تغییر دهد، بنابراین برای قدرت های بالا از مد قدیمی استفاده می کنم. روش "با فرمول ها و طراحی با مداد روی کاغذ." با وارد کردن داده های ورودی خود به برنامه، نتیجه زیر به دست آمد:

شکل 2 - نتیجه محاسبه ترانسفورماتور برای نیم پل

شکل سمت چپ داده های ورودی را نشان می دهد که در بالا توضیح دادم. متمرکز شده است رنگ بنفشنتایجی که بیشتر مورد علاقه ما هستند برجسته می شوند، به طور خلاصه به آنها می پردازم:

1) ولتاژ ورودی 380 ولت DC است، تثبیت شده است، زیرا برق نیم پل توسط PFC تامین می شود. چنین قدرتی طراحی بسیاری از اجزا را ساده می کند، زیرا موج جریان حداقل است و ترانسفورماتور نیازی به کشیدن ولتاژ زمانی که ولتاژ ورودی 140 ولت است ندارد.

2) قدرت مصرف شده (پمپ شده از طریق هسته) 600 وات است، که 2 برابر کمتر از توان کلی است (آن چیزی که هسته می تواند بدون وارد شدن به اشباع پمپ کند)، یعنی همه چیز خوب است. من مواد N95 را در برنامه پیدا نکردم، اما در وب سایت Epcos در دیتاشیت متوجه شدم که N87 و N95 نتایج بسیار مشابهی خواهند داشت، با بررسی روی کاغذ متوجه شدم که تفاوت 50 وات در قدرت کلی خطای وحشتناکی نیست

3) داده های سیم پیچ اولیه: ما 21 سیم را به 2 سیم با قطر 0.8 میلی متر می پیچیم، فکر می کنم همه چیز اینجا روشن است؟ چگالی جریان حدود 8A/mm2 است، به این معنی که سیم پیچ ها بیش از حد گرم نمی شوند - همه چیز خوب است.

4) داده های مربوط به سیم پیچ ثانویه: ما 2 سیم پیچ 2 دور هر کدام را با همان سیم 0.8 میلی متر می پیچیم، اما در حال حاضر در 14 - هنوز جریان 40A است! در مرحله بعد ، ابتدای یک سیم پیچ و انتهای سیم پیچ دیگر را به هم وصل می کنیم ، نحوه انجام این کار را بعداً توضیح خواهم داد ، به دلایلی مردم اغلب در این لحظه هنگام مونتاژ دچار بی حالی می شوند. به نظر می رسد اینجا هم جادویی وجود ندارد.

5) اندوکتانس چوک خروجی 4.9 μH است، جریان به ترتیب 40A است. ما به آن نیاز داریم تا هیچ موج جریان عظیمی در خروجی بلوک ما وجود نداشته باشد. در طول فرآیند اشکال زدایی، من روی اسیلوسکوپ نحوه کار با و بدون آن را نشان خواهم داد، همه چیز مشخص خواهد شد.

محاسبه 5 دقیقه طول کشید، اگر کسی سؤالی دارد، در نظرات یا PM بپرسید - به شما می گویم. برای جلوگیری از جستجوی خود برنامه، پیشنهاد می کنم با استفاده از لینک، آن را از ابر دانلود کنید. و تشکر عمیق من از پیرمرد برای کارش!

مرحله منطقی بعدی محاسبه چوک خروجی برای نیم پل خواهد بود، این دقیقا همان چیزی است که در 4.9 μH است.

محاسبه پارامترهای سیم پیچ برای چوک خروجی

ما داده های ورودی را دریافت کردیم پاراگراف قبلیهنگام محاسبه ترانسفورماتور، این:

1) اندوکتانس - 4.9 µH;
2) جریان نامی- 40A؛
3) دامنه قبل از دریچه گاز - 18 ولت.
4) ولتاژ بعد از سلف - 15 ولت.

ما همچنین از برنامه Old Man استفاده می کنیم (همه آنها در لینک بالا هستند) و داده های زیر را دریافت می کنیم:

شکل 3 - داده های محاسبه شده برای سیم پیچی چوک خروجی

حالا بیایید به نتایج نگاه کنیم:

1) با توجه به داده های ورودی، 2 تفاوت وجود دارد: فرکانس انتخاب شده همان فرکانس است که مبدل در آن کار می کند، من فکر می کنم این منطقی است. نکته دوم مربوط به چگالی جریان است، بلافاصله توجه می کنم - دریچه گاز باید گرم شود! این دقیقاً چقدر قوی است که ما قبلاً تعیین می کنیم، من یک چگالی جریان 8A/mm 2 را برای بدست آوردن دمای 35 درجه انتخاب کردم، این را می توان در داده های خروجی (با رنگ سبز مشخص شده) مشاهده کرد. از این گذشته ، همانطور که به یاد داریم ، با توجه به الزامات موجود در خروجی ، یک "SMPS سرد" مورد نیاز است. من همچنین می خواهم به یک نکته شاید کاملاً واضح برای مبتدیان توجه کنم - اگر جریان زیادی از آن عبور کند سلف کمتر گرم می شود ، یعنی با بار نامی 40A ، سلف حداقل گرمایش را خواهد داشت. وقتی جریان کمتر از جریان نامی باشد، برای بخشی از انرژی شروع به کار می کند بار فعال(مقاومت) و تمام انرژی اضافی را به گرما تبدیل می کند.

2) حداکثر القاء، این مقداری است که نمی توان از آن فراتر رفت، در غیر این صورت میدان مغناطیسی هسته را اشباع می کند و همه چیز بسیار بد خواهد بود. این پارامتر به مواد و ابعاد کلی آن بستگی دارد. برای هسته های آهن اتمیزه شده مدرن، مقدار معمولی 0.5-0.55 T است.

3) داده های سیم پیچی: 9 دور با یک مورب 10 رشته سیم به قطر 0.8 میلی متر پیچیده می شود. این برنامه حتی تقریباً نشان می دهد که چند لایه برای این کار مورد نیاز است. من با 9 هسته باد می کنم، زیرا ... سپس راحت خواهد بود که قیطان بزرگ را به 3 "بافته" 3 سیمی تقسیم کنید و آنها را بدون هیچ مشکلی روی تخته لحیم کنید.

4) در واقع خود حلقه ای که روی آن می پیچم دارای ابعاد 40/24/14.5 میلی متر است، با ذخیره کافی است. مواد شماره 52، فکر می کنم بسیاری از افراد حلقه های زرد-آبی را در بلوک های ATX دیده اند؛ آنها اغلب در چوک های تثبیت کننده گروهی (GS) استفاده می شوند.

