Preklopni izvori napajanja (SMPS) danas su najrasprostranjeniji i uspješno se koriste u svim suvremenim radio-elektroničkim uređajima.
Na slici 3 prikazana je blok shema sklopnog napajanja izvedena po tradicionalnoj shemi Sekundarni ispravljači izvedeni su po poluvalnoj shemi. Imena ovih čvorova otkrivaju njihovu svrhu i ne trebaju objašnjenje. Glavne komponente primarnog kruga su: ulazni filtar, ispravljač mrežnog napona i VF ispravljeni pretvarač napona napajanja s transformatorom.
Filter mrežnog ispravljača
Transformator
RF pretvarač
Sekundarni ispravljači
Ulazni filter
Slika 3 - Blok dijagram impulsnog napajanja
Glavno načelo na kojem se temelji rad IIP-a je transformacija mreže AC napon 220 volti i frekvencije od 50 Hz u izmjenični visokofrekventni pravokutni napon, koji se transformira na tražene vrijednosti, ispravlja i filtrira.
Pretvorba se provodi pomoću snažnog tranzistora koji radi u načinu rada prekidača i impulsnog transformatora, zajedno tvoreći krug RF pretvarača. Što se tiče dizajna kruga, postoje dvije moguće opcije pretvarača: prva je napravljena prema krugu pulsnog autooscilatora (na primjer, ovo je korišteno u UPS-u televizora), a druga s vanjska kontrola(koristi se u većini modernih radio-elektroničkih uređaja).
Budući da se frekvencija pretvarača obično odabire od 18 do 50 kHz, dimenzije impulsnog transformatora, a time i cjelokupnog napajanja, prilično su kompaktne, što je važan parametar za modernu opremu. pretvarač s vanjskim upravljanjem prikazan je na slici 4.
Slika 4 - Shematski dijagram pulsno napajanje s jedinicom za napajanje.
Pretvarač je napravljen na tranzistoru VT1 i transformatoru T1. Mrežni napon se dovodi preko mrežnog filtra (SF) do mrežnog ispravljača (SV), gdje se ispravlja, filtrira filterskim kondenzatorom (SF) i kroz namot W1 transformatora T1 dovodi do kolektora tranzistora. VT1. Kada se pravokutni impuls primijeni na osnovni krug tranzistora, tranzistor se otvara i kroz njega teče sve veća struja ja j. Ista će struja teći kroz namot W1 transformatora T1, što će dovesti do povećanja magnetskog toka u jezgri transformatora, dok se u sekundarnom namotu W2 transformatora inducira EMF samoindukcije. Na kraju će se na izlazu diode VD pojaviti pozitivan napon. Štoviše, ako povećamo trajanje impulsa koji se primjenjuje na bazu tranzistora VT1, napon u sekundarnom krugu će se povećati, jer oslobodit će se više energije, a ako se trajanje smanji, napon će se sukladno tome smanjiti. Dakle, promjenom trajanja impulsa u baznom krugu tranzistora možemo promijeniti izlazne napone sekundarnog namota T1, a time i stabilizirati izlazne napone napajanja. Jedino što je za to potrebno je sklop koji će generirati okidačke impulse i kontrolirati njihovo trajanje (širinu). Kao takav krug koristi se PWM kontroler. PWM – modulacija širine impulsa.
Za stabilizaciju izlaznih napona UPS-a, krug PWM kontrolera "mora znati" veličinu izlaznih napona. U te se svrhe koristi lanac za praćenje (ili lanac). Povratne informacije), napravljen na optokapleru U1 i otporniku R2. Povećanje napona u sekundarnom krugu transformatora T1 dovest će do povećanja intenziteta LED zračenja, a time i do smanjenja otpora spoja fototranzistora (dio optokaplera U1). Što će zauzvrat dovesti do povećanja pada napona na otporniku R2, koji je serijski spojen s fototranzistorom i smanjenja napona na pinu 1 PWM kontrolera. Smanjenje napona uzrokuje da logički krug uključen u PWM kontroler povećava trajanje impulsa sve dok napon na 1. pinu ne odgovara navedenim parametrima. Kada se napon smanji, proces je obrnut.
UPS koristi dva principa za implementaciju krugova za praćenje - "izravno" i "neizravno". Gore opisana metoda naziva se "izravno", jer se povratni napon uklanja izravno iz sekundarnog ispravljača. S "neizravnim" praćenjem, povratni napon se uklanja iz dodatnog namota impulsnog transformatora (slika 5).
Slika 5 - Shematski dijagram impulsnog napajanja s jedinicom za napajanje.
Smanjenje ili povećanje napona na namotu W2 dovest će do promjene napona na namotu W3, koji se također primjenjuje preko otpornika R2 na pin 1 PWM kontrolera.
SMPS zaštita od kratkog spoja.
Kratki spoj (kratki spoj) u UPS opterećenje. U tom će slučaju sva energija dovedena u sekundarni krug UPS-a biti izgubljena, a izlazni napon bit će gotovo nula. Sukladno tome, krug PWM kontrolera će pokušati povećati trajanje impulsa kako bi podigao razinu ovog napona na odgovarajuću vrijednost. Kao rezultat toga, tranzistor VT1 će ostati otvoren sve duže i duže, a struja koja teče kroz njega će se povećati. U konačnici, to će dovesti do kvara ovog tranzistora. UPS osigurava zaštitu tranzistora pretvarača od preopterećenja strujom u takvim hitnim situacijama. Temelji se na otporniku Rzaštita, serijski spojenom na krug kroz koji teče kolektorska struja Ik. Povećanje struje Ik koja teče kroz tranzistor VT1 dovest će do povećanja pada napona na ovom otporniku, a posljedično, napon koji se dovodi na pin 2 PWM kontrolera također će se smanjiti. Kada ovaj napon padne na određenu razinu, koja odgovara najvećoj dopuštenoj struji tranzistora, logički krug PWM kontrolera prestat će generirati impulse na pinu 3 i napajanje će prijeći u zaštitni način rada ili, drugim riječima, okrenuti se isključeno.
Zaključno, potrebno je detaljno govoriti o prednostima UPS-a. Kao što je već spomenuto, frekvencija pretvarača impulsa je prilično visoka, pa su stoga ukupne dimenzije transformatora impulsa smanjene, što znači, koliko god paradoksalno zvučalo, trošak UPS-a manji je od tradicionalnog napajanja jer manja potrošnja metala za magnetsku jezgru i bakra za namote, iako se povećava broj dijelova u UPS-u. Još jedna prednost UPS-a je mali kapacitet kondenzatora filtera sekundarnog ispravljača u usporedbi s konvencionalnim napajanjem. Smanjenje kapacitivnosti omogućeno je povećanjem frekvencije. I konačno, učinkovitost prekidačkog napajanja doseže 80%. To je zbog činjenice da UPS troši energiju iz električne mreže samo kada je tranzistor pretvarača otvoren; kada je zatvoren, energija se prenosi na opterećenje zbog pražnjenja kondenzatora filtera sekundarnog kruga.
