Jednodeskové PC. UP Core se nazývá nejmenší jednodeskový počítač se čtyřjádrovým procesorem kompatibilním s x86. Hardwarové jednodeskové platformy

• Zavedení
• Závěr

Zavedení

Spínané zdroje nyní s jistotou nahrazují zastaralé lineární. Důvod - vlastní těmto zdrojům energie vysoký výkon, kompaktnost a zlepšený výkon stabilizace.

S rychlými změnami, kterými zásady výživy prošly elektronické technologie pro v poslední době, informace o výpočtu, konstrukci a použití pulzní zdroje výživa je stále aktuálnější.

V poslední době se mezi specialisty v oboru elektroniky a radiotechniky, stejně jako v průmyslová výroba Spínané zdroje si získaly zvláštní oblibu. Existuje tendence opouštět standardní objemné transformátorové jednotky a přejít na malé konstrukce spínaných napájecích zdrojů, měničů napětí, měničů a střídačů.

Obecně je téma spínaných zdrojů poměrně aktuální a zajímavé a je jednou z nejdůležitějších oblastí výkonová elektronika. Tento směr elektronika je perspektivní a rychle se rozvíjející obor. A jeho hlavním cílem je rozvíjet se výkonná zařízení výživa, která splňuje moderní požadavky spolehlivost, kvalita, životnost, minimalizace hmotnosti, rozměrů, spotřeby energie a materiálu. Je třeba poznamenat, že téměř veškerá moderní elektronika, včetně všech druhů počítačů, audio, video zařízení a dalších moderní zařízení Je napájen kompaktními spínanými zdroji, což opět potvrzuje relevanci dalšího rozvoje této oblasti napájecích zdrojů.

1. Princip činnosti spínaných zdrojů

Spínaný zdroj je invertorový systém. U spínaných zdrojů se nejprve usměrní vstupní střídavé napětí. Přijato konstantní napětí převedeny na obdélníkové impulsy zvýšená frekvence a určitým pracovním cyklem, buď napájeným transformátorem (u pulzních zdrojů s galvanickým oddělením od napájecí sítě) nebo přímo do výstupní dolní propusti (u pulzních zdrojů bez galvanického oddělení). V pulzních zdrojích lze použít transformátory malých rozměrů - vysvětluje se to tím, že s rostoucí frekvencí roste účinnost transformátoru a klesají požadavky na rozměry (úsek) jádra potřebné pro přenos ekvivalentního výkonu. Ve většině případů může být takové jádro vyrobeno z feromagnetických materiálů, na rozdíl od jader nízkofrekvenčních transformátorů, pro které se používá elektroocel.

Obrázek 1 - Blokové schéma spínaného zdroje

Síťové napětí je přiváděno do usměrňovače, poté je vyhlazeno kapacitním filtrem. Z filtračního kondenzátoru, jehož napětí se zvyšuje, je usměrněné napětí přes vinutí transformátoru přiváděno do kolektoru tranzistoru, který funguje jako spínač. Řídicí zařízení zajišťuje periodické zapínání a vypínání tranzistoru. Pro spolehlivé spuštění napájení se používá hlavní oscilátor vyrobený na mikroobvodu. Impulzy jsou přiváděny do báze klíčového tranzistoru a způsobují spuštění pracovního cyklu autogenerátoru. Řídicí zařízení je zodpovědné za sledování úrovně výstupního napětí, generování chybového signálu a často přímo ovládání klíče. Mikroobvod hlavního oscilátoru je napájen řetězem rezistorů přímo ze vstupu akumulačního kondenzátoru, stabilizujícího napětí s referenční kapacitou. Za činnost optočlenu odpovídá hlavní oscilátor a klíčový tranzistor. sekundární okruh. Čím otevřenější jsou tranzistory odpovědné za činnost optočlenu, tím menší je amplituda impulsů zpětná vazba, tím dříve se vypne výkonový tranzistor a tím méně energie se bude akumulovat v transformátoru, což zastaví nárůst napětí na výstupu zdroje. Přišel provozní režim zdroje, kde není malá role přiřazený optočlenu jako regulátor a správce výstupních napětí.

Specifikace průmyslového napájecího zdroje je přísnější než specifikace běžného domácího napájecího zdroje. To se projevuje nejen tím, že na vstupu zdroje je vysoké třífázové napětí, ale také tím, že průmyslové zdroje musí zůstat funkční i při výrazné odchylce vstupního napětí od jmenovité hodnoty. včetně poklesů a rázů napětí, jakož i ztráty jedné nebo více fází.

Obrázek 2 - Schéma spínaného zdroje.

Schéma funguje následovně. Třífázový vstup může být proveden jako třívodičový, čtyřvodičový nebo dokonce jednofázový. Třífázový usměrňovač se skládá z diod D1 - D8.

Rezistory R1 - R4 poskytují přepěťovou ochranu. Použití ochranných odporů s vypínáním při přetížení dělá zbytečné použití samostatné pojistkové vložky. Vstupní usměrněné napětí je filtrováno filtrem ve tvaru U skládajícím se z C5, C6, C7, C8 a L1.

Rezistory R13 a R15 vyrovnávají napětí na vstupních filtračních kondenzátorech.

Když se otevře MOSFET čipu U1, zdrojový potenciál Q1 klesá, hradlový proud zajišťují rezistory R6, R7 a R8, kapacita přechodů VR1 ... VR3 odemyká Q1. Zenerova dioda VR4 omezuje napětí zdroje-hradla přivedené na Q1. Když se MOSFET U1 vypne, napětí kolektoru je omezeno na 450 voltů omezovacím obvodem VR1, VR2, VR3. Žádný dodatečné napětí na konci vinutí se rozptýlí Q1. Toto zapojení efektivně rozděluje celkové usměrněné napětí mezi Q1 a U1.

Absorpční obvod VR5, D9, R10 pohlcuje přepětí na primárním vinutí způsobené indukčním svodem transformátoru při zpětném zdvihu.

Usměrnění výstupu je provedeno diodou D1. C2 - výstupní filtr. L2 a C3 tvoří druhý stupeň filtru pro snížení nestability výstupního napětí.

VR6 začne provádět, když výstupní napětí překračuje pokles na VR6 a optočlenu. Změna výstupního napětí způsobí změnu proudu protékajícího optočlenovou diodou U2, což zase způsobí změnu proudu optočlenovým tranzistorem U2. Když tento proud překročí práh na FB pinu U1, další pracovní cyklus se vynechá. Nastavit úroveň Výstupní napětí je udržováno úpravou počtu zmeškaných a dokončených pracovních cyklů. Jakmile pracovní cyklus začne, skončí, když proud přes U1 dosáhne nastaveného vnitřního limitu. R11 omezuje proud přes optočlen a nastavuje zesílení zpětné vazby. Rezistor R12 poskytuje předpětí pro VR6.

Tento obvod je chráněn před přerušením zpětné vazby, zkratem na výstupu a přetížením díky funkcím zabudovaným do U1 (LNK304). Protože je mikroobvod napájen přímo ze svého vypouštěcího kolíku, není potřeba samostatné napájecí vinutí.

U spínaných zdrojů je stabilizace napětí zajištěna zápornou zpětnou vazbou. Zpětná vazba umožňuje udržovat výstupní napětí na relativně nízké úrovni konstantní úroveň bez ohledu na kolísání vstupního napětí a velikosti zátěže. Lze domluvit zpětnou vazbu různými způsoby. V případě pulzních zdrojů s galvanickým oddělením od napájecí sítě je nejběžnější způsob využití komunikace přes jedno z výstupních vinutí transformátoru nebo pomocí optočlenu. V závislosti na velikosti zpětnovazebního signálu (v závislosti na výstupním napětí) se mění pracovní cyklus impulsů na výstupu PWM regulátoru. Pokud není vyžadováno oddělení, pak se zpravidla používá jednoduchý odporový dělič napětí. Napájecí zdroj tak udržuje stabilní výstupní napětí.

