În majoritatea dispozitivelor electronice moderne, sursele de alimentare analogice (transformatoare) practic nu sunt utilizate; acestea au fost înlocuite cu convertoare de tensiune în impuls. Pentru a înțelege de ce s-a întâmplat acest lucru, este necesar să se ia în considerare caracteristicile de design, precum și punctele forte și punctele slabe ale acestor dispozitive. Vom vorbi și despre scopul principalelor componente ale surselor pulsate, vom da un exemplu simplu de implementare care poate fi asamblat manual.

Caracteristici de proiectare și principiu de funcționare

Dintre câteva modalități de a converti tensiunea în componentele electronice de alimentare, se pot distinge două dintre cele mai utilizate pe scară largă:

1. Analogic, al cărui element principal este un transformator coborâtor, pe lângă funcția principală, oferă și izolație galvanică.
2. principiul impulsului.

Să aruncăm o privire la diferența dintre aceste două opțiuni.

PSU bazat pe transformator de putere

Luați în considerare o diagramă bloc simplificată a acestui dispozitiv. După cum se poate observa din figură, la intrare este instalat un transformator coborâtor, cu ajutorul acestuia, amplitudinea tensiunii de alimentare este convertită, de exemplu, de la 220 V obținem 15 V. Următorul bloc este un redresor, acesta sarcina este de a converti curentul sinusoidal într-unul pulsat (armonica este afișată deasupra imaginii simbolice). În acest scop, se folosesc elemente semiconductoare redresoare (diode) conectate într-un circuit în punte. Principiul lor de funcționare poate fi găsit pe site-ul nostru.

Următorul bloc îndeplinește două funcții: netezește tensiunea (se folosește un condensator de capacitate adecvată în acest scop) și o stabilizează. Acesta din urmă este necesar pentru ca tensiunea să nu „cadă” odată cu creșterea sarcinii.

Schema bloc dată este mult simplificată, de regulă, acest tip de sursă are un filtru de intrare și circuite de protecție, dar acest lucru nu este esențial pentru explicarea funcționării dispozitivului.

Toate dezavantajele opțiunii de mai sus sunt legate direct sau indirect de elementul structural principal - transformatorul. În primul rând, greutatea și dimensiunile sale limitează miniaturizarea. Pentru a nu fi nefondat, dam ca exemplu un transformator coborator de 220/12 V cu o putere nominala de 250 W. Greutatea unei astfel de unități este de aproximativ 4 kilograme, dimensiunile sunt 125x124x89 mm. Vă puteți imagina cât ar cântări un încărcător de laptop bazat pe acesta.

În al doilea rând, prețul unor astfel de dispozitive depășește uneori de multe ori costul total al altor componente.

Dispozitive de impuls

După cum se poate observa din diagrama bloc prezentată în Figura 3, principiul de funcționare al acestor dispozitive diferă semnificativ de convertoarele analogice, în primul rând, prin absența unui transformator de intrare descendente.

Figura 3. Schema structurală a unei surse de alimentare comutatoare

Luați în considerare algoritmul unei astfel de surse:

• Protectorul de supratensiune este furnizat cu energie, sarcina acestuia este de a minimiza interferențele din rețea, atât la intrare, cât și la ieșire, rezultate din funcționare.
• În continuare, intră în funcțiune o unitate pentru conversia unei tensiuni sinusoidale într-o constantă pulsată și un filtru de netezire.
• În etapa următoare, un invertor este conectat la proces, sarcina acestuia este de a forma semnale dreptunghiulare de înaltă frecvență. Feedback-ul către invertor se realizează prin unitatea de control.
• Următorul bloc este IT, este necesar pentru modul generator automat, tensiunea de alimentare a circuitelor, protecție, controlul controlerului, precum și sarcina. În plus, sarcina IT este de a asigura izolarea galvanică între circuitele de înaltă și joasă tensiune.

Spre deosebire de un transformator descendente, miezul acestui dispozitiv este realizat din materiale ferimagnetice, acest lucru contribuind la transmiterea fiabilă a semnalelor RF, care pot fi în intervalul 20-100 kHz. O trăsătură caracteristică a IT este că atunci când este conectat, este esențial să porniți începutul și sfârșitul înfășurărilor. Dimensiunile mici ale acestui dispozitiv fac posibilă fabricarea dispozitivelor de dimensiuni miniaturale, ca exemplu, putem cita tubulatura electronică (balastul) unui LED sau lampă de economisire a energiei.

• Apoi, redresorul de ieșire intră în funcțiune, deoarece funcționează cu o tensiune de înaltă frecvență, procesul necesită elemente semiconductoare de mare viteză, prin urmare, diode Schottky sunt utilizate în acest scop.
• În faza finală, netezirea se realizează pe un filtru avantajos, după care se aplică tensiunea sarcinii.

Acum, așa cum am promis, vom lua în considerare principiul de funcționare al elementului principal al acestui dispozitiv - invertorul.

Cum funcționează un invertor?

Modularea RF poate fi realizată în trei moduri:

• frecvență-impuls;
• fază-impuls;
• lățimea impulsului.

În practică, se folosește ultima opțiune. Acest lucru se datorează atât simplității execuției, cât și faptului că PWM are o frecvență de comunicare constantă, spre deosebire de celelalte două metode de modulare. O diagramă bloc care descrie funcționarea controlerului este prezentată mai jos.

Algoritmul de funcționare a dispozitivului este următorul:

Generatorul de frecvență principal generează o serie de semnale dreptunghiulare, a căror frecvență corespunde celei de referință. Pe baza acestui semnal, se formează U P cu formă de dinte de ferăstrău, care este alimentat la intrarea comparatorului K PWM. A doua intrare a acestui dispozitiv este alimentată cu semnalul U US care vine de la amplificatorul de control. Semnalul generat de acest amplificator corespunde diferenței proporționale dintre U P (tensiune de referință) și U PC (semnal de control din circuitul de feedback). Adică, semnalul de control U US, de fapt, este o tensiune de nepotrivire cu un nivel care depinde atât de curentul de pe sarcină, cât și de tensiunea de pe aceasta (U OUT).

Această metodă de implementare vă permite să organizați un circuit închis care vă permite să controlați tensiunea de ieșire, adică, de fapt, vorbim despre o unitate funcțională liniar-discretă. La ieșirea sa se formează impulsuri, cu o durată în funcție de diferența dintre semnalul de referință și cel de control. Pe baza acesteia, se creează o tensiune pentru a controla tranzistorul cheie al invertorului.

Procesul de stabilizare a tensiunii de ieșire se realizează prin monitorizarea nivelului acesteia, atunci când se modifică, tensiunea semnalului de reglare U PC se modifică proporțional, ceea ce duce la creșterea sau scăderea duratei dintre impulsuri.

Ca urmare, are loc o modificare a puterii circuitelor secundare, ceea ce asigură stabilizarea tensiunii de ieșire.

