Zasilanie - prosty, regulowany, puls.

Nowoczesny projekt obwodów i producenci mikroukładów ułatwiają życie projektantowi - na przykład przy tworzeniu zasilaczy. Pozwól nam zademonstrować to na mikroukładzie L4960. Zgodnie z dokumentacją fabryczną możliwe jest wykonanie regulowanego zasilacza o napięciu wyjściowym 5,1 V ... 40 V, o prądzie obciążenia 2,5 A, wbudowanym zabezpieczeniu dla prądu i przegrzania, wydajności do 90% Straty mocy za pomocą chłodnicy - 15 watów, pakiet HEPTAWATT, częstotliwość konwersji 50..150 kHz.

Rysunek pokazuje schemat połączeń, głównie odpowiadający zalecanemu.
Wyjaśnij cel i charakterystykę użytych elementów. Transformator o mocy co najmniej 80 W, napięciu wyjściowym 36 V i prądzie 3 A. Kondensatory C1, C5, C6 są konwencjonalnymi elektrolitami Kondensator C2 zapewnia "miękki" układ scalony i może zawierać do 2 mikrofaradów. Kondensatory C3 i C4 ustawiają częstotliwość roboczą i kompensację częstotliwości wbudowanego oscylatora, film typu. Dioda D1 - najlepsza z Schottky'ego, o częstotliwości 100 kHz i prądzie co najmniej 3 A. Rezystory R1, R2, R4 mają zwykle moc 0,25 W, przewód R3, rezystancja 0,1 Ohm 1% mocy 1 W, służy jako bocznik dla amperomierza ( Chciałbym zwrócić uwagę wybitnego autora i czytelników, że nowoczesne głowice pomiarowe amperów i woltomierzy nie wymagają zewnętrznego manewrowania, ponieważ mają wewnętrzny bocznik. Uwaga Kota.); możesz wymienić zworkę, jeśli nie musisz mierzyć prądu. Rezystor P1 jest wieloobrotowy, służy do płynnej regulacji napięcia wyjściowego; można zastąpić dwiema kolejnymi dla ustawienia zgrubnego i cienkiego napięcia.

Parametry przepustnicy Indukcyjność L1 150..300 mikrogramów. Przy indukcyjności 150 μH maksymalny prąd wyjściowy będzie wynosił 2 A, z indukcyjnością 300 μH-3a. Podczas prototypowania obwodu badano różne dławiki o różnej indukcyjności na różnych rdzeniach, nawijanych różnymi przewodami. Najlepsze wyniki uzyskano na pierścieniu ferrytowym z drutem o średnicy 1 mm. Niestety wszystkie dławiki zostały fabrycznie nawinięte na nieznaną przenikalność magnetyczną i liczbę zwojów. Można było zmierzyć tylko indukcyjność i złożoną rezystancję uzwojeń. Mikroukład jest w stanie rozproszyć moc do 15 watów, a zatem dla regulowanego stabilizatora konieczne jest zainstalowanie go na odpowiednim grzejniku o powierzchni co najmniej 200 kv.sm. Wskazane jest zapewnienie grzejnika i mostka prostowniczego VD1. L2 i C6 są elementami opcjonalnymi, używanymi do eliminowania skokowych skoków napięcia.

Charakterystyka wynikowego stabilizatora:
  napięcie wyjściowe 5 ... 32 V;
  maksymalny prąd wynosi 2,5 ampera, przy przeciążeniu napięcie wyjściowe maleje, samo-gojenie występuje, gdy obciążenie wzrasta o 20..30%;
  wysokiej częstotliwości tętnienia napięcie wyjściowe mniejsze niż 10 mV i mniejsze niż zmiana napięcia wyjściowego, gdy zmienia się napięcie wejściowe.

Stabilizator jest montowany w obudowie z byłego zasilacza komputerowego o wymiarach 15 x 14 x 8,5 cm, jako wskaźnik cyfrowy został wykorzystany gotowy moduł oparty na K572pv5.Można zastosować moduł opisany w artykule "Wskaźnik cyfrowy". Rysunek używany

Zasilacze impulsowe, w przeciwieństwie do konwencjonalnych, z transformatorem obniżającym moc, o tej samej mocy wyjściowej, wyróżniają się mniejszymi wymiarami, niższą wagą i, nie zawsze, ale z reguły wyższą wydajnością. Zasilacze z regulowanym napięciem wyjściowym są zwykle produkowane przy użyciu transformatora obniżającego napięcie działającego przy częstotliwości 50 Hz sieci prądu zmiennego i liniowego lub impulsowego regulatora napięcia wyjściowego DC.

