Nella maggior parte dei moderni dispositivi elettronici, gli alimentatori analogici (trasformatori) non vengono praticamente utilizzati; sono stati sostituiti da convertitori di tensione a impulsi. Per capire perché ciò sia accaduto, è necessario considerare le caratteristiche del design, nonché i punti di forza e di debolezza di questi dispositivi. Parleremo anche dello scopo dei componenti principali delle sorgenti pulsate, daremo un semplice esempio di implementazione che può essere assemblato a mano.

Caratteristiche costruttive e principio di funzionamento

Tra i vari modi per convertire la tensione in componenti elettronici di potenza, si possono distinguere due dei più utilizzati:

1. Analogico, il cui elemento principale è un trasformatore riduttore, oltre alla funzione principale, fornisce anche l'isolamento galvanico.
2. principio dell'impulso.

Diamo un'occhiata alla differenza tra queste due opzioni.

PSU basato su trasformatore di potenza

Considera uno schema a blocchi semplificato di questo dispositivo. Come si può vedere dalla figura, all'ingresso è installato un trasformatore riduttore, con il suo aiuto viene convertita l'ampiezza della tensione di alimentazione, ad esempio da 220 V otteniamo 15 V. Il blocco successivo è un raddrizzatore, il suo il compito è convertire la corrente sinusoidale in una pulsata (l'armonica è mostrata sopra l'immagine simbolica). A tale scopo vengono utilizzati elementi semiconduttori raddrizzatori (diodi) collegati in un circuito a ponte. Il loro principio di funzionamento può essere trovato sul nostro sito web.

Il blocco successivo svolge due funzioni: attenua la tensione (a tale scopo viene utilizzato un condensatore della capacità appropriata) e la stabilizza. Quest'ultimo è necessario affinché la tensione non "cada" all'aumentare del carico.

Lo schema a blocchi fornito è notevolmente semplificato, di norma questo tipo di sorgente ha un filtro di ingresso e circuiti di protezione, ma ciò non è essenziale per spiegare il funzionamento del dispositivo.

Tutti gli svantaggi dell'opzione di cui sopra sono direttamente o indirettamente correlati all'elemento strutturale principale: il trasformatore. Innanzitutto, il suo peso e le sue dimensioni limitano la miniaturizzazione. Per non essere infondato, riportiamo ad esempio un trasformatore riduttore da 220/12 V con una potenza nominale di 250 W. Il peso di tale unità è di circa 4 chilogrammi, le dimensioni sono 125x124x89 mm. Puoi immaginare quanto peserebbe un caricabatterie per laptop basato su di esso.

In secondo luogo, il prezzo di tali dispositivi a volte supera di molte volte il costo totale di altri componenti.

Dispositivi a impulsi

Come si può vedere dallo schema a blocchi mostrato in Figura 3, il principio di funzionamento di questi dispositivi differisce notevolmente dai convertitori analogici, innanzitutto per l'assenza di un trasformatore step-down di ingresso.

Figura 3. Schema strutturale di un alimentatore switching

Considera l'algoritmo di una tale fonte:

• L'alimentazione viene fornita al limitatore di sovratensione, il suo compito è ridurre al minimo le interferenze di rete, sia in entrata che in uscita, derivanti dal funzionamento.
• Successivamente entra in funzione un'unità per la conversione di una tensione sinusoidale in una costante pulsata e un filtro di livellamento.
• Nella fase successiva, un inverter è collegato al processo, il suo compito è formare segnali rettangolari ad alta frequenza. Il feedback all'inverter viene effettuato tramite l'unità di controllo.
• Il blocco successivo è l'IT, è necessario per la modalità generatore automatico, la tensione di alimentazione ai circuiti, la protezione, il controllo del controller e il carico. Inoltre, il compito dell'IT è fornire l'isolamento galvanico tra i circuiti ad alta e bassa tensione.

A differenza di un trasformatore step-down, il nucleo di questo dispositivo è realizzato con materiali ferrimagnetici, ciò contribuisce alla trasmissione affidabile di segnali RF, che possono essere compresi nell'intervallo 20-100 kHz. Una caratteristica dell'IT è che quando è collegato, è fondamentale attivare l'inizio e la fine degli avvolgimenti. Le ridotte dimensioni di questo dispositivo consentono di realizzare dispositivi di dimensioni miniaturizzate, ad esempio si possono fornire le tubazioni elettroniche (ballast) di un LED o una lampada a risparmio energetico.

• Successivamente, il raddrizzatore di uscita entra in funzione, poiché funziona con una tensione ad alta frequenza, il processo richiede elementi semiconduttori ad alta velocità, pertanto i diodi Schottky vengono utilizzati per questo scopo.
• Nella fase finale viene eseguito il livellamento su un filtro vantaggioso, dopodiché viene applicata la tensione al carico.

Ora, come promesso, considereremo il principio di funzionamento dell'elemento principale di questo dispositivo: l'inverter.

Come funziona un inverter?

La modulazione RF può essere eseguita in tre modi:

• frequenza-impulso;
• impulso di fase;
• larghezza di impulso.

In pratica, viene utilizzata quest'ultima opzione. Ciò è dovuto sia alla semplicità di esecuzione sia al fatto che PWM ha una frequenza di comunicazione costante, a differenza degli altri due metodi di modulazione. Di seguito è riportato uno schema a blocchi che descrive il funzionamento del controller.

L'algoritmo di funzionamento del dispositivo è il seguente:

Il generatore di frequenza master genera una serie di segnali rettangolari, la cui frequenza corrisponde a quella di riferimento. Sulla base di questo segnale si forma UP di una forma a dente di sega, che viene alimentata all'ingresso del comparatore K PWM. Il secondo ingresso di questo dispositivo è alimentato dal segnale U US proveniente dall'amplificatore di controllo. Il segnale generato da questo amplificatore corrisponde alla differenza proporzionale tra UP (tensione di riferimento) e U PC (segnale di controllo dal circuito di retroazione). Cioè il segnale di controllo U US, infatti, è un mismatch di tensione con un livello che dipende sia dalla corrente sul carico che dalla tensione su di esso (U OUT).

Questo metodo di implementazione consente di organizzare un circuito chiuso che consente di controllare la tensione di uscita, si tratta infatti di un'unità funzionale lineare-discreta. Alla sua uscita si formano degli impulsi, di durata dipendente dalla differenza tra il segnale di riferimento e quello di controllo. Sulla base di esso, viene creata una tensione per controllare il transistor chiave dell'inverter.

Il processo di stabilizzazione della tensione di uscita viene effettuato monitorando il suo livello, quando cambia, la tensione del segnale di regolazione U PC cambia proporzionalmente, il che porta ad un aumento o una diminuzione della durata tra gli impulsi.

Di conseguenza, c'è una variazione della potenza dei circuiti secondari, che garantisce la stabilizzazione della tensione di uscita.

