Typer av strömförsörjning. Växla strömförsörjning, teori och enkla kretsar

Lämna en kommentar 6,950

6) Jag planerar att implementera en krafttransformator på en kärna av typen Epcos ETD44/22/15 gjord av N95-material. Kanske kommer mitt val att förändras ytterligare när jag beräknar lindningsdata och total effekt.

7) Jag tvekade länge mellan att välja typ av likriktare på sekundärlindningen mellan en dubbel Schottky-diod och en synkron likriktare. Du kan sätta en dubbel Schottky-diod, men detta är P \u003d 0,6V * 40A \u003d 24 W i värme, med en SMPS-effekt på cirka 650 W, erhålls en förlust på 4%! Vid användning av den vanligaste IRF3205 i en synkron likriktare med motståndskanal frigörs värme P = 0,008 ohm * 40A * 40A = 12,8W. Det visar sig att vi vinner 2 gånger eller 2% effektivitet! Allt var vackert tills jag satte ihop en lösning på brödbrädan på IR11688S. Dynamiska kopplingsförluster lades till de statiska förlusterna på kanalen, och i slutändan var det vad som hände. Kapacitansen för fältarbetare för höga strömmar är fortfarande stor. detta behandlas med drivrutiner som HCPL3120, men detta är en ökning av priset på produkten och en överdriven komplikation av kretsar. Egentligen, utifrån dessa överväganden, beslutades det att sätta en dubbel Schottky och sova lugnt.

8) LC-kretsen vid utgången kommer för det första att minska strömrippeln, och för det andra låter den dig "klippa av" alla övertoner. Det senare problemet är extremt relevant när man driver enheter som arbetar inom radiofrekvensområdet och som innehåller högfrekventa analoga kretsar. I vårt fall talar vi om en HF-sändtagare, så här är filtret helt enkelt viktigt, annars kommer störningen att "krypa" upp i luften. Helst kan du här fortfarande sätta en linjär stabilisator på utgången och få minimala krusningar i enheter av mV, men i själva verket kommer hastigheten på operativsystemet att tillåta dig att få spänningsrippel inom 20-30 mV utan en "panna", inuti sändaren/mottagaren drivs kritiska noder genom sina LDO:er, så dess redundans är uppenbar.

Tja, vi körde igenom funktionaliteten och det här är bara början)) Men ingenting, det kommer att gå gladare, för den mest intressanta delen börjar - beräkningarna av allt och alla!

Beräkning av en krafttransformator för en halvbrygga spänningsomvandlare

Nu är det värt att fundera lite på konstruktionen och topologin. Jag planerar att använda fälteffekttransistorer, inte IGBT, så man kan välja en större driftsfrekvens, medan jag funderar på 100 eller 125 kHz, samma frekvens kommer förresten att vara på KKM. En ökning av frekvensen kommer att minska transformatorns dimensioner något. Å andra sidan vill jag inte höja frekvensen mycket, eftersom Jag använder TL494 som styrenhet, efter 150 kHz visar den sig inte så bra, och dynamiska förluster kommer att öka.

Baserat på dessa ingångar kommer vi att beräkna vår transformator. Jag har flera uppsättningar av ETD44/22/15 i lager och därför fokuserar jag på det för tillfället, listan över ingångar är som följer:

1) Material N95;
2) Kärna typ ETD44/22/15;
3) Driftsfrekvens - 100 kHz;
4) Utspänning - 15V;
5) Utström - 40A.

För beräkningar av transformatorer upp till 5 kW använder jag programmet Old Man, det är bekvämt och beräknar ganska exakt. Efter 5 kW börjar magin, frekvenserna ökar för att minska storleken, och fält- och strömtätheten når sådana värden att även hudeffekten kan ändra parametrarna med nästan 2 gånger, så för höga effekter använder jag den gamla -moderad metod "med formler och blyertsteckning på papper." När du matade in dina indata i programmet erhölls följande resultat:

Figur 2 - Resultatet av beräkningen av transformatorn för halvbrygga

I figuren till vänster är indata markerade, jag beskrev dem ovan. I mitten är de resultat som vi är mest intresserade av markerade i lila, Jag ska gå igenom dem kort:

1) Ingångsspänningen är 380V DC, den är stabiliserad pga halvbron matas från KKM. Sådan kraft förenklar designen av många noder, eftersom. strömrissningarna är minimala och transformatorn behöver inte dra spänning när den ingående nätspänningen är 140V.

2) Den förbrukade effekten (pumpad genom kärnan) visade sig vara 600 W, vilket är 2 gånger mindre än den totala effekten (den som kärnan kan pumpa utan att gå över i mättnad), vilket betyder att allt är bra. Jag hittade inte N95-materialet i programmet, men jag spanade in på Epcos hemsida i databladet att N87 och N95 skulle ge mycket liknande resultat, när jag kollade det på ett papper fick jag reda på att skillnaden på 50 W av total makt är inte ett hemskt fel.

3) Data om primärlindningen: vi lindar 21 förvandlas till 2 ledningar med en diameter på 0,8 mm, jag tror att allt är klart här? Strömtätheten är cirka 8A / mm2, vilket betyder att lindningarna inte kommer att överhettas - allt är bra.

4) Data om sekundärlindningen: vi lindar 2 lindningar på 2 varv i vardera med samma tråd på 0,8 mm, men redan vid 14 - ändå är strömmen 40A! Därefter ansluter vi början av en lindning och slutet av den andra, hur man gör detta, jag kommer att förklara ytterligare, av någon anledning faller folk ofta i stupor under montering vid denna tidpunkt. Det finns ingen magi här heller.

5) Induktansen för utgångsdrosseln är 4,9 μH, strömmen är 40A respektive. Vi behöver det så att det inte finns några enorma strömrissningar vid utgången av vårt block, under felsökningsprocessen kommer jag att visa arbete med och utan det på oscilloskopet kommer allt att bli klart.

Beräkningen tog 5 minuter, om någon har frågor så fråga i kommentarerna eller PM - jag ska berätta. För att inte leta efter själva programmet föreslår jag att du laddar ner det från molnet med hjälp av länken. Och min djupa tacksamhet till den gamle mannen för hans arbete!

Nästa logiska steg är att beräkna utgångsspolen för halvbryggan, som är exakt den på 4,9 uH.

Beräkning av lindningsparametrar för utgångsdrosseln

Vi fick indata i föregående stycke när vi beräknade transformatorn, detta:

1) Induktans - 4,9 uH;
2) Märkström - 40A;
3) Amplitud framför gasreglaget - 18V;
4) Spänning efter gasreglaget - 15V.

Vi använder också programmet från The Old Man (alla finns i länken ovan) och får följande data:

Figur 3 - Beräknade data för lindning av utgångsdrosseln

Låt oss nu gå igenom resultaten:

1) Enligt ingångsdata finns det 2 nyanser: frekvensen är vald på samma sätt som omvandlaren fungerar på, jag tycker att detta är logiskt. Den andra punkten är relaterad till strömtätheten, jag kommer omedelbart att notera - gasreglaget ska vara varmt! Det är precis hur mycket vi redan bestämmer, jag valde en strömtäthet på 8A / mm 2 för att få en temperatur på 35 grader, detta kan ses i utgången (markerad i grönt). När allt kommer omkring, som vi minns, behövs en "kall SMPS" enligt kraven vid utgången. Jag skulle också vilja notera för nybörjare en kanske inte helt självklar punkt - choken kommer att värmas upp mindre om det går en stor ström genom den, det vill säga vid en märklast på 40A kommer choken att ha minimal uppvärmning. När strömmen är mindre än märkströmmen, börjar den för en del av energin att fungera som en aktiv belastning (motstånd) och omvandlar all överskottsenergi till värme;

2) Maximal induktion, detta är ett värde som inte får överskridas, annars kommer magnetfältet att mätta kärnan och allt blir väldigt dåligt. Denna parameter beror på materialet och dess övergripande dimensioner. För moderna pulveriserade järnkärnor är det typiska värdet 0,5-0,55 T;

3) Lindningsdata: 9 varv lindas med en lie av 10 trådar med en diameter på 0,8 mm. Programmet anger till och med ungefär hur många lager det kommer att ta. Jag kommer att linda in 9 kärnor, eftersom. då kommer det att vara bekvämt att dela en stor fläta i 3 "pigtails" med 3 kärnor och löda dem på brädet utan problem;

4) Egentligen har själva ringen som jag ska linda den på - 40/24/14,5 mm, det räcker med en marginal. Material nr 52, jag tror att många har sett gulblå ringar i ATX-block, de används ofta i gruppstabiliseringschokes (DGS).