محاسبه ترانسفورماتور منبع تغذیه آماده به کار

بر نمودار عملکردیمشاهده می شود که من می خواهم از فلای بک "کلاسیک" در TOP227 به عنوان منبع تغذیه آماده به کار استفاده کنم؛ تمام کنترلرهای PWM، نمایشگرها و فن های سیستم خنک کننده از آن تغذیه می شوند. متوجه شدم که فن ها فقط پس از مدتی از اتاق کنترل تغذیه می شوند، بنابراین این لحظه در نمودار نشان داده نمی شود، اما اشکالی ندارد، این توسعه در زمان واقعی است))

بیایید داده های ورودی خود را کمی تنظیم کنیم تا ببینیم به چه چیزی نیاز داریم:

1) سیم پیچ خروجی برای PWM: 15V 1A + 15V 1A.
2) سیم پیچ خروجی خود توان: 15 ولت 0.1 آمپر؛
3) سیم پیچ خروجی برای خنک کننده: 15 ولت 1 آمپر.

ما نیاز به منبع تغذیه با توان کل داریم - 2*15 وات + 1.5 وات + 15 وات = 46.5 وات. این برق برای TOP227 معمولی است، من از آن در SMPS های کوچک تا 75 وات برای انواع شارژ باتری، پیچ گوشتی ها و سایر زباله ها استفاده می کنم، برای سال ها عجیب است که هنوز حتی یک عدد هم سوخته نشده است.

بیایید به برنامه دیگری از پیرمرد برویم و ترانسفورماتور را برای فلای بک محاسبه کنیم:

شکل 4 - داده های محاسبه برای ترانسفورماتور قدرت آماده به کار

1) انتخاب هسته به سادگی قابل توجیه است - من آن را به اندازه یک جعبه دارم و همان 75 وات را می کشد)) داده های هسته. از مواد N87 ساخته شده است و دارای شکاف 0.2 میلی متر در هر نیمه یا 0.4 میلی متر به اصطلاح شکاف کامل است. این هسته مستقیماً برای چوک ها در نظر گرفته شده است، و برای مبدل های فلای بک این اندوکتانس دقیقاً چوک است، اما من هنوز وارد علف های هرز نمی شوم. اگر هیچ شکافی در ترانسفورماتور نیم پل وجود نداشت، برای مبدل فلای بک لازم است، در غیر این صورت، مانند هر سلف، به سادگی بدون شکاف به حالت اشباع می رود.

2) اطلاعات مربوط به سوئیچ منبع تخلیه 700 ولت و مقاومت کانال 2.7 اهم از برگه داده در TOP227 گرفته شده است؛ این کنترلر دارای یک سوئیچ برق تعبیه شده در خود میکرو مدار است.

3) من حداقل ولتاژ ورودی را کمی با حاشیه - 160 ولت گرفتم، این کار را انجام دادم تا اگر خود منبع تغذیه خاموش شود، وظیفه و نشانگر در کار باقی بماند، ولتاژ تغذیه پایین غیر عادی را گزارش کنند.

4) سیم پیچ اولیه ما از 45 پیچ سیم 0.335 میلی متر در یک هسته تشکیل شده است. سیم پیچ های برق ثانویه دارای 4 پیچ و 4 هسته با سیم 0.335 میلی متر (قطر) هستند، سیم پیچ خودتامین پارامترهای یکسانی دارد، بنابراین همه چیز یکسان است، فقط 1 هسته، زیرا جریان یک مرتبه قدر کمتر است.

محاسبه چوک قدرت تصحیح کننده توان فعال

به نظر من جالب ترین قسمت از این پروژهیعنی تصحیح کننده ضریب توان، زیرا اطلاعات کمی در مورد آنها در اینترنت وجود دارد، و حتی کمتر طرح های کار و توصیف شده وجود دارد.

ما برنامه را برای محاسبه انتخاب می کنیم - PFC_ring (PFC به زبان باسورمانی KKM است)، ما از ورودی های زیر استفاده می کنیم:

1) ولتاژ منبع تغذیه - 140 - 265 ولت؛
2) توان نامی - 600 وات؛
3) ولتاژ خروجی - 380 ولت DC.
4) فرکانس کاری - 100 کیلوهرتز، به دلیل انتخاب کنترلر PWM.

شکل 5 - محاسبه چوک قدرت یک PFC فعال

1) در سمت چپ، طبق معمول، داده های اولیه را وارد می کنیم، 140 ولت را به عنوان حداقل آستانه تنظیم می کنیم، بلوکی می گیریم که می تواند با ولتاژ شبکه 140 ولت کار کند، بنابراین یک "تثبیت کننده ولتاژ داخلی" دریافت می کنیم.

مدارات قسمت پاور و کنترل کاملا استاندارد است، اگر سوالی داشتید در نظرات یا در کامنت بپرسید پیام های شخصی. سعی می کنم در صورت امکان به همه پاسخ دهم و توضیح دهم.

طراحی PCB منبع تغذیه سوئیچینگ

بنابراین من به مرحله ای رسیدم که برای خیلی ها چیزی مقدس باقی می ماند - طراحی / توسعه / ردیابی یک برد مدار چاپی. چرا من اصطلاح "طراحی" را ترجیح می دهم؟ این به ماهیت این عملیات نزدیکتر است؛ برای من، "سیم کشی" یک تخته همیشه یک فرآیند خلاقانه است، مانند هنرمندی که یک تصویر را نقاشی می کند، و درک آنچه شما انجام می دهید برای مردم کشورهای دیگر آسان تر خواهد بود.

فرآیند طراحی تخته به خودی خود حاوی هیچ مشکلی نیست؛ آنها در دستگاهی که برای آن در نظر گرفته شده است وجود دارد. در واقع، الکترونیک قدرت، قوانین و الزامات وحشیانه ای را در برابر پس زمینه همان گذرگاه های داده دیجیتال آنالوگ مایکروویو یا پرسرعت مطرح نمی کند.

من الزامات اساسی و قوانین مربوط به مدارهای برق را فهرست می کنم، این اجازه می دهد تا 99٪ از طرح های آماتور اجرا شوند. من در مورد تفاوت های ظریف و "ترفندها" به شما نمی گویم - هر کس باید خود را انتخاب کند، تجربه کسب کند و سپس با آن کار کند. و به این ترتیب رفتیم:

کمی در مورد چگالی جریان در هادی های چاپی

مردم اغلب به این پارامتر فکر نمی کنند، و من موقعیت هایی را دیده ام که در آن بخش قدرتساخته شده با هادی های 0.6 میلی متری با 80٪ از سطح تخته به سادگی خالی است. چرا این کار برای من یک راز است.