Per garantire la sicurezza, è necessario l'isolamento galvanico tra la rete di alimentazione e il feedback. Di norma, a questo scopo vengono utilizzati fotoaccoppiatori.

Punti di forza e di debolezza delle fonti di impulso

Se confrontiamo dispositivi analogici e a impulsi della stessa potenza, questi ultimi avranno i seguenti vantaggi:

• Dimensioni e peso contenuti, per l'assenza di un trasformatore step-down a bassa frequenza e di elementi di controllo che richiedono la dissipazione del calore tramite radiatori di grandi dimensioni. Attraverso l'uso della tecnologia di conversione del segnale ad alta frequenza, è possibile ridurre la capacità dei condensatori utilizzati nei filtri, che consente l'installazione di elementi più piccoli.
• Maggiore efficienza, poiché le perdite principali sono causate solo dai transitori, mentre nei circuiti analogici molta energia viene costantemente persa durante la conversione elettromagnetica. Il risultato parla da sé, un aumento dell'efficienza fino al 95-98%.
• Costo inferiore dovuto all'uso di elementi semiconduttori meno potenti.
• Intervallo di tensione di ingresso più ampio. Questo tipo di apparecchiatura non richiede frequenza e ampiezza, pertanto è consentita la connessione a reti di vari standard.
• Disponibilità di una protezione affidabile contro cortocircuito, sovraccarico e altre situazioni di emergenza.

Gli svantaggi della tecnologia a impulsi includono:

La presenza di interferenze RF, questa è una conseguenza del funzionamento del convertitore ad alta frequenza. Un tale fattore richiede l'installazione di un filtro che sopprima le interferenze. Sfortunatamente, il suo funzionamento non è sempre efficiente, il che impone alcune restrizioni all'uso di dispositivi di questo tipo in apparecchiature ad alta precisione.

Requisiti speciali per il carico, non dovrebbe essere ridotto o aumentato. Non appena il livello di corrente supera la soglia superiore o inferiore, le caratteristiche della tensione di uscita inizieranno a differire in modo significativo da quelle standard. Di norma, i produttori (recentemente anche cinesi) provvedono a tali situazioni e installano una protezione adeguata nei loro prodotti.

Ambito di applicazione

Quasi tutta l'elettronica moderna è alimentata da blocchi di questo tipo, ad esempio possiamo fare:

Assembliamo un alimentatore a impulsi con le nostre mani

Considera un semplice circuito di alimentazione, in cui viene applicato il suddetto principio di funzionamento.

Designazioni:

• Resistori: R1 - 100 Ohm, R2 - da 150 kOhm a 300 kOhm (selezionati), R3 - 1 kOhm.
• Capacità: C1 e C2 - 0,01 uF x 630 V, C3 -22 uF x 450 V, C4 - 0,22 uF x 400 V, C5 - 6800 -15000 pF (selezionato), 012 uF, C6 - 10 uF x 50 V, C7 - 220 uF x 25 V, C8 - 22 uF x 25 V.
• Diodi: VD1-4 - KD258V, VD5 e VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
• Transistor VT1 - KT872A.
• Il regolatore di tensione D1 è un chip KR142 con l'indice EH5 - EH8 (a seconda della tensione di uscita richiesta).
• Trasformatore T1: viene utilizzato un nucleo di ferrite a forma di W con dimensioni di 5x5. L'avvolgimento primario è avvolto con 600 spire di filo Ø 0,1 mm, il secondario (morsetti 3-4) contiene 44 spire Ø 0,25 mm e l'ultimo - 5 spire Ø 0,1 mm.
• Fusibile FU1 - 0,25A.

L'impostazione è ridotta alla selezione dei valori nominali R2 e C5, che forniscono l'eccitazione del generatore a una tensione di ingresso di 185-240 V.

introduzione

Gli alimentatori a commutazione stanno ora sostituendo con sicurezza quelli lineari obsoleti. Il motivo sono le elevate prestazioni insite in questi alimentatori, la compattezza e le migliori prestazioni di stabilizzazione.

Con quei rapidi cambiamenti che hanno subito negli ultimi anni i principi di alimentazione delle apparecchiature elettroniche, le informazioni sul calcolo, la costruzione e l'uso degli alimentatori switching stanno diventando sempre più rilevanti.

Di recente, tra gli specialisti nel campo dell'elettronica e dell'ingegneria radio, nonché nella produzione industriale, gli alimentatori a commutazione hanno guadagnato particolare popolarità. C'è stata una tendenza ad abbandonare i tipici trasformatori ingombranti e passare a progetti di piccole dimensioni di alimentatori a commutazione, convertitori di tensione, convertitori e inverter.

In generale, il tema degli alimentatori switching è abbastanza rilevante e interessante, ed è una delle aree più importanti dell'elettronica di potenza. Questa area dell'elettronica è promettente e in rapido sviluppo. E il suo obiettivo principale è sviluppare potenti dispositivi di alimentazione che soddisfino i moderni requisiti di affidabilità, qualità, durata, riduzione al minimo di peso, dimensioni, consumo di energia e materiale. Va notato che quasi tutta l'elettronica moderna, compresi tutti i tipi di computer, apparecchiature audio, video e altri dispositivi moderni, sono alimentati da alimentatori a commutazione compatti, il che conferma ancora una volta l'importanza dell'ulteriore sviluppo di quest'area di alimentatori .

Il principio di funzionamento degli alimentatori a commutazione

L'alimentatore switching è un sistema inverter. Negli alimentatori switching, la tensione di ingresso CA viene prima raddrizzata. La tensione continua risultante viene convertita in impulsi rettangolari di frequenza aumentata e di un certo duty cycle, forniti o al trasformatore (nel caso di alimentatori pulsati con isolamento galvanico dalla rete) o direttamente al filtro passa basso di uscita (in impulsi alimentatori senza isolamento galvanico). Negli alimentatori a impulsi possono essere utilizzati trasformatori di piccole dimensioni: ciò è spiegato dal fatto che all'aumentare della frequenza aumenta l'efficienza del trasformatore e diminuiscono i requisiti per le dimensioni (sezione) del nucleo richieste per il trasferimento di potenza equivalente. Nella maggior parte dei casi, un tale nucleo può essere costituito da materiali ferromagnetici, a differenza dei nuclei dei trasformatori a bassa frequenza, che utilizzano acciaio elettrico.

