Suggeriamo di considerare cos'è un alimentatore switching (UPS), come funziona e anche come realizzare questo dispositivo a casa.

Informazioni generali sull'UPS

UPS è un dispositivo che rettifica tensione di rete, e quindi genera da esso impulsi con una frequenza superiore a 10 kHz, che vengono quindi alimentati a uno speciale trasformatore di impulsi.

L'UPS è un convertitore elettronico che include un regolatore di commutazione per convertire in modo efficiente energia elettrica e un modulatore di larghezza di impulso (PWM). Come altre fonti di alimentazione, l'UPS trasferisce l'alimentazione dalla rete al carico convertendo la tensione.

Schema - Commutazione di alimentazione

Idealmente, un alimentatore switching non dissipa alcuna potenza. Al contrario, un alimentatore lineare, regolando la tensione di uscita, dissipa continuamente energia in giunzione p-n transistor. In questo modo alta efficienza la conversione è un importante vantaggio di un alimentatore switching rispetto a uno lineare. Inoltre, qualsiasi semplice alimentatore switching è molto più compatto di un trasformatore con regolatore lineare, ma allo stesso tempo non ha un'efficienza inferiore.

Foto - Alimentatore switching di rete

Blocchi di impulsi gli alimentatori vengono utilizzati in sostituzione di quelli lineari, in quanto hanno dimensioni e peso inferiori con efficienza simile.

Video: come realizzare un semplice alimentatore (commutato)

Principio operativo

Consideriamo in cicli il principio di funzionamento di un semplice alimentatore switching.

Se l'UPS ha una tensione di ingresso CA, ad esempio in un computer, PC, laptop, il primo passaggio consiste nel convertire la tensione CA in ingresso in CC. Alimentazione con tensione di ingresso calcolata in ingresso corrente continua non richiede questo passaggio. In alcuni alimentatori, come quelli per computer, il circuito del raddrizzatore può essere configurato come un duplicatore di tensione aggiungendo un interruttore manuale o automatico. Questa caratteristica consente agli alimentatori di funzionare da un'alimentazione di rete che normalmente fornisce 115V o 230V.

Il raddrizzatore uniforma la tensione CA non regolata a CC, che viene quindi inviata a un filtro del condensatore di accumulo. La corrente assorbita dall'alimentatore di questo circuito (il raddrizzatore) viene convertita in brevi impulsi attorno ai picchi di tensione CA.

Questi segnali hanno una significativa energia ad alta frequenza che riduce il fattore di potenza trasformatore di impulsi, per cui è possibile ridurne le dimensioni. Per correggere questo fenomeno, molti UPS più recenti utilizzano uno speciale circuito PFC per forzare la corrente di ingresso a seguire la forma sinusoidale della tensione di ingresso CA e per correggere il fattore di potenza. Gli alimentatori a commutazione che utilizzano il PFC attivo si trovano in telecamere CCTV, computer, ecc. e supportano tensioni di ingresso da ~ 100 Volt CA a 250 V.

L'alimentatore di commutazione flyback è progettato per l'ingresso di tensione CA, di norma può funzionare anche da una sorgente CC, poiché pressione costante passerà attraverso un raddrizzatore a ponte o semiponte invariato. Se l'alimentatore è progettato per 115 V e non dispone di un selettore di tensione, sono necessari 163 V CC (115 × √2).

Ma questo tipo di utilizzo può essere dannoso per il raddrizzatore in quanto esso utilizzerà metà dei diodi nel raddrizzatore a pieno carico. Ciò può portare al surriscaldamento di uno dei componenti del raddrizzatore, a causa del quale la sua durata è notevolmente ridotta. D'altra parte, se l'alimentatore ha un interruttore della modalità di tensione di ingresso di 115/230 V (alimentatore per computer AT-ATX Panasonic, Samsung, unità DVD Vbulletin), l'interruttore deve essere impostato su 230 e ricevere la tensione richiesta di 325 V CC (230 ×√2).

I diodi in questo tipo di alimentazione rettificheranno perfettamente la tensione alternata, perché, nelle loro caratteristiche, ripetono il duplicatore di tensione bipolare. L'unico inconveniente di un blocco così semplice è la sua fragilità.

Dopo che la tensione di rete si è raddrizzata, va all'inverter.

L'inverter di alimentazione switching converte la corrente continua in corrente alternata facendola passare attraverso un interruttore di tensione, la cui energia di trasformazione in uscita è molto piccola, con poche decine di giri dell'avvolgimento del trasformatore ad una frequenza di decine o centinaia di kilohertz, funziona come un ULF. La frequenza viene solitamente scelta al di sopra di 20 kHz per renderla impercettibile all'uomo. La commutazione avviene sotto forma di un segnale PWM multistadio sui transistor MOSFET chiave. I MOSFET sono un tipo di dispositivo con bassa resistenza di inserzione ed elevata capacità di trasporto di corrente.

Foto - Il principio di funzionamento di un alimentatore switching

Se le uscite devono essere isolate dall'ingresso, come normalmente accade con le alimentazioni di rete, invertite corrente alternata utilizzato per alimentare l'avvolgimento primario di un trasformatore ad alta frequenza. Il trasformatore aumenta o abbassa già la tensione sull'avvolgimento secondario al livello richiesto. Nello schema a blocchi, questo può essere visto all'uscita del trasformatore.

Foto - Schema schematico dell'alimentatore

Per tensioni di uscita superiori a dieci volt, vengono utilizzati diodi al silicio. Con più basso voltaggio, i diodi Schottky sono comunemente usati come elementi raddrizzatori; loro hanno Benefici:

1. Tempo di recupero più rapido rispetto ai diodi al silicio (consente un funzionamento a basse perdite alle alte frequenze);
2. Bassa caduta di tensione durante il flusso di corrente. Per tensioni di uscita ancora più basse, i piccoli UPS utilizzano i transistor come raddrizzatori sincroni, nel qual caso è nel transistor che si verifica la rettifica principale della tensione CA.

Quindi il livellamento viene eseguito utilizzando un filtro costituito da un induttore e un condensatore. A frequenze di commutazione più elevate, sono necessari componenti con capacità e induttanza inferiori.

Foto - Blocco impulsi in miniatura

Un alimentatore switching più semplice non isolato contiene un'induttanza invece di un trasformatore. Questo tipo include convertitori step-up e step-down. Appartengono alla classe più semplice con un ingresso e un'uscita, che utilizzano un'induttanza e un interruttore attivo.

Come realizzare un alimentatore con le tue mani

Puoi assemblare un alimentatore switching di media o bassa potenza con le tue mani per una TV portatile o un tablet a casa.

Descrizione passo passo come realizzare un UPS fatto in casa universale in miniatura adatto per un desktop lampada a LED, ricevitore, lettore musicale:

1. Selezionare Caricabatterie, che può fornire corrente sufficiente per caricare la batteria. Dai un'occhiata ai convertitori progettati per far funzionare SUV di grandi dimensioni se stai realizzando un sistema complesso.

Foto - Schema di un semplice UPS

Controlla gli alimentatori solari per le case e gli inverter per i grandi impianti. Assicurati che i contatti del caricatore siano in grado di fornire energia per alimentare il tuo carico.

1. Scegli batterie a ciclo profondo. Non utilizzare una batteria per auto. Se usi il gel o batterie esenti da manutenzione quindi il sistema funzionerà correttamente. Per i sistemi più grandi costituiti da più batterie a ciclo profondo, è necessario selezionare solo batterie AGM o a umido.

Assicurati che le batterie siano ventilate per rilasciare idrogeno. Se acquisti batterie a umido, assicurati che il dispositivo supporti l'equalizzazione della densità di carica. Le batterie al piombo sono vendute in taglie da 6 e 12 volt. Dovrai collegarli in serie per aumentare la tensione o in parallelo per aumentare la capacità ampere-ora.

Foto - Alimentazione con batterie

Calcolo delle batterie per alimentatori switching con e senza regolatore di carica:

12 volt = 2x6V - sono necessarie due batterie da 6 volt collegate in serie;

24 volt = batterie 4x6V o 2x12V in serie.

Non mescolare tipi diversi batterie. Le nuove batterie aggiunte a un kit esistente contribuiranno a ridurre la carica primaria.

1. Seleziona un inverter. È necessario acquistare un inverter boost a una o due tempi. La potenza dell'inverter in watt dovrebbe essere 3-7 volte quella di corrente nominale carichi. Gli inverter sono disponibili per tensioni di ingresso da 12, 24, 36, 48 e fino a 96 Volt. Maggiore è la tensione, meglio è, soprattutto per sistemi di grandi dimensioni. 12 volt è il più comune, ma in nessun caso dovrebbero essere presi in considerazione 12 volt per un sistema con più di 2400 watt di potenza.

