Surse de alimentare comutatoare descendente. Avantajul comutării surselor de alimentare față de cele liniare

Sursele de alimentare cu comutare (SMPS) sunt cele mai utilizate astăzi și sunt utilizate cu succes în toate dispozitivele radio-electronice moderne.

Figura 3 prezintă o schemă bloc a unei surse de alimentare în comutație realizată după un circuit tradițional.Redresoarele secundare sunt realizate după un circuit cu semiundă. Numele acestor noduri dezvăluie scopul lor și nu au nevoie de explicații. Componentele principale ale circuitului primar sunt: ​​filtrul de intrare, redresor de tensiune de rețea și convertor de tensiune de alimentare redresat HF ​​cu transformator.

Filtru redresor de linie

Transformator

convertor RF

Redresoare secundare

Filtru de intrare

Figura 3 - Schema bloc a unei surse de alimentare cu impulsuri

Principiul principal care stă la baza activității IIP este transformarea rețelei Tensiune AC 220 volți și o frecvență de 50 Hz într-o tensiune dreptunghiulară alternativă de înaltă frecvență, care este transformată la valorile cerute, rectificată și filtrată.

Conversia se realizează folosind un tranzistor puternic care funcționează în modul comutator și un transformator de impulsuri, formând împreună un circuit convertor RF. În ceea ce privește designul circuitului, există două opțiuni posibile de convertizor: prima este realizată conform unui circuit auto-oscilator de impuls (de exemplu, acesta a fost utilizat în UPS-urile televizoarelor) și a doua cu control extern(utilizat în majoritatea dispozitivelor radio-electronice moderne).

Deoarece frecvența convertorului este de obicei selectată de la 18 la 50 kHz, dimensiunile transformatorului de impuls și, în consecință, întreaga sursă de alimentare, sunt destul de compacte, ceea ce este un parametru important pentru echipamentele moderne.O diagramă simplificată a unui impuls convertizorul cu control extern este prezentat în Figura 4.

Figura 4 - Diagramă schematică alimentare cu impulsuri cu o unitate de alimentare.

Convertorul este realizat pe tranzistorul VT1 și transformatorul T1. Tensiunea de rețea este furnizată prin filtrul de rețea (SF) la redresorul de rețea (SV), unde este redresată, filtrată de condensatorul de filtru (SF) și prin înfășurarea W1 a transformatorului T1 este alimentată la colectorul tranzistorului. VT1. Când un impuls dreptunghiular este aplicat circuitului de bază al tranzistorului, tranzistorul se deschide și un curent crescând trece prin el eu j. Același curent va curge prin înfășurarea W1 a transformatorului T1, ceea ce va duce la creșterea fluxului magnetic în miezul transformatorului, în timp ce în înfășurarea secundară W2 a transformatorului este indusă o fem de autoinducție. În cele din urmă, o tensiune pozitivă va apărea la ieșirea diodei VD. Mai mult, dacă creștem durata impulsului aplicat bazei tranzistorului VT1, tensiunea din circuitul secundar va crește, deoarece va fi eliberată mai multă energie, iar dacă durata este redusă, tensiunea va scădea corespunzător. Astfel, prin modificarea duratei impulsului în circuitul de bază al tranzistorului, putem modifica tensiunile de ieșire ale înfășurării secundare T1 și, prin urmare, stabilizăm tensiunile de ieșire ale sursei de alimentare. Singurul lucru care este necesar pentru aceasta este un circuit care va genera impulsuri de declanșare și va controla durata lor (latitudine). Un controler PWM este utilizat ca atare circuit. PWM – modularea lățimii impulsului.

Pentru a stabiliza tensiunile de ieșire ale UPS-ului, circuitul controlerului PWM „trebuie să cunoască” magnitudinea tensiunilor de ieșire. În aceste scopuri, se utilizează un lanț de urmărire (sau un lanț). părere), realizat pe optocupler U1 și rezistență R2. O creștere a tensiunii în circuitul secundar al transformatorului T1 va duce la o creștere a intensității radiației LED și, prin urmare, la o scădere a rezistenței de joncțiune a fototranzistorului (parte a optocuplerului U1). Care, la rândul său, va duce la o creștere a căderii de tensiune pe rezistorul R2, care este conectat în serie cu fototranzistorul și la o scădere a tensiunii la pinul 1 al controlerului PWM. O scădere a tensiunii face ca circuitul logic inclus în controlerul PWM să mărească durata impulsului până când tensiunea de la primul pin corespunde parametrilor specificați. Când tensiunea scade, procesul este invers.

UPS-ul folosește două principii pentru implementarea circuitelor de urmărire - „direct” și „indirect”. Metoda descrisă mai sus se numește „directă”, deoarece tensiunea de feedback este eliminată direct de la redresorul secundar. Cu urmărirea „indirectă”, tensiunea de feedback este eliminată din înfășurarea suplimentară a transformatorului de impuls (Figura 5).

Figura 5 - Schema schematică a unei surse de alimentare cu impulsuri cu o unitate de alimentare.

O scădere sau creștere a tensiunii pe înfășurarea W2 va duce la o schimbare a tensiunii pe înfășurarea W3, care este, de asemenea, aplicată prin rezistența R2 la pinul 1 al controlerului PWM.

Protecție SMPS împotriva scurtcircuitului.

Scurtcircuit (scurtcircuit) in Sarcina UPS. În acest caz, toată energia furnizată circuitului secundar al UPS-ului se va pierde, iar tensiunea de ieșire va fi aproape zero. În consecință, circuitul controlerului PWM va încerca să mărească durata impulsului pentru a ridica nivelul acestei tensiuni la valoarea corespunzătoare. Ca urmare, tranzistorul VT1 va rămâne deschis din ce în ce mai mult, iar curentul care trece prin el va crește. În cele din urmă, acest lucru va duce la defectarea acestui tranzistor. UPS-ul oferă protecție pentru tranzistorul convertor împotriva supraîncărcărilor de curent în astfel de situații de urgență. Se bazează pe un rezistor Rprotection, conectat în serie la circuitul prin care circulă curentul colectorului Ik. O creștere a curentului Ik care curge prin tranzistorul VT1 va duce la o creștere a căderii de tensiune pe acest rezistor și, în consecință, tensiunea furnizată pinului 2 al controlerului PWM va scădea de asemenea. Când această tensiune scade la un anumit nivel, care corespunde curentului maxim admisibil al tranzistorului, circuitul logic al controlerului PWM nu va mai genera impulsuri la pinul 3 și sursa de alimentare va intra în modul de protecție sau, cu alte cuvinte, va întoarce oprit.

În concluzie, este necesar să ne oprim în detaliu asupra avantajelor UPS-ului. După cum sa menționat deja, frecvența convertorului de impulsuri este destul de mare și, prin urmare, dimensiunile totale ale transformatorului de impulsuri sunt reduse, ceea ce înseamnă, oricât de paradoxal ar părea, costul unui UPS este mai mic decât al unei surse de alimentare tradiționale, deoarece consum mai mic de metal pentru miezul magnetic și cupru pentru înfășurări, chiar dacă numărul de piese din UPS crește. Un alt avantaj al UPS-ului este capacitatea mică a condensatorului filtrului redresorului secundar în comparație cu o sursă de alimentare convențională. Reducerea capacității a fost posibilă prin creșterea frecvenței. Și, în sfârșit, eficiența unei surse de alimentare în comutație ajunge la 80%. Acest lucru se datorează faptului că UPS-ul consumă energie din rețeaua electrică numai atunci când tranzistorul convertor este deschis; atunci când este închis, energia este transferată la sarcină datorită descărcării condensatorului filtrului circuitului secundar.

