Ne propunem să luăm în considerare ce este o sursă de alimentare cu comutație (UPS), cum funcționează și, de asemenea, cum să faceți acest dispozitiv acasă.

Informații generale despre UPS

Un UPS este un dispozitiv care redresează tensiunea de rețeași apoi formează impulsuri din acesta cu o frecvență mai mare de 10 kHz, care sunt apoi alimentate la un transformator de impulsuri special.

UPS-ul este un convertor electronic care include un regulator de comutare pentru a converti eficient energie electricași un modulator de lățime a impulsurilor (PWM). Ca și alte surse de alimentare, un UPS transferă puterea de la sursa de utilități la sarcină în timp ce convertește tensiunea.

Schema - Sursa de alimentare comutatoare

În mod ideal, o sursă de alimentare comutată nu disipă nicio energie. În schimb, o sursă de alimentare liniară, prin reglarea tensiunii de ieșire, disipează continuu energia joncțiune p-n tranzistor. Astfel randament ridicat conversia este un avantaj important al unei surse de alimentare cu comutație față de una liniară. În plus, orice sursă de alimentare cu comutare simplă este mult mai compactă decât un transformator cu stabilizator liniar, dar nu este inferioară ca eficiență.

Foto - Sursă de alimentare cu comutare de rețea

Blocuri de puls sursele de alimentare sunt folosite ca înlocuitor pentru cele liniare, deoarece sunt mai mici ca dimensiune și greutate, cu o eficiență similară.

Video: cum se face o sursă de alimentare simplă (comutație)

Principiul de funcționare

Să aruncăm o privire ciclu-cu-ciclu asupra principiului de funcționare al unei simple surse de alimentare cu comutare.

Dacă UPS-ul are o tensiune de intrare AC, de exemplu, într-un computer, PC, laptop, atunci prima etapă este convertirea tensiunii AC de intrare în DC. Alimentare cu tensiune de intrare calculată DC nu necesită această etapă. În unele surse de alimentare, cum ar fi sursele de alimentare pentru computer, circuitele redresorului pot fi configurate ca un dublator de tensiune prin adăugarea unui comutator controlat manual sau automat. Această caracteristică permite surselor de alimentare să funcționeze dintr-o rețea care furnizează de obicei 115 V sau 230 V.

Redresorul netezește tensiunea alternativă nereglată în tensiune continuă, care este apoi trimisă la un filtru de condensator de stocare. Curentul extras de la sursa de alimentare (redresoare) a acestui circuit este transformat în impulsuri scurte în jurul vârfurilor de tensiune AC.

Aceste semnale au o energie semnificativă de înaltă frecvență, ceea ce reduce factorul de putere transformator de impulsuri, datorită căruia este posibilă reducerea dimensiunilor acestuia. Pentru a corecta acest fenomen, multe UPS-uri mai noi folosesc un circuit special PFC pentru a forța curentul de intrare să urmeze forma de undă sinusoidală a tensiunii de intrare AC și pentru a corecta factorul de putere. Sursele de alimentare comutatoare care folosesc Active PFC - găsite în camere CCTV, computere etc. suportă tensiuni de intrare de la ~ 100 Volți AC până la 250 V.

Sursa de alimentare comutată flyback este proiectată pentru o intrare de tensiune AC, de regulă, poate funcționa și de la o sursă DC, deoarece tensiune constantă va trece printr-un redresor în punte sau semipunte fără modificare. Dacă sursa de alimentare este nominală pentru 115V și nu are un comutator de tensiune, atunci este necesar 163VDC (115×√2).

Dar acest tip de utilizare poate fi dăunător aparatului de îndreptat deoarece... va folosi jumătate din diodele din redresor pentru sarcina completă. Acest lucru poate duce la supraîncălzirea uneia dintre componentele redresorului, ceea ce reduce semnificativ durabilitatea acestuia. Pe de altă parte, dacă sursa de alimentare are un comutator de mod de tensiune de intrare de 115/230V (Panasonic, sursa de alimentare pentru computer Samsung AT-ATX, unitatea DVD Vbulletin), comutatorul ar trebui să fie setat în poziția 230 și să primească tensiunea necesară de 325 VDC (230 ×√2).

Diodele din acest tip de alimentare vor rectifica perfect tensiunea alternativă deoarece ele, în caracteristicile lor, repetă dublatorul bipolar de tensiune. Singurul dezavantaj al unui bloc atât de simplu este fragilitatea acestuia.

După ce tensiunea de rețea a fost redresată, aceasta este furnizată invertorului.

Invertorul de alimentare cu comutare transformă curentul continuu în curent alternativ prin trecerea acestuia printr-un comutator de tensiune, a cărui energie de transformare de ieșire este foarte mică, cu câteva zeci de spire ale înfășurării transformatorului la o frecvență de zeci sau sute de kiloherți, funcționează ca un ULF . Frecvența este de obicei aleasă peste 20 kHz pentru a o face inaudibilă pentru oameni. Comutarea se realizează sub forma unui semnal PWM în mai multe etape pe tranzistoarele MOSFET cheie. Tranzistoarele MOSFET sunt un tip de dispozitiv cu rezistență scăzută joncțiune deschisă și capacitate mare de a trece curenți mari.

Foto - Principiul de funcționare al unei surse de alimentare comutatoare

Dacă ieșirile trebuie să fie izolate de intrare, așa cum este de obicei cazul cu sursele de alimentare de la rețea, inversați AC folosit pentru alimentarea înfășurării primare a unui transformator de înaltă frecvență. Transformatorul crește sau scade deja tensiunea de pe înfășurarea secundară la nivelul necesar. În schema bloc, acest lucru poate fi văzut la ieșirea transformatorului.

Foto - Schema schematică a sursei de alimentare

Pentru tensiuni de ieșire de peste zece volți, se folosesc diode de siliciu. Cu mai mult tensiune joasă, Diodele Schottky sunt de obicei folosite ca elemente redresoare; au avantaje:

1. Timp de recuperare mai rapid decât diodele de siliciu (permite funcționarea cu pierderi mici la frecvențe înalte);
2. Căderea scăzută de tensiune atunci când curge curentul. Pentru tensiuni de ieșire și mai mici, UPS-urile de dimensiuni mici folosesc tranzistori ca redresoare sincrone, caz în care redresarea principală a tensiunii alternative are loc în tranzistor.

Apoi netezirea se realizează folosind un filtru format dintr-un inductor și un condensator. La frecvențe de comutare mai mari, sunt necesare componente cu capacitate și inductanță mai mici.

Foto - Unitate de puls în miniatură

O sursă de alimentare cu comutație neizolată mai simplă conține un inductor în loc de un transformator. Acest tip include convertoare step-up și step-down. Ele aparțin celei mai simple clase de o singură intrare, o singură ieșire, care utilizează un inductor și un comutator activ.

Cum să faci o sursă de alimentare cu propriile mâini

Puteți asambla o sursă de alimentare comutată de putere medie sau mică cu propriile mâini pentru un televizor portabil sau o tabletă acasă.

Descriere pas cu pas cum să faci un UPS universal în miniatură de casă, care este potrivit pentru un desktop Lampa LED, receptor, music player:

1. Selecta încărcător, care poate furniza suficient curent pentru a încărca bateria. Verificați convertoarele concepute pentru a rula SUV-uri mari dacă realizați un sistem complex.

Foto - Schema unui UPS simplu

Verificați sursele de energie solară pentru case și invertoarele pentru sisteme mari. Asigurați-vă că contactele încărcătorului sunt capabile să transmită putere pentru alimentarea încărcăturii.

1. Alegeți baterii cu ciclu adânc. Nu utilizați o baterie de mașină. Dacă veți folosi gel sau baterii fără întreținere, atunci sistemul va funcționa corect. Pentru sistemele mai mari care constau din mai multe baterii cu ciclu adânc, trebuie selectate numai bateriile AGM sau cu celule umede.

Asigurați-vă că bateriile sunt ventilate pentru a permite hidrogenului să scape. Dacă cumpărați baterii cu electrolit lichid, asigurați-vă că dispozitivul acceptă egalizarea densității de încărcare. Bateriile cu plumb-acid sunt vândute la 6 și 12 volți. Va trebui să le conectați în serie pentru a crește tensiunea sau în paralel pentru a crește valoarea nominală a amperi-oră.

Foto - Alimentare cu baterii

Calculul bateriilor pentru comutarea surselor de alimentare cu și fără regulator de încărcare:

12 volți = 2x6V – sunt necesare două baterii de 6 volți conectate în serie;

24 volți = baterii 4x6V sau 2x12V în conexiune în serie.

Nu amesteca diferite tipuri baterii Bateriile noi adăugate la un set existent vor ajuta la reducerea încărcării primare.