2. Základní parametry a vlastnosti spínaných zdrojů

Klasifikace spínaných zdrojů (SMPS) se provádí podle několika hlavní kritéria:

Podle typu vstupního a výstupního napětí;

Podle typologie;

Podle tvaru výstupního napětí;

Podle typu napájecího obvodu;

Napětím zátěže;

Výkonem zátěže;

Podle typu zátěžového proudu;

Podle počtu východů;

Z hlediska stability napětí na zátěži.

Podle typu vstupního a výstupního napětí

1. AC/DC jsou měniče střídavé napětí na trvalou. Takové převodníky se používají v různých oblastech - průmyslová automatizace, telekomunikační zařízení, přístrojová zařízení, průmyslová zařízení pro zpracování dat, zabezpečovací zařízení, ale i speciální zařízení.

2. DC/DC jsou DC/DC měniče. Takové DC/DC měniče používají pulzní transformátory se dvěma nebo více vinutími a mezi vstupními a výstupními obvody není žádné spojení. Pulzní transformátory mají velký potenciálový rozdíl mezi vstupem a výstupem převodníku. Příkladem jejich aplikace může být napájecí zdroj (PSU) pro pulzní fotoblesky s výstupním napětím cca 400 V.

3. DC/AC jsou DC/AC měniče (střídač). Hlavní oblastí použití měničů je práce v kolejových vozidlech železničních a jiných vozidel s palubním stejnosměrným napájecím zdrojem. Lze je použít i jako hlavní měniče v rámci záložních zdrojů.

Vysoká přetížitelnost umožňuje napájení široký rozsah přístroje a zařízení, včetně motorů kondenzátorových kompresorů chladicí jednotky a klimatizace.

Podle typologie IIP jsou klasifikovány takto:

zpětné konvertory;

dopředné pulsní měniče (dopředný konvertor);

měniče s výstupem push-pull;

měniče s polovičním můstkovým výstupem (halfbridgeconverter);

měniče s můstkovým výstupem (fullfbridgeconverter).

Podle tvaru výstupního napětí IIP jsou klasifikovány takto:

1. S modifikovanou sinusovkou

2. Se sinusoidou správného tvaru.

Obrázek 3 - Výstupní průběhy

Podle typu napájecího obvodu:

SMPS využívající elektrickou energii získanou z jednofázová síť AC;

SMPS využívající elektrickou energii získanou z třífázová síť AC;

SMPS využívající elektrickou energii autonomní zdroj DC.

Podle napětí zátěže:

Podle výkonu zátěže:

Nízký výkon SMPS (až 100 W);

Střední výkon SMPS (od 100 do 1000 W);

Vysoký výkon SMPS (přes 1000 W).

Podle typu zátěžového proudu:

SMPS s AC výstupem;

SMPS s DC výstupem;

SMPS s AC a DC výstupem.

Podle počtu výstupů:

jednokanálový SMPS s jedním DC nebo AC výstupem;

vícekanálový SMPS se dvěma nebo více výstupními napětími.

Pokud jde o stabilitu napětí na zátěži:

stabilizovaný SMPS;

nestabilizované SMPS.

3. Základní metody konstrukce spínaných zdrojů

Ukáže to obrázek níže vzhled spínaný zdroj.

Obrázek 4 - Spínaný zdroj

Takže pro začátek obecný obrys Označme, jaké hlavní moduly jsou v libovolném spínaném zdroji. V typickém provedení lze spínaný zdroj rozdělit na tři funkční části. Tento:

1. PWM regulátor (PWM), na jehož základě je sestaven hlavní oscilátor, obvykle s frekvencí asi 30...60 kHz;

2. Kaskáda výkonových spínačů, jejichž roli mohou hrát výkonné bipolární, polní nebo IGBT (bipolární s izolovaná brána) tranzistory; tento výkonový stupeň může obsahovat přídavný řídicí obvod pro stejné spínače využívající integrované budiče nebo nízkovýkonové tranzistory; Důležitý je také obvod pro připojení výkonových spínačů: můstek (plný můstek), poloviční můstek (poloviční můstek) nebo se středním bodem (push-pull);

3. Pulzní transformátor s primárním (s) a sekundárním (s) vinutím (y) a podle toho s usměrňovacími diodami, filtry, stabilizátory atd. na výstupu; jako jádro se obvykle volí ferit nebo alsifer; obecně takové magnetické materiály, které jsou schopné provozu vysoké frekvence(v některých případech přes 100 kHz).

Existují tři hlavní způsoby, jak zkonstruovat pulzní napájecí zdroje (viz obr. 3): step-up (výstupní napětí je vyšší než vstupní napětí), step-down (výstupní napětí je nižší než vstupní napětí) a invertování (tzv. výstupní napětí má opačnou polaritu než vstupní). Jak je vidět z obrázku, liší se pouze způsobem připojení indukčnosti, jinak princip činnosti zůstává nezměněn, a to.

spínané napájecí napětí

Obrázek 5 - Typická bloková schémata spínaných zdrojů

Klíčový prvek (obvykle bipolární nebo MOS tranzistory), pracující s frekvencí řádově 20-100 kHz, periodicky při krátká doba(ne více než 50 % času) přivede na induktor plné vstupní nestabilizované napětí. Pulzní proud, protékající cívkou, zajišťuje akumulaci energetických zásob ve svém magnetickém poli 1/2LI^2 při každém pulzu. Takto uložená energie z cívky se přenáší do zátěže (buď přímo, pomocí usměrňovací diody, nebo přes sekundární vinutí s následným usměrněním), výstupní vyhlazovací filtrační kondenzátor zajišťuje konstantní výstupní napětí a proud. Je zajištěna stabilizace výstupního napětí automatické nastaveníšířka nebo frekvence impulsů na klíčovém prvku (obvod zpětné vazby je navržen pro sledování výstupního napětí).

Toto, i když poměrně složité schéma, může výrazně zvýšit účinnost celého zařízení. Jde o to, že v v tomto případě, kromě samotné zátěže nejsou v obvodu žádné výkonové prvky, které rozptylují významný výkon. Klíčové tranzistory pracují v saturovaném spínacím režimu (tj. úbytek napětí na nich je malý) a rozptylují energii pouze v poměrně krátkých časových intervalech (pulsní doba). Navíc zvýšením konverzní frekvence je možné výrazně zvýšit výkon a zlepšit hmotnostní a rozměrové charakteristiky.

Důležitou technologickou výhodou pulzních zdrojů je možnost postavit na jejich základě malé síťové zdroje s galvanickým oddělením od sítě pro napájení široké škály zařízení. Takové napájecí zdroje jsou stavěny bez použití objemného nízkofrekvenčního výkonového transformátoru pomocí obvodu vysokofrekvenčního měniče. Jedná se vlastně o typický obvod spínaného zdroje s redukcí napětí, kde je jako vstupní napětí použito usměrněné síťové napětí a jako akumulační prvek je použit vysokofrekvenční transformátor (malý a s vysokou účinností), s sekundární vinutí kterým je odstraněno výstupní stabilizované napětí (tento transformátor zároveň zajišťuje galvanické oddělení od sítě).

Nevýhody pulzních napájecích zdrojů zahrnují: přítomnost vysoká úroveň impulsní šum na výstupu, velká složitost a malá spolehlivost (zejména v řemeslné výrobě), nutnost použití drahých vysokonapěťových, vysokofrekvenčních součástek, které při sebemenší poruše snadno „masově“ selhávají (v v tomto případě lze zpravidla pozorovat působivé pyrotechnické efekty ). Ti, kteří se rádi ponoří do útrob zařízení pomocí šroubováku a páječky, budou muset být při navrhování síťových spínaných zdrojů velmi opatrní, protože mnoho prvků takových obvodů je pod vysokým napětím.

4. Varianty obvodových řešení pro spínané zdroje

Schéma SMPS 90. let je na obr. 6. Zdroj obsahuje síťový usměrňovač VD1-VD4, odrušovací filtr L1C1-SZ, měnič na bázi spínacího tranzistoru VT1 a pulzního transformátoru T1, výstupní usměrňovač VD8 s filtrem C9C10L2 a stabilizační jednotku vyrobenou na stabilizátoru DA1 a optočlen U1.