Regulowany zasilacz impulsowy

Przełączanie zasilaczy z regulowanym napięciem wyjściowym, którego przetwornik napięcia sieciowego pracuje z wysoką częstotliwością, nie jest szeroko rozpowszechniony ze względu na ich zwiększoną złożoność. Nie jest konieczne wytwarzanie takiego źródła zasilania z czystego arkusza, aby znacznie uprościć i przyspieszyć montaż, można zastosować gotowe zasilanie przełączające do stałego napięcia wyjściowego, które po prostej rewizji stanie się regulowane, ładuje do 0,5 A.

Schemat jest przedstawiony na stronie internetowej, został sporządzony na płytce drukowanej. Wygląda na to, że część wysokiego napięcia tego zasilacza - węzeł konwertera jest montowany na popularnym wysokonapięciowym tranzystorze mocy MJE13003, węzeł ochrony przeciążeniowej Q1 jest montowany na tranzystorze Q4. Ponadto, Q4 uczestniczy w schemacie stabilizacji napięcia wyjściowego. Charakterystyczną cechą tego zasilacza jest obecność innego węzła ochrony przed przeciążeniem, realizowanego w Q2, R8, R9.

Gdy prąd obciążenia wzrasta do 0,5 ... 0,6 A, podłączonego do wyjścia zasilacza, napięcie na zaciskach rezystora R8 osiąga 0,5 ... 0,6 V, tranzystor Q2 otwiera się, prąd płynie przez diodę LED transoptora U1, fototranzystor transoptora otwiera się więcej co prowadzi do większego otwarcia Q4, które częściowo blokuje złącze Q1 emitera, napięcie wyjściowe zasilania maleje. Kiedy prąd obciążenia maleje, napięcie wyjściowe zasilacza ma tendencję do wzrostu, prąd przez diodę Zenera ZD1 wzrasta, co również prowadzi do wzrostu prądu przez diodę LED transoptora U1. Zielony kryształ podwójny LED

Na rys. 1 przedstawia schemat pulsacyjnego zasilacza z jednego z ładunków, oznaczonego jako CT1B. Wyjściowe napięcie stabilizowane tego zasilacza wynosi około 6,2 V przy prądzie LED1, który świeci w obecności napięcia wyjściowego. Czerwony kryształ świeci w pełnej jasności po podłączeniu do wyjścia obciążenia zasilacza. Dioda Zenera ZD2 chroni podłączone obciążenie przed przepięciem, gdy przetwornica napięcia ulegnie awarii.

Kiedy węzeł zabezpieczający tranzystora Q2 zostanie odłączony, prąd wyjściowy zasilacza jest ograniczony do około 1 A przy napięciu sieci 220 V węzła przy Q4 i czujnika prądu w R10. Aby to impulsowe źródło zasilania mogło regulować napięcie wyjściowe, zostało sfinalizowane zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 2. Zmodernizowany zasilacz przeznaczony jest dla napięcia wyjściowego 3,3 ... 9 V przy prądzie obciążenia do 0,5 A. Numeracja dodatkowo zainstalowanych elementów kontynuuje numerację elementów instalowanych przez producenta zasilacza.

Przełączanie zasilania

Dodatkowy filtr RC C10R3L4C11 został zainstalowany na wejściu zasilacza, co obniża poziom hałasu, zarówno z sieci zasilającej, jak i penetrując do sieci zasilającej z roboczego przetwornika napięcia impulsowego. Rezystor R16 ogranicza prąd rozruchowy zasilacza, a także wykonuje funkcje bezpieczeństwa. Prąd rozruchowy przy włączaniu jest również ograniczony przez rezystancję uzwojeń dławików L3, L4. Kondensator C1 został zainstalowany o pojemności 2,2 microfarada zamiast 1 mikrofarady, a zamiast lutowia NW kondensator o pojemności 4,7 mikrofarada zamiast 1 mikrofarada.

Rezystor R10 jest ustawiony na 3,9 oma zamiast 3,3 oma. Zmniejszyło to przetężenie zabezpieczenia przeciążeniowego do 0,8 A zamiast 1 A. Kondensator C7 został usunięty. Kondensator C8 jest zainstalowany o pojemności 1000 mikrofaradów zamiast 220 mikrofaradów. Kondensator C9 ma wartość 470 uF zamiast 220 uF. Równolegle oba kondensatory są lutowane do kondensatora ceramicznego SMD o pojemności 10 mikrofaradów każdy. W miejsce diody D8 zamiast FR103 zainstalowana jest mocniejsza dioda FR203. Ponieważ amplituda amplitudy napięcia na uzwojeniu III przekracza 50 V, zdecydowano nie instalować diody Schottky'ego w miejsce D8.

