Alimentatori switching di tipo step-down. Il vantaggio di commutare gli alimentatori rispetto a quelli lineari

Un alimentatore switching (SMPS) è di gran lunga il più diffuso e viene utilizzato con successo in tutti i moderni dispositivi elettronici.

La figura 3 mostra uno schema a blocchi di un alimentatore switching realizzato secondo un circuito tradizionale I raddrizzatori secondari sono realizzati secondo un circuito a semionda. I nomi di questi nodi rivelano il loro scopo e sono autoesplicativi. Le unità principali del circuito primario sono: un filtro di ingresso, un raddrizzatore della tensione di rete e un convertitore RF di una tensione di alimentazione raddrizzata con un trasformatore.

Filtro raddrizzatore di linea

Trasformatore

Convertitore RF

Raddrizzatori secondari

Filtro di ingresso

Figura 3 - Schema a blocchi di un alimentatore ad impulsi

Il principio alla base del funzionamento dell'SMPS è convertire la tensione alternata di rete di 220 Volt e una frequenza di 50 Hz in una tensione alternata ad alta frequenza di forma rettangolare, che viene trasformata ai valori richiesti, raddrizzata e filtrata.

La conversione viene eseguita utilizzando un potente transistor che opera in modalità chiave e un trasformatore di impulsi, che insieme formano un circuito convertitore RF. Per quanto riguarda il design del circuito, ci sono due opzioni per i convertitori: il primo viene eseguito secondo lo schema di un generatore di impulsi (ad esempio, questo è stato utilizzato nell'UPS dei televisori) e il secondo con controllo esterno (utilizzato nella maggior parte dei moderni dispositivi elettronici dispositivi).

Poiché la frequenza del convertitore viene solitamente selezionata da 18 a 50 kHz, le dimensioni del trasformatore di impulsi e, di conseguenza, l'intero alimentatore sono abbastanza compatte, il che è un parametro importante per le apparecchiature moderne.Un circuito semplificato di un il convertitore di impulsi con controllo esterno è mostrato nella Figura 4.

Figura 4 - Schema schematico di un alimentatore pulsato con WU.

Il convertitore è realizzato su un transistor VT1 e un trasformatore T1. La tensione di rete attraverso il filtro di rete (SF) viene alimentata al raddrizzatore di rete (SV), dove viene raddrizzata, filtrata dal condensatore di filtro (Cf) e attraverso l'avvolgimento W1 del trasformatore T1 viene alimentata al collettore del transistor VT1. Quando un impulso rettangolare viene immesso nel circuito di base del transistor, il transistor si apre e una corrente crescente lo attraversa io j. La stessa corrente scorrerà attraverso l'avvolgimento W1 del trasformatore T1, il che porterà al fatto che il flusso magnetico nel nucleo del trasformatore aumenta, mentre l'EMF di autoinduzione viene indotto nell'avvolgimento secondario del trasformatore W2. Alla fine, all'uscita del diodo VD apparirà una tensione positiva. Inoltre, se aumentiamo la durata dell'impulso applicato alla base del transistor VT1, aumenterà la tensione nel circuito secondario, poiché verrà data più energia, e se diminuisci la durata, la tensione diminuirà di conseguenza. Pertanto, modificando la durata dell'impulso nel circuito di base del transistor, possiamo modificare le tensioni di uscita dell'avvolgimento secondario T1, e quindi stabilizzare le tensioni di uscita dell'alimentatore. L'unica cosa necessaria per questo è un circuito che formerà impulsi di trigger e ne controllerà la durata (latitudine). Un controller PWM viene utilizzato come tale circuito. PWM - Modulazione dell'ampiezza dell'impulso.

Per stabilizzare le tensioni di uscita dell'UPS, il circuito del controller PWM "deve conoscere" il valore delle tensioni di uscita. Per questi scopi, viene utilizzato un circuito di tracciamento (o un circuito di retroazione), realizzato su un fotoaccoppiatore U1 e un resistore R2. Un aumento della tensione nel circuito secondario del trasformatore T1 porterà ad un aumento dell'intensità di radiazione del LED, e quindi ad una diminuzione della resistenza della giunzione del fototransistor (inclusa nell'optoaccoppiatore U1). Questo, a sua volta, porterà ad un aumento della caduta di tensione attraverso il resistore R2, che è collegato in serie con il fototransistor e una diminuzione della tensione sul pin 1 del controller PWM. Diminuendo la tensione, il circuito logico, che fa parte del controller PWM, aumenta la durata dell'impulso fino a quando la tensione sul primo pin non corrisponde ai parametri specificati. Con una diminuzione della tensione, il processo si inverte.

L'UPS utilizza due principi di monitoraggio dei circuiti: "diretto" e "indiretto". Il metodo sopra è chiamato "diretto" perché la tensione di retroazione è presa direttamente dal raddrizzatore secondario. Con il tracciamento "indiretto", la tensione di retroazione viene rimossa dall'avvolgimento aggiuntivo del trasformatore di impulsi, Figura 5.

Figura 5 - Schema schematico di un alimentatore pulsato con WU.

Una diminuzione o un aumento della tensione sull'avvolgimento W2 porterà a una variazione della tensione sull'avvolgimento W3, che viene applicata anche al pin 1 del controller PWM attraverso il resistore R2.

Protezione da cortocircuito SMPS.

Cortocircuito (SC) nel carico dell'UPS. In questo caso tutta l'energia ceduta al circuito secondario dell'UPS andrà persa e la tensione di uscita sarà praticamente nulla. Di conseguenza, il circuito del controller PWM tenterà di aumentare la durata dell'impulso per aumentare il livello di questa tensione al valore appropriato. Di conseguenza, il transistor VT1 sarà nello stato aperto sempre più a lungo e la corrente che lo attraversa aumenterà. Alla fine, questo porterà al guasto di questo transistor. L'UPS fornisce protezione del transistor del convertitore contro le sovracorrenti in tali situazioni anomale. Si basa su un resistore Rprotection collegato in serie al circuito attraverso il quale scorre la corrente di collettore Ik. Un aumento della corrente Ik che scorre attraverso il transistor VT1 porterà ad un aumento della caduta di tensione attraverso questo resistore e, pertanto, diminuirà anche la tensione fornita al pin 2 del controller PWM. Quando questa tensione scende a un certo livello, che corrisponde alla corrente massima ammissibile del transistor, la logica del controller PWM smetterà di generare impulsi al pin 3 e l'alimentatore entrerà in modalità di protezione o, in altre parole, si spegnerà.

In conclusione, è necessario soffermarsi in dettaglio sui vantaggi dell'UPS. Come già accennato, la frequenza del convertitore di impulsi è piuttosto elevata e quindi gli ingombri del trasformatore di impulsi sono ridotti, il che significa, paradossalmente, il costo di un UPS è un alimentatore meno tradizionale. minor consumo di metallo per il nucleo magnetico e di rame per gli avvolgimenti, anche se aumenta il numero di parti dell'UPS. Un altro dei vantaggi dell'UPS è la piccola, rispetto ad un alimentatore convenzionale, la capacità del condensatore del filtro raddrizzatore secondario. La riduzione della capacità è stata resa possibile dall'aumento della frequenza. E infine, l'efficienza dell'alimentatore switching raggiunge l'80%. Ciò è dovuto al fatto che l'UPS consuma energia dalla rete elettrica solo durante il transistor aperto del convertitore, quando è chiuso, l'energia viene trasferita al carico a causa della scarica del condensatore del filtro del circuito secondario.