Beräkning av standby-strömförsörjningstransformatorn

Funktionsdiagrammet visar att jag vill använda den "klassiska" flybacken på TOP227 som en standby-strömförsörjning, alla PWM-kontroller, indikationer och fläktar i kylsystemet kommer att drivas från den. Jag insåg att fläktarna kommer att drivas från tjänsterummet först efter en tid, så detta ögonblick visas inte på diagrammet, men ingenting är utveckling i realtid))

Låt oss justera våra indata lite, vad behöver vi:

1) Utgångslindningar för PWM: 15V 1A + 15V 1A;
2) Självströmslindning: 15V 0,1A;
3) Utgångslindning för kylning: 15V 1A.

Vi får behovet av en strömförsörjning med en total effekt - 2*15W + 1,5W + 15W = 46,5W. Det här är normal effekt för TOP227, jag använder den i små SMPS upp till 75 W för alla typer av batteriladdare, skruvmejslar och annat skräp, i många år, vilket är konstigt, ingen har ännu brunnit ut.

Vi går till ett annat program för den gamle mannen och överväger transformatorn för tillbakagången:

Figur 4 - Beräknade data för reservkrafttransformatorn

1) Valet av kärna är motiverat helt enkelt - jag har det i mängden av lådan och det drar samma 75 W)) Data på kärnan. Den är gjord av N87-material och har ett mellanrum på 0,2 mm på varje halva eller 0,4 mm av det så kallade helgapet. Den här kärnan är direkt avsedd för choker, och för flyback-omvandlare är denna induktans bara en choke, men jag kommer inte in i vildmarken än. Om det inte fanns något gap i halvbrotransformatorn, är det obligatoriskt för flygback-omvandlaren, annars, som vilken induktor som helst, kommer den helt enkelt att gå in i mättnad utan ett gap.

2) Data på nyckeln 700V "drain-source" och 2,7 Ohm kanalresistans är hämtade från databladet på TOP227, denna styrenhet har en strömbrytare inbyggd i själva mikrokretsen.

3) Jag tog den lägsta inspänningen lite med marginal - 160V, detta görs så att om själva strömförsörjningen stängs av, tjänstgöringsrummet och indikeringen förblir i drift, kommer de att rapportera en nödlägeslåg matningsspänning.

4) Vår primärlindning består av 45 varv av 0,335 mm tråd till en kärna. De sekundära kraftlindningarna har 4 varv och 4 kärnor med en tråd på 0,335 mm (diameter), självförsörjningslindningen har samma parametrar, så allt är detsamma, bara 1 kärna, eftersom strömmen är en storleksordning lägre.

Beräkning av kraftchoken för den aktiva effektkorrigeraren

Jag tror att den mest intressanta delen av det här projektet är effektfaktorkorrigeraren, eftersom. det finns ganska lite information om dem på Internet, och det finns ännu färre fungerande och beskrivna system.

Vi väljer ett program för beräkning - PFC_ring (PFC är i Basurmansk KKM), vi använder följande ingångar:

1) Ingångsspänning - 140 - 265V;
2) Märkeffekt - 600 W;
3) Utspänning - 380V DC;
4) Driftsfrekvens - 100 kHz, på grund av valet av PWM-kontroller.

Figur 5 - Beräkning av kraftdrosseln för den aktiva PFC

1) Till vänster, som vanligt, anger vi de initiala uppgifterna, ställer in 140V som minimigräns, vi får en enhet som kan arbeta med en nätspänning på 140V, så vi får en "inbyggd spänningsregulator";

Kretsen för kraftsektionen och styrningen är ganska standard, om du plötsligt har frågor, fråga gärna i kommentarerna eller i privata meddelanden. Jag ska göra mitt bästa för att svara och förklara.

Switchande strömförsörjningskretskortsdesign

Så jag kom till det stadium som förblir heligt för många - designen / utvecklingen / spårningen av det tryckta kretskortet. Varför föredrar jag termen "design"? Det är närmare essensen av denna operation, för mig är "kabeldragningen" av tavlan alltid en kreativ process, som en konstnär som målar en bild, och det blir lättare för människor från andra länder att förstå vad du gör.

Själva bräddesignprocessen innehåller inga fallgropar, de finns i enheten som den är avsedd för. Faktum är att kraftelektronik inte lägger fram några vilda regler och krav mot bakgrund av samma mikrovågsanaloga eller höghastighets digitala databussar.

Jag kommer att lista de grundläggande kraven och reglerna specifikt för strömkretsar, detta kommer att möjliggöra implementeringen av 99% av amatördesignerna. Jag kommer inte att prata om nyanserna och "tricken" - alla borde fylla sina egna stötar, skaffa erfarenhet och redan arbeta med det. Och så gick vi:

Lite om strömtätheten i tryckta ledare

Ofta tänker folk inte på denna parameter och jag har sett där kraftdelen är gjord med 0,6 mm ledare med 80% av kortets yta helt enkelt tom. Varför gör detta är ett mysterium för mig.

Så vilken strömtäthet kan man ta hänsyn till? För en vanlig tråd är standardsiffran 10A / mm 2, denna begränsning är kopplad till kylningen av tråden. Du kan också skicka en större ström, men innan dess, sänk den till flytande kväve. Platta ledare, som på exempelvis ett kretskort, har stor yta, det är lättare att kyla dem vilket gör att man har råd med höga strömtätheter. För normala förhållanden med passiv eller luftkylning är det vanligt att ta hänsyn till 35-50 A / mm 2, där 35 är för passiv kylning, 50 är i närvaro av konstgjord luftcirkulation (mitt fall). Det finns en siffra till - 125 A/mm 2 , det här är en riktigt stor siffra, inte alla supraledare har råd med det, men det kan bara uppnås med nedsänkningsvätskekylning.

Jag stötte på det senare när jag arbetade med ett företag som ägnade sig åt teknisk kommunikation och serverdesign, och det var designen av moderkortet som föll på min lott, nämligen delen med flerfasström och switchning. Jag blev mycket förvånad när jag såg en strömtäthet på 125 A/mm 2, men de förklarade för mig och visade denna möjlighet i montern - då insåg jag varför hela rack med servrar är nedsänkta i enorma oljepölar)))

I min bit järn är allt enklare, 50 A / mm 2 figur är ganska lagom för sig själv, med en koppartjocklek på 35 mikron kommer polygonerna att ge önskat tvärsnitt utan problem. Resten var för den allmänna utvecklingen och förståelsen av frågan.