Obrázek 6 - Spínaný zdroj z 90. let

Schéma SMPS je na obr. 7. Pojistka FU1 chrání prvky před nouzovými situacemi. Termistor RK1 omezuje pulz nabíjecího proudu kondenzátoru C2 na hodnotu bezpečnou pro diodový můstek VD1 a tvoří spolu s kondenzátorem C1 RC filtr, který slouží ke snížení impulsní hluk, pronikající z IPS do sítě. Diodový můstek VD1 usměrňuje síťové napětí, kondenzátor C2 je vyhlazovací. Napěťové rázy v primárním vinutí transformátoru T1 jsou redukovány tlumícím obvodem R1C5VD2. Kondenzátor C4 je výkonový filtr, ze kterého se vnitřní prvkyčipy DA1.

Výstupní usměrňovač je namontován na Schottkyho diodě VD3, zvlnění výstupního napětí je vyhlazeno LC filtrem C6C7L1C8. Prvky R2, R3, VD4 a U1 spolu s mikroobvodem DA1 zajišťují stabilizaci výstupního napětí při změně zatěžovacího proudu a síťového napětí. Obvod indikace zapnutí je proveden pomocí LED HL1 a proudu omezujícího rezistoru R4.

Obrázek 7 - 2000s Spínaný zdroj napájení

Na obr. 8 je push-pull spínaný zdroj s polomůstkovým zapojením výkonového koncového stupně sestávajícího ze dvou výkonové MOSFETy IRFP460. Jako PWM regulátor byl zvolen mikroobvod K1156EU2R.

Navíc pomocí relé a omezovacího odporu R1 na vstupu, měkký start, což vám umožní vyhnout se náhlým rázům proudu. Relé lze použít pro napětí 12 i 24 voltů s volbou odporu R19. Varistor RU1 chrání vstupní obvod před impulsy s nadměrnou amplitudou. Kondenzátory C1-C4 a dvouvinutá tlumivka L1 tvoří síťový odrušovací filtr, který zabraňuje pronikání vysokofrekvenčního zvlnění vytvářeného převodníkem do napájecí sítě.

Trimrový rezistor R16 a kondenzátor C12 určují převodní kmitočet.

Pro snížení samoindukčního emf transformátoru T2 jsou tlumicí diody VD7 a VD8 připojeny paralelně k tranzistorovým kanálům. Schottkyho diody VD2 a VD3 chrání spínací tranzistory a výstupy čipu zpětného napětí DA2 před impulsy.

Obrázek 8 - Moderní spínaný zdroj

Závěr

V průběhu své výzkumné práce jsem provedl studii spínaných zdrojů, která mi umožnila analyzovat stávající obvody těchto zařízení a vyvodit příslušné závěry.

Spínané zdroje mají oproti jiným mnohem větší výhody – mají vyšší účinnost, mají výrazně menší hmotnost a objem, navíc mají mnohem nižší cenu, což v konečném důsledku vede k jejich relativně nízké ceně pro spotřebitele a tím i vysoké poptávka na trhu.

Mnoho moderních elektronických součástek používaných v moderní elektronických zařízení ah a systémy vyžadují vysoká kvalita výživa. Výstupní napětí (proud) musí být navíc stabilní, mít požadovaný tvar (například u měničů) a také minimální úroveň zvlnění (například u usměrňovačů).

Spínané zdroje jsou tedy nedílnou součástí všech elektronických zařízení a systémů napájených oběma průmyslová síť 220 V a další zdroje energie. Spolehlivost elektronického zařízení navíc přímo závisí na kvalitě zdroje energie.

Vývoj nových a vylepšených spínaných napájecích obvodů tedy zlepší technické a výkonnostní charakteristiky elektronických zařízení a systémů.

Seznam použité literatury

1. Gurevič V.I. Spolehlivost zařízení ochrany mikroprocesorových relé: mýty a realita. - Energetické problémy, 2008, č. 5-6, s. 47-62.

2. Napájení [ Elektronický zdroj] // Wikipedie. - Režim přístupu: http://ru. wikipedia.org/wiki/Power_source

3. Sekundární zdroj energie [Elektronický zdroj] // Wikipedie. - Režim přístupu: http://ru. wikipedia.org/wiki/Secondary_power_source

4. Vysokonapěťové napájecí zdroje [Elektronický zdroj] // Optosystems LLC – Režim přístupu: http://www.optosystems.ru/power _supplies_about. php

5. Efimov I.P. Zdroje energie - Uljanovská státní technická univerzita, 2001, s. 3-13.

6. Oblasti použití napájecích zdrojů [Elektronický zdroj] - Režim přístupu: http://www.power2000.ru/apply_obl.html

7. Počítačové bloky napájení [Elektronický zdroj] - Režim přístupu: http://offline.computerra.ru/2002/472/22266/

8. Vývoj spínaných zdrojů napájení [Elektronický zdroj] - Režim přístupu: http://www.power-e.ru/2008_4_26. php

9. Princip činnosti spínaných zdrojů [Elektronický zdroj] - Režim přístupu: http://radioginn. ucoz.ru/publ/1-1-0-1

Podobné dokumenty

Pojem, účel a klasifikace sekundárních energetických zdrojů. Strukturální a obvodové schéma sekundárního zdroje energie pracujícího ze stejnosměrné sítě a produkujícího střídavé napětí na výstupu. Výpočet parametrů napájecího zdroje.

práce v kurzu, přidáno 28.01.2014


Sekundární napájecí zdroje jako nedílná součást jakéhokoli elektronického zařízení. Zvažování polovodičových měničů propojujících AC a DC systémy. Analýza principů konstrukce obvodů pulzních zdrojů.

práce, přidáno 17.02.2013


Zdroj energie jako zařízení určené k napájení zařízení elektrickou energií. konverze střídavého napětí průmyslová frekvence do pulzujícího stejnosměrného napětí pomocí usměrňovačů. Stabilizátory stejnosměrného napětí.

abstrakt, přidáno 02.08.2013


Stabilizace průměrného výstupního napětí sekundárního zdroje. Minimální faktor stabilizace napětí. Kompenzační stabilizátor napětí. Maximální kolektorový proud tranzistoru. Koeficient antialiasingového filtru.

test, přidáno 19.12.2010


Kombinace usměrňovacích funkcí s regulací nebo stabilizací výstupního napětí. Vývoj elektrického konstrukčního obvodu pro napájecí zdroj. Snižovací transformátor a volba základny napájecího prvku. Výpočet nízkovýkonového transformátoru.

práce v kurzu, přidáno 16.07.2012


Výpočet transformátoru a parametrů integrovaného stabilizátoru napětí. Základní elektrické schéma napájení. Výpočet parametrů neřízeného usměrňovače a vyhlazovacího filtru. Výběr usměrňovacích diod, výběr velikostí magnetických obvodů.

práce v kurzu, přidáno 14.12.2013


Analýza systému sekundárních zdrojů protiletadlového raketového systému Strela-10. Charakteristika schematických pulzních stabilizátorů. Analýza činnosti modernizovaného stabilizátoru napětí. Výpočet jeho prvků a hlavních parametrů.

práce, přidáno 03.07.2012


Princip činnosti invertorového zdroje pro svařovací oblouk, jeho výhody a nevýhody, zapojení a provedení. Efektivita provozu invertorových zdrojů z hlediska úspory energie. Základna prvků usměrňovačů s invertorem.

práce v kurzu, přidáno 28.11.2014


Sekvence sběru invertujícího zesilovače obsahujícího generátor funkcí a měřič amplitudově-frekvenčních charakteristik. Oscilogram vstupních a výstupních signálů o frekvenci 1 kHz. Obvod měření výstupního napětí a jeho odchylky.

laboratorní práce, přidáno 7.11.2015


Analýza elektrický obvod: označení uzlů, proudů. Stanovení vstupních a výstupních signálů, přenosové charakteristiky čtyřsvorkové sítě. Blokové schéma řídicího systému. Reakce systému na dopad jediného kroku za nulových podmínek.