Gli svantaggi includono la complicazione del circuito dell'UPS e l'aumento del rumore impulsivo emesso dall'UPS. L'aumento del rumore è dovuto al fatto che il transistor del convertitore funziona in modalità chiave. In questa modalità, il transistor è una fonte di rumore impulsivo che si verifica nei momenti dei processi transitori del transistor. Questo è uno svantaggio di qualsiasi transistor che opera in modalità chiave. Ma se il transistor funziona a basse tensioni (ad esempio, logica a transistor con una tensione di 5V) questo non fa paura, nel nostro caso, la tensione applicata al collettore del transistor è di circa 315 V. Per combattere questa interferenza, l'UPS utilizza filtri per circuiti di rete più complessi rispetto a un alimentatore convenzionale.

L'ambito di applicazione degli alimentatori a commutazione nella vita di tutti i giorni è in continua espansione. Tali fonti vengono utilizzate per alimentare tutte le moderne apparecchiature domestiche e informatiche, per l'implementazione di gruppi di continuità, caricabatterie per batterie per vari scopi, l'implementazione di sistemi di illuminazione a bassa tensione e per altre esigenze.

In alcuni casi, l'acquisto di un alimentatore già pronto non è accettabile da un punto di vista economico o tecnico e l'assemblaggio di un alimentatore switching con le proprie mani è il modo migliore per uscire da questa situazione. Questa opzione è inoltre semplificata dall'ampia disponibilità di elementi base moderni a prezzi contenuti.

I più popolari nella vita di tutti i giorni sono gli alimentatori a commutazione alimentati da una rete CA standard e una potente uscita a bassa tensione. Lo schema a blocchi di tale sorgente è mostrato in figura.

Il raddrizzatore di rete SV converte la tensione alternata della rete di alimentazione in una costante e attenua l'ondulazione della tensione raddrizzata in uscita. Il convertitore VChP ad alta frequenza converte la tensione raddrizzata in alternata o unipolare, sotto forma di impulsi rettangolari dell'ampiezza richiesta.

Successivamente, tale tensione, direttamente o dopo rettifica (HV), viene inviata a un filtro di livellamento, alla cui uscita è collegato il carico. Il VChP è controllato da un sistema di controllo che riceve un segnale di feedback da un raddrizzatore di carico.

Tale struttura del dispositivo può essere criticata a causa della presenza di più stadi di conversione, che riduce l'efficienza della sorgente. Tuttavia, con la giusta scelta di elementi semiconduttori e un calcolo e una produzione di alta qualità di unità di avvolgimento, il livello di perdite di potenza nel circuito è piccolo, il che consente di ottenere valori reali di efficienza superiori al 90%.

Schemi schematici di alimentatori switching

Le decisioni dei blocchi strutturali includono non solo la giustificazione per la scelta delle opzioni di implementazione del circuito, ma anche raccomandazioni pratiche per la selezione degli elementi principali.

Per raddrizzare la tensione di rete monofase si utilizza uno dei tre schemi classici mostrati in figura:

• semionda;
• zero (onda intera con un punto medio);
• pavimentazione a onda intera.

Ciascuno di essi presenta vantaggi e svantaggi intrinseci che determinano l'ambito di applicazione.

Circuito a semionda differisce per la facilità di implementazione e il numero minimo di componenti a semiconduttore. I principali svantaggi di un tale raddrizzatore sono una quantità significativa di ondulazione della tensione di uscita (nel raddrizzato c'è solo una semionda della tensione di rete) e un piccolo coefficiente di rettifica.

Rapporto di raddrizzamento Kvè determinato dal rapporto tra la tensione media all'uscita del raddrizzatore Udk il valore effettivo della tensione di rete di fase Uph.

Per un circuito a semionda, Kv = 0,45.

Per appianare l'ondulazione all'uscita di un tale raddrizzatore, sono necessari potenti filtri.

Circuito del punto medio a onda zero o intera, sebbene richieda un numero raddoppiato di diodi raddrizzatori, tuttavia, questo inconveniente è ampiamente compensato da un livello inferiore di ondulazione della tensione raddrizzata e da un aumento del fattore di raddrizzamento a 0,9.

Il principale svantaggio di un tale circuito per uso domestico è la necessità di organizzare il punto medio della tensione di rete, il che implica la presenza di un trasformatore di rete. Le sue dimensioni e il suo peso risultano incompatibili con l'idea di una sorgente di impulso fatta in casa di piccole dimensioni.

Circuito a ponte a onda intera la rettifica ha lo stesso livello di ripple e lo stesso rapporto di rettifica del circuito zero, ma non richiede una rete. Ciò compensa il principale inconveniente: il numero raddoppiato di diodi raddrizzatori, sia in termini di efficienza che di costo.

Per appianare l'ondulazione della tensione raddrizzata, la soluzione migliore è utilizzare un filtro capacitivo. La sua applicazione permette di elevare il valore della tensione raddrizzata al valore di picco della tensione di rete (a Uf = 220V Ufm = 314V). Gli svantaggi di un tale filtro sono considerati valori elevati delle correnti impulsive degli elementi del raddrizzatore, ma questo svantaggio non è critico.

I diodi raddrizzatori sono selezionati in base alla corrente diretta media Ia e alla tensione inversa massima U BM.

Prendendo il valore del fattore di ripple della tensione di uscita Kp = 10%, si ottiene il valore medio della tensione raddrizzata Ud = 300V. Tenendo conto della potenza di carico e dell'efficienza del convertitore RF (l'80% viene preso per il calcolo, ma in pratica risulterà più alto, questo ti consentirà di ottenere un certo margine).

Ia - corrente media del diodo raddrizzatore, Рн - potenza di carico, η - efficienza del convertitore RF.

La massima tensione inversa dell'elemento raddrizzatore non supera il valore di picco della tensione di rete (314V), il che consente di utilizzare componenti con U BM = 400V con un margine significativo. È possibile utilizzare sia diodi discreti che ponti raddrizzatori già pronti di vari produttori.

Per garantire l'ondulazione specificata (10%) all'uscita del raddrizzatore, la capacità dei condensatori di filtro viene presa alla velocità di 1μF per 1W di potenza di uscita. Vengono utilizzati condensatori elettrolitici con una tensione massima di almeno 350 V. Le capacità del filtro per diverse capacità sono mostrate nella tabella.

Convertitore ad alta frequenza: le sue funzioni e circuiti

Il convertitore ad alta frequenza è un convertitore a chiave single-ended o push-pull (inverter) con un trasformatore di impulsi. Le varianti dei circuiti del convertitore RF sono mostrate nella figura.

Circuito single-ended... Con un numero minimo di elementi di potenza e facilità di implementazione, presenta diversi svantaggi.

1. Il trasformatore nel circuito funziona su un circuito di isteresi privato, che richiede un aumento delle sue dimensioni e della potenza complessiva;
2. Per fornire potenza in uscita, è necessario ottenere un'ampiezza significativa della corrente di impulso che scorre attraverso l'interruttore a semiconduttore.

