Tehnologija pretvorbe
Uvod
Posljednjih desetljeća, broj elektronike koja se koristi u kući, uredu i proizvodnom okruženju dramatično se povećao, a većina uređaja koristi prekidačka napajanja. Takvi izvori stvaraju harmonijska i harmonijska strujna izobličenja koja negativno utječu na ožičenje mreže i na nju priključene električne uređaje. Ovaj utjecaj nije izražen samo u različitim vrstama smetnje utječu na rad osjetljivih uređaja, ali i u pregrijavanje neutralne linije. Kada struje koje teku u opterećenjima sa značajnim harmonijskim komponentama nisu u fazi s naponom, struja u neutralnoj žici (koja je na simetrično opterećenje, praktički, je nula) može porasti na kritičnu vrijednost.
Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC) i Europska organizacija za elektrotehničku standardizaciju (CENELEC) usvojile su standarde IEC555 i EN60555, koje postavljaju ograničenja na sadržaj harmonika u ulazna struja sekundarna napajanja, elektronska opterećenja fluorescentne svjetiljke, vozači motora istosmjerna struja i sličnih uređaja.
Jedan od najučinkovitijih načina rješavanja ovog problema je korištenje korektora faktora snage PFC ( Faktor snage Ispravak). U praksi to znači da gotovo bilo koji elektronički uređaj kod impulsnih pretvarača mora biti uključen poseban PFC krug kako bi se osiguralo smanjenje ili potpuno potiskivanje strujnih harmonika.
Korekcija faktora snage
Tipično prekidačko napajanje sastoji se od mrežnog ispravljača, kondenzatora za izravnavanje i pretvarača napona. Takav izvor troši struju samo kada je napon doveden iz ispravljača na kondenzator za izravnavanje veći od napona na njemu (kondenzatoru), što se događa oko četvrtine razdoblja. Ostatak vremena izvor ne troši struju iz mreže, budući da se opterećenje napaja kondenzatorom. To dovodi do činjenice da snagu preuzima opterećenje samo na vrhuncu napona, potrošena struja ima oblik kratkog impulsa i sadrži skup harmonijskih komponenti (vidi sliku 1).
Sekundarni izvor napajanja, koji ima korekciju faktora snage, troši struju s niskim harmonijskim izobličenjem, ravnomjernije preuzima struju iz mreže, ima vršni faktor (omjer vrijednost amplitude struja na svoju efektivnu vrijednost) je niža od one kod nekorigiranog izvora. Korekcija faktora snage smanjuje RMS potrošnju struje, što vam omogućuje spajanje više uređaja na istu utičnicu bez stvaranja prekomjernih struja (vidi sliku 2).
Faktor snage
Faktor snage PF je parametar koji karakterizira izobličenja koja stvara opterećenje (u našem slučaju sekundarno napajanje) u AC mreži. Postoje dvije vrste izobličenja - harmonijska i nelinearna. Harmoničko izobličenje je uzrokovano reaktivnim opterećenjem i predstavlja fazni pomak između struje i napona. Harmonična izobličenja se unose u mrežu "nelinearnim" opterećenjima. Ovo izobličenje se izražava kao odstupanje valnog oblika struje ili napona od sinusoida. Kada harmonijsko izobličenje faktor snage je kosinus fazne razlike između struje i napona ili omjer aktivne snage i ukupne snage potrošene iz mreže. Za nelinearno izobličenje faktor snage jednak je udjelu snage prve harmonijske komponente struje u ukupnoj snazi koju troši uređaj. Može se smatrati pokazateljem koliko ravnomjerno uređaj troši struju iz mreže.
Općenito faktor snage je umnožak kosinusa fazne razlike između napona i struje i kosinusa kuta između temeljnog vektora i vektora ukupna struja... Obrazloženje dato u nastavku dovodi do ove definicije. Efektivna struja koja teče u aktivnom opterećenju ima oblik:
I 2 eff = I 2 0 + I 2 1 eff + SI 2 ne eff,
gdje je I 2 neff konstantna komponenta (u slučaju sinusoidnog napona jednaka je nuli), I 2 1 eff je osnovni harmonik, a pod predznakom zbroja su najmanje značajni harmonici. Kada se radi na reaktivnom opterećenju, u ovom izrazu pojavljuje se reaktivna komponenta, a ona ima oblik:
I 2 eff = I 2 0 + (I 2 1 eff (P) + I 2 1 eff (Q)) + SI 2 ne eff. Aktivna snaga je prosjek tijekom razdoblja snage dodijeljene aktivnom opterećenju.
Može se predstaviti kao umnožak efektivnog napona i aktivne komponente struje P = U eff H I 1 eff (P). Fizički, to je energija koja se oslobađa u obliku topline po jedinici vremena za aktivni otpor... Jalova snaga se shvaća kao umnožak efektivnog napona i komponente jalove struje: Q = U eff Ch I 1 eff (Q). Fizičko značenje je energija koja se pumpa dva puta po periodu od generatora do opterećenja i dva puta od opterećenja do generatora. Ukupna snaga naziva se umnožak efektivnog napona i ukupne snage efektivna struja: S = U eff Ch I eff (ukupno). Na kompleksnoj ravnini može se predstaviti kao zbroj vektora P i Q, iz čega se vidi ovisnost I 2 = I 1eff (ukupni) cos j, gdje je j kut između vektora P i Q, koji također karakterizira faznu razliku između struje i napona u krugu.
Na temelju gore navedenog, izvodimo definiciju za faktor snage:
PF = P / S = (I 1eff cos j) / (I eff (ukupno)).
Treba napomenuti da je omjer (I 1eff) / (I eff (ukupno)) kosinus kuta između vektora koji odgovaraju efektivna vrijednost ukupna struja i efektivnu vrijednost njegovog prvog harmonika. Ako ovaj kut označimo q, tada izraz za faktor snage ima oblik: PF = cos j H cos q. Zadatak korekcije faktora snage je približiti kut fazne razlike j između napona i struje nuli, kao i kut q harmonijskih izobličenja potrošene struje (ili, drugim riječima, približiti valni oblik struje što bliže sinusoidi i da se što više kompenzira fazni pomak).
Faktor snage izražava se kao decimalni razlomak čija se vrijednost kreće od 0 do 1. Njegova idealna vrijednost je jedan (za usporedbu, tipično sklopno napajanje bez korekcije ima vrijednost faktora snage oko 0,65), 0,95 je dobra vrijednost ; 0,9 - zadovoljavajuće; 0,8 - nezadovoljavajuće. Primjena korekcije faktora snage može povećati faktor snage uređaja s 0,65 na 0,95. Vrijednosti u rasponu od 0,97 ... 0,99 su sasvim stvarne. Idealno, kada je faktor snage jednak je jedan, uređaj crpi sinusoidnu struju iz mreže s nultim faznim pomakom u odnosu na napon (što odgovara potpuno otpornom opterećenju s linearnom strujno-naponskom karakteristikom).
Pasivna korekcija faktora snage
Metoda pasivne korekcije najčešće se koristi u jeftinim uređajima male snage (gdje strogi zahtjevi do intenziteta najmanje značajnih harmonika struje). Pasivnom korekcijom postiže se vrijednost faktora snage od oko 0,9. To je prikladno u slučaju kada je napajanje već razvijeno, ostaje samo stvoriti odgovarajući filtar i uključiti ga u krug na ulazu.
Pasivna korekcija faktora snage sastoji se od filtriranja trenutne potrošnje pomoću LC bandpass filtera. Ova metoda ima nekoliko ograničenja. LC filter može biti učinkovit samo kao korektor faktora snage ako napon, frekvencija i opterećenje variraju unutar uskog raspona.... Budući da bi filter trebao raditi u tom području niske frekvencije(50/60 Hz), njegove komponente su velike, teške i faktor niske kvalitete(što nije uvijek prihvatljivo). Prvo, broj komponenti u pasivnom pristupu je mnogo manji, pa je stoga MTBF veći, i drugo, kod pasivne korekcije stvara se manje elektromagnetskih i kontaktnih smetnji nego kod aktivne korekcije.