Většina moderních elektronických zařízení prakticky nepoužívá analogové (transformátorové) napájecí zdroje, jsou nahrazeny pulzními měniči napětí. Abychom pochopili, proč se to stalo, je nutné zvážit designové prvky, stejně jako silné a slabé stránky těchto zařízení. Řekneme si také o účelu hlavních komponent pulzních zdrojů a poskytneme jednoduchý příklad implementace, kterou lze sestavit vlastníma rukama.

Konstrukční vlastnosti a princip fungování

Několik způsobů, jak převést napětí na výkon elektronické součástky, můžeme rozlišit dva nejrozšířenější:

1. Analogový, jehož hlavním prvkem je snižující transformátor, kromě své hlavní funkce poskytuje také galvanické oddělení.
2. Princip impulsu.

Podívejme se, jak se tyto dvě možnosti liší.

PSU na bázi výkonového transformátoru

Podívejme se na zjednodušené blokové schéma tohoto zařízení. Jak je patrné z obrázku, na vstupu je instalován snižovací transformátor, s jehož pomocí se převádí amplituda napájecího napětí, například z 220 V získáme 15 V. Další blok– usměrňovač, jeho úkolem je převádět sinusový proud na pulzní (harmonická je zobrazena nad symbolickým obrázkem). K tomuto účelu slouží usměrňovací polovodičové prvky (diody) propojené můstkovým obvodem. Princip jejich fungování najdete na našem webu.

Další blok plní dvě funkce: vyhlazuje napětí (k tomu je použit kondenzátor odpovídající kapacity) a stabilizuje ho. Ten je nezbytný, aby napětí „nekleslo“ při zvýšení zátěže.

Dané blokové schéma je ve zdroji zpravidla značně zjednodušeno tohoto typu Je zde vstupní filtr a ochranné obvody, ale to není důležité pro vysvětlení činnosti zařízení.

Všechny nevýhody výše uvedené možnosti přímo nebo nepřímo souvisí s hlavním konstrukčním prvkem - transformátorem. Za prvé, jeho hmotnost a rozměry omezují miniaturizaci. Aby to nebylo neopodstatněné, použijeme jako příklad snižovací transformátor 220/12 V jmenovitý výkon 250 W. Hmotnost takové jednotky je asi 4 kilogramy, rozměry 125x124x89 mm. Dokážete si představit, kolik by na základě toho vážila nabíječka notebooku.

Za druhé, cena takových zařízení je někdy mnohonásobně vyšší než celkové náklady na ostatní komponenty.

Pulzní zařízení

Jak je patrné z blokového schématu na obrázku 3, princip činnosti těchto zařízení se výrazně liší od analogové převodníky v první řadě absencí vstupního snižovacího transformátoru.

Obrázek 3. Blokové schéma spínaného zdroje

Podívejme se na operační algoritmus takového zdroje:

• Napájení je přiváděno do přepěťová ochrana, jeho úkolem je minimalizovat rušení sítě, jak příchozí, tak odchozí, vznikající provozem.
• Dále se uvede do provozu jednotka pro převod sinusového napětí na pulzní konstantní napětí a vyhlazovací filtr.
• Na další etapa K procesu je připojen invertor, jehož úkolem je vytváření pravoúhlých vysokofrekvenčních signálů. Zpětná vazba do měniče se provádí přes řídicí jednotku.
• Dalším blokem je IT, je nutný pro automatický režim generátoru, napájení obvodu, ochrany, ovládání regulátoru a také zátěže. Kromě toho úkol IT zahrnuje zajištění galvanického oddělení mezi vysokonapěťovými a nízkonapěťovými obvody.

Na rozdíl od step-down transformátoru je jádro tohoto zařízení vyrobeno z ferimagnetických materiálů, což přispívá ke spolehlivému přenosu RF signálů, které mohou být v rozsahu 20-100 kHz. Funkce Jde o to, že při připojení je kritické zahrnutí začátku a konce vinutí. Malé velikosti Toto zařízení umožňuje vyrábět zařízení miniaturních rozměrů, příkladem je elektronický svazek (předřadník) LED nebo energeticky úsporné žárovky.

• Dále je uveden do provozu výstupní usměrňovač, protože pracuje s vysokofrekvenčním napětím, proces vyžaduje vysokorychlostní polovodičové prvky, proto se pro tento účel používají Schottkyho diody.
• V konečné fázi se na výhodném filtru provede vyhlazení, po kterém se na zátěž přivede napětí.

Nyní, jak jsme slíbili, se podívejme na princip fungování hlavního prvku tohoto zařízení - měniče.

Jak funguje střídač?

RF modulaci lze provést třemi způsoby:

• pulzní frekvence;
• fázový puls;
• šířka pulsu.

V praxi se používá poslední možnost. Je to dáno jednak jednoduchostí implementace a jednak tím, že PWM má na rozdíl od ostatních dvou modulačních metod konstantní komunikační frekvenci. Níže je zobrazeno blokové schéma popisující činnost regulátoru.

Provozní algoritmus zařízení je následující:

Generátor referenční frekvence generuje řadu obdélníkových signálů, jejichž frekvence odpovídá referenční frekvenci. Na základě tohoto signálu se vytvoří pilový zub U P, který je přiveden na vstup komparátoru K PWM. Signál UUS přicházející z řídicího zesilovače je přiveden na druhý vstup tohoto zařízení. Signál generovaný tímto zesilovačem odpovídá proporcionálnímu rozdílu mezi U P (referenční napětí) a U RS (řídící signál z obvodu zpětné vazby). To znamená, že řídicí signál UUS je ve skutečnosti nepřizpůsobivé napětí s úrovní, která závisí jak na proudu na zátěži, tak na napětí na ní (U OUT).

Tato metoda implementace vám umožňuje organizovat uzavřený okruh, který umožňuje řídit výstupní napětí, to znamená, že ve skutečnosti mluvíme o lineárně-diskrétním funkční jednotka. Na jeho výstupu jsou generovány pulsy, jejichž trvání závisí na rozdílu mezi referenčním a řídicím signálem. Na jeho základě je vytvořeno napětí pro ovládání klíčového tranzistoru měniče.

Proces stabilizace výstupního napětí se provádí sledováním jeho úrovně, když se mění, proporcionálně se mění napětí řídicího signálu U PC, což vede ke zvýšení nebo snížení doby mezi impulsy.

V důsledku toho se mění výkon sekundárních obvodů, což zajišťuje stabilizaci výstupního napětí.

Pro zajištění bezpečnosti je nutné galvanické oddělení mezi napájecí sítí a zpětnou vazbou. K tomuto účelu se zpravidla používají optočleny.

Silné a slabé stránky pulzních zdrojů

Pokud porovnáme analogové a pulzní zařízení stejný výkon, pak budou mít tyto výhody následující výhody:

• Malé rozměry a hmotnost díky absenci nízkofrekvenčního snižovacího transformátoru a regulačních prvků, které vyžadují odvod tepla pomocí velkých radiátorů. Díky použití technologie konverze vysokofrekvenčního signálu je možné snížit kapacitu kondenzátorů použitých ve filtrech, což umožňuje instalaci menších prvků.
• Vyšší účinnost, protože hlavní ztráty jsou způsobeny pouze tím přechodné procesy, zatímco v analogových obvodech se během elektromagnetické přeměny neustále ztrácí mnoho energie. Výsledek mluví sám za sebe, zvýšení účinnosti až 95-98 %.
• Nižší cena díky použití méně výkonných polovodičových prvků.
• Širší rozsah vstupního napětí. Tento typ zařízení je nenáročný na frekvenci a amplitudu, proto je povoleno připojení k sítím různých standardů.
• Dostupnost spolehlivou ochranu před zkraty, nadměrným zatížením a jinými nouzovými situacemi.

