Istnieje wiele mitów na temat transformatorów i dławików o wysokiej częstotliwości. Postaramy się je zdemaskować. Niestety, najmniej artykułowana część podręczników i podręczników, która ogólnie komplikuje zwykłe codzienne przedmioty i zjawiska, jest związana z komponentami magnetycznymi. Tak, wiele nieznanych zmiennych, tak, wiele subtelności, które muszą być poznane, ale teoria milczy na ich temat, a literatura popularna kłamie, oferując empiryczne formuły dla konkretnych zadań jako rozwiązania dla wszystkich okazji. Na przykład.
Mit jeden. Większy procent obszaru okna rdzenia jest wypełniony miedzią - najlepiej 100% - tym lepiej. Źle. W wielu projektach wypełnienie w 100%, w porównaniu do 75% (ta sama liczba zwojów, inny przekrój drutu) doprowadzi do dużych strat na HF. Nie można ślepo przenosić metod obliczeniowych z 50 Hz na 500 kHz.
Drugi mit. W optymalnym transformatorze straty rezystancji uzwojenia i straty w rdzeniu pokrywają się. Źle. Często jedna wielkość straty różni się od drugiej o 1-2 rzędy wielkości. Co więc - to nie jest główne kryterium dla projektanta. Takie podejście jest także dziedziczeniem "pięćdziesięciu herców" - jest to sposób na zapewnienie równowagi temperaturowej w masywnych transformatorach sieciowych. I mamy całe uzwojenie - jedną lub dwie warstwy, a warunki wymiany ciepła są znacznie prostsze.
Trzeci mit. Indukcyjność rozpraszania powinna wynosić 1% indukcyjności magnesującej. Źle. Powinno być tak niskie, jak to możliwe - bez znaczącego pogorszenia innych ważnych parametrów. Czy możesz przynieść do 0,1% - grzywny. I tak się dzieje, a 10% musi się zatrzymać.
Czwarty mit. Rozpraszanie indukcyjne jest funkcją przepuszczalności rdzenia. Źle. Indukcyjność rozproszenia uzwojenia jest prawie niezależna od tego, czy istnieje rdzeń w cewce, czy nie. A dokładniej, cała różnica mieści się w granicach 10% (i to jest w przypadku mu kilku tysięcy!). Możesz sprawdzić.
Piąty mit. Optymalna gęstość prądu w uzwojeniach wynosi 2A na m2. Lub 4A. Lub 8A. I pies z nim. Obecna gęstość nie ma znaczenia. Liczy się rozpraszanie ciepła w drucie i zdolność lub niezdolność całej konstrukcji do zapewnienia równowagi cieplnej w dopuszczalnej temperaturze. W zależności od wydajności chłodzenia (od promieniowania do próżni do chłodzenia w fazie wrzenia) dopuszczalna gęstość prądu zmienia się o dwa rzędy wielkości. Ridley budował transformatory od 20 lat, ale nie nauczyliśmy się "optymalnej gęstości prądu" - ważna jest dla nas tylko temperatura transformatora.
Mit Szósty. W optymalnym transformatorze straty w pierwotnym i wtórnym są równe. Źle. A jeśli nie są równe, to co? Najważniejsze, że nikt się nie przegrzewa.
Siódmy mit. Jeśli średnica drutu jest mniejsza niż głębokość efektu na skórze, wówczas nie ma znaczącej straty przy HF. Bardzo szkodliwe stwierdzenie. W wielowarstwowych uzwojeniach, nawet z bardzo cienkim drutem - będą straty.
Mit Ośmiu. Częstotliwość rezonansowa obwodu transformatora pod nieobecność obciążenia powinna znacznie przekraczać częstotliwość konwersji. Źle. To nie ma znaczenia. W idealnym transformatorze indukcyjność ma tendencję do nieskończoności, stąd częstotliwość rezonansowa dla pęknięcia dąży do zera ... więc co? A fakt, że rezonans jest ważny, nie leży w obwodzie otwartym, ale w zwarciu obwodu wtórnego. Ten rezonans powinien być o dwa rzędy wielkości wyższy od częstotliwości nośnej, nie mniej.
Opcja połączenia urządzenia
W tej konfiguracji analizator wyświetla impedancję transformatora od 10 Hz do 15 MHz, dla warunków zwarcia zamknięcia obciążenia i przerwania obciążenia. W przypadku transformatorów impulsowych z krótkimi uzwojeniami konieczne jest zapewnienie zwarcia na najkrótszej ścieżce przy minimalnych stratach. W końcu półpierścieniowy pierścień zamykający, nawet o średnicy kilku centymetrów, ma już indukcyjność porównywalną do pierwotnej indukcyjności. Indukcyjność rozproszenia zależy od częstotliwości! Jako balast, Rsense R = 0,1.,1 Ohm. Zmierz rezystancję uzwojeń tylko mostem o niskiej rezystancji lub omomierzem z prądnicą. Po cyklu pomiaru możesz określić:
Indukcyjność magnetyczna - Odporność na przewijanie - Indukcyjność rozproszenia - Częstotliwość i jakość rezonansu w obwodzie krótkim i otwartym - Zdolność zwijania (do 3 pF na obrót).
Spójne ograniczenie prądu, prawidłowo zaimplementowane, pozwala stworzyć nierozwalające się MO. Aby to zrobić, czujnik prądu musi być szybki (opóźnienie o kilka nanosekund) i być ładowany bezpośrednio na wejście sterujące kontrolera IC.
Kontrolery z zabezpieczeniem wyłączonym na przedniej krawędzi impulsu również nie są panaceum. Te 100 ns opóźnienia (lub tak), podczas których obrona jest ślepa - może również zabić Mon. W związku z tym wskazane może być przymusowe ograniczenie prędkości przełączania tranzystora (co również zmniejsza poziom zakłóceń i promieniowania zarówno w czujniku prądu, jak iw przestrzeni).
Jak przetestować zabezpieczenie nadprądowe?
Krótkie wyjście Mon - po prostowniku i filtrze wyjściowym. Niestety, z powodu zwarcia w prostowniku tranzystory nie pomogą żadnej aktualnej ochrony.
Podłącz sondę do czujnika prądu. Stopniowo zwiększaj napięcie zasilania, aż kontroler zacznie generować nośnik. Na oscyloskopie należy obserwować wąskie szczyty - obwód zabezpieczający powinien szybko wyłączyć otwarte tranzystory. Amplituda impulsów musi odpowiadać progowi ochrony. Zwiększ napięcie zasilające do maksimum. Czas trwania impulsów powinien zostać zawężony. Amplituda może rosnąć (ze względu na opóźnienia propagacji obecnego systemu operacyjnego), ale nie jest znacząca. A jeśli rośnie proporcjonalnie do napięcia wejściowego - zatrzymaj, twój system operacyjny jest zbyt wolny.
Następnie - to ważne - cykl pomiarowy należy powtórzyć przy minimalnej i maksymalnej temperaturze powietrza.
Jest to ważne: parametry ferrytu, na którym nawijany jest transformator prądowy, mogą pływać z temperaturą, która nie wydaje się być niewielka.
Snubber - snubber - obwód RC równoległy do uzwojenia - do przetaczania dzwonka HF. Dzwonienie musi być wyłączone, w przeciwnym razie możliwe są nadmierne odbiory i niestabilność przetwornika. Z reguły bocznik RC jest wystarczający do uspokojenia opornych uzwojeń, jeżeli częstotliwość dzwonienia przekracza nośność o około dwa rzędy wielkości lub więcej. A jeśli nie, to trzeba szukać obejścia, ponieważ wtedy znaczna część nośnika i jego najbliższe harmoniczne wpadną w pasmo przejścia.
Drugi. Oblicz równoważny obwód RLC pod częstotliwością i współczynnikiem Q oscylacji. Od strony pierwotnej znana jest indukcyjność dyspersji (musi być znana!). Od strony wtórnej - znana jest pojemność diod.
Charakterystyczny opór Z = 2 * Pi * f * L (dla znanego L), Z = 1 / (2 * Pi * f * C) dla znanego С
Trzeci. Na początek spróbuj tylko R-shunt, R = Z. Oblicz straty ciepła na boczniku. Jeśli są nieprzyzwoicie wysokie, uzupełniamy łącze o zdolność C = 1 / (Pi * f * R). Zwiększenie wydajności jest bezużyteczne - straty rosną, tłumienie dzwonienia nie poprawia się (pojemność na HF całkowicie się utrzymuje).
Po czwarte. Przeanalizujmy moc strat na R: P = 2 * C * V * F Jest to tylko strata przewoźnika bez generowania ciepła na pierścieniu. Sprawdzamy prawdziwy schemat. Pierwsze przybliżenie jest z reguły odpowiednie dla większości przypadków.
Lokalizacja elementów i trasowanie torów obok układu scalonego ma kluczowe znaczenie! Powtarza się to w każdym arkuszu danych, ale nie przeszkadza i powtarzaj ponownie.
Przede wszystkim - pojemność generatora częstotliwości. Umieść go na samej stopie IC. Nie pięć milimetrów, ale im bliżej - tym lepiej. W przeciwnym razie może pojawić się niewyjaśnione zjawisko - na przykład program zaprojektowany dla częstotliwości 100 kHz wygeneruje megaherc, syrenka wyjdzie z Yauza itp. I na prototypie może nie pojawić się, a na płycie głównej objawi się w całej okazałości.
Po drugie - pojemniki w obwodach zasilania - również niesprzedane jak najbliżej nóg układu scalonego.