2) Ledarnas längd - i detta stycke finns det inget behov av att utjämna linjerna med en noggrannhet på 0,1 mm, vilket görs till exempel när du "ansluter" DDR3-databussen. Även om det fortfarande är mycket önskvärt att göra längden på signalledningarna ungefär lika med längden. +-30% av längden räcker, huvudsaken är att inte göra HIN 10 gånger längre än LIN. Detta är nödvändigt för att fronterna på signalerna inte ska skifta i förhållande till varandra, eftersom även vid en frekvens på bara hundra kilohertz kan en skillnad på 5-10 gånger orsaka en genomströmning i tangenterna. Detta är särskilt sant med ett litet värde på "dödtid", även vid 3 % för TL494 är detta sant;

3) Gapet mellan ledarna - det är nödvändigt att minska läckströmmar, speciellt för ledare där RF-signalen (PWM) flyter, eftersom fältet i ledarna är starkt och RF-signalen, på grund av hudeffekten, tenderar att strömma ut både till ledarens yta och utanför dess gränser. Vanligtvis är ett gap på 2-3 mm tillräckligt;

4) Galvaniskt isoleringsgap - detta är gapet mellan galvaniskt isolerade sektioner av kortet, vanligtvis är nedbrytningskravet cirka 5 kV. För att bryta igenom 1 mm luft behövs ca 1-1,2 kV, men hos oss är en nedbrytning möjlig inte bara genom luft, utan också genom textolit och en mask. I fabriken används material som genomgår elprovning och du kan sova lugnt. Därför är huvudproblemet luft och från ovanstående förhållanden kan vi dra slutsatsen att cirka 5-6 mm spelrum kommer att vara tillräckligt. I grund och botten, uppdelningen av polygoner under transformatorn, eftersom. det är huvudmedlet för galvanisk isolering.

Låt oss nu gå direkt till utformningen av styrelsen, jag kommer inte att prata i den här artikeln i superdetaljer, och i allmänhet är det inte mycket att skriva en hel bok med önskan. Om det finns en stor grupp människor som vill ha det (jag kommer att göra en undersökning i slutet), så kommer jag bara att spela in videor på den här enhetens "ledningar", det blir både snabbare och mer informativt.

Stadier för att skapa ett kretskort:

1) Det första steget är att bestämma enhetens ungefärliga dimensioner. Om du har ett färdigt fodral bör du mäta fotavtrycket i det och utgå från det i brädans mått. Jag planerar att göra ett fodral på beställning från aluminium eller mässing, så jag kommer att försöka göra den mest kompakta enheten utan att förlora kvalitet och prestanda.

Figur 9 - Vi skapar ett ämne för den framtida brädan

Kom ihåg - skivans mått måste vara en multipel av 1 mm! Eller åtminstone 0,5 mm, annars kommer du fortfarande ihåg mitt testamente om Lenin, när du monterar allt i paneler och gör ett ämne för produktion, och formgivarna som kommer att skapa fallet enligt din tavla kommer att överösa dig med förbannelser. Skapa inte en tavla med måtten ala "208.625 mm" om det inte är absolut nödvändigt!
P.S. tack tillv. Lunkov för det faktum att han ändå förmedlade denna ljusa idé till mig))

Här gjorde jag 4 operationer:

A) Själva brädan gjorde jag med totalmått på 250x150 mm. Även om detta är en ungefärlig storlek, så tror jag att den kommer att krympa märkbart;
b) Avrundade hörnen, eftersom under leverans och montering kommer vassa sådana att dödas och skrynklas + brädan ser snyggare ut;
c) Placerade monteringshål, ej metalliserade, med en håldiameter på 3 mm för standardfästen och ställ;
d) Skapade klassen "NPTH", där jag definierade alla icke-pläterade hål och skapade en regel för den, vilket skapade ett gap på 0,4 mm mellan alla andra komponenter och klasskomponenter. Detta är det tekniska kravet för "Rezonit" för standardnoggrannhetsklassen (4:a).

Figur 10 - Skapa en regel för icke pläterade hål

2) Nästa steg är att arrangera komponenterna, med hänsyn till alla krav, bör det redan vara mycket nära den slutliga versionen, eftersom den större delen kommer nu att bestämmas av skivans slutliga dimensioner och dess formfaktor.

Figur 11 - Primär placering av komponenter slutförd

Jag installerade huvudkomponenterna, de kommer troligen inte att röra sig, och därför bestäms brädets övergripande dimensioner slutligen - 220 x 150 mm. Det lediga utrymmet på kortet finns kvar av en anledning, styrmoduler och andra små SMD-komponenter kommer att placeras där. För att minska kostnaderna för brädet och enkel installation kommer alla komponenter endast att finnas på det översta lagret, respektive, och det finns bara ett silkescreentrycklager.

Figur 13 - 3D-vy av kortet efter placering av komponenterna

3) Nu, efter att ha bestämt platsen och den övergripande strukturen, arrangerar vi de återstående komponenterna och "delar" brädet. Utformningen av brädan kan göras på två sätt: manuellt och med hjälp av en autorouter, efter att tidigare ha beskrivit dess handlingar med ett par dussin regler. Båda metoderna är bra, men jag kommer att göra den här brädan med mina händer, eftersom. det finns få komponenter och det finns inga speciella krav på linjeuppriktning och signalintegritet här och bör inte vara det. Detta kommer definitivt att gå snabbare, autorouting är bra när det finns många komponenter (från 500 och framåt) och huvuddelen av kretsen är digital. Fast om någon är intresserad kan jag visa dig hur du "föder upp" brädorna automatiskt på 2 minuter. Sant, innan dess kommer det att vara nödvändigt att skriva reglerna hela dagen, heh.

Efter 3-4 timmars "häxkonst" (halva tiden jag ritade de saknade modellerna) med temperatur och en kopp te, delade jag äntligen tavlan. Jag tänkte inte ens på att spara utrymme, många kommer att säga att dimensionerna kan minskas med 20-30% och de kommer att vara rätt. Jag har en styckkopia och att slösa bort min tid, vilket är klart dyrare än 1 dm 2 för en tvålagersbräda, var bara synd. Förresten, om priset på brädan - vid beställning på Rezonit kostar 1 dm 2 av en tvåskiktsbräda av standardklass cirka 180-200 rubel, så du kan inte spara mycket här om du inte har en batch av 500+ stycken. Utifrån detta kan jag råda - pervertera inte med areaminskning, om klass 4 och inga krav på dimensioner. Och här är resultatet:

Figur 14 - Kortdesign för en switchande strömförsörjning

I framtiden kommer jag att designa ett fodral för den här enheten och jag behöver veta dess fulla dimensioner, samt kunna "prova" det inuti fodralet så att det i slutskedet inte visar sig t.ex. , att huvudkortet stör kontakterna på höljet eller indikeringen. För att göra detta försöker jag alltid rita alla komponenter i en 3D-form, resultatet är detta resultat och en fil i .step-formatet för min Autodesk Inventor:

Figur 15 - 3D-vy av den resulterande enheten

Figur 16 - 3D-vy av enheten (vy ovanifrån)

Nu är dokumentationen klar. Nu är det nödvändigt att generera det nödvändiga paketet med filer för att beställa komponenter, jag har alla inställningar redan registrerade i Altium, så allt laddas ur med en knapp. Vi behöver Gerber-filer och en NC Drill-fil, den första lagrar information om lagren, den andra lagrar borrkoordinaterna. Du kan se filen för uppladdning av dokumentation i slutet av artikeln i projektet, det hela ser ut ungefär så här:

Bild 17 - Bildande av ett dokumentationspaket för beställning av kretskort

Efter att filerna är klara kan du beställa brädor. Jag kommer inte att rekommendera specifika tillverkare, det finns säkert bättre och billigare för prototyper. Jag beställer alla skivor av standardklassen 2,4,6 lager i Rezonit, på samma ställe 2 och 4-lagers skivor av 5:e klassen. Skivor av klass 5, där 6-24 lager finns i Kina (till exempel pcbway), men HDI- och klass 5-brädor med 24 eller fler lager redan finns i Taiwan, ändå är kvaliteten i Kina fortfarande dålig, och där prislappen inte är halt redan inte så trevlig. Allt handlar om prototyper!