1. Selectați un invertor. Trebuie să cumpărați un invertor cu un singur ciclu sau push-pull. Puterea invertorului în wați ar trebui să fie de 3-7 ori mai mare decât cea a curent nominalîncărcături. Invertoarele sunt disponibile pentru tensiuni de intrare de la 12, 24, 36, 48 și până la 96 volți. Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât mai bine, în special pentru sistemele mari. 12 volți este cel mai comun, dar în niciun caz nu ar trebui să se ia în considerare 12 volți pentru un sistem mai mare de 2400 wați de putere.

1. Folosind cabluri, conectați invertorul, bateria și alte dispozitive. Pentru a conecta piesele, trebuie să utilizați fire de lumină, astfel încât acestea să nu tragă de contacte.

1. După marcarea polarității pe fire, atașați bine cablu de alimentare la baterie și la controlerul de încărcare, acest lucru se poate face folosind un fier de lipit. Utilizați un multimetru pentru a verifica toate conexiunile cablurilor.

1. Pregătiți sistemul de încărcare. Conectați încărcătorul la rețea și porniți-l.

1. Acum trebuie să setăm sistemul de alimentare cu comutare, să vedem cum să verificăm invertorul. Atașați și conectați dispozitivul dacă acesta este situat separat de încărcător. Conectați cablurile la baterii, ținând cont de polaritate. Porniți invertorul și verificați citirile contorului cu diferite sarcini AC.

Principalele semne ale unei unități de puls defectuoase:

1. Foc;
2. Scântei.

Lăsați invertorul peste noapte cu o sarcină similară cu sarcina prevăzută și bateria se va încărca peste noapte. Dimineața, bateria ar trebui să fie complet încărcată.

Sursele de alimentare cu comutație de casă sunt cel mai ușor de convertit de la cele gata făcute la un microcircuit PWM din seria IR2151, TL431, UC3842 cu control automat (reglarea circuitului lor este ideală pentru această lucrare).

Condiția principală este să lucrezi cu protecție! Trebuie să purtați mănuși, ochelari de protecție și măști de protecție.

Desigur, puteți cumpăra un dispozitiv chinezesc ieftin pentru a opera un DVD player sau o lampă de iluminat. Dar pentru munca de teren este mai bine să cumpărați o sursă de alimentare comutată de 12 V (ca pentru un PC) pe cipuri IR2153, TL494, prețul său este destul de rezonabil și circuitul său de operare este universal. Puteți găsi dispozitivul în orice magazin de electricitate din orașul dvs.

Acordați atenție și modelelor bazate pe microcircuite de la astfel de companii precum: model APC, Logicpower, CyberPower, FSP, Dyno, Eaton, Robiton, PSU, PSS, TOP, Samsung. Efectuați întreținerea programată regulată a echipamentelor trebuie verificate la fiecare șase luni.

În secolul 21, au rămas din ce în ce mai puține surse de alimentare cu transformator, deoarece acestea au fost înlocuite cu surse de alimentare în comutație, altfel sunt numite și fără transformator. De ce sa întâmplat asta? În primul rând, sursele de alimentare comutatoare sunt mult mai compacte, mai ușoare și mai ieftine de fabricat. În plus, eficiența unităților de impuls poate ajunge până la 80%.

În articolul nostru, vom lua în considerare cele mai interesante circuite de alimentare cu comutație folosind diverse soluții de circuite. Dar mai întâi, să ne uităm la principiul de funcționare comutarea sursei de alimentare. (UPS)

Aproape toate sursele de alimentare comutatoare care există astăzi diferă ușor în design și funcționează conform aceleiași scheme tipice.

Dispozitiv de alimentare cu comutare

Principalele componente și unități ale UPS-ului includ:

redresor de rețea, o versiune tipică constă din: bobine de intrare, un filtru electromecanic care asigură respingerea zgomotului și izolarea statică de condensatoare, o punte de diodă și o siguranță de rețea;
recipient filtrant;
tranzistor de putere care funcționează în modul de comutare;
oscilator principal;
optocuple;
sistem feedback, construit de obicei pe tranzistoare;
diode redresoare sau punte de diode a circuitului de ieșire;
Circuite de control al tensiunii de ieșire
recipiente de filtrare;
bobinele de alimentare îndeplinesc funcția de corectare a tensiunii și diagnosticare în rețea

Exemplu placa de circuit imprimat O sursă de alimentare comutată tipică cu o scurtă denumire a componentelor radio-electronice este prezentată în figura de mai jos:

Cum funcționează o sursă de alimentare comutată?

UPS-ul produce tensiune stabilizată prin aplicarea principiilor de interacțiune între componentele circuitului invertorului. Tensiunea de rețea alternativă de 220 de volți trece prin fire către dispozitivul redresor. Amplitudinea sa este netezită de un filtru capacitiv prin utilizarea unor condensatoare care pot rezista la vârfuri de până la 300 de volți și este separată de un filtru de suprimare a zgomotului.

Puntea de diode redresează tensiunea alternativă care trece prin ea, care este apoi convertită de un circuit implementat pe tranzistoare. Alte impulsuri de înaltă frecvență formă dreptunghiulară urmați cu un ciclu de funcționare dat. Ele pot fi transformate:

cu izolație galvanică de rețeaua de alimentare a circuitelor de ieșire;
fără decuplare.

În primul caz, impulsurile RF se deplasează către un transformator de impulsuri, care asigură izolarea galvanică. Datorită frecvenței înalte, se obține o eficiență excelentă a transformatorului, dimensiunile circuitului magnetic sunt reduse și, prin urmare, greutatea dispozitivului final.

În astfel de scheme UPS funcționează trei lanțuri interconectate: controler PWM; cascadă de tranzistori de întrerupătoare de putere; transformator de impulsuri

O cascadă de comutatoare de alimentare constă, de obicei, din puternice efecte de câmp, bipolare sau tranzistoare. Pentru acesta din urmă, de regulă, un sistem de control separat este creat folosind alți tranzistori de putere redusă sau circuite integrate (driver). Întrerupătoarele de alimentare pot fi implementate conform diverse scheme: semi-pod; trotuar; sau cu un punct de mijloc.

Transformatorul de impulsuri are înfășurările sale plasate în jurul unui miez magnetic din alsifer sau ferită. Sunt capabili să transmită impulsuri RF cu rate de repetiție de până la sute de kHz. Munca lor este de obicei completată de lanțuri de stabilizatori, filtre, diode și alte elemente.

Într-un UPS fără izolație galvanică, nu se folosește un transformator de izolare de înaltă frecvență, iar semnalul ajunge direct la un filtru trece-jos.

Caracteristici de stabilizare a tensiunii de ieșire în UPS

Toate UPS-urile conțin componente radio care implementează feedback negativ (NFB) cu parametri de ieșire. Prin urmare, au o stabilizare excelentă a tensiunii de ieșire în timpul sarcinilor plutitoare și fluctuațiilor sursei de alimentare. Metodele de implementare a OOS depind de circuitul utilizat pentru operarea UPS-ului. Poate fi implementat în UPS-uri care funcționează cu izolație galvanică la următorul cost:

Impactul intermediar al tensiunii de ieșire asupra uneia dintre înfășurările transformatorului HF;
Folosind un optocupler.

În ambele versiuni, aceste semnale controlează ciclul de lucru al impulsurilor furnizate la ieșirea controlerului PWM. Când utilizați un circuit fără izolație galvanică, OOS este de obicei creat prin conectarea unui divizor rezistiv.

O sursă de alimentare cu comutare simplă al cărei circuit este implementat pe microcircuitul HV-2405E conține în compoziția sa internă un regulator preliminar de tensiune de comutare și un stabilizator liniar de ieșire.

Cantitatea de curent pe care o sursă de alimentare comutată este capabilă să o furnizeze depinde de capacitatea C1. Condensatorul C2 asigură o întârziere pentru activarea microcircuitului pentru a stabiliza procesele tranzitorii. Capacitatea C3 este utilizată pentru a reduce ondulația tensiunii de ieșire redresată.

Termistorul R1 protejează microcircuitul de defectarea curentului de încărcare al condensatorului C1. În circuit a fost folosit un termistor de dimensiuni mici, marca MZ21-N151RM.

Pentru a obține o tensiune de ieșire de 18 V, rezistența R1 trebuie să fie de 13 kOhm, pentru 15 V - 10 kOhm, pentru 12 V - 6,8 kOhm și pentru 9 V - 3,9 kOhm.

Microansamblul IR2153 este un driver universal pentru controlul tranzistorilor cu efect de câmp și IGBT. A fost dezvoltat special pentru utilizarea în circuitele electronice de balast lămpi economice, astfel încât funcționalitatea sa la proiectarea unei surse de alimentare este ușor limitată. Microcircuitul vă permite să creați pe baza lui un simplu și sursă de încredere nutriţie.