Nedostaci uključuju povećanu složenost UPS kruga i povećanje pulsne buke koju emitira UPS. Povećanje smetnji je zbog činjenice da tranzistor pretvarača radi u načinu rada prekidača. U ovom načinu rada tranzistor je izvor pulsnog šuma koji se javlja tijekom prijelaznih procesa tranzistora. Ovo je nedostatak svakog tranzistora koji radi u sklopnom načinu rada. Ali ako tranzistor radi s niskim naponom (na primjer, tranzistorska logika s naponom od 5 V), to nije problem; u našem slučaju, napon koji se primjenjuje na kolektor tranzistora je približno 315 V. Za borbu protiv ove smetnje, UPS koristi složenije filtre mrežnih krugova nego u konvencionalnom napajanju.
Opseg primjene sklopnih izvora napajanja u svakodnevnom životu stalno se širi. Takvi se izvori koriste za napajanje sve moderne kućanske i računalne opreme, za implementaciju besprekidnog napajanja, punjači za baterije za razne namjene, izvođenje sustava niskonaponske rasvjete i za druge potrebe.
U nekim slučajevima kupnja gotovog napajanja nije prihvatljiva s ekonomskog ili tehničkog stajališta i sastavljanje sklopnog izvora vlastitim rukama je najbolji izlaz iz ove situacije. Ova je opcija pojednostavljena širokom dostupnošću modernih baza elemenata po niskim cijenama.
Najpopularniji u svakodnevnom životu su pulsirajući izvori standardna mreža naizmjenična struja i snažan niskonaponski izlaz. Blok dijagram takvog izvora prikazan je na slici.
CB mrežni ispravljač pretvara izmjenični napon opskrbne mreže u istosmjerni napon i izglađuje valovitost ispravljenog napona na izlazu. Visokofrekventni pretvarač VChP pretvara ispravljeni napon u izmjenični ili unipolarni napon, koji ima oblik pravokutnih impulsa potrebne amplitude.
Zatim se ovaj napon, bilo izravno ili nakon ispravljanja (VN), dovodi na filtar za izravnavanje, na čiji je izlaz priključeno opterećenje. VChP upravlja upravljački sustav koji prima povratni signal od ispravljača opterećenja.
Ova struktura uređaja može se kritizirati zbog prisutnosti nekoliko stupnjeva pretvorbe, što smanjuje učinkovitost izvora. Međutim, s pravilnim izborom poluvodičkih elemenata i visokokvalitetnim proračunom i izradom jedinica namota, razina gubitaka snage u krugu je niska, što omogućuje dobivanje stvarnih vrijednosti učinkovitosti iznad 90%.
Shematski prikazi sklopnih izvora napajanja
Rješenja za strukturne blokove uključuju ne samo obrazloženje za odabir mogućnosti implementacije kruga, već i praktične preporuke izborom glavnih elemenata.
Za ispravljanje jednofaznog mrežnog napona koristite jednu od tri klasične sheme prikazane na slici:
- poluval;
- nula (puni val sa srednjom točkom);
- poluvalni most.
Svaki od njih ima prednosti i nedostatke koji određuju opseg primjene.
Poluvalni sklop Karakterizira ga jednostavnost implementacije i minimalan broj poluvodičkih komponenti. Glavni nedostaci takvog ispravljača su značajna veličina valovitosti izlaznog napona (u ispravljenom postoji samo jedan poluval mrežnog napona) i nizak koeficijent ispravljanja.
Faktor ispravljanja Kv određena omjerom prosječnog napona na izlazu ispravljača Udk efektivna vrijednost faznog mrežnog napona Uf.
Za poluvalni krug Kv=0,45.
Za izravnavanje valovitosti na izlazu takvog ispravljača potrebni su snažni filtri.
Nulti ili punovalni krug sa srednjom točkom, iako zahtijeva dvostruko veći broj ispravljačkih dioda, međutim, ovaj nedostatak je u velikoj mjeri nadoknađen nižom razinom valovitosti ispravljenog napona i povećanjem koeficijenta ispravljanja na 0,9.
Glavni nedostatak takve sheme za korištenje u domaćim uvjetima je potreba za organiziranjem srednje točke mrežnog napona, što podrazumijeva prisutnost mrežnog transformatora. Njegove dimenzije i težina ispadaju nekompatibilni s idejom malog domaćeg pulsirajućeg izvora.
Punovalni mosni krug ispravljanje ima iste pokazatelje u smislu razine valovitosti i koeficijenta ispravljanja kao nulti krug, ali ne zahtijeva mrežnu vezu. Time se kompenzira i glavni nedostatak - udvostručen broj ispravljačkih dioda, kako u pogledu učinkovitosti tako iu pogledu cijene.
Za izglađivanje ispravljenih valova napona, najbolje rješenje je korištenje kapacitivnog filtra. Njegova uporaba omogućuje vam da podignete vrijednost ispravljenog napona na vrijednost amplitude mreže (pri Uph = 220V Ufm = 314V). Smatra se da su nedostaci takvog filtera velike količine pulsne struje ispravljačkih elemenata, ali ovaj nedostatak nije kritičan.
Odabir ispravljačkih dioda provodi se prema prosječnoj struji naprijed Ia i maksimalnom povratnom naponu U BM.
Uzimajući vrijednost koeficijenta valovitosti izlaznog napona Kp = 10%, dobivamo srednju vrijednost ispravljenog napona Ud = 300V. Uzimajući u obzir snagu opterećenja i učinkovitost RF pretvarača (za izračun se uzima 80%, ali u praksi će biti veći, to će omogućiti određenu marginu).
Ia je prosječna struja ispravljačke diode, Rn je snaga opterećenja, η je učinkovitost HF pretvarača.
Maksimum obrnuti napon Element ispravljača ne prelazi vrijednost amplitude mrežnog napona (314V), što omogućuje korištenje komponenti s vrijednošću U BM =400V sa značajnom marginom. Možete koristiti i diskretne diode i gotove ispravljačke mostove različitih proizvođača.
Kako bi se osiguralo dano (10%) valovitost na izlazu ispravljača, kapacitivnost kondenzatora filtera uzima se brzinom od 1 μF po 1 W izlazne snage. Su korišteni elektrolitski kondenzatori s maksimalnim naponom od najmanje 350V. Filter spremnici za raznih kapaciteta dati su u tablici.
Visokofrekventni pretvarač: njegove funkcije i sklopovi
Visokofrekventni pretvarač je jednotaktni ili potisno-vučni prekidački pretvarač (inverter) s impulsnim transformatorom. Varijante sklopova RF pretvarača prikazane su na slici.
Jednostrani sklop. Unatoč minimalnom broju elemenata napajanja i jednostavnosti implementacije, ima nekoliko nedostataka.