Figura 1 - Schema strutturale di un alimentatore switching

La tensione di rete viene fornita al raddrizzatore, dopodiché viene livellata da un filtro capacitivo. Dal condensatore del filtro, la cui tensione aumenta, la tensione rettificata attraverso l'avvolgimento del trasformatore viene fornita al collettore del transistor, che funge da chiave. Il dispositivo di controllo fornisce l'accensione e lo spegnimento periodici del transistor. Per avviare in modo affidabile l'alimentatore, viene utilizzato un oscillatore master realizzato su un microcircuito. Gli impulsi vengono inviati alla base del transistor a chiave e provocano l'inizio del ciclo di funzionamento dell'oscillatore. Il dispositivo di controllo è responsabile del monitoraggio del livello di tensione in uscita, della generazione di un segnale di errore e, spesso, del controllo diretto della chiave. Il microcircuito dell'oscillatore principale è alimentato da una catena di resistori direttamente dall'ingresso della capacità di accumulo, stabilizzando la tensione con la capacità di riferimento. L'oscillatore principale e il transistor chiave del circuito secondario sono responsabili del funzionamento dell'accoppiatore ottico. Più aperti sono i transistor responsabili del funzionamento dell'accoppiatore ottico, minore è l'ampiezza degli impulsi di feedback, prima si spegnerà il transistor di potenza e meno energia si accumulerà nel trasformatore, il che farà aumentare la tensione all'uscita della sorgente da fermare. È arrivata la modalità di funzionamento dell'alimentatore, dove l'optoaccoppiatore gioca un ruolo importante, come regolatore e gestore delle tensioni di uscita.

Le specifiche di un alimentatore industriale sono più rigorose di quelle di un alimentatore domestico convenzionale. Ciò si esprime non solo nel fatto che all'ingresso dell'alimentatore agisce un'elevata tensione trifase, ma anche nel fatto che gli alimentatori industriali devono rimanere operativi con uno scostamento significativo della tensione di ingresso dal valore nominale, compreso cali e picchi di tensione, nonché la perdita di una o più fasi.

Figura 2 - Schema schematico di un alimentatore switching.

Lo schema funziona come segue. L'ingresso trifase può essere a tre fili, quattro fili o anche monofase. Il raddrizzatore trifase è costituito dai diodi D1 - D8.

I resistori R1 - R4 forniscono protezione contro le sovratensioni. L'uso di resistori di protezione con apertura di sovraccarico rende superfluo l'uso di fusibili separati. La tensione rettificata in ingresso viene filtrata da un filtro a forma di U composto da C5, C6, C7, C8 e L1.

I resistori R13 e R15 equalizzano la tensione ai capi dei condensatori del filtro di ingresso.

Quando il MOSFET di U1 si apre, il potenziale della sorgente di Q1 diminuisce, la corrente di gate è fornita dai resistori R6, R7 e R8, rispettivamente, la capacità delle giunzioni VR1 ... VR3 apre Q1. Il diodo Zener VR4 limita la tensione source-gate applicata a Q1. Quando il MOSFET U1 si chiude, la tensione di drain è limitata a 450 volt dal circuito di clamp VR1, VR2, VR3. L'eventuale tensione aggiuntiva all'estremità dell'avvolgimento sarà dissipata da Q1. Questa connessione distribuisce efficacemente la tensione rettificata totale a Q1 e U1.

Il circuito di assorbimento VR5, D9, R10 assorbe le sovratensioni sull'avvolgimento primario dovute all'induzione di perdite del trasformatore durante il funzionamento inverso.

La rettifica dell'uscita è effettuata dal diodo D1. C2 - filtro di uscita. L2 e C3 formano un secondo stadio di filtro per ridurre l'instabilità della tensione di uscita.

VR6 inizia a condurre quando la tensione di uscita supera la caduta tra VR6 e l'accoppiatore ottico. Una variazione della tensione di uscita provoca una variazione della corrente che scorre attraverso il diodo fotoaccoppiatore U2, che a sua volta provoca una variazione di corrente attraverso il transistor fotoaccoppiatore U2. Quando questa corrente supera la soglia sul pin FB di U1, il ciclo di lavoro successivo viene saltato. Il livello di tensione di uscita specificato viene mantenuto regolando il numero di cicli di lavoro saltati e perfetti. Una volta che il ciclo di lavoro è iniziato, terminerà quando la corrente attraverso U1 raggiunge il limite interno impostato. R11 limita la corrente attraverso l'accoppiatore ottico e imposta il guadagno di feedback. Il resistore R12 fornisce una polarizzazione a VR6.

Questo circuito è protetto da circuito aperto, cortocircuito in uscita, sovraccarico dovuto alle funzioni integrate in U1 (LNK304). Poiché il chip è alimentato direttamente dal suo pin di drenaggio, non è richiesto alcun avvolgimento di alimentazione separato.

Negli alimentatori switching, la stabilizzazione della tensione è fornita tramite feedback negativo. Il feedback consente di mantenere la tensione di uscita a un livello relativamente costante, indipendentemente dalle fluttuazioni della tensione di ingresso e del carico. Il feedback può essere organizzato in vari modi. Nel caso di sorgenti d'impulso con isolamento galvanico dalla rete di alimentazione, i metodi più comuni sono l'utilizzo della comunicazione attraverso uno degli avvolgimenti di uscita del trasformatore o l'utilizzo di un fotoaccoppiatore. A seconda dell'ampiezza del segnale di feedback (a seconda della tensione di uscita), il duty cycle degli impulsi all'uscita del controller PWM cambia. Se non è richiesto il disaccoppiamento, viene solitamente utilizzato un semplice partitore di tensione resistivo. Pertanto, l'alimentatore mantiene una tensione di uscita stabile.

A differenza degli alimentatori lineari tradizionali, che presuppongono lo smorzamento di un'eccessiva tensione non stabilizzata su un elemento passante lineare, gli alimentatori pulsati utilizzano altri metodi e fenomeni fisici per generare una tensione stabilizzata, ovvero: l'effetto dell'accumulo di energia negli induttori, nonché la possibilità di trasformazione ad alta frequenza e la conversione dell'energia accumulata in pressione costante. Esistono tre schemi tipici per la costruzione di alimentatori a impulsi (vedi Fig. 3.4-1): step-up (la tensione di uscita è maggiore di quella di ingresso), step-down (la tensione di uscita è inferiore a quella di ingresso) e invertente (la tensione di uscita ha l'opposto polarità rispetto all'ingresso). Come si può vedere dalla figura, differiscono solo nel modo di collegare l'induttanza, altrimenti il ​​principio di funzionamento rimane invariato, ovvero.

Viene applicato un elemento chiave (solitamente si utilizzano transistor bipolari o MOS), operante ad una frequenza dell'ordine di 20-100 kHz, periodicamente per un breve periodo (non più del 50% del tempo)

fornisce all'induttore la piena tensione non regolata in ingresso. corrente impulsiva. scorrendo attraverso la bobina, assicura l'accumulo di energia nel suo campo magnetico 1/2LI^2 su ogni impulso. L'energia immagazzinata in questo modo dalla bobina viene trasferita al carico (direttamente, utilizzando un diodo raddrizzatore, o attraverso l'avvolgimento secondario e quindi rettificata), il condensatore del filtro livellatore di uscita assicura che la tensione e la corrente di uscita siano costanti. La stabilizzazione della tensione di uscita è fornita dalla regolazione automatica dell'ampiezza o della frequenza degli impulsi sull'elemento chiave (il circuito di feedback è progettato per monitorare la tensione di uscita).

