Принципна схема на импулсно захранване за компютър. Мощно импулсно захранване
Майсторски клас за създаване на домашно импулсно захранване със собствените си ръце.
Авторът на дизайна (Сергей Кузнецов, неговият уебсайт е classd.fromru.com) разработи това домашно мрежово захранване
за захранване на мощен UMZCH (усилвател на мощност на аудио честота). Предимства на импулсните захранванияпред конвенционалните трансформаторни захранвания са очевидни:
- Теглото на получения продукт е много по-малко
- Размерите на импулсното захранване са много по-малки.
- Ефективността на продукта и съответно разсейването на топлината е по-ниска
- Обхватът на захранващите напрежения (пренапрежения в мрежата), при които захранването може да работи стабилно, е много по-широк.
Направата на импулсно захранване обаче изисква много повече усилия и знания, отколкото направата на конвенционално нискочестотно 50 Hz захранване. Нискочестотното захранване се състои от мрежов трансформатор, диоден мост и изглаждащи филтърни кондензатори, докато импулсното захранване има много по-сложна структура.
Основният недостатък на импулсните мрежови захранвания е наличието на високочестотни смущения, които ще трябва да бъдат преодолени, ако печатната платка е проследена неправилно или ако компонентната основа е избрана неправилно. Когато включите UPS, като правило се наблюдава силна искра в контакта. Това се дължи на големия пиков пусков ток на захранването, поради заряда на кондензаторите на входния филтър. За да се елиминират такива скокове в тока, разработчиците проектират различни системи за „мек старт“, които зареждат филтърните кондензатори с нисък ток в първата фаза на работа, а в края на зареждането организират захранването на UPS с пълно мрежово напрежение. В този случай се използва опростена версия на такава система, която представлява последователно свързани резистор и термистор, ограничаващи тока на зареждане на кондензаторите.
Веригата е базирана на IR2153 PWM контролер в стандартна превключваща схема. Транзисторите с полев ефект IRFI840GLC могат да бъдат заменени с IRFIBC30G, авторът не препоръчва инсталирането на други транзистори, тъй като това ще доведе до необходимостта от намаляване на рейтингите на R2, R3 и съответно до увеличаване на генерираната топлина. Напрежението на PWM контролера трябва да бъде поне 10 волта. Желателно е работата на микросхемата от напрежение 11-14 волта. Компонентите L1 C13 R8 подобряват режима на работа на транзисторите.
Индукторите, разположени на изхода на източника на захранване от 10 μg, са навити с 1 mm тел върху феритни дъмбели с магнитна проницаемост 600 NN. Можете да навиете пръти от стари приемници, достатъчни са 10-15 оборота. Кондензаторите в захранването трябва да са с нисък импеданс, за да намалят радиочестотния шум.
Трансформаторът е изчислен с помощта на програмата Transformer 2. Индукцията трябва да бъде избрана възможно най-малка, за предпочитане не повече от 0,25. Честота в района на 40-80k. Авторът не препоръчва използването на пръстени от местно производство, поради неидентичността на феритните параметри и значителните загуби в трансформатора. Печатната платка е проектирана за трансформатор с размери 30x19x20. При регулиране на захранването е забранено свързването на масата на осцилоскопа към точката на свързване на транзисторите. Препоръчително е захранването да се стартира за първи път с лампа 220V с мощност 25-40W, свързана последователно с източника, докато UPS не може да бъде силно натоварен. Печатната платка на блока във формат LAY може да бъде изтеглена
Здравей мила котка! Честит рожден ден и всичко най-добро, така да се каже! И като подарък приемете такова много полезно нещо като източник на захранване за усилвател.
ВНИМАНИЕ!
Някои от елементите на този уред са под животозастрашаващо мрежово напрежение! Някои елементи запазват опасен електрически заряд след изключване на устройството от електрическата мрежа! Ето защо при инсталиране, настройка и работа с устройството е необходимо да се спазват изискванията за електрическа безопасност. Повтаряйки устройството, вие действате на свой собствен риск. Аз, авторът, НЕ нося никаква отговорност за каквито и да било морални и материални щети, щети върху имущество, здраве и живот, причинени от повторението, използването или невъзможността за използване на този дизайн.
И така, да започваме.
Спорове дали добро или зло импулсен източникзахранващи устройства за UMZCH (наричани по-нататък IIP) са извън обхвата на тази статия. Лично аз вярвам, че правилно проектираният, запоен и настроен SMPS не е по-лош (а в някои отношения дори по-добър) от класически PSU с мрежов трансформатор.
В моя случай използването на SMPS беше необходимо, защото исках да поставя усилвателя си в плосък корпус.
Преди да разработя този SMPS, проучих много готови схеми, налични в мрежата и в литературата. Така че сред радиолюбителите са много популярни различни варианти на нестабилизираната SMPS верига на чипа IR2153. Предимството на тези схеми е само едно - простота. Що се отнася до надеждността, тя е никаква - самата ИС няма функцията за защита от претоварване и плавен старт за зареждане на изходните електролити и добавянето на тези функции лишава SMPS от неговото предимство - простота. В допълнение, прилагането на плавен старт на тази IC е изключително съмнително - не позволява промяна на ширината на импулса, а методите, базирани на промяна на честотата на IC, са неефективни в "нормален" половин мост SMPS и са приложими в резонансни преобразуватели. Някак си не исках да удрям електролити и ключове с огромни токове, когато устройството беше включено.
Разгледана е и възможността за използване на добре познатата ИС TL494. При по-задълбочено проучване обаче се оказа, че за надеждна работа около тази ИС ще трябва да окачите куп всякакви транзистори, резистори, кондензатори и диоди. И това "не е нашият метод" :-)
В резултат на това изборът падна върху по-модерна и по-бърза микросхема, наречена UC3825 (руски аналог на K1156EU2). Подробно описание на тази ИС може да се намери в нейния руски информационен лист и в списанието Radio.
- Мощно MOSFET управление.
