PC de placa única. UP Core se considera la computadora de placa única más pequeña con un procesador de cuatro núcleos compatible con x86. Plataformas de placa única de hardware

• Introducción
• Conclusión

Introducción

Las fuentes de alimentación conmutadas ahora están reemplazando con confianza a las obsoletas lineales. Razón: inherente a estas fuentes de energía. rendimiento alto, compacidad y rendimiento de estabilización mejorado.

Con los rápidos cambios que han sufrido los principios de la nutrición tecnología electrónica para últimamente, información sobre cálculo, construcción y uso. fuentes de pulso La nutrición es cada vez más relevante.

Recientemente, entre los especialistas en el campo de la electrónica y la ingeniería de radio, así como en producción industrial Las fuentes de alimentación conmutadas han ganado especial popularidad. Ha habido una tendencia a abandonar las voluminosas unidades de transformadores estándar y cambiar a diseños de pequeño tamaño de fuentes de alimentación conmutadas, convertidores de voltaje, convertidores e inversores.

En general, el tema de las fuentes de alimentación conmutadas es bastante relevante e interesante, y es una de las áreas más importantes. electronica de potencia. esta direccion La electrónica es un campo prometedor y en rápido desarrollo. Y su objetivo principal es desarrollar dispositivos potentes nutrición que cumple requisitos modernos fiabilidad, calidad, durabilidad, minimización de peso, tamaño, consumo de energía y materiales. Cabe señalar que casi todos los dispositivos electrónicos modernos, incluidos todo tipo de computadoras, equipos de audio, video y otros. dispositivos modernos Está alimentado por fuentes de alimentación conmutadas compactas, lo que una vez más confirma la relevancia de un mayor desarrollo de esta área de fuentes de alimentación.

1. Principio de funcionamiento de las fuentes de alimentación conmutadas.

La fuente de alimentación conmutada es sistema inversor. En las fuentes de alimentación conmutadas, primero se rectifica la tensión de entrada de CA. Recibió voltaje constante convertido a pulsos rectangulares aumento de frecuencia y un determinado ciclo de trabajo, ya sea suministrado a un transformador (en el caso de fuentes de alimentación por impulsos con aislamiento galvánico de la red de suministro) o directamente al filtro de paso bajo de salida (en el caso de fuentes de alimentación por impulsos sin aislamiento galvánico). En las fuentes de alimentación por impulsos, se pueden utilizar transformadores de pequeño tamaño; esto se explica por el hecho de que con un aumento de frecuencia, la eficiencia del transformador aumenta y los requisitos para las dimensiones (sección) del núcleo necesarios para transmitir potencia equivalente disminuyen. En la mayoría de los casos, dicho núcleo puede estar fabricado de materiales ferromagnéticos, a diferencia de los núcleos de los transformadores de baja frecuencia, para los que se utiliza acero eléctrico.

Figura 1 - Diagrama de bloques de una fuente de alimentación conmutada

La tensión de red se suministra al rectificador, después de lo cual se filtra mediante un filtro capacitivo. Desde el condensador de filtro, cuyo voltaje aumenta, el voltaje rectificado a través del devanado del transformador se suministra al colector del transistor, que actúa como un interruptor. El dispositivo de control garantiza el encendido y apagado periódico del transistor. Para iniciar de manera confiable la fuente de alimentación, se utiliza un oscilador maestro hecho en un microcircuito. Los pulsos se suministran a la base del transistor clave y provocan el inicio del ciclo de funcionamiento del autogenerador. El dispositivo de control es responsable de monitorear el nivel de voltaje de salida, generar una señal de error y, a menudo, controlar directamente la llave. El microcircuito del oscilador maestro se alimenta mediante una cadena de resistencias directamente desde la entrada del condensador de almacenamiento, estabilizando el voltaje con la capacitancia de referencia. El oscilador maestro y el transistor clave son responsables del funcionamiento del optoacoplador. circuito secundario. Cuanto más abiertos estén los transistores responsables del funcionamiento del optoacoplador, menor será la amplitud de los pulsos. comentario, cuanto antes se apague transistores de potencia y menos energía se acumulará en el transformador, lo que detendrá el aumento de voltaje en la salida de la fuente. Ha llegado el modo de funcionamiento de la fuente de alimentación, donde no hay pequeño papel asignado al optoacoplador como regulador y gestor de tensiones de salida.

Las especificaciones de una fuente de alimentación industrial son más estrictas que las de una fuente de alimentación doméstica normal. Esto se expresa no solo en el hecho de que en la entrada de la fuente de alimentación hay una alta tensión trifásica, sino también en el hecho de que las fuentes de alimentación industriales deben permanecer operativas incluso con una desviación significativa de la tensión de entrada del valor nominal. , incluidas caídas y sobretensiones de tensión, así como la pérdida de una o varias fases.