Pentru a asigura siguranța, este necesară izolarea galvanică între rețeaua de alimentare și feedback. De regulă, optocuplele sunt utilizate în acest scop.

Punctele forte și punctele slabe ale surselor de impuls

Dacă comparăm dispozitive analogice și cu impulsuri de aceeași putere, atunci acestea din urmă vor avea următoarele avantaje:

• Dimensiune și greutate reduse, datorită absenței unui transformator coborâtor de joasă frecvență și a elementelor de control care necesită disiparea căldurii folosind radiatoare mari. Prin utilizarea tehnologiei de conversie a semnalului de înaltă frecvență, este posibilă reducerea capacității condensatoarelor utilizate în filtre, ceea ce permite instalarea unor elemente mai mici.
• Eficiență mai mare, deoarece pierderile principale sunt cauzate doar de tranzitorii, în timp ce în circuitele analogice se pierde constant multă energie în timpul conversiei electromagnetice. Rezultatul vorbește de la sine, o creștere a eficienței de până la 95-98%.
• Cost mai mic datorită utilizării elementelor semiconductoare mai puțin puternice.
• Gamă mai largă de tensiune de intrare. Acest tip de echipament nu necesită frecvență și amplitudine, prin urmare, este permisă conectarea la rețele de diferite standarde.
• Disponibilitatea unei protecții fiabile împotriva scurtcircuitului, suprasarcinii și a altor situații de urgență.

Dezavantajele tehnologiei de impuls includ:

Prezența interferenței RF, aceasta este o consecință a funcționării convertorului de înaltă frecvență. Un astfel de factor necesită instalarea unui filtru care suprimă interferența. Din păcate, funcționarea sa nu este întotdeauna eficientă, ceea ce impune unele restricții privind utilizarea dispozitivelor de acest tip în echipamente de înaltă precizie.

Cerințe speciale pentru sarcină, aceasta nu trebuie redusă sau mărită. De îndată ce nivelul curentului depășește pragul superior sau inferior, caracteristicile tensiunii de ieșire vor începe să difere semnificativ de cele standard. De regulă, producătorii (recent chiar chinezi) asigură astfel de situații și instalează o protecție adecvată în produsele lor.

Scopul aplicatiei

Aproape toată electronica modernă este alimentată de blocuri de acest tip, ca exemplu putem da:

Asamblam o unitate de alimentare cu impulsuri cu propriile noastre mâini

Luați în considerare un circuit simplu de alimentare, în care se aplică principiul de funcționare de mai sus.

Denumiri:

• Rezistoare: R1 - 100 Ohm, R2 - de la 150 kOhm la 300 kOhm (selectat), R3 - 1 kOhm.
• Capacitate: C1 și C2 - 0,01 uF x 630 V, C3 -22 uF x 450 V, C4 - 0,22 uF x 400 V, C5 - 6800 -15000 pF (selectat), 012 uF, C6 - 10 uF x 50 V, C7 - 220 uF x 25 V, C8 - 22 uF x 25 V.
• Diode: VD1-4 - KD258V, VD5 și VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
• Tranzistor VT1 - KT872A.
• Regulatorul de tensiune D1 este un cip KR142 cu indicele EH5 - EH8 (în funcție de tensiunea de ieșire necesară).
• Transformator T1 - se folosește un miez de ferită în formă de w cu dimensiuni de 5x5. Înfăşurarea primară este înfăşurată cu 600 de spire de sârmă Ø 0,1 mm, secundarul (bornele 3-4) conţine 44 de spire Ø 0,25 mm, iar ultima - 5 spire Ø 0,1 mm.
• Siguranță FU1 - 0,25A.

Setarea este redusă la selectarea valorilor R2 și C5, care asigură excitarea generatorului la o tensiune de intrare de 185-240 V.

Introducere

Sursele de alimentare comutatoare le înlocuiesc acum cu încredere pe cele liniare învechite. Motivul este performanța ridicată inerentă acestor surse de alimentare, compactitatea și performanța îmbunătățită de stabilizare.

Odată cu acele schimbări rapide care au suferit principiile de alimentare a echipamentelor electronice în ultimii ani, informațiile privind calculul, construcția și utilizarea surselor de alimentare în comutație devin din ce în ce mai relevante.

Recent, printre specialiștii din domeniul electronicii și ingineriei radio, precum și din producția industrială, sursele de alimentare cu comutație au câștigat o popularitate deosebită. A existat o tendință de a abandona transformatoarele tipice voluminoase și de a trece la modele de dimensiuni mici ale surselor de alimentare cu comutare, convertoare de tensiune, convertoare și invertoare.

În general, subiectul comutării surselor de alimentare este destul de relevant și interesant și este unul dintre cele mai importante domenii ale electronicii de putere. Această zonă a electronicii este promițătoare și se dezvoltă rapid. Iar scopul său principal este de a dezvolta dispozitive de putere puternice, care să îndeplinească cerințele moderne de fiabilitate, calitate, durabilitate, minimizarea greutății, dimensiunilor, consumului de energie și materiale. Trebuie remarcat faptul că aproape toate electronicele moderne, inclusiv toate tipurile de computere, echipamente audio, video și alte dispozitive moderne, sunt alimentate de surse de alimentare cu comutație compacte, ceea ce confirmă încă o dată relevanța dezvoltării ulterioare a acestui domeniu de surse de alimentare. .

Principiul de funcționare a comutării surselor de alimentare

Sursa de comutare este un sistem invertor. La comutarea surselor de alimentare, tensiunea de intrare AC este mai întâi rectificată. Tensiunea DC rezultată este convertită în impulsuri dreptunghiulare de frecvență crescută și un anumit ciclu de lucru, fie furnizate transformatorului (în cazul surselor de alimentare în impulsuri cu izolație galvanică de la rețea), fie direct la filtrul trece jos de ieșire (în impulsuri). surse de alimentare fără izolare galvanică). În sursele de alimentare cu impulsuri, pot fi utilizate transformatoare de dimensiuni mici - acest lucru se explică prin faptul că, odată cu creșterea frecvenței, eficiența transformatorului crește și cerințele pentru dimensiunile (secțiunea) miezului necesare pentru transferul puterii echivalente scad. În cele mai multe cazuri, un astfel de miez poate fi realizat din materiale feromagnetice, spre deosebire de miezurile transformatoarelor de joasă frecvență, care folosesc oțel electric.