Korekcija aktivnog faktora snage
Korektor aktivnog faktora snage mora zadovoljiti tri uvjeta:
1) Oblik potrošene struje trebao bi biti što bliži sinusoidalnom i - "u fazi" s naponom. Trenutačna vrijednost struje koja se troši iz izvora treba biti proporcionalna trenutnom naponu mreže.
2) Snaga koja se uzima iz izvora mora ostati konstantna čak i ako se napon mreže promijeni. To znači da kada se mrežni napon smanji, struja opterećenja se mora povećati, i obrnuto.
3) Napon na izlazu PFC-korektora ne bi trebao ovisiti o veličini opterećenja. Sa smanjenjem napona na opterećenju, struja kroz njega mora se povećati, i obrnuto.
Postoji nekoliko shema koje se mogu koristiti za provedbu korekcije aktivnog faktora snage. Najpopularniji trenutno je krug "pojačanog pretvarača". Ova shema ispunjava sve zahtjeve za suvremeni izvori ishrana. Prvo, omogućuje rad u mrežama s različita značenja napon napajanja (od 85 do 270 V) bez ograničenja i dodatnih podešavanja. Drugo, manje je podložan odstupanjima u električnim parametrima mreže (naponi ili kratkotrajni prekidi). Još jedna prednost ove sheme je više jednostavna implementacija zaštita od prenapona. Pojednostavljeni krug "up-converter" prikazan je na sl. 3.
Princip rada
Standardni korektor faktora snage je AD/DC pretvarač s modulacijom širine impulsa (PWM). Modulator upravlja snažnom (obično MOSFET) sklopkom, koja pretvara konstantni ili ispravljeni mrežni napon u niz impulsa, nakon što se ispravlja, na izlazu se dobiva konstantni napon.
Vremenski dijagrami rada korektora prikazani su na Sl. 4. Kada je MOSFET prekidač uključen, struja u prigušnici raste linearno - dok je dioda zatvorena, a kondenzator C2 se isprazni do opterećenja. Zatim, kada se tranzistor ugasi, napon na induktoru "otvara" diodu i energija pohranjena u induktoru puni kondenzator C2 (i istovremeno opskrbljuje opterećenje). U gornjem krugu (za razliku od izvora bez korekcije) kondenzator C1 ima mali kapacitet i služi za filtriranje visokofrekventne smetnje... Frekvencija pretvorbe je 50 ... 100 kHz. U najjednostavnijem slučaju, krug radi s konstantnim radnim ciklusom. Postoje načini za povećanje učinkovitosti korekcije dinamičkom promjenom radnog ciklusa (usklađivanje ciklusa s naponskom ovojnicom iz mrežnog ispravljača).
Krug "pretvarača" može raditi u tri načina: stalan , diskretna i tzv. kritični način vodljivosti". V diskretna modu tijekom svakog razdoblja, struja prigušnice ima vremena da "padne" na nulu i nakon nekog vremena ponovo počinje rasti, a u stalan- struja, koja nema vremena da dosegne nulu, ponovno počinje rasti. Način rada kritična vodljivost koristi se rjeđe od prethodna dva. Teže je za implementaciju. Njegovo značenje je da se MOSFET otvara u trenutku kada struja prigušnice dosegne nultu vrijednost... Ovaj način rada olakšava podešavanje izlaznog napona.
Izbor načina rada ovisi o potrebnoj izlaznoj snazi izvora napajanja. Kod uređaja snage veće od 400 W koristi se kontinuirani način rada, a kod uređaja male snage diskretni način rada. Korekcija aktivnog faktora snage omogućuje postizanje vrijednosti od 0,97 ... 0,99 s THD (ukupnim harmonijskim izobličenjem) u rasponu od 0,04 ... 0,08.
Linearni i sklopni izvori napajanja
Počnimo s osnovama. Napajanje u vašem računalu ima tri funkcije. Prvo, izmjenična struja iz kućnog napajanja mora se pretvoriti u istosmjernu struju. Drugi zadatak jedinice za napajanje je sniziti napon od 110-230 V, koji je pretjeran za računalnu elektroniku, na standardne vrijednosti koje zahtijevaju pretvarači energije. pojedinačne komponente PC, - 12V, 5V i 3,3V (kao i negativni naponi, o čemu ćemo malo kasnije). Konačno, PSU igra ulogu stabilizatora napona.
Postoje dvije glavne vrste izvora napajanja koji obavljaju ove funkcije - linearni i preklopni. Najjednostavnija linearna jedinica za napajanje temelji se na transformatoru, na kojem se izmjenični napon smanjuje na potrebnu vrijednost, a zatim se struja ispravlja diodnim mostom.
Međutim, PSU je također potreban za stabilizaciju izlaznog napona, što je posljedica i nestabilnosti napona u kućnoj mreži i pada napona kao odgovora na povećanje struje u opterećenju.
Kako bi se kompenzirao pad napona, u linearnom napajanju, parametri transformatora se izračunavaju tako da osiguraju višak snage. Zatim, pri visokoj struji u opterećenju, promatrat će se potrebni napon. Međutim, prenapona to bi se dogodilo bez ikakve kompenzacije za niske struje korisnog opterećenja također je neprihvatljivo. Prenapon se eliminira dodavanjem nekorisnog opterećenja u krug. U najjednostavnijem slučaju, ovo je otpornik ili tranzistor spojen preko Zener diode. U naprednijem, tranzistor se kontrolira mikrosklopom s komparatorom. Bilo kako bilo, višak snage jednostavno se raspršuje u obliku topline, što negativno utječe na učinkovitost uređaja.
U strujnom krugu impulsnog napajanja javlja se još jedna varijabla o kojoj ovisi izlazni napon, uz već dostupna dva: ulazni napon i otpor opterećenja. U seriji s opterećenjem nalazi se ključ (koji je u slučaju koji nas zanima tranzistor), koji kontrolira mikrokontroler u načinu rada modulacija širine impulsa(PWM). Što je duže trajanje otvorenih stanja tranzistora u odnosu na njihov period (ovaj parametar se naziva radni ciklus, u ruskoj terminologiji se koristi inverzna vrijednost - radni ciklus), veći je izlazni napon. Zbog prisutnosti prekidača, sklopno napajanje se također naziva Switched-Mode Power Supply (SMPS).
Kroz zatvoreni tranzistor ne teče struja, a otpor otvorenog tranzistora idealno je zanemariv. U stvarnosti, otvoreni tranzistor ima otpor i raspršuje dio snage u obliku topline. Osim toga, prijelaz između stanja tranzistora nije idealno diskretan. Pa ipak, učinkovitost izvora preklopne struje može premašiti 90%, dok je učinkovitost linearne PSU sa stabilizatorom u najboljem slučaju doseže 50%.
Još jedna prednost sklopnih izvora napajanja je radikalno smanjenje veličine i težine transformatora u usporedbi s linearnim izvorima napajanja iste snage. Poznato je da što je veća frekvencija izmjenične struje u primarnom namotu transformatora, to je manja potrebna veličina jezgre i broj zavoja namota. Stoga se ključni tranzistor u krugu postavlja ne iza, već prije transformatora i, osim stabilizacije napona, koristi se za dobivanje izmjenične struje visoka frekvencija(za napajanje računala to je od 30 do 100 kHz i više, a u pravilu - oko 60 kHz). Transformator koji radi na električnoj frekvenciji od 50-60 Hz, za snagu koju zahtijeva standardno računalo, bio bi deset puta masivniji.
Linearni izvori napajanja danas se koriste uglavnom u slučaju uređaja male snage, kada je relativno složena elektronika potrebna za sklopno napajanje osjetljivija stavka troškova u usporedbi s transformatorom. To su npr. 9V napajanja, koja se koriste za pedale za gitarske efekte, a jednom za igraće konzole i tako dalje. Ali punjači za pametne telefone su već potpuno impulsni - ovdje su troškovi opravdani. Zbog znatno manje amplitude mreškanja napona na izlazu, linearni izvori napajanja se također koriste u onim područjima gdje je ova kvaliteta tražena.