Il circuito ha trovato la massima applicazione nei dispositivi a bassa potenza, dove l'influenza di questi svantaggi non è così significativa.

Per modificare o installare un nuovo contatore da soli, non sono richieste competenze speciali. Scegliere quello giusto garantirà la corretta contabilizzazione del consumo di corrente e aumenterà la sicurezza della rete elettrica domestica.

Nelle moderne condizioni di illuminazione sia all'interno che all'esterno, i sensori di movimento sono sempre più utilizzati. Questo non solo dà comfort e praticità alle nostre case, ma ci consente anche di risparmiare notevolmente. Puoi trovare consigli pratici sulla scelta del luogo di installazione, schemi di collegamento.

Circuito push-pull con il punto medio del trasformatore (push-pull)... Ha ricevuto il suo secondo nome dalla versione inglese (push-pull) della descrizione del lavoro. Il circuito è esente dalle carenze di una versione a ciclo singolo, ma ha il suo: un complicato design del trasformatore (è richiesta la produzione di sezioni identiche dell'avvolgimento primario) e maggiori requisiti per la tensione massima delle chiavi. Per il resto, la soluzione merita attenzione ed è ampiamente utilizzata negli alimentatori switching autocostruiti e non solo.

Circuito semiponte push-pull... In termini di parametri, il circuito è simile al circuito del punto medio, ma non richiede una configurazione complessa degli avvolgimenti del trasformatore. Lo svantaggio intrinseco del circuito è la necessità di organizzare il punto medio del filtro raddrizzatore, che comporta un aumento di quattro volte del numero di condensatori.

Grazie alla sua semplicità di implementazione, il circuito è più ampiamente utilizzato nella commutazione di alimentatori con una potenza fino a 3 kW. Ad alte potenze, il costo dei condensatori di filtro diventa inaccettabilmente alto rispetto agli interruttori a semiconduttore dell'inverter, e il più vantaggioso è il circuito a ponte.

Circuito a ponte push-pull... In termini di parametri, è simile ad altri schemi push-pull, ma è privo della necessità di creare "punti medi" artificiali. Il compenso per questo è il numero raddoppiato di interruttori di potenza, vantaggioso dal punto di vista economico e tecnico per la costruzione di potenti sorgenti di impulso.

La scelta dei tasti dell'inverter viene effettuata in base all'ampiezza della corrente di collettore (drain) I KMAH e alla tensione massima di collettore-emettitore U KEMAH. Per il calcolo vengono utilizzati la potenza di carico e il rapporto di trasformazione del trasformatore di impulsi.

Tuttavia, prima è necessario calcolare il trasformatore stesso. Un trasformatore di impulsi è realizzato su un nucleo di ferrite, permalloy o ferro trasformatore attorcigliato in un anello. Per potenze fino a unità di kW, sono abbastanza adatti nuclei di ferrite del tipo ad anello oa W. Il calcolo del trasformatore si basa sulla potenza richiesta e sulla frequenza di conversione. Per eliminare la comparsa di rumore acustico, si consiglia di spostare la frequenza di conversione al di fuori della gamma audio (renderla superiore a 20 kHz).

Va ricordato che a frequenze vicine a 100 kHz, le perdite nei circuiti magnetici in ferrite aumentano in modo significativo. Il calcolo del trasformatore stesso non è difficile e può essere facilmente trovato in letteratura. Alcuni risultati per diverse potenze di sorgenti e nuclei magnetici sono mostrati nella tabella seguente.

Il calcolo è stato effettuato per una frequenza di conversione di 50 kHz. Va notato che quando si opera ad alta frequenza, si verifica l'effetto dello spostamento di corrente sulla superficie del conduttore, che porta ad una diminuzione dell'area effettiva dell'avvolgimento. Per prevenire questo tipo di problemi e ridurre le perdite nei conduttori, è necessario avvolgere l'avvolgimento da più nuclei di sezione minore. A una frequenza di 50 kHz, il diametro consentito del filo di avvolgimento non supera 0,85 mm.

Conoscendo la potenza del carico e il rapporto di trasformazione, è possibile calcolare la corrente nell'avvolgimento primario del trasformatore e la massima corrente di collettore dell'interruttore di potenza. La tensione ai capi del transistor nello stato spento è selezionata più alta della tensione raddrizzata fornita all'ingresso del convertitore RF con un certo margine (U KEMAX> = 400V). Questi dati vengono utilizzati per selezionare le chiavi. Attualmente, l'opzione migliore è utilizzare transistor di potenza IGBT o MOSFET.

Per i diodi raddrizzatori sul lato secondario, è necessario osservare una regola: la loro frequenza operativa massima deve superare la frequenza di conversione. In caso contrario, l'efficienza del raddrizzatore di uscita e del convertitore nel suo insieme sarà notevolmente ridotta.

Video sulla produzione del più semplice dispositivo di alimentazione a commutazione

Alimentatore a commutazione- Questo è un sistema inverter in cui la tensione CA in ingresso viene rettificata e quindi la tensione CC risultante viene convertita in impulsi di alta frequenza e ciclo di lavoro impostato, che di solito vengono alimentati a un trasformatore di impulsi.

I trasformatori di impulsi sono fabbricati secondo lo stesso principio dei trasformatori a bassa frequenza, solo il nucleo non è in acciaio (piastre d'acciaio), ma materiali ferromagnetici - nuclei di ferrite.

Riso. Come funziona un alimentatore switching.

Commutazione della tensione di uscita dell'alimentatore stabilizzato, ciò avviene tramite feedback negativo, che consente di mantenere la tensione di uscita allo stesso livello anche quando cambiano la tensione di ingresso e la potenza di carico all'uscita dell'unità.

Il feedback negativo può essere implementato utilizzando uno degli avvolgimenti aggiuntivi in ​​un trasformatore di impulsi o utilizzando un fotoaccoppiatore, che è collegato ai circuiti di uscita dell'alimentatore. L'uso di un fotoaccoppiatore o di uno degli avvolgimenti del trasformatore consente l'isolamento galvanico dalla rete in tensione alternata.

I principali vantaggi degli alimentatori switching (SMPS):

• peso ridotto della struttura;
• taglia piccola;
• ad alta potenza;
• alta efficienza;
• basso costo;
• elevata stabilità del lavoro;
• ampia gamma di tensioni di alimentazione;
• molte soluzioni di componenti già pronte.

Gli svantaggi di SMPS includono il fatto che tali alimentatori sono fonti di interferenza, ciò è dovuto al principio di funzionamento del circuito convertitore. Per eliminare parzialmente questo inconveniente, viene utilizzata la schermatura del circuito. Inoltre, a causa di questo inconveniente in alcuni dispositivi, l'utilizzo di questo tipo di alimentazione è impossibile.

Gli alimentatori switching sono infatti diventati un attributo indispensabile di qualsiasi moderno elettrodomestico che consuma più di 100 watt di potenza dalla rete. Computer, televisori, monitor rientrano in questa categoria.

Per creare alimentatori a commutazione, di cui verranno forniti esempi specifici di seguito, vengono utilizzate soluzioni circuitali speciali.