Figura 1 - Schema structurală a unei surse de alimentare comutatoare

Tensiunea de rețea este furnizată redresorului, după care este netezită de un filtru capacitiv. De la condensatorul de filtru, a cărui tensiune crește, tensiunea redresată prin înfășurarea transformatorului este furnizată colectorului tranzistorului, care acționează ca o cheie. Dispozitivul de control asigură pornirea și oprirea periodică a tranzistorului. Pentru a porni în mod fiabil alimentatorul, se folosește un oscilator principal realizat pe un microcircuit. Impulsurile sunt alimentate la baza tranzistorului cheie și provoacă începerea ciclului de funcționare a oscilatorului. Dispozitivul de control este responsabil pentru monitorizarea nivelului tensiunii de ieșire, generând un semnal de eroare și, adesea, controlul direct al cheii. Microcircuitul master oscilator este alimentat de un lanț de rezistențe direct de la intrarea capacității de stocare, stabilizând tensiunea cu capacitatea de referință. Oscilatorul principal și tranzistorul cheie al circuitului secundar sunt responsabili pentru funcționarea optocuplerului. Cu cât tranzistoarele responsabile de funcționarea optocuplerului sunt mai deschise, cu atât amplitudinea impulsurilor de feedback este mai mică, cu atât tranzistorul de putere se va opri mai devreme și se va acumula mai puțină energie în transformator, ceea ce va determina creșterea tensiunii la ieșire. a sursei să se oprească. A venit modul de funcționare al sursei de alimentare, unde optocuplerul joacă un rol important, ca regulator și manager al tensiunilor de ieșire.

Specificațiile unei surse de alimentare industriale sunt mai stricte decât cele ale unei surse de alimentare convenționale de uz casnic. Acest lucru se exprimă nu numai în faptul că la intrarea sursei de alimentare acționează o tensiune trifazată ridicată, ci și în faptul că sursele de alimentare industriale trebuie să rămână operaționale cu o abatere semnificativă a tensiunii de intrare de la valoarea nominală, inclusiv scăderi și supratensiuni, precum și pierderea uneia sau a mai multor faze.

Figura 2 - Schema schematică a unei surse de alimentare comutatoare.

Schema funcționează după cum urmează. Intrarea trifazată poate fi cu trei fire, patru fire sau chiar monofazată. Redresorul trifazat este format din diode D1 - D8.

Rezistoarele R1 - R4 asigură protecție la supratensiune. Utilizarea rezistențelor de protecție cu deschidere la suprasarcină face inutilă utilizarea unor siguranțe separate. Tensiunea redresată de intrare este filtrată de un filtru în formă de U format din C5, C6, C7, C8 și L1.

Rezistoarele R13 și R15 egalizează tensiunea pe condensatorii filtrului de intrare.

Când MOSFET-ul U1 se deschide, potențialul sursei Q1 scade, curentul de poartă este furnizat de rezistențele R6, R7 și respectiv R8, capacitatea joncțiunilor VR1 ... VR3 deschide Q1. Dioda Zener VR4 limitează tensiunea sursă-portă aplicată la Q1. Când MOSFET U1 se închide, tensiunea de scurgere este limitată la 450 de volți de circuitul de clemă VR1, VR2, VR3. Orice tensiune suplimentară la capătul înfășurării va fi disipată de Q1. Această conexiune distribuie efectiv tensiunea totală redresată către Q1 și U1.

Circuitul de absorbție VR5, D9, R10 absoarbe tensiunea în exces pe înfășurarea primară din cauza inducției de scurgere a transformatorului în timpul funcționării inverse.

Redresarea ieșirii este efectuată de dioda D1. C2 - filtru de ieșire. L2 și C3 formează o a doua etapă de filtru pentru a reduce instabilitatea tensiunii de ieșire.

VR6 începe să conducă atunci când tensiunea de ieșire depășește căderea între VR6 și optocupler. O modificare a tensiunii de ieșire determină o modificare a curentului care curge prin dioda optocupler U2, care, la rândul său, provoacă o modificare a curentului prin tranzistorul optocupler U2. Când acest curent depășește pragul de pe pinul FB al U1, următorul ciclu de lucru este omis. Nivelul de tensiune de ieșire specificat este menținut prin ajustarea numărului de cicluri de lucru omise și perfecte. Odată ce ciclul de funcționare a început, acesta se va încheia când curentul prin U1 atinge limita internă setată. R11 limitează curentul prin optocupler și stabilește câștigul de feedback. Rezistorul R12 furnizează o polarizare la VR6.

Acest circuit este protejat de bucla deschisă, scurtcircuit de ieșire, suprasarcină datorită funcțiilor încorporate în U1 (LNK304). Deoarece cipul este alimentat direct de la pinul său de scurgere, nu este necesară o bobinare separată.

La comutarea surselor de alimentare, stabilizarea tensiunii este asigurată prin feedback negativ. Feedback-ul vă permite să mențineți tensiunea de ieșire la un nivel relativ constant, indiferent de fluctuațiile tensiunii de intrare și ale sarcinii. Feedback-ul poate fi organizat într-o varietate de moduri. În cazul surselor de impuls cu izolație galvanică de la rețeaua de alimentare, cele mai frecvente metode sunt utilizarea comunicării printr-una dintre înfășurările de ieșire ale transformatorului sau utilizarea unui optocupler. În funcție de mărimea semnalului de feedback (în funcție de tensiunea de ieșire), ciclul de lucru al impulsurilor la ieșirea controlerului PWM se modifică. Dacă decuplarea nu este necesară, se folosește de obicei un simplu divizor rezistiv de tensiune. Astfel, sursa de alimentare menține o tensiune de ieșire stabilă.

Spre deosebire de sursele de alimentare liniare tradiționale, care presupun amortizarea tensiunii excesive nestabilizate pe un element liniar prin intermediul, sursele de alimentare cu impulsuri folosesc alte metode și fenomene fizice pentru a genera o tensiune stabilizată și anume: efectul acumulării de energie în inductori, precum și posibilitatea a transformării de înaltă frecvență și a conversiei energiei acumulate în presiune constantă. Există trei scheme tipice pentru construirea surselor de alimentare cu impulsuri (vezi Fig. 3.4-1): creștere (tensiunea de ieșire este mai mare decât intrarea), descendente (tensiunea de ieșire este mai mică decât cea de intrare) și inversare (tensiunea de ieșire este inversă). polaritatea față de intrare). După cum se poate observa din figură, ele diferă doar prin modul de conectare a inductanței, în caz contrar, principiul de funcționare rămâne neschimbat, și anume.

Se aplică un element cheie (de obicei se folosesc tranzistori bipolari sau MOS), care funcționează la o frecvență de ordinul a 20-100 kHz, periodic pentru o perioadă scurtă de timp (nu mai mult de 50% din timp).

oferă inductorului tensiunea de intrare completă nereglată. curent de impuls. curgând prin bobină, asigură acumularea de energie în câmpul său magnetic 1/2LI^2 la fiecare impuls. Energia stocată în acest fel de la bobină este transferată la sarcină (fie direct, folosind o diodă de redresare, fie prin înfășurarea secundară și apoi redresată), condensatorul filtrului de netezire a ieșirii asigură că tensiunea și curentul de ieșire sunt constante. Stabilizarea tensiunii de ieșire este asigurată prin reglarea automată a lățimii sau frecvenței impulsurilor pe elementul cheie (circuitul de feedback este conceput pentru a monitoriza tensiunea de ieșire).