- Transformator u krugu radi u privatnoj petlji histereze, što zahtijeva povećanje njegove veličine i ukupne snage;
- Da bi se osigurala izlazna snaga, potrebno je dobiti značajnu amplitudu impulsne struje koja teče kroz poluvodičku sklopku.
Sklop je svoju najveću primjenu našao u uređajima male snage, gdje utjecaj ovih nedostataka nije toliko značajan.
Da biste sami promijenili ili instalirali novi mjerač, nisu potrebne posebne vještine. Pravilnim odabirom osigurat ćete ispravno mjerenje potrošnje struje i povećati sigurnost svoje kućne električne mreže.
U suvremenim uvjetima rasvjete kako unutarnjih tako i vanjskih prostorija sve se više koriste senzori pokreta. To ne samo da dodaje udobnost i udobnost našim domovima, već nam također omogućuje značajnu uštedu. Možete saznati praktične savjete o odabiru mjesta ugradnje i dijagrame povezivanja.
Push-pull krug sa srednjom točkom transformatora (push-pull). Drugo ime dobio je po engleskoj verziji (push-pull) opisa posla. Krug nema nedostataka verzije s jednim ciklusom, ali ima svoj vlastiti - komplicirani dizajn transformatora (potrebna je proizvodnja identičnih dijelova primarnog namota) i povećane zahtjeve za maksimalni napon ključevi. Inače, rješenje zaslužuje pozornost i naširoko se koristi u prekidačkim napajanjima, izrađenim ručno i ne samo.
Push-pull polumostni sklop. Parametri kruga slični su krugu sa srednjom točkom, ali ne zahtijevaju složenu konfiguraciju namota transformatora. Inherentni nedostatak kruga je potreba za organiziranjem srednje točke filtra ispravljača, što podrazumijeva četverostruko povećanje broja kondenzatora.
Zbog jednostavnosti izvedbe, sklop se najviše koristi u sklopnim izvorima napajanja snage do 3 kW. Na visoki kapaciteti trošak filtarskih kondenzatora postaje neprihvatljivo visok u usporedbi s poluvodičkim inverterskim sklopkama, a najprofitabilnijim se pokazuje premosni sklop.
Push-pull mosni sklop. Parametri su slični ostalim push-pull krugovima, ali nema potrebe za stvaranjem umjetnih "srednjih točaka". Cijena za to je dvostruki broj prekidača za napajanje, što je korisno s ekonomske i tehničke točke gledišta za izgradnju snažnih pulsni izvori.
Odabir inverterskih sklopki provodi se prema amplitudi kolektorske (odvodne) struje I KMAX i maksimalnog napona kolektor-emiter U KEMAKH. Za proračun se koristi snaga opterećenja i omjer transformacije impulsnog transformatora.
Međutim, prvo je potrebno izračunati sam transformator. Impulsni transformator izrađen je na jezgri od ferita, permaloja ili transformatorskog željeza uvijenog u prsten. Za snage do nekoliko kW prilično su prikladne feritne jezgre prstenastog ili W-oblika. Transformator se izračunava na temelju potrebne snage i frekvencije pretvorbe. Kako biste uklonili pojavu akustičnog šuma, preporučljivo je pomaknuti frekvenciju pretvorbe izvan audio raspona (neka bude iznad 20 kHz).
Mora se imati na umu da se na frekvencijama blizu 100 kHz gubici u feritnim magnetskim jezgrama značajno povećavaju. Sam proračun transformatora nije težak i lako se može pronaći u literaturi. Neki rezultati za različite snage izvora i magnetske krugove prikazani su u donjoj tablici.
Izračun je napravljen za frekvenciju pretvorbe od 50 kHz. Važno je napomenuti da pri radu na visokim frekvencijama postoji učinak pomaka struje na površinu vodiča, što dovodi do smanjenja učinkovito područje namoti Da bi se spriječile ovakve nevolje i smanjili gubici u vodičima, potrebno je napraviti namot od nekoliko vodiča manjeg presjeka. Na frekvenciji od 50 kHz, dopušteni promjer žice za namatanje ne prelazi 0,85 mm.
Poznavajući snagu opterećenja i omjer transformacije, možete izračunati struju u primarnom namotu transformatora i maksimalnu struju kolektora prekidača snage. Napon na tranzistoru u zatvorenom stanju odabran je veći od ispravljenog napona koji se dovodi na ulaz RF pretvarača s određenom marginom (U KEMAKH >=400V). Na temelju tih podataka odabiru se ključevi. Trenutno najbolja opcija je korištenje IGBT ili MOSFET tranzistora snage.
Za ispravljačke diode na sekundarnoj strani mora se poštovati jedno pravilo - njihova najveća radna frekvencija mora biti veća od frekvencije pretvorbe. Inače će se učinkovitost izlaznog ispravljača i pretvarača u cjelini značajno smanjiti.
Video o izradi jednostavnog uređaja za pulsno napajanje
Preklopno napajanje- Ovo inverterski sustav, u kojem se ulazni izmjenični napon ispravlja, a zatim se rezultirajući istosmjerni napon pretvara u impulse visoka frekvencija i postavljeni radni ciklus, koji se obično napajaju na impulsni transformator.
Impulsni transformatori se proizvode po istom principu kao i niskofrekventni transformatori, samo što jezgra nije čelik (čelične ploče), već feromagnetski materijali - feritne jezgre.
Riža. Kako radi prekidački izvor napajanja?
Izlazni napon prekidačkog napajanja stabiliziran, to se postiže putem negativnih povratnih informacija, što vam omogućuje da zadržite izlazni napon na istoj razini čak i kada se mijenjaju ulazni napon i snaga opterećenja na izlazu jedinice.
Obrnuto negativna veza može se implementirati korištenjem jednog od dodatnih namota u impulsnom transformatoru ili korištenjem optokaplera koji je spojen na izlazne krugove izvora napajanja. Korištenje optokaplera ili jednog od namota transformatora omogućuje vam implementaciju galvanska izolacija iz mreže izmjeničnog napona.
Glavne prednosti prekidačkih izvora napajanja (SMPS):
- mala težina strukture;
- male veličine;
- visoka snaga, visoki napon;
- visoka efikasnost;
- niska cijena;
- visoka stabilnost;
- širok raspon napona napajanja;
- mnogo gotovih komponentnih rješenja.
Nedostaci SMPS-a uključuju činjenicu da su takvi izvori napajanja izvori smetnji, to je zbog načela rada kruga pretvarača. Da bi se djelomično uklonio ovaj nedostatak, koristi se zaštita kruga. Također, zbog ovog nedostatka, u nekim uređajima korištenje ove vrste napajanja nije moguće.
Preklopni izvori napajanja postali su praktički neizostavan atribut svakog modernog Kućanski aparati troše snagu iz mreže veću od 100 W. Računala, televizori i monitori spadaju u ovu kategoriju.
Za izradu sklopnih izvora napajanja, primjeri specifičnih implementacija koji će biti navedeni u nastavku, koriste se posebna rješenja krugova.