Rezystor R8 jest ustawiony na 0,5 Ohm zamiast 1 Ohm. Usunięto diody ZD1 i ZD2 Zenera.
  Napięcie wyjściowe zasilacza jest regulowane za pomocą rezystora zmiennego R20. Ten rezystor jest stosowany w reostatycznym włączaniu, tak że w przypadku zerwania obwodu jego ruchomego styku, na wyjściu zasilacza występuje minimalne napięcie. Im niższe położenie suwaka R20, tym większe napięcie wyjściowe zasilacza. R19 i C13 eliminują samo-wzbudzenie mikroukładu regulowanego stabilizitronu DA1.

Bieżący węzeł wskazujący podłączonego obciążenia został zaktualizowany. Zamiast krzemowego tranzystora RPR typu SS9015 instalowany jest german MP25B i zmienia się jego schemat przełączania. Ten węzeł na Q5 nie wymaga osobnego czujnika przepływu, którego rola została poprzednio wykonana przez diodę krzemową D3. W nowym schemacie rezystor R8 jest czujnikiem prądu dla krzemu Q2 i germanu Q5. Przy napięciu wyjściowym 5 V, blask czerwonego kryształu diody LED staje się dobrze zauważalny, gdy podłączony prąd obciążenia wynosi około 60 mA.

Przy prądzie obciążenia 0,35 A, blask czerwonego kryształu całkowicie pokrywa się z blaskiem zielonego kryształu diody LED, a przy natężeniu 0,45 A jasność blasku czerwonego kryształu diody LED osiąga maksimum. Dodatkowy filtr LC L5C15 jest zainstalowany na wyjściu zasilacza. Amplituda napięcia tętnienia i szumu na wyjściu BP 20 ... 40 mV. Rezystor R13 jest ustawiony na 1 kΩ zamiast 560 Ω, a R1 680 Ω zamiast 470 oma. Ostatnia strona okładki pokazuje zdjęcia płyty przed i po aktualizacji. Układ KIA431 instaluje się w miejscu, w którym wcześniej lutowano LED.

Zamiast takiego chipa można użyć TL431, AZ431, LM431, wykonanego w obudowie trójnikowej TO92. Zamiast wadliwego tranzystora MJE13003 można użyć MJE13005. Konieczne jest przymocowanie radiatora opony twardej o powierzchni chłodzącej około 8 cm kwadratowych do tranzystora wysokiego napięcia, co znacznie zwiększy niezawodność urządzenia. Radiator wykorzystujący cienką uszczelkę mikową i rurkę lub rękaw PCV musi być niezawodnie odizolowany elektrycznie od kolektora Q1, w przeciwnym razie stanie się skuteczną anteną promieniującą.

Zamiast tranzystora BC847 odpowiednie są dowolne z serii 2SC1815, 2SC945, BC548, SS9014, KT315, KT3102, KT645, KT6111. Tranzystor 2SA733 może być zastąpiony przez SS9012, SS9015, BC557, BC558, 2SA708, KT361, KT209, KT3107, KT6112, KT6115. Zamiast tranzystora germanowego MP25B odpowiednie będą dowolne z serii MP20, MP21, MP25, MP26, MP39 MP42. Zalecane w wariantach zamiennych tranzystorów różnią się typami obudów i pinout. Diody 1N4007 można zastąpić 1N4005, 1N4007, UF4005 UF4007, 1N4937GP, 11DF4, KD 209B, KD243D, KD247G.

Zamiast diody FR107 może działać dowolny z UF4007, 1N4937GP, 1N5399, RG2M, KD247D. Diody FR203 można zastąpić dowolnymi z FR202 FR207, FR302 FR307, SRP300D SRP300K, KD226A KD226E. Zamiast diody 1N4148 można zainstalować 1SS176S, 1SS244, 1 N914, KD510A,
  Dławnice L3, L4 o małej wielkości produkcji przemysłowej, nawinięte na rdzeniach ferrytowych w kształcie litery "O". Dowolna indukcyjność od 100 μH i rezystancja uzwojenia 10 ... 100 omów. Dławik L5 jest dwuuzwojeniowy, zawiera kilka zwojów dwupasmowego drutu montażowego na pierścieniu ferrytowym niskiej częstotliwości lub permamentoy, im większa jest indukcyjność i tym mniejsza rezystancja uzwojenia tego dławika, tym lepiej.