Mezi nevýhody pulzní technologie patří:

Přítomnost vysokofrekvenčního rušení je důsledkem činnosti vysokofrekvenčního měniče. Tento faktor vyžaduje instalaci filtru, který potlačuje rušení. Bohužel jeho provoz není vždy efektivní, což ukládá určitá omezení pro použití zařízení tohoto typu ve vysoce přesných zařízeních.

Zvláštní požadavky na zatížení, nemělo by se snižovat ani zvyšovat. Jakmile úroveň proudu překročí horní nebo dolní práh, začnou se charakteristiky výstupního napětí výrazně lišit od standardních. Výrobci (dokonce i nedávno čínští) takové situace zpravidla zajišťují a instalují do svých výrobků vhodnou ochranu.

Rozsah použití

Téměř veškerá moderní elektronika je napájena z bloků tohoto typu, například:

Sestavení spínaného zdroje vlastníma rukama

Uvažujme obvod jednoduchého napájecího zdroje, kde se uplatňuje výše popsaný princip činnosti.

Označení:

• Rezistory: R1 – 100 Ohm, R2 – od 150 kOhm do 300 kOhm (volitelné), R3 – 1 kOhm.
• Kapacity: C1 a C2 – 0,01 µF x 630 V, C3 -22 µF x 450 V, C4 – 0,22 µF x 400 V, C5 – 6800-15000 pF (volitelné), 012 µF, C6 – 10 µF, C7 x – 220 µF x 25 V, C8 – 22 µF x 25 V.
• Diody: VD1-4 - KD258V, VD5 a VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
• Tranzistor VT1 – KT872A.
• Stabilizátor napětí D1 - mikroobvod KR142 s indexem EH5 - EH8 (v závislosti na požadovaném výstupním napětí).
• Transformátor T1 - je použito feritové jádro tvaru w o rozměrech 5x5. Primární vinutí je navinuto 600 závity drátu Ø 0,1 mm, sekundární (piny 3-4) obsahuje 44 závitů Ø 0,25 mm a poslední vinutí obsahuje 5 závitů Ø 0,1 mm.
• Pojistka FU1 – 0,25A.

Nastavení spočívá ve výběru hodnot R2 a C5, které zajistí buzení generátoru na vstupní napětí 185-240 V.

Na rozdíl od tradičních lineárních napájecích zdrojů, které zahrnují zhášení nadměrného nestabilizovaného napětí na průchodu lineární prvek, pulzní zdroje využívají pro generování stabilizovaného napětí další metody a fyzikální jevy, a to: vliv akumulace energie v induktorech, dále možnost vysokofrekvenční transformace a přeměny akumulované energie na stejnosměrné napětí. Pro konstrukci pulzních zdrojů existují tři typické obvody: step-up (výstupní napětí vyšší než vstupní) Obr. 1,

Rýže. 1. Zesilte spínaný zdroj (Uout>Uin).

snížení (výstupní napětí nižší než vstupní)

Rýže. 2. Snížený napájecí zdroj (Uout

Snižující napájecí zdroj (Uout

Rýže. 3. Invertující spínaný zdroj (Uout

Jak je vidět z obrázku, liší se pouze způsobem připojení indukčnosti, jinak princip činnosti zůstává nezměněn, a to.

Klíčový prvek (obvykle se používají bipolární nebo MIS tranzistory), pracující s frekvencí řádově 20-100 kHz, periodicky přivádí na induktor na krátkou dobu plné vstupní nestabilizované napětí (ne více než 50 % času) . Pulzní proud. proudění cívkou zajišťuje akumulaci energetických zásob v jejím magnetickém poli 1/2LI^2 při každém pulzu. - takto uložená energie z cívky se přenáší do zátěže (buď přímo, pomocí usměrňovací diody, nebo přes sekundární vinutí s následným usměrněním), výstupní vyhlazovací filtrační kondenzátor zajišťuje stálost výstupního napětí a proudu. Stabilizace výstupního napětí je zajištěna automatickým nastavením šířky nebo frekvence impulsu na klíčovém prvku (pro sledování výstupního napětí je navržen zpětnovazební obvod).

Toto, i když poměrně složité schéma, může výrazně zvýšit účinnost celého zařízení. Faktem je, že v tomto případě kromě samotné zátěže nejsou v obvodu žádné výkonové prvky, které rozptylují významný výkon. Klíčové tranzistory pracují v saturovaném spínacím režimu (tj. úbytek napětí na nich je malý) a rozptylují energii pouze v poměrně krátkých časových intervalech (pulsní doba). Navíc zvýšením konverzní frekvence je možné výrazně zvýšit výkon a zlepšit hmotnostní a rozměrové charakteristiky.

Důležitou technologickou výhodou pulzních zdrojů je možnost postavit na jejich základě malé síťové zdroje s galvanickým oddělením od sítě pro napájení široké škály zařízení. Takové napájecí zdroje jsou stavěny bez použití objemného nízkofrekvenčního výkonového transformátoru pomocí obvodu vysokofrekvenčního měniče. Jedná se vlastně o typický obvod spínaného zdroje s redukcí napětí, kde je jako vstupní napětí použito usměrněné síťové napětí a jako akumulační prvek je použit vysokofrekvenční transformátor (malý a s vysokou účinností), od r. sekundární vinutí, jehož výstupní stabilizované napětí je odstraněno (tento transformátor zároveň zajišťuje galvanické oddělení od sítě).

Mezi nevýhody pulzních zdrojů patří: přítomnost vysoké úrovně pulzního šumu na výstupu, velká složitost a malá spolehlivost (zejména v řemeslné výrobě), nutnost použití drahých vysokonapěťových vysokofrekvenčních součástek, které v příp. sebemenší závady snadno selžou „hromadně“ (s V tomto případě lze zpravidla pozorovat působivé pyrotechnické efekty). Ti, kteří se rádi ponoří do útrob zařízení pomocí šroubováku a páječky, budou muset být při navrhování síťových spínaných zdrojů velmi opatrní, protože mnoho prvků takových obvodů je pod vysokým napětím.

IMPULZNÍ NAPÁJENÍ

Na rozdíl od tradičních lineárních napájecích zdrojů, které zahrnují hašení přebytečného nestabilizovaného napětí na průchozím lineárním prvku, využívají pulzní zdroje pro generování stabilizovaného napětí jiné metody a fyzikální jevy, a to: vliv akumulace energie v induktorech, stejně jako možnost vysokofrekvenční transformace a přeměny akumulované energie na konstantní napětí. Pro konstrukci pulzních napájecích zdrojů existují tři typické obvody (viz obr. 3.4-1): step-up (výstupní napětí je vyšší než vstupní napětí), step-down (výstupní napětí je nižší než vstupní napětí) a invertující (výstupní napětí má opačnou polaritou vzhledem ke vstupu). Jak je vidět z obrázku, liší se pouze způsobem připojení indukčnosti, jinak princip činnosti zůstává nezměněn, a to.

Klíčový prvek (obvykle se používají bipolární nebo MOS tranzistory), pracující s frekvencí řádově 20-100 kHz, je periodicky aplikován na krátkou dobu (ne více než 50% času)

dodává plné vstupní nestabilizované napětí induktoru. Pulzní proud. proudění cívkou zajišťuje akumulaci energetických zásob v jejím magnetickém poli 1/2LI^2 při každém pulzu. Takto uložená energie z cívky se přenáší do zátěže (buď přímo, pomocí usměrňovací diody, nebo přes sekundární vinutí s následným usměrněním), výstupní vyhlazovací filtrační kondenzátor zajišťuje konstantní výstupní napětí a proud. Stabilizace výstupního napětí je zajištěna automatickým nastavením šířky nebo frekvence impulsu na klíčovém prvku (pro sledování výstupního napětí je navržen zpětnovazební obvod).

Toto, i když poměrně složité schéma, může výrazně zvýšit účinnost celého zařízení. Faktem je, že v tomto případě kromě samotné zátěže nejsou v obvodu žádné výkonové prvky, které rozptylují významný výkon. Klíčové tranzistory pracují v saturovaném spínacím režimu (tj. úbytek napětí na nich je malý) a rozptylují energii pouze v poměrně krátkých časových intervalech (pulsní doba). Navíc zvýšením konverzní frekvence je možné výrazně zvýšit výkon a zlepšit hmotnostní a rozměrové charakteristiky.