⇡ Opći dijagram ATX napajanja
BP stolno računalo je sklopno napajanje čiji se ulaz napaja naponom kućnog napajanja s parametrima 110/230 V, 50-60 Hz, a na izlazu se nalazi niz vodova istosmjerne struje od kojih glavni imaju nazivni vrijednost od 12, 5 i 3,3 V. Osim toga, PSU osigurava -12 V, a jednom i -5 V potrebnih za ISA sabirnicu. No, potonji je u nekom trenutku isključen iz ATX standarda zbog prestanka podrške za sam ISA.
Na gore prikazanom pojednostavljenom dijagramu standardnog impulsnog napajanja mogu se razlikovati četiri glavna stupnja. Istim redoslijedom u recenzijama razmatramo komponente napajanja, i to:
- EMI filter - elektromagnetske smetnje (RFI filter);
- primarni krug - ulazni ispravljač, ključni tranzistori (prekidač) koji stvaraju visokofrekventnu izmjeničnu struju na primarnom namotu transformatora;
- glavni transformator;
- sekundarni krug - strujni ispravljači iz sekundarnog namota transformatora (ispravljači), filteri za izravnavanje na izlazu (filtriranje).
⇡ EMI filter
Filter na ulazu PSU služi za suzbijanje dvije vrste elektromagnetskih smetnji: diferencijalni (diferencijalni način rada) - kada struja interferencije teče u različite strane u dalekovodima, i common-mode - kada struja teče u jednom smjeru.
Diferencijalni šum potiskuje kondenzator CX (veliki žuti filmski kondenzator na gornjoj fotografiji) spojen paralelno s opterećenjem. Ponekad se na svaku žicu koja obavlja istu funkciju dodatno objesi prigušnica (nije na dijagramu).
Uobičajeni filtar tvore CY kondenzatori (plavi keramički kondenzatori u obliku kapljice na fotografiji), u zajedničkoj točki koja povezuje električne vodove sa zemljom, itd. prigušnica (LF1 na dijagramu), struja u dva namota koja teče u istom smjeru, što stvara otpor zajedničkom šumu.
U jeftinim modelima se ugrađuju minimalni set dijelovi filtera, u skupljim opisanim shemama tvore ponavljajuće (potpuno ili djelomično) veze. U prošlosti, PSU su se često susreli bez EMI filtera. Sada je ovo prilično radoznala iznimka, iako kupnjom vrlo jeftine jedinice za napajanje još uvijek možete naići na takvo iznenađenje. Zbog toga će patiti ne samo i ne toliko samo računalo, već i druga oprema uključena u kućnu mrežu - impulsni izvori napajanja su moćan izvor smetnje.
U području filtera dobrog PSU-a možete pronaći nekoliko dijelova koji štite sam uređaj ili njegovog vlasnika od oštećenja. Gotovo uvijek postoji najjednostavniji osigurač zaštititi od kratki spoj(F1 na dijagramu). Imajte na umu da kada osigurač pregori, zaštićeni objekt više nije izvor napajanja. Ako dođe do kratkog spoja, to znači da su ključni tranzistori već probili, a važno je barem spriječiti paljenje električne instalacije. Ako osigurač u jedinici napajanja iznenada izgori, tada je njegova promjena u novi najvjerojatnije besmislena.
Zaštita od kratkoročno naponski udari pomoću varistora (MOV - Metal Oxide Varistor). Ali ne postoje načini zaštite od dugotrajnog povećanja napona u izvorima napajanja računala. Ovu funkciju obavljaju vanjski stabilizatori s vlastitim transformatorom unutra.
Kondenzator u PFC-u nakon ispravljača može zadržati značajan naboj nakon što se isključi iz napajanja. Kako neoprezna osoba koja zabije prst u konektor za napajanje ne bi dobila strujni udar, između žica je ugrađen veliki otpornik za pražnjenje (otpornik za ispuštanje). U sofisticiranijoj verziji - zajedno s upravljačkim krugom koji sprječava istjecanje punjenja tijekom rada uređaja.
Usput, prisutnost filtera u napajanju računala (i u napajanju monitora i gotovo bilo kojeg računalna tehnologija također postoji) znači da je kupnja zasebnog "prenaponskog štitnika" umjesto konvencionalnog produžnog kabela, općenito, beskorisna. On isto ima iznutra. Jedini uvjet u svakom slučaju je normalno tropinsko ožičenje s uzemljenjem. Inače, kondenzatori CY, spojeni na masu, jednostavno ne mogu ispuniti svoju funkciju.
⇡ Ulazni ispravljač
Nakon filtra, izmjenična struja se pretvara u istosmjernu pomoću diodnog mosta – obično kao sklop u zajedničkom kućištu. Odvojeni radijator za hlađenje mosta je vrlo cijenjen. Most sastavljen od četiri diskretne diode atribut je jeftinih izvora napajanja. Također možete pitati za koju struju je most dizajniran kako biste utvrdili odgovara li snazi samog PSU-a. Iako, u pravilu, postoji dobra margina za ovaj parametar.
⇡ Aktivni PFC blok
U krugu izmjenične struje s linearnim opterećenjem (kao što je žarulja sa žarnom niti ili električni štednjak), tok struje slijedi isti sinusni val kao i napon. Ali to nije slučaj s uređajima koji imaju ulazni ispravljač, kao što su prekidački izvori napajanja. Napajanje propušta struju u kratkim impulsima koji se otprilike vremenski podudaraju s vrhovima sinusoidnog napona (tj. maksimalnog trenutnog napona) kada se kondenzator za izravnavanje ispravljača ponovno puni.
Iskrivljeni strujni signal se pored sinusoida zadane amplitude razlaže na nekoliko harmonijskih oscilacija (idealni signal koji bi se javio kod linearnog opterećenja).
Moć koja se koristi za obvezivanje koristan rad(što je, zapravo, grijanje komponenti računala), naznačeno je u karakteristikama jedinice za napajanje i naziva se aktivnim. Preostala energija koju proizvodi harmonijske vibracije struja se naziva reaktivna. Ne proizvodi koristan rad, ali zagrijava žice i opterećuje transformatore i drugu energetsku opremu.
Vektorski zbroj jalove i aktivne snage naziva se prividna snaga. A omjer aktivne snage i ukupne snage naziva se faktor snage – ne treba ga brkati s učinkovitošću!
U impulsnom napajanju faktor snage je u početku prilično nizak - oko 0,7. Privatnom potrošaču jalova snaga ne predstavlja problem (nasreću, strujomjeri je ne uzimaju u obzir), osim ako ne koristi UPS. Na neprekidnom napajanju isto pada puna moć opterećenje. Na razmjerima uredske ili gradske mreže, višak jalove snage stvoren pulsnim izvorima napajanja već značajno umanjuje kvalitetu napajanja i uzrokuje troškove, stoga se s njom aktivno bore.
Konkretno, velika većina računalnih izvora napajanja opremljena je krugovima aktivna korekcija faktor snage (Aktivni PFC). Aktivna PFC jedinica može se lako identificirati pomoću jednog velikog kondenzatora i prigušnice nizvodno od ispravljača. U biti, Active PFC je još jedan impulsni pretvarač koji održava konstantan naboj na kondenzatoru s naponom od oko 400 V. U ovom slučaju struja iz mreže se troši u kratkim impulsima čija je širina odabrana tako da signal aproksimira se sinusnim valom - koji je potreban za simulaciju linearnog opterećenja. ... PFC ima posebnu logiku za sinkronizaciju signala potrošnje struje sa sinusnim valom napona.
Aktivni PFC krug sadrži jedan ili dva ključna tranzistora i snažnu diodu, koji su postavljeni na isti hladnjak s ključnim tranzistorima glavnog pretvarača napajanja. Tipično, PWM kontroler glavnog ključa pretvarača i Active PFC ključ su jedan mikro krug (PWM / PFC Combo).
Faktor snage sklopnih izvora napajanja s aktivnim PFC-om doseže 0,95 i više. Uz to, imaju i jednu dodatnu prednost - ne trebaju mrežni prekidač 110/230 V i odgovarajući udvostruč napona unutar PSU-a. Većina PFC-ova može podnijeti napone između 85 i 265 V. Osim toga, smanjena je osjetljivost PSU-a na kratke padove napona.