Dezavantajele includ complexitatea crescută a circuitului UPS și o creștere a zgomotului de impuls emis de UPS. Creșterea interferenței se datorează faptului că tranzistorul convertor funcționează în modul comutator. În acest mod, tranzistorul este o sursă de zgomot de impuls care apare în timpul proceselor tranzitorii ale tranzistorului. Acesta este un dezavantaj al oricărui tranzistor care funcționează în modul de comutare. Dar dacă tranzistorul funcționează cu tensiuni joase (de exemplu, logica tranzistorului cu o tensiune de 5V), aceasta nu este o problemă; în cazul nostru, tensiunea aplicată la colectorul tranzistorului este de aproximativ 315 V. Pentru a combate această interferență, UPS-ul folosește filtre pentru circuite de rețea mai complexe decât într-o sursă de alimentare convențională.

Domeniul de aplicare al surselor de alimentare cu comutare în viața de zi cu zi este în continuă extindere. Astfel de surse sunt folosite pentru a alimenta toate echipamentele moderne de uz casnic și informatic, pentru a implementa surse de alimentare neîntreruptibile, încărcătoare pentru baterii în diverse scopuri, implementarea sistemelor de iluminat de joasa tensiune si pentru alte nevoi.

În unele cazuri, achiziționarea unei surse de alimentare gata făcută nu este foarte acceptabilă din punct de vedere economic sau tehnic și asamblarea unei surse de comutare cu propriile mele mâini este cea mai bună cale de ieșire din această situație. Această opțiune este simplificată de disponibilitatea largă a modernului element de bază la preturi mici.

Cele mai populare în viața de zi cu zi sunt sursele de impulsuri alimentate de rețea standard curent alternativși o ieșire puternică de joasă tensiune. Schema bloc a unei astfel de surse este prezentată în figură.

Redresorul rețelei CB transformă tensiunea alternativă a rețelei de alimentare în tensiune continuă și netezește ondulațiile tensiunii redresate la ieșire. Convertorul VChP de înaltă frecvență transformă tensiunea redresată în tensiune alternativă sau unipolară, care are forma unor impulsuri dreptunghiulare de amplitudinea necesară.

Ulterior, această tensiune, fie direct, fie după redresare (VN), este furnizată unui filtru de netezire, la ieșirea căruia este conectată o sarcină. VChP este controlat de un sistem de control care primește un semnal de feedback de la redresorul de sarcină.

Această structură a dispozitivului poate fi criticată datorită prezenței mai multor etape de conversie, ceea ce reduce eficiența sursei. Cu toate acestea, cu alegerea corectă a elementelor semiconductoare și calculul și fabricarea de înaltă calitate a unităților de înfășurare, nivelul pierderilor de putere în circuit este scăzut, ceea ce permite obținerea unor valori reale de eficiență de peste 90%.

Scheme schematice ale surselor de alimentare comutate

Soluțiile pentru blocurile structurale includ nu numai rațiunea alegerii opțiunilor de implementare a circuitului, ci și recomandari practice prin alegerea elementelor principale.

Pentru a rectifica tensiunea de rețea monofazată, utilizați una dintre cele trei scheme clasice prezentate în figură:

• jumătate de undă;
• zero (undă plină cu un punct de mijloc);
• pod cu jumătate de val.

Fiecare dintre ele are avantaje și dezavantaje care determină domeniul de aplicare.

Circuit cu jumătate de undă Se caracterizează prin ușurință în implementare și un număr minim de componente semiconductoare. Principalele dezavantaje ale unui astfel de redresor sunt o cantitate semnificativă de ondulare a tensiunii de ieșire (în cel rectificat există doar o jumătate de undă a tensiunii de rețea) și un coeficient de redresare scăzut.

Factorul de rectificare Kv determinat de raportul tensiunii medii la ieșirea redresorului Udк valoarea efectivă a tensiunii rețelei de fază Uph.

Pentru un circuit cu semiundă Kv=0,45.

Pentru a netezi ondularea la ieșirea unui astfel de redresor, sunt necesare filtre puternice.

Circuit zero sau cu undă completă cu punct de mijloc, deși necesită un număr de două ori mai mare de diode redresoare, totuși, acest dezavantaj este compensat în mare măsură de nivelul mai scăzut de ondulare a tensiunii redresate și de o creștere a coeficientului de redresare la 0,9.

Principalul dezavantaj al unei astfel de scheme de utilizare în condiții casnice este necesitatea de a organiza punctul de mijloc al tensiunii de rețea, ceea ce implică prezența unui transformator de rețea. Dimensiunile și greutatea sa se dovedesc a fi incompatibile cu ideea unei surse de pulsuri de casă de dimensiuni mici.

Circuit de punte cu val întreg rectificarea are aceiași indicatori în ceea ce privește nivelul de ondulare și coeficientul de rectificare ca și circuitul zero, dar nu necesită o conexiune la rețea. Acest lucru compensează și principalul dezavantaj - numărul dublat de diode redresoare, atât din punct de vedere al eficienței, cât și al costului.

Pentru a netezi ondulațiile de tensiune redresate, cea mai bună soluție este utilizarea unui filtru capacitiv. Utilizarea acestuia vă permite să ridicați valoarea tensiunii redresate la valoarea amplitudinii rețelei (la Uph = 220V Ufm = 314V). Dezavantajele unui astfel de filtru sunt considerate a fi cantitati mari curenti de impuls elemente redresoare, dar acest dezavantaj nu este critic.

Selectarea diodelor redresoare se efectuează în funcție de curentul direct mediu Ia și tensiunea inversă maximă U BM.

Luând valoarea coeficientului de ondulare a tensiunii de ieșire Kp = 10%, obținem valoarea medie a tensiunii redresate Ud = 300V. Luând în considerare puterea de sarcină și eficiența convertorului RF (pentru calcul, se ia 80%, dar în practică va fi mai mare, acest lucru va permite o anumită marjă).

Ia este curentul mediu al diodei redresoare, Рн este puterea de sarcină, η este randamentul convertorului RF.

Maxim tensiune inversă Elementul redresor nu depășește valoarea amplitudinii tensiunii rețelei (314V), ceea ce permite utilizarea componentelor cu o valoare de U BM =400V cu o marjă semnificativă. Puteți folosi atât diode discrete, cât și punți redresoare gata făcute de la diverși producători.

Pentru a asigura o ondulație dată (10%) la ieșirea redresorului, capacitatea condensatoarelor filtrului este luată la o rată de 1 μF per 1 W de putere de ieșire. Sunt folosite condensatoare electrolitice cu o tensiune maximă de minim 350V. Recipiente filtrante pt capacități diverse sunt date în tabel.

Convertor de înaltă frecvență: funcțiile și circuitele sale

Convertorul de înaltă frecvență este un convertor de comutare cu un singur ciclu sau push-pull (invertor) cu un transformator de impulsuri. Variante ale circuitelor convertoare RF sunt prezentate în figură.