Questo schema, sebbene piuttosto complesso, può aumentare notevolmente 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 satura (ovvero, la caduta di tensione su di essi è piccola) e dissipano potenza solo in intervalli di tempo abbastanza brevi (tempo di erogazione dell'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 dell'IP pulsato è la possibilità di costruire sulla loro base IP di rete di piccole dimensioni con isolamento galvanico dalla rete per alimentare un'ampia varietà di apparecchiature. Tali IP 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 alimentatore pulsato con riduzione di tensione, dove viene utilizzata una tensione di rete raddrizzata come tensione di ingresso, e un trasformatore ad alta frequenza (di piccole dimensioni e ad alto rendimento) viene utilizzato come elemento di accumulo, dall'avvolgimento secondario di cui viene rimossa la tensione stabilizzata di uscita (questo trasformatore fornisce anche l'isolamento galvanico dalla rete).

Gli svantaggi degli alimentatori pulsati includono: la presenza di un elevato livello di rumore impulsivo in uscita, elevata complessità e bassa affidabilità (soprattutto nella produzione artigianale), la necessità di utilizzare costosi componenti ad alta tensione ad alta frequenza, che, nel in caso di minimo malfunzionamento, falliscono facilmente "in massa" (con questo, di regola, si possono osservare impressionanti effetti pirotecnici). Coloro a cui piace approfondire l'interno dei dispositivi con un cacciavite e un saldatore dovranno prestare estrema attenzione durante la progettazione di un IP pulsato di rete, poiché molti elementi di tali circuiti sono ad alta tensione.

3.4.1 Regolatore di commutazione efficiente a bassa sofisticazione

Sulla base dell'elemento, simile a quella utilizzata nello stabilizzatore lineare sopra descritto (Fig. 3.3-3), è possibile realizzare un regolatore di tensione switching. A parità di caratteristiche avrà dimensioni nettamente inferiori e migliori condizioni termiche. Un diagramma schematico di tale stabilizzatore è mostrato in fig. 3.4-2. Lo stabilizzatore è assemblato secondo uno schema tipico con una caduta di tensione (Fig. 3.4-1a).

Alla prima accensione, quando il condensatore C4 è scarico e all'uscita è collegato un carico sufficientemente potente, la corrente scorre attraverso il regolatore lineare IC DA1. La caduta di tensione su R1 causata da questa corrente sblocca il transistor chiave VT1, che entra immediatamente in modalità di saturazione, poiché la resistenza induttiva L1 è grande e una corrente sufficientemente grande scorre attraverso il transistor. La caduta di tensione su R5 apre l'elemento chiave principale: il transistor VT2. Attuale. crescendo in L1, carica C4, mentre scrivevo il feedback su R8

prima dello stabilizzatore e del transistor chiave. L'energia immagazzinata nella bobina alimenta il carico. Quando la tensione su C4 scende al di sotto della tensione di stabilizzazione, DA1 e il transistor chiave si aprono. Il ciclo viene ripetuto ad una frequenza di 20-30 kHz.

Catena R3. R4, C2 imposteranno il livello di tensione di uscita. Può essere regolato senza problemi entro un piccolo intervallo, da Uct DA1 a Uin. Tuttavia, se Vout viene alzato vicino a Vin, c'è una certa instabilità al massimo carico e un aumento del livello di ondulazione. Per sopprimere le increspature ad alta frequenza, all'uscita dello stabilizzatore è incluso un filtro L2, C5.

Lo schema è abbastanza semplice e più efficace per questo livello di complessità. Tutti gli elementi di potenza VT1, VT2, VD1, DA1 sono forniti con piccoli radiatori. La tensione di ingresso non deve superare i 30 V, che è il massimo per gli stabilizzatori KR142EN8. I diodi raddrizzatori devono essere utilizzati per una corrente di almeno 3 A.

3.4.2 Gruppo di continuità basato su regolatore switching

Sulla fig. 3.4-3, si propone in esame un dispositivo per l'alimentazione ininterrotta di sistemi di sicurezza e videosorveglianza basato su uno stabilizzatore di commutazione combinato con un caricabatteria. Lo stabilizzatore include sistemi di protezione contro sovraccarico, surriscaldamento, sovratensioni in uscita, cortocircuiti.

Lo stabilizzatore ha i seguenti parametri:

Tensione di ingresso, Vvx - 20-30 V:

Tensione stabilizzata in uscita, UVyx-12V:

Corrente di carico nominale, Icarico nominale -5A;

Corrente di funzionamento del sistema di protezione contro un sovraccarico, Izasch - 7A;.

Tensione di funzionamento del sistema di protezione da sovratensione, protezione Uout - 13 V;

Massima corrente di carica della batteria, batteria Izar max - 0,7 A;

Livello di ondulazione. Uppulse - 100 mV

Temperatura di funzionamento di sistema di protezione contro un surriscaldamento, Тzasch - 120 Con;

Velocità di commutazione su alimentazione a batteria, tswitch - 10ms (relè RES-b RFO.452.112).

Il principio di funzionamento dello stabilizzatore di commutazione nel dispositivo descritto è lo stesso di quello dello stabilizzatore presentato sopra.

Il dispositivo è integrato con un caricabatterie realizzato sugli elementi DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Regolatore di tensione IC DA2 con divisore di corrente su R7. R8 limita la massima corrente di carica iniziale, il divisore R9, R10 imposta la tensione di uscita della carica, il diodo VD2 protegge la batteria dall'autoscarica in assenza di tensione di alimentazione.

La protezione da surriscaldamento utilizza il termistore R16 come sensore di temperatura. All'intervento della protezione si accende il segnalatore acustico montato sull'IC DD 1 e, contemporaneamente, si stacca il carico dallo stabilizzatore, passando all'alimentazione a batteria. Il termistore è montato sul radiatore del transistor VT1. La regolazione precisa del livello di funzionamento della protezione termica è effettuata dalla resistenza R18.

Il sensore di tensione è montato su un divisore R13, R15. la resistenza R15 imposta il livello esatto di funzionamento della protezione da sovratensione (13 V). Quando viene superata la tensione all'uscita dello stabilizzatore (in caso di guasto dell'ultimo), il relè S1 scollega il carico dallo stabilizzatore e lo collega alla batteria. In caso di interruzione dell'alimentazione, il relè S1 passa allo stato "predefinito", ovvero collega il carico alla batteria.

Il circuito mostrato qui non ha una protezione elettronica da cortocircuito per la batteria. questo ruolo è svolto da un fusibile nel circuito di potenza del carico, progettato per il massimo consumo di corrente.

