Meniul
AcasăBios

Tipuri de surse de alimentare comutate. Surse de alimentare în comutație, teorie și circuite simple


  • Introducere
  • Concluzie

Introducere

Sursele de alimentare comutatoare le înlocuiesc acum cu încredere pe cele liniare învechite. Motivul este performanța ridicată, compactitatea și caracteristicile îmbunătățite de stabilizare inerente acestor surse de alimentare.

Odată cu schimbările rapide pe care le-au suferit recent principiile de alimentare cu energie pentru echipamentele electronice, informațiile privind calculul, construcția și utilizarea surselor de alimentare în comutație devin din ce în ce mai relevante.

Recent, sursele de alimentare cu comutație au câștigat o popularitate deosebită în rândul specialiștilor din domeniul electronicii și ingineriei radio, precum și în producția industrială. A existat o tendință de a abandona unitățile standard de transformatoare voluminoase și de a trece la modele de dimensiuni mici ale surselor de alimentare cu comutare, convertoare de tensiune, convertoare și invertoare.

În general, subiectul comutării surselor de alimentare este destul de relevant și interesant și este unul dintre cele mai importante domenii ale electronicii de putere. Această zonă a electronicii este promițătoare și se dezvoltă rapid. Iar scopul său principal este de a dezvolta dispozitive de putere puternice, care să îndeplinească cerințele moderne de fiabilitate, calitate, durabilitate, minimizând greutatea, dimensiunea, consumul de energie și materiale. Trebuie remarcat faptul că aproape toate electronicele moderne, inclusiv toate tipurile de computere, echipamente audio, video și alte dispozitive moderne, sunt alimentate de surse de alimentare cu comutație compacte, ceea ce confirmă încă o dată relevanța dezvoltării ulterioare a acestui domeniu de surse de alimentare. .

1. Principiul de funcționare al comutației surselor de alimentare

Sursa de comutare este un sistem invertor. La comutarea surselor de alimentare, tensiunea de intrare AC este mai întâi rectificată. Tensiunea DC rezultată este convertită în impulsuri dreptunghiulare de înaltă frecvență și un anumit ciclu de lucru, fie furnizate unui transformator (în cazul surselor de alimentare cu impulsuri cu izolație galvanică de la rețeaua de alimentare), fie direct la filtrul trece-jos de ieșire (în surse de alimentare în impulsuri fără izolare galvanică). În sursele de alimentare cu impulsuri, pot fi utilizate transformatoare de dimensiuni mici - acest lucru se explică prin faptul că, odată cu creșterea frecvenței, eficiența transformatorului crește și cerințele pentru dimensiunile (secțiunea) miezului necesare pentru a transmite o putere echivalentă scad. În cele mai multe cazuri, un astfel de miez poate fi realizat din materiale feromagnetice, spre deosebire de miezurile transformatoarelor de joasă frecvență, pentru care se folosește oțel electric.

Figura 1 - Schema bloc a unei surse de alimentare comutatoare

Tensiunea de rețea este furnizată redresorului, după care este netezită de un filtru capacitiv. De la condensatorul de filtru, a cărui tensiune crește, tensiunea redresată prin înfășurarea transformatorului este furnizată colectorului tranzistorului, care acționează ca un comutator. Dispozitivul de control asigură pornirea și oprirea periodică a tranzistorului. Pentru a porni în mod fiabil sursa de alimentare, se folosește un oscilator principal realizat pe un microcircuit. Impulsurile sunt furnizate la baza tranzistorului cheie și provoacă începerea ciclului de funcționare a autogeneratorului. Dispozitivul de control este responsabil pentru monitorizarea nivelului tensiunii de ieșire, generarea unui semnal de eroare și, adesea, controlarea directă a cheii. Microcircuitul master oscilator este alimentat de un lanț de rezistențe direct de la intrarea capacității de stocare, stabilizând tensiunea cu capacitatea de referință. Oscilatorul principal și tranzistorul cheie al circuitului secundar sunt responsabili pentru funcționarea optocuplerului. Cu cât tranzistoarele responsabile de funcționarea optocuplerului sunt mai deschise, cu atât amplitudinea impulsurilor de feedback este mai mică, cu atât tranzistorul de putere se va opri mai repede și se va acumula mai puțină energie în transformator, ceea ce va opri creșterea tensiunii la ieșire. a sursei. A sosit modul de funcționare al sursei de alimentare, unde un rol important îl joacă optocuplerul, ca regulator și manager al tensiunilor de ieșire.

Specificațiile unei surse de alimentare industriale sunt mai stricte decât cele ale unei surse de alimentare obișnuite de uz casnic. Acest lucru se exprimă nu numai prin faptul că există o tensiune trifazată ridicată la intrarea sursei de alimentare, ci și prin faptul că sursele de alimentare industriale trebuie să rămână operaționale chiar și cu o abatere semnificativă a tensiunii de intrare de la valoarea nominală. , inclusiv scăderi de tensiune și supratensiuni, precum și pierderea uneia sau a mai multor faze.

Figura 2 - Schema schematică a unei surse de alimentare comutatoare.

Schema funcționează după cum urmează. Intrarea trifazata poate fi realizata in trei fire, patru fire sau chiar monofazate. Redresorul trifazat este format din diode D1 - D8.

Rezistoarele R1 - R4 asigură protecție la supratensiune. Utilizarea rezistențelor de protecție cu declanșare la suprasarcină face inutilă utilizarea unor siguranțe separate. Tensiunea redresată de intrare este filtrată de un filtru în formă de U format din C5, C6, C7, C8 și L1.

Rezistoarele R13 și R15 egalizează tensiunea pe condensatorii filtrului de intrare.

Când MOSFET-ul chipului U1 se deschide, potențialul sursei Q1 scade, curentul de poartă este furnizat de rezistențele R6, R7 și, respectiv, R8, capacitatea tranzițiilor VR1 ... VR3 deblochează Q1. Dioda Zener VR4 limitează tensiunea sursă-portă aplicată la Q1. Când MOSFET U1 se oprește, tensiunea de scurgere este limitată la 450 de volți de circuitul limitator VR1, VR2, VR3. Orice tensiune suplimentară la capătul înfășurării va fi disipată de Q1. Această conexiune distribuie efectiv tensiunea totală redresată între Q1 și U1.

Circuitul de absorbție VR5, D9, R10 absoarbe tensiunea în exces pe înfășurarea primară rezultată din scurgerea prin inducție a transformatorului în timpul cursei inverse.

Redresarea ieșirii este efectuată de dioda D1. C2 - filtru de ieșire. L2 și C3 formează a doua etapă de filtru pentru a reduce instabilitatea tensiunii de ieșire.