Efter min övertygelse går jag till Rezonit, oj, vad många nerver de slitna på och de drack blod... men på sistone verkar de ha rättat till sig och börjat arbeta mer adekvat, fast med sparkar. Jag gör beställningar via mitt personliga konto, anger uppgifter om avgiften, laddar upp filer och skickar. Jag gillar deras personliga konto, förresten, det tar direkt hänsyn till priset och genom att ändra parametrarna kan du uppnå ett bättre pris utan att förlora kvalitet.

Nu ville jag till exempel ha ett kort på ett 2 mm PCB med 35 µm koppar, men det visade sig att det här alternativet är 2,5 gånger dyrare än alternativet med 1,5 mm PCB och 35 µm - så jag valde det senare. För att öka brädans styvhet lade jag till ytterligare hål för stativen - problemet är löst, priset är optimerat. Förresten, om brädan gick in i en serie, någonstans på 100 stycken skulle denna skillnad försvinna med 2,5 gånger och priserna skulle bli lika, för då köptes ett icke-standardiserat ark åt oss och användes utan rester.

Figur 18 - Den slutliga bilden av beräkningen av kostnaden för brädor

Den slutliga kostnaden bestäms: 3618 rubel. Av dessa är 2100 förberedelser, det betalas endast en gång per projekt, alla efterföljande upprepningar av beställningen går utan det och betalar endast för området. I det här fallet, 759 rubel för en bräda med en yta på 3,3 dm 2, ju större serien, desto lägre kostnad, även om det nu är 230 rubel / dm 2, vilket är ganska acceptabelt. Naturligtvis var det möjligt att göra brådskande produktion, men jag beställer ofta, jag arbetar med en chef och tjejen försöker alltid driva igenom beställningen snabbare om produktionen inte laddas - som ett resultat, med alternativet "liten serie", det tar 5-6 dagar, det räcker med att bara kommunicera artigt och inte vara oförskämd mot folk. Och jag har ingenstans att skynda mig, så jag bestämde mig för att spara ca 40%, vilket i alla fall är skönt.

Epilog

Tja, jag har kommit till den logiska slutsatsen av artikeln - att skaffa kretsar, kortdesign och beställa kort i produktion. Totalt kommer det att finnas 2 delar, den första är framför dig, och i den andra kommer jag att berätta hur jag installerade, monterade och felsökte enheten.

Som utlovat delar jag källkoden för projektet och andra aktiviteter:

1) Projektkälla i Altium Designer 16 - ;
2) Filer för beställning av kretskort - . Plötsligt vill man upprepa och beställa, till exempel i Kina, det räcker mer än väl med detta arkiv;
3) Enhetsdiagram i pdf - . För dem som inte vill slösa tid på att installera Altium på sin telefon eller för att bekanta sig (hög kvalitet);
4) Återigen, för den som inte vill installera tung programvara, men det är intressant att vrida järnbiten, lägger jag upp en 3D-modell i pdf - . För att se den måste du ladda ner filen, när du öppnar den i det övre högra hörnet klickar du på "lita på dokumentet bara en gång", sedan petar vi i mitten av filen och den vita skärmen förvandlas till en modell.

Jag skulle också vilja fråga läsarnas åsikt ... Nu är brädorna beställda, komponenterna är också - det är faktiskt 2 veckor, vad ska jag skriva en artikel om? Förutom sådana "mutanter" som den här, ibland vill du göra något miniatyr, men användbart, jag presenterade flera alternativ i omröstningarna, eller erbjuder ditt eget alternativ, förmodligen i ett personligt meddelande, för att inte röra ner kommentarerna .

Endast registrerade användare kan delta i undersökningen. Kom in, snälla.

Ändra strömförsörjning- detta är ett växelriktarsystem där den ingående växelspänningen likriktas, och sedan omvandlas den mottagna likspänningen till högfrekventa pulser och en inställd arbetscykel, som i regel matas till en pulstransformator.

Pulstransformatorer tillverkas enligt samma princip som lågfrekventa transformatorer, bara kärnan är inte stål (stålplåtar), utan ferromagnetiska material - ferritkärnor.

Ris. Hur fungerar en omkopplande strömförsörjning.

Växla strömförsörjningsutgångsspänning stabiliserats, görs detta genom negativ återkoppling, vilket gör att du kan hålla utspänningen på samma nivå även när ingångsspänningen och lasteffekten vid enhetens utgång ändras.

Negativ återkoppling kan implementeras med en av de extra lindningarna i pulstransformatorn, eller med en optokopplare som är ansluten till strömkällans utgångskretsar. Användningen av en optokopplare eller en av transformatorlindningarna gör det möjligt att implementera galvanisk isolering från växelspänningsnätet.

De viktigaste fördelarna med att byta strömförsörjning (SMPS):

låg vikt av strukturen;
små storlekar;
hög kraft;
hög effektivitet;
låg kostnad;
hög stabilitet i arbetet;
brett utbud av matningsspänningar;
många färdiga komponentlösningar.

Nackdelarna med SMPS inkluderar det faktum att sådana strömförsörjningar är störningskällor, detta beror på omvandlarkretsens funktionsprincip. För att delvis eliminera denna brist används skärmning av kretsen. På grund av denna nackdel, i vissa enheter, är användningen av denna typ av strömförsörjning omöjlig.

Att byta strömförsörjning har faktiskt blivit ett oumbärligt attribut för alla moderna hushållsapparater som förbrukar mer än 100 watt ström från nätverket. Denna kategori inkluderar datorer, tv-apparater, bildskärmar.

För att skapa switchande strömförsörjningar, exempel på en specifik utföringsform av vilka kommer att ges nedan, används speciella kretslösningar.

Så för att utesluta genomströmmar genom utgångstransistorerna hos vissa strömförsörjningsenheter, används en speciell pulsform, nämligen bipolära rektangulära pulser som har ett tidsgap mellan dem.

Varaktigheten av detta gap måste vara längre än dissipationstiden för minoritetsbärare i basen av utgångstransistorerna, annars kommer dessa transistorer att skadas. Bredden på styrpulserna för att stabilisera utspänningen kan ändras med återkoppling.

Vanligtvis, för att säkerställa tillförlitligheten vid omkoppling av strömförsörjning, används högspänningstransistorer, som på grund av tekniska egenskaper inte skiljer sig till det bättre (de har låga omkopplingsfrekvenser, låga strömöverföringskoefficienter, betydande läckströmmar, stora spänningsfall vid kollektorkorsningen i öppet tillstånd).

Detta gäller särskilt för nu föråldrade modeller av inhemska transistorer som KT809, KT812, KT826, KT828 och många andra. Det är värt att säga att under de senaste åren har en värdig ersättning för bipolära transistorer, som traditionellt används i utgångsstegen för omkoppling av strömförsörjning, dykt upp.

Dessa är speciella högspänningsfälteffekttransistorer av inhemsk och främst utländsk produktion. Dessutom finns det många chips för att byta strömförsörjning.

Pulsgeneratorkrets med variabel bredd

Bipolära symmetriska pulser med justerbar bredd gör det möjligt att erhålla en pulsgenerator enligt schemat i fig. 1. Enheten kan användas i kretsar för automatisk styrning av uteffekten från växling av strömförsörjning. På DD1-chippet (K561LE5 / K561 LAT) är en rektangulär pulsgenerator med en arbetscykel på 2 monterad.

Symmetrin hos de genererade pulserna uppnås genom justering av motståndet R1. Generatorns driftfrekvens (44 kHz), om nödvändigt, kan ändras genom att välja kapacitansen för kondensatorn C1.

Ris. 1. Schema för formaren av bipolära symmetriska pulser med justerbar varaktighet.