3.4.3 Alimentatori basati su un convertitore di impulsi ad alta frequenza

Abbastanza spesso, quando si progettano dispositivi, ci sono requisiti severi per le dimensioni della fonte di alimentazione. In questo caso, l'unica via d'uscita è utilizzare un'alimentazione basata su convertitori di impulsi ad alta tensione ad alta frequenza. che sono collegati alla rete ~220 V senza l'utilizzo di un trasformatore riduttore a bassa frequenza complessivo e possono fornire elevate potenze con dimensioni e dissipazione del calore ridotte.

Lo schema a blocchi di un tipico convertitore di impulsi alimentato da una rete industriale è mostrato nella Figura 34-4.

Il filtro di ingresso è progettato per impedire la penetrazione di rumore impulsivo nella rete. Gli interruttori di alimentazione garantiscono la fornitura di impulsi ad alta tensione all'avvolgimento primario di un trasformatore ad alta frequenza (singolo e

circuiti duplex). La frequenza e la durata degli impulsi sono impostate da un generatore controllato (di solito, viene utilizzato il controllo della larghezza dell'impulso, meno spesso - frequenza). A differenza dei trasformatori sinusoidali a bassa frequenza, gli alimentatori pulsati utilizzano dispositivi a banda larga per fornire un trasferimento di potenza efficiente su segnali con fronti veloci. Ciò impone requisiti significativi sul tipo di circuito magnetico utilizzato e sul design del trasformatore. D'altra parte, con l'aumentare della frequenza, le dimensioni richieste del trasformatore (pur mantenendo la potenza trasmessa) diminuiscono (i moderni materiali consentono di costruire potenti trasformatori con un'efficienza accettabile a frequenze fino a 100-400 kHz). Una caratteristica del raddrizzatore di uscita è l'uso di diodi di potenza non ordinari, ma diodi Schottky ad alta velocità, dovuto all'alta frequenza della tensione rettificata. Il filtro di uscita attenua l'ondulazione della tensione di uscita. La tensione di retroazione viene confrontata con la tensione di riferimento e quindi controlla il generatore. Prestare attenzione alla presenza di isolamento galvanico nel circuito di retroazione, necessario se si vuole isolare la tensione di uscita dalla rete.

Nella fabbricazione di tali IP, ci sono seri requisiti per i componenti utilizzati (che ne aumenta il costo rispetto a quelli tradizionali). In primo luogo, riguarda la tensione di esercizio dei diodi raddrizzatori, dei condensatori di filtro e dei transistor chiave, che non deve essere inferiore a 350 V per evitare guasti. In secondo luogo, è necessario utilizzare transistor a chiave ad alta frequenza (frequenza operativa 20-100 kHz) e speciali condensatori ceramici (i normali elettroliti di ossido si surriscaldano alle alte frequenze a causa della loro elevata induttanza).

attività). E in terzo luogo, la frequenza di saturazione di un trasformatore ad alta frequenza, determinata dal tipo di circuito magnetico utilizzato (di norma vengono utilizzati nuclei toroidali) deve essere significativamente superiore alla frequenza operativa del convertitore.

Sulla fig. 3.4-5 mostra un diagramma schematico di un IP classico basato su un convertitore ad alta frequenza. Il filtro, costituito dai condensatori C1, C2, C3 e dalle induttanze L1, L2, serve a proteggere l'alimentazione dai disturbi ad alta frequenza provenienti dal convertitore. Il generatore è costruito secondo un circuito auto oscillante ed è abbinato ad uno stadio chiave. I transistor a chiave VT1 e VT2 funzionano in antifase, aprendosi e chiudendosi a turno. L'avvio del generatore e il funzionamento affidabile sono assicurati dal transistor VT3, che opera in modalità di rottura da valanga. Quando la tensione su C6 aumenta attraverso R3, il transistor si apre e il condensatore viene scaricato alla base di VT2, avviando il generatore. La tensione di retroazione viene rimossa dall'avvolgimento aggiuntivo (III) del trasformatore di potenza Tpl.

Transistori VT1. VT2 va installato su radiatori a piastre di almeno 100 cm^2. I diodi VD2-VD5 con barriera Schottky sono posti su un piccolo radiatore 5 cm^2. Dati bobina e trasformatore: L1-1. L2 è avvolto su anelli di ferrite 2000NM K12x8x3 in due fili con filo PELSHO 0,25: 20 giri. TP1 - su due anelli accostati, ferrite 2000NN KZ 1x18,5x7;

avvolgimento 1 - 82 spire con filo PEV-2 0,5: avvolgimento II - 25 + 25 spire con filo PEV-2 1,0: avvolgimento III - 2 spire con filo PEV-2 0,3. TP2 è avvolto su un anello di ferrite 2000NN K10x6x5. tutti gli avvolgimenti sono realizzati con filo PEV-2 0,3: avvolgimento 1 - 10 giri:

avvolgimenti II e III - 6 giri ciascuno, entrambi gli avvolgimenti (II e III) sono avvolti in modo da occupare il 50% dell'area dell'anello senza toccarsi o sovrapporsi, l'avvolgimento I è avvolto uniformemente attorno all'intero anello e isolato con un strato di tela verniciata. Le bobine del filtro raddrizzatore L3, L4 sono avvolte su ferrite 2000NM K 12x8x3 con filo PEV-2 1.0, il numero di giri è 30. KT809A può essere utilizzato come transistor chiave VT1, VT2. KT812, KT841.

I valori nominali degli elementi e i dati dell'avvolgimento dei trasformatori sono forniti per una tensione di uscita di 35 V. Nel caso in cui siano richiesti altri parametri operativi, il numero di spire nell'avvolgimento 2 Tr1 deve essere modificato di conseguenza.

Il circuito descritto presenta notevoli inconvenienti dovuti al desiderio di ridurre al minimo il numero di componenti utilizzati. Si tratta di un basso "livello di stabilizzazione della tensione di uscita, di un funzionamento instabile e inaffidabile e di una bassa corrente di uscita. Tuttavia, è abbastanza adatto per alimentare semplici strutture di potenze diverse (quando si utilizzano componenti adeguati), quali: calcolatrici, chiamanti, corpi illuminanti, ecc.

Un altro circuito IP basato su un convertitore di impulsi ad alta frequenza è mostrato in Fig. 3.4-6. La principale differenza tra questo circuito e la struttura standard mostrata in Fig. 3.4-4 è la mancanza di un ciclo di feedback. A questo proposito, la stabilità della tensione agli avvolgimenti di uscita del trasformatore RF Tr2 è piuttosto bassa ed è richiesto l'uso di stabilizzatori secondari (il circuito utilizza stabilizzatori integrati universali sui circuiti integrati della serie KR142).