بنابراین چه چگالی جریان را می توان در نظر گرفت؟ برای یک سیم معمولی، رقم استاندارد 10A/mm 2 است، این محدودیت به خنک شدن سیم بستگی دارد. می توانید جریان بیشتری را عبور دهید، اما ابتدا آن را در نیتروژن مایع قرار دهید. به عنوان مثال، هادی های تخت، مانند هادی های روی برد مدار چاپی، سطح بزرگ تری دارند که خنک شدن آنها را آسان تر می کند، به این معنی که می توانید چگالی جریان بالاتری را بپردازید. برای شرایط عادیبا خنک کننده غیرفعال یا هوا، مرسوم است که 35-50 A/mm 2 را در نظر بگیرید، جایی که 35 برای خنک کننده غیرفعال، 50 - در حضور گردش هوای مصنوعی (مورد من). رقم دیگری وجود دارد - 125 A/mm 2، این رقم واقعاً بزرگ است، همه ابررساناها نمی توانند آن را بپردازند، اما فقط با خنک کننده مایع غوطه ور قابل دستیابی است.

من در حین کار با شرکتی که در زمینه ارتباطات مهندسی و طراحی سرور کار می‌کردم با دومی مواجه شدم؛ این طراحی بود که به درد من خورد. مادربرد، یعنی قطعه دارای منبع تغذیه و سوئیچینگ چند فاز. وقتی چگالی جریان 125 A/mm 2 را دیدم بسیار تعجب کردم، اما آنها این امکان را برای من توضیح دادند و این امکان را در جایگاه به من نشان دادند - سپس فهمیدم که چرا کل رک سرورها در استخرهای عظیم روغن غوطه ور هستند)) )

در سخت افزار من همه چیز ساده تر است، 50 A/mm 2 یک رقم کاملاً مناسب است، با ضخامت مس 35 میکرون، چند ضلعی ها مقطع مورد نیاز را بدون هیچ مشکلی فراهم می کنند. بقیه برای توسعه کلی و درک موضوع بود.

2) طول هادی ها - در در این نقطهنیازی به تراز کردن خطوط با دقت 0.1 میلی متر نیست، به عنوان مثال، در هنگام "طراحی" گذرگاه داده DDR3. اگرچه هنوز هم بسیار مطلوب است که طول خطوط سیگنال تقریباً برابر با طول باشد. +-30٪ طول کافی خواهد بود، نکته اصلی این است که HIN را 10 برابر طولانی تر از LIN نکنید. این امر ضروری است تا جبهه های سیگنال نسبت به یکدیگر جابجا نشوند، زیرا حتی در فرکانس تنها صد کیلوهرتز، اختلاف 5-10 برابر می تواند باعث عبور جریان در سوئیچ ها شود. این امر به ویژه زمانی صادق است که مقدار "زمان مرده" پایین باشد، حتی در 3٪ برای TL494 این درست است.

3) شکاف بین هادی ها - کاهش جریان های نشتی ضروری است، به ویژه برای هادی هایی که سیگنال RF (PWM) در آنها جریان دارد، زیرا میدان در هادی ها به شدت ایجاد می شود و سیگنال RF، به دلیل اثر پوست، تمایل به فرار دارد. هم روی سطح هادی و هم فراتر از محدوده آن. معمولاً فاصله 2-3 میلی متر کافی است.

4) شکاف جداسازی گالوانیکی شکاف بین بخش های جدا شده گالوانیکی تخته است، معمولاً نیاز شکست حدود 5 کیلو ولت است. برای شکستن 1 میلی متر هوا به 1-1.2 کیلو ولت نیاز دارید، اما در مورد ما خرابی نه تنها از طریق هوا، بلکه از طریق PCB و ماسک نیز امکان پذیر است. در کارخانه از موادی استفاده می شود که تحت آزمایش الکتریکی قرار می گیرند و می توانید با آرامش بخوابید. بنابراین مشکل اصلی هوا است و از شرایطی که در بالا توضیح داده شد می توان نتیجه گرفت که حدود 5-6 میلی متر فاصله کافی خواهد بود. اساساً جداسازی چند ضلعی ها در زیر ترانسفورماتور، زیرا این وسیله اصلی جداسازی گالوانیکی است.

حالا بیایید مستقیماً به طراحی تابلو برویم، در این مقاله به جزئیات فوق العاده نمی پردازم و به طور کلی تمایل زیادی به نوشتن یک کتاب کامل متن ندارم. اگر به اندازه کافی وجود دارد گروه بزرگاگر کسی علاقه مند باشد (در پایان نظرسنجی انجام خواهم داد)، من فقط ویدیوهایی در مورد "سیم کشی" خواهم ساخت از این دستگاه، سریعتر و آموزنده تر خواهد بود.

مراحل ساخت برد مدار چاپی:

1) اول از همه، شما باید در مورد ابعاد تقریبی دستگاه تصمیم بگیرید. اگر کیف آماده دارید، باید صندلی را در آن اندازه بگیرید و ابعاد تخته را بر اساس آن قرار دهید. من قصد دارم یک کیس سفارشی از آلومینیوم یا برنج بسازم، بنابراین سعی می کنم جمع و جورترین دستگاه ممکن را بدون از دست دادن ویژگی های کیفیت و عملکرد بسازم.

شکل 9 - ایجاد یک جای خالی برای تابلوی آینده

به یاد داشته باشید - ابعاد تخته باید مضربی از 1 میلی متر باشد! یا حداقل 0.5 میلی متر، در غیر این صورت هنوز وصیت نامه من از لنین را به یاد خواهید آورد وقتی همه چیز را در یک پانل جمع می کنید و برای تولید جاهای خالی می سازید و طراحانی که برای تخته شما قاب می سازند شما را با لعن و نفرین پر می کنند. نیازی به ایجاد تخته ای با ابعاد ala "208.625 میلی متر" نیست مگر اینکه کاملاً ضروری باشد!
P.S. ممنون رفیق لونکوف برای این واقعیت که او هنوز این فکر روشن را به من منتقل کرد))

در اینجا من 4 عمل انجام دادم:

الف) من خود تخته را با ابعاد کلی 250x150 میلی متر ساختم. در حالی که این یک اندازه تقریبی است، پس من فکر می کنم به طور قابل توجهی کوچک می شود.
ب) گوشه ها را گرد کرد، زیرا در طول فرآیند تحویل و مونتاژ، تیزی ها از بین می روند و چروک می شوند + تخته زیباتر به نظر می رسد.
ج) سوراخ های نصب شده، فلزی نشده، با قطر سوراخ 3 میلی متر برای اتصال دهنده ها و قفسه های استاندارد.
د) یک کلاس "NPTH" ایجاد کردم، که در آن تمام سوراخ‌های بدون آبکاری را تعریف کردم و یک قانون برای آن ایجاد کردم، و یک شکاف 0.4 میلی‌متری بین سایر اجزا و اجزای کلاس ایجاد کردم. این نیاز تکنولوژیکی Rezonit برای کلاس دقت استاندارد (4th) است.