- Работа в устройства с обратна връзка по напрежение и ток.
- Работи на честоти до 1 MHz.
- Забавянето на разпространението на сигнала през веригата е 50ns.
- Полумостови изходи за ток до 1.5A.
- Усилвател на широколентови грешки.
- Наличието на PWM ключалка.
- Текущо ограничение във всеки период.
- Плавен старт. Ограничаване на стойността на максималната продължителност на изходния импулс.
- Защита от ниско напрежение с хистерезис.
- Изключване на веригата чрез външен сигнал.
- Прецизен източник на референтно напрежение (5.1V +/- 1%).
- Корпус “DIP-16”
Е, точно това, от което се нуждаете! Помислете сега за самия IIP.
Спецификации
Входно напрежение, V............................................. ....... 176…265;
Номинална обща мощност на натоварване, W ................... 217,5;
Нивото на управляващия сигнал, при което захранването се включва ......... Log. 1 CMOS;
Ниво на сигнала, при което PSU се изключва ..........................<0,6 В или NC;
Коефициент на полезно действие при максимално натоварване, %............................................ 80;
Размери (ДxШxВ), mm ............................................ ... 212x97x45
Изходни напрежения
електрическа схема
Схематична диаграма на SMPS е показана на фигурата.
По архитектура този PSU наподобява SMPS на компютри с ATX формат. Мрежовото напрежение чрез предпазители FU1 и FU2 се подава към мрежовия филтър и резервния захранващ трансформатор. Използването на два предпазителя е необходимо от съображения за безопасност - с един общ предпазител в случай на късо съединение в намотката T1, токът в неговата верига няма да бъде достатъчен, за да изгори този предпазител, а мощността, освободена от повредения трансформатор е достатъчно, за да го запали.
Мрежовият филтър съдържа индуктор с две намотки L1, X-кондензатори C1, C2 и Y-кондензатори C3, C4 и няма специални характеристики. Варисторът RV1 предпазва SMPS от пренапрежения на високо напрежение в мрежата и когато мрежовото напрежение надвиши максимално допустимата стойност.
NTC термисторът RK1 ограничава тока на зареждане на кондензатора C5, когато SMPS е свързан към мрежата.
Напрежението, коригирано от моста VD1 и изгладено от кондензатора C5, се подава към полумостовия инвертор, образуван от MOSFET VT1, VT2 и кондензаторите на капацитивния разделител C6, C7. Отделната конструкция на входния филтър и капацитивния делител позволява да се улесни работата на оксидния кондензатор на филтъра, който има относително висока стойност на ESR. Резисторите R5, R6 изравняват напрежението в разделителните кондензатори.
В диагонала на полумоста е включен мощен импулсен трансформатор Т4.
Изходните вериги на SMPS съдържат токоизправители на диоди VD5 - VD8, VD9 - VD12, групов стабилизиращ дросел (DGS) L3 и U-образни филтри C11 - C16, L4, L5 и C17 - C22, L6, L7. Керамичните кондензатори C13, C14, C17, C18 улесняват работата на съответните електролити. Резисторите R11 - R14 създават първоначалното натоварване, необходимо за нормалната работа на SMPS на празен ход.
Вериги C8, R7; C9, R9; C10, R10 - амортизация. Те ограничават ЕМП емисиите на индуктивността на самопредизвиканото утечка и намаляват смущенията, генерирани от SMPS.
Контролната верига не пасна на основната платка, така че беше сглобена като модул A1 на допълнителна платка.
Както вероятно вече се досещате, неговата основа е чипът DA2 UC3825AN. Захранва се от вграден стабилизатор на Krenka DA1. Кондензатори C1 и C7 - захранващ филтър. Те, според LH, трябва да бъдат разположени възможно най-близо до съответните изводи на DA2. Кондензатор C5 и резистор R8 са честотни. С рейтингите, посочени на диаграмата, честотата на преобразуване на PSU е приблизително равна на 56 kHz (честотата на работа на IC е 2 пъти по-висока - имаме двутактов SMPS). Кондензаторът C4 задава продължителността на мекия старт, в този случай - 78 ms. Кондензатор C2 филтрира шума на изхода на източника на референтно напрежение. Елементите C6, R9, R10 са веригата за компенсиране на усилвателя на грешката, а R4, R6 са делителя на изходното напрежение на PSU, от който се взема сигналът за обратна връзка.
Защитата от свръхток е реализирана на токовия трансформатор T3. Сигналът от неговата вторична намотка се коригира от токоизправител на диоди VD3, VD4 (главна платка). Резисторът R8 (на основната платка) е натоварването на токовия трансформатор. Сигналът от R8 през филтърната верига R7, C3 (в модул A1) се подава към входа за ограничаване на тока DA2. Този PSU прилага ограничение на тока на цикъл, т.е. микросхемата не позволява токът през клавишите да се увеличи до опасни стойности. Когато напрежението достигне 1 V на щифт 9, микросхемата ограничава ширината на импулса. Ако възникне късо съединение в товара и токът на ключовете се увеличи по-бързо, отколкото DA2 имаше време да реагира на него, напрежението на щифт 9 ще надвиши 1,4 V. Микросхемата разрежда C4 и прекъсва. Токът в веригата на първичната намотка изчезва и микросхемата се рестартира. Така при късо съединение в товара SMPS преминава в режим на "хълцане".
Портите на полеви транзистори се управляват с помощта на трансформатор T2. Понастоящем е широко разпространено използването на всякакви стартиращи високоволтови драйвери като IR2110 и др.. Въпреки това, недостатъкът на такива микросхеми е, че когато някой елемент се повреди, ЦЯЛАТА високоволтова част на PSU и възлите са галванично свързани до изгарянето му (което трябваше да срещна в процеса на експерименти с тези микросхеми). Освен това тези ИС не осигуряват галванична изолация на управляващата верига от високоволтовата част, което е неприемливо за избраната архитектура. Можете да прочетете за характеристиките на управлението на портата в и можете да изтеглите програма за изчисляване на управляващия трансформатор.