Quindi, per escludere le correnti attraverso i transistor di uscita di alcuni alimentatori a commutazione, viene utilizzata una forma di impulso speciale, vale a dire impulsi rettangolari bipolari che hanno un intervallo di tempo tra loro.

La durata di questo intervallo deve essere maggiore del tempo di riassorbimento dei portatori minoritari nella base dei transistor di uscita, altrimenti questi transistor verranno danneggiati. L'ampiezza degli impulsi di controllo per stabilizzare la tensione di uscita può essere modificata utilizzando il feedback.

Di solito, per garantire l'affidabilità negli alimentatori a commutazione, vengono utilizzati transistor ad alta tensione che, a causa delle caratteristiche tecnologiche, non differiscono in meglio (hanno basse frequenze di commutazione, bassi rapporti di trasferimento di corrente, significative correnti di dispersione, grandi cadute di tensione a la giunzione del collettore allo stato aperto).

Ciò è particolarmente vero per i modelli ormai obsoleti di transistor domestici come KT809, KT812, KT826, KT828 e molti altri. Va detto che negli ultimi anni è apparso un degno sostituto dei transistor bipolari, che sono tradizionalmente utilizzati negli stadi di uscita degli alimentatori a commutazione.

Si tratta di speciali transistor ad effetto di campo ad alta tensione di produzione nazionale e principalmente estera. Inoltre, ci sono numerosi circuiti integrati per la commutazione degli alimentatori.

Circuito generatore di impulsi a larghezza variabile

Impulsi bipolari simmetrici di larghezza regolabile consentono di ottenere un generatore di impulsi secondo lo schema di Fig. 1. Il dispositivo può essere utilizzato in circuiti per il controllo automatico della potenza di uscita degli alimentatori a commutazione. Sul microcircuito DD1 (K561LE5 / K561 LAT), viene assemblato un generatore di impulsi rettangolare con un ciclo di lavoro di 2.

La simmetria degli impulsi generati si ottiene regolando il resistore R1. La frequenza operativa del generatore (44 kHz), se necessario, può essere modificata selezionando la capacità del condensatore C1.

Riso. 1. Schema del formatore di impulsi simmetrici bipolari di durata regolabile.

I comparatori di tensione sono montati sugli elementi DA1.1, DA1.3 (K561KTZ); su DA1.2, DA1.4 - chiavi di uscita. Gli impulsi ad onda quadra vengono inviati agli ingressi dei tasti del comparatore DA1.1, DA1.3 in antifase attraverso i circuiti a diodi RC formanti (R3, C2, VD2 e R6, SZ, VD5).

La carica dei condensatori C2, C3 avviene in modo esponenziale tramite R3 e R5, rispettivamente; scarica - quasi istantaneamente attraverso i diodi VD2 e VD5. Quando la tensione ai capi del condensatore C2 o C3 raggiunge la soglia di funzionamento dei tasti del comparatore DA1.1 o DA1.3, rispettivamente, si accendono e i resistori R9 e R10, nonché gli ingressi di controllo dei tasti DA1. 2 e DA1.4 sono collegati al polo positivo della fonte di alimentazione.

Poiché gli interruttori sono accesi in antifase, tale commutazione avviene in modo rigorosamente alternato, con una pausa tra gli impulsi, che esclude la possibilità di flusso di corrente attraverso gli interruttori DA1.2 e DA1.4 e i transistori convertitori da essi controllati, se un il generatore di impulsi bipolare viene utilizzato in un circuito di alimentazione a commutazione.

La regolazione uniforme della larghezza dell'impulso viene eseguita applicando contemporaneamente la tensione di avviamento (iniziale) agli ingressi dei comparatori (condensatori C2, C3) dal potenziometro R5 attraverso i circuiti diodo-resistivo VD3, R7 e VD4, R8. Il livello di limitazione della tensione di controllo (la larghezza massima degli impulsi di uscita) viene impostato selezionando il resistore R4.

La resistenza di carico può essere collegata tramite un circuito a ponte - tra il punto di connessione degli elementi DA1.2, DA1.4 e i condensatori Ca, Cb. Gli impulsi dal generatore possono essere applicati anche a un amplificatore di potenza a transistor.

Quando si utilizza un generatore di impulsi bipolare in un circuito di alimentazione a commutazione, un elemento di regolazione dovrebbe essere incluso nel divisore resistivo R4, R5 - un transistor ad effetto di campo, un fotodiodo fotoaccoppiatore, ecc., Che consente, quando la corrente di carico diminuisce / aumenta , per regolare automaticamente la larghezza dell'impulso generato, controllando così la potenza di uscita del convertitore.

Come esempio dell'implementazione pratica degli alimentatori a commutazione, presentiamo descrizioni e schemi di alcuni di essi.

Circuito di alimentazione a impulsi

Alimentatore a commutazione(Fig. 2) è costituito da raddrizzatori della tensione di rete, un oscillatore principale, un formatore di impulsi rettangolare di durata regolabile, un amplificatore di potenza a due stadi, raddrizzatori di uscita e un circuito di stabilizzazione della tensione di uscita.

Il generatore principale è realizzato su un microcircuito del tipo K555LAZ (elementi DDI .1, DDI .2) e genera impulsi rettangolari con una frequenza di 150 kHz. Sugli elementi DD1.3, DD1.4 è assemblato un trigger RS, alla cui uscita la frequenza è la metà - 75 kHz. L'unità di controllo per la durata degli impulsi di commutazione è implementata su un microcircuito K555LI1 (elementi DD2.1, DD2.2) e la durata viene regolata utilizzando un fotoaccoppiatore U1.

Lo stadio di uscita del formatore di impulsi di commutazione è montato sugli elementi DD2.3, DD2.4. La potenza massima all'uscita del formatore di impulsi raggiunge i 40 mW. L'amplificatore di potenza preliminare è realizzato sui transistor VT1, VT2 del tipo KT645A e il terminale sui transistor VT3, VT4 del tipo KT828 o più moderni. La potenza di uscita degli stadi è rispettivamente di 2 e 60 ... 65 W.

Un circuito di stabilizzazione della tensione di uscita è assemblato sui transistor VT5, VT6 e un fotoaccoppiatore U1. Se la tensione all'uscita dell'alimentatore è inferiore al normale (12 V), i diodi Zener VD19, VD20 (KC182 + KC139) sono chiusi, il transistor VT5 è chiuso, il transistor VT6 è aperto, una corrente limitata dalla resistenza R14 scorre attraverso il LED (U1.2) del fotoaccoppiatore; la resistenza del fotodiodo (U1.1) del fotoaccoppiatore è minima.

Il segnale prelevato dall'uscita dell'elemento DD2.1 e alimentato agli ingressi del circuito di coincidenza DD2.2 direttamente e tramite un elemento di ritardo regolabile (R3 - R5, C4, VD2, U1.1), a causa del suo piccolo tempo costante, arriva quasi contemporaneamente agli ingressi del circuito fiammiferi (voce DD2.2).

All'uscita di questo elemento si formano ampi impulsi di controllo. Sull'avvolgimento primario del trasformatore T1 (uscite degli elementi DD2.3, DD2.4), si formano impulsi bipolari di durata regolabile.

Riso. 2. Schema di un alimentatore switching.