Această schemă, deși destul de complexă, poate crește semnificativ eficiența întregului dispozitiv. Faptul este că, în acest caz, pe lângă sarcina în sine, nu există elemente de putere în circuit care să disipeze o putere semnificativă. Tranzistoarele cheie funcționează într-un mod cheie saturată (adică, căderea de tensiune pe ele este mică) și disipă puterea doar în intervale de timp destul de scurte (timpul de livrare a impulsului). 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 IP-ului pulsat este posibilitatea de a construi pe baza lor IP de rețea de dimensiuni mici, cu izolație galvanică de rețea, pentru a alimenta o mare varietate de echipamente. Astfel de IP-uri sunt construite fără utilizarea unui transformator voluminos de putere de joasă frecvență conform circuitului convertor de înaltă frecvență. Acesta este, de fapt, un circuit tipic al unei surse de alimentare în impulsuri cu o reducere a tensiunii, în care o tensiune redresată de rețea este utilizată ca tensiune de intrare și un transformator de înaltă frecvență (de dimensiuni mici și cu randament ridicat) este utilizat ca un element de stocare, din 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 unui nivel ridicat de 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 în cazul celei mai mici defecțiuni, eșuează cu ușurință „în masă” (din aceasta rezultă de obicei efecte pirotehnice spectaculoase). Cei 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 un IP pulsat de rețea, deoarece multe elemente ale unor astfel de circuite sunt sub tensiune înaltă.

3.4.1 Regulator de comutare eficient cu sofisticare scăzută

Pe baza elementului, similar cu cel utilizat în stabilizatorul liniar descris mai sus (Fig. 3.3-3), puteți construi un regulator de tensiune de comutare. Cu aceleasi caracteristici, va avea dimensiuni semnificativ mai mici si conditii termice mai bune. O diagramă schematică a unui astfel de stabilizator este prezentată în fig. 3.4-2. Stabilizatorul este asamblat conform unei scheme tipice cu o cădere de tensiune (Fig. 3.4-1a).

Când este pornit pentru prima dată, când condensatorul C4 este descărcat și o sarcină suficient de puternică este conectată la ieșire, curentul trece prin regulatorul liniar IC DA1. Căderea de tensiune pe R1 cauzată de acest curent deblochează tranzistorul cheie VT1, care intră imediat în modul de saturație, deoarece rezistența inductivă L1 este mare și un curent suficient de mare trece prin tranzistor. Căderea de tensiune pe R5 deschide elementul cheie principal - tranzistorul VT2. Actual. crescând în L1, încarcă C4, în timp ce scrie prin feedback-ul pe R8

înaintea stabilizatorului și a tranzistorului cheie. Energia stocată în bobină alimentează sarcina. Când tensiunea la C4 scade sub tensiunea de stabilizare, DA1 și tranzistorul cheie se deschid. Ciclul se repetă la o frecvență de 20-30 kHz.

Lanțul R3. R4, C2 vor seta nivelul tensiunii de ieșire. Poate fi reglat fără probleme într-un interval mic, de la Uct DA1 la Uin. Cu toate acestea, dacă Vout este ridicat aproape de Vin, există o anumită instabilitate la sarcina maximă și un nivel crescut de ondulație. Pentru a suprima ondulațiile de înaltă frecvență, la ieșirea stabilizatorului este inclus un filtru L2, C5.

Schema este destul de simplă și cea mai eficientă pentru acest nivel de complexitate. Toate elementele de putere VT1, VT2, VD1, DA1 sunt furnizate cu calorifere mici. Tensiunea de intrare nu trebuie să depășească 30 V, care este maximul pentru stabilizatorii KR142EN8. Diodele redresoare trebuie utilizate pentru un curent de cel puțin 3 A.

3.4.2 Dispozitiv de alimentare neîntreruptibilă bazat pe regulator de comutare

Pe fig. 3.4-3, se propune spre considerare un dispozitiv pentru alimentarea neîntreruptibilă a sistemelor de securitate și supraveghere video bazat pe un stabilizator de comutare combinat cu un încărcător. Stabilizatorul include sisteme de protecție împotriva suprasarcinii, supraîncălzirii, supratensiunilor de ieșire, scurtcircuitelor.

Stabilizatorul are următorii parametri:

Tensiune de intrare, Vvx - 20-30 V:

Tensiune stabilizată de ieșire, Uvyx-12V:

Curent nominal de sarcină, Sarcină nominală -5A;

Curentul de funcționare al sistemului de protecție împotriva suprasarcinii, Izasch - 7A;.

Tensiunea de funcționare a sistemului de protecție la supratensiune, protecție Uout - 13 V;

Curent maxim de incarcare a bateriei, acumulator Izar max - 0,7 A;

Nivel de ondulare. Uppulse - 100 mV

Temperatura de funcționare a sistemului de protecție împotriva supraîncălzirii, Тzasch - 120 Cu;

Viteza de comutare la puterea bateriei, tswitch - 10ms (releu RES-b RFO.452.112).

Principiul de funcționare al stabilizatorului de comutare în dispozitivul descris este același cu cel al stabilizatorului prezentat mai sus.

Dispozitivul este completat cu un încărcător realizat pe elementele DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Regulator de tensiune IC DA2 cu divizor de curent pe R7. R8 limitează curentul maxim de încărcare inițială, divizorul R9, R10 setează tensiunea de ieșire de încărcare, dioda VD2 protejează bateria de autodescărcare în absența tensiunii de alimentare.

Protecția la supraîncălzire folosește termistorul R16 ca senzor de temperatură. La declanșarea protecției, dispozitivul de semnalizare sonoră asamblat pe IC DD 1 este pornit și, în același timp, sarcina este deconectată de la stabilizator, trecând la alimentarea bateriei. Termistorul este montat pe radiatorul tranzistorului VT1. Reglarea precisă a nivelului de funcționare a protecției la temperatură se realizează prin rezistența R18.

Senzorul de tensiune este asamblat pe un divizor R13, R15. rezistența R15 stabilește nivelul exact de funcționare al protecției la supratensiune (13 V). Când tensiunea la ieșirea stabilizatorului este depășită (în cazul defecțiunii ultimului), releul S1 deconectează sarcina de la stabilizator și o conectează la baterie. În cazul unei căderi de curent, releul S1 intră în starea „implicit” - adică. conectează sarcina la baterie.

Circuitul prezentat aici nu are protecție electronică la scurtcircuit pentru baterie. acest rol este îndeplinit de o siguranță în circuitul de putere a sarcinii, proiectată pentru consumul maxim de curent.

3.4.3 Surse de alimentare bazate pe un convertor de impulsuri de înaltă frecvență

Destul de des, la proiectarea dispozitivelor, există cerințe stricte pentru dimensiunea sursei de alimentare. În acest caz, singura cale de ieșire este utilizarea unei surse de alimentare bazate pe convertoare de impulsuri de înaltă tensiune și frecvență înaltă. care sunt conectate la rețeaua de ~220 V fără utilizarea unui transformator general de joasă frecvență și pot furniza putere mare cu dimensiuni mici și disipare a căldurii.