Circuit cu un singur capăt. În ciuda numărului minim de elemente de putere și a ușurinței de implementare, are mai multe dezavantaje.

1. Transformatorul din circuit funcționează într-o buclă de histerezis privată, ceea ce necesită o creștere a dimensiunii și a puterii generale;
2. Pentru a asigura puterea de ieșire, este necesar să se obțină o amplitudine semnificativă a curentului de impuls care curge prin comutatorul semiconductor.

Circuitul și-a găsit cea mai mare aplicație în dispozitivele de putere redusă, unde influența acestor dezavantaje nu este atât de semnificativă.

Pentru a schimba sau instala singur un nou contor, nu sunt necesare abilități speciale. Alegerea celui potrivit va asigura contorizarea corectă a consumului de curent și va crește securitatea rețelei electrice de acasă.

În condițiile moderne de asigurare a iluminatului atât în ​​interior, cât și în exterior, senzorii de mișcare sunt din ce în ce mai folosiți. Acest lucru nu numai că adaugă confort și comoditate caselor noastre, dar ne permite și să economisim semnificativ. Puteți afla sfaturi practice despre alegerea locului de instalare și scheme de conectare.

Circuit push-pull cu punctul central al transformatorului (push-pull). A primit al doilea nume din versiunea în limba engleză (push-pull) a fișei postului. Circuitul nu are dezavantajele versiunii cu un singur ciclu, dar are propriile sale - un design complicat al transformatorului (este necesară producerea de secțiuni identice ale înfășurării primare) și cerințe crescute pentru tensiune maxima chei. În rest, soluția merită atenție și este utilizată pe scară largă în comutarea surselor de alimentare, realizată manual și nu numai.

Circuit de jumătate de punte push-pull. Parametrii circuitului sunt similari cu circuitul cu un punct de mijloc, dar nu necesită o configurație complexă a înfășurărilor transformatorului. Dezavantajul inerent al circuitului este necesitatea de a organiza punctul de mijloc al filtrului redresor, ceea ce presupune o creștere de patru ori a numărului de condensatori.

Datorită ușurinței sale de implementare, circuitul este cel mai utilizat în comutarea surselor de alimentare cu putere de până la 3 kW. La capacitati mari costul condensatorilor de filtru devine inacceptabil de mare în comparație cu comutatoarele cu invertor cu semiconductor, iar un circuit de punte se dovedește a fi cel mai profitabil.

Circuit de punte push-pull. Parametrii sunt similari cu alte circuite push-pull, dar nu este nevoie să creați „puncte medii” artificiale. Prețul pentru aceasta este dublu față de numărul de întrerupătoare de alimentare, ceea ce este benefic din punct de vedere economic și tehnic pentru construirea puternică. surse de puls.

Selectarea comutatoarelor cu invertor se efectuează în funcție de amplitudinea curentului colector (de scurgere) I KMAX și a tensiunii maxime colector-emițător U KEMAKH. Pentru calcul se utilizează puterea de sarcină și raportul de transformare al transformatorului de impulsuri.

Cu toate acestea, mai întâi este necesar să se calculeze transformatorul în sine. Transformatorul de impulsuri este realizat pe un miez din ferită, permalloy sau fier transformator răsucit într-un inel. Pentru puteri de până la câțiva kW, miezurile de ferită de tip inel sau în formă de W sunt destul de potrivite. Transformatorul este calculat pe baza puterii necesare și a frecvenței de conversie. Pentru a elimina aspectul zgomotului acustic, este recomandabil să mutați frecvența de conversie în afara domeniului audio (faceți-o peste 20 kHz).

Trebuie amintit că la frecvențe apropiate de 100 kHz, pierderile în miezurile magnetice de ferită cresc semnificativ. Calculul transformatorului în sine nu este dificil și poate fi găsit cu ușurință în literatură. Câteva rezultate pentru diferite surse de putere și circuite magnetice sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Calculul a fost făcut pentru o frecvență de conversie de 50 kHz. Este de remarcat faptul că atunci când funcționează la frecvențe înalte, există un efect al deplasării curentului la suprafața conductorului, ceea ce duce la o scădere. zona eficientaînfăşurări Pentru a preveni acest tip de probleme și pentru a reduce pierderile în conductori, este necesar să se facă o înfășurare a mai multor conductori cu o secțiune transversală mai mică. La o frecvență de 50 kHz, diametrul admisibil al firului de înfășurare nu depășește 0,85 mm.

Cunoscând puterea de sarcină și raportul de transformare, puteți calcula curentul în înfășurarea primară a transformatorului și curentul maxim de colector al comutatorului de alimentare. Tensiunea de pe tranzistor în stare închisă este selectată mai mare decât tensiunea redresată furnizată la intrarea convertorului RF cu o anumită marjă (U KEMAKH >=400V). Pe baza acestor date, sunt selectate cheile. În prezent cea mai bună opțiune este utilizarea tranzistoarelor de putere IGBT sau MOSFET.

Pentru diodele redresoare de pe partea secundară, trebuie respectată o regulă - frecvența lor maximă de funcționare trebuie să depășească frecvența de conversie. În caz contrar, eficiența redresorului de ieșire și a convertizorului în ansamblu va scădea semnificativ.

Videoclip despre realizarea unui dispozitiv simplu de alimentare cu impulsuri

Alimentare cu comutare- Acest sistem invertor, în care tensiunea AC de intrare este redresată, iar apoi tensiunea DC rezultată este convertită în impulsuri frecventa inaltași setați ciclul de funcționare, care sunt de obicei furnizate unui transformator de impulsuri.

Transformatoarele de impulsuri sunt fabricate după același principiu ca și transformatoarele de joasă frecvență, doar miezul nu este oțel (plăci de oțel), ci materiale feromagnetice - miezuri de ferită.

Orez. Cum funcționează o sursă de alimentare comutată?

Comutarea tensiunii de ieșire a sursei de alimentare stabilizat, acest lucru se face prin feedback negativ, care vă permite să păstrați tensiunea de iesire la același nivel chiar și atunci când tensiunea de intrare și puterea de sarcină la ieșirea unității se modifică.

Verso conexiune negativă poate fi implementat folosind una dintre înfășurările suplimentare dintr-un transformator de impulsuri sau folosind un optocupler care este conectat la circuitele de ieșire ale sursei de alimentare. Utilizarea unui optocupler sau a uneia dintre înfășurările transformatorului vă permite să implementați izolare galvanică dintr-o rețea de tensiune alternativă.

Principalele avantaje ale surselor de alimentare cu comutare (SMPS):

• greutate redusă a structurii;
• dimensiuni mici;
• de mare putere;
• Eficiență ridicată;
• cost scăzut;
• stabilitate ridicată;
• gamă largă de tensiuni de alimentare;
• multe soluții de componente gata făcute.

Dezavantajele SMPS includ faptul că astfel de surse de alimentare sunt surse de interferență, acest lucru se datorează principiului de funcționare al circuitului convertor. Pentru a elimina parțial acest dezavantaj, se folosește ecranarea circuitului. De asemenea, din cauza acestui dezavantaj, în unele dispozitive se utilizează de acest tip sursele de alimentare nu sunt posibile.