3.4.4 Regolatore a commutazione con transistor MIS a chiave con rilevamento della corrente.

La miniaturizzazione e l'aumento dell'efficienza nello sviluppo e nella progettazione di alimentatori a commutazione sono promossi dall'uso di una nuova classe di inverter a semiconduttore - transistor MOS, nonché: diodi ad alta potenza con recupero rapido inverso, diodi Schottky, diodi ultraveloci , transistori ad effetto di campo con gate isolato, circuiti integrati per il controllo di elementi chiave. Tutti questi elementi sono disponibili sul mercato nazionale e possono essere utilizzati nella progettazione di alimentatori ad alta efficienza, convertitori, sistemi di accensione per motori a combustione interna (ICE), sistemi di avviamento di lampade fluorescenti (LDS). Di grande interesse per gli sviluppatori può anche essere una classe di dispositivi di potenza chiamati HEXSense - transistor MIS con rilevamento della corrente. Sono elementi di commutazione ideali per alimentatori switching pronti all'uso. La capacità di leggere la corrente del transistor di commutazione può essere utilizzata negli alimentatori a impulsi per la retroazione di corrente richiesta dal controller PWM. Ciò consente di semplificare la progettazione dell'alimentatore: l'esclusione di resistori di corrente e trasformatori da esso.

Sulla fig. 3.4-7 mostra uno schema di un alimentatore switching da 230 W. Le sue principali caratteristiche prestazionali sono le seguenti:

Tensione di ingresso: -110V 60Hz:

Tensione di uscita: 48 VDC:

Corrente di carico: 4,8 A:

Frequenza di commutazione: 110 kHz:

Efficienza a pieno carico : 78%;

Efficienza a 1/3 del carico: 83%.

Il circuito si basa su un modulatore di larghezza di impulso (PWM) con un convertitore ad alta frequenza in uscita. Il principio di funzionamento è il seguente.

Il segnale di controllo del transistor chiave proviene dall'uscita 6 del controller PWM DA1, il ciclo di lavoro è limitato al 50% dal resistore R4, R4 e SZ sono gli elementi di temporizzazione del generatore. L'alimentazione DA1 è fornita dalla catena VD5, C5, C6, R6. La resistenza R6 è progettata per fornire tensione durante l'avvio del generatore, successivamente viene attivata la retroazione di tensione tramite LI, VD5. Questo feedback è ottenuto da un avvolgimento aggiuntivo nell'induttanza di uscita, che opera in modalità flyback. Oltre ad alimentare il generatore, la tensione di retroazione attraverso la catena VD4, Cl, Rl, R2 viene alimentata all'ingresso di retroazione di tensione DA1 (pin 2). Attraverso R3 e C2 viene fornita una compensazione che garantisce la stabilità dell'anello di retroazione.

Sulla base di questo schema, è possibile costruire stabilizzatori di commutazione con altri parametri di uscita.

ALIMENTAZIONE COMMUTATA

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

Le fonti di alimentazione sono divise in due gruppi: fonti di alimentazione primarie e secondarie: le fonti primarie sono dispositivi che convertono vari tipi di energia in energia elettrica (generatori elettrici, 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 di tensione da CA a CC (raddrizzatore); Convertitori di valore di tensione AC (trasformatori); Convertitori di tensione da CC a CA (inverter).

La quota delle fonti di alimentazione rappresenta attualmente dal 30 al 70% della massa e del volume totali delle apparecchiature REA. Pertanto, il problema della creazione di un dispositivo di alimentazione in miniatura, leggero e affidabile con buone prestazioni tecniche ed economiche è importante e rilevante. Questo lavoro è dedicato allo sviluppo di una fonte di alimentazione secondaria (SSE) con peso e dimensioni minimi ed elevate caratteristiche tecniche.

Un prerequisito per la progettazione di fonti di alimentazione secondarie è una chiara conoscenza dei relativi requisiti. Questi requisiti sono molto diversi e sono determinati dalle caratteristiche del funzionamento di quei complessi REA che sono alimentati da un dato PSE. I requisiti principali sono: alla progettazione - affidabilità, manutenibilità, vincoli dimensionali 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 della PI: l'uso di materiali elettrici di ultima generazione; applicazione dell'elemento base utilizzando la tecnologia ibrida integrale; aumentare la frequenza di conversione dell'energia elettrica; ricerca di nuove soluzioni circuitali efficaci. Per selezionare lo schema ISE, è stata effettuata un'analisi dell'efficienza dell'utilizzo di alimentatori switching (SMPS) rispetto ai PS di potenza realizzati con tecnologia tradizionale.

I principali svantaggi dell'IP di potenza sono caratteristiche di peso e dimensioni elevate, nonché un effetto significativo su altri dispositivi REE di un forte campo magnetico di 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 l'IIP soddisfa i requisiti nel modo più completo, il che è confermato dal loro ampio utilizzo in REA.

L'articolo considera un SMPS con una potenza di 800 W, che si differenzia dagli altri SMPS utilizzando transistor ad effetto di campo e un trasformatore con un avvolgimento primario con un'uscita media nel convertitore. I FET forniscono una maggiore efficienza e una riduzione del rumore ad alta frequenza, mentre il trasformatore del 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 dell'SMPS. L'intera struttura si presenta come un modulo installato in una cassa di alluminio. Dopo i test iniziali, sono state individuate una serie di carenze: un notevole riscaldamento dei radiatori dei transistor chiave, la difficoltà di rimuovere il calore dai potenti resistori domestici e le grandi dimensioni.

Il design è stato migliorato: è stato modificato il design della scheda di controllo utilizzando componenti a montaggio superficiale su una scheda bifacciale, la sua installazione perpendicolare sulla scheda principale; l'uso di un radiatore con una ventola incorporata da un computer; tutti gli elementi del circuito sottoposti a sollecitazioni termiche sono stati appositamente posizionati su un lato del case lungo la direzione di soffiaggio della ventola principale per un raffreddamento più efficace. A seguito del perfezionamento, le dimensioni dell'IPP sono diminuite tre volte e sono state eliminate le carenze individuate durante i test iniziali. Il campione modificato presenta le seguenti caratteristiche: tensione di alimentazione Upit=~180-240 V, frequenza fwork=90 kHz, potenza di uscita 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 a frequenza 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 UMZCH. Per questo è stata effettuata un'analisi della progettazione del circuito dei dispositivi di riproduzione del suono. La scelta è stata interrotta sullo schema ad alta fedeltà UMZCH.

Questo amplificatore ha prestazioni molto elevate, contiene dispositivi di protezione da sovraccarico e cortocircuito, dispositivi per mantenere il potenziale zero di una 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, i cui riferimenti si possono trovare in quasi tutta la letteratura relativa all'assemblaggio di dispositivi per la riproduzione musicale 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 progetto di alimentazione che fornisse una potenza di uscita di almeno 800 W, dimensioni e peso ridotti, affidabilità nel funzionamento e protezione da sovraccarico e cortocircuito.