Inače, uz aktivnu korekciju PFC-a, postoji i pasivna, koja podrazumijeva ugradnju velike induktivne prigušnice u seriji s opterećenjem. Njegova učinkovitost je niska i teško ćete naći takvo što u modernoj jedinici napajanja.
⇡ Glavni pretvarač
Opći princip rada za sve impulsne izvore napajanja izolirane topologije (s transformatorom) je isti: ključni tranzistor (ili tranzistori) stvara izmjeničnu struju na primarnom namotu transformatora, a PWM kontroler kontrolira radni ciklus njihovog prebacivanja. Specifični sklopovi se, međutim, razlikuju i po broju ključnih tranzistora i drugih elemenata, te u karakteristike kvalitete: Učinkovitost, oblik signala, šum, itd. Ali ovdje previše ovisi o specifičnoj implementaciji na koju se vrijedi usredotočiti. Zainteresiranima predstavljamo set dijagrama i tablicu koji će ih u određenim uređajima moći identificirati po sastavu dijelova.
| Tranzistori | Diode | Kondenzatori | Noge primarnog namota transformatora | |
| Jedan tranzistor naprijed | 1 | 1 | 1 | 4 |
| 2 | 2 | 0 | 2 | |
| 2 | 0 | 2 | 2 | |
| 4 | 0 | 0 | 2 | |
| 2 | 0 | 0 | 3 |
Uz navedene topologije, u skupim izvorima napajanja postoje rezonantne varijante Half Bridgea, koje se lako prepoznaju po dodatnom velikom induktoru (ili dvije) i kondenzatoru koji tvori oscilatorni krug.
|
Jedan tranzistor naprijed |
|
|
|
|
|
|
⇡ Sekundarni krug
Sekundarni krug je sve što se nalazi iza sekundarnog namota transformatora. U većini modernih izvora napajanja transformator ima dva namota: iz jednog se uklanja napon od 12 V, a s drugog - 5 V. Struja se prvo ispravlja pomoću sklopa od dvije Schottky diode - jedne ili više po sabirnici ( na najopterećenijem sabirnici - 12 V - postoje četiri sklopa u snažnim PSU-ima). Učinkovitiji su u smislu učinkovitosti sinkroni ispravljači, u kojima se umjesto dioda koriste tranzistori s efektom polja. Ali to je prerogativ istinski naprednih i skupih PSU-a koji traže 80 PLUS Platinum certifikat.
Tračnica od 3,3 V obično se izvlači iz istog namota kao i tračnica od 5 V, samo što se napon smanjuje pomoću induktora koji se može zasićiti (Mag Amp). Poseban namot transformatora od 3,3 V je egzotična opcija. Od negativnih napona u trenutnom ATX standardu ostaje samo -12 V, koji se uklanja iz sekundarnog namota ispod 12 V sabirnice kroz zasebne niskostrujne diode.
PWM upravljanje ključem pretvarača mijenja napon na primarnom namotu transformatora, a time i na svim sekundarnim namotima odjednom. Istodobno, trenutna potrošnja računala nikako nije ravnomjerno raspoređena između sabirnica napajanja. U modernom hardveru, najprometnija sabirnica je 12V.
Za odvojenu stabilizaciju napona na različitim sabirnicama potrebne su dodatne mjere. Klasičan način podrazumijeva korištenje prigušnice grupna stabilizacija... Kroz njegove namote prolaze tri glavne sabirnice, a kao rezultat toga, ako se struja poveća na jednoj sabirnici, napon opada na ostalima. Pretpostavimo da se struja na sabirnici od 12 V povećala, a kako bi spriječio pad napona, PWM kontroler je smanjio radni ciklus ključnih tranzistora. Kao rezultat toga, napon na sabirnici od 5 V mogao bi izaći iz opsega, ali je potisnut grupnim stabilizacijskim prigušivačem.
Napon na tračnici od 3,3 V dodatno je reguliran drugom prigušnom prigušnicom.
U naprednijoj verziji osigurana je odvojena stabilizacija sabirnica od 5 i 12 V zbog zasićenih prigušnica, ali sada je ovaj dizajn u skupim visokokvalitetnim izvorima napajanja ustupio mjesto DC-DC pretvaračima. V potonji slučaj transformator ima jedan sekundarni namot napona 12 V, a naponi od 5 V i 3,3 V dobivaju se iz DC/DC pretvarača. Ova metoda je najpovoljnija za stabilnost napona.
Izlazni filtar
Završni stupanj na svakoj sabirnici je filtar koji izglađuje mreškanje napona uzrokovano tranzistorima prekidača. Osim toga, pulsacije ulaznog ispravljača, čija je frekvencija jednaka dvostrukoj frekvenciji mrežnog napajanja, probijaju se u sekundarni krug jedinice za napajanje.
Filter mreškanja uključuje prigušnicu i kondenzatore veliki kapacitet... Za visokokvalitetne izvore napajanja karakterističan je kapacitet od najmanje 2000 μF, ali proizvođači jeftinih modela imaju rezervu za uštedu kada instaliraju kondenzatore, na primjer, polovicu nazivne vrijednosti, što neizbježno utječe na amplitudu mreškanja.
⇡ Hrana u pripravnosti + 5VSB
Opis komponenti napajanja bio bi nepotpun bez spominjanja izvora napona u stanju pripravnosti od 5 V, koji omogućuje hibernaciju računala i osigurava rad svih uređaja koji moraju biti stalno uključeni. "Dzhurka" se napaja zasebnim impulsnim pretvaračem s transformatorom male snage. U nekim izvorima napajanja postoji i treći transformator koji se koristi u krugu Povratne informacije za izolaciju PWM kontrolera od primarnog kruga glavnog pretvarača. U drugim slučajevima ovu funkciju obavljaju optospojnici (LED i fototranzistor u istom paketu).
⇡ Metodologija za ispitivanje izvora napajanja
Jedan od glavnih parametara jedinice za napajanje je stabilnost napona, koja se ogleda u tzv. karakteristika unakrsnog opterećenja. KNX je dijagram u kojem je na jednoj osi ucrtana struja ili snaga na sabirnici od 12 V, a na drugoj je prikazana ukupna struja ili snaga na sabirnici od 3,3 i 5 V. Na mjestima presjeka za različite vrijednosti obje varijable, odstupanje napona od nominalne vrijednosti određuje određena sabirnica. Sukladno tome, objavljujemo dva različita KHX - za 12V šinu i za 5/3,3V šinu.
Boja točke označava postotak odstupanja:
- zelena: ≤ 1%;
- svijetlozelena: ≤ 2%;
- žuta: ≤ 3%;
- narančasta: ≤ 4%;
- crveno: ≤ 5%.
- bijela:> 5% (nije dopušteno ATX-om).
Za dobivanje KNH koristi se ispitni stol za napajanje po narudžbi, koji stvara opterećenje zbog odvođenja topline na moćnim tranzistorima s efektom polja.
Drugi jednako važan test je određivanje amplitude mreškanja na izlazu PSU. ATX standard dopušta valovitost u rasponu od 120 mV za sabirnicu od 12 V i 50 mV za sabirnicu od 5 V. Postoje visokofrekventne valove (na udvostručenoj frekvenciji glavnog ključa pretvarača) i niskofrekventne (na udvostručenim frekvencija opskrbne mreže).
Ovaj parametar mjerimo pomoću Hantek DSO-6022BE USB osciloskopa pri maksimalnom opterećenju napajanja navedenom u specifikacijama. Na oscilogramu ispod, zeleni grafikon odgovara sabirnici od 12 V, žuti 5 V. Vidi se da je mreškanje unutar normalnog raspona, pa čak i s marginom.
Za usporedbu, predstavljamo sliku mreškanja na izlazu jedinice napajanja starog računala. Ovaj blok u početku nije bio izvanredan, ali očito s vremena na vrijeme nije postao bolji. Sudeći po rasponu niskofrekventnog mreškanja (imajte na umu da je podjela naponskog sweep-a povećana na 50 mV kako bi se uklopile oscilacije na ekranu), kondenzator za izravnavanje na ulazu je već postao neupotrebljiv. Visokofrekventno valovanje na sabirnici od 5 V je na granici dopuštenih 50 mV.