1. Utilizzando i cavi, collegare l'inverter, la batteria e altri dispositivi. Per collegare le parti, è necessario prendere i cavi della luce in modo che non tirino i contatti. Assicurati di controllare il collegamento con un multimetro.

1. Dopo aver segnato la polarità sui fili, fissarli saldamente cavo di alimentazione alla batteria e al regolatore di carica, questo può essere fatto usando un saldatore. Utilizzare un multimetro per controllare tutti i collegamenti dei cavi.

1. Preparare il sistema di ricarica. Collegare il caricabatteria alla rete e accenderlo.

1. Ora è necessario regolare il sistema di alimentazione switching, considerare come controllare l'inverter. Fissare e collegare il dispositivo se si trova separatamente dal caricatore. Collegare i cavi alle batterie, segnando la polarità. Accendere l'inverter e controllare le letture dello strumento con carichi CA diversi.

I principali segni di un malfunzionamento dell'unità a impulsi:

1. Fuoco;
2. Scintille.

Lasciare l'inverter durante la notte con lo stesso carico previsto e caricare la batteria durante la notte. Al mattino, la batteria dovrebbe essere completamente carica.

Gli alimentatori switching fatti in casa sono più facili da rifare da quelli già pronti, a un chip PWM della serie IR2151, TL431, UC3842 con controllo automatico (regolazione), i loro circuiti sono l'ideale per questo lavoro.

La condizione principale è lavorare con protezione! È necessario indossare guanti, occhiali, maschere protettive.

Naturalmente, puoi acquistare un dispositivo cinese economico per azionare un lettore DVD o una lampada di illuminazione. Ma per il lavoro sul campo è meglio acquistare un alimentatore switching da 12 V (come per un PC) su chip IR2153, TL494, il suo prezzo è abbastanza accettabile e lo schema operativo è universale. Puoi trovare il dispositivo in qualsiasi negozio elettrico della tua città.

Prestare attenzione anche ai modelli su microcircuiti di aziende come: modello APC, Logicpower, CyberPower, FSP, Dyno, Eaton, Robiton, PSU, PSS, TOP, Samsung. Effettuare regolarmente riparazioni programmate delle apparecchiature, le schede devono essere controllate ogni sei mesi.

Nel cantiere del 21° secolo ci sono sempre meno alimentatori a trasformatore, perché sono stati sostituiti da alimentatori a commutazione, altrimenti sono anche chiamati senza trasformatore. Perché ha fallito? In primo luogo, gli alimentatori switching sono molto più compatti, più leggeri ed economici da produrre. Inoltre, l'efficienza dei blocchi di impulsi può arrivare fino all'80%.

Come parte del nostro articolo, considereremo i circuiti più interessanti di alimentatori a commutazione utilizzando varie soluzioni di circuiti. Ma prima, diamo un'occhiata a come funziona. alimentazione a commutazione. (UPS)

Quasi tutte le sorgenti pulsate di corrente alimentazione a commutazione differiscono leggermente nel design e funzionano secondo lo stesso schema tipico.

Dispositivo di alimentazione a commutazione

La composizione dei principali componenti e blocchi dell'UPS comprende:

raddrizzatore di rete, versione tipica composta da: induttanze di ingresso, un filtro elettromeccanico che provvede al disaccoppiamento dei disturbi e al disaccoppiamento dell'elettricità statica dai condensatori, un ponte a diodi e un fusibile di rete;
serbatoio del filtro;
transistor di potenza funzionante in modalità chiave;
oscillatore principale;
fotoaccoppiatori;
schema feedback, solitamente costruito su transistor;
diodi raddrizzatori o circuito di uscita a ponte di diodi;
Circuiti di controllo della tensione di uscita
contenitori per filtri;
induttanze di alimentazione, svolgono la funzione di correzione della tensione e la sua diagnostica nella rete

Esempio scheda a circuito stampato un tipico alimentatore switching con una breve designazione dei componenti elettronici è mostrato nella figura seguente:

Come funziona un alimentatore switching?

L'UPS produce una tensione stabilizzata applicando i principi di interazione tra i componenti del circuito dell'inverter. La tensione di rete alternata di 220 volt passa attraverso i fili al raddrizzatore. La sua ampiezza è attenuata da un filtro capacitivo attraverso l'uso di condensatori in grado di resistere a picchi fino a 300 volt e separata da un filtro di soppressione del rumore.

Il ponte a diodi rettifica la tensione alternata che lo attraversa, che viene poi convertita da un circuito implementato su transistor. Inoltre, gli impulsi rettangolari ad alta frequenza seguono con un dato ciclo di lavoro. Possono essere convertiti:

con isolamento galvanico dalla rete di alimentazione dei circuiti di uscita;
senza disaccoppiamento.

Nel primo caso, gli impulsi RF vanno a un trasformatore di impulsi che fornisce l'isolamento galvanico. Grazie all'elevata frequenza si ottiene un'ottima efficienza del trasformatore, si riducono le dimensioni del circuito magnetico e, di conseguenza, il peso del dispositivo finale.

In tali circuiti UPS funzionano tre catene interconnesse: controller PWM; cascata di transistor di interruttori di alimentazione; trasformatore di impulsi

La cascata di interruttori di alimentazione è solitamente costituita da potenti campi, bipolari o transistor. Per quest'ultimo, di norma, è stato creato un sistema di controllo separato su altri transistor o circuiti integrati a bassa potenza (driver). I tasti di accensione possono essere implementati da vari schemi: mezzo ponte; pavimentazione; o punto medio.

Il trasformatore di impulsi dei suoi avvolgimenti è posizionato attorno al circuito magnetico in alsifer o ferrite. Sono in grado di trasmettere impulsi RF con velocità di ripetizione fino a centinaia di kHz. Il loro lavoro è solitamente integrato da catene di stabilizzatori, filtri, diodi e altri elementi.

In un UPS senza isolamento galvanico, non viene utilizzato un trasformatore di isolamento ad alta frequenza e il segnale va direttamente al filtro passa basso.

Caratteristiche di stabilizzazione della tensione di uscita nell'UPS

Tutti gli UPS incorporano componenti radio che implementano il feedback negativo (NFB) con parametri di uscita. Pertanto, hanno un'eccellente stabilizzazione della tensione di uscita durante i carichi variabili e le fluttuazioni dell'alimentazione. I metodi per l'implementazione del FOS dipendono dal circuito utilizzato per azionare l'UPS. Può essere implementato in UPS funzionanti con isolamento galvanico al seguente costo:

Effetto intermedio della tensione di uscita su uno degli avvolgimenti del trasformatore RF;
Uso dell'accoppiatore ottico.

In entrambe le versioni, questi segnali controllano il duty cycle degli impulsi applicati all'uscita del controller PWM. Quando si utilizza un circuito senza isolamento galvanico, l'OOS viene solitamente creato collegando un divisore resistivo.

Un semplice alimentatore switching il cui circuito è implementato sul chip HV-2405E nella sua composizione interna contiene un preliminare regolatore di commutazione regolatore lineare di tensione e di uscita.

La quantità di corrente che un alimentatore switching è in grado di fornire dipende dalla capacità C1. Il condensatore C2 fornisce un ritardo per l'attivazione del microcircuito per stabilizzare i transitori. La capacità C3 viene utilizzata per ridurre l'ondulazione della tensione di uscita raddrizzata.

Il termistore R1 protegge il microcircuito dalla rottura della corrente di carica del condensatore C1. Il circuito utilizzava un termistore di piccole dimensioni MZ21-N151RM.

Per ottenere una tensione di uscita di 18 V, la resistenza R1 deve essere 13 kΩ, per 15 V - 10 kΩ, per 12 V - 6,8 kΩ e per 9 V - 3,9 kΩ.

Il microassembly IR2153 è un driver universale per il controllo di transistor ad effetto di campo e IGBT. È stato sviluppato specificamente per l'uso nei circuiti di reattori elettronici. lampade a risparmio energetico, quindi la sua funzionalità durante la progettazione di un alimentatore è leggermente limitata. Il microcircuito ti consente di creare sulla sua base un semplice e fonte affidabile nutrizione.

Il partitore di tensione è assemblato su un condensatore di carta non polare C1 e condensatori elettrolitici C2 e C3, che creano un braccio non polare con una capacità totale di 100 microfarad.