Důležitou technologickou výhodou pulzních zdrojů je možnost postavit na jejich základě malé síťové zdroje s galvanickým oddělením od sítě pro napájení široké škály zařízení. Takové napájecí zdroje jsou stavěny bez použití objemného nízkofrekvenčního výkonového transformátoru pomocí obvodu vysokofrekvenčního měniče. Jedná se vlastně o typický obvod spínaného zdroje s redukcí napětí, kde je jako vstupní napětí použito usměrněné síťové napětí a jako akumulační prvek je použit vysokofrekvenční transformátor (malý a s vysokou účinností), od r. sekundární vinutí, jehož výstupní stabilizované napětí je odstraněno (tento transformátor zároveň zajišťuje galvanické oddělení od sítě).

Mezi nevýhody pulzních zdrojů patří: přítomnost vysoké úrovně pulzního šumu na výstupu, velká složitost a malá spolehlivost (zejména v řemeslné výrobě), nutnost použití drahých vysokonapěťových vysokofrekvenčních součástek, které v příp. sebemenší závady snadno selžou „hromadně“ (s V tomto případě lze zpravidla pozorovat působivé pyrotechnické efekty). Ti, kteří se rádi ponoří do útrob zařízení pomocí šroubováku a páječky, budou muset být při navrhování síťových spínaných zdrojů velmi opatrní, protože mnoho prvků takových obvodů je pod vysokým napětím.

Rýže. 3.4-1 Typická bloková schémata spínaných zdrojů

Obraz:

2. Efektivní nízkokomplexní pulzní stabilizátor.

Účinný spínací stabilizátor s nízkou složitostí

Na elementová základna, podobně jako u lineárního stabilizátoru popsaného výše (obr. 3.3-3), můžete sestavit pulzní stabilizátor napětí. Při stejných vlastnostech bude mít výrazně menší rozměry a lepší tepelné podmínky. Schematický diagram takového stabilizátoru je na Obr. 3,4-2. Stabilizátor se sestavuje podle standardní schéma s poklesem napětí (obr. 3.4-1a).

Při prvním zapnutí, při vybití kondenzátoru C4 a připojení dostatečně výkonné zátěže na výstup, protéká proud lineárním regulátorem IC DA1. Pokles napětí na R1 způsobený tímto proudem odemkne klíčový tranzistor VT1, který okamžitě přejde do saturačního režimu, protože indukční reaktance L1 je velký a tranzistorem protéká dostatek vysoký proud. Pokles napětí na R5 otevírá hlavní klíčový prvek - tranzistor VT2. Proud. zvýšení v L1, nabíjí C4, zatímco prostřednictvím zpětné vazby na R8 dochází k záznamu

Poškození stabilizátoru a klíčového tranzistoru. Energie uložená v cívce pohání zátěž. Když napětí na C4 klesne pod stabilizační napětí, DA1 a klíčový tranzistor se otevřou. Cyklus se opakuje s frekvencí 20-30 kHz.

Okruh R3. R4, C2 nastaví úroveň výstupního napětí. Lze jej plynule nastavit v malých mezích, od Uct DA1 po Uin. Pokud je však Uout zvednut blízko k Uin, objeví se určitá nestabilita při maximálním zatížení a zvýšená úroveň pulzace. Pro potlačení vysokofrekvenčního zvlnění je na výstupu stabilizátoru zařazen filtr L2, C5.

Schéma je poměrně jednoduché a nejúčinnější pro tuto úroveň složitost. Všechny výkonové prvky VT1, VT2, VD1, DA1 jsou vybaveny malými radiátory. Vstupní napětí nesmí překročit 30 V, což je maximum pro stabilizátory KR142EN8. Usměrňovací diody použijte proud alespoň 3 A.

Rýže. 3.4-2 Schéma účinného pulzního stabilizátoru na bázi jednoduchého prvku

Obraz:

3. Zařízení nepřerušitelné napájení na základě vysoké frekvence pulzní měnič.

Zařízení pro nepřerušitelné napájení na bázi spínacího stabilizátoru

Na Obr. 3.4-3 navrhujeme ke zvážení zařízení pro nepřerušitelné napájení bezpečnostních a video monitorovacích systémů na bázi pulzního stabilizátoru kombinovaného s nabíječka. Stabilizátor obsahuje ochranné systémy proti přetížení, přehřátí, rázům výstupního napětí, zkrat.

Stabilizátor má následující parametry:

Vstupní napětí, Uvx - 20-30 V:

Výstupní stabilizované napětí, Uvyx-12V:

Nominální zátěžový proud, Nominální zatížení -5A;

Vypínací proud systému ochrany proti přetížení, Iprotect - 7A;.

Provozní napětí systému přepěťové ochrany, ochrana Uout - 13 V;

Maximální nabíjecí proud baterie, Icharge battery max - 0,7 A;

Úroveň zvlnění. Upulse - 100 mV,

Provozní teplota systému ochrany proti přehřátí, Tzasch - 120 C;

Rychlost přepínání na napájení z baterie, tswitch - 10ms (relé RES-b RFO.452.112).

Princip činnosti pulzního stabilizátoru v popsaném zařízení je stejný jako u výše uvedeného stabilizátoru.

Zařízení je doplněno nabíječkou vyrobenou na prvcích DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Stabilizátor napětí IC DA2 s děličem proudu na R7. R8 omezuje maximální počáteční nabíjecí proud, dělič R9, R10 nastavuje výstupní nabíjecí napětí, dioda VD2 chrání baterii před samovybíjením při absenci napájecího napětí.

Ochrana proti přehřátí používá jako teplotní senzor termistor R16. Při spuštění ochrany se zapne zvukový alarm namontovaný na DD 1 IC a současně se zátěž odpojí od stabilizátoru a přepne se na napájení z baterie. Termistor je namontován na radiátoru tranzistoru VT1. Jemné nastavení úrovně odezvy teplotní ochrany se provádí odporem R18.

Snímač napětí je namontován na děliči R13, R15. je nastaven odpor R15 přesnou úroveň se spustí přepěťová ochrana (13 V). Překročí-li napětí na výstupu stabilizátoru (pokud tento selže), relé S1 odpojí zátěž od stabilizátoru a připojí jej k baterii. Pokud je vypnuto napájecí napětí, relé S1 přejde do „výchozího“ stavu - tzn. připojuje zátěž k baterii.

Zde uvedené schéma nemá elektronická ochrana kvůli zkratu baterie. Tuto roli plní pojistka v napájecím obvodu zátěže, navržená pro maximální odběr proudu.

Rýže. 3.4-3 Schéma 12V 5A zdroje nepřerušitelného napájení s multifunkčním ochranným systémem

Obraz:

4. Napájecí zdroje založené na vysokofrekvenčním pulzním měniči.

Zdroje založené na vysokofrekvenčním pulzním měniči

Poměrně často jsou při navrhování zařízení přísné požadavky na velikost zdroje energie. V tomto případě jediná cesta ven je použití napájecích zdrojů na bázi vysokonapěťových, vysokofrekvenčních pulzních měničů. které jsou připojeny k síti ~220 V bez použití velkého nízkofrekvenčního snižovacího transformátoru a mohou poskytnout více síly s malými rozměry a přenosem tepla.

Blokové schéma typického pulzního měniče napájeného z průmyslové sítě je znázorněno na obrázku 34-4.