Sljedeći test utvrđuje učinkovitost jedinice pri opterećenju od 10 do 100% od nazivna snaga(usporedbom izlazne snage s ulaznom snagom izmjerenom kućnim vatmetrom). Za usporedbu, grafikon prikazuje kriterije za različite kategorije 80 PLUS. Međutim, to ovih dana ne izaziva veliko zanimanje. Grafikon prikazuje rezultate vrhunskog Corsair PSU-a u odnosu na vrlo jeftin Antec, ali razlika nije tako velika.
Aktuelnije pitanje za korisnika je buka iz ugrađenog ventilatora. Nemoguće ga je izravno izmjeriti u blizini bučnog stalka za ispitivanje jedinice za napajanje, pa laserskim tahometrom mjerimo brzinu vrtnje impelera - također pri snazi od 10 do 100%. Grafikon ispod pokazuje da pri malom opterećenju ove PSU, 135 mm ventilator ostaje nisko i jedva da se uopće čuje. Pri maksimalnom opterećenju već se može razaznati buka, ali je razina još uvijek sasvim prihvatljiva.
Prednosti i nedostaci aktivnog PFC napajanja
Stabilan rad računala izravno ovisi o kvalitetnom naponu koji mu isporučujemo. Budući da mnogi od nas nisu u mogućnosti kontrolirati kvalitetu napona u mreži, već se uz pomoć solidnog napajanja možemo osigurati od neželjenih problema.
Dakle, moderni višejezgreni procesori, video kartice (već je postalo moderno stavljati ih u parove), razni USB uređaji (često napajani računalom) tjeraju nas na kupnju sve snažnijih izvora napajanja (PSU). U međuvremenu, gotovo svi moderni PSU-i cijenjenih marki sa snagom od 450 W ili više opremljeni su uređajima za korekciju faktora snage ( PFC - korekcija faktora snage).
Što je PFC i što od njega dobivamo?
Pasivni RFC
To je najjednostavniji i najčešći, i konvencionalna je prigušnica velikog kapaciteta (i veličine), povezana u seriju s napajanjem. Moram reći da on praktički ne rješava problem i zauzima puno prostora.
Aktivni PFC
To je još jedno sklopno napajanje, s pojačanim naponom. Rezultirajući faktor snage takve jedinice može doseći 0,95 ... 0,98 kada radi pri punom opterećenju.
Osim što aktivni PFC osigurava faktor snage blizu idealnog, on također poboljšava rad napajanja - dodatno stabilizira ulazni napon glavnog stabilizatora bloka: blok postaje osjetno manje osjetljiv na smanjenu mrežu napon.
Također, kada se koristi aktivni PFC, prilično je lako razviti blokove s univerzalnim napajanjem od 110 ... 230V, koji ne zahtijevaju ručno prebacivanje mrežnog napona.
Također, korištenje aktivnog PFC-a poboljšava odziv jedinice za napajanje tijekom kratkotrajnih (djelića sekunde) padova mrežnog napona - u takvim trenucima jedinica radi koristeći energiju visokonaponskih ispravljačkih kondenzatora. Još jedna prednost korištenja aktivnog PFC-a je više niska razina visokofrekventne smetnje na izlaznim linijama, odnosno takvi se izvori napajanja preporučuju za korištenje u osobnom računalu s perifernim uređajima dizajniranim za rad s analognim audio/video materijalom.
Ukratko, sve govori u prilog korištenju jedinice za napajanje s aktivnim PFC-om - on će osigurati taj visokokvalitetni benzin za naša računala!
Skriveni problem za koji nismo ni znali: UPS za napajanje s aktivnim PFC-om
Dakle, kupili ste računalo - niste štedjeli novac za napajanje i sve to. Radiš, igraš se, sve je u redu – raduje se duša. Nažalost, nije sve tako lako i jednostavno kao što bismo željeli, budući da naša mreža nije idealna, onda ćemo se nositi s udarima i padovima struje.
Pa, sve je jednostavno, kažete. Kupite UPS (Uniinterruptible Power Supply - neprekidno napajanje), priključite monitor i sistemsku jedinicu u njega i uvijek ćete imati vremena ugasiti Windows. Glavna stvar je da snaga UPS-a (aka UPS - Uninterruptible Power Supply) odgovara snazi napajanja računala plus potrošnji energije monitora.
No činjenica je da rad jedinice za napajanje s aktivnim PFC-om u kombinaciji s jeftinim UPS-ima koji daju signal koraka pri radu na baterijsko napajanje može dovesti do kvarova računala, stoga proizvođači preporučuju korištenje UPS-a u takvim slučajevima. Pametna klasa koji uvijek daju sinusni signal.
Postoji još jedna nijansa. Svi UPS-ovi se grubo dijele na standby, linijski interaktivni i kontinuirani rad (OnLine). Za prva dva, vrijeme uključivanja snage s vanjska mreža na bateriji je nekoliko milisekundi, a to je dovoljno u slučaju konvencionalnih izvora napajanja. Ali jedinica za napajanje s aktivnim PFC-om u slučaju nestanka struje trenutno i naglo povećava potrošnju električne energije nekoliko puta. U tom slučaju, vaše se neprekidno napajanje ili isključuje ili izgara, a računalo je neuobičajeno bez struje sa svim hardverskim, softverskim i financijskim posljedicama koje proizlaze iz toga.
Postoje 4 izlaza iz ove situacije:
Budući da ste kupili hladnu jedinicu za napajanje s aktivnom kompenzacijom snage, a struja vam često nestaje ili samo skače (kao svugdje u našoj zemlji, gdje električne mreže nisu predviđene za univerzalnu informatizaciju), a postojanje bez neprekidnog napajanja ne može se nazvati radosni, a zatim sami biraju rješenje problema.
1. Najjeftiniji(ali nije uvijek prihvatljivo). Promijenite jedinicu napajanja na drugu bez aktivnog PFC-a.
2. Bez UPS-a... To je ispunjeno činjenicom da matična ploča može izgorjeti (financijski troškovi), sustav može odletjeti (potrebno je vremena za ponovnu instalaciju), ali što je najgore, vijak se može pokriti, a sav vaš rad može biti prekriven bakreni bazen neposredno prije isporuke kupcu.
3. Najsigurniji izlaz(nije jeftino, košta - od 300 USD). Kupnja UPS-a kontinuiranog rada (OnLine). U takvim izvorima neprekidni izvor napajanja primjenjuje se tehnologija dvostruke konverzije napona koja osigurava izvrsna zaštita, kako konvencionalna računala i poslužitelji.
Mehanizam dvostruke pretvorbe napona eliminira sve smetnje u opskrbnoj mreži. Ispravljač pretvara AC napon napajanje na konstantu. Konstantni napon se koristi za punjenje baterija i napajanje pretvarača. Pretvarač pretvara istosmjerni napon u izmjenični (sa sinusoidnim signalom) koji kontinuirano napaja računalo.
U nedostatku mrežnog napona, pretvarač se napaja baterijama, tako da računalo ni na trenutak neće ostati bez struje!
4. Također izađite... Nije jeftiniji od prethodnog, ali glomazniji - ovo je kupnja linijskog interaktivnog UPS-a tipa Smart (sa sinusnim valom na izlazu) s rezervom snage 3-5 puta (ovo je preduvjet!) . Koštat će u istim granicama kao i OnLine, ali će težiti puno više! I ventilator u njemu bit će snažniji (i glasniji).
To su rudnici koje svijet računala stavlja u novčanike naivnih korisnika :))) Možda ti, dragi čitatelju, misliš da preuveličavamo problem? - Nikako. Dakle, na web stranicama cijenjenih proizvođača UPS-a (na primjer, APC) pišu o tome - kažu, backup i linijski interaktivni UPS-ovi s aktivnim PFC-ovima ne rade!
Dobar dan prijatelji!
Sigurno su mnogi od vas vidjeli tajanstvena slova "PFC" na napajanju računala. Recimo odmah da ova slova najvjerojatnije neće biti na najjeftinijim blokovima. Želiš li da ti otkrijem ovu strašnu tajnu? Obratiti pažnju!