Se, per qualsiasi motivo, la tensione all'uscita dell'alimentatore aumenta al di sopra della norma, la corrente inizia a fluire attraverso i diodi Zener VD19, VD20, il transistor VT5 si aprirà leggermente, VT6 si chiuderà, riducendo la corrente attraverso il LED di il fotoaccoppiatore U1.2.

Ciò aumenta la resistenza del fotodiodo del fotoaccoppiatore U1.1. La durata degli impulsi di controllo diminuisce e la tensione di uscita (potenza) diminuisce. Quando il carico viene cortocircuitato, il LED del fotoaccoppiatore si spegne, la resistenza del fotodiodo del fotoaccoppiatore è massima e la durata degli impulsi di controllo è minima. Il pulsante SB1 è progettato per avviare il circuito.

Alla massima durata, gli impulsi di controllo positivo e negativo non si sovrappongono nel tempo, poiché tra di essi esiste un intervallo di tempo, dovuto alla presenza del resistore R3 nel circuito di formazione.

Ciò riduce la probabilità che correnti passanti fluiscano attraverso i transistor di uscita a frequenza relativamente bassa dello stadio finale di amplificazione di potenza, che hanno un lungo tempo di assorbimento delle portanti in eccesso alla giunzione di base. I transistor di uscita sono installati su dissipatori di calore alettati con un'area di almeno 200 cm ^ 2. Nei circuiti di base di questi transistor, è desiderabile impostare resistenze di 10 ... 51 Ohm.

Gli stadi di amplificazione di potenza e il circuito di formazione impulsi bipolari sono alimentati da raddrizzatori realizzati sui diodi VD5 - VD12 e sugli elementi R9 - R11, C6 - C9, C12, VD3, VD4.

I trasformatori T1, T2 sono realizzati su anelli di ferrite K10x6x4.5 ZOOOMN; TZ - K28x16x9 ZOONM. L'avvolgimento primario del trasformatore T1 contiene 165 giri di filo PELSHO 0,12, il secondario - 2 × 65 giri di PEL-2 0,45 (avvolgimento a due fili).

L'avvolgimento primario del trasformatore T2 contiene 165 spire del filo PEV-2 0,15 mm, il secondario - 2 × 40 spire dello stesso filo. L'avvolgimento primario del trasformatore TZ contiene 31 spire di filo MGShV infilate nel cambrico e con una sezione trasversale di 0,35 mm ^ 2, l'avvolgimento secondario ha 3 × 6 spire di filo PEV-2 1,28 mm (connessione parallela). Quando si collegano gli avvolgimenti del trasformatore, è necessario metterli in fase correttamente. Gli inizi degli avvolgimenti sono mostrati nella figura con asterischi.

La fonte di alimentazione è operativa nell'intervallo di variazione di tensione 130 ... 250 V. La potenza di uscita massima a un carico simmetrico raggiunge 60 ... 65 W (tensione stabilizzata di polarità positiva e negativa 12 S e tensione CA stabilizzata con una frequenza di 75 kHz, rimosso dall'avvolgimento secondario del trasformatore T3) ... La tensione di ripple all'uscita dell'alimentatore non supera 0,6 V.

Quando si installa una fonte di alimentazione, la tensione di rete viene fornita ad essa tramite un trasformatore di isolamento o uno stabilizzatore ferrorisonante con un'uscita isolata dalla rete. Tutte le saldature nella sorgente sono consentite solo quando il dispositivo è completamente disconnesso dalla rete.

Si consiglia di accendere una lampada a incandescenza da 60 W 220 V in serie allo stadio di uscita per il periodo di installazione del dispositivo.Questa lampada proteggerà i transistor di uscita in caso di errori di installazione. Il fotoaccoppiatore U1 deve avere una tensione di rottura dell'isolamento di almeno 400 V. Non è consentito il funzionamento del dispositivo senza carico.

Alimentatore a commutazione di rete

L'alimentatore switching di rete (Fig. 3) è progettato per telefoni con identificatore automatico del numero o per altri dispositivi con un consumo di energia di 3 ... 5 W, alimentato con una tensione di 5 ... 24 V.

L'alimentatore è protetto contro i cortocircuiti in uscita. L'instabilità della tensione di uscita non supera il 5% quando la tensione di alimentazione cambia da 150 a 240 V e la corrente di carico è entro il 20 ... 100% del valore nominale.

Il generatore di impulsi controllato fornisce un segnale con una frequenza di 25 ... 30 kHz sulla base del transistor VT3.

Gli strozzatori L1, L2 e L3 sono avvolti su nuclei magnetici del tipo K10x6x3 da presspermalloy MP140. Gli avvolgimenti dell'induttanza L1, L2 contengono 20 spire di filo PETV da 0,35 mm e si trovano ciascuno sulla propria metà dell'anello con uno spazio tra gli avvolgimenti di almeno 1 mm.

Lo starter L3 è avvolto con un filo PETV da 0,63 mm, girare per girare in uno strato lungo il perimetro interno dell'anello. Il trasformatore T1 è realizzato su un nucleo magnetico B22 in ferrite M2000NM1.

Riso. 3. Schema di un alimentatore switching di rete.

I suoi avvolgimenti sono avvolti su un telaio pieghevole giro per girare con un filo PETV e impregnato di colla. Il primo è avvolto in più strati dell'avvolgimento I, contenente 260 spire di filo 0,12 mm. Lo stesso filo viene utilizzato per avvolgere un avvolgimento di schermatura con un terminale (mostrato da una linea tratteggiata in Fig. 3), quindi applicare la colla BF-2 e avvolgerlo con uno strato di lakot-kani.

L'avvolgimento III è avvolto con un filo di 0,56 mm. Per una tensione di uscita di 5V, contiene 13 spire. L'avvolgimento II è avvolto per ultimo. Contiene 22 spire di filo 0,15 ... 0,18 mm. Tra le coppe è previsto uno spazio non magnetico.

Sorgente di tensione costante ad alta tensione

Per creare un'alta tensione (30 ... 35 kV con una corrente di carico fino a 1 mA) per alimentare un lampadario elettro-effluviale (lampadari di A. L. Chizhevsky), viene progettato un alimentatore CC basato su un microcircuito specializzato del tipo K1182GGZ.

La fonte di alimentazione è costituita da un raddrizzatore di tensione di rete su un ponte a diodi VD1, un condensatore di filtro C1 e un autogeneratore a mezzo ponte ad alta tensione su un microcircuito DA1 del tipo K1182GGZ. Il microcircuito DA1 insieme al trasformatore T1 converte la tensione di rete raddrizzata diretta in una tensione a impulsi ad alta frequenza (30 ... 50 kHz).

La tensione di rete rettificata va al microcircuito DA1 e la catena di avviamento R2, C2 avvia l'autogeneratore del microcircuito. Le catene R3, СЗ e R4, С4 impostano la frequenza del generatore. I resistori R3 e R4 stabilizzano la durata del semiciclo degli impulsi generati. La tensione di uscita viene aumentata dall'avvolgimento L4 del trasformatore e alimentata al moltiplicatore di tensione sui diodi VD2 - VD7 e sui condensatori C7 - C12. La tensione raddrizzata viene applicata al carico attraverso il resistore di limitazione R5.