Dakle, za uklanjanje prolaznih struja kroz izlazne tranzistore nekih sklopnih izvora napajanja koristi se poseban oblik impulsa, naime pravokutni bipolarni impulsi s vremenskim intervalom između njih.
Trajanje ovog intervala mora biti veće od vremena resorpcije manjinskih nositelja u bazi izlaznih tranzistora, inače će ti tranzistori biti oštećeni. Širina upravljačkih impulsa može se mijenjati pomoću povratne sprege za stabilizaciju izlaznog napona.
Obično se koriste kako bi se osigurala pouzdanost prekidačkih izvora napajanja tranzistori visokog napona, koji zbog tehnološke karakteristike ne razlikuju se na bolje (imaju niske frekvencije preklapanje, niski koeficijenti prijenosa struje, značajne struje curenja, veliki padovi napona na kolektorskom spoju u otvorenom stanju).
To se posebno odnosi na sada zastarjele modele domaćih tranzistora kao što su KT809, KT812, KT826, KT828 i mnogi drugi. Vrijedi reći da u posljednjih godina pojavila se dostojna zamjena bipolarni tranzistori, koji se tradicionalno koristi u izlaznim stupnjevima prekidačkih izvora napajanja.
To su specijalni visokonaponski tranzistori s efektom polja domaće i uglavnom strane proizvodnje. Osim toga, postoje brojni mikro krugovi za prebacivanje napajanja.
Krug generatora impulsa podesive širine
Bipolarni simetrični impulsi podesive širine mogu se dobiti pomoću generatora impulsa prema shemi na slici 1. Uređaj se može koristiti u krugovima za autoregulaciju izlazne snage prekidačkih izvora napajanja. DD1 čip (K561LE5/K561 LAT) sadrži pravokutni generator impulsa s radnim ciklusom od 2.
Simetričnost generiranih impulsa postiže se podešavanjem otpornika R1. Radna frekvencija generator (44 kHz), ako je potrebno, može se promijeniti odabirom kapaciteta kondenzatora C1.
Riža. 1. Sklop oblikovalnika bipolarnih simetričnih impulsa podesivog trajanja.
Komparatori napona sastavljeni su na elementima DA1.1, DA1.3 (K561KTZ); na DA1.2, DA1.4 - izlazne tipke. Ulazi sklopki komparatora DA1.1, DA1.3 napajaju se u protufazi kroz formiranje lanaca RC dioda (R3, C2, VD2 i R6, SZ, VD5) kvadratni impulsi.
Punjenje kondenzatora C2, SZ događa se prema eksponencijalnom zakonu kroz R3, odnosno R5; pražnjenje - gotovo trenutno kroz diode VD2 i VD5. Kada napon na kondenzatoru C2 ili SZ dosegne radni prag prekidača komparatora DA1.1, odnosno DA1.3, oni se uključuju, a otpornici R9 i R10, kao i upravljački ulazi tipki DA1.2 i DA1.4, povezani su s pozitivnim polom izvora prehrane.
Budući da su prekidači uključeni u protufazi, takvo se prebacivanje događa strogo jedan po jedan, s pauzom između impulsa, što eliminira mogućnost prolaska struje kroz prekidače DA1.2 i DA1.4 i tranzistore pretvarača kojima upravljaju, ako bipolarni generator impulsa koristi se u sklopnom krugu napajanja.
Glatka kontrola širine impulsa provodi se istovremenom primjenom početnog (početnog) napona na ulaze komparatora (kondenzatori C2, SZ) od potenciometra R5 kroz diodno-otporne lance VD3, R7 i VD4, R8. Maksimalna razina upravljačkog napona (maksimalna širina izlaznog impulsa) postavlja se odabirom otpornika R4.
Otpor opterećenja može se spojiti pomoću premosnog kruga - između spojne točke elemenata DA1.2, DA1.4 i kondenzatora Ca, Cb. Također se mogu primijeniti impulsi iz generatora tranzistorsko pojačalo vlast.
Kada se koristi bipolarni generator impulsa u sklopnom krugu napajanja, otpornički razdjelnik R4, R5 treba uključivati regulatorni element - tranzistor s efektom polja, fotodiodu s optokaplerom itd., Što omogućuje, kada se struja opterećenja smanjuje / povećava, automatski podešava širinu generiranog impulsa, čime kontrolira izlaznu snagu pretvarača.
Kao primjer praktična provedba Dajemo opise i dijagrame nekih od njih za prekidačke izvore napajanja.
Preklopni krug napajanja
Preklopno napajanje(slika 2) sastoji se od ispravljača mrežnog napona, glavnog oscilatora, pravokutnog oblikovatelja impulsa podesive duljine trajanja, dvostupanjskog pojačala snage, izlaznih ispravljača i kruga za stabilizaciju izlaznog napona.
Glavni oscilator izrađen je na mikro krugu tipa K555LAZ (elementi DDI .1, DDI .2) i proizvodi pravokutne impulse s frekvencijom od 150 kHz. RS okidač sastavljen je na elementima DD1.3, DD1.4, čija je izlazna frekvencija upola niža - 75 kHz. Jedinica za upravljanje trajanjem sklopnog impulsa implementirana je na mikro krugu tipa K555LI1 (elementi DD2.1, DD2.2), a trajanje se podešava pomoću optokaplera U1.
Izlazni stupanj oblikača preklopnog impulsa sastavljen je pomoću elemenata DD2.3, DD2.4. Maksimalna snaga na izlazu iz oblikovalnika impulsa doseže 40 mW. Predpojačalo napajanje se vrši na tranzistorima VT1, VT2 tipa KT645A, a konačno - na tranzistorima VT3, VT4 tipa KT828 ili modernijim. Izlazna snaga kaskada je 2, odnosno 60 ... 65 W.
Krug za stabilizaciju izlaznog napona sastavljen je pomoću tranzistora VT5, VT6 i optokaplera U1. Ako je napon na izlazu napajanja ispod normalnog (12 V), zener diode VD19, VD20 (KS182+KS139) su zatvorene, tranzistor VT5 je zatvoren, tranzistor VT6 je otvoren, struja teče kroz LED (U1). .2) optokaplera, ograničenog otporom R14; Otpor fotodiode (U1.1) optokaplera je minimalan.
Signal uzet s izlaza elementa DD2.1 i doveden na ulaze kruga koincidencije DD2.2 izravno i kroz podesivi element odgode (R3 - R5, C4, VD2, U1.1), zbog male vremenske konstante , gotovo istovremeno stiže na ulaze spojnica sklopa (element DD2.2).
Na izlazu ovog elementa formiraju se široki kontrolni impulsi. Na primarnom namotu transformatora T1 (izlazi elemenata DD2.3, DD2.4) formiraju se bipolarni impulsi podesivog trajanja.
Riža. 2. Preklopni krug napajanja.