Wyjście piły generatora (gdzie jest dostępny z zewnątrz) nie lubi, gdy jest załadowany (jak ja). Dlatego wybierając sygnał z tego wyjścia, należy zachować ostrożność - nawet obciążenie 100 kΩ może zmienić kształt piły. Bardziej poprawne jest generowanie piły równolegle, bez konieczności podłączania do obwodu pierwotnego generatora.
IS 3842, 3843 pozwalają ustawić pauzę między impulsami od 5% do 30% okresu. 3844, 3845 - do 70%. Jeśli chcesz przedłużyć pauzę, możesz obejść te ograniczenia, zmieniając czas opóźnienia R, C. Następnie dodanie kolejnego rezystora z przewodu RTCT do źródła zasilania przyspieszy ładowanie i spowolni rozładowanie, wydłużając dostępny czas pauzy.
IP UC3825 - minimalny czas pauzy (bezwzględny, w milisekundach) jest sztywno ustalany przez pojemność Ct, patrz dokumentacja. Ale można zrobić to samo, co opisano powyżej - podłączając rezystor do Сt. To tylko czas, który będzie płynął wraz z napięciem zasilania.
Sterowniki wyjściowe IC nie lubią obciążeń indukcyjnych - na przykład transformatorów izolacyjnych - które prowadzą do sygnału odbicia na bramce. A jeśli nie przejawia się w laboratorium, to w prawdziwym życiu z pewnością pojawi się w najbardziej nieodpowiednim momencie. Wszakże parametry pływaka transformatora ... Dlatego zaleca się ochronę bramki za pomocą diod i równolegle do pierwotnego transformatora - za pomocą rezystora.
Sterowniki pierwszej generacji, szczególnie stare, są wyjątkowo niestabilne zarówno w zakresie napięcia odniesienia (można to z tym żyć), jak i parametrów czasu, do niewłaściwej sekwencji wyzwalania i nadmiernego dryfowania częstotliwości nośnej (w zależności od \\ stabilności poziomów odniesienia). Jeśli wolisz, użyj adresu IP z ostatniego roku wydania lub z sufiksem wskazującym opcje "rozszerzone". Tj TL594, a nie TL494 itd.
Na przykład, nieudokumentowana cecha Bryansk IC KR1156EU2 (analog 3825) - z zasilaniem 12V, prawidłowe okablowanie, z poziomem interdiction na wejściu wyjścia ILIM 14 na niskim poziomie (normalny) i wyjściem 11 krótkich, około 100 ns szczytów - uncropped frontów niosących amplitudę do 9B. Gdzieś wyzwalacz nie działa tak, jak powinien. Ale te skrawki wystarczają, by otworzyć migawkę i (i nagle) zabić obwód.
O mierzeniu wzmocnienia anteny w pętli zamkniętej PN - najlepiej zmierzyć ją zgodnie z opisem w następnej sekcji, używając analizatora widma (generator nie wystarcza).
W przypadku liniowych monitorów wzdłużnych i zwrotnych z kontrolą napięcia częstotliwość odcięcia nie powinna przekraczać jednej czwartej częstotliwości zerowej funkcji przenoszenia w prawej połowie złożonej płaszczyzny. Jeśli spełnienie tego warunku nie pozwoli na niezawodną stabilizację wyjścia, konieczne jest ponowne wykonanie filtra wyjściowego.
Dla wszystkich monów częstotliwość odcięcia nie powinna przekraczać 1/8 częstotliwości nośnej.
Najważniejsze jest to, że częstotliwość odcięcia systemu operacyjnego nie jest celem samym w sobie. Ważne jest, aby wyjściowa impedancja mieściła się w zakresie częstotliwości wymaganych przez obciążenie, tłumiąc niestabilność napięcia wejściowego i tłumiąc hałas wejściowy.
Pamiętaj, aby zmierzyć zachowanie pętli systemu operacyjnego przed uruchomieniem instrumentu.
Opisane poniżej urządzenie wprowadza źródło napięcia (generator zamiatania) do otwartego obwodu systemu operacyjnego (punkty 1-2). Następnie widma sygnałów są rejestrowane w dowolnych dwóch punktach obwodu i wyświetlana jest charakterystyka częstotliwościowa tych widm. Stosunek widma wyjściowego do widma wejściowego jest charakterystyką przenoszenia (w amplitudzie). Urządzenie można powtórzyć jakościowo za pomocą generatora z wyjściem transformatora i stabilizacją napięcia na uzwojeniu wtórnym oraz oscyloskopem.
Pomiar parametrów pętli za pomocą analizatora widma AP102V - PN z odsprzęganiem transoptorowym
Punkty połączenia sond kanałów A i B pozwalają mierzyć różne funkcje przesyłania.
Pomiar parametrów pętli - PN bez izolacji galwanicznej
A-1 B-2: wzmocnienie pętli
A-3 B-2: uzyskać węzeł mocy i modulator
A-1 B-3: wzmocnienie (tłumienie) obwodu korekcji częstotliwości
Zawsze mierz obwód pomiarowy. Jeśli jego obwód pierwotny jest galwanicznie podłączony do sieci, włącz urządzenia pomiarowe w sieci przez izolujący transformator 1: 1 (ale nie LATR). Jeśli nie można uziemieć, odizolować wejścia analizatora. Lepiej nie tylko o pojemność (może wyskoczyć), ale dzięki specjalnemu wzmacniaczowi odsprzęgającemu.
Przy niższych częstotliwościach używaj maksymalnego sygnału wyjściowego generatora, a podczas przechodzenia przez częstotliwość odcięcia systemu operacyjnego, należy go obniżać, jednocześnie upewniając się, że obwód nie jest nadmiernie wzbudzony. Powyżej 30 kHz pomiary nie są niezawodne z powodu problemów z uziemieniem i przetwornikami. W każdym przypadku sygnał generatora musi zostać wtryśnięty do tej części obwodu, w której występuje niewiele zmiennych składników zarówno z częstotliwości nośnej PN, jak iz częstotliwości sieci.
Przykład odpowiedzi częstotliwościowej urządzenia
Bardzo nieprzyjemne zjawiska. Wiele elementów impulsu PN działa na granicy obszaru bezpieczna praca, a kiedy jeden element lata, inni zostają zabici po nim, niszcząc powód, dla którego doszło do niepowodzenia. I szukajcie jej w ciemności - smutno. Oto krótka lista głównych powodów znanych specjalistom (którzy jednak milczą ...).
A. Przeciążenie klucza prądem - albo kryształ tranzystora umiera, albo drut między kryształem a stopą pali się. Dlatego konieczna jest ochrona prądu roboczego, niezależnie od mocy. Brak aktualnej ochrony często skraca żywotność urządzenia.
Znając konstrukcję wzmacniaczy samochodowych PN, zwykle nie mających spójnej ochrony prądowej (IC TL494), czytelnik ma prawo być oburzony! Pies, myślę, że tam właśnie grzebano. Z jednej strony, PN z ochroną prądową narzuca wyższe wymagania dotyczące dokładności i koordynacji wszystkich elementów ścieżki, a ich wykonanie w zakresie temperatur samochodowych doprowadzi do wzrostu kosztu wzmacniacza. Z drugiej strony, przy zasilaniu podstawowym 12 V i rzeczywistym (krótkoterminowym) limicie prądu MDP około 50 ... 250 A na ramię (1 ... 4 dobre tranzystory), prąd - biorąc pod uwagę wszystkie rezystancje obwodu - po prostu nie jest w stanie osiągnąć wartości niszczących (inne pytanie długotrwała praca nad zwarciem, która doprowadzi do śmiertelnego przegrzania). Porównaj to z zasilaniem sieciowym, gdzie napięcie pierwotne wynosi 300 V, a ograniczenie prądu (przy tej samej mocy do obciążenia) wynosi 5 ... 25A.
B. Przepustnica spustowa. Tranzystory TIR z dobrych domów - IR, Motorola (dodaj do SGS-Thomson i Infineon) nie są tak łatwe do zabicia. Trzymają przeciążenie i przeciążenie źródła drenu, ale przeciążają bramę i zostaną zniszczone. Sterownik bramy musi mieć gwarancję utrzymania napięcia w bezpiecznym miejscu, jeśli to konieczne - umieścić diody Zenera. Nie zalecamy używania zintegrowanych sterowników ramienia obwody wysokiego napięcia. Lepsze - transformatory, są bardziej odporne na zakłócenia.
V. Najczęściej obwód umiera po włączeniu. Wszakże po włączeniu wydajność wyjściowa jest rozładowana - obwód "widzi" zwarcie. Twoja obecna ochrona powinna działać wystarczająco szybko, nawet przy bardzo dużym napięciu wejściowym. "Miękki start" kontrolera nie chroni przed tym nieszczęściem!
G. Wbudowany przycisk "anty-równoległy" TIR - źródło problemów. Jest powolny. Niech ta dioda przewodzi prąd, nie jest śmiertelna, ale podczas przewodzenia diody jest niedopuszczalne, że napięcie zmienia się gwałtownie na przeciwną, jeśli w czasie zmiany napięcie odblokowania nie jest przyłożone do bramki. Taka awaria często występuje w schemacie pełnego mostu. Po zakończeniu stanu przewodzenia indukcyjność rozproszenia powoduje odskok, a przy pierwszym piku napięcie źródła może przekroczyć napięcie zasilania - dioda otworzy się. No dobra, teraz te tranzystory i tak otwarte. Ale jeśli na drugim - ujemny - szczyt odbicia - i na przeciwległym ramieniu, diody również się otworzą, aby nie uniknąć załamania. Rozwiązanie - włóż snabberah.