Диодите на Шотки VD1 - VD4 в модул A1 защитават изходите на драйвера на управляващия чип. Това се улеснява и от резистора R11.
На елементите VT1, VT2, R1 - R5 е монтирана верига за изключване на SMPS. Смисълът на всичко това е да се скъси C4, като по този начин се постави контролният чип в режим на готовност. Такива звънци и свирки са необходими за гарантирано изключване на SMPS, дори ако входът за изключване внезапно висеше във въздуха (процентът изгоря в контролния блок, проводникът се счупи) или резервното захранване се повреди. С други думи, работата на DA2 ще бъде блокирана, докато не се захрани и в същото време нивото на логаритмията не се приложи към контролния вход на SMPS. един.
SMPS има резервно захранване, което може да се използва за захранване на контролен блок на усилвател с функция за дистанционно стартиране.
Основата на резервното захранване е трансформаторът T1. Използването на „конвенционален“, 50-Hz трансформатор повишава надеждността на устройството в сравнение с импулсните flyback преобразуватели, които се използват широко в компютърните захранвания, които много често умират, създавайки различни пиротехнически ефекти. Все пак дежурната предполага денонощна работа. Напрежението, коригирано от моста VD2 и изгладено от кондензатора C23 (около 15 V), се подава към модула A1 и към импулсния преобразувател Step-Down (понижаващ) на добре познатия MC34063 (руски аналог на K1156EU5AR). Можете да прочетете за тази микруха в LH. Някой ще каже, защо такива трудности? Какво не хареса на Кренка? Факт е, че за нормалната работа на UC3825 са необходими минимум 12 V в целия допустим диапазон на мрежовото напрежение. При максимално напрежение в мрежата (в края на краищата трябва да вземем предвид всичко), изходът на моста VD2 може да бъде до 18-20 V. Освен това, ако вашият микропроцесор консумира повече от 50 mA, Krenka ще се превърне в голяма печка.
Супресорът VD14 защитава работния товар (вашият мега сложен и супер усъвършенстван контролен блок на микроконтролера) в случай на повреда на източника на захранване в режим на готовност (например, ако ключът MC34063 се повреди, всичките 15 V могат да бъдат на неговия изход ).
Конструкция и детайли
Тъй като не харесвам "сополите" и това устройство обича правилното окабеляване, SMPS е сглобен на едностранна печатна платка, чиято фигура е показана по-долу:
На основната платка има два джъмпера от MGTF проводника - J1 от страната на частите и J2 - от страната на пистите.
Както беше отбелязано по-горе, управляващата верига не се побира на основната платка и следователно е сглобена на спомагателна платка: 
Използването на SMD елементи тук е причинено не толкова от желанието да се направи ултра-малък модул и да се усложни задачата за закупуване на елементи за радиолюбители от региони, далеч от Москва, а от изискванията за окабеляване на високочестотни вериги около UC3825 . Благодарение на използването на SMD елементи беше възможно да се направят всички печатни проводници с минимална дължина. Който иска, може да се опита да нарисува красиво шал за обикновени детайли - не успях =))
Също така отбелязвам, че силно не препоръчвам категорично да се отклонявате от даденото оформление на платката, защото захранващият блок може или да започне да „гае“ във въздуха, или изобщо да не работи.
Сега за подробностите. Много от тях могат да бъдат изтеглени от дефектни или остарели компютърни PSU. Основната платка е предназначена за инсталиране на резистори C2-23 (MLT, OMLT и др.), Внасят се резистори R10, R13 и R14 (те са по-тънки от MLT). Керамични кондензатори - K10-17B или подобни вносни, C25 трябва да бъдат направени от NPO диелектрик или подобен, C6, C7 - филм K73-17.
Кондензаторите за потискане на смущенията C1, C2 трябва да бъдат от категория X2, а C3 и C4 - Y2. За последното това изискване е задължително, тъй като електрическата безопасност на SMPS зависи от тях. Кондензатори С8 - С10 - високоволтов керамичен диск внос. Можеш да сложиш K15-5, но те са по-големи, ще трябва да коригираш платката.
Всички оксидни кондензатори трябва да имат ниско еквивалентно серийно съпротивление (Low ESR). Кондензаторите от серията Jamicon WL ще свършат работа. Jamicon HS е подходящ като C5.
Choke L1 - от компютърно захранване, скъсано от подобно място. На моята пишеше "YX EE-25-02". Дросели L2, L4, L5 - стандартни за дъмбели с диаметър 9 mm, например серия RLB0914. Индуктор L2 трябва да бъде проектиран за ток от най-малко 0,8 A, L4, L5 - най-малко 0,5 A. Индукторите L6 и L7 са навити на пръстени T72 (K18.3x7.11x6.60) от атомизирано желязо клас -26 (жълто- бяло). Използвах готови, така че не знам колко завои има, но ако желаете, броят на завоите може да се изчисли в програмата DrosselRing. Измерената индуктивност на моите дросели е 287uH.
Транзисторите VT1, VT2 са n-канални MOSFET с напрежение дрейн-източник най-малко 500 V и ток на източване най-малко 8 A. Трябва да изберете транзистори с минимално съпротивление на отворен канал (Rds_on) и минимален заряд на портата.
Мост VD1 - всякакъв за 800-1000 V, 6A, VD2 - всякакъв> 50V, 1A. Като VD3, VD4 пасват на KD522. Диоди VD5 - VD8 - Шотки за напрежение най-малко 80 V и ток най-малко 1 A, VD9 - VD12 - високоскоростни (ултрабързи) за напрежение най-малко 200 V, ток 10 ... 15 A и време за обратно възстановяване не повече от 35 ns (в краен случай 75…50 ns). Ще бъде абсолютно прекрасно, ако намерите Шотки за такова напрежение. Диод VD13 - всеки Шотки 40 V, 1A.