Due a sinistra in relazione al circuito del diodo si stanno polarizzando al circuito del condensatore. Con i valori nominali indicati dei componenti radio, la corrente di cortocircuito sarà di circa 0,6 A e la tensione ai terminali della capacità C4 in assenza di carico sarà di circa 27 V.

L'avvolgimento primario del trasformatore del convertitore T2 è collegato alla diagonale del ponte formato dai transistor VT1, VT2 e dalle capacità C9, C10. I circuiti di base dei transistor sono alimentati dal secondo e dal terzo avvolgimento del trasformatore T1, il cui avvolgimento primario è alimentato con tensione a gradino da uno shaper costruito su microcircuiti DD1, DD2.

L'oscillatore master dello shaper è realizzato sugli inverter DD1.1, DD1.2 e genera oscillazioni con una frequenza di 120 kHz. Gli impulsi dalle uscite dei trigger DD2.1 con una frequenza di 60 kHz e DD2.2 con una frequenza di 30 kHz vanno agli ingressi degli elementi DD1.3 e DD1.4 e già alle loro uscite sequenze di impulsi con un dovere vengono generati cicli di 4.

Il trasformatore T1 fornisce questa tensione di gradino alla base dei transistor VT1, VT2 che funzionano in modalità chiave e li apre uno per uno.

Due sorgenti di tensione di uscita sono realizzate su stabilizzatori di tensione della serie K142. Poiché la tensione rettificata viene pulsata agli ingressi dei filtri, sono installati condensatori di ossido K52-1 di piccola capacità, che funzionano bene a una determinata frequenza di conversione.

Il circuito di alimentazione switching è assemblato su un circuito stampato in fibra di vetro a doppia faccia. Dal lato dei componenti della radio, la pellicola è conservata ed è un filo comune.

I transistor sono montati su un radiatore che misura 40 x 22 mm.

Lo schema utilizza resistenze permanenti C2-1 (R7) e MT, resistore trimmer SP3-196 (R9), capacità KTP-2a (C1, C2), K50-27 (C4, C5), K52-1 (C7, C11, C16, C20), K73-17 in poi Tensione nominale 400 (C3) e 250 V (C9, C10), KM-5 (C6, C14) e KM-6 (altri). Induttori L1, L2, L4 - DM-2.5 L3 - DM-0.4.

Il primo trasformatore è assemblato su un nucleo magnetico ad anello K 10X6X5 in ferrite 2000NM. Il suo avvolgimento primario è costituito da 180 giri di PELSHO 0.1, 2 e 3 fili e ciascuno ha 18 giri di PELSHO 0.27. Il circuito magnetico del secondo trasformatore K28X16X9 è realizzato in ferrite di grado 2000NM. Il suo avvolgimento primario è costituito da 105 spire di filo PELSHO 0,27, avvolgimenti 2 e 4 di 14 e 8 spire filo di montaggio MGTF con una sezione di 0,07 mm, 3° avvolgimento da 2X7 giri di PEV-2 con un diametro di 1 mm.

La base del progetto è un driver a mezzo ponte sul chip IR2151. Il segnale dal generatore viene amplificato in una cascata potente transistor ad effetto di campo. La resistenza da 47k dovrebbe avere una potenza di 2 watt o più. Il diodo FR107 può essere sostituito da FR207, ecc. I condensatori elettrolitici sono necessari per appianare le increspature e ridurre il livello di interferenza della rete, la loro capacità va da 22 a 470 microfarad. Fusibile da 3 ampere. Il trasformatore di impulsi ti consente di ottenere una tensione bipolare di 12 o 2 volt, quindi puoi ottenere 5, 10, 12 e 24 volt in uscita.

Con un alimentatore di questo tipo, puoi alimentare un potente ULF o adattarlo a un amplificatore da 12 volt della serie TDA. Se l'alimentatore è integrato con un regolatore di tensione, è possibile assemblare un vero e proprio alimentatore da laboratorio di commutazione.

Il raddrizzatore è assemblato al meglio su diodi ultra veloci da 4-10 amp; possono essere presi in prestito dagli stessi blocco informatico nutrizione. Questo alimentatore può essere utilizzato anche come caricabatteria per batteria dell'auto, poiché la corrente di uscita è superiore a 10 ampere.

Ricorda, c'erano telefoni come Rus 26 che erano popolari in quel momento.Ognuno di loro veniva fornito con un adattatore di rete non male che aveva due tensioni stabilizzate + 5V e +8V in uscita con una corrente di carico fino a 0,5 A; può essere utilizzato per alimentare molti radioamatori fatti in casa e oggi.

Considera lo schema di questo alimentatore:

La tensione di rete di 220 V attraverso i contatti chiusi dell'interruttore a levetta SA1 e la resistenza di protezione R1 va all'avvolgimento primario del trasformatore T1. Dall'avvolgimento secondario, viene ridotto a 11 V CA, rettificato da un raddrizzatore, sui diodi Schottky VD1 - VD4. L'uso di tali diodi riduce la perdita di potenza sul raddrizzatore di circa 1 V e aumenta la tensione ai capi del condensatore di filtro C7.

L'alimentatore switching contiene due stabilizzatori lineari DA1 e DA2. Il primo produce una tensione di uscita stabilizzata di +5 V e il secondo +8 V.

Con l'interruttore a levetta SB1 è possibile selezionare la tensione di +5 V o + 8 V. In questo caso, se l'interruttore a levetta è in posizione “+5 V”, il LED HL2 si accende, se in posizione “+8 posizione V”, quindi HL3.

Per comodità, puoi aggiungere una presa USB all'uscita del canale “+5 V” e usarla per configurare i dispositivi alimentati.

istruzioni dettagliate per la produzione di alimentatori switching fatti in casa di diverse capacità basati sul vecchio reattore elettronico lampada a fluorescenza. Un reattore elettronico è un alimentatore switching quasi pronto, ma manca di un trasformatore di isolamento e di un raddrizzatore.

Vantaggi dell'UPS rispetto allo standard analogico

Quando si confrontano i modelli di alimentatori con la stessa potenza di uscita, gli UPS presentano i seguenti vantaggi:

Il peso e le dimensioni ridotte dell'UPS possono essere spiegati dal passaggio dalla conversione di energia a bassa frequenza mediante trasformatori di potenza potenti e pesanti con sistemi di controllo posizionati su enormi radiatori e funzionanti in modalità lineare, alle tecnologie di conversione a commutazione. A causa dell'aumento della frequenza del segnale elaborato, la capacità dei condensatori dei filtri diminuisce e, quindi, le loro dimensioni. Semplifica anche il circuito di rettifica.
Maggiore efficienza - Nei trasformatori a bassa frequenza si verifica una percentuale significativa di perdite dovute alla dissipazione del calore durante le trasformazioni elettromagnetiche. In un UPS, le perdite di energia massime si verificano durante i transitori durante la commutazione in cascata. E il resto del tempo, i transistor chiave sono in uno stato rigorosamente stabile: aperto o chiuso. Allo stesso tempo, vengono create tutte le condizioni per un minimo di perdite, mentre l'efficienza può arrivare fino al 90-98%.
costo più basso;
Gamma estesa di tensioni di alimentazione: le tecnologie a impulsi consentono di alimentare l'alimentatore da sorgenti con ampiezze e frequenze diverse. Questo amplia la portata con diversi standard elettrici.
Protezione incorporata. Grazie all'utilizzo di moduli semiconduttori di piccole dimensioni, è possibile integrare nel progetto dell'UPS la protezione che controlla il verificarsi di correnti di cortocircuito (cortocircuiti), la disconnessione dei carichi all'uscita del dispositivo e altre emergenze.

Svantaggi dell'UPS

Interferenze ad alta frequenza, poiché funzionano secondo il principio della conversione degli impulsi HF, generano interferenze in qualsiasi progetto trasmesso nello spazio. Ciò crea un requisito aggiuntivo associato alla loro soppressione con vari metodi.

In alcuni casi, la soppressione del rumore può essere inefficace, il che esclude l'uso dell'UPS per alcuni tipi di apparecchiature digitali di precisione.

I limiti di potenza dell'UPS hanno una controindicazione a lavorare non solo a carichi elevati, ma anche a carichi ridotti. Se si verifica un improvviso calo di corrente oltre il valore critico nel circuito di uscita, il circuito di avvio potrebbe guastarsi o l'UPS produrrà tensione con proprietà distorte.