Sursele de alimentare comutatoare au devenit practic un atribut indispensabil al oricărui modern aparate electrocasnice consumând energie din rețea peste 100 W. Calculatoarele, televizoarele și monitoarele se încadrează în această categorie.

Pentru a crea surse de alimentare cu comutație, exemple de implementări specifice ale cărora vor fi date mai jos, sunt utilizate soluții speciale de circuite.

Astfel, pentru a elimina curenții prin tranzistoarele de ieșire ale unor surse de alimentare cu comutație, se utilizează o formă specială de impulsuri și anume impulsuri bipolare dreptunghiulare cu un interval de timp între ele.

Durata acestui interval trebuie să fie mai mare decât timpul de resorbție a purtătorilor minoritari în baza tranzistoarelor de ieșire, altfel acești tranzistori vor fi deteriorați. Lățimea impulsurilor de control poate fi modificată folosind feedback pentru a stabiliza tensiunea de ieșire.

De obicei, pentru a asigura fiabilitatea în comutarea surselor de alimentare, acestea folosesc tranzistoare de înaltă tensiune, care din cauza caracteristici tehnologice nu diferă în bine (au frecvente joase comutare, coeficienți scăzuti de transfer de curent, curenți de scurgere semnificativi, căderi mari de tensiune la joncțiunea colectorului în stare deschisă).

Acest lucru este valabil mai ales pentru modelele învechite de tranzistoare domestice, cum ar fi KT809, KT812, KT826, KT828 și multe altele. Merită spus că în anul trecut a apărut un înlocuitor demn tranzistoare bipolare, folosit în mod tradițional în etapele de ieșire ale surselor de alimentare comutate.

Acestea sunt tranzistoare speciale cu efect de câmp de înaltă tensiune de producție internă și, în principal, străină. În plus, există numeroase microcircuite pentru comutarea surselor de alimentare.

Circuit generator de impulsuri cu lățime reglabilă

Impulsurile simetrice bipolare de lățime reglabilă pot fi obținute folosind un generator de impulsuri conform circuitului din Fig. 1. Dispozitivul poate fi utilizat în circuite pentru auto-reglarea puterii de ieșire a surselor de alimentare comutatoare. Cipul DD1 (K561LE5/K561 LAT) conține un generator de impulsuri dreptunghiulare cu un ciclu de lucru de 2.

Simetria impulsurilor generate se realizează prin reglarea rezistenței R1. Frecventa de operare generatorul (44 kHz), dacă este necesar, poate fi schimbat prin selectarea capacității condensatorului C1.

Orez. 1. Circuitul unui modelator de impulsuri simetrice bipolare cu durată reglabilă.

Comparatoarele de tensiune sunt asamblate pe elementele DA1.1, DA1.3 (K561KTZ); pe DA1.2, DA1.4 - taste de ieșire. Intrările comutatoarelor comparatoare DA1.1, DA1.3 sunt alimentate în antifază prin formarea lanțurilor de diode RC (R3, C2, VD2 și R6, SZ, VD5) impulsuri pătrate.

Încărcarea condensatoarelor C2, SZ are loc conform unei legi exponențiale prin R3 și, respectiv, R5; descărcare - aproape instantaneu prin diodele VD2 și VD5. Când tensiunea la condensatorul C2 sau SZ atinge pragul de funcționare al comutatoarelor comparatoare DA1.1 sau DA1.3, respectiv, acestea sunt pornite și rezistențele R9 și R10, precum și intrările de control ale tastelor DA1.2 și DA1.4, sunt conectate la polul pozitiv al sursei de nutriție.

Întrucât comutatoarele sunt pornite în antifază, o astfel de comutare are loc strict unul câte unul, cu o pauză între impulsuri, ceea ce elimină posibilitatea trecerii curentului prin întrerupătoarele DA1.2 și DA1.4 și prin tranzistoarele convertizorului controlate de acestea, dacă generatorul de impulsuri bipolar este utilizat într-un circuit de alimentare cu comutare.

Controlul neted al lățimii impulsului se realizează prin aplicarea simultană a unei tensiuni de pornire (inițiale) la intrările comparatoarelor (condensatoare C2, SZ) de la potențiometrul R5 prin lanțurile rezistive la diode VD3, R7 și VD4, R8. Nivelul maxim al tensiunii de control (lățimea maximă a impulsului de ieșire) este stabilit prin selectarea rezistenței R4.

Rezistența de sarcină poate fi conectată folosind un circuit de punte - între punctul de conectare al elementelor DA1.2, DA1.4 și condensatoarele Ca, Cb. Se pot aplica și impulsuri de la generator amplificator cu tranzistori putere.

Atunci când se utilizează un generator de impulsuri bipolar într-un circuit de alimentare cu comutație, divizorul rezistiv R4, R5 ar trebui să includă un element de reglare - un tranzistor cu efect de câmp, o fotodiodă optocupler etc., care permite, atunci când curentul de sarcină scade/crește, să ajustează automat lățimea impulsului generat, controlând astfel puterea convertorului de ieșire.

Ca exemplu implementare practică Oferim descrieri și diagrame ale unora dintre ele pentru comutarea surselor de alimentare.

Circuitul de alimentare cu comutare

Alimentare cu comutare(Fig. 2) constă din redresoare de tensiune de rețea, un oscilator principal, un model de impuls dreptunghiular cu durată reglabilă, un amplificator de putere în două trepte, redresoare de ieșire și un circuit de stabilizare a tensiunii de ieșire.

Oscilatorul master este realizat pe un microcircuit de tip K555LAZ (elementele DDI .1, DDI .2) si produce impulsuri dreptunghiulare cu o frecventa de 150 kHz. Un declanșator RS este asamblat pe elementele DD1.3, DD1.4, a căror frecvență de ieșire este la jumătate mai mică - 75 kHz. Unitatea de control al duratei impulsului de comutare este implementată pe un microcircuit de tip K555LI1 (elementele DD2.1, DD2.2), iar durata este reglată cu ajutorul optocuplerului U1.

Etapa de ieșire a modelatorului de impulsuri de comutare este asamblată folosind elementele DD2.3, DD2.4. Putere maxima la ieșirea modelului de impuls ajunge la 40 mW. Preamplificator puterea se face pe tranzistoarele VT1, VT2 tip KT645A, iar cea finală - pe tranzistoarele VT3, VT4 tip KT828 sau mai moderne. Puterea de ieșire a cascadelor este de 2, respectiv 60...65 W.

Un circuit pentru stabilizarea tensiunii de ieșire este asamblat folosind tranzistoarele VT5, VT6 și optocuplerul U1. Dacă tensiunea la ieșirea sursei de alimentare este sub normal (12 V), diodele zener VD19, VD20 (KS182+KS139) sunt închise, tranzistorul VT5 este închis, tranzistorul VT6 este deschis, un curent trece prin LED (U1). .2) a optocuplatorului, limitată de rezistența R14; Rezistența fotodiodei (U1.1) a optocuplerului este minimă.

Semnalul preluat de la ieșirea elementului DD2.1 și furnizat la intrările circuitului de coincidență DD2.2 direct și printr-un element de întârziere reglabil (R3 - R5, C4, VD2, U1.1), datorită constantei de timp mici. , ajunge aproape simultan la intrările potrivirilor de circuit (element DD2.2).