Модул A1 използва SMD резистори и кондензатори с размер 0805. На позиция J1 е инсталиран джъмпер 0805. C5 трябва да бъде направен от NPO диелектрик или подобен, C6 - не по-лош от X7R. C1 - тантал тип C или D - подложките на дъската са предназначени за всеки от тях. Транзистори VT1, VT2 - всеки n-p-n в пакета SOT23. Диоди VD1 - VD4 - всеки Шотки за ток от 3A в пакета SMC. DA1 може да бъде заменен с 7812.
XP3 - конектор от дънната платка ATX.
Трансформатор Т1 тип TP121-8, TP131-8. Всеки с изходно напрежение под товар от 15 V ще направи и мощност 4.5Вирджиния Данните за намотките на други индуктивни елементи са показани по-долу.
Управляващ трансформатор Т2
|
Навиване |
Номер за контакт (N-K) |
Брой завои |
Жицата |
|
Магнитна сърцевина |
Феритен пръстен T90 (K22.9x14.0x9.53) зелен, u=4600 |
||
Всяка от намотките заема 1 слой и е равномерно разпределена по пръстена. Първо, намотката I се навива и покрива със слой изолация, например флуоропластична лента или лакирана кърпа. Изолацията на тази намотка определя безопасността на SMPS. След това се навиват намотки II и III. Пръстенът е залепен вертикално към пластмасова букса с контакти, която след това е запоена в платката. Трябва да се отбележи, че за нормална работа този трансформатор трябва да има минимална индуктивност на утечка, така че сърцевината за него трябва да бъде тороидална и с максимална магнитна пропускливост. Опитах се да навия този транс на ядрото E20 / 10/6 от N67 - импулсите на портата имаха удари, които отвориха втория полумостов транзистор: 
Синя графика - импулси на вратата на VT2, жълта - напрежение на изтичането на VT2.
ОТ тороидален трансформатор, навита, както е описано по-горе, формата на вълната изглежда така:
При монтажа на управляващия трансформатор е необходимо да се спазва фазирането на намотките! Ако фазирането е неправилно, полумостовите транзистори ще изгорят при включване!
Токов трансформатор Т3
|
Навиване |
Номер за контакт (N-K) |
Брой завои |
Жицата |
|
Магнитна сърцевина |
2 пръстена K12x8x6 от ферит M3000NM |
||
Намотка II е навита на 2 проводника, след навиване краят на едната полунамотка е свързан с началото на другата и контакт 2. Намотка I е парче тел, прекаран през пръстен под формата на буквата "P". За да се увеличи електрическата и механичната якост на изолацията, върху проводника се поставя флуоропластична тръба.
Силов импулсен трансформатор Т4
|
Навиване |
Номер за контакт (N-K) |
Брой завои |
Жицата |
|
3xPEV-2 0,41 |
|||
|
5xPEV-2 0,41 |
|||
|
Магнитна сърцевина |
EI 33.0/24.0/12.7/9.7 от ферит PC40 TDK |
||
Трансформаторът е изчислен в програмата ExcellentIT(5000) . Ядрото се отстранява от захранването на компютъра. Първо се навива първата половина на намотката I. Върху него се полага слой изолация (използвам филм от лавсан от фоторезист), а екранът е отворена намотка от медна лента, увита с лепяща лента. Екранът е свързан към клема 2 на трансформатора. След това се поставят няколко слоя филм или лакирана тъкан и намотка III се навива със сноп от 10 проводника. Необходимо е да навиете завой на завой, като стиснете снопа с пръсти, така че всичките 10 жици да са подредени в един ред - в противен случай няма да се побере. Краят на едната полунамотка (5 проводника) е свързан към началото на другата и към клема 11 на рамката. Намотка III е покрита с един слой лавсанов филм, върху който намотка II е положена подобно на III. След това се полагат още няколко слоя филм или лакирана тъкан, отворена намотка от изолирано медно фолио, свързана към клема 2, слой филм и втората половина на първичната намотка се навива.
Такава намотка на трансформатора позволява да се намали индуктивността на утечка с фактор четири.
На всички изводи на първичната намотка са поставени флуоропластични тръби.
Групова стабилизираща дроселова клапаL3
|
Навиване |
Брой завои |
Жицата |
|
|
Магнитна сърцевина |
Пръстен T106 (K26.9x14.5x11.1) от пулверизирано желязо -26 (жълто-бяло) |
||
GHS се изчислява с помощта на програмата CalcGRI.
Първо, намотките L3.3 и L3.4 се навиват едновременно в 2 проводника. Те ще вземат 2 слоя. Намотките L3.1 и L3.2 са навити по подобен начин върху тях в един слой. При монтиране на DHS на платката е необходимо да се спазва фазирането на намотките!
Транзисторите VT1, VT2 са монтирани върху алуминиев оребрен радиатор с размери 60x15x40 mm и повърхност 124 cm2. Диодите VD9 - VD12 са монтирани на подобен радиатор с размери 83x15x40 mm и площ 191 cm2. С определената площ на радиаторите, захранването може да работи дълго време при постоянно натоварване не повече от 100 W! Ако SMPS трябва да се използва не като усилвател, а за захранване на товар с постоянна консумация на енергия до 200 W, трябва да се увеличи площта на радиатора или да се приложи принудително охлаждане!
Сглобеният IIP изглежда така:
Монтаж и настройка
Първо, всички елементи са инсталирани на платката, с изключение на VD1, VT1, VT2, T4, R7, C8, FU1. Свържете SMPS към мрежата и проверете за +5 V напрежение на пин 11 на конектора XP3. След това се свързват щифтове 1 и 11 на конектора XP3 и паралелно се свързва двулъчев осцилоскоп с резистори R3 и R4 (осцилна маса към долните краища на резисторите, сигнални сонди към горните. Не можете направете това с инсталирани транзистори и захранване !!!). Формата на вълната трябва да изглежда така:
Ако изведнъж вашите импулси се оказаха във фаза, тогава сте се прецакали при разпояване на намотките на трансформатора T2. Разменете началото и края на долната или горната намотка. Ако това не е направено, тогава, когато включите SMPS с ключовете, ще има голям и цветен поздрав :-)
Ако нямате двулъчев осцилоскоп, можете да проверите формата и наличието на еднолъчеви импулси на свой ред, но можете да разчитате само на собствените си грижи, когато свързвате трансформатора T4.