Schema bloc a unui convertor de impuls tipic alimentat de o rețea industrială este prezentată în Figura 34-4.

Filtrul de intrare este conceput pentru a preveni pătrunderea zgomotului de impuls în rețea. Întrerupătoarele de alimentare asigură alimentarea cu impulsuri de înaltă tensiune la înfășurarea primară a unui transformator de înaltă frecvență (unic și

circuite duplex). Frecvența și durata impulsurilor sunt stabilite de un generator controlat (de obicei, se utilizează controlul lățimii impulsului, mai rar - frecvența). Spre deosebire de transformatoarele cu undă sinusoidală de joasă frecvență, sursele de alimentare cu impulsuri utilizează dispozitive de bandă largă pentru a oferi un transfer eficient de putere pe semnale cu margini rapide. Acest lucru impune cerințe semnificative cu privire la tipul de circuit magnetic utilizat și la proiectarea transformatorului. Pe de altă parte, odată cu creșterea frecvenței, dimensiunile necesare ale transformatorului (în timp ce se menține puterea transmisă) scad (materialele moderne fac posibilă construirea de transformatoare puternice cu eficiență acceptabilă la frecvențe de până la 100-400 kHz). O caracteristică a redresorului de ieșire este utilizarea diodelor de putere nu obișnuite, ci a diodelor Schottky de mare viteză, care se datorează frecvenței înalte a tensiunii redresate. Filtrul de ieșire netezește ondulația tensiunii de ieșire. Tensiunea de feedback este comparată cu tensiunea de referință și apoi controlează generatorul. Acordați atenție prezenței izolației galvanice în circuitul de feedback, care este necesară dacă dorim să asigurăm izolarea tensiunii de ieșire de la rețea.

În fabricarea unui astfel de IP, există cerințe serioase pentru componentele utilizate (ceea ce le crește costul față de cele tradiționale). În primul rând, se referă la tensiunea de funcționare a diodelor redresoare, a condensatoarelor de filtrare și a tranzistorilor cheie, care nu trebuie să fie mai mică de 350 V pentru a evita defecțiunile. În al doilea rând, ar trebui să se utilizeze tranzistoare cheie de înaltă frecvență (frecvență de operare 20-100 kHz) și condensatoare ceramice speciale (electroliții obișnuiți de oxid se vor supraîncălzi la frecvențe înalte datorită inductanței lor ridicate).

activitate). Și în al treilea rând, frecvența de saturație a unui transformator de înaltă frecvență, determinată de tipul de circuit magnetic utilizat (de regulă, se folosesc miezuri toroidale) trebuie să fie semnificativ mai mare decât frecvența de funcționare a convertorului.

Pe fig. 3.4-5 prezintă o diagramă schematică a unui IP clasic bazat pe un convertor de înaltă frecvență. Filtrul, format din condensatori C1, C2, C3 și bobine L1, L2, servește la protejarea sursei de alimentare de interferențe de înaltă frecvență de la convertor. Generatorul este construit după un circuit auto-oscilant și este combinat cu o etapă cheie. Tranzistoarele cheie VT1 și VT2 funcționează în antifază, deschizându-se și închizându-se pe rând. Pornirea generatorului și funcționarea fiabilă este asigurată de tranzistorul VT3, care funcționează în modul de avalanșă. Când tensiunea pe C6 crește prin R3, tranzistorul se deschide și condensatorul este descărcat la baza VT2, pornind generatorul. Tensiunea de reacție este îndepărtată din înfășurarea suplimentară (III) a transformatorului de putere Tpl.

Tranzistoare VT1. VT2 este instalat pe radiatoare cu placă de cel puțin 100 cm ^ 2. Diodele VD2-VD5 cu o barieră Schottky sunt plasate pe un radiator mic de 5 cm ^ 2. Date inductoare și transformator: L1-1. L2 se înfășoară pe inele din ferită 2000NM K12x8x3 în două fire cu un fir PELSHO 0,25: 20 de spire. TP1 - pe două inele puse împreună, ferită 2000NN KZ 1x18,5x7;

înfăşurare 1 - 82 spire cu fir PEV-2 0,5: înfăşurare II - 25 + 25 spire cu sârmă PEV-2 1,0: înfăşurare III - 2 spire cu sârmă PEV-2 0,3. TP2 este înfășurat pe un inel de ferită 2000NN K10x6x5. toate înfășurările sunt realizate cu fire PEV-2 0,3: înfășurare 1 - 10 spire:

înfășurările II și III - câte 6 spire, ambele înfășurări (II și III) sunt înfășurate astfel încât să ocupe 50% din suprafața inelului fără să se atingă sau să se suprapună, înfășurarea I este înfășurată uniform în jurul întregului inel și izolată cu un strat de pânză lăcuită. Bobinele filtru redresor L3, L4 sunt înfășurate pe ferită 2000NM K 12x8x3 cu fir PEV-2 1.0, numărul de spire este de 30. KT809A poate fi folosit ca tranzistori cheie VT1, VT2. KT812, KT841.

Valorile nominale ale elementelor și datele de înfășurare ale transformatoarelor sunt date pentru o tensiune de ieșire de 35 V. În cazul în care sunt necesari alți parametri de funcționare, numărul de spire din înfășurarea 2 Tr1 ar trebui modificat corespunzător.

Circuitul descris are dezavantaje semnificative din cauza dorinței de a minimiza numărul de componente utilizate. Acesta este un „nivel scăzut de stabilizare a tensiunii de ieșire și o funcționare instabilă, nesigură și un curent de ieșire scăzut. Cu toate acestea, este destul de potrivit pentru alimentarea structurilor simple de putere diferită (când se utilizează componente adecvate), cum ar fi: calculatoare, apelanți, corpuri de iluminat etc.

Un alt circuit IP bazat pe un convertor de impulsuri de înaltă frecvență este prezentat în fig. 3.4-6. Principala diferență dintre acest circuit și structura standard prezentată în Fig. 3.4-4 este lipsa unei bucle de feedback. În acest sens, stabilitatea tensiunii la înfășurările de ieșire ale transformatorului RF Tr2 este destul de scăzută și este necesară utilizarea unor stabilizatori secundari (circuitul folosește stabilizatori universali integrati pe circuitele integrate din seria KR142).

3.4.4 Regulator de comutare cu un tranzistor MIS cheie cu senzor de curent.

Miniaturizarea și creșterea eficienței în dezvoltarea și proiectarea surselor de alimentare cu comutație este promovată prin utilizarea unei noi clase de invertoare semiconductoare - tranzistoare MOS, precum și: diode de mare putere cu recuperare rapidă inversă, diode Schottky, diode ultra-rapide. , tranzistoare cu efect de câmp cu poartă izolată, circuite integrate pentru controlul elementelor cheie. Toate aceste elemente sunt disponibile pe piața internă și pot fi utilizate în proiectarea surselor de alimentare de înaltă eficiență, convertoare, sisteme de aprindere pentru motoarele cu ardere internă (ICE), sisteme de pornire a lămpilor fluorescente (LDS). De mare interes pentru dezvoltatori poate fi, de asemenea, o clasă de dispozitive de putere numite HEXSense - tranzistori MIS cu senzor de curent. Sunt elemente de comutare ideale pentru surse de comutare gata de operare. Capacitatea de a citi curentul tranzistorului de comutare poate fi utilizată în sursele de alimentare cu impulsuri pentru feedback-ul de curent cerut de controlerul PWM. Acest lucru realizează o simplificare a designului sursei de alimentare - excluderea rezistențelor de curent și a transformatoarelor din aceasta.