Spänningskomparatorer är monterade på elementen DA1.1, DA1.3 (K561KTZ); på DA1.2, DA1.4 - utgångsknappar. Rektangulära pulser matas till ingångarna på komparatornycklarna DA1.1, DA1.3 i motfas genom de bildande RC-diodkedjorna (R3, C2, VD2 och R6, C3, VD5).

Laddningen av kondensatorerna C2, C3 sker enligt en exponentiell lag genom R3 respektive R5; urladdning - nästan omedelbart genom dioderna VD2 och VD5. När spänningen på kondensatorn C2 eller C3 når drifttröskeln för komparatornycklarna DA1.1 respektive DA1.3, slås de på, och motstånden R9 och R10, såväl som styringångarna för nycklarna DA1.2 och DA1.4 är anslutna till den positiva polen av näringskällan.

Eftersom nycklarna är påslagna i motfas, sker sådan omkoppling strikt växelvis, med en paus mellan pulserna, vilket utesluter möjligheten att genomström flyter genom tangenterna DA1.2 och DA1.4 och omvandlartransistorerna som styrs av dem, om en bipolär pulsgenerator används i en switchande strömförsörjningskrets.

Smidig reglering av pulsbredden utförs genom att samtidigt applicera startspänningen (initial) på komparatorernas ingångar (kondensatorer C2, C3) från potentiometern R5 genom de diodresistiva kedjorna VD3, R7 och VD4, R8. Gränsnivån för styrspänningen (den maximala bredden på utgångspulserna) ställs in genom att välja motståndet R4.

Belastningsmotståndet kan kopplas i en bryggkrets - mellan anslutningspunkten för elementen DA1.2, DA1.4 och kondensatorerna Ca, Cb. Pulser från generatorn kan också appliceras på en transistoreffektförstärkare.

När du använder en bipolär pulsgenerator i en omkopplande strömförsörjningskrets, bör den resistiva delaren R4, R5 inkludera ett kontrollelement - en fälteffekttransistor, en optokopplarfotodiod, etc., som gör att du automatiskt kan justera bredden på den genererade pulsen när belastningsströmmen minskar/ökar, och styr därigenom uteffekten av omvandlaren.

Som ett exempel på den praktiska implementeringen av switchande strömförsörjningar presenterar vi beskrivningar och diagram över några av dem.

Schema för att byta strömförsörjning

Ändra strömförsörjning(Fig. 2) består av nätspänningslikriktare, en masteroscillator, en formgivare av rektangulära pulser med justerbar varaktighet, en tvåstegs effektförstärkare, utgångslikriktare och en utspänningsstabiliseringskrets.

Masteroscillatorn är gjord på ett K555LAZ-chip (element DDI .1, DDI .2) och genererar rektangulära pulser med en frekvens på 150 kHz. På elementen DD1.3, DD1.4 är en RS-vippa monterad, vid vars utgång frekvensen är hälften så mycket - 75 kHz. Enheten för att styra varaktigheten av omkopplingspulser är implementerad på en K555LI1 mikrokrets (element DD2.1, DD2.2), och varaktigheten justeras med en optokopplare U1.

Omkopplingspulsformarens slutsteget är monterat på elementen DD2.3, DD2.4. Den maximala uteffekten från pulsformaren når 40 mW. Den preliminära effektförstärkaren är gjord på transistorer VT1, VT2 av KT645A-typ, och den sista är på transistorer VT3, VT4 av KT828-typ eller mer moderna. Kaskadernas uteffekt är 2 respektive 60 ... 65 W.

På transistorerna VT5, VT6 och optokopplaren U1 är en utspänningsstabiliseringskrets monterad. Om spänningen vid strömförsörjningens utgång är under normal (12 V), är zenerdioderna VD19, VD20 (KS182 + KS139) stängda, transistorn VT5 är stängd, transistorn VT6 är öppen, en ström som begränsas av motståndet R14 flödar genom lysdioden (U1.2) på optokopplaren; resistansen hos fotodioden (U1.1) hos optokopplaren är minimal.

Signalen tas från utgången på DD2.1-elementet och matas till ingångarna på DD2.2-koincidenskretsen direkt och genom det justerbara fördröjningselementet (R3 - R5, C4, VD2, U1.1), på grund av dess låga tid konstant, kommer nästan samtidigt till kretsingångarna matchar (artikel DD2.2).

Vid utgången av detta element bildas breda styrpulser. På transformatorns T1 primärlindning (utgångar från elementen DD2.3, DD2.4) bildas bipolära pulser med justerbar varaktighet.

Ris. 2. Schema för en switchande strömförsörjning.

Om, av någon anledning, spänningen vid strömförsörjningens utgång ökar utöver normen, kommer ström att börja flyta genom zenerdioderna VD19, VD20, transistorn VT5 kommer att öppnas lite, VT6 kommer att stänga, vilket minskar strömmen genom LED för optokopplaren U1.2.

Detta ökar resistansen hos fotodioden hos optokopplaren U1.1. Styrpulsernas varaktighet minskar och utspänningen (effekten) minskar. När belastningen kortsluts slocknar optokopplarens lysdiod, resistansen hos optokopplarens fotodiod är maximal och varaktigheten av styrpulserna är minimal. SB1-knappen är utformad för att starta kretsen.

Vid maximal varaktighet överlappar positiva och negativa styrpulser inte i tid, eftersom det finns ett tidsgap mellan dem, på grund av närvaron av motståndet R3 i formningskretsen.

Detta minskar sannolikheten för att genomströmmar flyter genom utgående relativt lågfrekventa transistorer i det slutliga effektförstärkningssteget, vilka har lång tid för att lösa upp överskottsbärvågor vid basövergången. Utgångstransistorerna är monterade på räfflade kylflänsar med en yta på minst 200 cm^2. Det är önskvärt att installera resistanser på 10 ... 51 Ohm i baskretsarna för dessa transistorer.

Effektförstärkningsstegen och den bipolära pulsbildningskretsen drivs av likriktare gjorda på dioderna VD5 - VD12 och elementen R9 - R11, C6 - C9, C12, VD3, VD4.

Transformatorer T1, T2 är gjorda på ferritringar K10x6x4,5 ZOOONM; TZ - K28x16x9 ZOOONM. Den primära lindningen av transformatorn T1 innehåller 165 varv PELSHO 0,12 tråd, den sekundära - 2 × 65 varv av PEL-2 0,45 (lindning i två ledningar).

Den primära lindningen av T2-transformatorn innehåller 165 varv av PEV-2-tråd 0,15 mm, den sekundära - 2 × 40 varv av samma tråd. Den primära lindningen av TZ-transformatorn innehåller 31 varv MGShV-tråd gängad i cambric och med ett tvärsnitt på 0,35 mm ^ 2, sekundärlindningen har 3 × 6 varv av PEV-2-tråd 1,28 mm (parallell anslutning). När du ansluter transformatorernas lindningar är det nödvändigt att fasa dem korrekt. Början av lindningarna visas i figuren med asterisker.

Strömförsörjningen fungerar i nätspänningsområdet 130 ... 250 V. Den maximala uteffekten med en symmetrisk belastning når 60 ... 65 W (stabiliserad spänning med positiv och negativ polaritet 12 S och stabiliserad AC-spänning med en frekvens på 75 kHz, taget från sekundärlindningen på T3-transformatorn) . Rippelspänningen vid utgången av strömförsörjningen överstiger inte 0,6 V.

Vid etablering av en strömkälla tillförs nätspänningen till den genom en isoleringstransformator eller en ferroresonant stabilisator med en utgång isolerad från nätet. All lödning i källan är endast tillåten när enheten är helt frånkopplad från nätverket.

Det rekommenderas att tända en 60 W 220 V glödlampa i serie med slutsteget medan enheten ställs in. Denna lampa skyddar utgångstransistorerna vid installationsfel. Optokopplaren U1 måste ha en isolationsgenombrottsspänning på minst 400 V. Drift av enheten utan belastning är inte tillåten.