Ако все още не сте гръмнали, не сте загряли, има импулси и са правилно фазирани, можете да запоите всички липсващи елементи и да направите първото включване. За всеки случай препоръчвам да направите това през 150 ватовата крушка на Илич (ако можете да я купите :D). В добрия смисъл, за да не изгори нищо, разбира се, трябва да бъде включен в прекъсването на веригата между плюс C5 и половин мост. Но тъй като имаме печатна електронна платка, това е трудно да се направи. Когато е включен в прекъсването на мрежовия проводник, той е малко полезен, но все пак е някак по-спокоен)). Включваме SMPS на празен ход и измерваме изходните напрежения. Те трябва да са приблизително равни на номиналните.
Свързваме товар от 100 W между изходите "+25 V" и "-25 V". За тези цели е удобно да използвате обикновен чайник 220 V 2,2 kWкато първо го напълните с вода. Един чайник натоварва SMPS с около 90 - 100 вата. Отново измерваме изходното напрежение. Ако те се различават значително от номиналните, ние ги караме в допустими граници, като избираме резистори R4 и R6 в модул A1.
Ако SMPS е нестабилен - изходното напрежение се колебае с определена честота, е необходимо да изберете компенсационните елементи за обратна връзка C6, R9, R10. Увеличаването на капацитета на C10 увеличава инерцията на SMPS и увеличава стабилността, но прекомерното увеличаване на неговия капацитет ще забави операционната система и ще увеличи пулсациите на изходното напрежение. Сега можете да тествате SMPS при максимално натоварване. Ако SMPS стартира нестабилно при натоварване или премине в режим на „хълцане“, можете да опитате да увеличите капацитета на кондензатора C3, но не препоръчвам да се увличате твърде много с това - това ще доведе до намаляване на скоростта на текущата защита и увеличаване на ударните претоварвания на SMPS елементите по време на късо съединение. Можете също да опитате да намалите стойността на R8. Със стойността, посочена на диаграмата, защитата се задейства, когато амплитудата на тока на първичната намотка T4 е около 5 A. Между другото, ще кажа, че максималният допустим ток на изтичане на използваните транзистори е 8 A.
Ако сега нищо не избухна, всички транзистори и кондензатори останаха на местата си, захранването отговаря на характеристиките, дадени в началото на статията, и чайникът се затопли, свързваме усилвател към PSU и се наслаждаваме на музиката, докато пием прясно приготвен чай :-)
PS: Тествах моя SMPS с усилвател LM3886. В колоните не забелязах фон (което не може да се каже за комп колоните с "класически" трансформатор). Много ми хареса звука.
Честито събрание!
Литература
- Схеми на PWM контролери K1156EU2, K1156EU3 http://www.sitsemi.ru/kat/1156eu23.pdf
- Контролери за широчина на импулса от серията KR1156EU2 и KR1156EU3. – Радио, 2003, бр.6, с. 47 - 50.
- Разработване и прилагане на високоскоростни схеми за управление на мощни полеви транзистори http://valvolodin.narod.ru/articles/FETsCntr.pdf
Как ви харесва тази статия?
За разлика от традиционните линейни захранвания, които предполагат затихване на прекомерно нестабилизирано напрежение върху линеен елемент, импулсните захранвания използват други методи и физични явления за генериране на стабилизирано напрежение, а именно: ефектът от натрупването на енергия в индукторите, както и възможността на високочестотна трансформация и преобразуване на натрупаната енергия в постоянно налягане. Има три типични схеми за конструиране на импулсни захранвания (виж Фиг. 3.4-1): повишаваща (изходното напрежение е по-високо от входното), понижаващо (изходното напрежение е по-ниско от входното) и инвертираща (изходното напрежение има обратното полярност по отношение на входа). Както се вижда от фигурата, те се различават само по начина на свързване на индуктивността, в противен случай принципът на работа остава непроменен, а именно.
Прилага се ключов елемент (обикновено се използват биполярни или MIS транзистори), работещ на честота от порядъка на 20-100 kHz, периодично за кратко време (не повече от 50% от времето).
дава на индуктора пълното входно нерегулирано напрежение. импулсен ток. протичаща през бобината, осигурява натрупването на енергия в нейното магнитно поле 1/2LI^2 на всеки импулс. Съхранената по този начин енергия от намотката се прехвърля към товара (или директно, с помощта на изправителен диод, или през вторичната намотка и след това изправена), изходният изглаждащ филтърен кондензатор гарантира, че изходното напрежение и ток са постоянни. Стабилизирането на изходното напрежение се осигурява чрез автоматично регулиране на ширината или честотата на импулсите на ключовия елемент (веригата за обратна връзка е предназначена да следи изходното напрежение).
Тази, макар и доста сложна, схема може значително да увеличи ефективността на цялото устройство. Факт е, че в този случай, в допълнение към самия товар, във веригата няма силови елементи, които разсейват значителна мощност. Ключовите транзистори работят в режим на наситен ключ (т.е. спадът на напрежението върху тях е малък) и разсейват мощност само в сравнително кратки интервали от време (време за подаване на импулс). Освен това, чрез увеличаване на честотата на преобразуване, можете значително да увеличите мощността и да подобрите характеристиките на теглото и размера.
Важно технологично предимство на импулсните IP е възможността за изграждане на тяхна база на IP мрежа с малък размер с галванична изолация от мрежата за захранване на голямо разнообразие от оборудване. Такива IP се изграждат без използването на обемен нискочестотен силов трансформатор според схемата на високочестотен преобразувател. Това всъщност е типична схема на импулсно захранване с намаляване на напрежението, където като входно напрежение се използва изправено мрежово напрежение, а като високоефективен високочестотен трансформатор (малък по размер и с висока ефективност). запаметяващ елемент, от чиято вторична намотка се отстранява изходното стабилизирано напрежение (този трансформатор осигурява и галванична изолация от мрежата).