VR6 începe să conducă atunci când tensiunea de ieșire depășește căderea între VR6 și optocupler. O modificare a tensiunii de ieșire determină o modificare a curentului care curge prin dioda optocupler U2, care, la rândul său, provoacă o modificare a curentului prin tranzistorul optocupler U2. Când acest curent depășește pragul de la pinul FB al U1, următorul ciclu de lucru este omis. Nivelul specificat de tensiune de ieșire este menținut prin reglarea numărului de cicluri de lucru ratate și finalizate. Odată ce ciclul de funcționare a început, acesta se va încheia când curentul prin U1 atinge limita internă setată. R11 limitează curentul prin optocupler și setează câștigul de feedback. Rezistorul R12 asigură polarizarea VR6.

Acest circuit este protejat de ruperea buclei de feedback, scurtcircuit de ieșire și suprasarcină datorită funcțiilor integrate în U1 (LNK304). Deoarece microcircuitul este alimentat direct de la pinul său de scurgere, nu este necesară o înfășurare separată.

La comutarea surselor de alimentare, stabilizarea tensiunii este asigurată prin feedback negativ. Feedback-ul vă permite să mențineți tensiunea de ieșire la un nivel relativ constant, indiferent de fluctuațiile tensiunii de intrare și ale dimensiunii sarcinii. Feedback-ul poate fi organizat în diferite moduri. În cazul surselor de impulsuri cu izolație galvanică de la rețeaua de alimentare, cele mai comune metode sunt utilizarea comunicației printr-una dintre înfășurările de ieșire ale transformatorului sau utilizarea unui optocupler. În funcție de mărimea semnalului de feedback (în funcție de tensiunea de ieșire), ciclul de lucru al impulsurilor la ieșirea controlerului PWM se modifică. Dacă decuplarea nu este necesară, atunci, de regulă, se utilizează un simplu divizor de tensiune rezistiv. Astfel, sursa de alimentare menține o tensiune de ieșire stabilă.

2. Parametrii și caracteristicile de bază ale surselor de alimentare în comutație

Clasificarea surselor de alimentare în comutație (SMPS) se face în funcție de mai multe criterii principale:

După tipul tensiunii de intrare și de ieșire;

După tipologie;

În funcție de forma tensiunii de ieșire;

După tipul circuitului de alimentare;

După tensiunea de sarcină;

Prin puterea de sarcină;

După tipul de curent de sarcină;

După numărul de ieșiri;

În ceea ce privește stabilitatea tensiunii pe sarcină.

După tipul tensiunii de intrare și de ieșire

1. AC/DC sunt convertoare alternative cu tensiune continuă. Astfel de convertoare sunt utilizate într-o varietate de domenii - automatizări industriale, echipamente de telecomunicații, echipamente de instrumentare, echipamente industriale de procesare a datelor, echipamente de securitate, precum și echipamente speciale.

2. DC/DC sunt convertoare DC/DC. Astfel de convertoare DC/DC folosesc transformatoare de impulsuri cu două sau mai multe înfășurări și nu există nicio conexiune între circuitele de intrare și de ieșire. Transformatoarele de impulsuri au o diferență mare de potențial între intrarea și ieșirea convertorului. Un exemplu de aplicare a acestora ar putea fi o unitate de alimentare (PSU) pentru blițuri foto pulsate cu o tensiune de ieșire de aproximativ 400 V.

3. DC/AC sunt convertoare DC-AC (invertor). Principalul domeniu de aplicare al invertoarelor este lucrul în materialul rulant de cale ferată și alte vehicule care au o rețea de alimentare DC la bord. Ele pot fi, de asemenea, utilizate ca convertoare principale ca parte a surselor de alimentare de rezervă.

Capacitatea mare de suprasarcină permite alimentarea unei game largi de dispozitive și echipamente, inclusiv motoare condensatoare pentru compresoare de refrigerare și aer condiționat.

După tipologie IIP-urile sunt clasificate după cum urmează:

convertoare flyback;

convertoare de impuls direct (forwardconverter);

convertoare cu ieșire push-pull;

convertoare cu ieșire semi-punte (halfbridgeconverter);

convertoare cu ieșire în punte (fullfbridgeconverter).

În funcție de forma tensiunii de ieșire IIP-urile sunt clasificate după cum urmează:

1. Cu undă sinusoidală modificată

2. Cu o sinusoidă de forma corectă.

Figura 3 - Forme de undă de ieșire

După tipul de circuit de alimentare:

SMPS care utilizează energie electrică obținută dintr-o rețea de curent alternativ monofazat;

SMPS care utilizează energie electrică obținută dintr-o rețea trifazată de curent alternativ;

SMPS care utilizează energie electrică dintr-o sursă autonomă de curent continuu.

După tensiunea de sarcină:

După puterea de sarcină:

SMPS de putere redusă (până la 100 W);

SMPS de putere medie (de la 100 la 1000 W);

SMPS de mare putere (peste 1000 W).

După tipul de curent de sarcină:

SMPS cu ieșire AC;

SMPS cu ieșire DC;

SMPS cu ieșire AC și DC.

După numărul de ieșiri:

SMPS cu un singur canal având o ieșire DC sau AC;

SMPS multicanal având două sau mai multe tensiuni de ieșire.

În ceea ce privește stabilitatea tensiunii pe sarcină:

SMPS stabilizat;

SMPS nestabilizat.

3. Metode de bază de construire a surselor de alimentare în comutație

Figura de mai jos arată aspectul unei surse de alimentare comutatoare.

Figura 4 - Sursa de comutare

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 (izolare cu poartă bipolară); 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) primar(e) și secundar(e) și, în consecință, diode redresoare, filtre, stabilizatori etc. la ieșire; 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).

Există trei modalități principale de a construi surse de alimentare cu impulsuri (vezi Fig. 3): creștere (tensiunea de ieșire este mai mare decât tensiunea de intrare), reducerea (tensiunea de ieșire este mai mică decât tensiunea de intrare) și inversare (tensiunea de ieșire este mai mare decât tensiunea de intrare). tensiunea de ieșire are polaritatea opusă celei de intrare). După cum se poate observa din figură, ele diferă doar prin modul în care conectează inductanța; în caz contrar, principiul de funcționare rămâne neschimbat, și anume.

comutarea tensiunii de alimentare

Figura 5 - Diagrame bloc tipice ale surselor de alimentare comutate

Elementul cheie (de obicei sunt utilizați tranzistori bipolari sau MIS), care funcționează cu o frecvență de ordinul 20-100 kHz, aplică periodic tensiunea completă nestabilizată de intrare la inductor pentru o perioadă scurtă de timp (nu mai mult de 50% din timp) . Curentul pulsat care circulă prin bobină asigură acumularea de rezerve de energie în câmpul său magnetic de 1/2LI^2 la fiecare impuls. Energia stocată în acest fel din bobină este transferată în sarcină (fie direct, folosind o diodă de redresare, fie prin înfășurarea secundară cu redresare ulterioară), condensatorul filtrului de netezire a ieșirii asigură o tensiune și curent constant de ieșire. Stabilizarea tensiunii de ieșire este asigurată prin reglarea automată a lățimii sau frecvenței impulsului pe elementul cheie (un circuit de feedback este proiectat pentru a monitoriza tensiunea de ieșire).