D. Sprawdź, czy zabezpieczenie sterownika przed niewystarczającym napięciem zasilania po włączeniu działa prawidłowo. W kontrolerach IC jest całkiem niezawodny. A w innych komponentach (komatorzy, kierowcy itp.) - nie jest znane. Wymaganie jest proste - po włączeniu zasilania, sterownik jako całość powinien być ustawiony w stanie gotowości, na bramkach wszystkich przełączników zasilania - ściśle rygorystyczny poziom.
E. Awarie kondensatorów wysokonapięciowych w wysokich temperaturach.
G. Awaria diod Schottky'ego z powodu nadmiernego napięcia zwrotnego (pod warunkiem wystarczającego rozpraszania ciepła). Współczynnik redukcji napięcia wynoszący 80% jest użyteczną siatką bezpieczeństwa.
Wyjaśniam. Cechą LH jest wykładniczy wzrost prądu wstecznego z temperaturą. W wielu aplikacjach moc odwracania mocy jest porównywalna do strat prądu stałego (do 20%)! Następnie rozgrzewa się łańcuch i dioda umiera. Dlatego moc LH bardziej krytyczna dla radiatora niż konwencjonalne diody.
H. Użyj odpowiedniego narzędzia. Potrzebny jest oscyloskop o dużej prędkości, który przechwytuje pojedyncze impulsy. W końcu klucz TIR może się zwinąć w ciągu 10 nanosekund, co musi być możliwe. Ważne jest prawidłowe podłączenie i uziemienie oscyloskopu.
Jeśli istnieje para tranzystorów, trance i prostownik w obwodzie, dlaczego nie wziąć go i modelować go w czoło? Nie jest to trudniejsze niż modelowanie tranzystorów BISIN na milion. Dobre pytanie, nie możesz zrobić wszystkiego - po prostu nie ma odpowiedniego oprogramowania, a będziesz musiał ręcznie usunąć dane do obliczania modeli transformatorów.
Z dobrze znanej nauki i praktyki komputer analogowy, który będzie musiał sam zbudować, Tablica Modelu, najlepiej nadaje się do naszych celów. I nic nie może się z nim równać. Po pierwsze, żadna symulacja nie uwzględnia wielu krytycznych parametrów dla PN, zwłaszcza tych, które wykraczają poza rzeczywiste przewody i komponenty (procesy wymiany ciepła, promieniowanie EM). Rzeczywiście, wiele z tych czynników jest określanych przez lokalizację komponentów i ścieżek na płycie - nie można ich wziąć pod uwagę bez budowania. Ta sama rezystancja i indukcyjność przewodu od klucza do uzwojenia jest krytycznym elementem każdego zasilacza. Po drugie, modele w tradycyjnym systemie CAD nie są zaprojektowane do prawidłowego przetwarzania dużych impulsów amplitudowych i często po prostu nie zbiegają się z rozwiązaniem.
Rola modelowania w cyklu projektowania. Czy warto zatem komunikować się z modelowaniem? Warto, ale zawsze musisz pamiętać (i oczywiście znać) ograniczenia modeli SAPR. Oto jak z nich korzystać.
Publikacja: www.klausmobile.narod.ru, www.cxem.net
Zobacz inne artykuły. sekcja.Do konwersji napięcia jednego poziomu na napięcie innego poziomu jest często używany impulsowe przetworniki napięcia za pomocą magazynowanie energii indukcyjnej. Takie przetworniki charakteryzują się wysoką sprawnością, niekiedy sięgającą 95%, i mają możliwość uzyskania wysokiego, niskiego lub odwróconego napięcia wyjściowego.
Zgodnie z tym istnieją trzy rodzaje obwodów konwertera: obniżanie (rys. 4.1), zwiększanie (rys. 4.2) i odwracanie (rys. 4.3).
Wspólne dla wszystkich tych typów przetworników jest pięć elementów: źródło zasilania, klucz przełączający, urządzenie do magazynowania energii indukcyjnej (cewka, dławik), dioda blokująca i kondensator filtra połączone równolegle z rezystancją obciążenia.
Włączenie tych pięciu elementów w różne kombinacje pozwala wdrożyć dowolny z trzech typów konwerterów impulsów.
Regulacja napięcia wyjściowego konwertera odbywa się poprzez zmianę szerokości impulsów, które sterują działaniem kluczowego elementu przełączającego i odpowiednio, przechowywanego w urządzeniu do przechowywania energii indukcyjnej.
Stabilizacja napięcia wyjściowego jest realizowana za pomocą sprzężenia zwrotnego: gdy zmienia się napięcie wyjściowe, szerokość impulsu zmienia się automatycznie.
Przetwornica częstotliwości (rys. 4.1) zawiera szeregowo połączony łańcuch elementu przełączającego S1, zasobnik energii indukcyjnej L1, rezystancję obciążenia Rn i kondensator filtru C1 połączone równolegle z nim. Dioda blokująca VD1 jest połączona między punktem połączenia klucza S1 z magazynem energii L1 i wspólnym przewodem.
Ryc. 4.1. Zasada konwertera napięcia w dół
Ryc. 4.2. Zasada działania przemiennika napięcia krokowego
Gdy otwarta dioda klucza jest zamknięta, energia ze źródła energii gromadzi się w zasobniku energii indukcyjnej. Po zamknięciu (otwartym) przycisku S1 energia zmagazynowana przez napęd indukcyjny L1 przez diodę VD1 zostanie przeniesiona do rezystancji obciążenia R n. Kondensator C1 wygładza tętnienia napięcia.
Przetwornik napięcia impulsowego (rys. 4.2) jest wykonany na tych samych elementach podstawowych, ale ma inną kombinację: szereg zasilania indukcyjnego L1, dioda VD1 i rezystancja obciążenia z połączonym równolegle kondensatorem filtru C1 jest podłączony do źródła zasilania. Element przełączający S1 jest połączony między punktem połączenia urządzenia magazynującego energię L1 z diodą VD1 i wspólną magistralą.
Kiedy klucz jest otwarty, prąd ze źródła prądu przepływa przez cewkę, w której przechowywana jest energia. Dioda VD1 jest zamknięta, obwód obciążenia jest odłączony od źródła zasilania, klucza i urządzenia magazynującego energię. Napięcie przy rezystancji obciążenia jest utrzymywane ze względu na energię zgromadzoną na kondensatorze filtra. Gdy klucz się otwiera, EMF indukcji własnej sumuje się z napięciem zasilania, energia zmagazynowana jest przenoszona do obciążenia przez diodę otwartą VD1. Uzyskane w ten sposób napięcie wyjściowe przekracza napięcie zasilania.
Ryc. 4.3. Konwersja napięcia impulsowego z odwracaniem
Przetwornik odwracający impulsowy zawiera tę samą kombinację podstawowych elementów, ale znowu w innym połączeniu (rys. 4.3): szeregowy obwód z elementu przełączającego S1, diody VD1 i rezystancji obciążenia Rn z kondensatorem filtru C1 jest podłączony do zasilania. Indukcyjne urządzenie magazynujące energię L1 jest połączone pomiędzy punktem połączenia elementu przełączającego S1 z diodą VD1 i wspólną magistralą.
Konwerter działa w następujący sposób: kiedy klucz jest zamknięty, energia jest zapisywana w napędzie indukcyjnym. Dioda VD1 jest zamknięta i nie przepuszcza prądu ze źródła zasilania do obciążenia. Podczas odłączania klucza elektromagnetycznego samoindukcyjne magazynowanie energii jest stosowane do prostownika zawierającego diodę VD1, rezystancję obciążenia Rn i filtr kondensatora C1. Ponieważ dioda prostownika transmituje tylko ujemne impulsy napięciowe do obciążenia, na wyjściu urządzenia powstaje napięcie ujemne (odwrotne, przeciwne względem znaku napięcia zasilania).
Aby ustabilizować napięcie wyjściowe dowolnego stabilizatora impulsowego, można zastosować konwencjonalne stabilizatory "liniowe", ale mają one niską wydajność. W związku z tym bardziej logiczne jest stabilizowanie napięcia wyjściowego przetworników impulsów w celu wykorzystania tego samego regulatora napięcia, zwłaszcza, że nie jest trudno przeprowadzić taką stabilizację.
Regulatory napięcia impulsowego są z kolei podzielone na modulatory o modulowanej szerokości impulsu i dalej modulatory z modulacją częstotliwości. W pierwszym z nich czas trwania impulsów kontrolnych zmienia się ze stałą częstotliwością ich powtarzania. Po drugie, przeciwnie, częstotliwość impulsów kontrolnych zmienia się wraz z ich stałym czasem trwania. Istnieją stabilizatory impulsów i mieszana regulacja.
Poniżej zostaną uznane amatorskie przykłady radia ewolucyjnego rozwoju przetworników impulsów i regulatorów napięcia.
Główny oscylator (rys. 4.4) przetworników impulsów o niestabilizowanym napięciu wyjściowym (rys. 4.5, 4.6) na układzie KR1006VI1 (NE 555) pracuje z częstotliwością 65 kHz. Wyjściowe prostokątne impulsy generatora przez łańcuchy RC są doprowadzane do kluczowych elementów tranzystora połączonych równolegle.