Gli alimentatori sono costruiti principalmente secondo due schemi: classico tradizionale e secondo lo schema dei convertitori di tensione a commutazione. Pertanto, si è deciso di assemblare e perfezionare il progetto di un alimentatore switching.

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 di tensione da AC a DC (raddrizzatori);
• * trasduttori di tensione AC (trasformatori);
• * Convertitori CC-CA (inverter).

Gli alimentatori secondari sono costruiti principalmente secondo due schemi: classico tradizionale e secondo lo schema dei convertitori di tensione a impulsi. Lo svantaggio principale degli MT di potenza, realizzati secondo lo schema classico tradizionale, sono le loro caratteristiche di peso e dimensioni elevate, nonché un effetto significativo su altri dispositivi REE di un 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 REA. L'analisi ha mostrato che l'IIP soddisfa i requisiti nel modo più completo, il che è confermato dal loro ampio utilizzo in REA.

I trasformatori degli alimentatori switching si differenziano da quelli tradizionali per: - alimentazione con tensione rettangolare; forma complicata di avvolgimenti (conduttori di punto medio) e funzionamento a frequenze più alte (fino a diverse decine di kHz). Inoltre, i parametri del trasformatore hanno un impatto significativo sul funzionamento 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 delle sovratensioni sui transistor, che possono portare alla loro rottura; la corrente a vuoto riduce l'efficienza del convertitore e peggiora il regime termico dei transistor. Le caratteristiche annotate vengono prese in considerazione durante il calcolo e la progettazione dei trasformatori SMPS.

In questo articolo viene considerato un alimentatore switching con una potenza di 800 W. Si differenzia da quelli descritti in precedenza per l'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 rumore 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 un tale progetto di circuito è l'alta tensione sulle metà dell'avvolgimento primario, che richiede l'uso di transistor con la tensione consentita appropriata. 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.

Gli alimentatori a commutazione (UPS) utilizzano convertitori ad alta frequenza a uno e due tempi. L'efficienza del primo è inferiore rispetto al secondo, quindi non è consigliabile progettare UPS a ciclo singolo con una potenza superiore a 40 ... 60 W. I convertitori push-pull consentono di ottenere molta più potenza in uscita con un'elevata efficienza. Sono divisi in diversi gruppi, caratterizzati dal metodo di eccitazione dei transistor chiave di uscita e dal circuito per includerli nel circuito dell'avvolgimento primario del trasformatore del convertitore. Se parliamo del metodo di eccitazione, si possono distinguere due gruppi: con autoeccitazione ed eccitazione esterna.

I primi sono meno popolari a causa delle difficoltà di insediamento. Quando si progettano UPS potenti (più di 200 W), la complessità della loro fabbricazione aumenta irragionevolmente, quindi sono di scarsa utilità per tali alimentatori. I convertitori ad eccitazione esterna sono adatti per applicazioni UPS ad alta potenza e talvolta richiedono poca o nessuna manutenzione. Per quanto riguarda il collegamento dei transistor chiave al trasformatore, qui ci sono tre schemi: il cosiddetto semiponte (Fig. 1, a), ponte (Fig. 1, b). Ad oggi, il convertitore a mezzo ponte più utilizzato.

Richiede due transistor con un Ukemax a tensione relativamente bassa. Come si può vedere dalla Fig. 1a, i condensatori C1 e C2 formano un partitore di tensione, a cui è collegato l'avvolgimento primario (I) del trasformatore T2. Quando si apre il transistor 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 diagonalmente a coppie. Questo convertitore ha un'efficienza leggermente superiore a causa di un aumento della tensione fornita all'avvolgimento primario del trasformatore e, quindi, di 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 us.

Di particolare rilievo è il convertitore secondo lo schema di Fig. 1c, che si distingue per 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 potenti UPS. L'ampiezza degli impulsi di tensione nella metà dell'avvolgimento primario aumenta al valore Upit - Uke us.

Da notare inoltre che, a differenza di altri convertitori, non necessita di un trasformatore di isolamento in ingresso. Nel dispositivo secondo lo schema di Fig. 1c, è necessario utilizzare transistor con un valore massimo di Uke elevato. 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 valore assoluto) all'ampiezza della tensione sulla prima, ma di segno opposto rispetto a Upit. In altre parole, la tensione al collettore del transistor chiuso VT2 raggiunge 2Upit. pertanto, il suo Uke max deve essere maggiore di 2Upit. Nell'UPS proposto viene utilizzato un convertitore push-pull con trasformatore, il cui avvolgimento primario ha una potenza media. Ha alta efficienza, bassa ondulazione e irradia debolmente interferenze nello spazio circostante.

STABILIZZAZIONE DELLE TENSIONE DI USCITA
ALIMENTAZIONE A IMPULSI

L'ARTICOLO E' PREPARATO SULLA BASE DEL LIBRO DI A. V. GOLOVKOV e V. B LYUBITSKY "ALIMENTATORI PER MODULI DI SISTEMA DEL TIPO IBM PC-XT/AT" EDITORE "LAD i N"

Il circuito di stabilizzazione della tensione di uscita nella classe UPS in esame è un circuito di controllo automatico chiuso (Fig. 31). Questo ciclo include:
schema di controllo 8;
preamplificatore abbinato allo stadio 9;
trasformatore di controllo DT;
stadio di potenza 2;
trasformatore a impulsi di potenza RT;
blocco raddrizzatore 3;
soffocare la comunicazione intercanale 4;
unità filtrante 5;
partitore di tensione di retroazione 6;
divisore di tensione di riferimento 7.
Il circuito di controllo 8 comprende le seguenti unità funzionali:
amplificatore di segnale di errore 8.1 con circuito di correzione Zk;
Comparatore PWM (modulatore) 8.2;
generatore di tensione a dente di sega (oscillatore) 8.3;
sorgente di tensione stabilizzata di riferimento Uref 8.4.
Durante il funzionamento, l'amplificatore del segnale di errore 8.1 confronta il segnale di uscita del partitore di tensione b con la tensione di riferimento del partitore 7. Il segnale di errore amplificato viene inviato al modulatore di larghezza di impulso 8.2, che controlla lo stadio pre-terminale della potenza amplificatore 9, il quale, a sua volta, fornisce un segnale di controllo modulato al convertitore dello stadio di potenza 2 tramite il trasformatore di controllo DT. Lo stadio di potenza è alimentato da un circuito senza trasformatore. La tensione alternata della rete di alimentazione viene rettificata dal raddrizzatore di rete 1 e alimentata allo stadio di potenza, dove viene livellata dai condensatori del rack capacitivo. Parte della tensione di uscita dello stabilizzatore viene confrontata con una tensione di riferimento costante e quindi la differenza risultante (segnale di mismatch) viene amplificata con l'introduzione di un'opportuna compensazione. Il modulatore di larghezza di impulso 8.2 converte il segnale di controllo analogico in un segnale modulato di larghezza di impulso con un duty cycle variabile. Nella classe considerata di UPS, il circuito modulatore confronta il segnale proveniente dall'uscita dell'amplificatore del segnale di errore con la tensione a dente di sega, che è ottenuta da un apposito generatore 8.3.