Nätverksväxlande strömförsörjning

Nätverksväxlingsströmförsörjningen (Fig. 3) är utformad för telefoner med automatisk uppringningsidentifiering eller för andra enheter med en strömförbrukning på 3 ... 5W, som drivs av en spänning på 5 ... 24V.

Strömförsörjningen är kortslutningsskyddad vid utgången. Utspänningens instabilitet överstiger inte 5 % när matningsspänningen ändras från 150 till 240 V och belastningsströmmen är inom 20 ... 100 % av det nominella värdet.

Den styrda pulsgeneratorn ger en signal med en frekvens på 25 ... 30 kHz baserat på transistorn VT3.

Induktorerna L1, L2 och L3 är lindade på magnetiska kärnor av typ K10x6x3 gjorda av presspermalloy MP140. Induktorlindningarna L1, L2 innehåller 20 varv 0,35 mm PETV-tråd och är placerade på var sin halva av ringen med ett mellanrum mellan lindningarna på minst 1 mm.

Choke L3 lindas med PETV-tråd 0,63 mm varv för att vridas i ett lager längs ringens inre omkrets. Transformator T1 är gjord på magnetkretsen B22 av M2000NM1 ferrit.

Ris. 3. Schema för en nätverksväxlande strömförsörjning.

Dess lindningar är lindade på en hopfällbar ram som svängs med PETV-tråd och impregneras med lim. Lindning I lindas först i flera lager, innehållande 260 varv av 0,12 mm tråd. En skärmlindning med en ledning lindas med samma tråd (visas med streckad linje i fig. 3), sedan appliceras BF-2-lim och lindas med ett lager Lakot-kani.

Lindning III lindas med en tråd på 0,56 mm. För en utspänning på 5V innehåller den 13 varv. Winding II lindas sist. Den innehåller 22 varv av tråd 0,15 ... 0,18 mm. Ett icke-magnetiskt gap är anordnat mellan kopparna.

Högspännings DC-strömförsörjning

För att skapa en högspänning (30 ... 35 kV vid en belastningsström på upp till 1 mA) för att driva en elektrofluvial ljuskrona (ljuskrona av A. L. Chizhevsky), är en likströmskälla designad baserad på en specialiserad mikrokrets av typen K1182GGZ.

Strömförsörjningen består av en nätspänningslikriktare på en VD1 diodbrygga, en filterkondensator C1 och en högspänningshalvbrygga självoscillator på ett DA1-chip av typen K1182GGZ. DA1-chippet, tillsammans med transformatorn T1, omvandlar den direktlikriktade nätspänningen till en högfrekvent (30 ... 50 kHz) pulsad spänning.

Den likriktade nätspänningen tillförs DA1-mikrokretsen och startkedjan R2, C2 startar mikrokretsoscillatorn. Kedjorna R3, C3 och R4, C4 ställer in generatorns frekvens. Motstånden R3 och R4 stabiliserar varaktigheten av halvcyklerna för de genererade pulserna. Utspänningen ökas av transformatorns lindning L4 och matas till en spänningsmultiplikator på dioderna VD2 - VD7 och kondensatorerna C7 - C12. Den likriktade spänningen appliceras på lasten genom begränsningsmotståndet R5.

Linjefilterkondensatorn C1 är konstruerad för en driftspänning på 450 V (K50-29), C2 - av vilken typ som helst för en spänning på 30 V. Kondensatorer C5, C6 väljs inom 0,022 ... 0,22 μF för en spänning på kl. minst 250 V (K71-7, K73 -17). Multiplikatorkondensatorer C7 - C12 typ KVI-3 för en spänning på 10 kV. Det är möjligt att ersätta den med kondensatorer av typerna K15-4, K73-4, POV och andra med en driftspänning på 10 kV eller högre.

Ris. 4. Schema för en högspänningslikströmskälla.

Högspänningsdioder VD2 - VD7 typ KTs106G (KTs105D). Begränsningsmotstånd R5 typ KEV-1. Den kan ersättas med tre 10 MΩ MLT-2-motstånd.

En horisontell TV-transformator används som transformator, till exempel TVS-110LA. Högspänningslindningen lämnas, resten tas bort och nya lindningar placeras på deras plats. Lindningarna L1, L3 innehåller vardera 7 varv PEL-tråd 0,2 mm, och lindningen L2 innehåller 90 varv av samma tråd.

Kedjan av motstånd R5, som begränsar kortslutningsströmmen, rekommenderas att inkluderas i den "negativa" ledningen, som är ansluten till ljuskronan. Denna ledning bör ha Vyuoko-Volt-isolering.

Effektfaktorkorrigerare

Enheten, som kallas en effektfaktorkorrigerare (Fig. 5), är sammansatt på basis av en specialiserad TOP202YA3-mikrokrets (Power Integration) och ger en effektfaktor på minst 0,95 vid en lasteffekt på 65 W. Korrigeraren bringar formen av strömmen som förbrukas av lasten närmare en sinusformad.

Ris. 5. Schema för effektfaktorkorrigeraren på TOP202YA3-chippet.

Den maximala inspänningen är 265 V. Omvandlarens genomsnittliga frekvens är 100 kHz. Korrigeringseffektivitet - 0,95.

Växla strömförsörjning med en mikrokrets

Strömförsörjningskretsen med en mikrokrets från samma Power Integration-företag visas i fig. 6. Enheten är applicerad halvledarspänningsbegränsare- 1,5KE250A.

Omvandlaren ger galvanisk isolering av utspänningen från nätspänningen. Med de betyg och element som anges på diagrammet låter enheten dig ansluta en belastning som förbrukar 20 W vid en spänning på 24 V. Omvandlarens effektivitet närmar sig 90%. Omvandlingsfrekvensen är 100 Hz. Enheten är skyddad mot kortslutning i lasten.

Ris. 6. Schema för en 24V switchande strömförsörjning på ett Power Integration-chip.

Omvandlarens uteffekt bestäms av typen av mikrokrets som används, vars huvudegenskaper anges i tabell 1.

Tabell 1. Karakteristika för mikrokretsar i TOP221Y - TOP227Y-serien.

Enkel och högeffektiv spänningsomvandlare

På basis av ett av TOP200/204/214-chippen från Power Integration, en enkel och högeffektiv spänningsomvandlare(Fig. 7) med uteffekt upp till 100 W.

Ris. 7. Schema för en pulsad Buck-Boost-omvandlare på ett TOR200/204/214-chip.

Omvandlaren innehåller ett nätfilter (C1, L1, L2), en brygglikriktare (VD1 - VD4), själva U1-omvandlaren, en utspänningsstabiliseringskrets, likriktare och ett utgående LC-filter.

Ingångsfiltret L1, L2 är lindat i två trådar på en M2000 ferritring (2 × 8 varv). Induktansen för den resulterande spolen är 18 ... 40 mH. Transformator T1 är gjord på en ferritkärna med en standard ETD34-ram från Siemens eller Matsushita, även om andra importerade kärnor som EP, EU, EF eller inhemska W-formade M2000 ferritkärnor kan användas.

Lindning I har 4 × 90 varv av PEV-2 0,15 mm; II - 3 × 6 av samma tråd; III - 2 × 21 varv av PEV-2 0,35 mm. Alla lindningar är lindade varv i varv. Tillförlitlig isolering måste tillhandahållas mellan lagren.

Principen att implementera sekundär kraft genom användning av ytterligare enheter som ger energi till kretsen har använts under lång tid i de flesta elektriska apparater. Dessa enheter är nätaggregat. De tjänar till att omvandla spänningen till önskad nivå. PSU kan vara både inbyggda och separata element. Det finns två principer för att konvertera el. Den första är baserad på användningen av analoga transformatorer, och den andra är baserad på användningen av switchande strömförsörjning. Skillnaden mellan dessa principer är ganska stor, men tyvärr förstår inte alla det. I den här artikeln kommer vi att ta reda på hur en switchande strömförsörjning fungerar och hur den skiljer sig så mycket från en analog. Låt oss börja. Gå!