Vstupní filtr je navržen tak, aby zabránil vstupu impulsního šumu do sítě. Vypínací klávesy zajišťují dodávku vysokonapěťových impulsů do primárního vinutí vysokofrekvenčního transformátoru (jedno- a

push-pull obvody). Frekvence a trvání impulsů jsou nastaveny řízeným generátorem (obvykle se používá řízení šířky impulsu, méně často - frekvence). Na rozdíl od nízkofrekvenčních sinusových signálových transformátorů využívají pulzní napájecí zdroje širokopásmová zařízení, která poskytují efektivní převod zapněte signály s rychlými hranami. To klade značné požadavky na typ použitého magnetického obvodu a konstrukci transformátoru. Na druhou stranu s rostoucí frekvencí se požadované rozměry transformátoru (při zachování přenášeného výkonu) zmenšují ( moderní materiály umožňují stavbu výkonných transformátorů s přijatelnou účinností na frekvencích do 100-400 kHz). Zvláštností výstupního usměrňovače je použití vysokorychlostních Schottkyho diod spíše než klasických výkonových diod, což je způsobeno vysokou frekvencí usměrněného napětí. Výstupní filtr vyhlazuje zvlnění výstupního napětí. Zpětnovazební napětí se porovnává s referenční napětí a poté ovládá generátor. Upozorňujeme na přítomnost galvanického oddělení v obvodu zpětné vazby, které je nutné, pokud chceme zajistit oddělení výstupního napětí od sítě.

Při výrobě takového IP vznikají vážné požadavky na použité komponenty (což zvyšuje jejich cenu ve srovnání s tradičními). Za prvé se jedná o provozní napětí usměrňovacích diod, filtračních kondenzátorů a klíčových tranzistorů, které by nemělo být menší než 350 V, aby se zabránilo poruchám. Za druhé by měly být použity vysokofrekvenční klíčové tranzistory (pracovní frekvence 20-100 kHz) a speciální keramické kondenzátory (běžné oxidové elektrolyty se při vysokých frekvencích přehřívají kvůli své vysoké indukčnosti

aktivita). A za třetí, saturační frekvence vysokofrekvenčního transformátoru, určená typem použitého magnetického jádra (zpravidla se používají toroidní jádra), musí být výrazně vyšší než pracovní frekvence měniče.

Na Obr. 3.4-5 je schematicky znázorněn klasický napájecí zdroj na bázi vysokofrekvenčního měniče. Filtr sestávající z kondenzátorů C1, C2, SZ a tlumivek L1, L2 slouží k ochraně napájecí sítě před vysokofrekvenční rušení ze strany převodníku. Generátor je postaven podle samooscilačního obvodu a kombinován s klíčovým stupněm. Klíčové tranzistory VT1 a VT2 pracují v protifázi, střídavě se otevírají a zavírají. Spouštění generátoru a spolehlivý provoz zajišťuje tranzistor VT3, pracující v režimu lavinového průrazu. Když se napětí na C6 zvýší přes R3, tranzistor se otevře a kondenzátor se vybije na bázi VT2, čímž se spustí generátor. Zpětnovazební napětí je odstraněno z přídavného (III) vinutí výkonového transformátoru Tpl.

Tranzistory VT1. VT2 se instaluje na deskové radiátory minimálně 100 cm^2. Diody VD2-VD5 se Schottkyho bariérou jsou umístěny na malém zářiči 5 cm^2. Data tlumivek a transformátorů: L1-1. L2 je navinut na feritových kroužcích 2000NM K12x8x3 do dvou drátů pomocí drátu PELSHO 0,25: 20 závitů. TP1 - na dvou kroužcích složených k sobě, ferit 2000NN KZ 1x18,5x7;

vinutí 1 - 82 závitů s drátem PEV-2 0,5: vinutí II - 25+25 závitů s drátem PEV-2 1,0: vinutí III - 2 závity s drátem PEV-2 0,3. TP2 je navinutý na feritovém kroužku 2000NN K10x6x5. všechna vinutí jsou vyrobena z drátu PEV-2 0,3: vinutí 1 - 10 otáček:

vinutí II a III - po 6 závitech, obě vinutí (II a III) jsou navinuta tak, aby zabírala 50% plochy na prstenci, aniž by se dotýkala nebo překrývala, vinutí I je navinuto rovnoměrně po celém prstenci a izolováno vrstvou z lakované látky. Cívky usměrňovacích filtrů L3, L4 jsou navinuty na feritu 2000NM K 12x8x3 s drátem PEV-2 1,0, počet závitů - 30. KT809A lze použít jako klíčové tranzistory VT1, VT2. KT812, KT841.

Jmenovité hodnoty prvků a vinutí transformátorů jsou uvedeny pro výstupní napětí 35 V. V případě, že jsou požadovány jiné hodnoty provozních parametrů, je třeba odpovídajícím způsobem změnit počet závitů vinutí 2 Tr1.

Popisovaný obvod má výrazné nedostatky, kvůli snaze extrémně snížit počet použitých součástek Patří mezi ně nízká úroveň stabilizace výstupního napětí, nestabilní nespolehlivý provoz a nízký výstupní proud. Je však docela vhodný pro napájení nejjednodušších konstrukcí jiná síla(při použití vhodných komponent), jako jsou: kalkulačky. ID volajících. osvětlovací tělesa atd.

Další napájecí obvod založený na vysokofrekvenčním pulzním měniči je na Obr. 3,4-6. Hlavní rozdíl mezi tímto schématem a standardní strukturou znázorněnou na obr. 3.4-4 je absence zpětnovazebního obvodu. V tomto ohledu je stabilita napětí na výstupních vinutích vf transformátoru Tr2 dosti nízká a je nutné použití sekundárních stabilizátorů (obvod využívá univerzální integrované stabilizátory založené na IC řady KR142).

Rýže. 3.4-4 Blokové schéma typického vysokofrekvenčního pulzního měniče napájeného z průmyslové sítě

Obraz:

Spínací stabilizátor s klíčovým MOS tranzistorem s odečítáním proudu.

Miniaturizaci a zvýšení efektivity při vývoji a konstrukci spínaných zdrojů usnadňuje použití nové třídy polovodičových invertorů – tranzistorů MOS, dále: vysoce výkonné diody s rychlou reverzní obnovou, Schottkyho diody, ultravysokorychlostní diody, tranzistory s řízeným polem s izolovaným hradlem, integrované řídicí obvody klíčové prvky. Všechny tyto položky jsou dostupné na domácím trhu a lze je použít při návrhu vysoce účinných napájecích zdrojů, měničů, zapalovacích systémů pro spalovací motory (ICE) a startovacích systémů pro zářivky (FLL). Velký zájem pro vývojáře může být i třída výkonových zařízení nazvaná HEXSense – MOS tranzistory se snímáním proudu. Jsou ideálními spínacími prvky pro spínané zdroje připravené k ovládání. Schopnost číst proud spínacího tranzistoru lze použít ve spínacích zdrojích k zajištění proudové zpětné vazby vyžadované regulátorem pulsně šířkové modulace. Tím je dosaženo zjednodušení konstrukce napájecího zdroje - vyloučení proudových rezistorů a transformátorů z něj.

Na Obr. Obrázek 3.4-7 ukazuje schéma 230W spínaného zdroje. Jeho hlavní výkonnostní charakteristiky jsou následující:

Vstupní napětí: -110V 60Hz:

Výstupní napětí: 48 V DC:

Zatěžovací proud: 4,8 A:

Spínací frekvence: 110 kHz:

Účinnost při plném zatížení : 78%;

Účinnost při 1/3 zatížení: 83 %.

Obvod je postaven na bázi pulsně šířkového modulátoru (PWM) s vysokofrekvenčním měničem na výstupu. Princip fungování je následující.

Řídicí signál pro klíčový tranzistor přichází z výstupu 6 PWM regulátoru DA1, pracovní cyklus je omezen na 50 % rezistorem R4, R4 a SZ jsou časovací prvky generátoru. Napájení pro DA1 je zajištěno řetězem VD5, C5, C6, R6. Rezistor R6 je určen k napájení napájecího napětí při startu generátoru, následně je aktivována napěťová zpětná vazba přes LI, VD5. Tato zpětná vazba se získává z přídavného vinutí výstupní tlumivky, která pracuje v reverzním režimu. Kromě napájení generátoru je zpětnovazební napětí přes řetězec VD4, Cl, Rl, R2 přiváděno na vstup napěťové zpětné vazby DA1 (pin 2). Prostřednictvím R3 a C2 je zajištěna kompenzace, která zaručuje stabilitu zpětné vazby.