Divizorul de tensiune este asamblat pe un condensator de hârtie nepolar C1 și condensatori electrolitici C2 și S3, care creează un braț nepolar cu o capacitate totală de 100 microfarads.

Cele două diode din stânga în raport cu circuitul se polarizează la circuitul condensatorului. Cu valorile indicate ale componentelor radio, curentul de scurtcircuit va fi de aproximativ 0,6 A, iar tensiunea la bornele condensatorului C4 atunci când nu există sarcină este de aproximativ 27 V.

Înfășurarea primară a transformatorului T2 al convertorului este conectată la diagonala punții formate din tranzistoarele VT1, VT2 și condensatoarele C9, C10. Circuitele de bază ale tranzistoarelor sunt alimentate de la a doua și a treia înfășurare a transformatorului T1, a cărui înfășurare primară primește tensiune de pas de la un driver construit pe microcircuite DD1, DD2.

Oscilatorul principal al driverului este realizat pe invertoarele DD1.1, DD1.2 și generează oscilații cu o frecvență de 120 kHz. Impulsurile de la ieșirile declanșatoarelor DD2.1 cu o frecvență de 60 kHz și DD2.2 cu o frecvență de 30 kHz merg la intrările elementelor DD1.3 și DD1.4, iar secvențele de impulsuri cu un ciclu de lucru de 4 sunt generate. la ieşirile lor.

Transformatorul T1 furnizează această tensiune de pas la baza tranzistoarelor VT1, VT2 care funcționează în modul cheie și le deschide unul câte unul.

Două surse de tensiune de ieșire sunt realizate folosind stabilizatori de tensiune din seria K142. Deoarece tensiunea redresată este pulsată, la intrările filtrelor sunt instalate condensatoare de oxid K52-1 de capacitate mică, care funcționează bine la această frecvență de conversie.

Circuitul de alimentare cu comutație este asamblat pe o placă de circuit imprimat realizată din folie cu două fețe din fibră de sticlă. Pe partea componentelor radio, folia este păstrată și servește ca un fir comun.

Tranzistoarele sunt instalate pe un radiator de 40 pe 22 mm.

Schema folosește rezistențe constante S2-1 (R7) și MT, rezistență de tăiere SP3-196 (R9), capacități KTP-2a (C1, C2), K50-27 (C4, C5), K52-1 (C7, C11, C16, C20), K73-17 activat tensiune nominală 400 (C3) și 250 V (C9, C10), KM-5 (C6, C14) și KM-6 (altele). Inductanțe L1, L2, L4 - DM-2,5 L3 - DM-0,4.

Primul transformator este asamblat pe un miez magnetic inel K 10X6X5 realizat din ferita de 2000NM. Înfășurarea sa primară constă din 180 de spire de PELSHO 0.1, 2 și 3 înfășurări fiecare având 18 spire de PELSHO 0.27. Miezul magnetic al celui de-al doilea transformator K28X16X9 este fabricat din ferită de calitate 2000NM. Înfășurarea sa primară constă din 105 spire de sârmă PELSHO 0,27, înfășurări 2 și 4 de 14 și 8 spire fir de instalare MGTF cu o secțiune transversală de 0,07 mm, a 3-a înfășurare de la 2X7 spire de PEV-2 cu diametrul de 1 mm.

Baza designului este un driver semi-bridge pe cipul IR2151. Semnalul de la generator este amplificat de o cascadă de tranzistoare puternice cu efect de câmp. Rezistorul de 47k ar trebui să aibă o putere de cel puțin 2 wați. Dioda FR107 poate fi înlocuită cu FR207 etc. Condensatorii electrolitici sunt necesari pentru a netezi ondulațiile și pentru a reduce nivelul de zgomot al rețelei; Siguranță de 3 amperi. Transformatorul de impulsuri vă permite să obțineți o tensiune bipolară de 12 sau 2 volți, astfel încât ieșirea poate fi de 5, 10, 12 și 24 de volți.

Această sursă de alimentare poate alimenta ULF-uri puternice sau o poate adapta la un amplificator de 12 volți din seria TDA. Dacă sursa de alimentare este completată cu un regulator de tensiune, atunci puteți asambla o sursă de alimentare de laborator cu comutare cu drepturi depline.

Redresorul este cel mai bine asamblat folosind diode ultra-rapide evaluate la 4-10 amperi, acestea pot fi împrumutate de la același unitate de calculator nutriţie. Această sursă de alimentare poate fi folosită și ca încărcător pt baterie auto, deoarece curentul de ieșire este mai mare de 10 amperi.

Amintiți-vă, au existat telefoane precum Rus 26 care erau atât de populare la vremea lor. Fiecare dintre ele a venit cu un adaptor de rețea bun care avea două tensiuni de ieșire stabilizate +5V și +8V cu un curent de sarcină de până la 0,5 A pentru a alimenta multe produse de casă pentru radioamatori și astăzi.

Să ne uităm la diagrama acestei surse de alimentare:

Tensiunea de rețea de 220 V trece prin contactele închise ale comutatorului SA1 și rezistența de protecție R1 către înfășurarea primară a transformatorului T1. Din înfășurarea secundară se reduce la 11 V AC, redresat de un redresor folosind diode Schottky VD1 - VD4. Utilizarea unor astfel de diode reduce pierderile de putere la redresor cu aproximativ 1 V și crește tensiunea la condensatorul de filtru C7.

Sursa de alimentare comutată conține doi stabilizatori liniari DA1 și DA2. Primul produce o tensiune de ieșire stabilizată de +5 V, iar al doilea +8 V.

Folosind comutatorul basculant SB1, puteți selecta tensiunea +5 V sau + 8 V. În acest caz, dacă comutatorul basculant este în poziția „+5 V”, LED-ul HL2 se aprinde, dacă este în „+8 V” poziție, apoi HL3.

Pentru comoditate, puteți adăuga o priză USB la ieșirea canalului „+5 V” și o puteți utiliza pentru configurarea dispozitivelor alimentate de.

Instrucțiuni detaliate pentru fabricarea surselor de alimentare în comutație de casă de diferite puteri bazate pe balastul electronic al vechiului lampă fluorescentă. Balastul electronic este o sursă de alimentare cu comutație aproape gata făcută, dar îi lipsește un transformator de izolare și un redresor.

Avantajele UPS față de cele analogice standard

Când se compară modelele de surse de alimentare cu aceleași valori nominale de putere de ieșire, UPS-urile au următoarele avantaje:

Greutatea și dimensiunile reduse ale UPS-ului pot fi explicate prin trecerea de la conversia energiei de joasă frecvență folosind transformatoare de putere puternice și grele cu sisteme de control amplasate pe radiatoare uriașe și care funcționează în modul liniar, la tehnologii de conversie în impulsuri. Datorită creșterii frecvenței semnalului procesat, capacitatea condensatoarelor de filtru și, prin urmare, dimensiunile acestora sunt reduse. Circuitul de redresare este de asemenea simplificat.
Eficiență crescută - La transformatoarele de joasă frecvență, o proporție semnificativă a pierderilor apar din cauza disipării căldurii în timpul transformărilor electromagnetice. Într-un UPS, pierderile maxime de energie apar în timpul proceselor tranzitorii la comutarea în cascadă. Și în restul timpului, tranzistoarele cheie sunt într-o stare strict stabilă: deschise sau închise. În acest caz, toate condițiile sunt create pentru un minim de pierderi, în timp ce eficiența poate ajunge la 90-98%.
Cost mai mic;
Gamă extinsă de tensiuni de alimentare - tehnologiile cu impulsuri permit alimentarea sursei de alimentare din surse cu amplitudini și frecvențe diferite. Aceasta extinde domeniul de aplicare cu diferite standarde electrice.
Protectie incorporata. Datorită utilizării modulelor semiconductoare de dimensiuni mici, este posibilă integrarea în proiectarea UPS-ului de protecție care controlează apariția curenților. scurtcircuite(scurtcircuit), deconectarea sarcinilor la ieșirea dispozitivului și alte situații de urgență.

Dezavantajele UPS

Interferențe de înaltă frecvență, deoarece funcționează pe principiul conversiei impulsurilor HF, în orice design generează interferențe care sunt transmise în spațiu. Aceasta creează cerință suplimentară asociate cu suprimarea lor prin diverse metode.

În unele cazuri, suprimarea zgomotului poate fi ineficientă, ceea ce exclude utilizarea unui UPS pentru anumite tipuri de echipamente digitale de precizie.