Molti radioamatori sono interessati a come funziona e su quali meccanismi si basa un alimentatore switching. Diamo un'occhiata più da vicino all'esempio di un blocco da un lettore DVD BBK DV811X. Questo blocco è stato scelto perché tutti i componenti del circuito qui sono liberi, trasparenti e non riempiti di colla. Ciò aiuterà notevolmente i principianti a comprendere il principio del loro lavoro. Per fare un confronto, un tipico alimentatore per laptop. È difficile capire subito cosa c'è qui e dove.
Per una chiara spiegazione di tutti i punti, costruiremo un diagramma schematico. Ti parleremo nel modo più semplice possibile di ogni elemento, perché è qui e quale funzione svolge.

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Ritenere principi generali funzionamento degli alimentatori.
Per cominciare, lineare.

In esso, la tensione di rete viene fornita al trasformatore, che la abbassa, dopo di che c'è un raddrizzatore, un filtro e uno stabilizzatore. I trasformatori in tali blocchi sono grandi e vengono spesso utilizzati negli alimentatori da laboratorio e negli amplificatori audio.

Ora cambio alimentatori. Vengono rettificati 220 volt, dopodiché la tensione costante viene convertita in impulsi con una frequenza più elevata, che vengono alimentati a un trasformatore ad alta frequenza. La tensione viene rimossa dagli avvolgimenti di uscita e rettificata. Quindi viene alimentato attraverso il circuito di feedback al formatore di impulsi per mantenere una tensione di uscita stabile regolando la durata o il ciclo di lavoro degli impulsi. Il rettificato viene filtrato per ottenere un valore stabile.
Spiegazione del circuito
Terminali: alimentazione di rete 220 volt e un pulsante di rete e vediamo un fusibile. Quando la corrente che passa attraverso il fusibile supera la sua soglia nominale, si brucia, aprendo l'alimentatore con la rete. Successivamente vediamo il filtro di rete.

È costituito da due condensatori e un'induttanza EMC.
Diamo un'occhiata allo schema tipico di questo filtro. La maggior parte è dotata di questo filtro. dispositivi moderni. È composto da 2 condensatori X e un'induttanza EMC. Si tratta di condensatori appositamente progettati per applicazioni di filtri di rete. Resistono a picchi di tensione fino a diversi kilovolt e sono realizzati con materiali non combustibili. Per le interferenze antifase che si verificano tra fase e neutro, è il percorso più breve, il che significa che non consentono l'ingresso di interferenze di rete nell'alimentazione e, di conseguenza, il rumore dell'alimentazione in rete.
Quando si tratta di induttanze di soppressione EMI, ce ne sono molti tipi, ma in generale si tratta di bobine avvolte nucleo di ferrite. L'interferenza induce una corrente di segni diversi, che si compensano a vicenda. Vale la pena aggiungere di più sull'interferenza di modo comune - tra fase e custodia o tra neutro e custodia. Per compensare tale interferenza, vengono spesso utilizzati i cosiddetti condensatori a Y. In caso di burnout, saranno sicuramente aperti. Resistono anche alle sovratensioni. Una coppia di tali condensatori è collegata tra i fili della rete e la custodia. E il caso, a sua volta, è collegato a terra.

Se non c'è messa a terra nella presa, la custodia del dispositivo consumerà circa 110 volt con pochissima corrente. Questo alimentatore fornisce posti per questi condensatori.

Ma il produttore ha tirato fuori il cavo di alimentazione senza messa a terra. Pertanto, non ha senso in questi condensatori in questo caso. Dopo filtro di rete c'è un ponte a diodi realizzato su 4 diodi 1n 4007. La tensione rettificata viene applicata al condensatore. Leviga la sua forma. Il condensatore in questo caso è di 22 microfarad, 400 volt. La tensione attraverso il condensatore dovrebbe essere di circa 290-300 volt. Ora dobbiamo convertirlo in un treno di impulsi ad alta frequenza. Per prima cosa, vediamo che tipo di microcircuito è. Marcatura dh321. Considera come sono generalmente organizzati tali convertitori.

Calcolatore online: http://cxem.net/calc/divider_calc.php

Domande sull'alimentatore switching: http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=1480

Gli alimentatori sono sempre stati elementi importanti di qualsiasi dispositivo elettronico. Questi dispositivi sono utilizzati negli amplificatori e nei ricevitori. funzione principale gli alimentatori sono considerati una diminuzione della tensione di limitazione che proviene dalla rete. I primi modelli sono apparsi solo dopo l'invenzione della bobina CA.

Inoltre, lo sviluppo degli alimentatori è stato influenzato dall'introduzione di trasformatori nel circuito del dispositivo. Una caratteristica dei modelli a impulsi è che utilizzano raddrizzatori. Pertanto, la stabilizzazione della tensione nella rete viene eseguita in modo leggermente diverso rispetto ai dispositivi convenzionali in cui viene utilizzato un convertitore.

Dispositivo di alimentazione

Se consideriamo un alimentatore convenzionale utilizzato nei ricevitori radio, è costituito da un trasformatore di frequenza, un transistor e anche diversi diodi. Inoltre, c'è un'induttanza nel circuito. I condensatori sono installati con capacità diverse e possono variare notevolmente nei parametri. I raddrizzatori sono utilizzati, di regola, di un tipo a condensatore. Appartengono alla categoria dell'alta tensione.

Operazione di blocchi moderni

Inizialmente, la tensione viene fornita al raddrizzatore a ponte. A questo punto viene attivato il limitatore di corrente di picco. Ciò è necessario affinché il fusibile nell'alimentatore non si bruci. Inoltre, la corrente passa attraverso il circuito attraverso filtri speciali, dove viene convertita. Sono necessari diversi condensatori per caricare i resistori. Il nodo si avvia solo dopo il guasto del dinistor. Quindi il transistor è sbloccato nell'alimentatore. Ciò consente di ridurre notevolmente le auto-oscillazioni.

Quando si verifica la generazione di tensione, i diodi nel circuito vengono attivati. Sono interconnessi per mezzo di catodi. Il potenziale negativo nel sistema consente di bloccare il dinistor. La facilitazione dell'avvio del raddrizzatore viene eseguita dopo lo spegnimento del transistor. Inoltre, è prevista la limitazione della corrente. Ci sono due fusibili per prevenire la saturazione dei transistor. Funzionano nel circuito solo dopo un guasto. Per avviare il feedback, è necessario un trasformatore. È alimentato da diodi a impulsi nell'alimentatore. All'uscita, la corrente alternata passa attraverso i condensatori.

Caratteristiche dei blocchi da laboratorio

Il principio di funzionamento di questo tipo si basa sulla conversione di corrente attiva. C'è un ponte raddrizzatore nel circuito standard. Per rimuovere tutte le interferenze, i filtri vengono utilizzati all'inizio e alla fine del circuito. L'impulso dei condensatori ha il solito. La saturazione dei transistor avviene gradualmente e ciò influisce positivamente sui diodi. In molti modelli è prevista la regolazione della tensione. Il sistema di protezione è progettato per salvare i blocchi dai cortocircuiti. I cavi per loro sono solitamente utilizzati in serie non modulari. In questo caso, la potenza del modello può arrivare fino a 500 watt.

I connettori di alimentazione nel sistema sono spesso installati di tipo ATX 20. Per raffreddare l'unità, nella custodia è montata una ventola. In questo caso è necessario regolare la velocità di rotazione delle lame. L'unità di tipo da laboratorio deve essere in grado di sopportare il carico massimo ad un livello di 23 A. Allo stesso tempo, il parametro di resistenza viene mantenuto in media intorno ai 3 ohm. La frequenza limite dell'alimentatore switching da laboratorio è di 5 Hz.

Come riparare i dispositivi?

Molto spesso, gli alimentatori soffrono a causa di fusibili bruciati. Si trovano accanto ai condensatori. Iniziare a riparare gli alimentatori a commutazione rimuovendo il coperchio protettivo. Successivamente, è importante esaminare l'integrità del microcircuito. Se i difetti non sono visibili su di esso, può essere verificato con un tester. Per rimuovere i fusibili, è necessario prima scollegare i condensatori. Successivamente, possono essere rimossi senza problemi.

Per verificare l'integrità di questo dispositivo, ispezionarne la base. I fusibili bruciati nella parte inferiore presentano una macchia scura, che indica danni al modulo. Per sostituire questo elemento, è necessario prestare attenzione alla sua marcatura. Quindi, nel negozio di elettronica radiofonica, puoi acquistare un prodotto simile. Il fusibile viene installato solo dopo che le condense sono state riparate. Un altro problema comune negli alimentatori è considerato il malfunzionamento dei trasformatori. Sono scatole in cui sono installate le bobine.