Această schemă, deși destul de complexă, poate crește semnificativ eficiența întregului dispozitiv. Cert este că, în acest caz, pe lângă sarcina în sine, nu există elemente de putere în circuit care să disipeze o putere semnificativă. Tranzistoarele cheie funcționează în modul de comutare saturată (adică, căderea de tensiune pe ele este mică) și disipă puterea doar în intervale de timp destul de scurte (timp de impuls). În plus, prin creșterea frecvenței de conversie, este posibilă creșterea semnificativă a puterii și îmbunătățirea caracteristicilor de greutate și dimensiune.

Un avantaj tehnologic important al surselor de alimentare cu impulsuri este capacitatea de a construi pe baza lor surse de alimentare de rețea de dimensiuni mici, cu izolație galvanică de rețea, pentru a alimenta o mare varietate de echipamente. Astfel de surse de alimentare sunt construite fără utilizarea unui transformator de putere voluminos de joasă frecvență, folosind un circuit convertor de înaltă frecvență. Acesta este, de fapt, un circuit obișnuit de alimentare în comutație cu reducere a tensiunii, în care tensiunea de rețea redresată este utilizată ca tensiune de intrare și un transformator de înaltă frecvență (de dimensiuni mici și cu randament ridicat) este utilizat ca element de stocare, de la înfășurarea secundară a cărei tensiune stabilizată de ieșire este îndepărtată (acest transformator asigură și izolarea galvanică de rețea).

Dezavantajele surselor de alimentare cu impulsuri includ: prezența unui nivel ridicat de zgomot pulsat la ieșire, complexitate ridicată și fiabilitate scăzută (în special în producția de artizanat), necesitatea de a utiliza componente scumpe de înaltă tensiune, de înaltă frecvență, care în eventualitatea cea mai mică defecțiune eșuează cu ușurință „în masă” (cu În acest caz, de regulă, se pot observa efecte pirotehnice impresionante). Celor cărora le place să se adâncească în interiorul dispozitivelor cu o șurubelniță și un fier de lipit, vor trebui să fie extrem de atenți atunci când proiectează surse de alimentare cu comutare de rețea, deoarece multe elemente ale unor astfel de circuite sunt sub tensiune înaltă.

4. Varietăți de soluții de circuit pentru comutarea surselor de alimentare

Diagrama SMPS din anii '90 este prezentată în Fig. 6. Sursa de alimentare conține un redresor de rețea VD1-VD4, un filtru de suprimare a zgomotului L1C1-SZ, un convertor bazat pe un tranzistor de comutare VT1 și un transformator de impuls T1, un redresor de ieșire VD8 cu un filtru C9C10L2 și o unitate de stabilizare realizată pe stabilizatorul DA1 și optocupler U1.

Figura 6 - Sursă de alimentare comutată din anii 1990

Diagrama SMPS este prezentată în Fig. 7. Siguranța FU1 protejează elementele de situații de urgență. Termistorul RK1 limitează impulsul curentului de încărcare al condensatorului C2 la o valoare sigură pentru puntea de diode VD1 și împreună cu condensatorul C1 formează un filtru RC, care servește la reducerea zgomotului de impuls care pătrunde din SMPS în rețea. Puntea de diode VD1 redresează tensiunea rețelei, condensatorul C2 este unul de netezire. Creșterile de tensiune în înfășurarea primară a transformatorului T1 sunt reduse de circuitul de amortizare R1C5VD2. Condensatorul C4 este un filtru de putere de la care sunt alimentate elementele interne ale cipul DA1.

Redresorul de ieșire este asamblat pe o diodă Schottky VD3, ondularea tensiunii de ieșire este netezită de filtrul LC C6C7L1C8. Elementele R2, R3, VD4 și U1, împreună cu microcircuitul DA1, asigură stabilizarea tensiunii de ieșire atunci când curentul de sarcină și tensiunea de rețea se modifică. Circuitul de indicare a pornirii este realizat folosind LED-ul HL1 și rezistența de limitare a curentului R4.

Figura 7 - Sursă de alimentare comutată din anii 2000

Figura 8 prezintă o sursă de alimentare comutată 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.

În plus, folosind un releu și un rezistor de limitare R1 la intrare, este implementată o pornire ușoară, care evită supratensiunile bruște de curent. Releul poate fi utilizat pentru tensiuni de 12 și 24 de volți cu selecția rezistenței R19. Varistorul RU1 protejează circuitul de intrare de 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.

Rezistorul trimmer R16 și condensatorul C12 determină frecvența de conversie.

Pentru a reduce f.e.m. 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 chipului de tensiune inversă DA2 de impulsuri.

Figura 8 - Sursă de alimentare comutată modernă

Concluzie

În cursul activității mele de cercetare, am realizat un studiu de comutare a surselor de alimentare, ceea ce mi-a permis să analizez circuitele existente ale acestor dispozitive și să trag concluziile adecvate.

Sursele de alimentare cu comutare au avantaje mult mai mari în comparație cu altele - au o eficiență mai mare, au greutate și volum semnificativ mai puține, în plus, au un cost mult mai mic, ceea ce duce în cele din urmă la prețul lor relativ scăzut pentru consumatori și, în consecință, la un preț ridicat. cererea de pe piata.

Multe componente electronice moderne utilizate în dispozitivele și sistemele electronice moderne necesită energie de înaltă calitate. În plus, tensiunea de ieșire (curent) trebuie să fie stabilă, să aibă forma necesară (de exemplu, pentru invertoare), precum și un nivel minim de ondulație (de exemplu, pentru redresoare).

Astfel, sursele de alimentare în comutație sunt parte integrantă a oricăror dispozitive și sisteme electronice alimentate atât de la o rețea industrială de 220 V, cât și din alte surse de energie. Mai mult, fiabilitatea dispozitivului electronic depinde direct de calitatea sursei de alimentare.

Astfel, dezvoltarea de noi și îmbunătățite circuite de alimentare cu comutație va îmbunătăți caracteristicile tehnice și operaționale ale dispozitivelor și sistemelor electronice.

Bibliografie

1. Gurevici V.I. Fiabilitatea dispozitivelor de protecție cu relee cu microprocesor: mituri și realitate. - Probleme energetice, 2008, Nr. 5-6, p. 47-62.