La ieșirea acestui element, se formează impulsuri largi de control. Pe înfășurarea primară a transformatorului T1 se formează impulsuri bipolare cu durată reglabilă (ieșirile elementelor DD2.3, DD2.4).

Orez. 2. Circuitul de alimentare cu comutare.

Dacă, din orice motiv, tensiunea la ieșirea sursei de alimentare crește peste normal, curentul va începe să circule prin diodele zener VD19, VD20, tranzistorul VT5 se va deschide ușor, VT6 se va închide, reducând curentul prin LED-ul optocupler U1.2 .

În acest caz, rezistența fotodiodei optocuplerului U1.1 crește. Durata impulsurilor de control scade, iar tensiunea de ieșire (puterea) scade. Când sarcina este scurtcircuitată, LED-ul optocuplerului se stinge, rezistența fotodiodei optocuplerului este maximă, iar durata impulsurilor de control este minimă. Butonul SB1 este conceput pentru a porni circuitul.

La durata maximă, impulsurile de control pozitive și negative nu se suprapun în timp, deoarece există un interval de timp între ele datorită prezenței rezistenței R3 în circuitul de formare.

Acest lucru reduce probabilitatea trecerii curenților prin tranzistoare de ieșire cu frecvență relativ joasă a etapei finale de amplificare a puterii, care au mare vreme resorbţia excesului de purtători în tranziție de bază. Tranzistoarele de ieșire sunt instalate pe radiatoare cu aripioare cu o suprafață de cel puțin 200 cm^2. Este recomandabil să instalați rezistențe de 10...51 Ohmi în circuitele de bază ale acestor tranzistoare.

Etapele de amplificare a puterii si circuitul de generare a impulsurilor bipolare sunt alimentate de redresoare realizate pe diode VD5 - VD12 si elemente R9 - R11, C6 - C9, C12, VD3, VD4.

Transformatoarele T1, T2 sunt realizate pe inele de ferită K10x6x4,5 ZOOONM; TZ - K28x16x9 ZOOONM. Înfășurarea primară a transformatorului T1 conține 165 de spire de sârmă PELSHO 0,12, înfășurarea secundară conține 2×65 de spire de PEL-2 0,45 (înfășurare în două fire).

Înfășurarea primară a transformatorului T2 conține 165 de spire de sârmă PEV-2 de 0,15 mm, înfășurările secundare conțin 2x40 de spire ale aceluiași fir. Înfășurarea primară a transformatorului TZ conține 31 de spire de sârmă MGShV, filetate într-un cambric și având o secțiune transversală de 0,35 mm^2, înfășurarea secundară are 3 × 6 spire de sârmă PEV-2 de 1,28 mm ( conexiune paralelă). Când conectați înfășurările transformatorului, este necesar să le fazați corect. Începuturile înfășurărilor sunt afișate în figură cu asteriscuri.

Sursa de alimentare este operațională în domeniul de tensiune de rețea de 130…250 V. Puterea maximă de ieșire cu o sarcină simetrică ajunge la 60…65 W (tensiune stabilizată de polaritate pozitivă și negativă 12 S și tensiune AC stabilizată cu o frecvență de 75 kHz, scos din înfăşurarea secundară a transformatorului T3) . Tensiunea de ondulare la ieșirea sursei de alimentare nu depășește 0,6 V.

La instalarea unei surse de alimentare, tensiunea de la rețea este furnizată acesteia printr-un transformator de izolare sau un stabilizator ferorezonant cu o ieșire izolată de rețea. Toată readerarea în sursă se poate face numai atunci când dispozitivul este complet deconectat de la rețea.

Se recomandă aprinderea unei lămpi cu incandescență de 60 W 220 V în serie cu treapta de ieșire în timpul instalării dispozitivului.Această lampă va proteja tranzistoarele de ieșire în cazul unor erori de instalare. Optocuplerul U1 trebuie să aibă o tensiune de rupere a izolației de cel puțin 400 V. Nu este permisă funcționarea dispozitivului fără sarcină.

Sursă de alimentare cu comutare în rețea

Sursa de alimentare cu comutare de rețea (Fig. 3) este proiectată pentru aparate telefonice cu ID automat al apelantului sau pentru alte dispozitive cu un consum de energie de 3...5W, alimentate la o tensiune de 5...24V.

Sursa de alimentare este protejată împotriva scurtcircuitului la ieșire. Instabilitatea tensiunii de ieșire nu depășește 5% atunci când tensiunea de alimentare se schimbă de la 150 la 240 V și curentul de sarcină este între 20... 100% din valoarea nominală.

Un generator de impulsuri controlat furnizează un semnal cu o frecvență de 25...30 kHz pe baza tranzistorului VT3.

Choke-urile L1, L2 și L3 sunt înfășurate pe miezuri magnetice de tip K10x6x3 din permaloy presat MP140. Înfășurările inductoare L1, L2 conțin 20 de spire de sârmă PETV de 0,35 mm și sunt situate fiecare pe propria jumătate a inelului cu un spațiu între înfășurări de cel puțin 1 mm.

Choke L3 este înfășurat cu un fir PETV de 0,63 mm pentru a se întoarce într-un singur strat de-a lungul perimetrului interior al inelului. Transformatorul T1 este realizat pe un miez magnetic B22 din ferita M2000NM1.

Orez. 3. Diagrama unei surse de alimentare cu comutare de rețea.

Înfășurările sale sunt înfășurate pe un cadru pliabil, se rotesc cu fir PETV și sunt impregnate cu lipici. Prima înfășurare I este înfășurată în mai multe straturi, conținând 260 de spire de sârmă de 0,12 mm. O înfășurare de ecranare cu un terminal este înfășurată cu același fir (fig. 3 arată linie punctata), apoi aplicați lipici BF-2 și înfășurați-l cu un strat de Lakot-Kani.

Înfăşurarea III este înfăşurată cu sârmă de 0,56 mm. Pentru o tensiune de ieșire de 5V, conține 13 spire. Înfășurarea II este înfășurată ultima. Contine 22 de spire de sarma 0,15...0,18 mm. Între cupe este prevăzut un spațiu nemagnetic.

Sursă de tensiune constantă de înaltă tensiune

Pentru a crea o tensiune înaltă (30...35 kV la un curent de sarcină de până la 1 mA) pentru a alimenta un candelabru electroefluvial (candelabru A.L. Chizhevsky), este proiectată o sursă de alimentare. curent continuu bazat cip specializat tip K1182GGZ.

Sursa de alimentare constă dintr-un redresor de tensiune de rețea punte de diode VD1, condensator de filtru C1 și un auto-oscilator cu jumătate de punte de înaltă tensiune pe un cip DA1 de tip K1182GGZ. Cipul DA1, împreună cu transformatorul T1, transformă tensiunea de rețea redresată direct în tensiune pulsată de înaltă frecvență (30...50 kHz).

Tensiunea de rețea redresată este furnizată microcircuitului DA1, iar circuitul de pornire R2, C2 pornește auto-oscilatorul microcircuitului. Lanțurile R3, SZ și R4, C4 stabilesc frecvența generatorului. Rezistoarele R3 și R4 stabilizează durata semiciclurilor impulsurilor generate. Tensiunea de ieșire este mărită prin înfășurarea L4 a transformatorului și alimentată la un multiplicator de tensiune folosind diode VD2 - VD7 și condensatoare C7 - C12. Tensiunea redresată este furnizată sarcinii prin rezistența de limitare R5.