Figura 2 - Diagrama esquemático de una fuente de alimentación conmutada.

El esquema funciona de la siguiente manera. La entrada trifásica se puede realizar en tres hilos, en cuatro hilos o incluso en monofásica. El rectificador trifásico consta de diodos D1 - D8.

Las resistencias R1 - R4 brindan protección contra sobretensiones. El uso de resistencias de protección con disparo por sobrecarga facilita uso innecesario eslabones fusibles separados. La tensión rectificada de entrada se filtra mediante un filtro en forma de U que consta de C5, C6, C7, C8 y L1.

Las resistencias R13 y R15 igualan el voltaje a través de los capacitores del filtro de entrada.

Cuando se abre el MOSFET del chip U1, el potencial de fuente de Q1 disminuye, la corriente de la puerta es proporcionada por las resistencias R6, R7 y R8, respectivamente, la capacitancia de las transiciones VR1 ... VR3 desbloquea Q1. El diodo Zener VR4 limita el voltaje de la puerta de fuente aplicado a Q1. Cuando MOSFET U1 se apaga, el voltaje de drenaje se limita a 450 voltios mediante el circuito limitador VR1, VR2, VR3. Cualquier voltaje adicional al final del devanado será disipado por Q1. Esta conexión distribuye efectivamente el voltaje rectificado total entre Q1 y U1.

El circuito de absorción VR5, D9, R10 absorbe el exceso de tensión en el devanado primario resultante de la fuga de inducción del transformador durante la carrera inversa.

La rectificación de salida se realiza mediante el diodo D1. C2 - filtro de salida. L2 y C3 forman la segunda etapa de filtro para reducir la inestabilidad del voltaje de salida.

VR6 comienza a funcionar cuando voltaje de salida supera la caída en VR6 y optoacoplador. Un cambio en el voltaje de salida provoca un cambio en la corriente que fluye a través del diodo optoacoplador U2, lo que a su vez provoca un cambio en la corriente a través del transistor optoacoplador U2. Cuando esta corriente excede el umbral en el pin FB de U1, se omite el siguiente ciclo de trabajo. Establecer nivel El voltaje de salida se mantiene ajustando el número de ciclos operativos perdidos y completados. Una vez que el ciclo de trabajo ha comenzado, finalizará cuando la corriente a través de U1 alcance el límite interno establecido. R11 limita la corriente a través del optoacoplador y establece la ganancia de retroalimentación. La resistencia R12 proporciona polarización a VR6.

Este circuito está protegido contra rotura del circuito de retroalimentación, cortocircuito de salida y sobrecarga gracias a las funciones integradas en U1 (LNK304). Dado que el microcircuito se alimenta directamente desde su pasador de drenaje, no se requiere un devanado de alimentación separado.

En las fuentes de alimentación conmutadas, la estabilización de la tensión se garantiza mediante retroalimentación negativa. La retroalimentación le permite mantener el voltaje de salida a un nivel relativamente nivel constante independientemente de las fluctuaciones en el voltaje de entrada y el tamaño de la carga. Se pueden organizar comentarios de diferentes maneras. En el caso de fuentes pulsadas con aislamiento galvánico de la red de suministro, los métodos más habituales son utilizar la comunicación a través de uno de los devanados de salida del transformador o mediante un optoacoplador. Dependiendo de la magnitud de la señal de retroalimentación (dependiendo del voltaje de salida), el ciclo de trabajo de los pulsos en la salida del controlador PWM cambia. Si no es necesario el desacoplamiento, normalmente se utiliza un divisor de tensión resistivo simple. Así, la fuente de alimentación mantiene un voltaje de salida estable.

2. Parámetros básicos y características de las fuentes de alimentación conmutadas.

La clasificación de las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) se realiza según varios criterios principales:

Por tipo de tensión de entrada y salida;

Según tipología;

Según la forma del voltaje de salida;

Por tipo de circuito de alimentación;

Por voltaje de carga;

Por potencia de carga;

Por tipo de corriente de carga;

Por número de salidas;

En términos de estabilidad de voltaje a través de la carga.

Por tipo de tensión de entrada y salida

1. AC/DC son convertidores voltaje CA a permanente. Estos convertidores se utilizan en una amplia variedad de áreas: automatización industrial, equipos de telecomunicaciones, equipos de instrumentación, equipos de procesamiento de datos industriales, equipos de seguridad y equipos para fines especiales.

2. DC/DC son convertidores DC/DC. Estos convertidores CC/CC utilizan transformadores de impulsos con dos o más devanados y no existe conexión entre los circuitos de entrada y salida. Los transformadores de impulsos tienen una gran diferencia de potencial entre la entrada y la salida del convertidor. Un ejemplo de su aplicación podría ser una fuente de alimentación (PSU) para flashes fotográficos pulsados ​​con una tensión de salida de unos 400 V.