2. Alimentare [Resursă electronică] // Wikipedia. - Mod de acces: http://ru. wikipedia.org/wiki/Power_source

3. Sursă secundară de alimentare [Resursă electronică] // Wikipedia. - Mod de acces: http://ru. wikipedia.org/wiki/Secondary_power_source

4. Surse de înaltă tensiune [Resursă electronică] // Optosystems LLC - Mod de acces: http://www.optosystems.ru/power _supplies_about. php

5. Efimov I.P. Surse de energie - Universitatea Tehnică de Stat Ulyanovsk, 2001, pp. 3-13.

6. Domenii de aplicare a surselor de alimentare [Resursa electronica] - Mod de acces: http://www.power2000.ru/apply_obl.html

7. Surse de alimentare computer [Resursă electronică] - Mod de acces: http://offline.computerra.ru/2002/472/22266/

8. Evoluția surselor de alimentare în comutație [Resursa electronică] - Mod de acces: http://www.power-e.ru/2008_4_26. php

9. Principiul de funcționare al comutației surselor de alimentare [Resursa electronică] - Mod de acces: http://radioginn. ucoz.ru/publ/1-1-0-1

Documente similare

    Conceptul, scopul și clasificarea surselor secundare de energie. Schema structurală și de circuit a unei surse de alimentare secundare care funcționează dintr-o rețea de curent continuu și care produce tensiune alternativă la ieșire. Calculul parametrilor sursei de energie.

    lucrare de curs, adăugată 28.01.2014

    Surse de alimentare secundare ca parte integrantă a oricărui dispozitiv electronic. Luarea în considerare a convertoarelor semiconductoare care conectează sistemele AC și DC. Analiza principiilor de construire a circuitelor de surse pulsate.

    teză, adăugată 17.02.2013

    Sursă de energie ca dispozitiv conceput pentru a alimenta echipamentele cu energie electrică. Transformarea tensiunii de frecvență a puterii de curent alternativ în tensiune de curent continuu pulsatoriu folosind redresoare. Stabilizatoare de tensiune DC.

    rezumat, adăugat 02.08.2013

    Stabilizarea tensiunii medii de ieșire a sursei secundare de alimentare. Factorul minim de stabilizare a tensiunii. Stabilizator de tensiune de compensare. Curentul maxim de colector al tranzistorului. Coeficient de filtru anti-aliasing.

    test, adaugat 19.12.2010

    Combinarea funcțiilor de redresare cu reglarea sau stabilizarea tensiunii de ieșire. Dezvoltarea unui circuit structural electric pentru o sursă de energie. Transformator descendente și alegerea bazei elementului de alimentare. Calculul unui transformator de putere redusă.

    lucrare curs, adaugat 16.07.2012

    Calculul transformatorului și parametrii stabilizatorului de tensiune integrat. Schema schematică a sursei de alimentare. Calculul parametrilor unui redresor necontrolat și filtru de netezire. Selectarea diodelor redresoare, selectarea dimensiunilor circuitelor magnetice.

    lucrare curs, adaugat 14.12.2013

    Analiza sistemului de alimentare secundară a sistemului de rachete antiaeriene Strela-10. Caracteristicile stabilizatorilor schematici de impulsuri. Analiza funcționării unui stabilizator de tensiune modernizat. Calculul elementelor sale și al parametrilor principali.

    teză, adăugată 03.07.2012

    Principiul de funcționare al unei surse de alimentare cu invertor pentru un arc de sudare, avantajele și dezavantajele acesteia, circuite și design. Eficiența funcționării surselor de alimentare cu invertor în ceea ce privește economisirea energiei. Element de bază redresoare cu invertor.

    lucrare curs, adaugat 28.11.2014

    Secvența de asamblare a unui amplificator inversor care conține un generator de funcții și un contor de răspuns amplitudine-frecvență. Oscilograma semnalelor de intrare și de ieșire la o frecvență de 1 kHz. Circuitul de măsurare a tensiunii de ieșire și abaterile acestuia.

    lucru de laborator, adaugat 07.11.2015

    Analiza circuitului electric: desemnarea nodurilor, curenților. Determinarea semnalelor de intrare și de ieșire, caracteristicile de transfer ale unei rețele cu patru terminale. Schema bloc a sistemului de control. Răspunsurile sistemului la un singur pas impact în condiții zero.

Cu siguranță nu există nicio modalitate de a-l ține cu o singură labă... Ei bine, cu siguranță nu îl poți lua într-o excursie, decât dacă îl tragi cu tine pe o frânghie. Iată primul minus - este foarte greu. Urmează tranzistorul. Dacă avem nevoie de parametri super-duper, cum ar fi o tensiune stabilă la ieșire, astfel încât să funcționeze atât cu o rețea redusă, cât și cu una crescută, atunci tranzistorul va fi cu siguranță plasat pe un radiator, pe care, în cel mai groaznic conditii, va fi posibil sa prajiti oua pentru voi si sa dezghetati pestele pentru cei cu mustati animalele de companie (Mrrrr!.. am auzit ceva?) Asta inseamna ca al doilea dezavantaj al surselor de alimentare liniare este eficienta scazuta si incalzirea puternica. Din cauza acestor două dezavantaje principale, sursele de alimentare liniare sunt adesea înlocuite cu cele cu comutare.


Deci, numărul doi! Urmează un IP pulsat

Figura 3 Pulse IP


La prima vedere, schema pare mai complicată. Da, sunt mai multe detalii :) Doar că toate sunt reduse pe o eșarfă mică de 5x10cm și nu cântăresc mai mult de 100 g. Dar ce să spun! Uita-te la poze! Aceleași două surse de alimentare de 60W. În stânga este liniar, în dreapta este pulsat.



Figura 4 Surse de alimentare liniare și comutatoare de 60 W


„Păi, bine, bine... opriți muzica!!! Unde este piesa aceea de fontă?” - tu intrebi. Unde s-a dus tranzistorul de pe radiator? Eh, frate, ce sucit este totul aici...
Voi explica. Am înlocuit piesa mare de fier din fontă cu un transformator mic. Un tranzistor pe un radiator imens nu este deloc necesar - tensiunea de ieșire este stabilizată într-un mod diferit, ceea ce necesită un tranzistor mic pe un radiator mic. În plus, micul generator de impulsuri are protecție la scurtcircuit, pe care „fratele mai mare” nu o are :) Ei bine, pe cine să luăm în drumeție? Desigur, mic, dar îndrăzneț!
Acum să intrăm în terminologie.


Sursă de alimentare comutată (SMPS)- Denumirea generală a surselor de alimentare bazată pe principiul impulsului (de comutare) al conversiei energiei electrice. Clasificarea IIP este împărțită în două subtipuri:

- convertor- Alimentare cu izolarea părților primare și secundare. Poate fi sus, jos... orice. Poate exista orice tensiune la intrare și același lucru poate fi la ieșire. Dar părțile primare și secundare nu au un fir comun între ele. Adică izolare galvanică. Convertorul poate fi stabilizat sau nestabilizat. Dar, repet, se cere un deznodământ!!!