Недостатъците на импулсните захранвания включват: наличието на високо ниво на импулсен шум на изхода, висока сложност и ниска надеждност (особено в занаятчийското производство), необходимостта от използване на скъпи високоволтови високочестотни компоненти, които в в случай на най-малка неизправност, лесно се провалят "масово" (с това обикновено се получават впечатляващи пиротехнически ефекти). Тези, които обичат да се ровят във вътрешността на устройствата с отвертка и поялник, ще трябва да бъдат изключително внимателни при проектирането на мрежов импулсен IP, тъй като много елементи от такива вериги са под високо напрежение.
3.4.1 Ефективен превключващ регулатор с ниска сложност
На елементната база, подобна на тази, използвана в линейния стабилизатор, описан по-горе (фиг. 3.3-3), можете да изградите превключващ регулатор на напрежението. При същите характеристики той ще има значително по-малки размери и по-добри топлинни условия. Принципна диаграма на такъв стабилизатор е показана на фиг. 3.4-2. Стабилизаторът е сглобен съгласно типична схема с падане на напрежението (фиг. 3.4-1а).
При първото включване, когато кондензаторът C4 е разреден и към изхода е свързан достатъчно мощен товар, токът протича през линейния регулатор IC DA1. Падането на напрежението върху R1, причинено от този ток, отключва ключовия транзистор VT1, който веднага влиза в режим на насищане, тъй като индуктивното съпротивление L1 е голямо и през транзистора протича достатъчно голям ток. Падането на напрежението през R5 отваря основния ключов елемент - транзистор VT2. Текущ. нараства в L1, зарежда C4, докато пише чрез обратната връзка на R8
преди стабилизатора и ключовия транзистор. Енергията, съхранявана в намотката, захранва товара. Когато напрежението в C4 падне под стабилизиращото напрежение, DA1 и ключовият транзистор се отварят. Цикълът се повтаря при честота 20-30 kHz.
Верига R3. R4, C2 ще зададе нивото на изходното напрежение. Може да се регулира плавно в малък диапазон, от Uct DA1 до Uin. Въпреки това, ако Uout се повиши близо до Uin, има известна нестабилност при максимално натоварване и повишено нивопулсации. За потискане на високочестотни вълни на изхода на стабилизатора е включен филтър L2, C5.
Схемата е доста проста и най-ефективна за това ниво на сложност. Всички силови елементи VT1, VT2, VD1, DA1 се доставят с малки радиатори. Входното напрежение не трябва да надвишава 30 V, което е максималното за стабилизатори KR142EN8. Изправителните диоди трябва да се използват за ток най-малко 3 A.
3.4.2 Устройство за непрекъсваемо захранване на базата на импулсен регулатор
На фиг. 3.4-3 се предлага за разглеждане устройство за непрекъсваемо захранванесистеми за сигурност и видеонаблюдение, базирани на импулсен стабилизатор, комбиниран със зарядно устройство. Стабилизаторът включва системи за защита срещу претоварване, прегряване, изходни пренапрежения, късо съединение.
Стабилизаторът има следните параметри:
Входно напрежение, Vvx - 20-30 V:
Изходно стабилизирано напрежение, Uvyx-12V:
Номинален ток на натоварване,Номинален Iload -5A;
Ток на работа на системата за защита от претоварване, Izasch - 7A;.
Работно напрежение на системата за защита от пренапрежение, защита Uизход - 13 V;
Максимален ток на зареждане на акумулатор Изар акумулатор max - 0,7 A;
Ниво на вълни. Uppulse - 100 mV
Работна температура на системата за защита от прегряване Tzasch - 120 С;
Скорост на превключване към захранване от батерия, превключвател - 10ms (реле RES-b RFO.452.112).
Принципът на работа на превключващия стабилизатор в описаното устройство е същият като този на стабилизатора, представен по-горе.
Устройството е увеличено зарядно устройствонаправени върху елементите DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Стабилизатор на напрежение IC DA2 с токоделител на R7. R8 ограничава максималния първоначален ток на зареждане, разделителят R9, R10 задава изходното напрежение на зареждането, диодът VD2 предпазва батерията от саморазреждане при липса на захранващо напрежение.
Защитата от прегряване използва термистор R16 като температурен сензор. Когато защитата се задейства, устройството за звуков сигнал, монтирано на IC DD 1, се включва и в същото време товарът се изключва от стабилизатора, превключвайки към захранване от батерията. Термисторът е монтиран на радиатора на транзистора VT1. Прецизното регулиране на степента на работа на температурната защита се осъществява от съпротивлението R18.
Сензорът за напрежение е монтиран на разделител R13, R15. съпротивлението R15 задава точното ниво на работа на защитата от пренапрежение (13 V). Когато напрежението на изхода на стабилизатора е превишено (в случай на повреда на последния), релето S1 изключва товара от стабилизатора и го свързва към батерията. В случай на прекъсване на захранването, реле S1 преминава в състояние "по подразбиране" - т.е. свързва товара към батерията.
Веригата, показана тук, няма електронна защита от късо съединение за батерията. тази роля се изпълнява от предпазител в захранващата верига на товара, предназначен за максимална консумация на ток.
3.4.3 Захранващи устройства на базата на високочестотен импулсен преобразувател
Доста често при проектирането на устройства има строги изисквания за размера на източника на захранване. В този случай единственият изход е да се използва захранване на базата на високоволтови високочестотни импулсни преобразуватели. които са свързани към ~220 V мрежа без използване на цялостен нискочестотен понижаващ трансформатор и могат да осигурят висока мощност с малки размери и разсейване на топлината.
Структурна схема на типичен импулсен преобразувателсъс захранване от промишлена мрежа е показано на фигура 34-4.