Transformatorns nätaggregat var de första som dök upp. Deras funktionsprincip är att de ändrar spänningsstrukturen med hjälp av en krafttransformator, som är ansluten till ett 220 V-nätverk.Där minskar amplituden på den sinusformade övertonen, vilket går vidare till likriktaren. Därefter utjämnas spänningen av en parallellkopplad kapacitans, som väljs enligt den tillåtna effekten. Spänningsreglering vid utgångsterminalerna tillhandahålls genom att ändra positionen för avstämningsmotstånden.

Låt oss nu gå vidare till impulsströmförsörjning. De dök upp lite senare, men de fick omedelbart avsevärd popularitet på grund av ett antal positiva egenskaper, nämligen:

Tillgänglighet för plockning;
Pålitlighet;
Möjligheter att utöka driftsområdet för utspänningar.

Alla enheter där principen om pulserad kraft är fastställd skiljer sig praktiskt taget inte från varandra.

Elementen i en pulsad strömförsörjning är:

Linjär strömförsörjning;
Strömförsörjning Standby;
Generator (ZPI, kontroll);
Nyckeltransistor;
Optokopplare;
Styrkretsar.

För att hitta ett nätaggregat med en specifik uppsättning parametrar, använd ChipHunt-webbplatsen.

Låt oss äntligen ta reda på hur en strömförsörjning fungerar. Den använder principerna för interaktion mellan elementen i växelriktarkretsen och det är tack vare detta som en stabiliserad spänning uppnås.

Först tillförs den normala spänningen på 220 V till likriktaren, sedan utjämnas amplituden med hjälp av kapacitiva filterkondensatorer. Därefter utförs likriktningen av de passerande sinusoiderna av utgångsdiodbryggan. Sedan omvandlas sinusoiderna till högfrekventa pulser. Omvandlingen kan utföras antingen med galvanisk separation av strömförsörjningen från utgångskretsarna, eller utan sådan isolering.

Om PSU:n är galvaniskt isolerad skickas högfrekventa signaler till en transformator som utför galvanisk isolering. För att öka effektiviteten hos transformatorn höjs frekvensen.

Driften av en pulsad strömförsörjningsenhet är baserad på interaktionen mellan tre kedjor:

PWM-kontroller (styr omvandlingen av pulsbreddsmodulering);
Kaskad av strömbrytare (består av transistorer som är påslagna enligt ett av tre scheman: brygga, halvbrygga, med en mittpunkt);
Pulstransformator (har primära och sekundära lindningar som är monterade runt magnetkretsen).

Om strömförsörjningen är utan frånkoppling används inte den högfrekventa isolationstransformatorn, medan signalen matas direkt till lågpassfiltret.

Genom att jämföra switchande nätaggregat med analoga kan du se de uppenbara fördelarna med de förstnämnda. UPS:er är lättare i vikt, medan deras effektivitet är mycket högre. De har ett bredare matningsspänningsområde och inbyggt skydd. Kostnaden för sådana PSU:er är vanligtvis lägre.

Bland bristerna kan man peka ut förekomsten av högfrekventa störningar och effektbegränsningar (både vid höga och vid låga belastningar).

Du kan kontrollera UPS:en med en vanlig glödlampa. Observera att du inte bör ansluta lampan till gapet på fjärrtransistorn, eftersom primärlindningen inte är utformad för att passera likström, därför bör den inte i något fall tillåtas passera.

Om lampan lyser fungerar PSU normalt, om den inte lyser, fungerar inte strömförsörjningen. En kort blinkning indikerar att UPS-enheten stängs av direkt efter start. Ett mycket starkt sken indikerar bristen på stabilisering av utspänningen.

Nu kommer du att veta vad principen för drift av en pulsad och konventionell analog strömförsörjning bygger på. Var och en av dem har sina egna egenskaper för struktur och arbete, som bör förstås. Du kan också kontrollera UPS-enhetens funktion med en konventionell glödlampa. Skriv i kommentarerna den här artikeln var användbar för dig och ställ alla frågor du har om det diskuterade ämnet.

I många elektriska apparater har principen att implementera sekundär effekt genom användning av ytterligare enheter länge använts, som har anförtrotts funktionerna att tillhandahålla elektricitet till kretsar som behöver drivas av vissa typer av spänningar, frekvenser, strömmar ...

För detta skapas ytterligare element: som omvandlar spänningen från en typ till en annan. De kan vara:

inbyggd i konsumentens fodral, som på många mikroprocessorenheter;

eller gjorda i separata moduler med anslutningskablar på modell av en konventionell mobiltelefonladdare.

Inom modern elektroteknik existerar framgångsrikt två principer för energiomvandling för elektriska konsumenter, baserade på:

1. Användning av analoga transformatorenheter för att överföra ström till sekundärkretsen;

2. byta strömförsörjning.

De har grundläggande skillnader i sin design, arbetar med olika teknologier.

Transformator strömförsörjning

Till en början skapades bara sådana strukturer. De ändrar spänningsstrukturen på grund av driften av en krafttransformator som drivs av ett 220-volts hushållsnätverk, i vilket amplituden för den sinusformade övertonen minskar, vilket vidare riktas till en likriktaranordning bestående av effektdioder, vanligtvis anslutna i en brygga krets.

Därefter jämnas den pulserande spänningen ut av en parallellkopplad kapacitans, vald enligt värdet på den tillåtna effekten, och stabiliseras av en halvledarkrets med effekttransistorer.

Genom att ändra positionen för avstämningsmotstånden i stabiliseringskretsen är det möjligt att justera spänningen vid utgångsterminalerna.

Byta strömförsörjning (UPS)

Sådana konstruktiva utvecklingar dök upp i stora mängder för flera decennier sedan och har blivit allt mer populära inom elektriska apparater på grund av:

tillgänglighet för förvärv med en gemensam elementbas;

tillförlitlighet i prestanda;

möjligheten att utöka driftsområdet för utspänningar.

Nästan alla strömförsörjningsenheter skiljer sig något i design och fungerar enligt samma schema som är typiskt för andra enheter.

Sammansättningen av huvuddelarna av strömförsörjningen inkluderar:

nätlikriktare, sammansatt av: ingångsdrossel, ett elektromekaniskt filter som ger avstämning från störningar och frånkoppling av statisk elektricitet från kondensatorer, en nätsäkring och en diodbrygga;

lagringsfiltertank;

nyckeleffekttransistor;

master oscillator;

återkopplingskrets gjord på transistorer;

optokopplare;

en switchande strömkälla, från vars sekundärlindning spänning avges för omvandling till en strömkrets;

likriktardioder för utgångskretsen;

utgångsspänningsstyrkretsar, till exempel 12 volt med avstämning gjord på en optokopplare och transistorer;

filterkondensatorer;

kraftdrosslar som utför rollen som spänningskorrigering och dess diagnostik i nätverket;

utgångskontakter.

Ett exempel på ett elektroniskt kort med en liknande strömförsörjning med en kort beteckning av elementbasen visas på bilden.

Hur fungerar en omkopplande strömförsörjning

Omkopplingsströmförsörjningen ger en stabiliserad matningsspänning genom att använda principerna för interaktion mellan elementen i växelriktarkretsen.

Nätspänningen på 220 volt tillförs genom de anslutna ledningarna till likriktaren. Dess amplitud utjämnas av ett kapacitivt filter genom användning av kondensatorer som tål toppar i storleksordningen 300 volt, och separeras av ett brusfilter.