Figura 31. Il circuito di controllo di un tipico alimentatore switching basato sul chip di controllo TL494.

Figura 32. Regolazione del livello delle tensioni di uscita dell'UPS PS-200B.

Figura 33. Regolazione del livello delle tensioni di uscita dell'UPS LPS-02-150XT.

Figura 34. Regolazione del livello di tensione di uscita dell'UPS Appis.

Figura 35. Regolazione del livello della tensione di uscita dell'UPS GT-200W.

Tuttavia, il caso più comune è quando non vi è alcuna regolazione che consenta di influenzare le tensioni di uscita dell'unità. In questo caso, la tensione su uno qualsiasi degli ingressi 1 o 2 viene scelta arbitrariamente nell'intervallo da +2,5 a +5 V e la tensione sull'ingresso rimanente viene selezionata utilizzando un resistore shunt ad alto ohm in modo che l'unità produca il tensioni di uscita specificate nel passaporto nella modalità di carico nominale. Riso. 35 illustra il caso di selezione del livello di tensione di riferimento, fig. 34 - mostra il caso di selezione del livello del segnale di feedback. In precedenza è stato notato che il valore dell'instabilità della tensione di uscita sotto l'influenza di eventuali fattori destabilizzanti (variazioni della corrente di carico, della tensione di alimentazione e della temperatura ambiente) potrebbe essere ridotto aumentando il guadagno del circuito di retroazione (guadagno dell'amplificatore DA3 ).
Tuttavia, il valore massimo del guadagno DA3 è limitato dalla condizione di stabilità. Poiché sia ​​l'UPS che il carico contengono elementi reattivi (induttanza o capacità) che accumulano energia, nei modi transitori l'energia viene ridistribuita tra questi elementi. Questa circostanza può portare al fatto che, in determinati parametri degli elementi, il processo transitorio di determinazione delle tensioni di uscita dell'UPS assumerà il carattere di oscillazioni non smorzate o la quantità di overshoot nella modalità transitoria raggiungerà valori inaccettabili.

Figura 36. Transitori (oscillatori e aperiodici) della tensione di uscita dell'UPS durante una brusca variazione della corrente di carico (a) e della tensione di ingresso (b).

Sulla fig. 36 mostra i transitori della tensione di uscita durante una brusca variazione della corrente di carico e della tensione di ingresso. L'UPS funziona stabilmente se la tensione di uscita riprende ad assumere un valore stabile dopo la cessazione del disturbo che lo ha portato fuori dallo stato originario (Fig. 37, a).

Figura 37. Transitori della tensione di uscita dell'UPS in sistemi stabili (a) e instabili (b).

Se questa condizione non è soddisfatta, il sistema è instabile (Fig. 37.6). Garantire la stabilità dell'alimentatore switching è condizione necessaria per il suo normale funzionamento. Il processo transitorio, a seconda dei parametri dell'UPS, è oscillatorio o aperiodico, mentre la tensione di uscita dell'UPS ha un certo valore di overshoot e il tempo transitorio. La deviazione della tensione di uscita dal valore nominale viene rilevata nell'elemento di misura del circuito di retroazione (nell'UPS in esame viene utilizzato come elemento di misura un partitore resistivo collegato al bus della tensione di uscita +5V). A causa dell'inerzia del circuito di regolazione, il valore nominale della tensione di uscita viene impostato con un certo ritardo. In questo caso, lo schema di controllo dell'inerzia continuerà per qualche tempo la sua influenza nella stessa direzione. Di conseguenza, si verifica un overshoot, ad es. deviazione della tensione di uscita dal suo valore nominale nella direzione opposta alla deviazione originale. Il circuito di controllo inverte nuovamente la tensione di uscita e così via. Per garantire la stabilità dell'anello di controllo della tensione di uscita dell'UPS con una durata minima del processo transitorio, viene corretta la caratteristica ampiezza-frequenza dell'amplificatore di errore DA3. Questo viene fatto utilizzando circuiti RC, inclusi come circuito di feedback negativo, che coprono l'amplificatore DA3. Esempi di tali catene correttive sono mostrati in fig. 38.

Figura 38. Esempi di configurazione di circuiti RC correttivi per l'amplificatore di errore di tensione DA3.

Per ridurre il livello di interferenza, sul lato secondario dell'alimentatore switching sono installati circuiti RC aperiodici. Soffermiamoci più in dettaglio sul principio della loro azione.
Il processo transitorio di corrente attraverso i diodi raddrizzatori nei momenti di commutazione avviene sotto forma di eccitazione d'urto (Fig. 39, a).

Figura 39. Diagrammi di temporizzazione della tensione del diodo di ripristino inverso:
a) - senza catena RC; b) - in presenza di una catena RC.

PRINCIPALI PARAMETRI DI ALIMENTAZIONE INTERRUTTORE PER IBM		Vengono considerati i parametri principali degli alimentatori a commutazione, viene fornita la piedinatura del connettore, il principio di funzionamento da una tensione di rete di 110 e 220 volt,
		Sono descritti in dettaglio il microcircuito TL494, il circuito di commutazione e i casi d'uso per il controllo degli interruttori di potenza degli alimentatori a commutazione.
CONTROLLO DEI TASTI DI ACCENSIONE DELL'ALIMENTATORE DI PENNA CON L'AIUTO DI TL494		Vengono descritti i principali metodi per controllare i circuiti di base dei transistor di potenza degli alimentatori a commutazione, le opzioni per la costruzione di raddrizzatori di potenza secondari.
STABILIZZAZIONE DELLE TENSIONE DI USCITA DELL'ALIMENTAZIONE A IMPULSI		Vengono descritte le opzioni per l'utilizzo degli amplificatori di errore TL494 per la stabilizzazione delle tensioni di uscita, viene descritto il principio di funzionamento dell'induttanza di stabilizzazione del gruppo.
SCHEMI DI PROTEZIONE		Vengono descritte diverse opzioni per la costruzione di sistemi per la protezione degli alimentatori ad impulsi dal sovraccarico.
SCHEMA "PARTENZA LENTA".		Vengono descritti i principi della formazione dell'avviamento graduale e della generazione di tensione POWER GOOD.
ESEMPIO DI COSTRUZIONE DI UNO DEGLI ALIMENTATORI PULSATI		Una descrizione completa dello schema elettrico e del suo funzionamento di un alimentatore switching