Входният филтър е предназначен да предотврати проникването на импулсен шум в мрежата. Силовите превключватели осигуряват подаването на импулси с високо напрежение към първичната намотка на високочестотен трансформатор (единичен и
дуплексни вериги). Честотата и продължителността на импулсите се задават от контролиран генератор (обикновено се използва контрол на ширината на импулса, по-рядко - честота). За разлика от нискочестотните синусоидални трансформатори, импулсните захранващи устройства използват широколентови устройства, за да осигурят ефективен трансфер на мощност на сигнали с бързи фронтове. Това налага значителни изисквания към вида на използваната магнитна верига и конструкцията на трансформатора. От друга страна, с увеличаване на честотата, необходимите размери на трансформатора (при запазване на предаваната мощност) намаляват (съвременните материали позволяват изграждането на мощни трансформатори с приемлива ефективност при честоти до 100-400 kHz). Характеристика на изходния токоизправител е използването не на обикновени силови диоди, а на високоскоростни диоди на Шотки, което се дължи на високата честота на ректифицираното напрежение. Изходният филтър изглажда пулсациите на изходното напрежение. Напрежението за обратна връзка се сравнява с референтното напрежение и след това управлява генератора. Обърнете внимание на наличието на галванична изолация във веригата за обратна връзка, която е необходима, ако искаме да осигурим изолация на изходното напрежение от мрежата.
При производството на такъв IP има сериозни изисквания към използваните компоненти (което увеличава тяхната цена в сравнение с традиционните). Първо, това се отнася до работното напрежение на токоизправителните диоди, филтърните кондензатори и ключовите транзистори, което не трябва да бъде по-малко от 350 V, за да се избегнат повреди. Второ, трябва да се използват високочестотни ключови транзистори (работна честота 20-100 kHz) и специални керамични кондензатори (обикновените оксидни електролити ще прегреят при високи честоти поради високата им индуктивност).
дейност). И трето, честотата на насищане на високочестотен трансформатор, определена от вида на използваната магнитна верига (като правило се използват тороидални сърцевини), трябва да бъде значително по-висока от работната честота на преобразувателя.
На фиг. 3.4-5 показва схематична диаграма на класически IP, базиран на високочестотен преобразувател. Филтърът, състоящ се от кондензатори C1, C2, C3 и дросели L1, L2, служи за защита на захранването от високочестотни смущения от преобразувателя. Генераторът е изграден по автоколебателна схема и е комбиниран с ключово стъпало. Ключовите транзистори VT1 и VT2 работят в противофаза, като се отварят и затварят на свой ред. Стартирането на генератора и надеждната работа се осигуряват от транзистора VT3, който работи в режим на лавина. Когато напрежението на C6 се повиши през R3, транзисторът се отваря и кондензаторът се разрежда към основата на VT2, стартирайки генератора. Напрежението за обратна връзка се отстранява от допълнителната (III) намотка на силовия трансформатор Tpl.
Транзистори VT1. VT2 се монтира на пластинчати радиатори от най-малко 100 cm ^ 2. Диодите VD2-VD5 с бариера на Шотки са поставени върху малък радиатор 5 cm ^ 2. Данни за дросел и трансформатор: L1-1. L2 е навит на пръстени от ферит 2000NM K12x8x3 в два проводника с тел PELSHO 0,25: 20 оборота. TP1 - на два сглобени пръстена, ферит 2000NN KZ 1x18.5x7;
намотка 1 - 82 оборота с проводник PEV-2 0.5: намотка II - 25 + 25 оборота с проводник PEV-2 1.0: намотка III - 2 оборота с проводник PEV-2 0.3. TP2 е навит на феритен пръстен 2000NN K10x6x5. всички намотки са направени с проводник PEV-2 0.3: намотка 1 - 10 оборота:
намотки II и III - по 6 намотки, двете намотки (II и III) са навити така, че да заемат 50% от площта на пръстена, без да се допират или припокриват една друга, намотка I е навита равномерно около целия пръстен и изолирана с слой лакирана тъкан. Токоизправителните филтърни намотки L3, L4 са навити на ферит 2000NM K 12x8x3 с проводник PEV-2 1.0, броят на завоите е 30. KT809A може да се използва като ключови транзистори VT1, VT2. KT812, KT841.
Номиналните стойности на елементите и данните за намотките на трансформаторите са дадени за изходно напрежение 35 V. В случай, че са необходими други работни параметри, броят на намотките в намотката 2 Tr1 трябва да бъде съответно променен.
Описаната схема има значителни недостатъци, дължащи се на желанието да се сведе до минимум броят на използваните компоненти. Това е ниско "ниво на стабилизиране на изходното напрежение и нестабилна ненадеждна работа и нисък изходен ток. Въпреки това, той е доста подходящ за захранване на прости структури на различна мощност (при използване на подходящи компоненти), като: калкулатори, повикващи устройства, осветителни тела и др.
Друга IP схема, базирана на високочестотен импулсен преобразувател, е показана на фиг. 3.4-6. Основната разлика между тази схема и стандартната структура, показана на фиг. 3.4-4 е липсата на обратна връзка. В тази връзка стабилността на напрежението на изходните намотки на RF трансформатора Tr2 е доста ниска и е необходимо използването на вторични стабилизатори (веригата използва универсални интегрирани стабилизатори на ИС от серията KR142).
3.4.4 Импулсен регулатор с ключов MIS транзистор с токоотчитане.
Миниатюризацията и повишаването на ефективността при разработването и проектирането на импулсни захранвания се насърчава от използването на нов клас полупроводникови инвертори - MOS транзистори, както и: диоди с висока мощност с бързо обратно възстановяване, диоди на Шотки, ултра-бързи диоди , полеви транзистори с изолиран затвор, интегрални схеми за управление на ключови елементи. Всички тези елементи се предлагат на вътрешния пазар и могат да се използват при проектирането на високопроизводителни захранвания, преобразуватели, системи за запалване на двигатели. вътрешно горене(ICE), системи за стартиране на лампи дневна светлина(LDS). От голям интерес за разработчиците може да бъде и клас захранващи устройства, наречени HEXSense - MIS транзистори с текущо отчитане. Те са идеални превключващи елементи за готови за работа импулсни захранвания. Възможността за четене на тока на превключващия транзистор може да се използва в импулсни захранвания за обратна връзка по ток, изисквана от PWM контролера. Така се постига опростяване на конструкцията на захранването - изключване на токови резистори и трансформатори от него.