Cewkę L1 wytwarza się na pierścieniu ferrytowym o średnicy zewnętrznej 10 mm i przepuszczalności magnetycznej 2000. Jego indukcyjność wynosi 0,6 mH. Sprawność konwertera sięga 82%. Amplituda pulsacji wyjściowych nie przekracza 42 mV i zależy od wielkości pojemności
Ryc. 4.4. Napęd obwodu generatora impulsowych przetworników napięcia
Ryc. 4.5. Obwód sekcji mocy przetwornicy napięcia impulsowania +5/12 V
Ryc. 4.6. Schemat odwracający przetwornik napięcia impulsowego + 5 / -12 V
urządzenie wyjściowe kondensatorów. Maksymalny prąd obciążenia urządzeń (rys. 4.5, 4.6) wynosi 140 mA.
W prostowniku konwertera (rys. 4.5, 4.6) połączenie równoległe niskoprądowe diody wysokiej częstotliwości połączone szeregowo z rezystorami wyrównującymi R1 - R3. Cały zespół można zastąpić jedną nowoczesną diodą, zaprojektowaną dla prądu o wartości większej niż 200 mA z częstotliwością do 100 kHz i napięciem zwrotnym wynoszącym co najmniej 30 V (na przykład KD204, KD226). Jako VT1 i VT2 można zastosować tranzystory typu KT81x: struktury nrn - КТ815, КТ817 (rys. 4.5) i р-n-р - КТ814, КТ816 (rys. 4.6) i inne. Aby zwiększyć niezawodność konwertera, zaleca się włączyć kolektor emiterów diody tranzystorowej typu KD204, KD226 równolegle do przejścia, tak aby był zamknięty dla prądu stałego.
GOU SPO Kirov Aviation College
RAPORT
na zasilaniu CBT
"Przetworniki impulsów jednożyłowych"
Grupa studencka VP-34
Belyaeva P.Yu.
| 1 Wprowadzenie. Niektóre koncepcje. | 3 |
| 2 Primary SPS | 5 |
| 2.1 konwertery forward i flyback | 5 |
| 8 | |
| 10 | |
| 2.4 Przekształtnik mostu | 11 |
| 3 Wtórny SMPS | 13 |
| 4 konwertery impulsów | 15 |
| 15 | |
| 4.2 Impulsowany jednotonowy konwerter DC / DC. Konwerter | 16 |
| 5 Wniosek | 19 |
| 5.1 Zakłócenia elektromagnetyczne i radiowe generowane przez SMPS. | 19 |
| 5.2 Układy scalone do SMPS. | 19 |
| 5.3 Tryb ponownego włączenia SMPS. | 20 |
| 5.4 Zespoły SMPS ze wspomaganiem | 21 |
| 6 Literatura | 22 |
Źródła impulsowe (kluczowe) - SMPS to nowoczesne źródła zasilania o wysokiej wydajności. Tradycyjne liniowe zasilacze z sekwencyjnym elementem regulacyjnym utrzymują stałe napięcie wyjściowe, gdy napięcie wejściowe lub prąd obciążenia zmieniają się w wyniku zmiany rezystancji. Liniowy regulator (stabilizator) może zatem być bardzo nieefektywny. Zasilacz przełączający wykorzystuje jednak przełącznik wysokiej częstotliwości (tranzystor) ze zmiennymi stanami włączenia i wyłączenia, aby ustabilizować napięcie wyjściowe. Pulsacje napięcia wyjściowego spowodowane przez tryb klucza są filtrowane przez filtr LC.
SMPS może zmniejszyć napięcie zasilania, a także liniowe. W odróżnieniu od liniowego regulatora (stabilizatora), SMPS może również zwiększyć napięcie zasilania i odwrócić napięcie wyjściowe. Typowe schematy zastosowania podano poniżej.
Typowa aplikacja dla regulatora impulsowego (kluczowego):
Tworzy napięcie 5 V do zasilania obwodów TTL z akumulatora 12 V (szczególnie, jeśli akumulator 12 V ma ograniczoną pojemność, ponieważ kluczowe stabilizatory są znacznie bardziej wydajne niż stabilizatory liniowe).
Typowa aplikacja do kontrolera impulsów zwiększających:
Wytwarzanie 25 V z napięcia 5 V do zasilania programowalnej pamięci ROM.
Typowa aplikacja do odwracania kontrolera impulsów:
Powstanie bipolarnego napięcia z unipolarnego zasilacza dla wzmacniaczy operacyjnych.
Tworzenie negatywnego nastawienia dynamicznych układów pamięci RAM.
Termin kontroler impulsów używane do opisania obwodu, który się przekształca stałe napięcie Sygnał wyjściowy jest również napięciem stałym o tej samej lub przeciwnej polaryzacji niższego lub wyższego napięcia. Regulatory impulsów wykorzystują dławiki i nie zapewniają separacji galwanicznej między wejściem a wyjściem.
Termin konwerter impulsów używany do opisania obwodu, który przekształca napięcie DC na jeden lub więcej sygnałów wyjściowych i napięcie DC niższego lub wyższego napięcia. Przetworniki impulsowe wykorzystują transformator i zapewniają galwaniczną izolację (izolację) między wejściem i wyjściem, jak również między wyjściami.
Termin zasilacz impulsowy - SMPS używany do opisania kontrolerów i konwerterów impulsów.
Rysunek 1.
Dodatkowe uzwojenie transformatora konwertera liniowego zapewnia, że pole magnetyczne rdzenia transformatora jest zerowe przed włączeniem klucza. Jeżeli nie ma dodatkowego uzwojenia po kilku okresach przełączania, rdzeń transformatora ulegnie nasyceniu, pierwotny prąd uzwojenia nadmiernie wzrośnie, a zatem klucz (tj. Tranzystor) ulegnie awarii.
Diagramy czasowe napięć i prądów dla konwertera liniowego pokazano na rysunku 2.
Prąd magnetyzujący
Rysunek 2.
Napięcie wyjściowe przekształtnika liniowego jest równe średniej wartości napięcia na wejściu filtra LC i jest równe:
V out = V na x (n2 / n1) x (T na x f)
gdzie:
T on - klawisz na czas
f - częstotliwość przełączania
Rysunek 3.
Napięcie wyjściowe dla konwertera typu flyback (kształt trapezowy prąd elektryczny) można obliczyć w następujący sposób:
V out = V na x (n2 / n1) x (T na x f) x (1 / (1- (T na x f)))
gdzie:
n2 - liczba zwojów uzwojenia wtórnego T1
n1 - liczba zwojów uzwojenia pierwotnego T1
T - czas włączenia klawisza Q1
Obwód sterujący steruje wyjściem V i steruje współczynnikiem wypełnienia (klucz w czasie Q1).
Jeśli wzrasta V, obwód sterujący zmniejszy cykl pracy, aby utrzymać stałe napięcie wyjściowe. Podobnie, jeśli prąd obciążenia maleje, a V-out wzrasta, obwód sterujący działa w ten sam sposób. Odwrotnie, spadek V lub wzrost prądu obciążenia zwiększy cykl pracy.
Zwróć uwagę, że napięcie wyjściowe zmienia się, gdy zmienia się współczynnik wypełnienia, T na x f. Jednak związek między napięciem wyjściowym i współczynnikiem wypełnienia nie jest liniowy, jak miało to miejsce w przetworniku terminala, jest to funkcja hiperboliczna.
Przetwornik prądu flyback może być trapezoidalny lub piłokształtny. Trapezoidalna forma prądu będzie miała miejsce, gdy kluczowy tranzystor zostanie włączony, zanim prąd w uzwojeniu wtórnym spadnie do zera. Jeżeli prąd piłokształtny w uzwojeniu wtórnym ma czas na osiągnięcie zerowej wartości, pojawia się "czas martwy", gdy nie ma prądu ani w uzwojeniu wtórnym, ani w pierwotnym.
Rysunek 4.
Rysunek 5.
Konwerter push-pull odnosi się do liczby przepływu w przód. Jak pokazano na fig. 5, gdy klucz Q1 jest włączony, prąd przepływa przez górną połowę uzwojenia pierwotnego T1, a pole magnetyczne w rdzeniu T1 rośnie. Rosnące pole magnetyczne w T1 indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym T1 takiej polaryzacji, że dioda D2 jest przesunięta w przód, a D1 - w przeciwnym kierunku. D2 przewodzi i ładuje kondensator wyjściowy C2 przez dławik L1. L1 i C2 tworzą schemat filtra. Gdy klucz Q1 wyłącza się, pole magnetyczne w transformatorze T1 spada, a po czasie pauzy (w zależności od cyklu pracy PWM), Q2 włącza się, prąd przepływa przez dolną połowę uzwojenia pierwotnego T1, a pole magnetyczne w rdzeniu T1 rośnie w przeciwnym kierunku. Rosnące pole magnetyczne w T1 indukuje napięcie w uzwojeniu wtórnym T1 o takiej polaryzacji, że dioda D1 jest przesunięta w przód, a D2 - w przeciwnym kierunku. D1 przewodzi i ładuje kondensator wyjściowy C2 przez dławik L1. Po upływie czasu martwego klawisz Q1 zostaje włączony i proces się powtarza.
Istnieją dwa ważne względy dotyczące konwertera push-pull:
Kryteria te muszą być spełnione przez obwód sterujący i sterownik.