Un exemplu de convertor este prezentat în figură:


Figura 5 Circuitul convertizorului general

Principiul de funcționare este simplu - tranzistorul cheie, bazat pe semnalele de la unitatea de control, pompează energie în transformator, transformatorul o convertește, adică o coboară, o crește sau pur și simplu o transmite unu la unu, dioda secundară rectifică această energie convertită, condensatorul o netezește astfel încât tensiunea să fie uniformă și fără pulsații. Exemple de convertoare sunt sursele de alimentare de la rețea. Toate. Din motive de siguranță, este necesar ca tensiunea de la rețea să nu fie transmisă în niciun caz la ieșirea sursei de alimentare, altfel coada cuiva va fi prăjită, blana va sta pe cap și mustața va fi legată într-un nod.

- stabilizator- Aici începe confuzia :) Aceasta este o sursă de alimentare care are un fir comun între părțile primare și secundare. Adică are o intrare (plus și masă) și o ieșire (plus și masă). Și terenul de la intrare și de la ieșire este același. Stabilizatorii sunt împărțiți în trei tipuri, despre care voi discuta în articole: buck, boost și inversare. Stabilizatorii sunt fie reglabili, fie nereglabili. Da, tipul de stabilizatori include SMPS, care nu au stabilizare ca atare, dar firul de împământare este încă obișnuit. Ne vom uita si la diagramele lor :)

Exemple de stabilizatori - uite:

Figura 6 Circuit general stabilizator


Acest lucru funcționează puțin diferit: tranzistorul cheie încă pompează energie în transformator, cum se face acest lucru este sfătuit de unitatea de control, dar atunci nu este deloc așa. Inductorul acumulează energie în timp ce tranzistorul este deschis. Când tranzistorul se închide, curentul dorește să circule prin inductor; dioda D1, care se numește retur, îl ajută în acest sens. Când curentul scade, tranzistorul se deschide din nou și procesul continuă. Condensatorul C2 netezește în continuare ondulațiile. Nu este puțin clar, dar ne vom uita la programe și modurile de funcționare mai târziu. Deocamdată, aceasta este o teorie pur exploratorie.

După cum puteți vedea, firul comun la intrare și la ieșire este același fir comun. Nu există nicio rezoluție. Exemple sunt numeroși stabilizatori „24V/12V”, „12V/5V” și așa mai departe. Oriunde trebuie doar să reduceți tensiunea cu un minim de pierderi de căldură și o dimensiune cât mai mică posibil.

Aproape fiecare dispozitiv electronic are o sursă de alimentare - un element important al diagramei de cablare. Blocurile sunt folosite în dispozitive care necesită putere redusă. Sarcina de bază a sursei de alimentare este reducerea tensiunii rețelei. Primele surse de alimentare în comutație au fost proiectate după inventarea bobinei, care funcționa cu curent alternativ.

Utilizarea transformatoarelor a dat impuls dezvoltării surselor de alimentare. După redresorul de curent, se efectuează egalizarea tensiunii. În unitățile cu convertizor de frecvență, acest proces are loc diferit.

Unitatea de impulsuri se bazează pe un sistem invertor. După redresarea tensiunii, se formează impulsuri dreptunghiulare cu o frecvență înaltă și se alimentează filtrul de ieșire de joasă frecvență. Sursele de alimentare comutatoare convertesc tensiunea și furnizează putere sarcină.

Nu există nicio disipare a energiei din unitatea de impuls. Din sursa liniară are loc disipare pe semiconductori (tranzistori). Compactitatea și greutatea sa redusă îi conferă, de asemenea, superioritate față de unitățile transformatoare la aceeași putere, motiv pentru care este adesea înlocuită cu unități cu impulsuri.

Principiul de funcționare

Funcționarea unui UPS de design simplu este următoarea. Dacă curentul de intrare este AC, ca în majoritatea aparatelor de uz casnic, atunci tensiunea este mai întâi convertită în DC. Unele modele de unități au comutatoare care dublează tensiunea. Acest lucru se face pentru a vă conecta la o rețea cu tensiuni nominale diferite, de exemplu, 115 și 230 de volți.

Redresorul egalizează tensiunea alternativă și scoate curent continuu, care intră în filtrul condensatorului. Curentul de la redresor iese sub forma unor impulsuri mici de inalta frecventa. Semnalele au energie mare, ceea ce reduce factorul de putere al transformatorului de impulsuri. Din acest motiv, dimensiunile unității de impuls sunt mici.

Pentru a corecta scăderea puterii în noile surse de alimentare, se folosește un circuit în care curentul de intrare este obținut sub formă de sinus. Blocurile sunt instalate în computere, camere video și alte dispozitive conform acestei scheme. Unitatea de impulsuri funcționează de la o tensiune constantă care trece prin unitate fără schimbare. Un astfel de bloc se numește flyback. Dacă servește 115 V, este nevoie de 163 de volți pentru a funcționa la tensiune constantă, aceasta se calculează ca (115 × √2).

Pentru un redresor, un astfel de circuit este dăunător, deoarece jumătate dintre diode nu sunt utilizate în funcțiune, acest lucru provoacă supraîncălzirea părții de lucru a redresorului. În acest caz, durabilitatea este redusă.

După redresarea tensiunii de rețea, invertorul intră în acțiune și convertește curentul. După trecerea printr-un comutator, care are o energie de ieșire mare, din curent continuu se obține curent alternativ. Cu o înfășurare a transformatorului de câteva zeci de spire și o frecvență de sute de herți, sursa de alimentare funcționează ca un amplificator de joasă frecvență, se dovedește a fi mai mare de 20 kHz, nu este accesibilă auzului uman. Comutatorul se face folosind tranzistori cu semnal în mai multe etape. Astfel de tranzistori au rezistență scăzută și capacitate mare de a trece curenții.

Diagrama de funcționare a UPS-ului

În blocurile de rețea, intrarea și ieșirea sunt izolate una de cealaltă; în blocurile cu impulsuri, curentul este aplicat înfășurării primare de înaltă frecvență. Transformatorul creează tensiunea necesară pe înfășurarea secundară.

Pentru tensiuni de ieșire mai mari de 10 V se folosesc diode de siliciu. La tensiuni joase sunt instalate diode Schottky, care au următoarele avantaje:

  • Recuperare rapidă, ceea ce face posibilă pierderi mici.
  • Căderea de tensiune scăzută. Pentru a reduce tensiunea de ieșire, se folosește un tranzistor; partea principală a tensiunii este redresată în el.

Circuit bloc de impulsuri de dimensiune minimă

Într-un circuit UPS simplu, în locul unui transformator se folosește o șoke. Acestea sunt convertoare pentru scăderea sau creșterea tensiunii; aparțin clasei celei mai simple; se folosesc un comutator și o bobine.