Condensatorul de filtru de linie C1 este proiectat pentru o tensiune de funcționare de 450 V (K50-29), C2 - de orice tip pentru o tensiune de 30 V. Condensatorii C5, C6 sunt selectați în intervalul 0,022...0,22 μF pentru o tensiune de minim 250 V (K71-7, K73 -17). Condensatoare multiplicatoare C7 - C12 tip KVI-3 pentru tensiune 10 kV. Este posibil să-l înlocuiți cu condensatoare de tipuri K15-4, K73-4, POV și altele cu o tensiune de funcționare de 10 kV sau mai mare.

Orez. 4. Schema circuitului unei surse de curent continuu de înaltă tensiune.

Diode de înaltă tensiune VD2 - VD7 tip KTs106G (KTs105D). Rezistor limitator R5 tip KEV-1. Poate fi înlocuit cu trei rezistențe de tip MLT-2 de 10 MOhm fiecare.

Un transformator de linie de televiziune, de exemplu, TVS-110LA, este folosit ca transformator. Înfășurarea de înaltă tensiune este lăsată, restul sunt îndepărtate și în locul lor sunt plasate înfășurări noi. Înfășurările L1, L3 conțin fiecare 7 spire de sârmă PEL de 0,2 mm, iar înfășurarea L2 conține 90 de spire ale aceluiași fir.

Se recomandă includerea unui lanț de rezistențe R5, care limitează curentul de scurtcircuit, în firul „negativ”, care este conectat la candelabru. Acest fir trebuie să aibă izolație de înaltă tensiune.

corector de factor de putere

Dispozitivul, numit corector de factor de putere (Fig. 5), este asamblat pe baza unui microcircuit specializat TOP202YA3 (Power Integration) și oferă un factor de putere de cel puțin 0,95 cu o putere de sarcină de 65 W. Corectorul aduce forma curentului consumat de sarcină mai aproape de una sinusoidală.

Orez. 5. Circuit corector factor de putere bazat pe microcircuitul TOP202YA3.

Tensiunea maximă de intrare este de 265 V. Frecvența medie a convertorului este de 100 kHz. Eficiența corectorului este de 0,95.

Alimentare comutată cu microcircuit

Schema unei surse de alimentare cu un microcircuit de la aceeași companie Power Integration este prezentată în Fig. 6. Aparatul folosește limitator de tensiune semiconductor- 1,5KE250A.

Convertorul asigură izolarea galvanică a tensiunii de ieșire de tensiunea de rețea. Cu valorile nominale și elementele indicate în diagramă, dispozitivul vă permite să conectați o sarcină care consumă 20 W la o tensiune de 24 V. Eficiența convertorului se apropie de 90%. Frecvența de conversie - 100 Hz. Aparatul este protejat de scurtcircuite sub sarcină.

Orez. 6. Schema de circuit a unei surse de alimentare comutatoare de 24 V pe un microcircuit de la Power Integration.

Puterea de ieșire a convertorului este determinată de tipul de microcircuit utilizat, ale cărui principale caracteristici sunt prezentate în tabelul 1.

Tabel 1. Caracteristici ale microcircuitelor seria TOP221Y - TOP227Y.

Convertor de tensiune simplu și foarte eficient

Bazat pe unul dintre microcircuitele TOP200/204/214 de la Power Integration, un simplu și convertor de tensiune de înaltă eficiență(Fig. 7) cu putere de ieșire de până la 100 W.

Orez. 7. Circuitul unui convertor Buck-Boost de impulsuri bazat pe microcircuitul TOP200/204/214.

Convertorul conține filtru de rețea(C1, L1, L2), un redresor în punte (VD1 - VD4), convertorul în sine U1, un circuit de stabilizare a tensiunii de ieșire, redresoare și un filtru LC de ieșire.

Filtrul de intrare L1, L2 este înfăşurat în două fire pe un inel de ferită M2000 (2×8 spire). Inductanța bobinei rezultate este de 18...40 mH. Transformatorul T1 este realizat pe un miez de ferită cu un cadru standard ETD34 de la Siemens sau Matsushita, deși pot fi folosite și alte miezuri importate precum EP, EC, EF sau miezuri domestice de ferită în formă de W M2000.

Înfășurarea I are 4×90 spire PEV-2 0,15 mm; II - 3x6 din același fir; III - 2×21 spire PEV-2 0,35 mm. Toate înfășurările sunt înfășurate tură în tură. Trebuie asigurată izolație fiabilă între straturi.

Spre deosebire de sursele de alimentare liniare tradiționale, care implică stingerea excesului de tensiune nestabilizată pe un element liniar de trecere, sursele de alimentare cu impulsuri utilizează alte metode și fenomene fizice pentru a genera o tensiune stabilizată, și anume: efectul acumulării de energie în inductori, precum și posibilitatea de transformare de înaltă frecvență și conversie a energiei acumulate în tensiune continuă. Există trei circuite tipice pentru construirea surselor de alimentare cu impulsuri: step-up (tensiune de ieșire mai mare decât intrarea) Fig. 1,

Orez. 1. Amplificați alimentarea cu comutare (Uout>Uin).

coborâre (tensiune de ieșire mai mică decât intrare)

Orez. 2. Sursă de alimentare comutată descendente (Uout

Sursă de alimentare comutată descendente (Uout

Orez. 3. Inversarea sursei de alimentare comutatoare (Uout

După cum se poate observa din figură, ele diferă doar prin modul în care conectează inductanța; în caz contrar, principiul de funcționare rămâne neschimbat, și anume.

Element cheie (de obicei bipolar sau tranzistoare MOS), care funcționează cu o frecvență de ordinul a 20-100 kHz, periodic pentru o perioadă scurtă de timp (nu mai mult de 50% din timp) aplică tensiunea nestabilizată de intrare completă la inductor. Curent de impuls. curgând prin bobină asigură acumularea de rezerve de energie în câmpul său magnetic de 1/2LI^2 la fiecare impuls. - energia stocata in acest fel din bobina este transferata in sarcina (fie direct, folosind o dioda redresoare, fie prin infasurarea secundara cu redresare ulterioara), condensatorul filtrului de netezire a iesirii asigura constanta tensiunii si curentului de iesire. Se asigură stabilizarea tensiunii de ieșire reglare automată lățimea sau rata de repetiție a pulsului per elementul cheie(un circuit de feedback este proiectat pentru a monitoriza tensiunea de ieșire).

Această schemă, deși destul de complexă, poate crește semnificativ eficiența întregului dispozitiv. Ideea este că, în în acest caz,, cu excepția sarcinii în sine, nu există elemente de putere în circuit care să disipeze o putere semnificativă. Tranzistoarele cheie funcționează în modul de comutare saturată (adică, căderea de tensiune pe ele este mică) și disipă puterea doar în intervale de timp destul de scurte (timp de impuls). În plus, prin creșterea frecvenței de conversie, este posibilă creșterea semnificativă a puterii și îmbunătățirea caracteristicilor de greutate și dimensiune.