Što je PFC?
PFC je skraćenica za korekciju faktora snage. Prije dešifriranja ovog pojma, sjetimo se koje su vrste moći.
Aktivna i jalova snaga
Još u školskom kolegiju fizike rekli su nam da je snaga aktivna i reaktivna.
Aktivna snaga obavlja koristan rad, posebice stvaranjem topline.
Klasični primjeri su glačalo i žarulja sa žarnom niti. Pegla i žarulja su gotovo čisto aktivno opterećenje, napon i struja na takvom opterećenju su u fazi.
Ali postoji i opterećenje s reaktivnošću - induktivno (elektromotori) i kapacitivno (kondenzatori). U reaktivnim krugovima postoji fazni pomak između struje i napona, takozvani kosinus φ (Phi).
Struja može zaostajati za naponom (u induktivnom opterećenju) ili ispred njega (u kapacitivnom opterećenju).
Jalova snaga ne proizvodi koristan rad, već samo visi od generatora do opterećenja i obrnuto, nepotrebno zagrijavanje žica
.
To znači da ožičenje mora imati marginu presjeka.
Što je veći fazni pomak između struje i napona, to se više energije troši na žice.
Jalova snaga u napajanju
U računalu, nakon ispravljačkog mosta, nalaze se kondenzatori dovoljno velikog kapaciteta. Dakle, postoji komponenta jalove snage. Ako se računalo koristi kod kuće, obično nema problema. Jalova snaga se ne bilježi običnim kućanskim brojilom električne energije.Ali u zgradi u kojoj je ugrađeno sto ili tisuću računala potrebno je voditi računa o jalove snage!
Tipična vrijednost kosinusa Phi za napajanje računala bez korekcije je oko 0,7, odnosno ožičenje mora biti dimenzionirano s 30% prostora za glavu.
Međutim, problem nije ograničen na pretjerano opterećenje žica!
U samoj jedinici napajanja struja kroz ulazni visokonapon teče u obliku kratkih impulsa. Širina i amplituda ovih impulsa mogu varirati ovisno o opterećenju.
Velike amplitude struje negativno utječu na visokonaponske kondenzatore i diode, skraćujući im životni vijek. Ako se ispravljačke diode odaberu "leđa uz leđa" (što je čest slučaj kod jeftinih modela), tada se dodatno smanjuje pouzdanost cjelokupnog napajanja.
Kako se vrši korekcija faktora snage?
Za borbu protiv svih ovih pojava koriste se uređaji koji povećavaju faktor snage.
Dijele se na aktivne i pasivne.
Pasivni PFC je prigušnica spojena između ispravljača i visokonaponskih kondenzatora.
Induktor je induktivitet koji ima reaktancijski (točnije, složeni) otpor.
Priroda njezine reaktivnosti je suprotna. kapacitet kondenzatora, pa dolazi do neke kompenzacije. Induktivnost prigušnice sprječava povećanje struje, strujni impulsi se lagano rastežu, njihova amplituda se smanjuje.
Međutim, kosinus φ neznatno raste i nema velikog povećanja jalove snage.
Za veću naknadu, oni će se prijaviti aktivne PFC karte.
Aktivni krug podiže kosinus φ na 0,95 i više. Aktivni krug sadrži pojačani pretvarač koji se temelji na induktivnosti (prigušnici) i sklopnim elementima snage, kojima upravlja poseban regulator. Čok povremeno pohranjuje energiju, a zatim je odaje.
Na izlazu PFC-a nalazi se filterski elektrolitički kondenzator, ali manjeg kapaciteta. Napajanje s aktivnim PFC-om manje je osjetljivo na kratkotrajne "padove" napona napajanja i, što je prednost. Međutim, aplikacija aktivna shema povećava troškove izgradnje.
Zaključno, napominjemo da se prisutnost PFC-a u određenoj jedinici napajanja može identificirati slovima "PFC" ili "Aktivni PFC". Međutim, može doći do trenutaka kada natpisi ne odgovaraju stvarnosti.
Moguće je nedvosmisleno procijeniti prisutnost pasivnog kruga po prisutnosti prilično teške prigušnice, a aktivnog po prisutnosti drugog radijatora s elementima napajanja (ukupno ih treba biti tri).
To je to, prijatelji! Napajanje računala je nezgodno, zar ne?
Sve najbolje!
Vidimo se na blogu!
Bok opet!..Nažalost, moj članak je kasnio, tk. postojao je hitan projekt za rad, a također se pojavio zanimljive poteškoće kod implementacije korektora faktora snage ( dalje KKM). A uzrokovani su sljedećim - u našoj proizvodnji koristimo "custom" mikrosklop za upravljanje KKM-om, koji za naše zadatke proizvodi prijateljska Austrija posebno 1941. godine pa ga, sukladno tome, ne možemo naći u prodaji. Stoga se pojavio zadatak preurediti ovaj modul za dostupnu osnovnu bazu i moj je izbor pao na mikrokrug PWM kontrolera - L6561.
Zašto baš ona? Banalna dostupnost, točnije pronađena u "Chip & Dip", pročitao sam tablicu - svidjelo mi se. Naručila sam 50 komada odjednom, jer jeftinije i u svojim amaterskim projektima već imam nekoliko zadataka za nju.
Sada o glavnoj stvari:
u ovom članku ću vam reći kako sam se gotovo ispočetka sjetio dizajna jednocikličnih pretvarača ( čini se, kakve veze oni imaju s tim?), zašto je ubio desetak ključeva i kako to izbjeći umjesto vas. Ovaj dio reći će teoriju i što će se dogoditi ako je zanemarite. Praktična provedba bit će objavljena u sljedećem dijelu, kao što sam i obećao, zajedno s punjač od oni su u biti jedan modul i moraju se zajedno testirati.
Gledajući unaprijed, reći ću da sam za sljedeći dio već pripremio nekoliko desetaka fotografija i videa, gdje mi nije dugo sjećanje "Preobučeni" prvi u Stroj za zavarivanje a zatim u napajanje za "Jarac"... Oni koji rade u proizvodnji shvatit će o kakvoj je životinji riječ i koliko troši da nas grije)))
A sada našim ovnovima...
Zašto nam uopće treba ovaj KKM?
Glavna stvar nevolje "Klasični" ispravljač sa kondenzatorima za pohranu (ovo je ono što pretvara 220V AC u +308V DC), koji radi na sinusoidalnu struju, je da se upravo ovaj kondenzator puni (preuzima energiju iz mreže) samo u trenucima kada je napon primjenjuje se na njega više nego na njega samog.
Ne čitajte na ljudskom jeziku, slabog srca i sa znanstvenim titulama
Kao što znamo struja potpuno odbija ići ako nema potencijalne razlike. O predznaku te razlike ovisit će i smjer toka struje! Ako ste se prestrašili i odlučili pokušati napuniti svoj mobitel naponom od 2V, gdje je Li-ion baterija dizajnirana za 3,7V, onda od toga neće biti ništa. Jer struju će dati izvor koji ima najveći potencijal, a onaj s manjim potencijalom primat će energiju.
Sve je kao u životu! Imaš 60 kg, a tip na ulici koji je došao tražiti da pozove 120 kg - jasno je da će on podijeliti pičke, a ti ćeš ih dobiti. Tako i ovdje - baterija sa svojih 60 kg 2V neće moći opskrbiti bateriju strujom od 120 kg 3,7V. S kondenzatorom na isti način, ako ima +310V i na njega primijenite +200V, tada će odbiti primiti struju i neće se puniti.
Također je vrijedno napomenuti da će na temelju gore opisanog "pravila" vrijeme dodijeljeno kondenzatoru za punjenje biti vrlo malo. Naša se struja mijenja prema sinusoidnom zakonu, što znači potrebni napon bit će samo na vrhovima sinusoida! Ali kondenzator mora proraditi, pa postaje nervozan i pokušava se napuniti. Poznaje zakone fizike, za razliku od nekih, i "shvaća" da je vrijeme kratko i stoga počinje baš u tim trenucima, kada je napon na vrhuncu, trošiti samo ogromnu struju. Uostalom, trebalo bi biti dovoljno za rad uređaja do sljedećeg vrhunca.