شکل 10 - ایجاد یک قانون برای سوراخ های غیر آبکاری

2) گام بعدی این است که اجزا را با در نظر گرفتن همه الزامات مرتب کنید؛ از قبل باید بسیار نزدیک به نسخه نهایی باشد، زیرا در اکثر مواقع ابعاد نهایی تخته و فاکتور فرم آن مشخص می شود.

شکل 11 - قرار دادن اولیه اجزا تکمیل شده است

من اجزای اصلی را نصب کردم، آنها به احتمال زیاد حرکت نخواهند کرد، و بنابراین ابعاد کلی تخته در نهایت تعیین شد - 220 x 150 میلی متر. فضای خالی روی برد به دلایلی باقی مانده است؛ ماژول های کنترل و سایر اجزای کوچک SMD در آنجا قرار خواهند گرفت. برای کاهش هزینه برد و سهولت نصب، تمام اجزا فقط در لایه بالایی قرار می گیرند و بر این اساس تنها یک لایه چاپ سیلک وجود خواهد داشت.

شکل 13 - نمای سه بعدی برد پس از چیدمان اجزا

3) اکنون با تعیین مکان و ساختار کلی، اجزای باقی مانده را مرتب می کنیم و تخته را "جدا می کنیم". طراحی برد را می توان به دو روش انجام داد: به صورت دستی و با استفاده از اتوروتر، که قبلاً اقدامات آن را با چند ده قانون شرح داده بودیم. هر دو روش خوب است، اما من همچنان این تخته را با دست درست می کنم، زیرا ... اجزای کمی وجود دارد و نیازمندی های ویژهاز نظر تراز خط و یکپارچگی سیگنال، وجود ندارد و نباید باشد. این قطعاً سریعتر خواهد بود، زمانی که کامپوننت های زیادی (از 500 به بعد) وجود داشته باشد و قسمت اصلی مدار دیجیتال باشد، اتوروتینگ خوب است. اگرچه اگر کسی علاقه مند باشد، می توانم به شما نشان دهم که چگونه تخته ها را به طور خودکار در 2 دقیقه جدا کنید. درست است، قبل از آن باید تمام روز قوانین را بنویسید، هه.

بعد از 3-4 ساعت "جادوگری" (نیمی از زمانی که مدل های گم شده را می کشیدم) با دما و یک فنجان چای، بالاخره تخته را سیم کشی کردم. من حتی به صرفه جویی در فضا فکر نمی کردم، بسیاری می گویند که ابعاد می تواند 20-30٪ کاهش یابد و آنها درست خواهند بود. من یک کپی یک تکه دارم و اتلاف وقتم که به وضوح از 1 dm2 برای تخته دو لایه گرانتر است، حیف بود. در مورد قیمت تخته صحبت شد - هنگام سفارش از Rezonit، 1 dm 2 از یک تخته دو لایه کلاس استاندارد حدود 180-200 روبل هزینه دارد، بنابراین نمی توانید در اینجا مقدار زیادی صرفه جویی کنید مگر اینکه یک دسته از 500+ قطعه داشته باشید. دوره. بر این اساس، من می توانم توصیه کنم - اگر سطح آن کلاس 4 است و هیچ الزامی برای ابعاد وجود ندارد، با کاهش مساحت منحرف نشوید. و این هم خروجی:

شکل 14 - طراحی برد برای منبع تغذیه سوئیچینگ

در آینده یک کیس برای این دستگاه طراحی خواهم کرد و باید ابعاد کامل آن را بدانم و همچنین بتوانم آن را در داخل کیس "آزمایش" کنم تا در مرحله نهایی مشخص نشود، مثلا که برد اصلی با کانکتورهای کیس یا نمایشگر تداخل دارد. برای انجام این کار، من همیشه سعی می کنم تمام اجزا را به صورت سه بعدی ترسیم کنم، خروجی این نتیجه و یک فایل با فرمت .step برای من است. Autodesk Inventor:

شکل 15 - نمای سه بعدی دستگاه حاصل

شکل 16 - نمای سه بعدی دستگاه (نمای بالا)

اکنون اسناد آماده است. اکنون باید بسته مورد نیاز فایل ها را برای سفارش اجزا ایجاد کنم، من تمام تنظیمات را قبلاً در Altium ثبت کرده ام، بنابراین همه چیز با یک دکمه آپلود می شود. ما به فایل های Gerber و یک فایل NC Drill نیاز داریم، اولی اطلاعات مربوط به لایه ها را ذخیره می کند و دومی مختصات حفاری را ذخیره می کند. می توانید فایل دانلود مستندات را در انتهای مقاله در پروژه مشاهده کنید؛ همه چیز چیزی شبیه به این است:

شکل 17 - تشکیل بسته اسنادی برای سفارش برد مدار چاپی

پس از آماده شدن فایل ها می توانید تابلوها را سفارش دهید. تولید کنندگان خاصمن آن را توصیه نمی‌کنم؛ احتمالاً نمونه‌های بهتر و ارزان‌تری برای نمونه‌های اولیه وجود دارد. من تمام تخته های کلاس استاندارد 2،4،6 لایه را از Rezonit سفارش می دهم که در آنجا تخته های 2 و 4 لایه کلاس 5 را سفارش می دهم. بردهای کلاس 5 که در چین 6 تا 24 لایه وجود دارد (مثلاً pcbway)، اما بردهای HDI و کلاس 5 با 24 لایه یا بیشتر در حال حاضر فقط در تایوان هستند، بالاخره کیفیت در چین هنوز ضعیف است و کجا برچسب قیمت لنگ نیست چندان خوب نیست. همه چیز در مورد نمونه های اولیه است!