Un avantaj tehnologic important al surselor de alimentare cu impulsuri este capacitatea de a construi pe baza lor surse de alimentare de rețea de dimensiuni mici, cu izolație galvanică de rețea, pentru a alimenta o mare varietate de echipamente. Astfel de surse de alimentare sunt construite fără utilizarea unui transformator de putere voluminos de joasă frecvență, folosind un circuit convertor de înaltă frecvență. Acesta este, de fapt, un circuit obișnuit de alimentare în comutație cu reducere a tensiunii, în care tensiunea de rețea redresată este utilizată ca tensiune de intrare și un transformator de înaltă frecvență (de dimensiuni mici și cu randament ridicat) este utilizat ca element de stocare, de la înfășurarea secundară a cărei tensiune stabilizată de ieșire este îndepărtată (acest transformator asigură și izolarea galvanică de rețea).

Dezavantajele surselor de alimentare cu impulsuri includ: prezența nivel inalt zgomot de impuls la ieșire, complexitate ridicată și fiabilitate scăzută (în special în producția artizanală), necesitatea de a utiliza componente scumpe de înaltă tensiune, de înaltă frecvență, care, în cazul celei mai mici defecțiuni, eșuează cu ușurință „în masă” (în acest caz , de regulă, se pot observa efecte pirotehnice impresionante). Celor cărora le place să se adâncească în interiorul dispozitivelor cu o șurubelniță și un fier de lipit, vor trebui să fie extrem de atenți atunci când proiectează surse de alimentare cu comutare de rețea, deoarece multe elemente ale unor astfel de circuite sunt sub tensiune înaltă.

SURSE DE ALIMENTARE PULS

Este cunoscut faptul că sursele de alimentare sunt o parte integrantă a dispozitivelor de inginerie radio, care sunt supuse unui număr de cerințe; ele reprezintă un complex de elemente, instrumente și aparate care generează energie electrică și o transformă în forma necesară pentru a asigura condițiile de funcționare necesare dispozitivelor radio.

Sursele de energie sunt împărțite în două grupe: surse primare și secundare: Sursele primare sunt dispozitive care convertesc diferite tipuri de energie în energie electrică (generatoare de mașini electrice, surse de curent electrochimic, convertoare fotoelectrice și termoionice etc.).

Dispozitivele secundare de alimentare sunt convertoare de același tip energie electrica altcuiva. Acestea includ: convertoare de tensiune AC-DC (redresoare); Convertoare de tensiune AC (transformatoare); convertoare tensiune DC la AC (invertoare).

Sursele de alimentare reprezintă în prezent 30 până la 70% din masa și volumul total al echipamentelor electronice. Prin urmare, problema creării unui dispozitiv de alimentare în miniatură, ușor și fiabil, cu indicatori tehnici și economici buni, este importantă și relevantă. Această lucrare este dedicată dezvoltării unei surse de alimentare secundare (SPS) cu greutate și dimensiuni minime și caracteristici tehnice ridicate.

O condiție prealabilă pentru proiectarea surselor de alimentare secundare este cunoașterea clară a cerințelor pentru acestea. Aceste cerințe sunt foarte diverse și sunt determinate de caracteristicile de funcționare ale acelor complexe REA care sunt alimentate de o anumită SRE. Principalele cerințe sunt: ​​pentru proiectare - fiabilitate, mentenanță, restricții de dimensiune și greutate, condiții termice; la caracteristicile tehnice şi economice – cost şi fabricabilitate.

Principalele direcții de îmbunătățire a greutății, dimensiunilor și indicatorilor tehnici și economici ai IP: utilizarea celor mai noi materiale electrice; aplicarea elementului de bază folosind tehnologia integral-hibridă; creșterea frecvenței de conversie a energiei electrice; caută noi soluții eficiente de circuit. Pentru a selecta un circuit de alimentare, a fost efectuată o analiză a eficienței utilizării surselor de alimentare în comutație (PSS) în comparație cu PS-urile de putere realizate folosind tehnologia tradițională.

Principalele dezavantaje ale transformatoarelor de putere sunt caracteristicile lor mari de greutate și dimensiune, precum și impactul semnificativ asupra altor dispozitive electronice de o putere puternică. camp magnetic transformatoare de putere. Problema cu SMPS este crearea de interferențe de înaltă frecvență și, ca urmare a acesteia, incompatibilitatea electromagnetică cu anumite tipuri de echipamente electronice. Analiza a arătat că SMPS îndeplinesc pe deplin cerințele, ceea ce este confirmat de utilizarea lor pe scară largă în REA.

Lucrarea are în vedere un SMPS de 800 W, care diferă de alte SMPS prin utilizarea sa într-un convertor tranzistoare cu efect de câmpși un transformator cu o înfășurare primară având o bornă de mijloc. Tranzistoarele cu efect de câmp oferă o eficiență mai mare și nivel redus interferențe de înaltă frecvență și un transformator cu un terminal de mijloc - jumătate din curentul prin tranzistoarele cheie și elimină necesitatea unui transformator de izolare în circuitele de poartă.

Pe baza principiului ales schema electrica a fost dezvoltat un design și a fost fabricat un prototip SMPS. Întreaga structură este prezentată sub forma unui modul instalat în carcasa din aluminiu. După testele inițiale, au fost identificate o serie de deficiențe: încălzirea vizibilă a radiatoarelor tranzistoarelor cheie, dificultatea de a elimina căldura de la rezistențele domestice puternice și dimensiunile mari.

Designul a fost îmbunătățit: designul plăcii de control folosind componente a fost modificat montaj de suprafață pe o placă cu două fețe, instalarea sa perpendiculară pe placa principală; utilizarea unui radiator cu ventilator încorporat de la un computer; toate elementele tensionate termic ale circuitului au fost amplasate special pe o parte a carcasei de-a lungul direcției de suflare a ventilatorului principal pentru cel mai mare răcire eficientă. Ca urmare a modificării, dimensiunile IPP au fost reduse de trei ori și au fost eliminate deficiențele identificate în timpul testelor inițiale. Proba modificată are următoarele caracteristici: tensiune de alimentare Up = ~ 180-240 V, frecventa fr = 90 kHz, putere de iesire P = 800 W, randament = 85%, greutate = 2,1 kg, dimensiuni de gabarit 145X145X80 mm.

Această lucrare este dedicată proiectării unei surse de alimentare cu comutație concepută pentru a alimenta un amplificator de putere frecventa audio, parte a unui sistem audio de acasă de mare putere. Crearea unui sistem de reproducere a sunetului acasă a început cu alegerea unui design de circuit pentru UMZCH. În acest scop, a fost efectuată o analiză a proiectării circuitelor dispozitivelor de reproducere a sunetului. Alegerea a fost făcută pe circuitul UMZCH de înaltă fidelitate.

Acest amplificator are caracteristici foarte înalte, conține dispozitive de protecție împotriva suprasarcinii și scurtcircuitelor, dispozitive pentru menținerea potențialului zero de tensiune constantă la ieșire și un dispozitiv de compensare a rezistenței firelor care leagă amplificatorul la acustică. În ciuda faptului că circuitul UMZCH a fost publicat cu mult timp în urmă, radioamatorii își repetă până astăzi designul, referințe la care pot fi găsite în aproape orice literatură referitoare la asamblarea dispozitivelor pentru redarea muzicii de înaltă calitate. Pe baza acestui articol, s-a decis asamblarea unui UMZCH cu patru canale, al cărui consum total de energie a fost de 800 W. Prin urmare, următoarea etapă în asamblarea UMZCH a fost dezvoltarea și asamblarea unui design de alimentare care să ofere o putere de ieșire de cel puțin 800 W, dimensiuni și greutate reduse, fiabilitate în funcționare și protecție împotriva suprasarcinii și scurtcircuitelor.