Kondensatory ceramiczne C10, C11 wysokiego napięcia. Zmienny rezystor R20 jest podłączony do obwodu za pomocą ekranowanego drutu o minimalnej długości, metalowy ekran zmiennego rezystora musi być podłączony do minus C9. Opornik R16 jest pożądany do użycia niepalnego lub rozerwania. Dowolne dwukolorowe diody LED ze wspólną katodą, na przykład L119, L293. Zamiast tej diody LED można użyć dwóch konwencjonalnych świecących diod LED. Transoptor PC817 może być zastąpiony przez dowolny z PS817, LTV817, EL817, SFH617A2, PS25011, PC814, PC120, PC123, wykonany w standardowym opakowaniu cztero-pinowym.

Wszystkie części zmodernizowanego zasilacza są umieszczone w polistyrenowym pudełku o wymiarach 80 x 50 x 44 mm z zasilacza sieciowego do konsoli gier Dandy. Kołki stykowe do podłączenia do gniazda zasilania usuniętego z obudowy, zamiast tego używają elastycznego przewodu zasilającego z wtyczką, co jest znacznie wygodniejsze. Waga urządzenia 110 gramów. Węzeł tranzystora germanowego Q5 jest zamontowany na oddzielnej małej płytce. Dławik L5 jest przyklejony do obudowy za pomocą polimerowego kleju "Quintol".

STABILIZACJA NAPIĘCIA WYJŚCIA
   ZESPOŁY ZASILANIA IMPULSOWEGO

ARTYKUŁ JEST PRZYGOTOWANY NA PODSTAWIE A. V. GOLOVKOV i V. B "KSIĄŻKI LUBITSKIEGO" ZASILACZE DO MODUŁU SYSTEMÓW DOMU PUBLIKOWANIA IBM PC-XT / AT "LAD i N"

Schemat stabilizacji napięcia wyjściowego w tej klasie UPS jest zamkniętą pętlą automatycznego sterowania (Rys. 31). Ta pętla zawiera:
   obwód kontrolny 8;
   dopasowanie kaskady przedwzmacniacza 9;
   transformator sterujący DT;
   stopień mocy 2;
   transformator impulsowy RT;
   jednostka prostująca 3;
   międzykanałowy dławik komunikacyjny 4;
   blok filtra 5;
   dzielnik napięcia sprzężenia zwrotnego 6;
   dzielnik odniesienia 7.
   Skład obwodu kontrolnego 8 ma następujące jednostki funkcjonalne:
   wzmacniacz sygnału błędu 8.1 z obwodem korekcji Zk;
   Komparator PWM (modulator) 8.2;
   generator piły (oscylator) 8.3;
   Źródło stabilnego napięcia referencyjnego Urefa 8.4.
Podczas działania, sygnał błędu 8.1 porównuje sygnał wyjściowy dzielnika napięcia b z napięciem odniesienia dzielnika 7. Wzmocniony sygnał błędu przechodzi do modulatora szerokości impulsu 8.2, który steruje etapem przednim końca wzmacniacza mocy 9, który z kolei dostarcza zmodulowany sygnał sterujący do stopnia mocy przetwornik 2 poprzez transformator sterujący DT. Stopień mocy zasilany jest przez obwód beztransformatorowy. Napięcie przemienne sieci zasilającej jest prostowane przez prostownik sieciowy 1 i jest doprowadzane do stopnia mocy, gdzie jest wygładzane przez kondensatory pojemnościowego stojaka. Część napięcia wyjściowego stabilizatora jest porównywana ze stałym napięciem odniesienia, a następnie wynikowa różnica (sygnał błędu) jest wzmacniana wraz z wprowadzeniem odpowiedniej kompensacji. Modulator szerokości impulsu 8.2 przekształca analogowy sygnał sterujący w sygnał o modulowanej szerokości impulsu o zmiennym współczynniku obciążenia impulsu. W tej klasie UPS, obwód modulatora porównuje sygnał pochodzący z wyjścia wzmacniacza błędu z napięciem piłokształtnym, który jest otrzymywany ze specjalnego generatora 8.3.

Rysunek 31. Układ sterowania typowego przełączającego źródła zasilania opartego na układzie sterującym TL494.

   Rysunek 32. Regulacja poziomu napięcia wyjściowego zasilacza PS-200B.

   Rysunek 33. Regulacja poziomu napięcia wyjściowego UPS LPS-02-150XT.

   Rysunek 34. Regulacja poziomu napięcia wyjściowego UPS "Appis".

   Rysunek 35. Regulacja poziomu napięcia wyjściowego zasilacza UPS GT-200W.