به دنبال اعتقاداتم، به رزنیت می روم، آه، چقدر اعصاب به هم ریختند و چقدر خون نوشیدند... اما به نظر می رسد اخیراً خودشان را اصلاح کردند و به اندازه کافی شروع به کار کردند، البته با لگد. من از طریق حساب شخصی خود سفارش می دهم، جزئیات پرداخت را وارد می کنم، فایل ها را آپلود و ارسال می کنم. من حساب شخصی آنها را دوست دارم؛ اتفاقاً آنها بلافاصله قیمت را محاسبه می کنند و با تغییر پارامترها می توانند به آن دست پیدا کنند قیمت های بهتربدون افت کیفیت

به عنوان مثال، اکنون من یک برد روی PCB 2 میلی متری با مس 35 میکرون می خواستم، اما معلوم شد که این گزینه 2.5 برابر گران تر از گزینه با PCB 1.5 میلی متر و 35 میکرون است - بنابراین دومی را انتخاب کردم. برای افزایش استحکام تخته، من سوراخ های اضافی برای پایه ها اضافه کردم - مشکل حل شد، قیمت بهینه شد. ضمناً اگر برد به صورت سری می رفت، جایی حدود 100 عدد این اختلاف 2.5 برابری از بین می رفت و قیمت ها برابر می شد، زیرا پس از آن یک ورق غیراستاندارد برای ما خریداری شد و بدون هیچ چیزی خرج شد.

شکل 18 - نمای نهایی محاسبه هزینه برد

هزینه نهایی تعیین می شود: 3618 روبل. از این تعداد، 2100 آماده سازی است، برای هر پروژه فقط یک بار پرداخت می شود، تمام تکرارهای بعدی سفارش بدون آن ادامه می یابد و شما فقط برای منطقه پرداخت خواهید کرد. در این مورد، 759 روبل برای یک تخته با مساحت 3.3 dm2، هر چه سری بزرگتر باشد، هزینه کمتر خواهد بود، اگرچه اکنون 230 روبل / dm2 است که کاملا قابل قبول است. البته، امکان تولید فوری وجود داشت، اما من اغلب سفارش می‌دهم، با یک مدیر کار می‌کنم، و دختر همیشه سعی می‌کند سریع‌تر سفارش را انجام دهد اگر تولید شلوغ نباشد - در نهایت، حتی با "سریال‌های کوچک" ” گزینه، زمان چرخش 5-6 روز است، فقط کافی است مودبانه ارتباط برقرار کنید و با مردم بی ادبی نکنید. و من عجله ای ندارم، بنابراین تصمیم گرفتم حدود 40٪ پس انداز کنم که حداقل خوب است.

پایان

خوب، من به نتیجه منطقی مقاله رسیده ام - به دست آوردن طراحی مدار، طراحی برد و سفارش تخته در تولید. در کل 2 قسمت خواهد بود که اولی پیش روی شماست و در قسمت دوم نحوه نصب، مونتاژ و دیباگ دستگاه را به شما خواهم گفت.

همانطور که قول داده بودم، کد منبع پروژه و سایر محصولات را به اشتراک می گذارم:

1) منبع پروژه در Altium Designer 16 - ;
2) فایل های سفارش برد مدار چاپی - . اگر بخواهید تکرار کنید و مثلاً از چین سفارش دهید، این آرشیو بیش از حد کافی است.
3) نمودار دستگاه در pdf - . برای کسانی که نمی خواهند وقت خود را صرف نصب Altium از طریق تلفن یا برای بررسی (کیفیت بالا) کنند.
4) باز هم برای کسانی که قصد نصب نرم افزارهای سنگین را ندارند، اما علاقه مند به چرخاندن سخت افزار هستند، یک مدل سه بعدی را به صورت pdf - . برای مشاهده آن، باید فایل را دانلود کنید؛ زمانی که آن را باز کردید، در گوشه بالا سمت راست روی “Trust the document only one” کلیک کنید، سپس بر روی مرکز فایل کلیک کنید تا صفحه سفید به یک مدل تبدیل شود.

نظر خوانندگان رو هم بپرسم... الان تابلوها هم سفارش داده شده و همینطور اجزا - راستی 2 هفته مونده، در مورد چی مقاله بنویسم؟ علاوه بر چنین "جهش"هایی مانند این، گاهی اوقات می خواهید چیزی مینیاتوری اما مفید را مجسمه سازی کنید، من چندین گزینه را در نظرسنجی ها ارائه کردم یا شاید گزینه شما را در یک پیام خصوصی پیشنهاد کنم تا نظرات را به هم نریزید.

فقط کاربران ثبت نام شده می توانند در نظرسنجی شرکت کنند. بفرمایید داخل لطفا.

برخلاف منابع تغذیه خطی سنتی، که شامل خاموش کردن ولتاژ ناپایدار اضافی روی یک عنصر خطی عبوری است، منابع تغذیه پالسی از روش‌ها و پدیده‌های فیزیکی دیگری برای تولید ولتاژ تثبیت شده استفاده می‌کنند، یعنی: اثر انباشت انرژی در سلف‌ها و همچنین امکان تبدیل فرکانس بالا و تبدیل انرژی انباشته شده به فشار ثابت. سه مدار معمولی برای ساخت منابع تغذیه پالسی وجود دارد (شکل 3.4-1 را ببینید): افزایش (ولتاژ خروجی بیشتر از ولتاژ ورودی)، پایین آمدن (ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی) و معکوس کردن (ولتاژ خروجی دارای قطب مخالف با توجه به ورودی). 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 (معمولاً از ترانزیستورهای دوقطبی یا MOS استفاده می شود)، که با فرکانس 20-100 کیلوهرتز کار می کند، به طور دوره ای برای مدت کوتاهی (بیش از 50٪ مواقع) اعمال می شود.

ولتاژ ناپایدار کامل ورودی را به سلف می دهد. 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 ولتاژ و جریان خروجی ثابت را تضمین می کند. تثبیت ولتاژ خروجی با تنظیم خودکار عرض یا فرکانس پالس روی عنصر کلید تضمین می شود (مدار بازخوردی 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. واقعیت این است که، در این حالت، علاوه بر 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 صدای پالسی بالا در خروجی، پیچیدگی بالا و قابلیت اطمینان پایین (به ویژه در تولید صنایع دستی)، نیاز به استفاده از قطعات گران قیمت فرکانس بالا فشار قوی که در این صورت کوچکترین نقص به راحتی "انبوه" خراب می شود (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.

3.4.1 تنظیم کننده سوئیچینگ کم پیچیدگی کارآمد

بر روی یک پایه عنصر مشابه آنچه در تثبیت کننده خطی که در بالا توضیح داده شد (شکل 3.3-3)، می توان یک تثبیت کننده ولتاژ پالس ساخت. با همین مشخصات، ابعاد به طور قابل توجهی کوچکتر و شرایط حرارتی بهتری خواهد داشت. یک نمودار شماتیک از چنین تثبیت کننده ای در شکل نشان داده شده است. 3.4-2. تثبیت کننده بر اساس مدار کاهش ولتاژ استاندارد مونتاژ می شود (شکل 3.4-1a).