Malo o ovim "vrhovima":
Slika 1 – Vrhovi u kojima je kondenzator napunjen
Kao što vidimo, dio razdoblja u kojem EMF poprimi dovoljnu vrijednost za naboj (figurativno 280-310V) iznosi oko 10% ukupnog razdoblja u AC mreži. Ispada da umjesto da neprestano nesmetano uzimamo energiju iz mreže, izvlačimo je samo u malim epizodama, čime "preopterećujemo" mrežu. Sa snagom od 1 kW i induktivnim opterećenjem, struja u vrijeme takvih "vrhova" može tiho doseći vrijednosti na 60-80A.
Stoga se naš zadatak svodi na ravnomjerno izvlačenje energije iz mreže, kako ne bi došlo do preopterećenja mreže! KKM je taj koji će nam omogućiti implementaciju ovaj zadatak na praksi.
Tko je ovaj tvoj KKM?
Korektor napajanja- Ovo je uobičajeni pretvornik napona, najčešće je jednostruki. Jer koristimo PWM modulaciju, tada trenutno javni ključ napon na kondenzatoru je konstantan. Ako stabiliziramo izlazni napon, tada je struja koja se uzima iz mreže proporcionalna ulaznom naponu, odnosno nesmetano se mijenja po sinusoidnom zakonu bez prethodno opisanih vršnih i prenapona potrošnje.Strujni krug našeg KKM-a
Tada sam odlučio ne mijenjati svoja načela i također sam se oslonio na podatkovnu tablicu kontrolera koji sam odabrao - L6561... Inženjeri tvrtke STMicroelectronics su već učinili sve za mene, a točnije, već je razvio idealne sklopove za svoj proizvod.Da, mogu i sama sve izbrojati ispočetka i dan-dva potrošiti na ovaj posao, odnosno sve svoje ionako rijetke vikende, ali pitanje je zašto? Da sebi dokažem da mogu, ova faza je, na sreću, odavno prošla)) Ovdje se sjećam bradate anegdote o području crvenih kuglica, kažu da matematičar primjenjuje formulu, a inženjer izvlači tablicu s površinom crvenih kuglica... Tako je i u ovom slučaju.
Savjetujem vam da odmah obratite pozornost na činjenicu da je krug u podatkovnoj tablici dizajniran za 120 W, što znači da bismo trebali prilagoditi našim 3 kW i preveliki radni stres.
Sada malo dokumentacije za gore opisano:
List s podacima za L6561
Ako pogledamo stranicu 6, vidjet ćemo nekoliko dijagrama, zanima nas dijagram s potpisom Mreža širokog dometašto znači Basurmansky "Za rad u širokom rasponu napona napajanja" ... Upravo sam taj "način" imao na umu kada sam govorio o previsokim naponima. Uređaj se smatra univerzalnim, odnosno može raditi s bilo kojeg standardna mreža(na primjer, u stanjima od 110V) s rasponom napona od 85 - 265V.
Ova odluka omogućuje nam da našem UPS-u omogućimo funkciju stabilizatora napona! Mnogima će se takav raspon činiti pretjeranim i tada mogu izvesti ovaj modul, uzimajući u obzir napon napajanja od 220V + - 15%. To se smatra normom i 90% uređaja je u cjenovna kategorija do 40 tisuća rubalja općenito je lišeno KKM-a, a 10% ga koristi samo uz izračun odstupanja ne više od 15%. To vam nedvojbeno omogućuje da donekle smanjite cijenu i dimenzije, ali ako još niste zaboravili, onda izrađujemo uređaj koji je dužan konkurirati ARS!
Stoga sam za sebe odlučio odabrati najispravniju opciju i napraviti spremnik koji se ne može ubiti i koji se može izvući čak iu zemlji, gdje postoji 100V aparat za zavarivanje ili pumpa u bušotini u mreži: 
Slika 2 - Standardno shematsko rješenje koje je predložio ST
Prilagodba standardnih sklopova za naše zadatke
a) Kad pogledam ovu shemu iz DS-a, prvo što mi padne na pamet - potrebno je dodati zajednički filtar načina rada! I to je točno, budući da pri velikoj snazi će "izluditi" elektroniku. Za struje od 15 A i više, imat će kompliciraniji izgled nego što su mnogi navikli vidjeti u istim računalnim napajanjima, gdje ima samo 500-600 vata. Stoga će ova revizija biti posebna stavka.B) Vidimo kondenzator C1, možete uzeti lukavu formulu i izračunati potrebni kapacitet, a savjetujem onima koji se žele udubiti u to, prisjećajući se u jednom kolegiju elektrotehnike 2. godine s bilo kojeg veleučilišta. Ali to neću učiniti, jer prema vlastitim zapažanjima iz starih proračuna, sjećam se da do 10 kW ovaj kapacitet raste gotovo linearno s obzirom na povećanje snage. Odnosno, uzimajući u obzir 1 μF na 100 W, dobivamo da za 3000 W trebamo 30 μF. Iz ovog se kontejnera lako regrutirati 7 filmski kondenzatori od 4,7 μF i 400V svaki. Čak i malo s maržom, jer kapacitivnost kondenzatora jako ovisi o primijenjenom naponu.
C) Potreban nam je ozbiljan tranzistor snage, jer struja koja se troši iz mreže izračunat će se na sljedeći način: 
Slika 3 - Proračun nazivne struje za PFC
Dobili smo 41,83A... Sada iskreno priznajemo da nećemo moći zadržati temperaturu kristala tranzistora u području od 20-25 ° C. Dapače, možemo nadjačati, ali to će biti skupo za takvu moć. Nakon 750 kW, trošak hlađenja freonom ili tekućim kisikom je erodiran, ali zasad je to daleko od toga))) Stoga moramo pronaći tranzistor koji može osigurati 45-50A na temperaturi od 55-60°C.
S obzirom da u krugu postoji induktivnost, ja bih radije IGBT tranzistor, za najžilavije. Za traženje najprije se mora odabrati granična struja oko 100A, jer ovo je struja na 25 ° C, s povećanjem temperature, granična uključena struja tranzistora se smanjuje.
Malo o Cree FET-u
Doslovno sam 9. siječnja dobio paket iz Sjedinjenih Država od svog prijatelja s hrpom različitih tranzistora na test, ovo se čudo zove - CREE FET... Neću reći što je nova mega tehnologija, zapravo, tranzistori na bazi silicij karbida napravljeni su još 80-ih godina, samo su se dosjetili zašto tek sada. Kao početni materijalolog i općenito skladatelj, skrupulozan sam po pitanju ove industrije, pa me je ovaj proizvod jako zainteresirao, pogotovo jer je deklariran 1200V na desetke i stotine ampera. Nisam ih mogao kupiti u Rusiji, pa sam se obratio bivšem kolegi i on mi je ljubazno poslao hrpu uzoraka i testnu ploču s naprijed.
Mogu reći jedno – bio je to moj najdraži vatromet!
8 tipki se toliko zajebalo da sam se dugo uzrujao... Zapravo, 1200V je teoretska brojka za tehnologiju, deklariranih 65A pokazalo se samo impulsna struja, iako je u dokumentaciji jasno naznačena nominalna stopa. Očito je postojao "nominalni impulsna struja„Pa, ili što god drugo Kinezi smisle. Općenito, to je još uvijek sranje, ali postoji jedno ALI!
Kad sam to učinio CMF10120D korektor za 300 W, pokazalo se da je na istom radijatoru i krugu imao temperaturu od 32 ° C u odnosu na 43 za IGBT, i to je vrlo značajno!
Zaključak o CREE-u: tehnologija je vlažna, ali obećava i sigurno će BITI.