Ako se iz bilo kojeg razloga napon na izlazu napajanja poveća iznad normalnog, struja će početi teći kroz zener diode VD19, VD20, tranzistor VT5 će se lagano otvoriti, VT6 će se zatvoriti, smanjujući struju kroz LED optocoupler U1.2 .
U tom slučaju raste otpor fotodiode optokaplera U1.1. Trajanje upravljačkih impulsa se smanjuje, a izlazni napon (snaga) opada. Kada je opterećenje u kratkom spoju, LED optokaplera se gasi, otpor fotodiode optokaplera je maksimalan, a trajanje upravljačkih impulsa minimalno. Tipka SB1 je dizajnirana za pokretanje kruga.
Pri maksimalnom trajanju, pozitivni i negativni upravljački impulsi se vremenski ne preklapaju, jer postoji vremenski razmak između njih zbog prisutnosti otpornika R3 u strujnom krugu za formiranje.
Time se smanjuje vjerojatnost prolaznih struja kroz izlazne tranzistore relativno niske frekvencije završnog stupnja pojačanja snage, koji imaju veliko vrijeme resorpcija viška nosača u osnovni prijelaz. Izlazni tranzistori ugrađeni su na rebraste hladnjake s površinom od najmanje 200 cm^2. Preporučljivo je instalirati otpore od 10 ... 51 Ohma u bazne krugove ovih tranzistora.
Stupnjevi pojačanja snage i krug za generiranje bipolarnih impulsa napajaju se ispravljačima izrađenim na diodama VD5 - VD12 i elementima R9 - R11, C6 - C9, C12, VD3, VD4.
Transformatori T1, T2 izrađeni su na feritnim prstenovima K10x6x4,5 ZOOONM; TZ - K28x16x9 ZOOONM. Primarni namot transformatora T1 sadrži 165 zavoja žice PELSHO 0,12, sekundarni namot sadrži 2×65 zavoja PEL-2 0,45 (namotaj u dvije žice).
Primarni namot transformatora T2 sadrži 165 zavoja žice PEV-2 0,15 mm, sekundarni namoti sadrže 2x40 zavoja iste žice. Primarni namot TZ transformatora sadrži 31 zavoj MGShV žice, uvučen u kambrik i ima presjek od 0,35 mm^2, sekundarni namot ima 3 × 6 zavoja PEV-2 žice 1,28 mm ( paralelna veza). Prilikom spajanja namota transformatora, potrebno ih je pravilno fazirati. Počeci namota su na slici prikazani zvjezdicama.
Napajanje radi u rasponu mrežnog napona od 130 do 250 V. Maksimalna izlazna snaga sa simetričnim opterećenjem doseže 60 do 65 W (stabilizirani napon pozitivnog i negativnog polariteta 12 S i stabilizirani izmjenični napon s frekvencijom od 75 kHz, skinuti sa sekundarnog namota transformatora T3) . Napon valovitosti na izlazu napajanja ne prelazi 0,6 V.
Prilikom postavljanja izvora napajanja, mrežni napon se na njega dovodi preko izolacijskog transformatora ili ferorezonantnog stabilizatora s izlazom izoliranim od mreže. Sve ponovno lemljenje u izvoru može se obaviti samo kada je uređaj potpuno isključen iz mreže.
Preporučljivo je tijekom postavljanja uređaja uključiti žarulju sa žarnom niti od 60 W 220 V u seriju s izlaznim stupnjem. Ova žarulja će zaštititi izlazne tranzistore u slučaju pogrešaka u instalaciji. Optocoupler U1 mora imati izolacijski probojni napon od najmanje 400 V. Rad uređaja bez opterećenja nije dopušten.
Mrežno sklopno napajanje
Mrežni prekidački izvor napajanja (slika 3) namijenjen je za telefonski aparati s automatskom identifikacijom pozivatelja ili za druge uređaje s potrošnjom energije od 3...5W, napajane naponom od 5...24V.
Napajanje je zaštićeno od izlaznog kratkog spoja. Nestabilnost izlaznog napona ne prelazi 5% kada se napon napajanja mijenja sa 150 na 240 V, a struja opterećenja je unutar 20... 100% nominalne vrijednosti.
Upravljani generator impulsa daje signal s frekvencijom od 25 ... 30 kHz na temelju VT3 tranzistora.
Prigušnice L1, L2 i L3 namotane su na magnetske jezgre tipa K10x6x3 od prešanog permaloja MP140. Namoti induktora L1, L2 sadrže 20 zavoja PETV žice od 0,35 mm i svaki se nalazi na svojoj polovici prstena s razmakom između namota od najmanje 1 mm.
Prigušnica L3 je namotana s 0,63 mm PETV žicom za zavoj u jednom sloju duž unutarnjeg perimetra prstena. Transformator T1 izrađen je na magnetskoj jezgri B22 od ferita M2000NM1.
Riža. 3. Dijagram mrežnog sklopnog napajanja.
Njegovi namoti su namotani na sklopivi okvir zavoj za zavoj s PETV žicom i impregnirani ljepilom. Prvi namot I je namotan u nekoliko slojeva, koji sadrži 260 zavoja žice od 0,12 mm. Zaštitni namot s jednim priključkom namota se istom žicom (slika 3 prikazuje točkasta linija), zatim nanesite BF-2 ljepilo i omotajte ga jednim slojem Lakot-Kani.
Namotaj III je namotan žicom od 0,56 mm. Za izlazni napon od 5V, sadrži 13 zavoja. Namot II se namotava zadnji. Sadrži 22 zavoja žice 0,15...0,18 mm. Između čašica postoji nemagnetski razmak.
Izvor konstantnog napona visokog napona
Za stvaranje visokog napona (30 ... 35 kV pri struji opterećenja do 1 mA) za napajanje elektroefluvijalnog lustera (A.L. Chizhevskyov luster), dizajniran je izvor napajanja istosmjerna struja temeljen specijalizirani čip tip K1182GGZ.
Napajanje se sastoji od ispravljača mrežnog napona diodni most VD1, filterski kondenzator C1 i visokonaponski polumostni autooscilator na DA1 čipu tipa K1182GGZ. Čip DA1 zajedno s transformatorom T1 pretvara izravni ispravljeni mrežni napon u visokofrekventni (30...50 kHz) impulsni napon.
Ispravljeni mrežni napon dovodi se u mikro krug DA1, a krug za pokretanje R2, C2 pokreće autooscilator mikro kruga. Lanci R3, SZ i R4, C4 postavljaju frekvenciju generatora. Otpornici R3 i R4 stabiliziraju trajanje poluciklusa generiranih impulsa. Izlazni napon se povećava namotanjem L4 transformatora i dovodi do množitelja napona pomoću dioda VD2 - VD7 i kondenzatora C7 - C12. Ispravljeni napon dovodi se do opterećenja preko graničnog otpornika R5.