Limitările puterii UPS sunt o contraindicație pentru funcționarea nu numai la sarcini mari, ci și la sarcini mici. Dacă există o scădere bruscă a curentului în circuitul de ieșire dincolo de o valoare critică, circuitul de pornire poate funcționa defectuos sau UPS-ul va începe să producă tensiune cu proprietăți distorsionate.

Mulți radioamatori sunt interesați de modul în care funcționează o sursă de comutație și pe ce mecanisme se bazează sursa de comutație. Să aruncăm o privire mai atentă la exemplul unui bloc de la playerul DVD BBK DV811X. Acest bloc a fost ales deoarece toate componentele circuitului sunt libere, clare și nu sunt umplute cu lipici. Acest lucru îi va ajuta foarte mult pe începători să înțeleagă cum funcționează. Pentru comparație, o sursă de alimentare tipică pentru laptop. Este greu de înțeles imediat ce este aici și unde.
Pentru a explica clar toate punctele, vom construi o diagramă schematică. Vă vom spune cât mai simplu posibil despre fiecare element, de ce este acolo și ce funcție îndeplinește.

Cumpărați surse de comutare în acest magazin chinezesc. Plugin pentru browser pentru a economisi bani în el: 7% -15% la achiziții.

Să luăm în considerare principii generale funcţionarea surselor de alimentare.
Pentru început, liniar.

În ea, tensiunea de rețea este furnizată unui transformator, care îl coboară, după care există un redresor, un filtru și un stabilizator. Transformatoarele din astfel de blocuri au dimensiuni mari și, cel mai adesea, își găsesc utilizarea în sursele de alimentare și amplificatoarele audio de laborator.

Acum schimbând sursele de alimentare. Se redresează 220 de volți, după care tensiunea continuă este convertită în impulsuri cu o frecvență mai mare, care sunt alimentate la un transformator de înaltă frecvență. Tensiunea este eliminată din înfășurările de ieșire și rectificată. Acesta este apoi alimentat printr-un circuit de feedback către modelul de impulsuri pentru a menține o tensiune de ieșire stabilă prin ajustarea duratei sau a ciclului de lucru al impulsurilor. Cel rectificat este filtrat pentru a obține o valoare stabilă.
Explicația circuitului
Bornele sunt alimentate de la o rețea de 220 de volți și butonul de pornire și vedem siguranța. Când curentul care trece prin siguranță depășește pragul nominal, acesta se arde, deconectând sursa de alimentare de la rețea. În continuare vedem protectorul de supratensiune.

Este alcătuit din doi condensatori și o bobine de suprimare a interferențelor electromagnetice.
Să ne uităm la un circuit tipic al acestui filtru. Majoritatea sunt echipate cu acest filtru. aparate moderne. Este alcătuit din 2 X condensatoare și o bobine EMI. Acestea sunt condensatoare care au fost special concepute pentru utilizarea dispozitivelor de protecție la supratensiune. Ele pot rezista la supratensiuni de până la câțiva kilovolți și sunt fabricate din materiale neinflamabile. Pentru interferența anti-fază care apare între fază și neutru, aceasta este calea cea mai scurtă de urmat, ceea ce înseamnă că acestea împiedică interferențele din rețea să intre în sursa de alimentare și, în consecință, zgomotul de alimentare să intre în rețea.
Când vine vorba de șocuri de suprimare EMI, există multe tipuri, dar, în general, acestea sunt bobine înfășurate pe miez de ferită. Interferența induce curent de diferite semne, compensându-se reciproc. Merită să adăugați altceva despre interferența în modul comun - între fază și carcasă sau între neutru și carcasă. Pentru a compensa astfel de interferențe, sunt adesea folosiți așa-numiții condensatori Y. În caz de epuizare, cu siguranță vor fi deschise. Ele rezistă, de asemenea, la supratensiuni. O pereche de astfel de condensatoare este conectată între firele de rețea și carcasă. Și carcasa, la rândul său, este conectată la masă.

Dacă nu există împământare în priza dvs., atunci corpul dispozitivului va consuma aproximativ 110 volți cu un curent foarte mic. Această sursă de alimentare oferă locuri pentru acești condensatori.

Dar producătorul a furnizat cablul de rețea fără împământare. Prin urmare, nu are rost în acest caz în acest caz. După protector de supratensiune Există o punte de diode formată din 4 diode 1n 4007. Tensiunea redresată este furnizată la condensator. Își netezește forma. Condensatorul în acest caz este de 22 microfarad, 400 volți. Tensiunea pe condensator ar trebui să fie de aproximativ 290-300 volți. Acum trebuie să-l transformăm într-un tren de impulsuri de înaltă frecvență. Mai întâi, să vedem ce fel de microcircuit este acesta. Marcare dh321. Să ne uităm la modul în care sunt structurate astfel de convertoare în general.

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

Întrebări despre comutarea surselor de alimentare: http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=1480

Sursele de alimentare au fost întotdeauna elemente importante orice dispozitive electronice. Aceste dispozitive sunt utilizate în amplificatoare și receptoare. Funcția principală Se consideră că sursele de alimentare reduc tensiunea maximă care vine din rețea. Primele modele au apărut abia după ce a fost inventată bobina AC.

În plus, dezvoltarea surselor de alimentare a fost influențată de introducerea transformatoarelor în circuitul dispozitivului. Particularitatea modelelor cu impulsuri este că folosesc redresoare. Astfel, stabilizarea tensiunii în rețea se realizează într-un mod ușor diferit față de dispozitivele convenționale în care se utilizează un convertor.

Dispozitiv de alimentare

Dacă luăm în considerare o sursă de alimentare convențională, care este utilizată în receptoarele radio, atunci aceasta constă dintr-un transformator de frecvență, un tranzistor și mai multe diode. În plus, circuitul conține un șoc. Condensatorii sunt instalați cu capacități diferite, iar parametrii lor pot varia foarte mult. De obicei se folosesc redresoare de tip condensator. Ele aparțin categoriei de înaltă tensiune.

Exploatarea blocurilor moderne

Inițial, tensiunea este furnizată către redresorul în punte. În această etapă, limitatorul de curent de vârf este activat. Acest lucru este necesar pentru ca siguranța din sursa de alimentare să nu se ardă. În continuare, curentul trece prin circuit prin filtre speciale, unde este convertit. Sunt necesare mai multe condensatoare pentru a încărca rezistențele. Unitatea pornește numai după o defecțiune a dinistorului. Apoi tranzistorul este deblocat în sursa de alimentare. Acest lucru face posibilă reducerea semnificativă a auto-oscilațiilor.

Când are loc generarea de tensiune, diodele din circuit sunt activate. Sunt conectate între ele folosind catozi. Un potențial negativ în sistem face posibilă blocarea dinistorului. Pornirea redresorului este facilitată după oprirea tranzistorului. În plus, este prevăzută limitarea curentă. Pentru a preveni saturarea tranzistorilor, există două siguranțe. Ele funcționează în circuit numai după o avarie. Pentru a porni feedback, este necesar un transformator. Este alimentat de diode în impulsuri în sursa de alimentare. La ieșire, curentul alternativ trece prin condensatori.

Caracteristicile blocurilor de laborator

Principiul de funcționare al acestui tip se bazează pe conversia curentului activ. Există un redresor în punte în circuitul standard. Pentru a elimina toate interferențele, filtrele sunt utilizate la începutul și, de asemenea, la sfârșitul circuitului. Condensatorii de impuls sunt obișnuiți. Saturația tranzistoarelor are loc treptat, iar acest lucru are un efect pozitiv asupra diodelor. Reglarea tensiunii este prevăzută în multe modele. Sistemul de protecție este conceput pentru a salva blocurile de scurtcircuite. Cablurile pentru ele sunt de obicei folosite într-o serie nemodulară. În acest caz, puterea modelului poate ajunge până la 500 W.

Conectorii de alimentare din sistem sunt instalați cel mai adesea ca tip ATX 20 Pentru a răci unitatea, în carcasă este montat un ventilator. Viteza de rotație a lamelor trebuie reglată în acest caz. O unitate de tip laborator ar trebui să poată rezista la sarcina maximă la 23 A. În același timp, parametrul de rezistență este menținut în medie la 3 ohmi. Frecvența maximă pe care o are o sursă de alimentare cu comutație de laborator este de 5 Hz.

Cum se repara dispozitivele?

Cel mai adesea, sursele de alimentare suferă din cauza siguranțelor arse. Sunt situate lângă condensatoare. Reparația surselor de alimentare comutatoare ar trebui să înceapă prin îndepărtarea capacului de protecție. În continuare, este important să inspectați integritatea microcircuitului. Dacă nu sunt vizibile defecte pe acesta, acesta poate fi verificat folosind un tester. Pentru a îndepărta siguranțele, trebuie mai întâi să deconectați condensatorii. După aceasta, acestea pot fi îndepărtate fără probleme.