Kao rezultat toga, pregledavajući kataloge s izložbi koje sam posjetio (usput, zgodna stvar, ala parametarsko pretraživanje), odabrao sam dva ključa, postali su - IRG7PH50 i IRGPS60B120... Oba su na 1200V, oba na 100+A, ali nakon otvaranja podatkovne tablice, prvi ključ je odmah eliminiran - sposoban je prebaciti struju od 100A samo na frekvenciji od 1 kHz, za naš zadatak je katastrofalan. Drugi prekidač je na 120A i frekvenciji od 40 kHz, što je sasvim prikladno. Pogledajte podatkovnu tablicu na poveznici ispod i potražite graf s ovisnošću struje o temperaturi:
Slika 4.1 - Grafikon ovisnosti maksimalne struje o uklopnoj frekvenciji za IRG7PH50, prepustimo frekventnom pretvaraču
Slika 4.2 - Grafikon s radnom strujom na zadanoj temperaturi za IRGPS60B120
Ovdje promatramo cijenjene brojke koje nam pokazuju da će na 125°C i tranzistor i dioda mirno nadjačati struje nešto veće od 60A, dok ćemo pretvorbu moći bez problema provesti na frekvenciji od 25 kHz i ograničenja.
D) Dioda D1, trebamo odabrati diodu s radnim naponom od najmanje 600V i nazivnom strujom za naše opterećenje, tj. 45A. Odlučio sam koristiti one diode koje sam imao pri ruci (nedavno sam ih kupio za razvoj zavarivača ispod "kosog mosta") ovo je - VS-60EPF12... Kao što možete vidjeti iz oznake, radi se na 60A i 1200V. Kladim se na sve s maržom, tk. ovaj prototip je napravljen za mene i osjećam se tako smirenije.
Zapravo možete staviti diodu za 50-60A i 600V, ali nema cijene između verzije od 600 i 1200V.
E) Kondenzator C5, sve je isto kao i u slučaju C1 - dovoljno je povećati nominalnu vrijednost iz podatkovne tablice proporcionalno snazi. Samo imajte na umu da ako planirate snažno induktivno opterećenje ili dinamičko s brzim povećanjem snage (ala koncertno pojačalo od 2 kW), onda je bolje ne štedjeti na ovome.
Stavit ću svoju verziju 10 elektrolita 330 μF i 450V svaki, ako planirate napajati par računala, usmjerivača i ostalih sitnica, onda se možete ograničiti na 4 elektrolita od 330 uF i 450V svaki.
E) R6 - to je strujni šant, spasit će nas od krivih ruku i slučajnih pogrešaka, također štiti strujni krug od kratkog spoja i preopterećenja. Stvar je svakako korisna, ali ako se ponašamo kao inženjeri iz ST-a, onda ćemo na strujama od 40A dobiti običan bojler. Postoje 2 opcije: strujni transformator ili tvornički šant s padom od 75mV + op amp ala LM358.
Prva opcija je jednostavnija i osigurava galvansku izolaciju. ovaj čvor shema. Kako izračunati strujni transformator koji sam dao u prethodnom članku, važno je to zapamtiti zaštita će raditi kada napon na nozi 4 poraste na 2,5V (u stvarnosti do 2,34V).
Poznavajući ovaj napon i struju kruga, koristeći formule iz dio 5 možete lako izračunati strujni transformator.
G) I posljednja točka je prigušnica. O njemu u nastavku.
Snažni prigušnik i njegov proračun
Ako je netko pažljivo pročitao moje članke i ima izvrsno pamćenje, onda bi se trebao sjetiti članak 2 i fotografija br. 5, na njemu se mogu vidjeti 3 elementa zavojnica koje koristimo. opet ću ti pokazati:
Slika 5 - Okviri i jezgra za proizvode zavojnice
U ovom modulu ćemo ponovno koristiti naše omiljene toroidalne prstenove od usitnjenog željeza, ali ovaj put ne jedan, već 10 odjednom! Kako ti želiš? 3 kW nije kineska rukotvorina ...
Imamo početne podatke:
1) Struja - 45A + 30-40% za amplitudu u prigušnici, ukupno 58,5A
2) Izlazni napon 390-400V
3) ulazni napon 85-265V AC
4) Jezgra - materijal -52, D46
5) Čišćenje - distribuirano
Slika 6 - I opet dragi Starichok51 štedi nam vrijeme i smatra ga programom CaclPFC
Mislim da je izračun svima pokazao koliko će to biti ozbiljno)) 4 zvona, da radijator, diodni most, da IGBT - užas!
Pravila namota mogu se odbiti u članku "2. dio". Sekundarni namot na prstenovima je namotan u količini - 1 okret.
Ukupni gas:
1) kao što vidite, broj prstenova je već 10 komada! Ovo je skupo, svaki prsten košta oko 140r, ali što ćemo dobiti zauzvrat u sljedećim paragrafima
2) radna temperatura je 60-70 ° C - to je apsolutno idealno, jer mnogi postavljaju radnu temperaturu na 125 ° C. U našim proizvodnim pogonima postavljamo 85 ° C. Zašto je to učinjeno - za miran san, na tjedan dana mirno odlazim od kuće i znam da u meni ništa neće planuti, a sve je ledeno. Mislim da cijena za ovo od 1500r nije tako smrtonosna, zar ne?
3) Postavio sam gustoću struje na oskudnih 4 A / mm 2, to će utjecati i na toplinu i izolaciju i, sukladno tome, na pouzdanost.
4) Kao što vidite, prema izračunu, kapacitivnost nakon prigušnice se preporučuje za skoro 3000 uF, tako da se moj izbor s 10 elektrolita od 330 uF ovdje savršeno uklapa. Kapacitet kondenzatora C1 pokazao se 15 μF, imamo dvostruku marginu - možete ga smanjiti na 4 filmska kondenzatora, možete ostaviti 7 komada i bit će bolje.
Važno! Broj prstenova u glavnoj prigušnici može se smanjiti na 4-5, istovremeno povećavajući gustoću struje na 7-8 A / mm 2. To će vam omogućiti dosta uštede, ali će se amplituda struje malo povećati, a što je najvažnije, temperatura će porasti na najmanje 135 o C. Mislim da je ovo dobro rješenje za inverter za zavarivanje sa 60% radnog ciklusa, ali ne za UPS koji radi 24 sata dnevno i vjerojatno u prilično ograničenom prostoru.
Što da kažem - ovdje raste čudovište)))
Common mode filter
Da biste razumjeli razliku između sklopova za dati filtar za struje od 3A (gore spomenuti računalni PSU) i za struje od 20A, možete usporediti shemu od Googlea na ATX-u sa sljedećim:
Slika 7 - Shematski dijagram common mode filter
Nekoliko značajki:
1) C29 je kondenzator za filtriranje elektromagnetskih smetnji, označen je "X1"... Njegova nominalna vrijednost treba biti u rasponu od 0,001 - 0,5 mF.
2) Čok je namotan na jezgru E42 / 21/20.
3) Dvije prigušnice na prstenovima DR7 i DR9 namotane su na bilo koju jezgru za raspršivanje i promjera većeg od 20 mm. Namotao sam ga na sve isti D46 od -52 materijala dok se nije napunio u 2 sloja. U mreži praktički nema šuma čak ni pri nazivnoj snazi, ali to je zapravo suvišno čak i po mom razumijevanju.
4) Kondenzatori C28 i C31 na 0,047 μF i 1 kV i moraju biti klase "Y2".
Izračunavanjem induktiviteta prigušnica:
1) Induktivitet induktora zajedničkog načina bi trebao biti 3,2-3,5 mH
2) Induktivnost za diferencijalne prigušnice izračunava se pomoću formule: 
Slika 8 - Proračun induktiviteta diferencijalnih prigušnica bez magnetske spojke
Epilog
Koristeći kompetentno i profesionalno iskustvo ST inženjera, uspio sam proizvesti, ako ne idealne, onda samo odlične korektor aktivnog faktora snage s parametrima boljim od bilo kojeg Schneidera. Jedina stvar koju svakako trebate zapamtiti je koliko vam je potrebna? I na temelju toga prilagodite parametre za sebe.Moj cilj u ovom članku bio je samo prikazati proces izračuna s mogućnošću ispravljanja početnih podataka, tako da bi svatko, nakon što je odlučio za parametre za svoje zadatke, već sam izračunao i izradio modul. Nadam se da sam to uspio pokazati i u sljedećem članku ću pokazati zajednički rad KKM i punjač iz dijela broj 5.