Kondenzator mrežnog filtra C1 dizajniran je za radni napon od 450 V (K50-29), C2 - bilo kojeg tipa za napon od 30 V. Kondenzatori C5, C6 odabrani su unutar raspona od 0,022 ... 0,22 μF za napon od najmanje 250 V (K71-7, K73 -17). Kondenzatori množitelja C7 - C12 tipa KVI-3 za napon 10 kV. Moguće ga je zamijeniti kondenzatorima tipa K15-4, K73-4, POV i drugima s radnim naponom od 10 kV ili više.
Riža. 4. Shema spoja visokonaponskog istosmjernog napajanja.
Visokonaponske diode VD2 - VD7 tipa KTs106G (KTs105D). Ograničavajući otpornik R5 tipa KEV-1. Može se zamijeniti s tri otpornika tipa MLT-2 od po 10 MOhm.
Kao transformator koristi se televizijski linijski transformator, na primjer TVS-110LA. Ostavlja se visokonaponski namot, ostali se uklanjaju i na njihovo mjesto postavljaju novi namoti. Namoti L1, L3 svaki sadrže 7 zavoja 0,2 mm PEL žice, a namot L2 sadrži 90 zavoja iste žice.
Preporuča se uključiti lanac otpornika R5, koji ograničava struju kratkog spoja, u "negativnu" žicu koja je spojena na luster. Ova žica mora imati visokonaponsku izolaciju.
Korektor faktora snage
Uređaj, nazvan korektor faktora snage (slika 5), sastavljen je na temelju specijaliziranog mikro kruga TOP202YA3 (Power Integration) i osigurava faktor snage od najmanje 0,95 uz snagu opterećenja od 65 W. Korektor približava oblik struje koju troši opterećenje sinusoidnom.
Riža. 5. Krug korektora faktora snage temeljen na mikro krugu TOP202YA3.
Maksimalni ulazni napon je 265 V. Prosječna frekvencija pretvarača je 100 kHz. Učinkovitost korektora je 0,95.
Preklopno napajanje s mikrokrugom
Dijagram napajanja s mikro krugom iste tvrtke Power Integration prikazan je na sl. 6. Uređaj koristi poluvodički limitator napona- 1.5KE250A.
Pretvarač osigurava galvansku izolaciju izlaznog napona od mrežnog napona. S ocjenama i elementima navedenim na dijagramu, uređaj vam omogućuje spajanje opterećenja koje troši 20 W pri naponu od 24 V. Učinkovitost pretvarača se približava 90%. Frekvencija pretvorbe - 100 Hz. Uređaj je zaštićen od kratki spojevi pod opterećenjem.
Riža. 6. Dijagram strujnog kruga sklopnog napajanja od 24 V na mikro krugu tvrtke Power Integration.
Izlazna snaga pretvarača određena je vrstom korištenog mikro kruga, čije su glavne karakteristike dane u tablici 1.
Tablica 1. Karakteristike mikro krugova serije TOP221Y - TOP227Y.
Jednostavan i vrlo učinkovit pretvarač napona
Na temelju jednog od TOP200/204/214 mikro krugova iz Power Integration, jednostavan i pretvarač napona visoke učinkovitosti(Sl. 7) s izlaznom snagom do 100 W.
Riža. 7. Krug impulsnog Buck-Boost pretvarača na temelju TOP200/204/214 mikro kruga.
Pretvarač sadrži mrežni filter(C1, L1, L2), mostni ispravljač (VD1 - VD4), sam pretvarač U1, krug stabilizacije izlaznog napona, ispravljači i izlazni LC filtar.
Ulazni filtar L1, L2 namotan je u dvije žice na feritnom prstenu M2000 (2×8 zavoja). Induktivitet dobivene zavojnice je 18...40 mH. Transformator T1 izrađen je na feritnoj jezgri sa standardnim okvirom ETD34 od Siemensa ili Matsushite, iako se mogu koristiti i druge uvozne jezgre poput EP, EC, EF ili domaće feritne jezgre u obliku slova W M2000.
Namotaj I ima 4×90 zavoja PEV-2 0,15 mm; II - 3x6 iste žice; III - 2×21 zavoja PEV-2 0,35 mm. Svi namoti su namotani zavoj do zavoja. Između slojeva mora se osigurati pouzdana izolacija.
Za razliku od tradicionalnih linearnih izvora napajanja, koji uključuju gašenje viška nestabiliziranog napona na prolaznom linearnom elementu, impulsni izvori napajanja koriste druge metode i fizičke pojave za generiranje stabiliziranog napona i to: učinak akumulacije energije u induktorima, kao i mogućnost visokofrekventne transformacije i pretvorbe akumulirane energije u istosmjerni napon. Postoje tri tipična kruga za konstruiranje impulsnih izvora napajanja: pojačani (izlazni napon veći od ulaznog) Sl. 1,
Riža. 1. Pojačajte prekidačko napajanje (Uout>Uin).
smanjenje (izlazni napon niži od ulaznog)
Riža. 2. Step-down prekidačko napajanje (Uout
Step-down prekidačko napajanje (Uout
Riža. 3. Invertirajuće prekidačko napajanje (Uout
Kao što je vidljivo sa slike, razlikuju se samo po načinu spajanja induktiviteta, inače princip rada ostaje nepromijenjen, naime.
Ključni element (obično bipolarni ili MOS tranzistori), koji radi s frekvencijom reda veličine 20-100 kHz, povremeno kratko vrijeme (ne više od 50% vremena) primjenjuje puni ulazni nestabilizirani napon na induktor. Pulsna struja. koja teče kroz zavojnicu osigurava akumulaciju energetskih rezervi u svom magnetskom polju od 1/2LI^2 pri svakom impulsu. - tako pohranjena energija iz zavojnice prenosi se na opterećenje (bilo izravno, pomoću ispravljačke diode, ili kroz sekundarni namot s naknadnim ispravljanjem), izlazni filterski kondenzator za izravnavanje osigurava konstantnost izlaznog napona i struje. Osigurana je stabilizacija izlaznog napona automatsko podešavanješirina ili brzina ponavljanja pulsa po ključni element(krug povratne sprege dizajniran je za praćenje izlaznog napona).
Ova, iako prilično složena, shema može značajno povećati učinkovitost cijelog uređaja. Poanta je u tome da, u u ovom slučaju, osim samog opterećenja, u krugu nema elemenata snage koji rasipaju značajnu snagu. Ključni tranzistori rade u zasićenom načinu rada prekidača (tj. pad napona na njima je mali) i rasipaju snagu samo u prilično kratkim vremenskim intervalima (vrijeme impulsa). Osim toga, povećanjem frekvencije pretvorbe moguće je značajno povećati snagu i poboljšati karakteristike težine i veličine.