Tipuri de UPS

  • Un UPS simplu bazat pe IR2153, comun în Rusia.
  • Comutarea surselor de alimentare bazate pe TL494.
  • Comutarea surselor de alimentare bazate pe UC3842.
  • Tip hibrid, dintr-o lampă de economisire a energiei.
  • Pentru un amplificator cu date crescute.
  • Din balast electronic.
  • UPS reglabil, dispozitiv mecanic.
  • Pentru UMZCH, sursă de alimentare foarte specializată.
  • UPS puternic cu performanță ridicată.
  • La 200 V - pentru o tensiune de cel mult 220 de volți.
  • UPS de rețea de 150 wați, numai în rețea.
  • Pentru 12 V - funcționează normal la 12 volți.
  • Pentru 24 V – funcționează doar la 24 volți.
  • Bridge – se folosește un circuit de punte.
  • Pentru un amplificator cu tuburi - caracteristici pentru tuburi.
  • Pentru LED-uri – sensibilitate ridicată.
  • UPS bipolar, distins prin calitate.
  • Flyback, are tensiune și putere crescute.

Particularități

Un UPS simplu poate consta din transformatoare mici, deoarece pe măsură ce frecvența crește, eficiența transformatorului este mai mare și cerințele pentru dimensiunile miezului sunt mai mici. Acest miez este realizat din aliaje feromagnetice, iar oțelul este folosit pentru frecvențe joase.

Tensiunea din sursa de alimentare este stabilizată prin feedback negativ. Tensiunea de ieșire este menținută la același nivel și nu depinde de sarcina și fluctuațiile de intrare. Feedback-ul este creat folosind diferite metode. Dacă blocul are izolație galvanică de rețea, atunci conectarea unei înfășurări a transformatorului este utilizată la ieșire sau folosind un optocupler. Dacă decuplarea nu este necesară, atunci utilizați un simplu divizor rezistiv. Din acest motiv, tensiunea de ieșire este stabilizată.

Caracteristicile blocurilor de laborator

Principiul de funcționare se bazează pe conversia activă a tensiunii. Pentru a elimina interferența, filtrele sunt plasate la sfârșitul și începutul circuitului. Saturația tranzistoarelor are un efect pozitiv asupra diodelor și există o reglare a tensiunii. Protecția încorporată blochează scurtcircuitele. Cablurile de alimentare sunt utilizate într-o serie nemodulară, puterea ajunge la 500 de wați.

Carcasa are un ventilator de racire, viteza ventilatorului este reglabila. Sarcina maximă a unității este de 23 de amperi, rezistență 3 ohmi, frecvență maximă 5 herți.

Aplicarea blocurilor de impulsuri

Domeniul de utilizare a acestora este în continuă creștere atât în ​​viața de zi cu zi, cât și în producția industrială.

Sursele de comutare sunt utilizate în surse de alimentare neîntreruptibile, amplificatoare, receptoare, televizoare, încărcătoare, pentru linii de iluminat de joasă tensiune, computere, echipamente medicale și alte diverse dispozitive și dispozitive de uz general.

Avantaje și dezavantaje

UPS-ul are următoarele avantaje și dezavantaje:

  • Greutate ușoară.
  • Eficiență crescută.
  • Cost scăzut.
  • Gama tensiunii de alimentare este mai larg.
  • Încuietori de siguranță încorporate.

Greutatea și dimensiunile reduse se datorează utilizării elementelor cu radiatoare de răcire în mod liniar și control prin impuls în locul transformatoarelor grele. Capacitatea condensatorului este redusă prin creșterea frecvenței. Circuitul de redresare a devenit mai simplu; cel mai simplu circuit este semiundă.

Transformatoarele de joasă frecvență pierd multă energie și disipă căldura în timpul transformărilor. Într-un UPS, pierderile maxime apar în timpul proceselor de comutare tranzitorie. Alteori, tranzistoarele sunt stabile, sunt închise sau deschise. Au fost create condiții pentru conservarea energiei, eficiența ajunge la 98%.

Costul UPS-ului a fost redus datorită unificării unei game largi de elemente în întreprinderile robotice. Elementele de putere de la comutatoarele controlate constau din semiconductori de putere mai mică.

Tehnologiile Pulse fac posibilă utilizarea rețelelor de energie cu frecvențe diferite, ceea ce extinde utilizarea surselor de alimentare în diverse rețele de energie. Modulele semiconductoare cu dimensiuni reduse și tehnologie digitală sunt protejate împotriva scurtcircuitelor și a altor accidente.

Unitățile simple cu transformatoare de protecție sunt realizate pe o bază de releu, pe care nu are sens în tehnologia digitală. Numai în unele cazuri sunt utilizate tehnologii digitale:

  • Pentru circuite de control cu ​​putere redusă.
  • Aparate cu curent mic de control de inalta precizie, in tehnologie de masura, voltmetre, contoare de energie, in metrologie.

Defecte

Sursele de alimentare comutate funcționează prin conversia impulsurilor de înaltă frecvență și creează zgomot care scapă în mediu. Este necesară suprimarea și combaterea interferențelor folosind diferite metode. Uneori, suprimarea zgomotului nu are efect, iar utilizarea blocurilor de impulsuri devine imposibilă pentru unele tipuri de dispozitive.

Nu se recomandă conectarea surselor de alimentare în comutație atât cu sarcini mici, cât și cu sarcini mari. Dacă curentul de ieșire scade brusc sub limita setată, este posibil ca pornirea să nu fie posibilă, iar sursa de alimentare va avea distorsiuni de date care nu sunt potrivite pentru domeniul de funcționare.

Cum să alegi sursele de alimentare comutatoare

Mai întâi trebuie să decideți cu privire la o listă de echipamente și să o împărțiți în grupuri:

  • Consumatorii obișnuiți fără sursă proprie de energie.
  • Consumatorii cu sursa lor.
  • Dispozitive cu conexiune periodică.

În fiecare grup, este necesar să se adună consumul de curent pentru toate elementele. Dacă obțineți mai mult de 2 A, atunci este mai bine să conectați mai multe surse.

Al doilea și al treilea grup pot fi conectate la surse de alimentare ieftine. În continuare, stabilim timpul necesar de rezervare. Pentru a calcula capacitatea bateriei pentru a asigura funcționarea autonomă, înmulțim curentul echipamentelor din grupele 1 și 2 cu ore.

Din această figură selectăm surse de alimentare comutatoare. La cumpărare, nu puteți neglija importanța sursei de alimentare în sistem. Funcționarea și stabilitatea echipamentului depind de aceasta.

Ele au fost întotdeauna elemente importante ale oricărui dispozitiv electronic. Aceste dispozitive sunt utilizate în amplificatoare și receptoare. Funcția principală a surselor de alimentare este considerată a fi reducerea tensiunii maxime 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. Ele sunt conectate între ele folosind catozi. Un potențial negativ în sistem face posibilă blocarea dinistorului. Pornirea redresorului este facilitată după oprirea tranzistorului. În plus, sunt prevăzute două siguranțe pentru a preveni saturarea tranzistorilor. 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 comutării surselor de alimentare de acest 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. Sursa de alimentare cu impulsuri de laborator are condensatoare convenționale. Saturația tranzistoarelor are loc treptat, iar acest lucru are un efect pozitiv asupra diodelor. Reglarea tensiunii este asigurată 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 cel mai adesea instalați 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 acestui dispozitiv, inspectați baza acestuia. 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 tranzistorii sunt utilizați la 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 poate modifica debitul tranzistorilor. 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 de obicei instalați 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 sursei de alimentare cu comutare reglată este 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 transformatoarele sunt instalate cu 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, de obicei este setat pe silent. 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 urmare, este imposibil să le instalați pe instrumente de măsură.