هنگامی که برای اولین بار روشن می شود، هنگامی که خازن C4 تخلیه می شود و یک بار به اندازه کافی قدرتمند به خروجی متصل می شود، جریان از طریق تنظیم کننده خطی IC DA1 عبور می کند. افت ولتاژ در R1 ناشی از این جریان، ترانزیستور کلید VT1 را باز می کند، که بلافاصله وارد حالت اشباع می شود، زیرا راکتانس القایی L1 زیاد است و جریان به اندازه کافی بزرگ از طریق ترانزیستور می گذرد. افت ولتاژ در R5 عنصر کلیدی اصلی - ترانزیستور VT2 را باز می کند. جاری. افزایش در L1، C4 شارژ می شود، در حالی که از طریق بازخورد در R8، ضبط اتفاق می افتد

آسیب به استابلایزر و کلید ترانزیستور. انرژی ذخیره شده در سیم پیچ بار را تغذیه می کند. هنگامی که ولتاژ در C4 به زیر ولتاژ تثبیت می‌رسد، DA1 و ترانزیستور کلید باز می‌شوند. چرخه با فرکانس 20-30 کیلوهرتز تکرار می شود.

مدار R3. R4، C2 سطح ولتاژ خروجی را تنظیم می کند. می توان آن را به آرامی در محدوده های کوچک، از Uct DA1 تا Uin، تنظیم کرد. با این حال، اگر Uout نزدیک به Uin افزایش یابد، مقداری ناپایداری در حداکثر بار و افزایش سطحضربان برای سرکوب امواج فرکانس بالا، فیلتر L2، C5 در خروجی تثبیت کننده گنجانده شده است.

این طرح برای این سطح از پیچیدگی بسیار ساده و موثر است. تمام عناصر قدرت VT1، VT2، VD1، DA1 مجهز به رادیاتورهای کوچک هستند. ولتاژ ورودی نباید از 30 ولت تجاوز کند که حداکثر برای تثبیت کننده های KR142EN8 است. از دیودهای یکسو کننده برای جریان حداقل 3 آمپر استفاده کنید.

3.4.2 دستگاه منبع تغذیه بدون وقفه مبتنی بر تثبیت کننده سوئیچینگ

در شکل 3.4-3 ما دستگاهی را برای تامین برق اضطراری سیستم های نظارت تصویری و امنیتی مبتنی بر تثبیت کننده پالس همراه با یک شارژر پیشنهاد می کنیم. تثبیت کننده شامل سیستم های حفاظتی در برابر اضافه بار، گرمای بیش از حد، نوسانات ولتاژ خروجی و اتصال کوتاه است.

تثبیت کننده دارای پارامترهای زیر است:

ولتاژ ورودی، Uvx - 20-30 ولت:

ولتاژ تثبیت شده خروجی، Uvyx-12V:

جریان بار نامی، Iload nom -5A;

جریان سفر سیستم حفاظت از اضافه بار، Iprotect - 7A؛.

ولتاژ عملکرد سیستم حفاظت از اضافه ولتاژ، حفاظت Uout - 13 ولت؛

حداکثر جریان شارژ باتری، حداکثر باتری Icharge - 0.7 A;

سطح ریپل. Upulse - 100 mV،

دمای عملکرد سیستم حفاظت از گرمای بیش از حد، Tzasch - 120 C؛

سرعت سوئیچ به باتری، تغییر - 10 میلی ثانیه (رله RES-b RFO.452.112).

اصل عملکرد تثبیت کننده پالس در دستگاه توصیف شده مانند تثبیت کننده ارائه شده در بالا است.

این دستگاه با یک شارژر ساخته شده بر روی عناصر DA2، R7، R8، R9، R10، VD2، C7 تکمیل شده است. تثبیت کننده ولتاژ آی سی DA2 با تقسیم کننده جریان در R7. R8 حداکثر جریان شارژ اولیه را محدود می کند، تقسیم کننده R9، R10 ولتاژ شارژ خروجی را تنظیم می کند، دیود VD2 در صورت عدم وجود ولتاژ منبع، باتری را از تخلیه خود محافظت می کند.

حفاظت در برابر گرمای بیش از حد از ترمیستور R16 به عنوان سنسور دما استفاده می کند. هنگامی که حفاظت فعال می شود، آلارم صوتی مونتاژ شده روی آی سی DD 1 روشن می شود و در همان زمان، بار از تثبیت کننده جدا می شود و از باتری به برق می پردازد. ترمیستور بر روی رادیاتور ترانزیستور VT1 نصب شده است. تنظیم دقیق سطح پاسخ حفاظت دما توسط مقاومت R18 انجام می شود.

سنسور ولتاژ بر روی تقسیم کننده R13، R15 مونتاژ شده است. مقاومت R15 سطح دقیق حفاظت از اضافه ولتاژ (13 ولت) را تعیین می کند. اگر ولتاژ خروجی تثبیت کننده بیش از حد باشد (اگر دومی خراب شود)، رله S1 بار را از تثبیت کننده جدا می کند و آن را به باتری وصل می کند. اگر ولتاژ تغذیه خاموش باشد، رله S1 به حالت "پیش فرض" می رود - یعنی. بار را به باتری متصل می کند.

مدار نشان داده شده در اینجا دارای حفاظت اتصال کوتاه الکترونیکی برای باتری نیست. این نقش توسط یک فیوز در مدار منبع تغذیه بار انجام می شود که برای حداکثر مصرف جریان طراحی شده است.

3.4.3 منابع تغذیه مبتنی بر مبدل پالس فرکانس بالا

اغلب، هنگام طراحی دستگاه ها، الزامات سختی برای اندازه منبع تغذیه وجود دارد. در این حالت تنها راه حل استفاده از منبع تغذیه مبتنی بر مبدل های پالس با ولتاژ بالا و فرکانس بالا است. که بدون استفاده از ترانسفورماتور بزرگ کاهنده فرکانس پایین به شبکه 220 ولت متصل می شوند و می توانند توان بالایی را با اندازه کوچک و اتلاف گرما ارائه دهند.

بلوک دیاگرام یک مبدل پالس معمولی که از یک شبکه صنعتی تغذیه می شود در شکل 34-4 نشان داده شده است.