Važna tehnološka prednost impulsnih izvora napajanja je mogućnost izgradnje malih mrežnih izvora napajanja s galvanskom izolacijom od mreže za napajanje širokog spektra opreme. Takvi izvori napajanja izrađuju se bez upotrebe glomaznog niskofrekventnog energetskog transformatora pomoću kruga visokofrekventnog pretvarača. Ovo je, zapravo, tipičan prekidački sklop napajanja s redukcijom napona, gdje se ispravljeni mrežni napon koristi kao ulazni napon, a visokofrekventni transformator (male veličine i visoke učinkovitosti) koristi se kao element za pohranu, od sekundarni namot kojemu je uklonjen izlazni stabilizirani napon (ovaj transformator osigurava i galvansku izolaciju od mreže).
Nedostaci impulsnih izvora napajanja uključuju: prisutnost visoka razina impulsni šum na izlazu, visoka složenost i niska pouzdanost (posebno u zanatskoj proizvodnji), potreba za korištenjem skupih visokonaponskih, visokofrekventnih komponenti, koje u slučaju najmanjeg kvara lako “masovno” otkazuju (u ovom slučaju , u pravilu se mogu uočiti impresivni pirotehnički efekti). Oni koji vole zadirati u unutrašnjost uređaja s odvijačem i lemilicom morat će biti izuzetno oprezni pri projektiranju mrežnih prekidačkih izvora napajanja, jer su mnogi elementi takvih sklopova pod visokim naponom.
IMPULSNA NAPAJANJA
Poznato je da su izvori napajanja sastavni dio radiotehničkih uređaja, koji podliježu nizu zahtjeva; predstavljaju sklop elemenata, instrumenata i aparata koji generiraju električnu energiju i pretvaraju je u oblik potreban za osiguranje potrebnih uvjeta rada radijskih uređaja.
Izvore energije dijelimo u dvije skupine: primarne i sekundarne izvore energije: Primarni izvori su uređaji koji pretvaraju razne vrste energije u električnu energiju (generatori električnih strojeva, elektrokemijski izvori struje, fotoelektrični i termoenički pretvarači itd.).
Sekundarni energetski uređaji su pretvarači iste vrste električna energija drugome. Tu spadaju: AC-DC pretvarači napona (ispravljač); Pretvarači izmjeničnog napona (transformatori); pretvarači Istosmjerni napon na AC (inverteri).
Napajanja trenutno čine 30 do 70% ukupne mase i volumena elektroničke opreme. Stoga je problem stvaranja minijaturnog, laganog i pouzdanog uređaja za napajanje s dobrim tehničkim i ekonomskim pokazateljima važan i relevantan. Ovaj rad je posvećen razvoju sekundarnog izvora energije (SPS) minimalne težine i veličine te visokih tehničkih karakteristika.
Preduvjet za projektiranje sekundarnih izvora energije je jasno poznavanje zahtjeva za iste. Ovi zahtjevi su vrlo raznoliki i određeni su radnim značajkama onih REA kompleksa koji se napajaju određenim OIE. Glavni zahtjevi su: za dizajn - pouzdanost, mogućnost održavanja, ograničenja veličine i težine, toplinski uvjeti; na tehničke i ekonomske karakteristike - trošak i proizvodnost.
Glavni smjerovi za poboljšanje težine, veličine i tehničkih i ekonomskih pokazatelja IP-a: uporaba najnovijih električnih materijala; primjena elementne baze integralno-hibridnom tehnologijom; povećanje učestalosti pretvorbe električne energije; traži nova učinkovita sklopna rješenja. Za odabir strujnog kruga napajanja napravljena je analiza učinkovitosti korištenja sklopnih izvora napajanja (PSS) u usporedbi s PS-ima izrađenim tradicionalnom tehnologijom.
Glavni nedostaci energetskih transformatora su njihova velika težina i karakteristike veličine, kao i značajan utjecaj na druge elektroničke uređaje jakog magnetsko polje energetski transformatori. Problem sa SMPS-om je njihovo stvaranje visokofrekventnih smetnji i, kao posljedica toga, elektromagnetska nekompatibilnost s određenim vrstama elektroničke opreme. Analiza je pokazala da SMPS u najvećoj mjeri zadovoljavaju zahtjeve, što potvrđuje i njihova široka primjena u REA.
U radu se razmatra 800 W SMPS, koji se razlikuje od ostalih SMPS-ova upotrebom u pretvaraču tranzistori s efektom polja i transformator s primarnim namotom koji ima srednji terminal. Tranzistori s efektom polja omogućuju veću učinkovitost i smanjena razina visokofrekventne smetnje, a transformator sa srednjim terminalom - pola struje kroz ključne tranzistore i eliminira potrebu za izolacijskim transformatorom u njihovim sklopovima vrata.
Na temelju odabranog principa električni dijagram razvijen je dizajn i proizveden je prototip SMPS-a. Cijela struktura je predstavljena u obliku modula ugrađenog u aluminijsko kućište. Nakon početnih testova utvrđen je niz nedostataka: vidljivo zagrijavanje radijatora ključnih tranzistora, poteškoće s uklanjanjem topline iz moćnih domaćih otpornika i velike dimenzije.
Dizajn je poboljšan: dizajn upravljačke ploče koja koristi komponente je promijenjen površinska montaža na dvostranoj ploči, njegova okomita ugradnja na glavnu ploču; korištenje radijatora s ugrađenim ventilatorom s računala; svi toplinski opterećeni elementi kruga posebno su smješteni na jednoj strani kućišta duž smjera puhanja glavnog ventilatora za najveću učinkovito hlađenje. Kao rezultat modifikacije, dimenzije IPP-a smanjene su tri puta i otklonjeni su nedostaci uočeni tijekom početnih ispitivanja. Modificirani uzorak ima sljedeće karakteristike: napon napajanja Up = ~ 180-240 V, frekvencija fr = 90 kHz, izlazna snaga P = 800 W, učinkovitost = 85%, težina = 2,1 kg, ukupne dimenzije 145X145X80 mm.
Ovaj rad je posvećen dizajnu prekidačkog izvora napajanja namijenjenog za napajanje pojačala snage audio frekvencija, dio kućnog audio sustava visoka snaga, visoki napon. Stvaranje kućnog sustava za reprodukciju zvuka započelo je odabirom dizajna kruga za UMZCH. U tu svrhu provedena je analiza sklopa uređaja za reprodukciju zvuka. Izbor je napravljen na UMZCH krugu visoke vjernosti.
Ovo pojačalo ima vrlo visoke karakteristike, sadrži zaštitne uređaje od preopterećenja i kratkih spojeva, uređaje za održavanje nultog potencijala konstantnog napona na izlazu, te uređaj za kompenzaciju otpora žica koje povezuju pojačalo s akustikom. Unatoč činjenici da je sklop UMZCH objavljen davno, radioamateri do danas ponavljaju njegov dizajn, čije se reference mogu naći u gotovo svakoj literaturi o sastavljanju uređaja za visokokvalitetnu reprodukciju glazbe. Na temelju ovog članka odlučeno je sastaviti četverokanalni UMZCH, čija je ukupna potrošnja energije bila 800 W. Stoga je sljedeća faza u montaži UMZCH bila razvoj i montaža dizajna napajanja koji bi osigurao izlaznu snagu od najmanje 800 W, male dimenzije i težinu, radnu pouzdanost i zaštitu od preopterećenja i kratkog spoja.