Quando la tensione sul dispositivo è molto elevata, non resistono. Di conseguenza, l'integrità dell'avvolgimento è rotta. È impossibile riparare gli alimentatori a commutazione con un tale guasto. In questo caso, il trasformatore, come il fusibile, può essere solo sostituito.

Alimentatori di rete

Il principio di funzionamento degli alimentatori switching di tipo a rete si basa su una riduzione a bassa frequenza dell'ampiezza dell'interferenza. Ciò è dovuto all'uso di diodi ad alta tensione. Pertanto, è più efficiente controllare la frequenza limite. Inoltre, va notato che vengono utilizzati i transistor media potenza. Il carico sui fusibili è minimo.

I resistori nel circuito standard sono usati abbastanza raramente. Ciò è in gran parte dovuto al fatto che il condensatore è in grado di partecipare alla conversione della corrente. Il problema principale di questo tipo di alimentazione è il campo elettromagnetico. Se si utilizzano condensatori a bassa capacità, il trasformatore è a rischio. In questo caso, dovresti stare molto attento alla potenza del dispositivo. L'alimentatore switching di rete ha limitatori di corrente di picco e si trovano immediatamente sopra i raddrizzatori. Il loro compito principale è controllare la frequenza operativa per stabilizzare l'ampiezza.

I diodi in questo sistema svolgono parzialmente le funzioni dei fusibili. Solo i transistor sono usati per pilotare il raddrizzatore. Il processo di blocco, a sua volta, è necessario per attivare i filtri. I condensatori possono essere utilizzati anche nel tipo di separazione nel sistema. In questo caso, l'avvio del trasformatore sarà molto più veloce.

Applicazione dei microcircuiti

I microcircuiti negli alimentatori sono utilizzati in vari modi. In questa situazione, molto dipende dal numero di elementi attivi. Se vengono utilizzati più di due diodi, la scheda deve essere progettata per filtri di ingresso e di uscita. I trasformatori sono anche prodotti con capacità diverse e differiscono molto per dimensioni.

Puoi eseguire tu stesso i microcircuiti di saldatura. In questo caso, è necessario calcolare la resistenza limite dei resistori, tenendo conto della potenza del dispositivo. Per creare un modello regolabile, vengono utilizzati blocchi speciali. Questo tipo di impianto è realizzato con doppio binario. L'ondulazione all'interno del tabellone sarà molto più veloce.

Vantaggi degli alimentatori regolamentati

Il principio di funzionamento degli alimentatori a commutazione con regolatori consiste nell'utilizzare un controller speciale. Questo elemento della catena può cambiare portata transistor. Pertanto, la frequenza limite all'ingresso e all'uscita è significativamente diversa. È possibile configurare l'alimentatore switching in diversi modi. La regolazione della tensione viene eseguita tenendo conto del tipo di trasformatore. Per raffreddare il dispositivo utilizzando refrigeratori convenzionali. Il problema con questi dispositivi è solitamente l'eccesso di corrente. Per risolverlo si utilizzano filtri protettivi.

La potenza dei dispositivi oscilla in media intorno ai 300 watt. I cavi nel sistema vengono utilizzati solo non modulari. Pertanto, i cortocircuiti possono essere evitati. I connettori di alimentazione per il collegamento dei dispositivi sono generalmente installati nella serie ATX 14. Il modello standard ha due uscite. I raddrizzatori sono usati con alta tensione. Sono in grado di resistere a una resistenza a livello di 3 ohm. A sua volta, l'impulso di carico massimo blocco regolabile accetta fino a 12 A.

Funzionamento di blocchi da 12 volt

Pulse include due diodi. In questo caso, i filtri sono installati con una capacità ridotta. In questo caso, il processo di pulsazione è estremamente lento. La frequenza media oscilla intorno ai 2 Hz. L'efficienza di molti modelli non supera il 78%. Questi blocchi si differenziano anche per la loro compattezza. Ciò è dovuto al fatto che sono installati trasformatori bassa potenza. Non necessitano di refrigerazione.

Il circuito di alimentazione switching a 12V prevede inoltre l'utilizzo di resistori marcati P23. Possono sopportare solo 2 ohm di resistenza, ma questa potenza è sufficiente per un dispositivo. Un alimentatore switching da 12 V viene utilizzato più spesso per le lampade.

Come funziona il box TV?

Il principio di funzionamento degli alimentatori a commutazione di questo tipo è l'uso di filtri a pellicola. Questi dispositivi sono in grado di far fronte a interferenze di varie ampiezze. L'avvolgimento dello starter è sintetico. Pertanto, la protezione di nodi importanti è fornita di alta qualità. Tutte le guarnizioni dell'alimentatore sono isolate su tutti i lati.

Il trasformatore, a sua volta, ha un dispositivo di raffreddamento separato per il raffreddamento. Per facilità d'uso, di solito è installato silenziosamente. Il limite di temperatura di questi dispositivi può resistere fino a 60 gradi. L'alimentatore switching dei televisori supporta la frequenza operativa a 33 Hz. A temperature inferiori allo zero possono essere utilizzati anche questi dispositivi, ma molto in questa situazione dipende dal tipo di condensati utilizzati e dalla sezione del circuito magnetico.

Modelli di dispositivi per 24 volt

Nei modelli per 24 volt vengono utilizzati raddrizzatori a bassa frequenza. Solo due diodi possono far fronte con successo alle interferenze. L'efficienza di tali dispositivi può raggiungere fino al 60%. I regolatori sugli alimentatori sono installati abbastanza raramente. La frequenza operativa dei modelli non supera in media i 23 Hz. I resistori di resistenza possono resistere solo a 2 ohm. I transistor nei modelli sono installati con la marcatura PR2.

I resistori non vengono utilizzati nel circuito per stabilizzare la tensione. I filtri di alimentazione a commutazione 24V hanno un tipo a condensatore. In alcuni casi, puoi trovare specie in divisione. Sono necessari per limitare la frequenza limite della corrente. I dinistor sono usati raramente per avviare rapidamente un raddrizzatore. Il potenziale negativo del dispositivo viene rimosso utilizzando il catodo. All'uscita, la corrente viene stabilizzata bloccando il raddrizzatore.

Alimentazione sullo schema DA1

Gli alimentatori di questo tipo si differenziano dagli altri dispositivi in ​​quanto sono in grado di sopportare carichi pesanti. C'è un solo condensatore nel circuito standard. Per il normale funzionamento dell'alimentatore viene utilizzato il regolatore. Il controller è installato direttamente accanto al resistore. I diodi nel circuito non possono essere trovati più di tre.

Il processo di conversione direttamente inversa inizia nel dinistor. Per avviare il meccanismo di sblocco, nel sistema è prevista una speciale valvola a farfalla. Le onde di grande ampiezza sono smorzate sul condensatore. Di solito è installato come tipo di separazione. I fusibili nel circuito standard sono rari. Ciò è giustificato dal fatto che la temperatura limite nel trasformatore non supera i 50 gradi. Pertanto, la strozzatura della zavorra affronta i suoi compiti da sola.

Modelli di dispositivi con chip DA2

I chip di alimentatori a commutazione di questo tipo, tra gli altri dispositivi, si distinguono per una maggiore resistenza. Sono utilizzati principalmente per strumenti di misura. Un esempio è un oscilloscopio che mostra le fluttuazioni. La stabilizzazione della tensione è molto importante per lui. Di conseguenza, le letture dello strumento saranno più accurate.

Molti modelli non sono dotati di regolatori. I filtri sono per lo più a doppia faccia. All'uscita del circuito, i transistor sono installati ordinari. Tutto ciò consente di sopportare il carico massimo a livello di 30 A. A sua volta, l'indicatore di frequenza limite è di circa 23 Hz.

Blocchi con chip DA3 installati

Questo microcircuito consente di installare non solo un regolatore, ma anche un controller che monitora le fluttuazioni nella rete. I transistor di resistenza nel dispositivo sono in grado di resistere a circa 3 ohm. Un potente alimentatore switching DA3 gestisce un carico di 4 A. È possibile collegare le ventole per raffreddare i raddrizzatori. Di conseguenza, i dispositivi possono essere utilizzati a qualsiasi temperatura. Un altro vantaggio è la presenza di tre filtri.