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.

SURSE DE ALIMENTARE PULSE

Este cunoscut faptul că sursele de alimentare sunt o parte integrantă a dispozitivelor de inginerie radio, care sunt supuse unui număr de cerințe; ele reprezintă un complex de elemente, instrumente și aparate care generează energie electrică și o transformă în forma necesară pentru a asigura condițiile de funcționare necesare dispozitivelor radio.

Sursele de energie sunt împărțite în două grupe: surse primare și secundare: Sursele primare sunt dispozitive care convertesc diferite tipuri de energie în energie electrică (generatoare de mașini electrice, surse de curent electrochimic, convertoare fotoelectrice și termoionice etc.).

Dispozitivele secundare de putere sunt convertoare ale unui tip de energie electrică în altul. Acestea includ: convertoare de tensiune AC-DC (redresoare); Convertoare de tensiune AC (transformatoare); Convertoare DC-AC (invertoare).

Sursele de alimentare reprezintă în prezent 30 până la 70% din masa și volumul total al echipamentelor electronice. Prin urmare, problema creării unui dispozitiv de alimentare în miniatură, ușor și fiabil, cu indicatori tehnici și economici buni, este importantă și relevantă. Această lucrare este dedicată dezvoltării unei surse de alimentare secundare (SPS) cu greutate și dimensiuni minime și caracteristici tehnice ridicate.

O condiție prealabilă pentru proiectarea surselor de alimentare secundare este cunoașterea clară a cerințelor pentru acestea. Aceste cerințe sunt foarte diverse și sunt determinate de caracteristicile de funcționare ale acelor complexe REA care sunt alimentate de o anumită SRE. Principalele cerințe sunt: ​​pentru proiectare - fiabilitate, mentenanță, restricții de dimensiune și greutate, condiții termice; la caracteristicile tehnice şi economice – cost şi fabricabilitate.

Principalele direcții de îmbunătățire a greutății, dimensiunilor și indicatorilor tehnici și economici ai IP: utilizarea celor mai noi materiale electrice; aplicarea elementului de bază folosind tehnologia integral-hibridă; creșterea frecvenței de conversie a energiei electrice; caută noi soluții eficiente de circuit. Pentru a selecta un circuit de alimentare, a fost efectuată o analiză a eficienței utilizării surselor de alimentare în comutație (PSS) în comparație cu PS-urile de putere realizate folosind tehnologia tradițională.

Principalele dezavantaje ale transformatoarelor de putere sunt caracteristicile lor mari de greutate și dimensiune, precum și influența semnificativă a câmpului magnetic puternic al transformatoarelor de putere asupra altor dispozitive electronice. Problema cu SMPS este crearea de interferențe de înaltă frecvență și, ca urmare a acesteia, incompatibilitatea electromagnetică cu anumite tipuri de echipamente electronice. Analiza a arătat că SMPS îndeplinesc pe deplin cerințele, ceea ce este confirmat de utilizarea lor pe scară largă în REA.

Lucrarea examinează un SMPS de 800 W, care diferă de alte SMPS prin utilizarea tranzistoarelor cu efect de câmp și a unui transformator cu o înfășurare primară având o bornă mijlocie în convertor. FET-urile oferă o eficiență mai mare și un zgomot de înaltă frecvență redus, iar transformatorul mid-tap furnizează jumătate din curent prin tranzistoarele de comutare și elimină necesitatea unui transformator de izolare în circuitele de poartă.

Pe baza diagramei circuitului electric selectat, a fost dezvoltat un design și a fost fabricat un prototip SMPS. Întreaga structură este prezentată sub forma unui modul instalat într-o carcasă de aluminiu. După testele inițiale, au fost identificate o serie de deficiențe: încălzirea vizibilă a radiatoarelor tranzistoarelor cheie, dificultatea de a elimina căldura de la rezistențele domestice puternice și dimensiunile mari.

Designul a fost modificat: designul plăcii de control a fost modificat folosind componente montate la suprafață pe o placă cu două fețe, instalarea sa perpendiculară pe placa principală; utilizarea unui radiator cu ventilator încorporat de la un computer; toate elementele circuitului sub presiune termică au fost amplasate special pe o parte a carcasei de-a lungul direcției de suflare a ventilatorului principal pentru o răcire cât mai eficientă. Ca urmare a modificării, dimensiunile IPP au fost reduse de trei ori și au fost eliminate deficiențele identificate în timpul testelor inițiale. Eșantionul modificat are următoarele caracteristici: tensiune de alimentare Up = ~ 180-240 V, frecvență fr = 90 kHz, putere de ieșire P = 800 W, randament = 85%, greutate = 2,1 kg, dimensiuni de gabarit 145x145x80 mm.

Această lucrare este dedicată proiectării unei surse de alimentare cu comutație concepută pentru a alimenta un amplificator de putere audio, care face parte dintr-un sistem de reproducere audio de înaltă putere. Crearea unui sistem de reproducere a sunetului acasă a început cu alegerea unui design de circuit pentru UMZCH. În acest scop, a fost efectuată o analiză a proiectării circuitelor dispozitivelor de reproducere a sunetului. Alegerea a fost făcută pe circuitul UMZCH de înaltă fidelitate.

Acest amplificator are caracteristici foarte înalte, conține dispozitive de protecție împotriva suprasarcinii și scurtcircuitelor, dispozitive pentru menținerea potențialului zero de tensiune constantă la ieșire și un dispozitiv de compensare a rezistenței firelor care leagă amplificatorul la acustică. În ciuda faptului că circuitul UMZCH a fost publicat cu mult timp în urmă, radioamatorii își repetă până astăzi designul, referințe la care pot fi găsite în aproape orice literatură referitoare la asamblarea dispozitivelor pentru redarea muzicii de înaltă calitate. Pe baza acestui articol, s-a decis asamblarea unui UMZCH cu patru canale, al cărui consum total de energie a fost de 800 W. Prin urmare, următoarea etapă în asamblarea UMZCH a fost dezvoltarea și asamblarea unui design de alimentare care să ofere o putere de ieșire de cel puțin 800 W, dimensiuni și greutate reduse, fiabilitate în funcționare și protecție împotriva suprasarcinii și scurtcircuitelor.

Sursele de alimentare sunt construite în principal după două scheme: clasică tradițională și după schema convertoarelor de tensiune în impulsuri. Prin urmare, s-a decis asamblarea și rafinarea designului unei surse de alimentare comutatoare.