Na základě tohoto zapojení je možné postavit pulzní stabilizátory s dalšími výstupními parametry.

Zavedení

Spínané zdroje nyní s jistotou nahrazují zastaralé lineární. Důvodem je vysoký výkon, kompaktnost a zlepšené stabilizační vlastnosti, které jsou těmto zdrojům vlastní.

S rychlými změnami, kterými v poslední době prošly principy napájení elektronických zařízení, jsou informace o výpočtu, konstrukci a použití spínaných zdrojů stále aktuálnější.

Spínané zdroje si v poslední době získaly oblibu zejména mezi odborníky v oblasti elektroniky a radiotechniky a také v průmyslové výrobě. Existuje tendence opouštět standardní objemné transformátorové jednotky a přejít na malé konstrukce spínaných napájecích zdrojů, měničů napětí, měničů a střídačů.

Obecně je téma spínaných zdrojů poměrně aktuální a zajímavé a je jednou z nejdůležitějších oblastí výkonové elektroniky. Tato oblast elektroniky je perspektivní a rychle se rozvíjející. A jeho hlavním cílem je vyvíjet výkonná napájecí zařízení splňující moderní požadavky na spolehlivost, kvalitu, odolnost, minimalizaci hmotnosti, rozměrů, spotřeby energie a materiálu. Je třeba poznamenat, že téměř veškerá moderní elektronika, včetně všech druhů počítačů, audio, video zařízení a dalších moderních zařízení, je napájena kompaktními spínanými zdroji, což opět potvrzuje relevanci dalšího rozvoje této oblasti napájecích zdrojů. .

Princip činnosti spínaných zdrojů

Spínaný zdroj je invertorový systém. U spínaných zdrojů se nejprve usměrní vstupní střídavé napětí. Výsledné stejnosměrné napětí se převádí na obdélníkové impulsy o vysoké frekvenci a určitém pracovním cyklu, buď přiváděné do transformátoru (u impulsních zdrojů s galvanickým oddělením od napájecí sítě) nebo přímo na výstupní dolní propust (v pulzní napájecí zdroje bez galvanického oddělení). V pulzních zdrojích lze použít transformátory malých rozměrů - vysvětluje se to tím, že s rostoucí frekvencí roste účinnost transformátoru a klesají požadavky na rozměry (úsek) jádra potřebné pro přenos ekvivalentního výkonu. Ve většině případů může být takové jádro vyrobeno z feromagnetických materiálů, na rozdíl od jader nízkofrekvenčních transformátorů, pro které se používá elektroocel.

Obrázek 1 - Blokové schéma spínaného zdroje

Síťové napětí je přiváděno do usměrňovače, poté je vyhlazeno kapacitním filtrem. Z filtračního kondenzátoru, jehož napětí se zvyšuje, je usměrněné napětí přes vinutí transformátoru přiváděno do kolektoru tranzistoru, který funguje jako spínač. Řídicí zařízení zajišťuje periodické zapínání a vypínání tranzistoru. Pro spolehlivé spuštění napájení se používá hlavní oscilátor vyrobený na mikroobvodu. Impulzy jsou přiváděny do báze klíčového tranzistoru a způsobují spuštění pracovního cyklu autogenerátoru. Řídicí zařízení je zodpovědné za sledování úrovně výstupního napětí, generování chybového signálu a často přímo ovládání klíče. Mikroobvod hlavního oscilátoru je napájen řetězem rezistorů přímo ze vstupu akumulačního kondenzátoru, stabilizujícího napětí s referenční kapacitou. Za činnost optočlenu odpovídá hlavní oscilátor a klíčový tranzistor sekundárního obvodu. Čím otevřenější jsou tranzistory zodpovědné za činnost optočlenu, tím menší je amplituda zpětnovazebních impulsů, tím dříve se výkonový tranzistor vypne a tím méně energie se nahromadí v transformátoru, což zastaví nárůst napětí na výstupu. zdroje. Nastal pracovní režim zdroje, kde důležitou roli hraje optočlen jako regulátor a správce výstupních napětí.

Specifikace průmyslového napájecího zdroje je přísnější než specifikace běžného domácího napájecího zdroje. To se projevuje nejen tím, že na vstupu zdroje je vysoké třífázové napětí, ale také tím, že průmyslové zdroje musí zůstat funkční i při výrazné odchylce vstupního napětí od jmenovité hodnoty. včetně poklesů a rázů napětí, jakož i ztráty jedné nebo více fází.

Obrázek 2 - Schéma spínaného zdroje.

Schéma funguje následovně. Třífázový vstup může být proveden jako třívodičový, čtyřvodičový nebo dokonce jednofázový. Třífázový usměrňovač se skládá z diod D1 - D8.

Rezistory R1 - R4 poskytují přepěťovou ochranu. Použití ochranných odporů s vypínáním při přetížení činí použití samostatných pojistkových vložek zbytečným. Vstupní usměrněné napětí je filtrováno filtrem ve tvaru U skládajícím se z C5, C6, C7, C8 a L1.

Rezistory R13 a R15 vyrovnávají napětí na vstupních filtračních kondenzátorech.

Když se otevře MOSFET čipu U1, zdrojový potenciál Q1 klesá, hradlový proud zajišťují rezistory R6, R7 a R8, kapacita přechodů VR1 ... VR3 odemyká Q1. Zenerova dioda VR4 omezuje napětí zdroje-hradla přivedené na Q1. Když se MOSFET U1 vypne, napětí kolektoru je omezeno na 450 voltů omezovacím obvodem VR1, VR2, VR3. Jakékoli další napětí na konci vinutí bude rozptýleno Q1. Toto zapojení efektivně rozděluje celkové usměrněné napětí mezi Q1 a U1.

Absorpční obvod VR5, D9, R10 pohlcuje přepětí na primárním vinutí způsobené indukčním svodem transformátoru při zpětném zdvihu.

Usměrnění výstupu je provedeno diodou D1. C2 - výstupní filtr. L2 a C3 tvoří druhý stupeň filtru pro snížení nestability výstupního napětí.

VR6 začne vést, když výstupní napětí překročí pokles na VR6 a optočlenu. Změna výstupního napětí způsobí změnu proudu protékajícího optočlenovou diodou U2, což zase způsobí změnu proudu optočlenovým tranzistorem U2. Když tento proud překročí práh na FB pinu U1, další pracovní cyklus se vynechá. Specifikovaná úroveň výstupního napětí je udržována regulací počtu zmeškaných a dokončených pracovních cyklů. Jakmile pracovní cyklus začne, skončí, když proud přes U1 dosáhne nastaveného vnitřního limitu. R11 omezuje proud přes optočlen a nastavuje zesílení zpětné vazby. Rezistor R12 poskytuje předpětí pro VR6.

Tento obvod je chráněn před přerušením zpětné vazby, zkratem na výstupu a přetížením díky funkcím zabudovaným do U1 (LNK304). Protože je mikroobvod napájen přímo ze svého vypouštěcího kolíku, není potřeba samostatné napájecí vinutí.

U spínaných zdrojů je stabilizace napětí zajištěna zápornou zpětnou vazbou. Zpětná vazba umožňuje udržovat výstupní napětí na relativně konstantní úrovni bez ohledu na kolísání vstupního napětí a velikosti zátěže. Zpětnou vazbu lze organizovat různými způsoby. V případě pulzních zdrojů s galvanickým oddělením od napájecí sítě je nejběžnější způsob využití komunikace přes jedno z výstupních vinutí transformátoru nebo pomocí optočlenu. V závislosti na velikosti zpětnovazebního signálu (v závislosti na výstupním napětí) se mění pracovní cyklus impulsů na výstupu PWM regulátoru. Pokud není vyžadováno oddělení, pak se zpravidla používá jednoduchý odporový dělič napětí. Napájecí zdroj tak udržuje stabilní výstupní napětí.