Due di loro sono installati all'ingresso sotto i condensatori. All'uscita è disponibile un filtro del tipo a separazione che stabilizza la tensione che proviene dal resistore. I diodi nel circuito standard non possono essere trovati più di due. Tuttavia, molto dipende dal produttore e questo dovrebbe essere preso in considerazione. Il problema principale di questo tipo di alimentazione è che non sono in grado di far fronte alle interferenze a bassa frequenza. Di conseguenza, installali su strumenti di misura poco pratico.

Come funziona il blocco diodi VD1?

Questi blocchi sono progettati per supportare fino a tre dispositivi. I regolatori in essi sono a tre vie. I cavi per la comunicazione sono installati solo non modulari. Pertanto, la conversione corrente è veloce. I raddrizzatori in molti modelli sono installati nella serie KKT2.

Differiscono in quanto sono in grado di trasferire energia dal condensatore all'avvolgimento. Di conseguenza, il carico dai filtri viene parzialmente rimosso. Le prestazioni di tali dispositivi sono piuttosto elevate. A temperature superiori a 50 gradi possono essere utilizzati anche.

Cos'è questo IIP?

Gli alimentatori a commutazione (inglese Switching Power Supply) diventano ancora e ancora oggetto di discussioni, controversie e la loro progettazione e costruzione causano alcune difficoltà nei circoli radioamatori. Sempre più, a dispositivi a impulsi gli alimentatori stanno attirando l'attenzione dei master radiofonici domestici, poiché presentano una serie di innegabili vantaggi rispetto ai tradizionali trasformatori. Tuttavia, molti radioamatori, in particolare i principianti, non osano collezionarli, nonostante il loro uso diffuso nella moderna produzione elettronica.

Le ragioni di ciò sono molte. Da un malinteso dei principi di funzionamento alla complessità dei circuiti degli alimentatori secondari pulsati. Alcuni semplicemente non riescono a trovare la base del radioelemento richiesta. Ma gli ingegneri radiofonici esperti hanno da tempo abbandonato i pesanti trasformatori di potenza complessivi nell'elettronica compatta di consumo.

Ma se l'uso di alimentatori a trasformatore per la casa è in qualche modo giustificato, allora, ad esempio, in macchina, sulla strada, sul campo, ecc. Il trasformatore è completamente inutile.

È qui che i convertitori di tensione a impulsi vengono in soccorso. Sono in grado di attingere elettricità letteralmente da qualsiasi batteria o batteria di celle galvaniche CC e convertirla nella tensione desiderata con una potenza massima da diversi watt a diversi kilowatt.

D'accordo, quando viaggi con qualsiasi mezzo di trasporto e non c'è una presa nelle vicinanze per collegare un caricabatterie per ricaricare la batteria della fotocamera digitale scarica, cellulare, videocamera digitale, lettore e altro ancora. ecc. questo, almeno, offre molti inconvenienti. E quante volte è stato già possibile catturare in digitale qualcosa che ti piaceva e inviarlo immediatamente a parenti e amici usando il tuo telefono.

E tutto ciò che serve è saldare un semplice circuito di un convertitore di tensione di commutazione su un circuito stampato che può stare nel palmo della tua mano e prendere un paio di batterie AA. Questo è tutto ciò di cui hai bisogno per essere felice!

Programma di formazione letteraria sul tema dell'UPS

Tuttavia, non lasciamoci trasportare, ma andiamo direttamente all'essenza dell'articolo. Abbiamo già parlato più di una volta degli aspetti teorici e pratici della progettazione di alimentatori switching a casa, ad esempio, Switching converter, Automotive voltage converter e; metodi delineati per il calcolo dei trasformatori, letteratura utile condivisa sull'elettronica di potenza, consigliata per la lettura non solo per ingegneri elettronici principianti, ad esempio Calcolo di un trasformatore di potenza; e nell'articolo Schema di un convertitore da 1000 VA, si potrebbe dire tutta una disputa sull'alterazione del circuito svolto.

Ebbene, oggi risponderemo alla domanda posta da uno dei radioamatori:

ma c'è qualcosa per alimentare +/-25 - 30 volt (bipolare) per 4 triplette di pin per alimentare l'UMZCH - 4 x TDA7293? Con una potenza di 550-600 watt ... per alimentazione da rete (~ 220V).

In questa occasione hanno anche deciso di pubblicare un articolo separato per mostrare i principi teorici generali per lo sviluppo degli alimentatori switching.

Il materiale presentato, con un focus su alcune questioni di progettazione e circuiti di alimentatori secondari a impulsi, ha lo scopo di mostrare ai radioamatori l'intero algoritmo per il loro calcolo. Tutte le aggiunte e le soluzioni tecniche, di design, circuitali, se necessarie, verranno pubblicate di seguito nei commenti. Tutti gli ingegneri elettronici interessati e gli ingegneri radiofonici esperti sono invitati a prendere parte alla discussione sugli alimentatori a commutazione.

Iniziamo forse...

Quindi, per cominciare, descriviamo in termini generali quali sono i moduli principali in qualsiasi alimentatore switching. In una versione tipica, un alimentatore switching può essere suddiviso condizionatamente in tre parti funzionali. Esso:

1. Controller PWM (PWM), sulla base del quale viene assemblato un oscillatore master, solitamente con una frequenza di circa 30 ... 60 kHz;

2. una cascata di interruttori di potenza, il cui ruolo può essere svolto da potenti transistor bipolari, ad effetto di campo o IGBT (isolated gate bipolar); questo stadio di potenza può includere un circuito di controllo aggiuntivo per questi stessi tasti su driver integrati o transistor a bassa potenza; importante è anche lo schema di commutazione degli interruttori di potenza: bridge (full bridge), half-bridge (half bridge) o con punto medio (push-pool);

3. trasformatore di impulsi con avvolgimento(i) primario(i) e secondario(i) e, di conseguenza, diodi raddrizzatori, filtri, stabilizzatori, ecc. all'uscita; come nucleo viene solitamente scelta la ferrite o alsifer; in generale, quei materiali magnetici in grado di operare ad alte frequenze (in alcuni casi superiori a 100 kHz).

Questo, infatti, è tutto ciò che serve per assemblare un alimentatore switching. nella foto sono evidenziate le parti principali dell'UPS. Per chiarezza, selezioniamo questi moduli e così via elettrico schema elettrico qualsiasi alimentatore switching. Per esempio:

A proposito, qui lo stadio di potenza è collegato secondo lo schema con un punto medio.

Ora, in modo modulare, svilupperemo una soluzione di circuito per il dispositivo futuro.

Per prima cosa, definiamo l'oscillatore principale. Per essere più precisi, con Controller PWM. Attualmente, come sai, ce ne sono un numero enorme. Qui, forse, i principali criteri di selezione sono la disponibilità e il prezzo dell'emissione. Non abbiamo bisogno di alcun generatore, in particolare con modulazione di larghezza di impulso. Il principio di funzionamento, se in poche parole, allora "c'è / non c'è un segnale". All'uscita del controller, una delle due unità ( alto livello) o zero (livello basso).

In base a ciò, i transistor di uscita sono aperti o chiusi, forniscono tensione alla bobina del trasformatore di impulsi o meno. Inoltre, tale commutazione avviene con un'alta frequenza (come accennato in precedenza, di solito la frequenza è 30 ... 60 kHz).

La frequenza viene regolata in base alle esigenze del progettista con un circuito esterno per il collegamento del controller PWM, che, di regola, è costituito da resistori e condensatori. Di recente mi sono persino imbattuto nell'idea di utilizzare PWM come fonte Porta COM computer. Vabbè... Per il nostro futuro alimentatore prendi il controller PWM K1156EU2. Ma questo non è essenziale. Puoi prenderne quasi tutti due tempi controllore. Ad esempio, uno dei più comuni TL494. Viene mostrato il circuito dell'oscillatore principale basato su di esso. In generale, si può trovare un tipico circuito di commutazione per qualsiasi altro microcircuito documentazione tecnica su di esso (scheda tecnica).