Pentru a verifica integritatea a acestui dispozitiv inspectați-i baza. Siguranțele arse au o pată întunecată în partea de jos, ceea ce indică deteriorarea modulului. Pentru a înlocui acest element, trebuie să acordați atenție marcajelor sale. Apoi puteți cumpăra un produs similar într-un magazin de electronice radio. Instalarea siguranței se efectuează numai după fixarea condensului. O altă problemă comună în sursele de alimentare este considerată a fi defecțiunile transformatoarelor. Sunt cutii în care sunt instalate bobine.

Când dispozitivului este aplicat o tensiune foarte mare, acestea nu o pot rezista. Ca urmare, integritatea înfășurării este compromisă. Este imposibil să reparați sursele de alimentare comutatoare cu o astfel de defecțiune. În acest caz, transformatorul, ca și siguranța, poate fi doar înlocuit.

Surse de alimentare de rețea

Principiul de funcționare al surselor de alimentare cu comutație de tip rețea se bazează pe o reducere a frecvenței joase a amplitudinii interferenței. Acest lucru se întâmplă datorită utilizării diodelor de înaltă tensiune. Astfel, este mai eficient să controlezi frecvența de limitare. În plus, trebuie remarcat faptul că se folosesc tranzistori putere medie. Sarcina siguranțelor este minimă.

Rezistoarele sunt folosite destul de rar într-un circuit standard. Acest lucru se datorează în mare măsură faptului că condensatorul este capabil să participe la conversia curentului. Principala problemă cu acest tip de sursă de alimentare este câmpul electromagnetic. Dacă se folosesc condensatoare cu o capacitate mică, atunci transformatorul este în pericol. În acest caz, ar trebui să fiți foarte atenți la puterea dispozitivului. Sursa de alimentare cu comutare de rețea are limitatoare pentru curentul de vârf și sunt situate imediat deasupra redresoarelor. Sarcina lor principală este să controleze frecvența de funcționare pentru a stabiliza amplitudinea.

Diodele din acest sistem servesc parțial ca siguranțe. Doar tranzistoarele sunt folosite pentru a conduce redresorul. Procesul de blocare, la rândul său, este necesar pentru a activa filtrele. Condensatorii pot fi utilizați și ca tip de izolare în sistem. În acest caz, transformatorul va porni mult mai repede.

Aplicarea microcircuitelor

O mare varietate de microcircuite sunt utilizate în sursele de alimentare. În această situație, mult depinde de numărul de elemente active. Dacă sunt utilizate mai mult de două diode, placa trebuie să fie proiectată pentru filtre de intrare și de ieșire. Transformatoarele sunt produse și în diferite capacități, iar dimensiunile lor sunt destul de diferite.

Puteți lipi singur microcircuite. În acest caz, trebuie să calculați rezistența maximă a rezistențelor ținând cont de puterea dispozitivului. Pentru a crea un model reglabil, se folosesc blocuri speciale. Acest tip de sistem este realizat cu șenile duble. Unduirea în interiorul plăcii va apărea mult mai repede.

Beneficiile surselor de alimentare reglementate

Principiul de funcționare a comutării surselor de alimentare cu regulatoare este utilizarea unui controler special. Acest element din circuit se poate schimba debitului tranzistoare. Astfel, frecvența de limitare la intrare și la ieșire este semnificativ diferită. Sursa de alimentare comutată poate fi configurată în diferite moduri. Reglarea tensiunii se efectuează ținând cont de tipul de transformator. Răcitoarele convenționale sunt folosite pentru a răci dispozitivul. Problema cu aceste dispozitive este de obicei excesul de curent. Pentru a rezolva acest lucru, se folosesc filtre de protecție.

Puterea dispozitivelor fluctuează în medie în jurul valorii de 300 W. În sistem sunt utilizate numai cabluri nemodulare. În acest fel, scurtcircuitele pot fi evitate. Conectorii de alimentare pentru conectarea dispozitivelor sunt instalați de obicei în seria ATX 14. Modelul standard are două ieșiri. Redresoarele sunt folosite cu o tensiune mai mare. Pot rezista la o rezistență de 3 ohmi. La rândul său, sarcina maximă a impulsului bloc reglabil acceptă o sursă de alimentare de până la 12 A.

Funcționarea unităților de 12 volți

Pulsul include două diode. În acest caz, filtrele sunt instalate cu o capacitate mică. În acest caz, procesul de pulsație are loc extrem de lent. Frecvența medie fluctuează în jurul valorii de 2 Hz. Eficiența multor modele nu depășește 78%. Aceste blocuri se disting și prin compactitatea lor. Acest lucru se datorează faptului că sunt instalate transformatoare putere redusă. Nu necesită refrigerare.

Circuitul de alimentare cu comutare de 12 V implică în plus utilizarea rezistențelor marcate P23. Ele pot rezista doar la 2 ohmi de rezistență, dar aceasta este o putere suficientă pentru un dispozitiv. O sursă de alimentare comutată de 12 V este folosită cel mai des pentru lămpi.

Cum funcționează cutia TV?

Principiul de funcționare al comutării surselor de alimentare de acest tip este utilizarea filtrelor de film. Aceste dispozitive sunt capabile să facă față interferențelor de diferite amplitudini. Înfășurarea lor este sintetică. Astfel, este asigurată o protecție de înaltă calitate a componentelor importante. Toate garniturile din sursa de alimentare sunt izolate pe toate părțile.

Transformatorul, la rândul său, are un răcitor separat pentru răcire. Pentru ușurință în utilizare, este de obicei setat pe silentios. Aceste dispozitive pot rezista la temperaturi maxime de până la 60 de grade. Frecvența de funcționare a sursei de comutare a televizorului este menținută la 33 Hz. La temperaturi sub zero, se pot folosi și aceste dispozitive, dar mult în această situație depinde de tipul de condens folosit și de secțiunea transversală a circuitului magnetic.

Modele de dispozitive de 24 volți

În modelele de 24 de volți, se folosesc redresoare de joasă frecvență. Doar două diode pot face față cu succes interferențelor. Eficiența unor astfel de dispozitive poate ajunge până la 60%. Regulatoarele sunt rareori instalate pe sursele de alimentare. Frecvența de funcționare a modelelor nu depășește în medie 23 Hz. Rezistoarele pot rezista doar la 2 ohmi. Tranzistoarele din modele sunt instalate cu marcajul PR2.

Pentru a stabiliza tensiunea, rezistențele nu sunt utilizate în circuit. Filtrele de alimentare cu comutare de 24 V sunt de tip condensator. În unele cazuri, pot fi găsite specii care se despart. Sunt necesare pentru a limita frecvența maximă a curentului. Pentru a porni rapid un redresor, dinistorii sunt folosiți destul de rar. Potențialul negativ al dispozitivului este îndepărtat cu ajutorul catodului. La iesire, curentul este stabilizat prin blocarea redresorului.

Părțile de putere pe diagrama DA1

Sursele de alimentare de acest tip diferă de alte dispozitive prin faptul că pot rezista la sarcini grele. Există un singur condensator în circuitul standard. Pentru funcționarea normală a sursei de alimentare se folosește regulatorul. Controlerul este instalat direct lângă rezistor. Nu pot fi găsite mai mult de trei diode în circuit.

Procesul de conversie inversă directă începe în dinistor. Pentru a porni mecanismul de deblocare, în sistem este prevăzută o accelerație specială. Undele cu amplitudine mare sunt amortizate de condensator. Este de obicei instalat de tip divizor. Siguranțele se găsesc rar într-un circuit standard. Acest lucru este justificat de faptul că temperatura maximă în transformator nu depășește 50 de grade. Astfel, șocul de balast își face față sarcinilor în mod independent.

Modele de dispozitive cu cipuri DA2

Microcircuitele de alimentare cu comutare de acest tip se disting de alte dispozitive prin rezistența crescută. Sunt utilizate în principal pentru instrumente de măsură. Un exemplu este un osciloscop care arată fluctuații. Stabilizarea tensiunii este foarte importantă pentru el. Ca urmare, citirile dispozitivului vor fi mai precise.

Multe modele nu sunt echipate cu regulatoare. Filtrele sunt în principal cu două fețe. La ieșirea circuitului, tranzistoarele sunt instalate ca de obicei. Toate acestea fac posibilă rezistența la o sarcină maximă de 30 A. La rândul său, indicatorul de frecvență maximă este în jur de 23 Hz.