Pe fig. 3.4-7 prezintă o diagramă a unei surse de alimentare comutatoare de 230 W. Principalele sale caracteristici de performanță sunt următoarele:

Tensiune de intrare: -110V 60Hz:

Tensiune de ieșire: 48 VDC:

Curent de sarcină: 4,8 A:

Frecvența de comutare: 110 kHz:

Eficienta la sarcina maxima : 78%;

Eficiență la 1/3 sarcină: 83%.

Circuitul se bazează pe un modulator de lățime a impulsurilor (PWM) cu un convertor de înaltă frecvență la ieșire. Principiul de funcționare este următorul.

Semnalul cheie de control al tranzistorului vine de la ieșirea 6 a controlerului PWM DA1, ciclul de lucru este limitat la 50% de rezistența R4, R4 și SZ sunt elementele de sincronizare ale generatorului. Alimentarea DA1 este asigurată de lanțul VD5, C5, C6, R6. Rezistorul R6 este proiectat pentru a furniza tensiune în timpul pornirii generatorului; ulterior, feedback-ul de tensiune este activat prin LI, VD5. Acest feedback este obținut dintr-o înfășurare suplimentară în șocul de ieșire, care funcționează în modul flyback. Pe lângă alimentarea generatorului, tensiunea de feedback prin lanțul VD4, Cl, Rl, R2 este alimentată la intrarea de feedback DA1 (pin 2). Prin R3 și C2 se asigură o compensare care garantează stabilitatea buclei de feedback.

Pe baza acestei scheme, este posibil să se construiască stabilizatori de comutare cu alți parametri de ieșire.

SURSA DE ALIMENTARE COMUTATĂ

Este cunoscut faptul că sursele de alimentare sunt o parte integrantă a dispozitivelor de inginerie radio, care sunt supuse unui număr de cerințe; sunt un complex de elemente, dispozitive și dispozitive 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 de energie primare și secundare: Sursele primare sunt dispozitive care convertesc diferite tipuri de energie în energie electrică (generatoare 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 valoare a tensiunii AC (transformatoare); Convertoare de tensiune DC la AC (invertoare).

Ponderea surselor de alimentare cu energie electrică reprezintă în prezent 30 până la 70% din masa și volumul total al echipamentelor REA. Prin urmare, problema creării unui dispozitiv de alimentare cu energie în miniatură, ușor și fiabil, cu performanțe tehnice și economice bune este importantă și relevantă. Această lucrare este dedicată dezvoltării unei surse secundare de energie (SSE) 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 funcționării acelor complexe REA care sunt alimentate de un anumit PSE. Principalele cerințe sunt: ​​la proiectare - fiabilitate, mentenanță, restricții de dimensiune și masă, condiții termice; la caracteristicile tehnice şi economice - costul şi fabricabilitatea.

Principalele direcții de îmbunătățire a greutății și dimensiunilor și indicatorilor tehnici și economici ai IP: utilizarea celor mai noi materiale electrice; aplicarea bazei elementului folosind tehnologia integral-hibridă; creșterea frecvenței de conversie a energiei electrice; caută noi soluții de circuite eficiente. Pentru a selecta schema ISE, s-a făcut o analiză a eficienței utilizării surselor de alimentare cu comutație (SMPS) în comparație cu PS de putere realizate folosind tehnologia tradițională.

Principalele dezavantaje ale puterii IP sunt caracteristicile de greutate și dimensiune ridicate, precum și un efect semnificativ asupra altor dispozitive REE al unui câmp magnetic puternic al transformatoarelor de putere. Problema SMPS este crearea de interferențe de înaltă frecvență de către aceștia și, ca urmare a acesteia, incompatibilitatea electromagnetică cu unele tipuri de echipamente electronice. Analiza a arătat că IIP îndeplinește cel mai pe deplin cerințele, ceea ce este confirmat de utilizarea pe scară largă în REA.

Lucrarea ia în considerare un SMPS cu o putere de 800 W, care diferă de alte SMPS-uri prin utilizarea tranzistoarelor cu efect de câmp și a unui transformator cu o înfășurare primară cu o ieșire medie în convertor. FET-urile oferă o eficiență mai mare și un zgomot de înaltă frecvență redus, în timp ce transformatorul de la mijlocul terminalului furnizează jumătate din curent prin tranzistoarele cheie și elimină necesitatea unui transformator de izolare în circuitele de poartă.

Pe baza schemei de circuit selectate, a fost dezvoltat un design și a fost fabricat un prototip al SMPS. Întreaga structură este prezentată ca un modul instalat într-o carcasă de aluminiu. După testele inițiale, au fost dezvăluite o serie de deficiențe: o încălzire vizibilă a radiatoarelor tranzistoarelor cheie, dificultatea de a elimina căldura de la rezistențele domestice puternice și dimensiuni mari.

Designul a fost îmbunătățit: designul plăcii de control a fost modificat folosind componente montate la 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 cea mai eficientă răcire. Ca urmare a rafinamentului, dimensiunile IPP au scăzut de trei ori și au fost eliminate deficiențele identificate în timpul testelor inițiale. Proba modificată are următoarele caracteristici: tensiune de alimentare Upit=~180-240 V, frecvență fwork=90 kHz, putere de ieșire Pp=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 de frecvență audio, care face parte dintr-un sistem de reproducere a sunetului de înaltă putere. Crearea unui sistem de reproducere a sunetului a început cu alegerea unui design de circuit UMZCH. Pentru aceasta, a fost efectuată o analiză a proiectării circuitelor dispozitivelor de reproducere a sunetului. Alegerea a fost oprită pe schema de înaltă fidelitate UMZCH.

Acest amplificator are performante foarte ridicate, contine dispozitive de protectie la suprasarcina si scurtcircuit, dispozitive pentru mentinerea potentialului zero al unei tensiuni constante la iesire si un dispozitiv de compensare a rezistentei firelor care leaga amplificatorul la acustica. În ciuda faptului că circuitul UMZCH a fost publicat de mult timp, 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 de wați. Prin urmare, următoarea etapă în asamblarea UMZCH a fost dezvoltarea și asamblarea unui design de alimentare care oferă 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 de comutare a convertoarelor de tensiune. Prin urmare, s-a decis asamblarea și rafinarea designului unei surse de alimentare comutatoare.