Napięcie wyjściowe V out jest równe średniej wartości napięcia na wejściu LC filtra:
V out = V na x (n2 / n1) x f x (T na, q1 + T na, q2)
gdzie:
V poza - średnie napięcie wyjściowe - V
V in - Zasilanie - V
n2 - liczba zwojów uzwojenia wtórnego
n1 - połowa całkowitej liczby zwojów uzwojenia pierwotnego
f - częstotliwość przełączania - Hz
T, q1 - czas stanu włączenia klawisza Q1 - s
T on, q2 - czas stanu włączenia klawisza Q2 - s
Obwód sterujący steruje wyjściem V i steruje aktywnym stanem kluczy Q1 i Q2.
Jeśli wzrasta V, obwód sterujący zmniejszy cykl pracy, aby utrzymać stałe napięcie wyjściowe. Podobnie, jeśli prąd obciążenia maleje, a V-out wzrasta, obwód sterujący działa w ten sam sposób. Odwrotnie, spadek V lub wzrost prądu obciążenia zwiększy cykl pracy. Diagramy czasowe na rysunku 6 pokazują prądy konwertera push-pull.
Rysunek 6.
Rysunek 7.
Przetwornik półmostkowy jest podobny do przetwornika push-pull, tylko nie trzeba go wycofywać ze środka uzwojenia pierwotnego. Zmiana kierunku pole magnetyczne osiągnąć przez zmianę kierunku prądu uzwojenia pierwotnego. Ten typ konwertera jest stosowany w konwerterach dużej mocy.
W przypadku konwertera półmostkowego napięcie wyjściowe V out jest równe średniej wartości napięcia na wejściu LC filtra.
V out = (V w / 2) x (n2 / n1) x f x (T w, q1 + T w, q2)
gdzie:
f - częstotliwość robocza - Hz
Zauważ, że T on, q1 musi być równe T on, q2 i że Q1 i Q2 nigdy nie powinny być wykonywane jednocześnie.
Obwód sterowania konwertera półmostkowego jest podobny do obwodu sterującego konwertera push-pull.
Rysunek 8.
Przetwornik mostkowy jest podobny do przetwornika push-pull, tylko nie jest wymagane, aby wykonać wyprowadzenie ze środka uzwojenia pierwotnego. Zmiana kierunku pola magnetycznego odbywa się poprzez zmianę kierunku prądu uzwojenia pierwotnego. Ten typ konwertera jest stosowany w konwerterach dużej mocy.
W przypadku konwertera mostu napięcie wyjściowe V out jest równe średniej wartości napięcia na wejściu LC filtra.
V out = V na x (n2 / n1) x f x (T na, q1 + T na, q2)
gdzie:
V out - napięcie wyjściowe - V
V in - napięcie wejściowe - V
n2 - 0,5 x liczba zwojów uzwojenia wtórnego
n1 - liczba zwojów uzwojenia pierwotnego
f - częstotliwość robocza - Hz
T, q1 - czas stanu włączenia klawisza Q1 - s
T on, q2 - czas stanu włączenia klawisza Q2 - s
Przekątne pary tranzystorów naprzemiennie przewodzą, uzyskując w ten sposób zmianę kierunku prądu w uzwojeniu pierwotnym transformatora. Można to wyjaśnić w następujący sposób: gdy klawisze Q1 i Q4 są włączone, prąd przepływa "w dół" przez uzwojenie pierwotne transformatora (płynie do początku uzwojenia), a gdy klawisze Q2 i Q3 są włączone, prąd przepływa "w górę".
Obwód sterujący kontroluje Vout i steruje współczynnikiem wypełnienia przycisków sterujących impulsami Q1, Q2, Q3 i Q4.
Obwód sterujący działa w taki sam sposób, jak w przypadku konwertera push-pull i pół-mostu, z tym, że należy sterować czterema tranzystorami, a nie dwoma.
Impulsowy zasilacz, który wytwarza niskie napięcie, odizolowane od pierwotnego źródła, jest często nazywany wtórnym SMPS. Typowy schemat blokowy takiego źródła zasilania pokazano na rysunku 9.
Rysunek 9.
Filtr pokazany po lewej stronie schematu blokowego jest wymagany, aby zapobiec zakłóceniom powodowanym przez źródło energii w sieci. Pomaga również chronić obwód SMPS przed impulsami napięcia (lub przepięciami napięcia) w sieci. prąd przemienny.
Typową część mocy takiego schematu pokazano na rysunku 10.
Rysunek 10.
Kondensator zasilany napięciem 220 V jest ładowany do napięcia około 310 V (340 V dla 240 V). Rezystor R1 - niska impedancja (nominalna od 2 do 4 om), który chroni obwód przed prądami przepięciowymi podczas ładowania kondensatora C1 podczas zasilania. Q1 to tranzystor wysokonapięciowy MOS, który jest wykorzystywany jako szybki przełącznik do przełączania impulsu prądu zasilania w transformatorze ferrytowym o wysokiej częstotliwości T1. Częstotliwość przełączania zwykle leży w zakresie od 25 do 250 kHz. Elementy R2 i C2 tworzą obwód ochronny (ogranicznik), który zmniejsza skoki napięcia i zmienia szum. Stabilizacja jest osiągana poprzez kontrolowanie napięcia wyjściowego w punkcie "FB" i regulację szerokości impulsu wejściowego sterownika klucza Q1. Do ochrony potrzebny jest bezpiecznik FS2 zwarcie i przeciążenie. FS2 czasami jest zastępowany przez czujnik prądu, który blokuje sterownik klucza Q1 po przeciążeniu.
W regulowanym liniowym zasilaniu transformator mocy Częstotliwość prądu jest wykorzystywana do izolacji, a następnie prostownik i regulator liniowy są wykorzystywane do tworzenia napięcia wyjściowego.
W zarządzanym SMPS izolacja i regulacja są połączone w jedną całość, mając wysoką wydajność. SMPS wykorzystuje niewielki transformator wysokiej częstotliwości, zwykle działający w zakresie częstotliwości od 25 do 250 kHz (chociaż w małej mocy SMPS do 1 MHz).
Transformatory i dławiki stosowane w SMPS mają rdzenie ferrytowe w przeciwieństwie do rdzeni z blachy żelaznej ich odpowiedników o niskiej częstotliwości. Transformatory SMPS generalnie mają mniej zwojów w uzwojeniach niż transformatory mocy.
4.1 Pojedynczy konwerter napięcia
Pojedynczy przetwornica napięcia zawiera transformator, którego uzwojenie pierwotne składa się z dwóch części z liczbą zwojów w1 i w2, pierwszego tranzystora połączonego z jednostką sterującą i drugiego tranzystora z bocznym diodą. Kondensator jest podłączony między emiterami tranzystorów. Kolektory pierwszego i drugiego tranzystora są podłączone do skrajnych zacisków uzwojeń transformatora. Ponadto, kolektor pierwszego tranzystora przez rezystor, obwodowany szeregowy obwód RC, tworzący obwód zasilania prądem, jest podłączony do wejścia sterującego drugiego tranzystora.
Jako pierwszy i drugi tranzystor w tym konwerterze można zastosować dowolne inne kluczowe elementy, na przykład tranzystory MOS itp.
Pojedynczy konwerter DC / DC działa w następujący sposób.
Kiedy sygnał odblokowujący przybywa do podstawy tranzystora, drugi otwiera się, napięcie wejściowe jest doprowadzane do uzwojenia transformatora. W tym przypadku napięcie blokujące jest doprowadzane do przejścia kontrolnego tranzystora, które jest prawie równe napięciu kondensatora i jest zablokowane. Przez drugi tranzystor przepływa suma prądów magnesujących rdzenia transformatora i obciążenia. Na końcu impulsu sterującego tranzystor jest zablokowany, prąd magnesowania jest zamknięty przez diodę, kondensator i uzwojenie. Do elektrody sterującej drugiego tranzystora przykłada się napięcie odblokowania równe różnicy między napięciem kolektora pierwszego tranzystora i napięciem kondensatora. Drugi tranzystor jest odblokowany, umożliwiając przepływ prądu magnesującego w przeciwnym kierunku.
Z powodu kondensatora prąd magnesujący przepływa w sposób ciągły przez cały okres powtarzania impulsów z jednostki sterującej, a średnia wartość tego prądu wynosi zero. Prowadzi to do tego, że napięcie odmagnesowania jest doprowadzane do uzwojenia podczas całego czasu stanu zablokowania pierwszego tranzystora, a rozmagnesowywanie rdzenia transformatora odbywa się w pełnym cyklu z małą amplitudą prądu magnesującego.
Tak więc, w proponowanym urządzeniu, strata mocy na rezystorze zawartym w obwodzie sterowania dodatkowego przełącznika jest zmniejszana przez zmniejszenie napięcia na nim.
4.2 Impulsowany jednotonowy konwerter DC / DC . Konwerter
Przełączanie konwerterów napięcia stałego (IPPP) reguluje napięcie wyjściowe (napięcie na obciążeniu) poprzez zmianę czasu przyłożenia napięcia Uo na obciążenie Zn. Najczęściej stosowane metody kontroli szerokości impulsu (WID) i częstotliwości (CIR). Zasada działania EIPP opiera się na kluczowym trybie tranzystora lub tyrystora, który okresowo przerywa obwód zasilania U0 do obciążenia (rysunek 11). W trybie szerokości impulsu napięcie wyjściowe jest regulowane poprzez zmianę czasu trwania impulsów wyjściowych t oraz (fig. 12) ze stałym okresem powtarzania T. Następnie średnia wartość napięcia wyjściowego konwertera będzie określona wzorem Un.ср = (t / / T) * Uo. Dlatego napięcie wyjściowe jest regulowane od zera (w ti = 0) do Uo (ti = T).