Calcolo della frequenza degli impulsi dell'alimentatore

Il controller K1156EU2 è progettato per essere utilizzato come circuito di controllo sorgenti pulsate alimentazione secondaria, operante ad una frequenza fino a 1 MHz. Grazie alla sua alta velocità, il microcircuito ha trovato ampia applicazione e si è dimostrato valido. In assenza di una versione domestica del controller, può essere sostituito con analoghi come UC1825, UC2825, UC3825. Gli stadi di uscita a semiponte del controller sono progettati per gestire grandi carichi capacitivi, come i gate dei MOSFET ad alta potenza, e commutare sia la corrente di sink che quella di sink. La descrizione dei pin K1156EU2 è la seguente:

Vale anche la pena notare che la frequenza degli impulsi dipende dai valori del resistore e del condensatore al 5° e 6° pin del microcircuito. Inoltre, la capacità del condensatore è responsabile della pausa (il cosiddetto tempo morto) tra gli impulsi. E ciò incide direttamente sulla previsione della chiusura simultanea delle chiavi di uscita per evitare correnti passanti. La questione è particolarmente rilevante alle alte potenze. La resistenza del resistore è selezionata nell'intervallo di 3 ... 100 kOhm, la capacità è 0,47 ... 100 nF. Di seguito in figura sono riportati i nomogrammi per la selezione di questi componenti radio:

Pertanto, è necessario un condensatore da 15 nF (0,015 uF o 15.000 pF) per fornire un tempo morto di ?1,5 µs (per ridurre la possibilità di correnti passanti attraverso il MOSFET nello stadio di potenza). Ora guarda il grafico a sinistra. Circa la frequenza sarà aggiuntivo. A questo punto, prenderemo 60 kHz come valore nominale. Quindi è necessaria la resistenza per il nostro oscillatore principale con un valore nominale di 3 kOhm. Mettiamo un trimmer a 4,7 kOhm. Possono aumentare leggermente la frequenza, aumentando così la potenza dell'alimentatore nel suo insieme.

Sincronizzazione di due o più controller PWM

Una funzione importante di K1156EU2 è la loro condivisione. Quelli. un generatore sarà il master e l'altro lo slave. C'è una funzione 4 pin orologio per questo. Di conseguenza, puoi ottenere due generatori PWM funzionanti in modo sincrono. Ci sono molte applicazioni per questo metodo. Poiché i generatori funzioneranno in modo sincrono, ciascuno di essi può essere caricato con uno stadio di uscita separato con interruttori di alimentazione e un trasformatore di impulsi. In questo caso possono essere utilizzati trasformatori di potenza complessiva inferiore. Quindi, se abbiamo bisogno di una potenza totale di un alimentatore switching di almeno 600 W per 4 UMZCH, allora possiamo utilizzare due trasformatori da 300 W con due UMZCH collegati. Di conseguenza, saremo in grado di rimuovere parte del carico dai transistor dello stadio di potenza, filo di avvolgimento, abbiamo anche bisogno di un nucleo più piccolo. A questo proposito, puoi anche risparmiare sull'acquisto di componenti radio per il futuro UPS. Lo schema di sincronizzazione per due controller PWM (master e slave) si presenta così:

Tuttavia, per scopi didattici generali, ci limitiamo a includere K1156EU2 in un'unica versione (tipica), poiché il nostro obiettivo è darti capacità di sviluppo generali. E la razionalità dell'utilizzo di un circuito particolare, la soluzione tecnica dipenderà dallo scopo dell'utilizzo di un alimentatore switching.

Abbiamo scoperto il primo modulo funzionale del futuro alimentatore secondario. Si accetta infine la versione schematica del generatore su K1156EU2, come mostrato in figura 1. Se necessario, in fase di progettazione definitiva, è possibile correggere le denominazioni delle parti, che, di fatto, non influiranno sul circuito funzionale del Generatore.

Selezione dei tasti di alimentazione per l'alimentazione

Ora su cosa controlleranno il controller PWM K1156EU2 o TL494 o qualsiasi altro circuito integrato. Useremo come chiavi di accensione Transistor MOSFET come il più efficace. Per quanto riguarda quelli bipolari, i loro svantaggi significativi sono l'aumento della tensione residua sul collettore in modalità di saturazione, l'elevata potenza di controllo nel circuito di base e grande tempo riassorbimento. Tutto ciò porta ad una significativa diminuzione dell'efficienza dei tasti. E i transistor bipolari IGBT o gate isolati sono troppo costosi e non molto comuni. Quindi la scelta ricade sul MOSFET.

Definiamo i confini della selezione dei MOSFET. A seconda delle condizioni, abbiamo bisogno di un alimentatore switching da 600 watt da un alimentatore da 220 volt. Ciò significa che dopo i diodi raddrizzatori e il condensatore del filtro, 220 volt di corrente alternata vengono convertiti in 300 ... 310 volt di corrente continua. Questo è a una tensione nominale di 220 V. Ma nella rete possono esserci 175 e 250 volt. La corrente nel circuito sarà nominalmente uguale a I = P / U o I = 600 W / 300 (310) V = 1,94 ... 2 ampere.

Futuro convertitore di impulsi sarà un tipo a due tempi, perché quelli a ciclo singolo si sono dimostrati efficaci con potenze fino a 100 watt. Lo schema per l'accensione dello stadio di potenza di un alimentatore a commutazione push-pull è selezionato tra tre esistenti. Questo, come si è detto, è ponte (ponte intero), semiponte (semiponte) o con punto medio (push-pull). Quest'ultimo circuito è più efficiente con una tensione di ingresso fino a 100 volt e una potenza fino a 500 watt. In linea di principio, è possibile utilizzare anche uno schema di commutazione push-pull, ma non lo ripeteremo, perché. è proprio l'argomento di controversia nell'articolo “Circuito Convertitore 1000 VA”. I circuiti a semiponte e a ponte sono effettivamente utilizzati a una tensione di ingresso più elevata (e abbiamo 310 V) e con potenze fino a 1 kW nel primo caso e superiori a 1 kW nel secondo. ci si addice mezzo ponte accendere lo stadio di potenza.

Prendiamo la frequenza di commutazione dei transistor di potenza dell'ordine di 60 kHz. A causa della possibile deriva di frequenza, può salire fino a 65 kHz. Ovviamente puoi aumentare la frequenza a 100 kHz o anche di più. Tuttavia, molti materiali magnetici utilizzati come nuclei nei trasformatori di impulsi non sono in grado di funzionare a tali frequenze. Inoltre, quando si aumenta la frequenza, abbiamo bisogno di raddrizzatori ad alta frequenza diodi potenti. Ma non sono economici e per molti sono di difficile accesso. Inoltre, dopo un raddrizzatore a onda intera, la frequenza viene raddoppiata. Quindi ci limiteremo a una frequenza di 60 kHz, come la più ottimale.

Ora determiniamo l'ampiezza della tensione nominale sull'avvolgimento primario del trasformatore di impulsi, tenendo conto della caduta di tensione alla giunzione del transistor. U=310/2 – u, dove u è la caduta di tensione attraverso la giunzione MOSFET. Poiché non abbiamo ancora scelto i transistor, prenderemo una media di u = 0,7 V. Quindi U = (310/2) -0,7 = 154,3 V. L'ampiezza minima quando la tensione nella rete scende a 175 volt non sarà più di 123 V e il massimo quando si aumenta a 250 V non è inferiore a 176 V. Per selezionare i transistor MOS, procediamo dalla corrente massima consentita (600/123 \u003d 4,8 A) e dalla tensione (176 V). Secondo i calcoli, abbiamo bisogno di un MOSFET con una tensione drain-source di 200 volt e una corrente massima consentita attraverso la giunzione di almeno 6 ampere. Queste condizioni sono soddisfatte, ad esempio, da IRF630, 2SK1117, 2SK1917, IRF740, IRFP460, IRF830, ecc. Anche in questo caso, procediamo dalla disponibilità e dal costo. Per il nostro esempio, prendiamo l'IRFP460. Tasti di accensione presi.

Selezioniamo i diodi del ponte raddrizzatore all'ingresso dell'alimentatore di commutazione tenendo conto della tensione inversa di 400 volt e della forza di corrente di 2 ampere (600 / (175 V * 2 pezzi) \u003d 1,71 A) con un circuito a ponte . Prendiamo un ponte a diodi tipo KBU810. Il circuito del raddrizzatore di rete sarà simile a questo:

I resistori R1 e R2 sono resistori di zavorra e vengono utilizzati per scaricare condensatori ad alta tensione per motivi di sicurezza.

Calcolo e avvolgimento di un trasformatore di impulsi

Ora calcoleremo il trasformatore di impulsi.

Il calcolo del trasformatore è la parte più complessa, importante e "sottile" dell'intero calcolo dell'alimentatore switching. Per fare ciò, è più efficace utilizzare programmi per computer, il più popolare dei quali può essere scaricato dal nostro sito Web di radioamatori. I collegamenti ai programmi per il calcolo del trasformatore e la loro descrizione dettagliata si trovano anche negli articoli sopra.