На фиг. 3.4-7 показва диаграма на импулсно захранване с мощност 230 W. Основните му експлоатационни характеристики са следните:
Входно напрежение: -110V 60Hz:
Изходно напрежение: 48 VDC:
Ток на натоварване: 4,8 A:
Честота на превключване: 110 kHz:
Ефективност при пълно натоварване : 78%;
Ефективност при 1/3 натоварване: 83%.
Схемата се основава на широчинно-импулсен модулатор (PWM) с високочестотен преобразувател на изхода. Принципът на действие е следният.
Сигналът за управление на ключовия транзистор идва от изход 6 на PWM контролера DA1, работният цикъл е ограничен до 50% от резистора R4, R4 и SZ са синхронизиращите елементи на генератора. Захранването DA1 се осигурява от веригата VD5, C5, C6, R6. Резистор R6 е предназначен да захранва напрежение по време на стартиране на генератора, впоследствие обратната връзка по напрежение се активира чрез LI, VD5. Тази обратна връзка се получава от допълнителна намотка в изходния дросел, който работи в режим flyback. В допълнение към захранването на генератора, напрежението за обратна връзка през веригата VD4, Cl, Rl, R2 се подава към входа за обратна връзка по напрежение DA1 (пин 2). Чрез R3 и C2 се осигурява компенсация, която гарантира стабилността на обратната връзка.
Въз основа на тази схема е възможно да се изградят превключващи стабилизатори с други изходни параметри.
Фигурата показва веригата на преобразувателя постоянно напрежение 12V до 180V. Тази схемаможе да се използва като източник на захранване за газоразрядни индикатори (за захранване на газоразрядни индикатори (тип IN) е необходимо постоянно или пулсиращо напрежение от 100 ... 200 V.). Схемата е доста проста, съдържа минимален набор от елементи. Генераторът е сглобен на чип с таймер NE555N, изходът на генератора контролира портата на N-канала полеви транзистор, […]
Като правило, конвенционален бял светодиод консумира ток от 20 mA при напрежение 3.3 V, което не ви позволява да използвате 1,2 V NiMH батерия или 1,5 V батерия за захранване на светодиодите. За да разрешите този проблем, можете да използвате led драйверпоказан на фигурата, който има изходно напрежение от 23 V и изходен ток от 20 mA, с който можете да захранвате […]
Push-pull преобразувателят е преобразувател на напрежение, използващ импулсен трансформатор. Коефициентът на трансформация на трансформатора може да бъде произволен. Въпреки че е фиксирана, в много случаи ширината на импулса може да варира, което разширява наличния обхват на стабилизиране на напрежението. Предимството на двутактните преобразуватели е тяхната простота и възможността за увеличаване на мощността. В правилно проектиран двутактов конвертор D.C.чрез навиването и отклонението на сърцевината […]
Електронен баласт, предназначен за захранване енергоспестяващи лампи (Флуоресцентна лампа) и е импулсно захранване с високо напрежение. Номиналната мощност на лампата, когато се захранва от електронен баласт, не трябва да надвишава 20 вата. Електронният баласт се състои от диоден токоизправител VD1-VD4, генератор на импулси FAN7710 и дросел L1. Тъй като FAN7710 IC е двутактен превключвател на MIS транзистори с много ниско […]
TL497A е импулсен регулатор на напрежение. TL497A съдържа всички активни компоненти, необходими за внедряване на импулсен регулатор на напрежението. Може да се използва и като контролен елемент за външни компоненти в приложения с висока мощност. TL497A е проектиран да бъде лесен за изграждане на високоефективни усилващи/понижаващи регулатори, високоефективни инвертори на напрежение. Изходният ток на импулсния регулатор не надвишава 500 mA, за да се увеличи в […]
На таймера 556 (двойна версия на 555) можете да направите прост преобразувател от 12V DC към 220V AC 50Hz. Изходната мощност на преобразувателя е 25 W. Мрежовият трансформатор има три намотки - 2 * 10 V и 220 V. Първата секция на таймера 556 работи като нестабилен генератор с честота 50 Hz, втората секция работи като фазов инвертор. В същото време с […]
ПРИНЦИПНА СХЕМА НА ИМПУЛСНО ЗАХРАНВАНЕ
КОМПЮТЪР
СТАТИЯТА Е ПОДГОТВЕНА НА БАЗАТА НА КНИГАТА НА А. В. ГОЛОВКОВ и В. Б. ЛЮБИЦКИ "ЗАХРАНВАНИЯ ЗА СИСТЕМНИ МОДУЛИ ОТ ТИП IBM PC-XT/AT" ИЗДАТЕЛСТВО "ЛАД и Н"
Обобщавайки всичко казано, за пълнота ще дадем пълно описание като пример електрическа схемаза един от 200-ватовите импулсни захранвания (произведени в Тайван PS6220C) (фиг. 56).
Променливото мрежово напрежение се подава през мрежов превключвател PWR SW чрез мрежов предпазител F101 4A, филтри за потискане на шума, образувани от елементи C101, R101, L101, C104, C103, C102 и дросели AND 02, L103 до:
изходен трипинов конектор, към който може да се закачи захранващият кабел на дисплея;
двупинов конектор JP1, чийто аналог е разположен на платката.
От конектора JP1 променливотоковото мрежово напрежение се подава към:
мостова коригираща верига BR1 през термистора THR1;
първичната намотка на стартовия трансформатор Т1.
Фигура 56. Схематична диаграма на импулсно захранване на UPS PS-6220C