Blocuri cu cipuri DA3 instalate

Acest microcircuit vă permite să instalați nu numai un regulator, ci și un controler care monitorizează fluctuațiile din rețea. Rezistența tranzistoarelor din dispozitiv poate rezista la aproximativ 3 ohmi. Puternica sursă de alimentare comutată DA3 poate suporta o sarcină de 4 A. Puteți conecta ventilatoare pentru a răci redresoarele. Drept urmare, dispozitivele pot fi utilizate la orice temperatură. Un alt avantaj este prezența a trei filtre.

Două dintre ele sunt instalate la intrare sub condensatoare. Un filtru de tip separator este disponibil la ieșire și stabilizează tensiunea care vine de la rezistor. Nu există mai mult de două diode într-un circuit standard. Cu toate acestea, multe depind de producător și acest lucru ar trebui să fie luat în considerare. Principala problemă cu sursele de alimentare de acest tip este că nu sunt capabile să facă față interferențelor de joasă frecvență. Ca rezultat, instalați-le pe instrumente de măsurare nepotrivit.

Cum funcționează blocul de diode VD1?

Aceste blocuri sunt concepute pentru a suporta până la trei dispozitive. Au regulatoare cu trei căi. Cablurile de comunicație sunt instalate numai nemodulare. Astfel, conversia curentă are loc rapid. Redresoarele din multe modele sunt instalate în seria KKT2.

Ele diferă prin faptul că pot transfera energie de la condensator la înfășurare. Ca urmare, sarcina de la filtre este parțial îndepărtată. Performanța unor astfel de dispozitive este destul de ridicată. La temperaturi peste 50 de grade pot fi folosite si.

Ce fel de IIP este acesta?!

Comutarea surselor de alimentare din nou și din nou devin subiect de discuții și dispute, iar proiectarea și construcția lor provoacă unele dificultăți în cercurile radioamatorilor. Din ce în ce mai des este să aparate cu impulsuri sursele de alimentare atrag atenția tehnicienilor radio de acasă, deoarece au o serie de avantaje incontestabile în comparație cu unitățile tradiționale de transformare. Cu toate acestea, mulți radioamatori, în special începătorii, nu îndrăznesc să le asambleze, în ciuda utilizării lor pe scară largă în producția modernă de radio-electronică.

Există multe motive pentru aceasta. De la lipsa de înțelegere a principiilor de funcționare până la complexitatea circuitelor surselor de alimentare secundare în impulsuri. Unii pur și simplu nu pot găsi baza elementului radio necesară. Dar inginerii radio cu experiență au abandonat de mult transformatoarele de alimentare grele și supradimensionate din electronicele compacte de uz casnic.

Dar dacă pentru casă utilizarea surselor de alimentare cu transformatoare este încă justificată cumva, atunci, de exemplu, într-o mașină, pe drum, în condiții de câmp etc. Transformatorul este complet inutil.

Aici vin în ajutor convertizoarele de tensiune de comutare. Ele sunt capabile să extragă electricitate din orice baterie sau baterie de celule galvanice DC și să o transforme în tensiunea dorită cu o putere maximă de câțiva wați la câțiva kilowați.

De acord, atunci când călătoriți cu orice tip de transport și nu există nicio priză în apropiere pentru a conecta un încărcător la acesta pentru a reîncărca bateria descărcată a unei camere digitale, telefon mobil, cameră video digitală, player și multe altele. etc. asta, cel putin, cauzeaza multe neplaceri. Și de câte ori a fost posibil să captezi ceva ce ți-a plăcut digital și să-l trimiți imediat familiei și prietenilor folosind telefonul tău?

Tot ce trebuie să faceți este să lipiți un simplu circuit convertor de tensiune de impuls pe o placă de circuit imprimat care poate încăpea în palma mâinii și să luați câteva baterii AA. Asta este tot ce ai nevoie pentru fericire!

Program educațional literar pe tema UPS

Cu toate acestea, să nu ne lăsăm duși de cap, ci să mergem direct la esența articolului. Am vorbit deja de mai multe ori despre aspectele teoretice și practice ale proiectării surselor de alimentare în comutație acasă, de exemplu, Convertor de impulsuri, Convertor de tensiune auto și; metode subliniate pentru calcularea transformatoarelor, literatură utilă comună despre electronica de putere, citire recomandată nu numai inginerilor începători în electronică, de exemplu, Calculul unui transformator de putere; iar în articolul Schema unui convertor de 1000 VA s-a desfășurat o întreagă dezbatere, s-ar putea spune, despre modificarea circuitului.

Ei bine, astăzi vom răspunde la o întrebare pusă de unul dintre radioamatorii:

Există ceva pentru alimentare +/-25 - 30 volți (bipolar) pentru 4 trei pini pentru alimentarea UMZCH - 4 x TDA7293? Cu o putere de 550-600 wati... pentru alimentarea de la retea (~220V).

Cu această ocazie, au decis chiar să publice un articol separat pentru a arăta principiile teoretice generale pentru dezvoltarea surselor de alimentare în comutație.

Materialul prezentat, cu accent pe probleme individuale de proiectare și circuite ale unităților de alimentare secundare cu impulsuri, este destinat să arate radioamatorilor întregul algoritm pentru calculul lor. Toate completările și soluțiile tehnice, de design, de circuite, după cum este necesar, vor fi postate mai jos în comentarii. Solicităm tuturor inginerilor electronici interesați și inginerilor radio cu experiență să ia parte la discuția despre comutarea surselor de alimentare.

Să începem, poate...

Deci, pentru început, să descriem în termeni generali ce module principale sunt în orice unitate de alimentare cu comutație. Într-o versiune tipică, o sursă de alimentare comutată poate fi împărțită în trei părți funcționale. Acest:

1. Controler PWM (PWM), pe baza căruia se montează un oscilator master, de obicei cu o frecvență de aproximativ 30...60 kHz;

2. o cascadă de întrerupătoare de putere, al căror rol poate fi îndeplinit de tranzistoare puternice bipolare, cu efect de câmp sau IGBT (izolat gate bipolar); această treaptă de putere poate include un circuit suplimentar de control pentru aceleași întrerupătoare folosind drivere integrate sau tranzistoare de putere redusă; Important este și circuitul de conectare a întrerupătoarelor de putere: punte (punte plină), semi punte (jumătate punte) sau cu punct de mijloc (push-pull);

3. transformator de impulsuri cu înfășurare(e) primară și secundară și, în consecință, diode redresoare, filtre, stabilizatori etc. la iesire; ferita sau alsiferul este de obicei aleasă ca miez; în general, acele materiale magnetice care sunt capabile să funcționeze la frecvențe înalte (în unele cazuri peste 100 kHz).

De fapt, asta este tot ce ai nevoie pentru a asambla o sursă de alimentare comutată. În fotografie sunt evidențiate părțile principale ale UPS-ului. Pentru claritate, evidențiem aceste module și electric diagrama schematica orice sursă de alimentare comutată. De exemplu:

Apropo, aici treapta de putere este conectată conform unui circuit cu un punct de mijloc.

Acum vom dezvolta o soluție de proiectare a circuitelor pentru viitorul dispozitiv, modul cu modul.

În primul rând, să decidem asupra oscilatorului principal. Pentru a fi mai precis, cu Controler PWM. În prezent, după cum înțelegeți, există un număr mare de ele. Aici, probabil, principalele criterii de selecție sunt disponibilitatea și prețul. Nu avem nevoie de niciun generator, ci de unul cu modulație de lățime a impulsului. Principiul de funcționare, pe scurt, este „nu există/nu există semnal”. Ieșirea controlerului este fie una ( nivel înalt) sau zero (nivel scăzut).

În conformitate cu aceasta, tranzistoarele de ieșire sunt deschise sau închise, alimentarea cu tensiune a bobinei transformatorului de impuls sau nu. Mai mult, o astfel de comutare are loc cu frecvență înaltă (după cum am menționat mai devreme, de obicei frecvența este de 30...60 kHz).

Frecvența este reglată în funcție de nevoile proiectantului de către circuitul extern al controlerului PWM, format, de regulă, din rezistențe și condensatori. Recent mi-am dat chiar și ideea de a folosi PWM ca sursă Port COM calculator. Ei bine... Pentru viitoarea noastră sursă de alimentare Să luăm controlerul K1156EU2 PWM. Dar acest lucru nu este important. Puteți lua aproape orice în doi timpi controlor. De exemplu, unul dintre cele mai comune este TL494. Este prezentat circuitul oscilatorului principal bazat pe acesta. În general, o diagramă tipică de conectare pentru orice alt microcircuit poate fi găsită în documentatia tehnica pe el (fișa de date).