Quindi, abbiamo come dati iniziali un intervallo di tensione di alimentazione di 247 ... 355 V (con una deviazione della tensione di rete di 175 ... 250 V), una potenza di almeno 600 watt, un'induzione effettiva del circuito magnetico da 0,1 a 0,2 T, un'efficace permeabilità magnetica del circuito magnetico quando utilizzato come nucleo, un anello di ferrite del marchio M2500NMS1 K65x40x9 è 1800 ... 2000. Sopra è la tensione di rete effettiva per il calcolo di un trasformatore di impulsi nei trasformatori di impulsi degli strumenti di progettazione 4.0.0.0 e programmi simili (vedi articoli). Tuttavia, come ho consigliato, è meglio applicare i programmi in una volta tutti in un complesso. Di conseguenza, in alcuni è necessario indicare la tensione direttamente sull'avvolgimento primario del trasformatore di impulsi. abbiamo fornito un circuito di un raddrizzatore di rete per alimentare un'unità pulsata. Come puoi vedere, lì la tensione di rete viene convertita in un bipolare +/-154,3 V utilizzando un divisore.La tensione nominale è indicata alla tensione di rete di 220 V. Di conseguenza, con una deviazione della tensione di rete di 175 ... 250 V sull'avvolgimento primario, oscillerà entro non 247 ... 355 volt (come dopo diodi raddrizzatori e condensatori di filtro) e 247/2-0,7 ... 355/2-0,7, ad es. 122,8 ... 176,8 volt. Stai attento!

Pensiamo che con l'aiuto dei programmi non sarà difficile determinare le caratteristiche principali del trasformatore di impulsi richiesto. Per l'anello K65x40x9 che abbiamo preso, abbiamo quanto segue. Efficienza circa 98%; il numero di spire nell'avvolgimento primario è di circa 55 con un diametro di 1,2 mm; il numero di spire di ciascun avvolgimento secondario per una tensione di +/-30 V è 10 + 10 con una presa dal centro del filo con un diametro di 1,5 mm. Conosciamo tutti i dati per l'avvolgimento del trasformatore. Di conseguenza autoproduzione dovresti ottenere qualcosa del genere, o forse migliore (è meglio posizionare gli avvolgimenti in modo più uniforme attorno all'anello):

Procediamo direttamente alla parte circuitale dello sviluppo.

Progettazione di uno schema elettrico di un UPS

Abbiamo già stabilito che avremo un alimentatore push-pull con accensione a mezzo ponte dello stadio terminale di potenza, costituito da due potenti MOSFET IRFP460. Il chip K1156EU2R è stato scelto come controller PWM. Ora ci troviamo di fronte al compito di combinare tutti e tre i moduli funzionali, ognuno dei quali ha il suo circuito elettrico. Invece di reinventare la ruota, puoi modificare lo standard esistente schema elettrico UPS già progettato sul controller di nostra scelta. Alla fine, abbiamo ottenuto questa versione del circuito di alimentazione a commutazione:

Come puoi vedere, include tutti e tre i moduli discussi sopra.

Inoltre, con l'aiuto di un relè e un resistore di limitazione R1 (tipo C5-16MB o C5-5V) all'ingresso è implementato inizio regolare per evitare sbalzi di corrente improvvisi. Il relè può essere utilizzato sia per 12 che per 24 volt con la selezione del resistore R19. Il varistore RU1 protegge il circuito di ingresso da impulsi di ampiezza eccessiva. I condensatori C1-C4 e un induttore a due avvolgimenti L1 formano un filtro di soppressione del rumore di rete che impedisce la penetrazione delle increspature ad alta frequenza create dal convertitore nella rete di alimentazione. L1 viene avvolto fino a riempire la finestra con un filo di diametro 0,5 mm su un circuito magnetico Sh7x7 in alsifer TCH60, TCHK55 o ferrite tipo 2000NM. Gli avvolgimenti dell'induttore contengono un numero uguale di spire. È possibile utilizzare un circuito magnetico tipo K24x14x7. Quindi il vento 50 si trasforma in 2 fili.

Il resistore trimmer R16 e il condensatore C12 determinano la frequenza di conversione. Per ridurre l'EMF dell'autoinduzione del trasformatore T2, i diodi smorzatori VD7 e VD8 sono collegati in parallelo ai canali dei transistor. I diodi Schottky VD2 e VD3 proteggono i transistor di commutazione e le uscite del chip DA2 dagli impulsi di tensione inversa.

Il trasformatore di corrente T1 è inserito anello di ferrite Grado K10×6x3 4000NM o grado K12×8x3 2000NM. L'avvolgimento primario contiene 1 giro di un filo con un diametro di 0,5 mm o un filo di montaggio in isolamento in PVC. L'avvolgimento secondario è di 100 giri con una presa dal centro del filo PELSHO con un diametro di 0,06 ... 0,12 mm. Gli avvolgimenti devono essere isolati, ad esempio, con un panno verniciato. La corrente scorre attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore T1. La tensione dell'avvolgimento secondario attraverso il resistore R12 viene alimentata all'ingresso del comparatore di corrente 9, l'uscita del microcircuito DA2. Nel momento in cui la tensione su questo ingresso supera la soglia del comparatore (1 volt), la generazione degli impulsi di eccitazione verrà interrotta. La corrente di intervento della protezione dipende dal numero di spire dell'avvolgimento secondario del trasformatore T1, dalla capacità del condensatore C8 e dalla resistenza dei resistori R8, R9 (tuning), R12.

Dal momento in cui è collegato alla rete fino all'eccitazione dell'inverter, il microcircuito K1156EU2R è alimentato da un regolatore di tensione parametrico sul resistore R2 (la cui resistenza potrebbe dover essere abbassata) e dal diodo zener VD4 tramite il diodo VD5. In questa modalità, il microcircuito consuma una corrente non superiore a 2 mA. Dopo che l'inverter è stato eccitato, il controller PWM alimenta il raddrizzatore ausiliario VD13-VD16, la cui tensione viene stabilizzata dal microcircuito KR142EN8V (o qualsiasi altro per una tensione di stabilizzazione di 15 volt). I diodi VD5 e VD18 escludono l'influenza reciproca di due alimentatori del chip K1156EU2R.

L'accoppiatore ottico U1 fornisce l'isolamento galvanico del circuito di retroazione. Il circuito OS è necessario per stabilizzare la tensione di uscita dell'alimentatore switching. Se supera il valore nominale, la corrente attraverso il diodo zener VD17 e il diodo di emissione dell'accoppiatore ottico aumenterà notevolmente. Di conseguenza, il fototransistor dell'accoppiatore ottico si apre. La tensione all'ingresso del comparatore di feedback di tensione aumenta (1 gamba del microcircuito). La durata degli impulsi all'uscita del generatore viene ridotta. Ciò porta ad una diminuzione della tensione di uscita al livello nominale.

Il principio di funzionamento del circuito di alimentazione a commutazione dovrebbe essere chiaro. Passiamo ora ai suggerimenti per la progettazione del layout del PCB e il montaggio dei componenti radio.

In conclusione, vale la pena dedicare qualche parola a un fenomeno così brutto come effetto pelle. Di conseguenza, la corrente alternata ad alta frequenza, quando scorre attraverso il conduttore, viene distribuita non uniformemente sulla sezione trasversale, ma principalmente nello strato superficiale. Ciò può avere conseguenze spiacevoli per il nostro trasformatore di impulsi ad alte potenze. Pertanto, si consiglia di avvolgere gli avvolgimenti di potenza del trasformatore non con un unico filo di grande sezione, perché. non ci sarà alcun beneficio da esso, ma una "treccia" tessuta da diversi fili di diametro inferiore. Si scopre una specie filo elettrico. Pertanto, miglioreremo il fattore di qualità degli avvolgimenti, aumenteremo l'efficienza e la qualità del trasformatore di impulsi. Prestare attenzione a come viene avvolto l'avvolgimento primario:

Nella foto ci sono 8 trecce con 15 fili ciascuna. Sembra solido, vero?

Epilogo

In questo, come si è scoperto, articolo tutt'altro che breve, i momenti più importanti progettando alimentatori pulsati, che ogni radioamatore che deciderà di creare un SMPS incontrerà sicuramente. Abbiamo cercato di descrivere l'intero algoritmo delle azioni nel modo più chiaro possibile. Considerati più in dettaglio i punti su cui vale la pena focalizzare l'attenzione. Si prega di inviare ulteriori suggerimenti e trucchi nei commenti.