فیلتر ورودی برای جلوگیری از ورود نویز ضربه ای به شبکه طراحی شده است. کلیدهای برق، پالس های ولتاژ بالا را به سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور فرکانس بالا (تک و

مدارهای فشار کش). فرکانس و مدت زمان پالس ها توسط یک ژنراتور کنترل شده تنظیم می شود (کنترل عرض پالس معمولاً استفاده می شود ، کمتر - فرکانس). برخلاف ترانسفورماتورهای سیگنال سینوسی فرکانس پایین، منابع تغذیه پالسی از دستگاه‌های باند پهن استفاده می‌کنند که انتقال توان کارآمد را بر روی سیگنال‌هایی با لبه‌های سریع ارائه می‌کنند. این امر الزامات قابل توجهی را بر نوع مدار مغناطیسی مورد استفاده و طراحی ترانسفورماتور تحمیل می کند. از طرفی با افزایش فرکانس، ابعاد مورد نیاز ترانسفورماتور (با حفظ توان ارسالی) کاهش می یابد (مواد مدرن ساخت ترانسفورماتورهای قدرتمند با راندمان قابل قبول در فرکانس های 100-400 کیلوهرتز را ممکن می سازد). ویژگی خاص یکسو کننده خروجی استفاده از دیودهای شاتکی با سرعت بالا به جای دیودهای برق معمولی است که به دلیل فرکانس بالای ولتاژ یکسو شده است. فیلتر خروجی موج ولتاژ خروجی را صاف می کند. ولتاژ فیدبک با ولتاژ مرجع مقایسه می شود و سپس نوسانگر را کنترل می کند. لطفاً به وجود ایزولاسیون گالوانیکی در مدار فیدبک توجه کنید که اگر بخواهیم از جداسازی ولتاژ خروجی از شبکه اطمینان حاصل کنیم لازم است.

در ساخت چنین IP، الزامات جدی برای قطعات مورد استفاده ایجاد می شود (که هزینه آنها را در مقایسه با نمونه های سنتی افزایش می دهد). اولاً، این مربوط به ولتاژ عملیاتی دیودهای یکسو کننده، خازن های فیلتر و ترانزیستورهای کلیدی است که برای جلوگیری از خرابی نباید کمتر از 350 ولت باشد. ثانیا، ترانزیستورهای کلیدی فرکانس بالا ( فرکانس کاری 20-100 کیلوهرتز) و ویژه خازن های سرامیکی(الکترولیت های اکسید معمولی به دلیل اندوکتانس بالای خود در فرکانس های بالا بیش از حد گرم می شوند.

فعالیت). و سوم، فرکانس اشباع ترانسفورماتور فرکانس بالا، تعیین شده توسط نوع هسته مغناطیسی مورد استفاده (به عنوان یک قاعده، هسته های حلقوی استفاده می شود) باید به طور قابل توجهی بالاتر از فرکانس کاری مبدل باشد.

در شکل 3.4-5 یک نمودار شماتیک از یک منبع تغذیه کلاسیک بر اساس مبدل فرکانس بالا را نشان می دهد. این فیلتر، متشکل از خازن های C1، C2، SZ و چوک های L1، L2، برای محافظت از شبکه تغذیه در برابر تداخل فرکانس بالا از مبدل استفاده می کند. ژنراتور بر اساس یک مدار خود نوسانی ساخته شده و با یک مرحله کلیدی ترکیب شده است. ترانزیستورهای کلیدی VT1 و VT2 به صورت آنتی فاز عمل می کنند و به نوبه خود باز و بسته می شوند. راه اندازی ژنراتور و عملکرد قابل اعتماد توسط ترانزیستور VT3 که در حالت خرابی بهمن کار می کند تضمین می شود. هنگامی که ولتاژ C6 از طریق R3 افزایش می یابد، ترانزیستور باز می شود و خازن به پایه VT2 تخلیه می شود و ژنراتور را راه اندازی می کند. ولتاژ فیدبک از سیم پیچ اضافی (III) ترانسفورماتور قدرت Tpl حذف می شود.

ترانزیستور VT1. VT2 روی رادیاتورهای صفحه ای حداقل 100 سانتی متر مربع نصب می شود. دیودهای VD2-VD5 با مانع شاتکی روی یک رادیاتور کوچک 5 سانتی متر 2 قرار می گیرند. اطلاعات چوک ها و ترانسفورماتورها: L1-1. L2 روی حلقه های فریت 2000NM K12x8x3 به دو سیم با استفاده از سیم PELSHO 0.25:20 پیچ می شود. TP1 - روی دو حلقه تا شده با هم، فریت 2000NN KZ 1x18.5x7؛

سیم پیچ 1 - 82 دور با سیم PEV-2 0.5: سیم پیچ II - 25+25 دور با سیم PEV-2 1.0: سیم پیچ III - 2 دور با سیم PEV-2 0.3. TP2 روی یک حلقه فریت 2000NN K10x6x5 پیچیده شده است. تمام سیم پیچ ها با سیم PEV-2 0.3 ساخته شده اند: سیم پیچ 1 - 10 دور:

سیم پیچ II و III - هر کدام 6 دور، هر دو سیم پیچ (II و III) به گونه ای پیچیده می شوند که 50٪ از سطح حلقه را بدون تماس یا همپوشانی با یکدیگر اشغال کنند، سیم پیچ I به طور یکنواخت در سراسر حلقه پیچیده شده و با یک لایه عایق بندی می شود. از پارچه لاک زده کویل های فیلتر یکسو کننده L3، L4 روی فریت 2000NM K 12x8x3 با سیم PEV-2 1.0 پیچ می شوند، تعداد چرخش ها 30 است. KT809A می تواند به عنوان ترانزیستور کلیدی VT1، VT2 استفاده شود. KT812، KT841.

رتبه بندی عناصر و داده های سیم پیچ ترانسفورماتورها برای ولتاژ خروجی 35 ولت ارائه شده است. در مواردی که مقادیر پارامترهای عملیاتی دیگر مورد نیاز است، تعداد چرخش ها در سیم پیچ 2 Tr1 باید مطابق با آن تغییر کند.

مدار توصیف شده دارای کاستی های قابل توجهبه دلیل تمایل به کاهش بسیار زیاد تعداد اجزای مورد استفاده. اینها شامل سطح پایین تثبیت ولتاژ خروجی، عملکرد نامطمئن ناپایدار و جریان خروجی کم است. با این حال، برای تغذیه ساده ترین طرح های با توان های مختلف (در صورت لزوم) کاملاً مناسب است. قطعات مورد استفاده قرار می گیرد) مانند: ماشین حساب. شناسه تماس گیرنده ... وسایل روشنایی و غیره.