Rysunek 11.
Rysunek 12.
Rysunek 13 pokazuje schemat powszechności IITP . Taki konwerter nazywa się single-ended. Kluczem jest tyrystor. Między ładunkiem Z Tyrystor zawiera wygładzający filtr LC.
Rysunek 13.
Dioda D, realizująca funkcje diody odwróconej, jest niezbędna do utworzenia obwód elektryczny dla prądu obciążenia, gdy tyrystor jest wyłączony.
Jednostopniowe IPPP działają przy mocy 100 kW. Jeśli potrzebujesz więcej mocy, skorzystaj z IPPN o wielu skokach.
We wszystkich IPPP odblokowywanie przełączników przewodowych odbywa się poprzez zmuszanie impulsów do pracy do tyrystora (tranzystora), podczas gdy tyrystory są blokowane przez napięcie kondensatora okresowo doładowywanego. Oczywiście, jednostka przełączająca w IPPP ma pewną różnicę w porównaniu z podobnymi jednostkami w niezależnych falownikach.
Należy pamiętać, że regulację napięcia prądu stałego na obciążeniu w przypadku zasilania z sieci prądu przemiennego można dokonać za pomocą IPPN. Mały spadek napięcia na otwartym kluczu półprzewodnikowym i bardzo niski prąd, gdy jest on zablokowany, może determinować wysoką sprawność przetworników przełączających DC-DC. Pod tym względem niezarządzany prostownik współpracujący z ITPP skutecznie konkuruje z kontrolowanym prostownikiem.
Zaletą przetworników impulsów dc-to-dc w porównaniu do samowzbudnych przetworników jest to, że IPPN wykorzystuje tyrystory jako klucze, które są obecnie dostępne dla napięć do kilku kilowoltów. Pozwala to na tworzenie konwerterów dużej mocy (ponad 100 kW) o wysokiej wydajności, mniejszych wymiarach i wadze. Konwertery są szeroko stosowane w instalacjach, w których głównym źródłem zasilania jest sieć kontaktowa, baterie, baterie słoneczne i atomowe, generatory termoelektryczne.
5 Wniosek
Wiadomo, że przełączanie zasilaczy powoduje zakłócenia elektromagnetyczne i radiowe. Filtry dolnoprzepustowe w przewodach zasilających są niezbędne do redukcji przesłuchów w obwodach zasilania. Ekran Faradaya pomiędzy uzwojeniami transformatora i wokół wrażliwych elementów wraz z właściwa lokalizacja w obwodzie bloku kompensacyjnego zmniejsza się również zakłócenie elektromagnetyczne i radiowe. Problem wygładzenia prądu piłokształtnego wymaga użycia kondensatora filtru. Standard indukcyjności i rezystancji (szeregowy) kondensatory elektrolityczne Wpływa na napięcie tętnienia i szumu na sygnały wyjściowe. Liniowe zasilacze nie mają sobie równych pod względem niskiego poboru mocy i bardzo niskiego poziomu hałasu z niskim tętnieniem w sygnałach wyjściowych źródeł.
Zakres napięcia wejściowego - 9 - 50 V DC
Regulowane napięcie wyjściowe - od 5 do 40 V.
Maksymalny prąd wyjściowy - 2,5 A
Maksymalna moc wyjściowa - 100 W
Wbudowany obwód łagodnego rozruchu
Stabilność wewnętrznego źródła odniesienia - + \\ - 4%
Wymaga bardzo niewielu elementów zawiasowych
Współczynnik wypełnienia - 0 - 1
Wysoka wydajność - powyżej 90%
Wbudowane zabezpieczenie przed przeciążeniem termicznym: chip wyłącza się, gdy temperatura złącza pn osiągnie 150 stopni. C.
Wbudowany ogranicznik prądu do ochrony przed zwarciem
TL497 ma generator z ustalonym czasem włączenia, ale o zmiennej częstotliwości wyjściowej. Daje to minimalną liczbę zamontowanych elementów. Czas włączenia jest określony przez wartość pojemności kondensatora podłączonego między stykiem 3 a masą.
Rysunek 14.
W impulsowych źródłach zasilania ten tryb jest często wykorzystywany do ograniczenia prądu wyjściowego. Jeżeli SMPS jest przeciążony, obwód jest wyłączony. Po pewnym czasie włącza się, jeśli przeciążenie nadal istnieje, natychmiast się wyłącza. W przypadku niektórych projektów, jeśli zdarza się to kilka razy, zasilanie jest wyłączane do momentu zresetowania blokady obwodu.
Niektóre "bardziej autonomiczne" SMPS są zaprojektowane do utrzymywania stabilnego napięcia wyjściowego przez więcej niż kilka okresów, gdy zasilanie wejściowe jest odłączone. Można to osiągnąć instalując kondensator wejściowy o dużej pojemności, tak aby jego napięcie nie spadło znacząco podczas przerw w zasilaniu. Okres czasu, w którym SMPS utrzymuje napięcie wyjściowe, gdy brak jest wejścia, jest często nazywany "czasem podtrzymania zasilania".
Instrukcja stosowania zasilacza SGS
Motorola Power MOSFET Tranzystor Databook
Półprzewodnikowy databook Unitrode
Podręcznik aplikacji Unitrode
Wybór rdzenia transformatora dla SMPS, Mullard
Miękkie ferryty - właściwości i zastosowania, E.C. Snelling
Switchmode - Przewodnik dla projektantów, Motorola
Technologia i komponenty SMPS, Siemens
Texas Instruments Linear Circuits Databook
Podręcznik Analogue Electronics, T.H. Collins
Smith, K.L. Ph.D. (University of Kent), "D.C. Supplies from A.C. Sources", Electronics & Wireless World, wrzesień 1984.
Ivanov V.S., Panfilov D.I. Komponenty energoelektroniki firmy MOTOROLA. - M .: DODECA, 1998
Moc półprzewodniki Międzynarodowy prostownik. Per. p / p V.V. Tokarev. - Woroneż, 1995
Układy scalone dla źródła impulsów żywienie i ich stosowanie. Ed. 2. - M .: DODECA, 2000
Polikarpov AG, Sergienko E.F. Przetworniki napięcia jednostronnego w urządzeniach zasilających urządzeń elektronicznych. - M .: Radio i komunikacja, 1989
Polikarpov AG, Sergienko E.F. Regulatory impulsów i przetwornice DC. - M .: Izd-vo MEI, 1998
Przetwornice DC / DC są szeroko stosowane do zasilania różnych urządzeń elektronicznych. Są używane w urządzeniach komputerowych, urządzeniach komunikacyjnych, różnych schematach sterowania i automatyzacji itp.
Zasilacze transformatorowe
W tradycyjnych transformatorowych jednostkach mocy napięcie zasilania jest transformowane za pomocą transformatora, najczęściej obniżanego, do pożądanej wartości. Podnapięcie jest prostowane mostkiem diodowym i wygładzane. filtr skraplacza. W razie potrzeby stabilizator półprzewodnikowy umieszcza się za prostownikiem.
Jednostki napędowe transformatorów są zwykle wyposażone w stabilizatory liniowe. Zalety takich stabilizatorów to co najmniej dwa: jest to mały koszt i niewielka ilość części w uprzęży. Ale te zalety są spożywane przez niską sprawność, ponieważ znaczna część napięcia wejściowego jest wykorzystywana do ogrzewania tranzystora regulacyjnego, co jest całkowicie niedopuszczalne dla zasilania przenośnych urządzeń elektronicznych.
Przetwornice DC / DC
Jeśli urządzenie jest zasilane z ogniw galwanicznych lub akumulatorów, napięcie można przekonwertować do pożądanego poziomu tylko za pomocą konwerterów DC / DC.
Pomysł jest dość prosty: napięcie prądu stałego jest przekształcane na prąd przemienny, zwykle z częstotliwością kilkudziesięciu lub nawet setek kiloherców, wzrasta (maleje), a następnie prostuje i jest podawane do obciążenia. Takie przetworniki są często nazywane impulsem.
Jako przykład, możemy wziąć przetwornik podwyższający napięcie od 1,5 V do 5 V, tylko napięcie wyjściowe komputera USB. Taki konwerter niskiej mocy jest sprzedawany na Aliexpress - http://ali.pub/m5isn.
Ryc. 1. Konwerter 1,5 V / 5 V
Przetworniki impulsowe są dobre, ponieważ mają wysoką wydajność, w granicach 60..90%. Kolejną zaletą przetworników impulsów jest szeroki zakres napięć wejściowych: napięcie wejściowe może być niższe niż napięcie wyjściowe lub znacznie wyższe. Ogólnie rzecz biorąc, konwertery DC / DC można podzielić na kilka grup.
Klasyfikacja przetworników
Obniżanie lub obniżanie klocków
Napięcie wyjściowe tych przetworników z reguły jest niższe niż napięcie wejściowe: bez żadnych specjalnych strat na grzaniu tranzystora regulacyjnego można uzyskać napięcie o wartości zaledwie kilku wolt przy napięciu wejściowym 12 ... 50V. Prąd wyjściowy takich przetworników zależy od potrzeb obciążenia, które z kolei określa obwód przetwornika.
Kolejna angielska nazwa konwertera rozdrabniacza. Jednym z tłumaczeń tego słowa jest chopper. W literaturze technicznej konwerter w dół jest czasami nazywany "przerywaczem". Na razie pamiętajcie o tym terminie.