Studiul surselor secundare de energie. Sursele de energie sunt împărțite în două grupe: surse de alimentare primare și secundare.

Sursele primare sunt dispozitive care convertesc diferite tipuri de energie în energie electrică (generatoare de mașini electrice, surse de curent electrochimic, convertoare fotoelectrice și termoionice etc.).

Dispozitivele secundare de putere sunt convertoare ale unui tip de energie electrică în altul. Acestea includ:

  • * Convertoare de tensiune AC la DC (redresoare);
  • * Convertoare de tensiune AC (transformatoare);
  • * Convertoare DC-AC (invertoare).

Sursele de alimentare secundare sunt construite în principal după două scheme: clasică tradițională și după schema convertoarelor de tensiune în impuls. Principalul dezavantaj al transformatoarelor de putere realizate conform designului clasic tradițional este caracteristicile lor mari de greutate și dimensiune, precum și influența semnificativă a câmpului magnetic puternic al transformatoarelor de putere asupra altor dispozitive electronice. Problema cu SMPS este crearea lor de interferență de înaltă frecvență și, ca urmare a acesteia, incompatibilitatea electromagnetică cu anumite tipuri de echipamente electronice. Analiza a arătat că SMPS îndeplinesc pe deplin cerințele, ceea ce este confirmat de utilizarea lor pe scară largă în REA.

Transformatoarele surselor de alimentare în comutație se deosebesc de cele tradiționale prin următoarele: - alimentare cu tensiune dreptunghiulară; forma complicată a înfășurărilor (bornele punctului de mijloc) și funcționarea la frecvențe mai mari (până la câteva zeci de kHz). În plus, parametrii transformatorului au un impact semnificativ asupra modului de funcționare al dispozitivelor semiconductoare și asupra caracteristicilor convertorului. Astfel, inductanța de magnetizare a transformatorului crește timpul de comutare al tranzistoarelor; inductanța de scurgere (cu un curent care se schimbă rapid) provoacă supratensiuni pe tranzistoare, ceea ce poate duce la defectarea acestora; Curentul fără sarcină reduce eficiența convertorului și înrăutățește condițiile termice ale tranzistoarelor. Caracteristicile notate sunt luate în considerare la calcularea și proiectarea transformatoarelor SMPS.

Această lucrare examinează o sursă de alimentare comutată de 800 W. Diferă de cele descrise mai devreme prin utilizarea tranzistoarelor cu efect de câmp și a unui transformator cu o înfășurare primară cu o bornă de mijloc în convertor. Primul oferă o eficiență mai mare și un nivel redus de interferență de înaltă frecvență, iar al doilea furnizează jumătate din curent prin tranzistoarele cheie și elimină necesitatea unui transformator de izolare în circuitele de poartă.

Dezavantajul acestei soluții de circuit este tensiunea ridicată pe jumătățile înfășurării primare, care necesită utilizarea de tranzistori cu tensiunea admisă adecvată. Adevărat, spre deosebire de un convertor de punte, în acest caz sunt suficiente doi tranzistori în loc de patru, ceea ce simplifică designul și crește eficiența dispozitivului.

Sursele de alimentare cu comutare (UPS) folosesc convertoare de înaltă frecvență cu unul și doi cicluri. Eficiența primei este mai mică decât cea a celui din urmă, așa că nu este practic să proiectați UPS-uri cu un singur ciclu cu o putere mai mare de 40...60 W. Convertoarele push-pull oferă o putere de ieșire semnificativ mai mare cu o eficiență ridicată. Ele sunt împărțite în mai multe grupuri, caracterizate prin metoda de excitare a tranzistorilor cheie de ieșire și circuitul de conectare a acestora la circuitul înfășurării primare a transformatorului convertor. Dacă vorbim despre metoda de excitare, putem distinge două grupuri: cu auto-excitare și excitare externă.

Primele sunt mai puțin populare din cauza dificultăților de stabilire. Atunci când se proiectează UPS-uri puternice (mai mult de 200 W), complexitatea fabricării lor crește în mod nejustificat, așa că sunt de puțin folos pentru astfel de surse de alimentare. Convertoarele cu excitație externă sunt potrivite pentru a crea UPS-uri de mare putere și uneori nu necesită aproape nicio configurare. În ceea ce privește conectarea tranzistoarelor cheie la un transformator, există trei circuite: așa-numita semi-punte (Fig. 1, a), punte (Fig. 1, b). Astăzi, convertorul cu jumătate de punte este cel mai utilizat.

Necesită două tranzistoare cu o valoare relativ scăzută a tensiunii Ukemax. După cum se poate vedea din Fig. 1a, condensatoarele C1 și C2 formează un divizor de tensiune, la care este conectată înfășurarea primară (I) a transformatorului T2. Când tranzistorul cheie se deschide, amplitudinea impulsului de tensiune pe înfășurare atinge valoarea Upit/2 - Uke nas. Convertorul în punte este similar cu convertorul în jumătate de punte, dar în el condensatorii sunt înlocuiți cu tranzistorii VT3 și VT4 (Fig. 1b), care se deschid în perechi în diagonală. Acest convertor are o eficiență puțin mai mare datorită creșterii tensiunii furnizate înfășurării primare a transformatorului și, prin urmare, scăderii curentului care curge prin tranzistoarele VT1-VT4. Amplitudinea tensiunii pe înfășurarea primară a transformatorului atinge în acest caz valoarea Upit - 2Uke us.

De remarcat în special este convertorul conform circuitului din Fig. 1c, care se caracterizează prin cea mai mare eficiență. Acest lucru se realizează prin reducerea curentului înfășurării primare și, ca urmare, prin reducerea disipării de putere în tranzistoarele cheie, ceea ce este extrem de important pentru UPS-urile puternice. Amplitudinea de tensiune a impulsurilor în jumătate din înfășurarea primară crește la valoarea Upit - Uke us.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că, spre deosebire de alte convertoare, nu necesită un transformator de izolare de intrare. În dispozitivul conform circuitului din Fig. 1c, este necesar să se utilizeze tranzistori cu o valoare Uke max mare. Deoarece sfârșitul jumătății superioare (conform diagramei) a înfășurării primare este conectată la începutul celei inferioare, atunci când curentul curge în primul dintre ele (VT1 este deschis), se creează o tensiune în a doua, egală ( în valoare absolută) la amplitudinea tensiunii de pe primul, dar opus în semn relativ la Upit. Cu alte cuvinte, tensiunea la colectorul tranzistorului închis VT2 ajunge la 2Upit. prin urmare, Uke max ar trebui să fie mai mare decât 2Upit. UPS-ul propus utilizează un convertor push-pull cu un transformator, a cărui înfășurare primară are o bornă de mijloc. Are eficiență ridicată, ondulație scăzută și emite slab interferențe în spațiul înconjurător.