För en vanlig person som inte fördjupar sig i elektronik var övergången av alla strömförsörjningar från linjär till pulsad omärklig. Det är pulserande nätaggregat (SMPS) som är installerade i all modern utrustning. Den främsta anledningen till att byta till denna typ av spänningsomvandlare är neddragningar. Eftersom hela tiden, från början av utseendet och uppfinningen, kräver elektroniska enheter en konstant minskning av deras storlek. Figuren visar för jämförelse dimensionerna för en konventionell och pulsad DC-källa. Skillnaden i storlek är synlig för blotta ögat.

Funktionsprincipen för SMPS och dess enhet

En switchande strömförsörjning är en enhet som fungerar enligt principen om en växelriktare, det vill säga den omvandlar först en växelspänning till en konstant och sedan från en konstant gör den en variabel av den önskade frekvensen. I slutändan är det sista steget i omvandlaren fortfarande baserat på spänningslikriktning, eftersom de flesta enheter fortfarande arbetar med en reducerad likspänning. Kärnan i att minska dimensionerna för dessa tillförsel- och omvandlingsanordningar är baserad på transformatorns funktion. Faktum är att transformatorn inte kan arbeta med likspänning. Helt enkelt, vid utgången av sekundärlindningen, när en likström appliceras på primärlindningen, kommer ingen EMF (elektromotorisk kraft) att induceras. För att en spänning ska visas på sekundärlindningen måste den ändras i riktning eller storlek. Växelspänning har denna egenskap, strömmen i den ändrar sin riktning och storlek med en frekvens på 50 Hz. Men för att minska dimensionerna på själva strömförsörjningen och följaktligen transformatorn, som är grunden för galvanisk isolering, är det nödvändigt att öka frekvensen på inspänningen.

Samtidigt har pulstransformatorer, till skillnad från konventionella linjära, en ferritkärna i den magnetiska kretsen, och inte en stål som är gjord av plattor. Och även moderna nätaggregat som fungerar enligt denna princip består av:

nätspänningslikriktare;
en pulsgenerator baserad på PWM (pulsbreddsmodulering) eller en Schmitt-trigger;
konstantspänningsomvandlare.

Efter nätspänningslikriktaren genererar pulsgeneratorn med PWM den till en växelspänning med en frekvens på cirka 20–80 kHz. Det är denna ökning från 50 Hz till tiotals kHz som gör att du avsevärt kan minska både dimensionerna och massan på strömkällan. Det övre intervallet kan dock vara större, då kommer enheten att skapa högfrekventa störningar, vilket kommer att påverka driften av radiofrekvensutrustning. När du väljer PWM-stabilisering är det också nödvändigt att ta hänsyn till strömmarnas högre övertoner.

Även när de arbetar vid sådana frekvenser genererar dessa impulsenheter högfrekvent brus. Och ju fler av dem i ett rum eller i ett slutet rum, desto fler av dem i radiofrekvenser. För att absorbera dessa negativa influenser och störningar är speciella brusreduceringsfilter installerade vid enhetens ingång och vid dess utgång.

Detta är ett bra exempel på en modern strömförsörjning som används i persondatorer.

A - ingångslikriktare. Halvbrygga och bryggkretsar kan användas. Nedan finns ett ingångsfilter med en induktans;
B - ingångsutjämningskondensatorer med en ganska stor kapacitans. Till höger är en radiator av högspänningstransistorer installerad;
C - pulstransformator. Till höger är en radiator av lågspänningsdioder monterad;
D - utgångsfilterspole, det vill säga gruppstabiliseringsinduktor;
E - utgångsfilterkondensatorer.
Spolen och den stora gula kondensatorn under E är komponenter i ett extra ingångsfilter monterat direkt på strömkontakten och inte en del av huvudkretskortet.

Om radioamatören uppfinner kretsen själv, kommer han definitivt att titta i referensboken om radiokomponenter. Det är uppslagsboken som är den huvudsakliga informationskällan i detta fall.

Flyback switchande strömförsörjning

Detta är en av varianterna av switchande strömförsörjningar som har galvanisk isolering av både primära och sekundära kretsar. Det var denna typ av omvandlare som uppfanns direkt, som patenterades redan 1851, och dess förbättrade version användes i tändsystem och vid horisontell scanning av tv-apparater och monitorer, för att leverera högspänningsenergi till kineskopets sekundära anod .

Huvuddelen av denna strömförsörjning är också en transformator eller kanske en choke. Det finns två stadier i hans arbete:

Ackumulering av elektrisk energi från nätverket eller från annan källa;
Utgången av den ackumulerade energin till halvbryggans sekundära kretsar.

Under öppning och stängning av primärkretsen uppträder en ström i sekundärkretsen. Öppningsnyckelns roll utfördes oftast av en transistor. Ta reda på vilka parametrar du måste använda referensmanualen för. styrningen av denna transistor utförs oftast av en fälttransistor på grund av en PWM-styrenhet.

PWM-kontrollerkontroll

Omvandlingen av nätspänningen, som redan har passerat likriktningssteget, till rektangulära pulser utförs med vissa intervall. Av- och påslagsperioden för denna transistor utförs med hjälp av mikrokretsar. PWM-kontrollerna för dessa nycklar är det huvudsakliga aktiva kontrollelementet i kretsen. I det här fallet har både fram- och tillbakaströmförsörjningen en transformator, varefter den korrigeras igen.

För att förhindra att utspänningen sjunker i SMPS med ökande belastning utvecklades en återkoppling som infördes direkt i PWM-styrenheterna. En sådan anslutning gör det möjligt att helt stabilisera den kontrollerade utspänningen genom att ändra pulsernas arbetscykel. Styrenheter som arbetar med PWM-modulering ger ett brett spektrum av utspänningsändringar.

Mikrokretsar för att byta strömförsörjning kan vara av inhemsk eller utländsk produktion. Till exempel, NCP 1252 - PWM-kontroller som har strömkontroll, och är designade för att skapa båda typerna av pulsomvandlare. Masterpulssignalgeneratorerna av detta märke har visat sig vara pålitliga enheter. NCP 1252-styrenheterna har alla kvalitetsfunktioner för att skapa kostnadseffektiva och pålitliga strömförsörjningar. Switchande strömförsörjning baserad på denna mikrokrets används i många märken av datorer, TV-apparater, förstärkare, stereosystem, etc. När du tittar in i katalogen kan du hitta all nödvändig och detaljerad information om alla dess driftsparametrar.

Fördelen med att byta strömförsörjning framför linjär

Ett antal fördelar är synliga med omkopplingsbaserade nätaggregat som kvalitativt skiljer dem från linjära. Här är de viktigaste:

Betydande minskning i storlek och vikt av enheter;
Att minska mängden dyra icke-järnmetaller som koppar som används vid tillverkningen;
Inga problem vid kortslutning, i större utsträckning gäller detta för flyback-enheter;
Utmärkt smidig justering av utspänningen, såväl som dess stabilisering genom att införa feedback i PWM-styrenheter;
Hög effektivitet.

Men som allt i den här världen har impulsblock sina nackdelar:

Emissionen av störningar som kan uppstå med felaktiga brusdämpningskretsar, oftast är detta torkning av elektrolytiska kondensatorer;
Oönskat arbete utan belastning;
Ett mer komplext schema som använder mer detaljer för att söka efter analoger som du behöver en uppslagsbok av.

Användningen av nätaggregat baserade på högfrekvensmodulering (i pulsad) i modern elektronik, både i vardagen och i produktionen, har väsentligt påverkat utvecklingen av all elektronisk teknik. De har länge tagit bort föråldrade källor byggda på det traditionella linjära systemet från marknaden och kommer bara att förbättras i framtiden. Samtidigt är PWM-kontroller hjärtat i denna enhet och utvecklingen av deras funktionalitet och tekniska egenskaper förbättras ständigt.