Zwiększ, w języku angielskim wzrost lub terminologia
Napięcie wyjściowe tych przetworników jest wyższe niż napięcie wejściowe. Na przykład, przy napięciu wejściowym 5V, wyjście może odbierać napięcia do 30V, a ponadto może być płynnie regulowane i stabilizowane. Dość często w górę konwertery są nazywane boostery.
Konwertery uniwersalne - SEPIC
Napięcie wyjściowe tych przetworników jest utrzymywane na z góry określonym poziomie przy napięciu wejściowym, zarówno powyżej wejścia, jak i poniżej. Jest zalecany w przypadkach, gdy napięcie wejściowe może się znacznie różnić. Na przykład w samochodzie napięcie akumulatora może się różnić w granicach 9 ... 14V, a wymagane jest stabilne napięcie 12 V.
Odwracające przetworniki - odwracający konwerter
Główną funkcją tych przetworników jest wytwarzanie przy napięciu wyjściowym odwrotnej polaryzacji w stosunku do źródła zasilania. Bardzo wygodne w przypadkach, w których wymagana jest moc bipolarna.
Wszystkie wymienione konwertery mogą być stabilizowane lub niestabilizowane, napięcie wyjściowe może być galwanicznie połączone z wejściem lub mieć galwaniczną izolację napięć. Wszystko zależy od konkretnego urządzenia, w którym będzie używany konwerter.
Aby przejść do dalszej opowieści o konwerterach DC / DC, powinieneś przynajmniej zrozumieć ogólnie teorię.
Przetwornik konwertora - konwerter typu buck
Jego schemat funkcjonalny pokazano na rysunku poniżej. Strzałki na drutach pokazują kierunek prądów.
Ryc.2. Schemat funkcjonalny stabilizator choppera
Napięcie wejściowe Uin podawane jest do filtra wejściowego - kondensatora Cin. Tranzystor VT jest wykorzystywany jako kluczowy element, który dokonuje przełączania prądu o wysokiej częstotliwości. Może to być tranzystorowa struktura MOSFET, IGBT lub normalna tranzystor bipolarny. Oprócz tych części, obwód zawiera bitową diodę VD i filtr wyjściowy - LCout, z którego napięcie wchodzi do obciążenia RL.
Łatwo zauważyć, że obciążenie jest połączone szeregowo z elementami VT i L. Dlatego schemat jest spójny. Jak spada napięcie?
Modulacja szerokości impulsu - PWM
Obwód sterujący wytwarza prostokątne impulsy o stałej częstotliwości lub stałym okresie, który jest w zasadzie taki sam. Impulsy te pokazano na rysunku 3.
Ryc.3. Impulsy sterujące
Tutaj t jest czasem impulsu, tranzystor jest otwarty, tn jest czasem pauzy, tranzystor jest zamknięty. Stosunek ti / T nazywany jest cyklem roboczym cyklu pracy, oznaczony literą D i wyrażony w %% lub po prostu w liczbach. Na przykład, gdy D wynosi 50%, okazuje się, że D = 0,5.
Zatem D może zmieniać się od 0 do 1. Gdy D = 1, kluczowy tranzystor jest w stanie pełnej przewodności, a przy D = 0, w stanie odcięcia, po prostu mówiąc, jest zamknięty. Nie trudno zgadnąć, że przy D = 50% napięcie wyjściowe będzie równe połowie sygnału wejściowego.
Oczywiste jest, że regulacja napięcia wyjściowego następuje ze względu na zmianę szerokości impulsu sterującego t, a właściwie zmianę współczynnika D. Zasada regulacji jest nazywana (PWM). Prawie wszystkie bloki impulsów Zasilanie wykorzystuje PWM to stabilizacja napięcia wyjściowego.
Na schematach pokazanych na rysunkach 2 i 6 PWM jest "ukryty" w prostokątach oznaczonych jako "obwód sterujący", który wykonuje pewne dodatkowe funkcje. Na przykład może to być płynne rozpoczęcie napięcia wyjściowego, zdalne włączanie lub ochrona konwertera przed zwarciem.
Ogólnie rzecz biorąc, konwertery są tak powszechnie stosowane, że producenci komponentów elektronicznych wprowadzają na rynek wydawanie kontrolerów PWM na każdą okazję. Zasięg jest tak duży, że aby je wyświetlić, potrzebna jest cała książka. Dlatego zbieranie konwerterów na dyskretnych elementach, lub jak często mówią na "marnotrawstwo", nikomu nie przychodzi.
Co więcej, gotowe konwertery małej mocy można kupić na Aliexpress lub Ebay za niewielką cenę. W tym przypadku, w przypadku instalacji w konstrukcji amatorskiej, wystarczy przylutować przewody do płytki wejściowej i wyjściowej i ustawić wymagane napięcie wyjściowe.
Ale wróćmy do naszego obrazu 3. W tym przypadku współczynnik D określa, ile czasu będzie otwarty (faza 1) lub zamknięty (faza 2). Dla tych dwóch faz możliwe jest przedstawienie diagramu na dwóch figurach. Na rysunkach nie pokazano elementów, które nie są używane na tym etapie.
Ryc.4. Faza 1
Gdy tranzystor jest otwarty, prąd ze źródła zasilania (ogniwo galwaniczne, bateria, prostownik) przechodzi przez dławik indukcyjny L, obciążenie Rn i kondensator ładowania Cout. Prąd przepływa przez obciążenie, kondensator Cout i dławik L akumulują energię. Na aktualny i WZROSTOWY WZROST wpływ ma indukcyjność cewki indukcyjnej. Ta faza nazywa się pompowaniem.
Gdy napięcie na ładunku osiągnie ustawioną wartość (określoną przez ustawienie urządzenia sterującego), tranzystor VT zamyka się i urządzenie przełącza się na drugą fazę, fazę rozładowania. Zamknięty tranzystor na rysunku nie jest pokazany w ogóle, tak jak nie jest. Ale to tylko oznacza, że tranzystor jest zamknięty.
Ryc.5. Faza 2
Kiedy tranzystor VT jest zamknięty, energia nie jest uzupełniana w ssaniu, ponieważ zasilanie jest odłączone. Indukcyjność L ma tendencję do zapobiegania zmianie wielkości i kierunku prądu (samoindukcja) dławika przepływającego przez uzwojenie.
Dlatego prąd nie może natychmiast zatrzymać się i zamknąć przez obwód "ładowanie diody". Z tego powodu dioda VD została nazwana bitem. Zwykle jest to szybka dioda Schottky'ego. Po upływie okresu kontrolnego faza 2 obwodu przechodzi do fazy 1, proces powtarza się ponownie. Maksymalne napięcie na wyjściu rozważanego obwodu może być równe wejściu i nie więcej. Aby uzyskać napięcie wyjściowe większe niż wejście, używane są konwertery zwiększania.
Jak dotąd należy pamiętać tylko o samej indukcyjności, która decyduje o dwóch trybach działania siekacza. W przypadku niewystarczającej indukcyjności konwerter będzie działał w trybie prądów nieciągłych, co jest całkowicie niedopuszczalne dla zasilaczy.
Jeżeli indukcyjność jest wystarczająco duża, wówczas praca odbywa się w trybie niełamliwych prądów, co umożliwia wykorzystanie filtrów wyjściowych do uzyskania stałego napięcia o akceptowalnym poziomie tętnienia. W trybie ciągłego prądu działają przetworniki wyższe, które zostaną omówione poniżej.
Dla pewnego zwiększenia wydajności dioda wyładowcza VD zostaje zastąpiona przez tranzystor MOSFET, który jest otwierany w odpowiednim momencie przez obwód sterujący. Takie konwertery są nazywane synchronicznymi. Ich użycie jest uzasadnione, jeśli moc konwertera jest wystarczająco duża.
Step-up lub boost konwertery
Przetworniki przyspieszenia są używane głównie z zasilaniem niskonapięciowym, na przykład z dwóch do trzech akumulatorów, a niektóre elementy konstrukcji wymagają napięcia 12 ... 15 V przy niskim poborze prądu. Dość często konwerter doładowania jest krótko i wyraźnie nazywany słowem "wzmacniacz".
Ryc.6. Schemat działania przetwornicy podwyższającej napięcie
Napięcie wejściowe Uin doprowadzane jest do filtra wejściowego Cin i jest podawane do połączonego szeregowo L i przełączającego tranzystora VT. Dioda VD jest podłączona do punktu połączenia cewki i drenu tranzystora. Do drugiego kołka diody podłączone jest obciążenie Rh i kondensator Cout kondensatora.
Tranzystor VT jest sterowany przez obwód sterujący, który wytwarza stabilny sygnał sterujący częstotliwością z regulowanym cyklem roboczym D, tak jak opisano powyżej w opisie układu przerywacza (fig. 3). Dioda VD we właściwym czasie blokuje ładunek z klucza tranzystora.
Gdy kluczowy tranzystor jest otwarty, zgodnie ze schematem, cewka wyjściowa L jest podłączona do ujemnego bieguna źródła zasilania Uin. Wzrastający prąd (wpływ indukcji) ze źródła prądu przepływa przez cewkę i otwarty tranzystor, energia gromadzi się w cewce.
W tym momencie dioda VD blokuje obciążenie i kondensator wyjściowy z obwodu klucza, zapobiegając w ten sposób rozładowaniu kondensatora wyjściowego przez otwarty tranzystor. Obciążenie w tym momencie jest zasilane przez energię zmagazynowaną w kondensatorze Cout. Naturalnie spada napięcie na kondensatorze wyjściowym.