Calculul frecvenței impulsurilor de alimentare

Controlerul K1156EU2 este destinat utilizării ca circuit de control surse pulsate sursa de alimentare secundară care funcționează la frecvențe de până la 1 MHz. Datorită performanței sale ridicate, microcircuitul și-a găsit o aplicație largă și s-a dovedit bine. Dacă nu există o versiune domestică a controlerului, acesta poate fi înlocuit cu analogi precum UC1825, UC2825, UC3825. Etapele de ieșire în jumătate de punte ale controlerului sunt proiectate pentru a conduce sarcini capacitive mari, cum ar fi porțile MOSFET-urilor de putere și pentru a comuta atât curentul de absorbție, cât și curentul de absorbție. Descrierea pinii K1156EU2 este următoarea:

De asemenea, este de remarcat faptul că frecvența pulsului depinde de valorile rezistenței și condensatorului de la pinii 5 și 6 ai microcircuitului. Mai mult, capacitatea condensatorului este responsabilă pentru pauza (așa-numitul timp mort) dintre impulsuri. Și acest lucru afectează direct închiderea simultană a întrerupătoarelor de ieșire pentru a evita curenții de trecere. Întrebarea este relevantă în special la puterile înalte. Rezistența rezistenței este selectată din intervalul de 3...100 kOhm, capacitatea condensatorului este de 0,47...100 nF. Nomogramele pentru selectarea acestor componente radio sunt prezentate mai jos în figură:

Astfel, pentru a oferi un timp mort de ? 1,5 μs (pentru a reduce probabilitatea curenților de trecere prin MOSFET în treapta de putere), va fi necesar un condensator cu o capacitate de 15 nF (0,015 μF sau 15000 pF). Acum uitați-vă la graficul din stânga. Vor fi mai multe informații despre frecvență. În această etapă, vom lua 60 kHz ca cea nominală. Aceasta înseamnă că este nevoie de un rezistor pentru oscilatorul nostru principal cu o valoare nominală de 3 kOhm. Să setăm trimmerul la 4,7 kOhm. Ele pot crește ușor frecvența, crescând astfel puterea sursei de alimentare în ansamblu.

Sincronizarea a două sau mai multe controlere PWM

O funcție importantă a K1156EU2 este utilizarea lor în comun. Aceste. un generator va fi stăpânul, iar celălalt va fi sclavul. În acest scop, există un pin de sincronizare funcțional 4. Ca rezultat, puteți obține două generatoare PWM care funcționează sincron. Există multe aplicații pentru această metodă. Deoarece generatoarele vor funcționa sincron, fiecare dintre ele poate fi încărcat cu o treaptă de ieșire separată cu comutatoare de alimentare și un transformator de impulsuri. În acest caz, pot fi utilizate transformatoare de putere totală mai mică. Deci, dacă avem nevoie de o putere totală a unei surse de alimentare în comutație de cel puțin 600 W pentru 4 UMZCH-uri, atunci putem folosi două transformatoare de 300 W cu două UMZCH-uri conectate la ele. În consecință, vom putea elimina o parte din sarcină de la tranzistoarele etapei de putere, fir de bobinare, avem nevoie și de un miez mai mic. În acest sens, puteți economisi chiar și la achiziționarea de componente radio pentru viitorul UPS. Circuitul de sincronizare pentru două controlere PWM (master și slave) arată astfel:

Cu toate acestea, în scopuri educaționale generale, ne vom limita la includerea lui K1156EU2 într-o singură versiune (standard), deoarece Scopul nostru este să vă oferim abilități generale de dezvoltare. Și raționalitatea utilizării cutare sau cutare schemă, solutie tehnica va depinde de scopul utilizării sursei de alimentare comutatoare.

Am rezolvat primul modul funcțional al viitoarei unități de alimentare secundare. În cele din urmă acceptăm versiunea de proiectare a circuitului a generatorului bazată pe K1156EU2, așa cum se arată în numărul 1. Dacă este necesar, în etapa finală de proiectare, pot fi ajustate valorile nominale ale pieselor, ceea ce, de fapt, nu va afecta schema funcțională. a generatorului.

Selectarea întrerupătoarelor de alimentare pentru sursa de alimentare

Acum să vorbim despre ce va controla controlerul K1156EU2 sau TL494 PWM sau orice alt circuit integrat. Vom folosi ca taste de pornire tranzistoare MOSFET ca cea mai eficientă. În ceea ce privește cele bipolare, dezavantajele lor semnificative sunt creșterea tensiunii reziduale pe colector în modul de saturație, puterea mare de control în circuitul de bază și mare vreme resorbţie. Toate acestea duc la o scădere semnificativă a eficienței tastelor. Dar IGBT-urile sau tranzistoarele bipolare cu poartă izolată sunt prea scumpe și nu foarte comune. Deci alegerea cade pe MOSFET.

Să determinăm limitele selecției tranzistoarelor MOS. În funcție de condiții, avem nevoie de o sursă de alimentare în comutație cu o putere de 600 wați de la o sursă de 220 de volți. Aceasta înseamnă că după diode redresoare și un condensator de filtru, 220 de volți de curent alternativ sunt transformați în 300...310 de volți de curent continuu. Aceasta este la o tensiune nominală de 220 V. Dar rețeaua electrică poate fi fie de 175, fie de 250 de volți. Puterea curentului din circuit va fi nominal egală cu I=P/U sau I=600 W/300(310) V=1,94…2 amperi.

Viitor convertor de impulsuri va fi de tip în doi timpi, pentru că cele cu un singur ciclu s-au dovedit bine la puteri de până la 100 de wați. Selectăm circuitul pentru conectarea treptei de putere a unei surse de alimentare cu comutație push-pull din trei dintre cele existente. Acesta, după cum sa spus, este full-bridge, half-bridge sau cu un punct de mijloc (push-pull). Ultimul circuit este cel mai eficient cu tensiuni de intrare de până la 100 de volți și putere de până la 500 de wați. În principiu, puteți utiliza un circuit de comutare push-pull, dar nu îl vom repeta, deoarece este tocmai subiectul de discuție în articolul „1000 VA Converter Circuit”. Circuitele semi-punte și punte sunt utilizate efectiv la tensiuni de intrare mai mari (și avem 310 V) și cu puteri de până la 1 kW în primul caz și peste 1 kW în al doilea caz. Ni se potrivește circuit pe jumătate de punte pornirea treptei de putere.

Să considerăm că frecvența de comutare a tranzistoarelor de putere este de aproximativ 60 kHz. Datorită posibilei variații de frecvență, aceasta poate crește la 65 kHz. Desigur, puteți crește frecvența la 100 kHz sau chiar mai mult. Cu toate acestea, multe materiale magnetice utilizate ca miezuri de transformator de impulsuri nu sunt capabile să funcționeze la astfel de frecvențe. În plus, pe măsură ce frecvența crește, vom avea nevoie de redresoare de înaltă frecvență diode puternice. Dar nu sunt ieftine și greu de accesat pentru mulți. În plus, după un redresor cu undă completă, frecvența se dublează. Așa că ne vom limita la o frecvență de 60 kHz, ca fiind cea mai optimă.

Acum vom determina amplitudinea tensiunii nominale pe înfășurarea primară a transformatorului de impulsuri, ținând cont de căderea de tensiune pe joncțiunea tranzistorului. U=310/2 – u, unde u este căderea de tensiune pe joncțiunea MOSFET. Deoarece nu am ales încă tranzistoarele, vom lua în medie u = 0,7 V. Prin urmare U = (310/2) -0,7 = 154,3 V. Amplitudinea minimă când tensiunea rețelei scade la 175 volți nu va fi mai mare de 123 volți. V, iar maximul la creșterea la 250 V nu este mai mic de 176 V. Pentru a selecta tranzistoarele MIS, pornim de la curentul maxim admisibil (600/123 = 4,8 A) și tensiune (176 V). Conform calculelor, avem nevoie de un MOSFET cu o tensiune de scurgere-sursă de 200 de volți și un curent maxim admisibil prin joncțiunea de cel puțin 6 amperi. Aceste condiții sunt îndeplinite, de exemplu, de IRF630, 2SK1117, 2SK1917, IRF740, IRFP460, IRF830 etc. Aici, din nou, pornim de la disponibilitate și cost. Pentru exemplul nostru, să luăm IRFP460. Cheile de pornire au fost ridicate.

Selectăm diodele de punte redresoare la intrarea sursei de alimentare în comutație ținând cont de o tensiune inversă de 400 de volți și un curent de 2 amperi (600/(175 V * 2 buc.) = 1,71 A) cu un circuit de punte. Luăm o punte de diode tip KBU810. Circuitul redresorului de rețea va arăta astfel:

Rezistoarele R1 și R2 sunt balast și sunt folosite pentru a descărca condensatoare de înaltă tensiune din motive de siguranță.

Calculul și înfășurarea unui transformator de impulsuri

Acum să calculăm transformatorul de impulsuri.