Napajanja se grade uglavnom prema dvije sheme: tradicionalnoj klasičnoj i prema shemi impulsnih pretvarača napona. Stoga je odlučeno sastaviti i poboljšati dizajn prekidačkog napajanja.
Studij sekundarnih izvora energije. Izvori struje dijele se u dvije skupine: primarni i sekundarni izvori energije.
Primarni izvori su uređaji koji pretvaraju različite vrste energije u električnu energiju (generatori električnih strojeva, elektrokemijski izvori struje, fotoelektrični i termoelektrični pretvarači itd.).
Sekundarni energetski uređaji su pretvarači jedne vrste električne energije u drugu. To uključuje:
- * pretvarači izmjeničnog u istosmjerni napon (ispravljači);
- * pretvarači izmjeničnog napona (transformatori);
- * DC-AC pretvarači (inverteri).
Sekundarni izvori napajanja izgrađeni su uglavnom prema dvije sheme: tradicionalnoj klasičnoj i prema shemi pretvarača impulsnog napona. Glavni nedostatak energetskih transformatora izrađenih prema tradicionalnoj klasičnoj izvedbi jesu njihove velike težinsko-gabaritne karakteristike, kao i značajan utjecaj jakog magnetskog polja energetskih transformatora na druge elektroničke uređaje. Problem sa SMPS-om je njihovo stvaranje visokofrekventnih smetnji, a kao posljedica toga, elektromagnetska nekompatibilnost s određenim vrstama elektroničke opreme. Analiza je pokazala da SMPS u najvećoj mjeri zadovoljavaju zahtjeve, što potvrđuje i njihova široka primjena u REA.
Transformatori sklopnih izvora napajanja razlikuju se od tradicionalnih po sljedećem: - pravokutni napon napajanja; komplicirani oblik namota (srednji terminali) i rad na višim frekvencijama(do nekoliko desetaka kHz). Osim toga, parametri transformatora imaju značajan utjecaj na način rada poluvodički uređaji i karakteristike pretvarača. Dakle, induktivitet magnetiziranja transformatora povećava vrijeme preklapanja tranzistora; induktivnost curenja (s brzom promjenom struje) uzrokuje pojavu prenapona na tranzistorima, što može dovesti do njihovog kvara; Struja praznog hoda smanjuje učinkovitost pretvarača i pogoršava toplinske uvjete tranzistora. Navedene značajke su uzete u obzir pri proračunu i projektiranju SMPS transformatora.
Ovaj rad ispituje pulsni blok Napajanje od 800 W. Razlikuje se od ranije opisanih korištenjem tranzistora s efektom polja i transformatora s primarnim namotom sa srednjim terminalom u pretvaraču. Prvi osigurava veću učinkovitost i smanjenu razinu visokofrekventnih smetnji, a drugi osigurava polovicu struje kroz ključne tranzistore i eliminira potrebu za izolacijskim transformatorom u njihovim sklopovima vrata.
Nedostatak ovakvog sklopnog rješenja je visok napon na polovicama primarnog namota, što zahtijeva upotrebu tranzistora s odgovarajućim dopuštenim naponom. Istina, za razliku od mostnog pretvarača, u ovom slučaju dva tranzistora su dovoljna umjesto četiri, što pojednostavljuje dizajn i povećava učinkovitost uređaja.
Preklopni izvori napajanja (UPS) koriste jedno- i dvotaktne visokofrekventni pretvarači. Učinkovitost prvog je niža od učinkovitosti drugog, stoga jednociklični Kapacitet UPS-a Nepraktično je projektirati više od 40...60 W. Push-pull pretvarači omogućuju postizanje znatno viših izlazna snaga uz visoku učinkovitost. Podijeljeni su u nekoliko skupina, koje karakterizira metoda pobude izlaznih ključnih tranzistora i krug za njihovo spajanje na krug primarnog namota transformatora pretvarača. Ako govorimo o načinu pobude, možemo razlikovati dvije skupine: sa samopobudom i vanjskom pobudom.
Prvi su manje popularni zbog poteškoća u uspostavljanju. Pri projektiranju snažnih (većih od 200 W) UPS-ova neopravdano se povećava složenost njihove izrade, pa su za takva napajanja malo korisni. Pretvarači s vanjskim pobuđivanjem prikladni su za stvaranje UPS-a povećana snaga a ponekad ne zahtijevaju gotovo nikakvu prilagodbu. Što se tiče spajanja ključnih tranzistora na transformator, postoje tri kruga: takozvani polumost (slika 1, a), most (slika 1, b). Danas se najviše koristi polumostni pretvarač.
Zahtijeva dva tranzistora s relativno malo visoka vrijednost napon Ukemax. Kao što se može vidjeti sa slike 1a, kondenzatori C1 i C2 tvore razdjelnik napona, na koji je spojen primarni (I) namot transformatora T2. Kada se ključni tranzistor otvori, amplituda naponskog impulsa na namotu dostiže vrijednost Upit/2 - Uke nas. Mosni pretvarač sličan je polumosnom pretvaraču, ali su u njemu kondenzatori zamijenjeni tranzistorima VT3 i VT4 (slika 1b), koji se otvaraju u parovima dijagonalno. Ovaj pretvarač ima nešto veću učinkovitost zbog povećanja napona koji se dovodi na primarni namot transformatora, a time i smanjenja struje koja teče kroz tranzistore VT1-VT4. Amplituda napona na primarnom namotu transformatora u ovom slučaju doseže vrijednost Upit - 2Uke us.
Posebno treba istaknuti pretvarač prema shemi na slici 1c koji se odlikuje najvećom učinkovitošću. To se postiže smanjenjem struje primarnog namota i, kao rezultat toga, smanjenjem disipacije snage u ključnim tranzistorima, što je iznimno važno za snažne UPS uređaje. Amplituda napona impulsa u polovici primarnog namota raste do vrijednosti Upit - Uke us.
Također treba napomenuti da, za razliku od drugih pretvarača, ne zahtijeva ulazni izolacijski transformator. U uređaju prema shemi na slici 1c potrebno je koristiti tranzistore visoke vrijednosti Uke max. Budući da je kraj gornjeg (prema dijagramu) polovice primarnog namota spojen na početak donjeg, kada struja teče u prvom od njih (VT1 je otvoren), napon se stvara u drugom, jednak ( u apsolutnoj vrijednosti) na amplitudu napona na prvom, ali suprotnog predznaka u odnosu na Upit. Drugim riječima, napon na kolektoru zatvorenog tranzistora VT2 doseže 2Upit. stoga bi njegov Uke max trebao biti veći od 2Upit. Predloženi UPS koristi push-pull pretvarač s transformatorom, čiji primarni namot ima srednji terminal. Ima visoku učinkovitost, niska razina pulsacije i slabo emitira smetnje u okolinu.