Il condensatore del filtro di rete C1 è progettato per una tensione operativa di 450 V (K50-29), C2 - di qualsiasi tipo per una tensione di 30 V. I condensatori C5, C6 sono selezionati nell'intervallo 0,022 ... 0,22 μF per una tensione di almeno 250 V (K71-7, K73 -17). Condensatori moltiplicatori C7 - C12 del tipo KVI-3 per una tensione di 10 kV. È possibile sostituirlo con condensatori di tipo K15-4, K73-4, POV e altri per una tensione operativa di 10kV o superiore.

Riso. 4. Schema di un alimentatore CC ad alta tensione.

Diodi ad alta tensione VD2 - VD7 tipo KTs106G (KTs105D). Resistenza di limitazione R5, tipo KEV-1. Può essere sostituito con tre resistori di tipo MLT-2, 10 MΩ ciascuno.

Un trasformatore di linea televisiva viene utilizzato come trasformatore, ad esempio TVS-110LA. L'avvolgimento ad alta tensione viene lasciato, il resto viene rimosso e al loro posto vengono inseriti nuovi avvolgimenti. Gli avvolgimenti L1, L3 contengono ciascuno 7 spire di filo PEL da 0,2 mm e l'avvolgimento L2 contiene 90 spire dello stesso filo.

Si consiglia di includere la catena di resistori R5, limitando la corrente di cortocircuito, nel filo "meno", che viene fornito al lampadario. Questo filo deve essere isolato con isolamento vyuko-volt.

Correttore del fattore di potenza

Il dispositivo, chiamato correttore del fattore di potenza (Fig. 5), è assemblato sulla base di un microcircuito specializzato TOP202YA3 (Power Integration) e fornisce un fattore di potenza di almeno 0,95 con una potenza di carico di 65 W. Il correttore approssima la forma della corrente consumata dal carico a una sinusoidale.

Riso. 5. Schema del correttore del fattore di potenza sul microcircuito TOP202YA3.

La tensione di ingresso massima è 265 V. La frequenza media del convertitore è 100 kHz. L'efficienza del correttore è 0,95.

Alimentatore switching con microcircuito

Il circuito di alimentazione con un microcircuito della stessa azienda Power Integration è mostrato in Fig. 6. Il dispositivo ha limitatore di tensione a semiconduttore- 1.5KE250A.

Il convertitore fornisce l'isolamento galvanico della tensione di uscita dalla tensione di rete. Con i rating e gli elementi indicati sullo schema, il dispositivo consente di collegare un carico che consuma 20 W a una tensione di 24 V. L'efficienza del convertitore è vicina al 90%. La frequenza di conversione è 100 Hz. Il dispositivo è protetto contro i cortocircuiti nel carico.

Riso. 6. Schema di un alimentatore switching a 24V su un microcircuito Power Integration.

La potenza di uscita del convertitore è determinata dal tipo di microcircuito utilizzato, le cui caratteristiche principali sono mostrate nella Tabella 1.

Tabella 1. Caratteristiche dei microcircuiti della serie TOP221Y - TOP227Y.

Convertitore di tensione semplice ed altamente efficiente

Basato su uno dei microcircuiti TOP200/204/214 di Power Integration, un semplice e convertitore di tensione ad alta efficienza(fig. 7) con una potenza di uscita fino a 100 W.

Riso. 7. Schema di un convertitore Buck-Boost a impulsi sul microcircuito TOP200 / 204/214.

Il convertitore contiene un filtro di linea (C1, L1, L2), un raddrizzatore a ponte (VD1 - VD4), il convertitore U1 stesso, un circuito di stabilizzazione della tensione di uscita, raddrizzatori e un filtro LC di uscita.

Il filtro di ingresso L1, L2 è avvolto in due fili su un anello di ferrite M2000 (2 × 8 giri). L'induttanza della bobina risultante è 18 ... 40 mH. Il trasformatore T1 è realizzato su un nucleo di ferrite con un telaio ETD34 standard di Siemens o Matsushita, sebbene possano essere utilizzati altri nuclei importati come EP, EC, EF o nuclei di ferrite a forma di W domestici M2000.

L'avvolgimento I ha 4 × 90 giri di PEV-2 0,15 mm; II - 3 × 6 dello stesso filo; III - 2 × 21 giri di PEV-2 0,35 mm. Tutti gli avvolgimenti si avvolgono da bobina a bobina. Tra gli strati deve essere fornito un isolamento affidabile.

A differenza degli alimentatori lineari tradizionali, che suppongono lo smorzamento di una tensione eccessiva non stabilizzata su un elemento lineare passante, gli alimentatori pulsati utilizzano altri metodi e fenomeni fisici per generare una tensione stabilizzata, ovvero: l'effetto dell'accumulo di energia nelle bobine di induttanza, nonché la possibilità di trasformazione ad alta frequenza e conversione dell'energia accumulata in pressione costante. Esistono tre schemi tipici per la realizzazione di alimentatori impulsivi: crescente (la tensione di uscita è superiore a quella di ingresso) fig. 1,

Riso. 1. Alimentatore switching step-up (Uout> Uin).

step-down (la tensione di uscita è inferiore a quella di ingresso)

Riso. 2. Alimentatore switching step-down (Uout

Alimentatore switching step-down (Uout

Riso. 3. Alimentatore switching invertente (Uout

Come puoi vedere dalla figura, differiscono solo nel modo di collegare l'induttanza, altrimenti il ​​principio di funzionamento rimane invariato, vale a dire.

L'elemento chiave (di solito vengono utilizzati transistor bipolari o MOS), operando a una frequenza di circa 20-100 kHz, periodicamente per un breve periodo (non più del 50% del tempo) applica all'induttore una tensione non stabilizzata di ingresso completa. Corrente impulsiva. scorrendo contemporaneamente attraverso la bobina, fornisce l'accumulo di energia nel suo campo magnetico 1 / 2LI ^ 2 ad ogni impulso. - l'energia così risparmiata dalla bobina viene trasferita al carico (o direttamente, utilizzando un diodo raddrizzatore, o attraverso l'avvolgimento secondario con successivo raddrizzamento), il condensatore del filtro livellatore di uscita garantisce la costanza della tensione e della corrente di uscita . La stabilizzazione della tensione di uscita è fornita dalla regolazione automatica della larghezza o della frequenza di ripetizione dell'impulso sull'elemento chiave (un circuito di retroazione viene utilizzato per monitorare la tensione di uscita).

Questo, sebbene piuttosto complicato, schema può aumentare significativamente l'efficienza dell'intero dispositivo. Il fatto è che, in questo caso, oltre al carico stesso, non ci sono elementi di potenza nel circuito che dissipano una potenza significativa. I transistor chiave funzionano in modalità chiave saturata (cioè la caduta di tensione su di essi è piccola) e dissipano potenza solo in intervalli di tempo abbastanza brevi (tempo di impulso). Inoltre, aumentando la frequenza di conversione, è possibile aumentare notevolmente la potenza e migliorare le caratteristiche di peso e dimensioni.