Cercetarea surselor de alimentare secundară. Sursele de alimentare 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);
• * traductoare 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 MT-urilor de putere, realizate conform schemei clasice tradiționale, este caracteristicile lor mari de greutate și dimensiune, precum și un efect semnificativ asupra altor dispozitive REE al unui câmp magnetic puternic al transformatoarelor de putere. Problema SMPS este crearea de interferențe de înaltă frecvență de către aceștia și, ca urmare, incompatibilitatea electromagnetică cu unele tipuri de REA. Analiza a arătat că IIP îndeplinește cel mai pe deplin cerințele, ceea ce este confirmat de utilizarea pe scară largă în REA.

Transformatoarele surselor de alimentare în comutație se deosebesc de cele tradiționale în felul următor: - alimentare cu tensiune dreptunghiulară; formă complicată de înfășurări (punctul de mijloc) și funcționare la frecvențe mai mari (până la câteva zeci de kHz). În plus, parametrii transformatorului au un impact semnificativ asupra funcționării dispozitivelor semiconductoare și asupra caracteristicilor convertorului. Deci, inductanța de magnetizare a transformatorului crește timpul de comutare al tranzistoarelor; inductanța de scurgere (cu un curent care se schimbă rapid) este cauza supratensiunilor pe tranzistoare, care pot duce la defectarea acestora; curentul fără sarcină reduce eficiența convertorului și înrăutățește regimul termic al tranzistoarelor. Caracteristicile notate sunt luate în considerare la calcularea și proiectarea transformatoarelor SMPS.

În această lucrare, este luată în considerare o sursă de alimentare în comutație cu o putere 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 ieșire medie în convertor. Primul oferă o eficiență mai mare și un nivel redus de zgomot de înaltă frecvență, iar al doilea - jumătate din curentul prin tranzistoarele cheie și elimină necesitatea unui transformator de izolare în circuitele de poartă.

Dezavantajul unui astfel de design de circuit este tensiunea ridicată pe jumătățile înfășurării primare, care necesită utilizarea de tranzistori cu tensiunea admisibilă 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 comutație (UPS) folosesc convertoare de înaltă frecvență cu unul și doi timpi. Eficiența primului este mai mică decât a celui din urmă, așa că nu este recomandabil să proiectați UPS-uri cu un singur ciclu cu o putere mai mare de 40 ... 60 W. Convertoarele push-pull vă permit să obțineți mult mai multă putere de ieșire cu o eficiență ridicată. Ele sunt împărțite în mai multe grupuri, caracterizate prin metoda de excitare a tranzistoarelor cheie de ieșire și circuitul de includere a acestora în circuitul înfășurării primare a transformatorului convertor. Dacă vorbim despre metoda de excitare, atunci se pot distinge două grupuri: cu autoexcitare și excitare externă.

Primele sunt mai puțin populare din cauza dificultăților de stabilire. Când se proiectează UPS-uri puternice (mai mult de 200 W), complexitatea fabricării lor crește în mod nerezonabil, așa că sunt de puțin folos pentru astfel de surse de alimentare. Convertoarele cu excitație externă sunt potrivite pentru aplicațiile UPS de mare putere și uneori necesită întreținere mică sau deloc. În ceea ce privește conectarea tranzistoarelor cheie la transformator, există trei scheme aici: așa-numita semi-punte (Fig. 1, a), punte (Fig. 1, b). Până în prezent, cel mai utilizat convertor semi-punte.

Necesită doi tranzistori cu o tensiune relativ scăzută Ukemax. După cum se poate observa din Fig. 1a, condensatoarele C1 și C2 formează un divizor de tensiune, la care este conectată înfășurarea primară (I) a transformatorului T2. La deschiderea tranzistorului cheie, amplitudinea impulsului de tensiune pe înfășurare atinge valoarea Upit / 2 - Uke nac. Convertorul în punte este similar cu cel în semipunte, dar în el condensatorii sunt înlocuiți cu tranzistorii VT3 și VT4 (Fig. 1b), care se deschid în diagonală în perechi. 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 este convertorul conform schemei din Fig. 1c, care se distinge 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 impulsurilor de tensiune 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 schemei din Fig. 1c, este necesar să se utilizeze tranzistori cu o valoare Uke max mare. Deoarece sfârșitul jumătății superioare (conform schemei) a înfășurării primare este conectată la începutul celei inferioare, atunci când curentul curge în prima dintre ele (VT1 este deschis), se creează o tensiune în a doua, care este egal (în valoare absolută) cu amplitudinea tensiunii pe primul, dar opus în semn față de Upit. Cu alte cuvinte, tensiunea la colectorul tranzistorului închis VT2 ajunge la 2Upit. prin urmare, Uke maximul său trebuie să fie mai mare decât 2Upit. În UPS-ul propus, se utilizează un convertor push-pull cu un transformator, a cărui înfășurare primară are o ieșire medie. Are eficiență ridicată, ondulație scăzută și radiază slab interferențe în spațiul înconjurător.

STABILIZAREA TENSIUNILOR DE IEȘIRE
PULSUL DE ALIMENTARE

ARTICOLUL ESTE PREGĂTIT PE BAZĂ CĂRȚII DE A. V. GOLOVKOV și V. B LYUBITSKY „ALIMENTARE PENTRU MODULELE DE SISTEM DE TIP IBM PC-XT/AT” EDITURA „LAD i N”

Circuitul de stabilizare a tensiunii de ieșire din clasa UPS luată în considerare este o buclă de control automat închisă (Fig. 31). Această buclă include:
schema de control 8;
potrivirea stadiului 9 al preamplificatorului;
transformator de control DT;
treapta de putere 2;
transformator impuls de putere RT;
bloc redresor 3;
sufocare comunicare intercanal 4;
unitate de filtrare 5;
divizor de tensiune de feedback 6;
divizor de tensiune de referință 7.
Circuitul de control 8 include următoarele unități funcționale:
amplificator de semnal de eroare 8.1 cu circuit de corectare Zk;
Comparator PWM (modulator) 8.2;
generator de tensiune din dinti de ferastrau (oscilator) 8,3;
sursă de tensiune stabilizată de referință Uref 8.4.
În timpul funcționării, amplificatorul de semnal de eroare 8.1 compară semnalul de ieșire al divizorului de tensiune b cu tensiunea de referință a divizorului 7. Semnalul de eroare amplificat este transmis la modulatorul de lățime a impulsului 8.2, care controlează etapa pre-terminală a puterii. amplificatorul 9, care, la rândul său, furnizează un semnal de control modulat convertorului treptei de putere 2 prin transformatorul de control DT. Etapa de putere este alimentată de un circuit fără transformator. Tensiunea alternativă a rețelei de alimentare este redresată de redresorul de rețea 1 și alimentată la treapta de putere, unde este netezită de condensatorii rack-ului capacitiv. O parte din tensiunea de ieșire a stabilizatorului este comparată cu o tensiune de referință constantă și apoi diferența rezultată (semnal de nepotrivire) este amplificată prin introducerea unei compensări adecvate. Modulatorul de lățime de impuls 8.2 convertește semnalul de control analogic într-un semnal modulat de lățime de impuls cu un ciclu de lucru variabil al impulsului. În clasa UPS considerată, circuitul modulator compară semnalul provenit de la ieșirea amplificatorului de semnal de eroare cu tensiunea din dinte de ferăstrău, care este obținută de la un generator special 8.3.