Jednak najczęściej występuje sytuacja, gdy nie ma regulacji, która wpłynęłaby na napięcie wyjściowe urządzenia. W tym przypadku napięcie na którymkolwiek z wejść 1 lub 2 jest wybierane arbitralnie od +2,5 do +5 V, a napięcie na pozostałym wejściu jest wybierane za pomocą rezystora bocznikowego o wysokiej rezystancji, tak aby jednostka generowała napięcia wyjściowe określone w paszporcie tryb ładowania. Ryc. 35 ilustruje przypadek wyboru referencyjnego poziomu napięcia, rys. 34 - pokazuje przypadek wyboru poziomu sygnału sprzężenia zwrotnego. Wcześniej zauważono, że wartość niestabilności napięcia wyjściowego pod wpływem jakichkolwiek czynników destabilizujących (zmiana prądu obciążenia, napięcia zasilania i temperatury otoczenia) może zostać zmniejszona poprzez zwiększenie wzmocnienia obwodu sprzężenia zwrotnego (wzmocnienie wzmacniacza DA3).
Jednak maksymalna wartość wzmocnienia DA3 jest ograniczona warunkiem trwałości. Ponieważ zarówno UPS, jak i ładunek zawierają elementy reaktywne (indukcyjność lub pojemność), które akumulują energię, w stanach nieustalonych istnieje redystrybucja energii między tymi elementami. Okoliczność ta może prowadzić do tego, że przy pewnych parametrach elementów, proces przejściowy ustalania napięć wyjściowych UPS będzie przyjmował charakter ciągłych oscylacji, lub wielkość przekroczenia w trybie przejściowym osiągnie niedopuszczalne wartości.

   Rysunek 36. Stany nieustalone (oscylacyjne i aperiodyczne) napięcia wyjściowego zasilacza UPS z nagłą zmianą prądu obciążenia (a) i napięcia wejściowego (b).

Na rys. 36 pokazuje przebiegi napięcia wyjściowego z nagłą zmianą prądu obciążenia i napięcia wejściowego. Zasilacz UPS działa stabilnie, gdy napięcie wyjściowe ponownie osiąga wartość ustaloną po ustaniu zakłóceń, które spowodowały jego pierwotny stan (Rys. 37, a).

   Rysunek 37. Stany nieustalone napięcia wyjściowego zasilacza UPS w stabilnych (a) i niestabilnych (b) systemach.

Jeśli ten warunek nie zostanie spełniony, system jest niestabilny (Ryc. 37.6). Zapewnienie stabilności zasilania impulsowego jest niezbędnym warunkiem jego normalnego funkcjonowania. W zależności od parametrów zasilacza, stan przejściowy jest oscylacyjny lub okresowy, a napięcie wyjściowe zasilacza ma określoną wartość przekroczenia i przejściowy czas. Odchylenie napięcia wyjściowego od wartości nominalnej jest wykrywane w elemencie pomiarowym obwodu sprzężenia zwrotnego (w rozważanych zasilaczach UPS jako element pomiarowy stosowany jest dzielnik rezystancyjny podłączony do magistrali napięcia wyjściowego + 5V). Ze względu na bezwładność pętli sterowania wartość zadana napięcia wyjściowego jest ustawiana z pewnym opóźnieniem. W tym samym czasie obwód sterowania bezwładnościowego będzie przez pewien czas oddziaływał w tym samym kierunku. W wyniku tego następuje przeregulowanie, tj. odchylenie napięcia wyjściowego od jego wartości nominalnej w kierunku przeciwnym do początkowego odchylenia. Obwód kontrolny ponownie zmienia napięcie wyjściowe w przeciwnym kierunku itd. Aby zapewnić stabilność pętli regulującej napięcia wyjściowe zasilacza UPS przy minimalnym czasie trwania procesu przejścia, charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa wzmacniacza błędu DA3 jest poddawana korekcji. Odbywa się to za pomocą łańcuchów RC, włączonych jako obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego, pokrywając wzmacniacz DA3. Przykłady takich łańcuchów korekcyjnych pokazano na rys. 38

   Rysunek 38. Przykłady konfiguracji naprawczych łańcuchów RC dla wzmacniacza błędu napięcia DA3.

Aby zredukować poziom zakłóceń po stronie wtórnej zasilacza impulsowego, ustanawia się aperiodyczne łańcuchy RC. Zastanówmy się nad zasadą ich działania.
   Proces przejścia prądu przez diody prostownicze w momentach przełączania następuje w postaci wzbudzenia szokowego (rys. 39, a).

   Rysunek 39. Schemat taktowania napięcia na odzyskiwaniu diody rezystancji odwrotnej:
   a) - bez łańcucha RC; b) - w obecności łańcuchów RC.