Un importante vantaggio tecnologico degli alimentatori a impulsi è la capacità di costruire sulla loro base alimentatori di rete di piccole dimensioni con isolamento galvanico dalla rete per alimentare un'ampia varietà di apparecchiature. Tali alimentatori sono costruiti senza l'uso di un ingombrante trasformatore di potenza a bassa frequenza secondo il circuito del convertitore ad alta frequenza. Si tratta, infatti, di un tipico circuito di un TA pulsato con caduta di tensione, dove una tensione di rete raddrizzata viene utilizzata come tensione di ingresso, e un trasformatore ad alta frequenza (di piccole dimensioni e ad alta efficienza) viene utilizzato come accumulatore elemento, dal secondario del quale viene tolta la tensione stabilizzata in uscita (questo trasformatore provvede anche all'isolamento galvanico dalla rete).

Gli svantaggi degli alimentatori a impulsi includono: la presenza di un alto livello di rumore impulsivo in uscita, elevata complessità e bassa affidabilità (soprattutto nella produzione artigianale), la necessità di utilizzare costosi componenti ad alta frequenza ad alta tensione, che, nel caso del minimo malfunzionamento, falliscono facilmente "tutti insieme" (con Questo di solito è accompagnato da impressionanti effetti pirotecnici). Gli appassionati di approfondire l'interno dei dispositivi con un cacciavite e un saldatore durante la progettazione di alimentatori a impulsi di rete dovranno essere estremamente attenti, poiché molti elementi di tali circuiti sono sotto alta tensione.

ALIMENTATORI A IMPULSI

È noto che gli alimentatori sono parte integrante dei dispositivi di ingegneria radio, i quali sono soggetti a una serie di requisiti; sono un complesso di elementi, dispositivi e apparati che generano energia elettrica e la convertono nella forma necessaria per garantire le condizioni operative richieste per i dispositivi radio.

Le fonti di alimentazione si dividono in due gruppi: fonti di alimentazione primarie e secondarie: le fonti primarie sono dispositivi che convertono vari tipi di energia in energia elettrica (generatori di macchine elettriche, fonti di energia elettrochimiche, convertitori di emissioni fotoelettriche e termiche, ecc.).

I dispositivi di alimentazione secondari sono convertitori di un tipo di energia elettrica in un altro. Questi includono: convertitori AC-DC (raddrizzatore); convertitori di grandezza di tensione alternata (trasformatori); Convertitori DC-AC (inverter).

La quota degli alimentatori rappresenta attualmente dal 30 al 70% della massa totale e del volume delle apparecchiature elettroniche. Pertanto, il problema di creare un dispositivo di alimentazione in miniatura, leggero e affidabile con buoni indicatori tecnici ed economici è importante e urgente. Questo lavoro è dedicato allo sviluppo di un alimentatore secondario (IVE) con peso e dimensioni minimi e caratteristiche tecniche elevate.

Un prerequisito per la progettazione di alimentatori secondari è una chiara conoscenza dei requisiti per essi. Questi requisiti sono molto diversi e sono determinati dalle caratteristiche del funzionamento di quei sistemi radioelettronici che sono alimentati da un determinato IWE. I requisiti principali sono: alla progettazione - affidabilità, manutenibilità, limitazioni complessive e di massa, condizioni termiche; alle caratteristiche tecniche ed economiche - il costo e la producibilità.

Le principali direzioni per migliorare il peso e le dimensioni e gli indicatori tecnici ed economici dell'IP: utilizzo di materiali elettrici di ultima generazione; l'uso di una base di elementi utilizzando la tecnologia ibrida integrale; aumentare la frequenza di conversione dell'energia elettrica; ricerca di nuove soluzioni circuitali efficaci. Per selezionare lo schema IWE, è stata effettuata un'analisi dell'efficienza dell'utilizzo di alimentatori a commutazione (SMPS) rispetto a MT di potenza realizzati con tecnologia tradizionale.

I principali svantaggi dei trasformatori di potenza sono le caratteristiche di peso e dimensioni elevate, nonché un effetto significativo su altri dispositivi elettronici del forte campo magnetico dei trasformatori di potenza. Il problema degli SMPS è la creazione di interferenze ad alta frequenza da parte loro e, di conseguenza, l'incompatibilità elettromagnetica con alcuni tipi di apparecchiature elettroniche. L'analisi ha mostrato che gli IPS soddisfano i requisiti più pienamente imposti, il che è confermato dal loro uso diffuso nelle apparecchiature elettroniche.

Il lavoro considera un SMPS con una potenza di 800 W, che differisce dagli altri SMPS per l'uso di transistor ad effetto di campo e un trasformatore con un avvolgimento primario con un'uscita media nel convertitore. I transistor ad effetto di campo forniscono una maggiore efficienza e un livello inferiore di interferenza ad alta frequenza e il trasformatore con il terminale centrale fornisce metà della corrente attraverso i transistor chiave ed elimina la necessità di un trasformatore di isolamento nei loro circuiti di gate.

Sulla base dello schema elettrico selezionato, è stato sviluppato un progetto ed è stato prodotto un prototipo SMPS. L'intera struttura si presenta sotto forma di modulo installato in un contenitore di alluminio. Dopo i test iniziali, sono state identificate una serie di carenze: notevole riscaldamento dei radiatori dei transistor chiave, difficoltà di rimozione del calore da potenti resistori domestici e grandi dimensioni.

Il design è stato perfezionato: ridisegnata la scheda di controllo utilizzando componenti a montaggio superficiale su una scheda a doppia faccia, montandola perpendicolarmente alla scheda principale; l'uso di un radiatore con una ventola incorporata da un computer; tutti gli elementi del circuito sottoposti a stress termico sono stati appositamente posizionati su un lato del case lungo la direzione di soffiaggio della ventola principale per il massimo raffreddamento efficace. A seguito della revisione, le dimensioni dell'IPP sono state ridotte di tre volte e le carenze individuate durante i primi test sono state eliminate. Il campione modificato ha le seguenti caratteristiche: tensione di alimentazione Usup = ~ 180-240 V, frequenza fwork = 90 kHz, potenza resa Pp = 800 W, efficienza = 85%, peso = 2,1 kg, ingombro 145X145X80 mm.

Questo lavoro è dedicato alla progettazione di un alimentatore switching progettato per alimentare un amplificatore di potenza audio, che fa parte di un sistema di riproduzione del suono domestico ad alta potenza. La creazione di un sistema di riproduzione del suono domestico è iniziata con la scelta di un progetto di circuito per l'UMZCH. Per questo, è stata fatta un'analisi della progettazione del circuito dei dispositivi di riproduzione del suono. La scelta è stata fatta sullo schema UMZCH ad alta fedeltà.

Questo amplificatore ha caratteristiche molto elevate, contiene dispositivi di protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti, dispositivi per mantenere il potenziale zero della tensione costante in uscita e un dispositivo per compensare la resistenza dei fili che collegano l'amplificatore all'acustica. Nonostante il fatto che il circuito UMZCH sia stato pubblicato da molto tempo, i radioamatori fino ad oggi ne ripetono il design, a cui si fa riferimento in quasi tutta la letteratura riguardante l'assemblaggio di dispositivi per la riproduzione di musica di alta qualità. Sulla base di questo articolo, è stato deciso di assemblare un UMZCH a quattro canali, il cui consumo energetico totale era di 800 watt. Pertanto, la fase successiva dell'assemblaggio dell'UMZCH è stata lo sviluppo e l'assemblaggio di un design della fonte di alimentazione che fornisce una potenza di uscita di almeno 800 W, dimensioni e peso ridotti, affidabilità nel funzionamento e protezione da sovraccarico e cortocircuiti.