Figura 31. Circuitul de control al unei surse de alimentare cu comutare tipică bazată pe cipul de control TL494.

Figura 32. Reglarea nivelului tensiunilor de ieșire ale UPS-ului PS-200B.

Figura 33. Reglarea nivelului tensiunilor de ieșire ale UPS-ului LPS-02-150XT.

Figura 34. Reglarea nivelului tensiunii de ieșire a UPS-ului Appis.

Figura 35. Reglarea nivelului tensiunii de ieșire a UPS-ului GT-200W.

Cu toate acestea, cel mai frecvent caz este atunci când nu există nicio reglare care să vă permită să influențați tensiunile de ieșire ale unității. În acest caz, tensiunea de la oricare dintre intrările 1 sau 2 este aleasă în mod arbitrar în intervalul de la +2,5 la +5 V, iar tensiunea de la intrarea rămasă este selectată folosind o rezistență șunt de mare ohm, astfel încât unitatea să producă tensiunile de ieșire specificate în pașaport în modul de sarcină nominală. Orez. 35 ilustrează cazul selectării nivelului tensiunii de referinţă, fig. 34 - prezintă cazul selectării nivelului semnalului de feedback. S-a remarcat anterior că valoarea instabilității tensiunii de ieșire sub influența oricăror factori destabilizatori (modificări ale curentului de sarcină, tensiunii de alimentare și temperaturii ambientale) ar putea fi redusă prin creșterea câștigului buclei de feedback (castigul amplificatorului DA3). ).
Cu toate acestea, valoarea maximă a câștigului DA3 este limitată de condiția de stabilitate. Deoarece atât UPS-ul, cât și sarcina conțin elemente reactive (inductanță sau capacitate) care acumulează energie, în moduri tranzitorii, energia este redistribuită între aceste elemente. Această împrejurare poate duce la faptul că, sub anumiți parametri ai elementelor, procesul tranzitoriu de stabilire a tensiunilor de ieșire ale UPS-ului va lua caracter de oscilații neamortizate, sau valoarea depășirii în modul tranzitoriu va atinge valori inacceptabile.

Figura 36. Tranzitorii (oscilatorii și aperiodice) ale tensiunii de ieșire a UPS-ului în timpul unei schimbări bruște a curentului de sarcină (a) și a tensiunii de intrare (b).

Pe fig. 36 prezintă tranzitorii tensiunii de ieșire în timpul unei schimbări bruște a curentului de sarcină și a tensiunii de intrare. UPS-ul funcționează stabil dacă tensiunea de ieșire își asumă din nou o valoare constantă după încetarea perturbării care l-a scos din starea inițială (Fig. 37, a).

Figura 37. Tranzitorii ale tensiunii de ieșire UPS în sistemele stabile (a) și instabile (b).

Dacă această condiție nu este îndeplinită, atunci sistemul este instabil (Fig. 37.6). Asigurarea stabilității sursei de alimentare în comutație este o condiție necesară pentru funcționarea normală a acesteia. Procesul tranzitoriu, în funcție de parametrii UPS-ului, este oscilator sau aperiodic, în timp ce tensiunea de ieșire a UPS-ului are o anumită valoare de depășire și timpul tranzitoriu. Abaterea tensiunii de ieșire de la valoarea nominală este detectată în elementul de măsurare al circuitului de feedback (în UPS-ul luat în considerare, un divizor rezistiv conectat la magistrala de tensiune de ieșire de +5V este folosit ca element de măsurare). Datorită inerției buclei de control, valoarea nominală a tensiunii de ieșire este setată cu o anumită întârziere. În acest caz, schema de control al inerției își va continua influența în aceeași direcție pentru ceva timp. Ca urmare, are loc depășirea, adică abaterea tensiunii de ieșire de la valoarea sa nominală în direcția opusă abaterii inițiale. Circuitul de control inversează din nou tensiunea de ieșire și așa mai departe. Pentru a asigura stabilitatea buclei de control a tensiunii de ieșire a UPS cu o durată minimă a procesului tranzitoriu, se corectează caracteristica amplitudine-frecvență a amplificatorului de eroare DA3. Acest lucru se realizează folosind circuite RC, incluse ca circuit de feedback negativ, care acoperă amplificatorul DA3. Exemple de astfel de lanțuri corective sunt prezentate în fig. 38.

Figura 38. Exemple de configurare a circuitelor RC corective pentru amplificatorul de eroare de tensiune DA3.

Pentru a reduce nivelul de interferență, circuitele RC aperiodice sunt instalate pe partea secundară a sursei de alimentare comutatoare. Să ne oprim mai în detaliu asupra principiului acțiunii lor.
Procesul tranzitoriu al curentului prin diodele redresoare în momentele comutării are loc sub formă de excitație de șoc (Fig. 39, a).

Figura 39. Diagrame de temporizare a tensiunii diodei de recuperare inversă:
a) - fără lanț RC; b) - în prezenţa unui lanţ RC.

PRINCIPALI PARAMETRI AI COMUTATORULUI DE ALIMENTARE PENTRU IBM		Sunt luați în considerare principalii parametri ai comutării surselor de alimentare, este dată pinout-ul conectorului, principiul de funcționare de la o tensiune de rețea de 110 și 220 volți,
		Microcircuitul TL494, circuitul de comutare și cazurile de utilizare pentru controlul comutatoarelor de alimentare ale surselor de alimentare comutatoare sunt descrise în detaliu.
CONTROLUL TASPELOR DE ALIMENTARE ALE SURSEI DE ALIMENTARE DE adormit CU AJUTORUL TL494		Sunt descrise principalele metode de control al circuitelor de bază ale tranzistoarelor de putere ale surselor de alimentare cu comutare, opțiunile pentru construirea redresoarelor de putere secundare.
STABILIZAREA TENSIUNILOR DE IEȘIRE A ALIMENTĂRII DE PULS		Sunt descrise opțiunile de utilizare a amplificatoarelor de eroare TL494 pentru stabilizarea tensiunilor de ieșire, este descris principiul de funcționare a bobinei de stabilizare a grupului.
SCHEME DE PROTECȚIE		Sunt descrise mai multe opțiuni pentru construirea de sisteme pentru protejarea surselor de alimentare cu impuls de suprasarcină.
SCHEMA „START LENT”.		Sunt descrise principiile formării pornirii uşoare şi ale generării tensiunii POWER GOOD.
EXEMPLU DE CONSTRUCȚIE A UNEI DINTRE SURSE DE ALIMENTARE PULSATE		O descriere completă a schemei de circuit și funcționarea acesteia a unei surse de alimentare comutatoare