Gdy tylko napięcie wyjściowe jest nieco niższe niż ustawienie wstępne (określone przez ustawienia obwodu sterującego), klucz tranzystora VT zamyka się, a energia zmagazynowana w dławiku przez diodę VD ładuje kondensator Cout, który zasila obciążenie. W tym przypadku indukcja elektromagnetyczna cewki L jest dodawana do napięcia wejściowego i przenoszona do obciążenia, zatem napięcie wyjściowe jest większe niż napięcie wejściowe.
Kiedy napięcie wyjściowe osiągnie ustawiony poziom stabilizacji, obwód sterujący otwiera tranzystor VT, a proces powtarza się z fazy akumulacji energii.
Przetworniki uniwersalne - SEPIC (single-ended primary-inductor converter lub converter with asymmetrically loaded primary inductance).
Takie przetworniki są używane głównie wtedy, gdy obciążenie ma niewielką moc, a napięcie wejściowe zmienia się w stosunku do wyjścia w kierunku do góry lub do dołu.
Ryc.7. Schemat działania przetwornika SEPIC
Jest bardzo podobny do obwodu przetwornicy podwyższającej pokazanego na rysunku 6, ale ma dodatkowe elementy: kondensator C1 i cewkę L2. To właśnie te elementy zapewniają działanie konwertera w trybie redukcji napięcia.
Przetworniki SEPIC są stosowane w przypadkach, gdy napięcie wejściowe jest bardzo zróżnicowane. Przykładem jest regulator napięcia podwyższającego / obniżającego napięcie 4V-35V do 1,23V-32V. Pod tą nazwą konwerter jest sprzedawany w chińskich sklepach, których obwód jest pokazany na rysunku 8 (kliknij obraz, aby powiększyć).
Ryc.8. Schemat ideowy konwertera SEPIC
Rysunek 9 pokazuje wygląd tablicy z oznaczeniem głównych elementów.
Ryc.9. Przetwornik wyglądu SEPIC
Rysunek pokazuje główne części zgodnie z rys. 7. Należy zwrócić uwagę na obecność dwóch cewek L1 L2. Na tej podstawie można stwierdzić, że jest to właśnie konwerter SEPIC.
Napięcie wejściowe płytki może wynosić 4 ... 35V. W tym przypadku napięcie wyjściowe można ustawić w zakresie 1,23 ... 32V. Częstotliwość robocza falownika wynosi 500 kHz, aw przypadku małych rozmiarów 50 x 25 x 12 mm płyta zapewnia moc do 25 W. Maksymalny prąd wyjściowy do 3A.
Ale tutaj trzeba zrobić uwagę. Jeśli napięcie wyjściowe jest ustawione na 10V, prąd wyjściowy nie może być wyższy niż 2,5A (25W). Przy napięciu wyjściowym 5 V i maksymalnym prądzie 3A, moc będzie wynosiła tylko 15 W. Najważniejsze, żeby nie przesadzić: albo nie przekraczaj maksymalnej dopuszczalnej mocy, albo nie przekraczaj granic dozwolonego prądu.
Aby podłączyć domowy sprzęt do pokładowego układu elektrycznego samochodu, potrzebny jest inwerter, który będzie w stanie podnieść napięcie z 12 V do 220 V. Są one dostępne na półkach w wystarczającej ilości, ale ich cena nie jest zachęcająca. Dla tych, którzy są trochę obeznani z elektrotechniką, możliwe jest samodzielne złożenie konwertera napięcia 12 220 woltów. Dwa proste schematy będziemy analizować.
Istnieją trzy typy konwerterów 12-220 V. Po pierwsze, 220V jest uzyskiwane z 220 V. Takie falowniki są popularne wśród kierowców: za ich pośrednictwem można podłączyć standardowe urządzenia - telewizory, odkurzacze itp. Konwersja odwrotna - od 220 V do 12 - jest wymagana rzadko, zwykle w pomieszczeniach o trudnych warunkach pracy (wysoka wilgotność), aby zapewnić bezpieczeństwo elektryczne. Na przykład w łaźniach parowych, basenach lub łazienkach. Aby nie ryzykować, standardowe napięcie 220 V zmniejsza się do 12 przy użyciu odpowiedniego sprzętu.
Trzecia opcja to raczej stabilizator oparty na dwóch konwerterach. Najpierw standardowe 220 woltów jest konwertowane na 12 woltów, a następnie z powrotem na 220 V. Ta podwójna konwersja pozwala uzyskać idealną falę sinusoidalną na wyjściu. Takie urządzenia są niezbędne dla normalna praca większość urządzeń gospodarstwa domowego ze sterowaniem elektronicznym. W każdym przypadku, podczas instalacji, zaleca się zasilanie poprzez taki konwerter - jego elektronika jest bardzo wrażliwa na jakość zasilania, a wymiana płyty kontrolnej kosztuje około połowę kotła.
Schemat ten jest prosty, szczegóły są dostępne, większość z nich można usunąć z zasilacza komputera lub kupić w jakimkolwiek sklepie radiotechnicznym. Zaletą tego schematu jest łatwość implementacji, wadą jest nieidealna sinusoida na wyjściu i częstotliwość wyższa niż standardowa 50 Hz. Oznacza to, że urządzenia pobierające energię nie mogą być podłączone do tego konwertera. Możesz łączyć się bezpośrednio z wyjściowymi niewrażliwymi urządzeniami, takimi jak żarówki, żelazko, lutownica, ładowanie telefonu itp.
Przedstawiony obwód w trybie normalnym wytwarza 1,5 A lub ciągnie obciążenie 300 W, maksymalnie do 2,5 A, ale w tym trybie tranzystory zauważalnie się rozgrzeją.
Obwód został zbudowany na popularnym sterowniku PWM TLT494. Tranzystory polowe Q1 Q2 należy umieścić na grzejnikach, najlepiej osobno. Po zainstalowaniu na jednym grzejniku, pod tranzystorami położyć izolacyjną uszczelkę. Zamiast tych pokazanych na schemacie IRFZ244 można użyć IRFZ46 lub RFZ48 o podobnych cechach.
Częstotliwość w tym konwerterze 12 V do 220 V jest ustawiana za pomocą rezystora R1 i kondensatora C2. Oceny mogą się nieznacznie różnić od przedstawionych na schemacie. Jeśli masz stary nie działający bespineknik dla komputera, a w nim działający transformator wyjściowy, możesz go umieścić w obwodzie. Jeśli transformator nie działa, wyjmij z niego pierścień ferrytowy i nawiń uzwojenia. drut miedziany o średnicy 0,6 mm. Najpierw nawijane jest uzwojenie pierwotne - 10 zwojów z wyjściem ze środka, a następnie z góry - 80 zwojów wtórnego.
Jak już wspomniano, taki konwerter napięcia 12-220 V może pracować tylko z obciążeniem, które jest niewrażliwe na jakość zasilania. Aby móc podłączyć bardziej wymagające urządzenia, na wyjściu zainstalowany jest prostownik, którego napięcie wyjściowe jest zbliżone do normalnego (wykres jest niższy).
Schemat przedstawia diody wysokiej częstotliwości typu HER307, ale można je zastąpić serią FR207 lub FR107. Pojemność, pożądane jest, aby wybrać określoną wartość.
Ten konwerter napięcia 12 220 V jest montowany na podstawie specjalistycznego układu KR1211EU1. Jest to generator impulsów, który jest usuwany z wyjść 6 i 4. Impulsy są antyfazą, między nimi jest mały odstęp czasu - aby wykluczyć jednoczesne otwarcie obu klawiszy. Układ jest zasilany napięciem 9,5 V, które jest ustawiane przez parametryczny stabilizator na diodzie Zenera D814V.
Również w schemacie są dwa tranzystory polowe o wysokiej mocy - IRL2505 (VT1 i VT2). Mają bardzo niską rezystancję otwartego kanału wyjściowego - około 0,008 Ohm, co jest porównywalne z oporem mechanicznego klucza. Ważne prąd stały - do 104 A, impuls - do 360 A. Takie cechy naprawdę pozwalają uzyskać 220 V przy obciążeniu do 400 watów. Konieczne jest zainstalowanie tranzystorów na grzejnikach (o mocy do 200 W możliwe bez nich).
Ilość impulsów zależy od rezystora R1 i parametrów C1 kondensatora C6 kondensatora wyjściowego jest ustawiony na wysoki tłumią emisji częstotliwości.
Transformator lepiej jest przygotować. W obwodzie włącza się odwrotnie - uzwojenie wtórne niskiego napięcia służy jako pierwotne, a napięcie jest usuwane z wtórnego wysokiego napięcia.
Możliwe zamienniki w bazie elementów:
W przypadku instalacji z połączeniem obwodów transformatorowych, tranzystory i podłączyć do źródła 12 konieczne użycie dużych przewodów sekcja - prąd może wówczas osiąga wysokie wartości (o mocy od 400 W do 40 A).
Schematy konwerterów dnia są trudne nawet dla doświadczonych radioamatorów, więc robienie ich własnymi rękami wcale nie jest łatwe. Przykład najprostszego schematu poniżej.
W takim przypadku łatwiej jest złożyć podobny konwerter z gotowych desek. Jak - zobacz na filmie.
Poniższy film wyjaśnia, w jaki sposób zainstalować przetwornik 220 V z czystym sinusem. Tylko napięcie wejściowe nie wynosi 12 V, ale 24 V.
W tym filmie opisano tylko, jak zmienić napięcie wejściowe, ale uzyskać wymagane napięcie wyjściowe 220 V.