مدار منبع تغذیه دیگری بر اساس مبدل پالس فرکانس بالا در شکل نشان داده شده است. 3.4-6. تفاوت اصلی بین این طرح و ساختار استاندارد نشان داده شده در شکل. 3 .4-4 عدم وجود مدار بازخورد است. در این راستا، پایداری ولتاژ روی سیم‌پیچ‌های خروجی ترانسفورماتور HF Tr2 بسیار کم است و استفاده از تثبیت‌کننده‌های ثانویه مورد نیاز است (مدار از تثبیت‌کننده‌های یکپارچه جهانی مبتنی بر آی سی سری KR142 استفاده می‌کند).

3.4.4 تثبیت کننده سوئیچینگ با یک ترانزیستور کلیدی MIS با خواندن جریان.

کوچک سازی و افزایش راندمان در توسعه و ساخت منابع تغذیه سوئیچینگ با استفاده از کلاس جدیدی از اینورترهای نیمه هادی - ترانزیستورهای MOS و همچنین: دیودهای پرقدرت با بازیابی سریع معکوس، دیودهای شاتکی، با سرعت فوق العاده بالا تسهیل می شود. دیودها، ترانزیستورهای اثر میدانی با گیت عایق، مدارهای مجتمع برای کنترل عناصر کلیدی. همه این عناصر در بازار داخلی موجود هستند و می توانند در طراحی منابع تغذیه بسیار کارآمد، مبدل ها، سیستم های احتراق برای موتورهای احتراق داخلی (ICE) و سیستم های راه اندازی برای لامپ های فلورسنت (LDL) استفاده شوند. دسته ای از دستگاه های قدرت به نام HEXSense - ترانزیستورهای MOS با سنجش جریان - نیز ممکن است مورد توجه توسعه دهندگان باشد. آنها عناصر سوئیچینگ ایده آل برای منابع تغذیه سوئیچینگ آماده کنترل هستند. توانایی خواندن جریان ترانزیستور سوئیچ را می توان در منابع تغذیه سوئیچینگ برای ارائه بازخورد جریان مورد نیاز یک کنترل کننده مدولاسیون عرض پالس استفاده کرد. این امر باعث ساده سازی طراحی منبع تغذیه می شود - حذف مقاومت های فعلی و ترانسفورماتورها از آن.

در شکل شکل 3.4-7 نمودار یک منبع تغذیه سوئیچینگ 230 واتی را نشان می دهد. ویژگی های اصلی عملکرد آن به شرح زیر است:

ولتاژ ورودی: -110 ولت 60 هرتز:

ولتاژ خروجی: 48 ولت DC:

جریان بار: 4.8 A:

فرکانس سوئیچینگ: 110 کیلوهرتز:

کارایی در بار کامل : 78%;

راندمان در بار 1/3: 83%.

مدار بر اساس یک مدولاتور پهنای پالس (PWM) با مبدل فرکانس بالا در خروجی ساخته شده است. اصل عملیات به شرح زیر است.

سیگنال کنترل ترانزیستور کلیدی از خروجی 6 کنترلر PWM DA1 می آید، چرخه وظیفه توسط مقاومت R4 به 50% محدود می شود، R4 و SZ عناصر زمان بندی ژنراتور هستند. منبع تغذیه DA1 توسط زنجیره VD5، C5، C6، R6 ارائه می شود. مقاومت R6 برای تامین ولتاژ تغذیه در هنگام راه اندازی ژنراتور طراحی شده است؛ پس از آن، بازخورد ولتاژ از طریق LI، VD5 فعال می شود. این بازخورد از سیم پیچ اضافی چوک خروجی به دست می آید که در حالت معکوس عمل می کند. علاوه بر تغذیه ژنراتور، ولتاژ فیدبک از طریق زنجیره VD4، Cl، Rl، R2 به ورودی فیدبک ولتاژ DA1 (پایه 2) عرضه می شود. از طریق R3 و C2 جبرانی ارائه می شود که ثبات حلقه بازخورد را تضمین می کند.

بر اساس این مدار، امکان ساخت تثبیت کننده های پالس با سایر پارامترهای خروجی وجود دارد.

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 اضطراری، شارژرهای باتری برای اهداف مختلف، برای اجرای سیستم های روشنایی ولتاژ پایین و سایر نیازها استفاده می شود.

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

محبوب ترین منابع در زندگی روزمره، منابع پالسی هستند که توسط آنها تغذیه می شوند شبکه استاندارد AC و 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، زمانی که انتخاب درستعناصر نیمه هادی و محاسبه و ساخت واحدهای سیم پیچ با کیفیت بالا، سطح تلفات برق در مدار کم است، که به شما امکان می دهد مقادیر بازده واقعی بالای 90٪ را بدست آورید.

نمودارهای شماتیک منابع تغذیه سوئیچینگ

راه حل برای بلوک های ساختاری نه تنها شامل منطق انتخاب گزینه های اجرای مدار، بلکه توصیه های عملی برای انتخاب عناصر اساسی است.

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 میانی، اگرچه به دو برابر تعداد دیودهای یکسو کننده نیاز دارد، اما این عیب تا حد زیادی با تعداد بیشتری جبران می شود. سطح پایینموج های ولتاژ اصلاح شده و افزایش ضریب یکسوسازی به 0.9.

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 موج های ولتاژ اصلاح شده بهترین راه حلاستفاده از فیلتر خازنی است. استفاده از آن امکان افزایش مقدار ولتاژ اصلاح شده را فراهم می کند مقدار دامنهشبکه (در Uf=220V Ufm=314V). 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 مقدار میانگین انجام می شود جریان مستقیم Ia و حداکثر ولتاژ معکوس U BM.

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.

حداکثر ولتاژ معکوس عنصر یکسو کننده از مقدار دامنه ولتاژ شبکه (314 ولت) تجاوز نمی کند، که امکان استفاده از قطعات با مقدار U BM = 400 ولت با حاشیه قابل توجهی را 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. از خازن های الکترولیتی با حداکثر ولتاژ حداقل 350 ولت استفاده می شود. ظرفیت فیلتر برای توان های مختلف در جدول نشان داده 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. دانستن توصیه عملیبسته به انتخاب محل نصب و نمودارهای اتصال، می توانید.

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 توان های بالا، هزینه 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 برای این دو برابر تعداد کلیدهای برق است که از نظر اقتصادی مفید است نکات فنیچشم انداز ساخت منابع پالسی قدرتمند

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 بر روی فرکانس بالااثر 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 را محاسبه کنید. کلید برق. 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 گزینه استفاده 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