Gli alimentatori sono costruiti principalmente secondo due schemi: classico tradizionale e secondo lo schema dei convertitori di tensione a impulsi. Pertanto, è stato deciso di assemblare e modificare il design dell'alimentatore a commutazione.

Ricerca di fonti di alimentazione secondaria. Gli alimentatori sono divisi in due gruppi: alimentatori primari e secondari.

Le sorgenti primarie sono dispositivi che convertono vari tipi di energia in energia elettrica (generatori di macchine elettriche, sorgenti di corrente elettrochimica, convertitori fotoelettrici e termoionici, ecc.).

I dispositivi di alimentazione secondari sono convertitori di un tipo di energia elettrica in un altro. Questi includono:

• * Convertitori AC-DC (raddrizzatori);
• * convertitori di grandezza di tensione alternata (trasformatori);
• * Convertitori DC-AC (inverter).

Le fonti di alimentazione secondaria sono costruite principalmente secondo due schemi: tradizionale classico e secondo lo schema dei convertitori di tensione a impulsi. Il principale svantaggio dei trasformatori di potenza, realizzati secondo lo schema classico tradizionale, è nelle loro grandi caratteristiche di peso e dimensioni, nonché nell'influenza significativa del forte campo magnetico dei trasformatori di potenza su altre apparecchiature elettroniche. Il problema di SMPS è la creazione di interferenze ad alta frequenza da parte loro e, di conseguenza, l'incompatibilità elettromagnetica con alcuni tipi di apparecchiature elettroniche. L'analisi ha mostrato che gli IPS soddisfano i requisiti più pienamente imposti, il che è confermato dal loro uso diffuso nelle apparecchiature elettroniche.

I trasformatori degli alimentatori switching differiscono da quelli tradizionali per quanto segue: - alimentazione con tensione rettangolare; la forma complicata degli avvolgimenti (conclusioni del punto medio) e il funzionamento a frequenze più elevate (fino a diverse decine di kHz). Inoltre, i parametri del trasformatore hanno un impatto significativo sulla modalità operativa dei dispositivi a semiconduttore e sulle caratteristiche del convertitore. Quindi, l'induttanza magnetizzante del trasformatore aumenta il tempo di commutazione dei transistor; l'induttanza di dispersione (con una corrente che cambia rapidamente) è la causa della sovratensione sui transistor, che può portare alla loro rottura; la corrente a vuoto riduce l'efficienza del convertitore e peggiora le condizioni termiche dei transistori. Le caratteristiche annotate sono prese in considerazione nel calcolo e nella progettazione dei trasformatori SMPS.

In questo articolo, consideriamo un alimentatore switching da 800 W. Differisce da quelli descritti in precedenza dall'uso di transistor ad effetto di campo e un trasformatore con un avvolgimento primario con un'uscita media nel convertitore. Il primo fornisce una maggiore efficienza e un livello ridotto di interferenza ad alta frequenza, e il secondo - metà della corrente attraverso i transistor chiave ed elimina la necessità di un trasformatore di isolamento nei loro circuiti di gate.

Lo svantaggio di una tale progettazione del circuito è l'alta tensione sulle metà dell'avvolgimento primario, che richiede l'uso di transistor con la corrispondente tensione consentita. È vero, a differenza di un convertitore a ponte, in questo caso sono sufficienti due transistor anziché quattro, il che semplifica il design e aumenta l'efficienza del dispositivo.

Negli alimentatori a commutazione (UPS), vengono utilizzati convertitori ad alta frequenza a uno e due tempi. L'efficienza del primo è inferiore al secondo, quindi non è pratico progettare UPS a ciclo singolo con una capacità superiore a 40 ... 60 W. I convertitori push-pull forniscono una potenza di uscita significativamente maggiore con un'elevata efficienza. Sono divisi in diversi gruppi, caratterizzati dal metodo di eccitazione dei transistor a chiave di uscita e dal circuito per collegarli al circuito dell'avvolgimento primario del trasformatore del convertitore. Se parliamo del metodo di eccitazione, si possono distinguere due gruppi: con l'autoeccitazione e l'eccitazione esterna.

I primi sono meno popolari a causa delle difficoltà di insediamento. Quando si progettano UPS potenti (oltre 200 W), la complessità della loro fabbricazione aumenta irragionevolmente, pertanto sono di scarsa utilità per tali fonti di alimentazione. I convertitori con eccitazione esterna sono adatti per creare UPS di maggiore potenza e talvolta non richiedono quasi alcuna regolazione. Per quanto riguarda il collegamento dei transistor chiave al trasformatore, qui si distinguono tre schemi: il cosiddetto semiponte (Fig. 1, a), ponte (Fig. 1, b). Ad oggi, il più diffuso è il convertitore a mezzo ponte.

Richiede due transistor con un valore di tensione relativamente basso Ukemax. Come si vede dalla Fig. 1a, i condensatori C1 e C2 formano un partitore di tensione a cui è collegato l'avvolgimento primario (I) del trasformatore T2. All'apertura del transistor a chiave, l'ampiezza dell'impulso di tensione sull'avvolgimento raggiunge il valore Upit / 2 - Uke nac. Il convertitore a ponte è simile a quello a mezzo ponte, ma in esso i condensatori sono sostituiti dai transistor VT3 e VT4 (Fig. 1b), che si aprono a coppie in diagonale. Questo convertitore ha un'efficienza leggermente superiore a causa di un aumento della tensione fornita all'avvolgimento primario del trasformatore e, di conseguenza, una diminuzione della corrente che scorre attraverso i transistor VT1-VT4. L'ampiezza della tensione sull'avvolgimento primario del trasformatore in questo caso raggiunge il valore Upit - 2Uke sat.

Vale la pena notare in particolare il convertitore secondo il diagramma in Fig. 1c, che ha la massima efficienza. Ciò si ottiene riducendo la corrente dell'avvolgimento primario e, di conseguenza, riducendo la dissipazione di potenza nei transistor chiave, che è estremamente importante per gli UPS potenti. L'ampiezza della tensione degli impulsi nella metà dell'avvolgimento primario aumenta fino al valore Upit - Uke sat.

Va inoltre notato che, a differenza di altri convertitori, non richiede un trasformatore di isolamento in ingresso. Nel dispositivo secondo lo schema di Fig. 1c, è necessario utilizzare transistor con un valore elevato di Uke max. Poiché la fine della metà superiore (secondo lo schema) dell'avvolgimento primario è collegata all'inizio di quella inferiore, quando la corrente scorre nel primo di essi (VT1 è aperto), nel secondo viene creata una tensione che è uguale (in modulo) all'ampiezza della tensione sulla prima, ma di segno opposto rispetto a Upit. In altre parole, la tensione sul collettore del transistor chiuso VT2 raggiunge 2Upit. quindi, il suo Uke max deve essere maggiore di 2Upit. L'UPS proposto utilizza un convertitore push-pull con un trasformatore, il cui avvolgimento primario ha un terminale centrale. Ha alta efficienza, bassa ondulazione e basse emissioni acustiche.