Sursele de alimentare sunt construite în principal după două scheme: clasică tradițională și după schema convertoarelor de tensiune în impulsuri. Prin urmare, s-a decis asamblarea și rafinarea designului unei surse de alimentare comutatoare.

Studiul surselor secundare de energie. Sursele de energie sunt împărțite în două grupe: surse de alimentare primare și secundare.

Sursele primare sunt dispozitive care convertesc diferite tipuri de energie în energie electrică (generatoare de mașini electrice, surse de curent electrochimic, convertoare fotoelectrice și termoionice etc.).

Dispozitivele secundare de putere sunt convertoare ale unui tip de energie electrică în altul. Acestea includ:

• * Convertoare de tensiune AC la DC (redresoare);
• * Convertoare de tensiune AC (transformatoare);
• * Convertoare DC-AC (invertoare).

Sursele de alimentare secundare sunt construite în principal după două scheme: clasică tradițională și după schema convertoarelor de tensiune în impuls. Principalul dezavantaj al transformatoarelor de putere realizate conform designului clasic tradițional este caracteristicile lor mari de greutate și dimensiune, precum și influența semnificativă a câmpului magnetic puternic al transformatoarelor de putere asupra altor dispozitive electronice. Problema cu SMPS este crearea lor de interferență de înaltă frecvență și, ca urmare a acesteia, incompatibilitatea electromagnetică cu anumite tipuri de echipamente electronice. Analiza a arătat că SMPS îndeplinesc pe deplin cerințele, ceea ce este confirmat de utilizarea lor pe scară largă în REA.

Transformatoarele surselor de alimentare în comutație se deosebesc de cele tradiționale prin următoarele: - alimentare cu tensiune dreptunghiulară; forma complicată a înfășurărilor (bornele punctului mijlociu) și lucrați la frecvente mai mari(până la câteva zeci de kHz). În plus, parametrii transformatorului au un impact semnificativ asupra modului de funcționare dispozitive semiconductoareși caracteristicile convertorului. Astfel, inductanța de magnetizare a transformatorului crește timpul de comutare al tranzistoarelor; inductanța de scurgere (cu un curent care se schimbă rapid) provoacă supratensiuni pe tranzistoare, ceea ce poate duce la defectarea acestora; Curentul fără sarcină reduce eficiența convertorului și înrăutățește condițiile termice ale tranzistoarelor. Caracteristicile notate sunt luate în considerare la calcularea și proiectarea transformatoarelor SMPS.

Această lucrare examinează blocarea pulsului Sursa de alimentare de 800 W. Diferă de cele descrise mai devreme prin utilizarea tranzistoarelor cu efect de câmp și a unui transformator cu o înfășurare primară cu o bornă de mijloc în convertor. Primul oferă o eficiență mai mare și un nivel redus de interferență de înaltă frecvență, iar al doilea furnizează jumătate din curent prin tranzistoarele cheie și elimină necesitatea unui transformator de izolare în circuitele de poartă.

Dezavantajul acestei soluții de circuit este tensiunea ridicată pe jumătățile înfășurării primare, care necesită utilizarea de tranzistori cu tensiunea admisă adecvată. Adevărat, spre deosebire de un convertor de punte, în acest caz sunt suficiente doi tranzistori în loc de patru, ceea ce simplifică designul și crește eficiența dispozitivului.

Sursele de alimentare cu comutare (UPS) folosesc un singur și doi cicluri convertoare de înaltă frecvență. Eficiența primului este mai mică decât a celui din urmă, deci monociclu Capacitate UPS Este imposibil să proiectați mai mult de 40...60 W. Convertoarele push-pull fac posibilă obținerea semnificativ mai mare putere de iesire la randament ridicat. Ele sunt împărțite în mai multe grupuri, caracterizate prin metoda de excitare a tranzistorilor cheie de ieșire și circuitul de conectare a acestora la circuitul înfășurării primare a transformatorului convertor. Dacă vorbim despre metoda de excitare, putem distinge două grupuri: cu auto-excitare și excitare externă.

Primele sunt mai puțin populare din cauza dificultăților de stabilire. Atunci când se proiectează UPS-uri puternice (mai mult de 200 W), complexitatea fabricării lor crește în mod nejustificat, așa că sunt de puțin folos pentru astfel de surse de alimentare. Convertoarele excitate extern sunt potrivite pentru crearea UPS-urilor putere crescutăși uneori nu necesită aproape nicio ajustare. În ceea ce privește conectarea tranzistoarelor cheie la un transformator, există trei circuite: așa-numita semi-punte (Fig. 1, a), punte (Fig. 1, b). Astăzi, convertorul cu jumătate de punte este cel mai utilizat.

Necesită doi tranzistori cu relativ puțin valoare ridicata tensiune Ukemax. După cum se poate vedea din Fig. 1a, condensatoarele C1 și C2 formează un divizor de tensiune, la care este conectată înfășurarea primară (I) a transformatorului T2. Când tranzistorul cheie se deschide, amplitudinea impulsului de tensiune pe înfășurare atinge valoarea Upit/2 - Uke nas. Convertorul în punte este similar cu convertorul în jumătate de punte, dar în el condensatorii sunt înlocuiți cu tranzistorii VT3 și VT4 (Fig. 1b), care se deschid în perechi în diagonală. Acest convertor are o eficiență puțin mai mare datorită creșterii tensiunii furnizate înfășurării primare a transformatorului și, prin urmare, scăderii curentului care curge prin tranzistoarele VT1-VT4. Amplitudinea tensiunii pe înfășurarea primară a transformatorului atinge în acest caz valoarea Upit - 2Uke us.

De remarcat în special este convertorul conform circuitului din Fig. 1c, care se caracterizează prin cea mai mare eficiență. Acest lucru se realizează prin reducerea curentului înfășurării primare și, ca urmare, prin reducerea disipării de putere în tranzistoarele cheie, ceea ce este extrem de important pentru UPS-urile puternice. Amplitudinea de tensiune a impulsurilor în jumătate din înfășurarea primară crește la valoarea Upit - Uke us.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că, spre deosebire de alte convertoare, nu necesită un transformator de izolare de intrare. În dispozitivul conform circuitului din Fig. 1c, este necesar să se utilizeze tranzistori cu o valoare mare a Uke max. Deoarece sfârșitul jumătății superioare (conform diagramei) a înfășurării primare este conectată la începutul celei inferioare, atunci când curentul curge în primul dintre ele (VT1 este deschis), se creează o tensiune în a doua, egală ( în valoare absolută) la amplitudinea tensiunii de pe primul, dar opus în semn relativ la Upit. Cu alte cuvinte, tensiunea la colectorul tranzistorului închis VT2 ajunge la 2Upit. prin urmare, Uke max ar trebui să fie mai mare decât 2Upit. UPS-ul propus utilizează un convertor push-pull cu un transformator, a cărui înfășurare primară are o bornă de mijloc. Are eficiență ridicată, nivel scăzut pulsații și emite slab interferențe în zona înconjurătoare.