Calculul transformatorului este cea mai complexă, importantă și „subtilă” parte a întregului calcul al unei surse de alimentare comutatoare. Pentru a face acest lucru, este cel mai eficient să folosiți programe de calculator, dintre care cele mai populare pot fi descărcate de pe site-ul nostru de radio amatori. Link-uri către programe pentru calcularea unui transformator și a acestora descriere detaliată se regasesc si in articolele de mai sus.

Deci, avem ca date inițiale un domeniu de tensiune de alimentare de 247...355 V (cu o abatere a tensiunii de rețea de 175...250 V), o putere de cel puțin 600 wați, o inducție efectivă a circuitului magnetic de la 0,1 la 0,2 Tesla, o permeabilitate magnetică eficientă a circuitului magnetic la Când este utilizat ca miez, un inel de ferită de calitate M2500NMS1 K65x40x9 este 1800...2000. Mai sus este tensiunea reală de rețea pentru calcularea unui transformator de impuls în programul Design tools pulse transformers 4.0.0.0 și altele similare (vezi articolele). Cu toate acestea, așa cum am sfătuit, este mai bine să aplicați programele dintr-o dată într-o manieră cuprinzătoare. În consecință, în unele este necesar să se indice tensiunea direct pe înfășurarea primară a transformatorului de impulsuri. Am prezentat un circuit redresor de rețea pentru alimentarea unei unități de impulsuri. După cum puteți vedea, acolo tensiunea de rețea este convertită în bipolar +/-154,3 V folosind un divizor Tensiunea nominală este indicată pentru o tensiune de rețea de 220 V. În consecință, cu o abatere a tensiunii de rețea de 175...250 V. înfășurarea primară, va fluctua între 247... 355 volți (asta după diode redresoare și condensatoare de filtru) și 247/2-0,7...355/2-0,7, adică. 122,8…176,8 volți. Atenție!

Credem că cu ajutorul programelor nu va fi dificil să determinați principalele caracteristici ale transformatorului de impuls necesar. Pentru inelul K65x40x9 pe care l-am luat, avem următoarele. Eficiența este de aproximativ 98%; numărul de spire în înfășurarea primară este de aproximativ 55 cu un diametru de 1,2 mm; numărul de spire ale fiecărei înfășurări secundare pentru tensiune +/-30 V este de 10+10 cu un robinet din mijlocul firului cu diametrul de 1,5 mm. Știm toate datele pentru înfășurarea transformatorului. Ca urmare făcut singur Ar trebui să arate cam așa, sau poate mai bine (este mai bine să plasați înfășurările mai uniform în jurul inelului):

Să trecem direct la partea de circuite a dezvoltării.

Proiectarea unei scheme de circuit electric UPS

Am stabilit deja că sursa noastră de alimentare în comutație va fi push-pull cu o conexiune în jumătate de punte a treptei finale de putere, constând din două MOSFET IRFP460 puternice. Microcircuitul K1156EU2R a fost ales ca controler PWM. Acum ne confruntăm cu sarcina de a combina toate cele trei module funcționale, fiecare având propriile sale module circuit electric. În loc să reinventezi roata, poți modifica standardul existent schema electrica un UPS deja proiectat pe controlerul pe care l-am ales. În cele din urmă, avem această versiune a circuitului de alimentare cu comutare:

După cum puteți vedea, include toate cele trei module pe care le-am discutat mai sus.

În plus, folosind un releu și un rezistor de limitare R1 (tip C5-16MB sau C5-5B) la intrare, pornire soft, permițându-vă să evitați supratensiunile bruște de curent. Releul poate fi utilizat pentru tensiuni de 12 și 24 de volți cu selecția rezistenței R19. Varistorul RU1 protejează circuit de intrare din impulsuri de amplitudine excesivă. Condensatorii C1-C4 și inductorul cu două înfășurări L1 formează un filtru de suprimare a zgomotului de rețea care împiedică pătrunderea ondulațiilor de înaltă frecvență create de convertor în rețeaua de alimentare. L1 este înfășurat până când fereastra este umplută cu un fir cu un diametru de 0,5 mm pe un miez magnetic Ш7x7 din alsifer ТЧ60, ТЧК55 sau ferită tip 2000НМ. Înfășurările inductorului conțin un număr egal de spire. Puteți folosi un miez magnetic de tip K24x14x7. Apoi vântul 50 se transformă în 2 fire.

Rezistorul trimmer R16 și condensatorul C12 determină frecvența de conversie. Pentru a reduce EMF de auto-inducție a transformatorului T2, diodele amortizoare VD7 și VD8 sunt conectate în paralel la canalele tranzistorului. Diodele Schottky VD2 și VD3 protejează tranzistoarele de comutare și ieșirile microcircuitului DA2 de impulsurile de tensiune inversă.

Transformatorul de curent T1 este pornit inel de ferită K10×6x3 marca 4000NM sau K12×8x3 marca 2000NM. Înfășurarea primară conține 1 spire de sârmă cu diametrul de 0,5 mm sau sârmă de montare în izolație din clorură de polivinil. Înfășurarea secundară este de 100 de spire cu un robinet din mijlocul firului PELSHO cu un diametru de 0,06…0,12 mm. Înfășurările trebuie izolate, de exemplu, cu pânză lăcuită. Curentul trece prin înfășurarea primară a transformatorului T1. Tensiunea înfășurării secundare prin rezistorul R12 este furnizată la intrarea comparatorului de curent cu 9 pini a microcircuitului DA2. În momentul în care tensiunea la această intrare depășește pragul comparatorului (1 volt), generarea impulsurilor de excitație se va opri. Curentul de răspuns la protecție depinde de numărul de spire ale înfășurării secundare a transformatorului T1, de capacitatea condensatorului C8 și de rezistența rezistențelor R8, R9 (tuning), R12.

Din momentul în care este conectat la rețea și până când invertorul este excitat, microcircuitul K1156EU2R primește putere de la un stabilizator parametric de tensiune pe rezistorul R2 (a cărui rezistență ar putea fi necesar să fie redusă) și dioda zener VD4 prin dioda VD5. În acest mod, microcircuitul consumă un curent de cel mult 2 mA. După excitarea invertorului, controlerul PWM alimentează redresorul auxiliar VD13-VD16, a cărui tensiune este stabilizată de microcircuitul KR142EN8V (sau orice altul cu o tensiune de stabilizare de 15 volți). Diodele VD5 și VD18 elimină influența reciprocă a celor două surse de alimentare ale microcircuitului K1156EU2R.

Optocuplerul U1 asigură izolarea galvanică a circuitului de feedback. Circuitul OS este necesar pentru a stabiliza tensiunea de ieșire a unei surse de alimentare comutatoare. Dacă depășește valoarea nominală, curentul prin dioda zener VD17 și dioda emițătoare a optocuplerului va crește brusc. Ca rezultat, fototranzistorul optocuplerului se deschide. Tensiunea la intrarea comparatorului de feedback de tensiune crește (1 picior al microcircuitului). Durata impulsurilor la ieșirea generatorului este redusă. Acest lucru face ca tensiunea de ieșire să scadă la nivelul nominal.

Principiul de funcționare al circuitului de alimentare cu comutare ar trebui să fie clar. Acum să trecem la sfaturi despre proiectarea unui aspect al plăcii de circuit imprimat și instalarea componentelor radio.

În concluzie, merită să cheltuiți câteva cuvinte pe un fenomen atât de rău ca efect asupra pielii. Ca urmare, curentul alternativ de înaltă frecvență, atunci când trece printr-un conductor, nu este distribuit uniform pe secțiunea transversală, ci în principal în stratul de suprafață. Acest lucru poate avea consecințe groaznice pentru transformatorul nostru de impulsuri la puteri mari. Prin urmare, se recomandă înfășurarea înfășurărilor de putere ale transformatorului nu cu un singur fir de secțiune transversală mare, deoarece nu va fi niciun beneficiu de pe urma ei, ci o „codă de porc” țesută din mai multe fire de diametru mai mic. Se pare ca Sârmă Litz. Astfel, vom îmbunătăți factorul de calitate al înfășurărilor, vom crește eficiența și calitatea transformatorului de impulsuri. Observați cum este înfășurată înfășurarea primară:

În fotografie sunt 8 pigtails cu 15 fire fiecare. Pare solid, nu-i așa?

Epilog

În acest articol, după cum sa dovedit, departe de a fi scurt, se discută articolul cele mai importante puncte proiectarea surselor de alimentare cu impulsuri, pe care fiecare radioamator care decide să creeze un SMPS le va întâlni cu siguranță. Am încercat să descriem întregul algoritm de acțiuni cât mai clar posibil. Am examinat mai detaliat punctele care merită subliniate. Postați orice sfaturi și trucuri suplimentare în comentarii.