3. DC/AC son convertidores DC-AC (inversor). El principal campo de aplicación de los inversores es el trabajo en material rodante de ferrocarriles y otros. vehículos, con una fuente de alimentación CC integrada. También se pueden utilizar como convertidores principales como parte de fuentes de alimentación de respaldo.

La alta capacidad de sobrecarga permite el suministro de energía. amplia gama Dispositivos y equipos, incluidos motores de compresores condensadores. unidades de refrigeración y aires acondicionados.

Por tipología Los IIP se clasifican de la siguiente manera:

convertidores de retorno;

convertidores de impulsos directos (convertidor directo);

convertidores con salida push-pull;

convertidores con salida de medio puente (halfbridgeconverter);

Convertidores con salida puente (fullfbridgeconverter).

Según la forma del voltaje de salida. Los IIP se clasifican de la siguiente manera:

1. Con onda sinusoidal modificada

2. Con una sinusoide de forma correcta.

Figura 3 - Formas de onda de salida

Por tipo de circuito de alimentación:

SMPS que utiliza energía eléctrica obtenida de red monofásica C.A;

SMPS que utiliza energía eléctrica obtenida de red trifásica C.A;

SMPS usando energía eléctrica fuente autónoma CORRIENTE CONTINUA.

Por voltaje de carga:

Por potencia de carga:

SMPS de baja potencia (hasta 100 W);

SMPS de media potencia (de 100 a 1000 W);

SMPS de alta potencia (más de 1000 W).

Por tipo de corriente de carga:

SMPS con salida de CA;

SMPS con salida CC;

SMPS con salida AC y DC.

Por número de salidas:

SMPS de un solo canal con una salida de CC o CA;

SMPS multicanal que tiene dos o más voltajes de salida.

En términos de estabilidad de voltaje a través de la carga:

SMPS estabilizado;

SMPS no estabilizado.

3. Métodos básicos para construir fuentes de alimentación conmutadas.

La siguiente figura mostrará apariencia fuente de alimentación conmutada.

Figura 4 - Fuente de alimentación conmutada

Entonces, para empezar esquema general Designemos qué módulos principales hay en cualquier unidad de fuente de alimentación conmutada. En una versión típica, una fuente de alimentación conmutada se puede dividir en tres partes funcionales. Este:

1. Controlador PWM (PWM), a partir del cual se ensambla un oscilador maestro, generalmente con una frecuencia de aproximadamente 30...60 kHz;

2. Una cascada de interruptores de alimentación, cuyo papel puede desempeñar un potente bipolar, de campo o IGBT (bipolar con puerta aislada) transistores; esta etapa de potencia puede incluir un circuito de control adicional para estos mismos interruptores utilizando drivers integrados o transistores de baja potencia; También es importante el circuito para conectar los interruptores de alimentación: puente (puente completo), medio puente (medio puente) o con punto medio (push-pull);

3. Transformador de impulsos con devanado(s) primario(s) y secundario(s) y, en consecuencia, diodos rectificadores, filtros, estabilizadores, etc. a la salida; generalmente se elige ferrita o alsifer como núcleo; en general, tales materiales magnéticos que son capaces de operar en altas frecuencias(en algunos casos más de 100 kHz).

Hay tres formas principales de construir fuentes de alimentación pulsadas (ver Fig. 3): elevador (el voltaje de salida es mayor que el voltaje de entrada), reductor (el voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada) e inversión (el El voltaje de salida tiene la polaridad opuesta a la de entrada). Como puede verse en la figura, se diferencian sólo en la forma en que conectan la inductancia; de lo contrario, el principio de funcionamiento permanece sin cambios, es decir;

voltaje de fuente de alimentación conmutada

Figura 5 - Diagramas de bloques típicos de fuentes de alimentación conmutadas

Elemento clave (generalmente bipolar o transistores MOS), funcionando con una frecuencia del orden de 20-100 kHz, periódicamente a poco tiempo(no más del 50% del tiempo) aplica todo el voltaje no estabilizado de entrada al inductor. Corriente de pulso, que fluye a través de la bobina, asegura la acumulación de reservas de energía en su campo magnético de 1/2LI^2 en cada pulso. La energía almacenada de esta manera desde la bobina se transfiere a la carga (ya sea directamente, utilizando un diodo rectificador, o a través del devanado secundario con rectificación posterior), el condensador del filtro de suavizado de salida proporciona un voltaje y una corriente de salida constantes. La estabilización del voltaje de salida está garantizada. ajuste automático el ancho o la frecuencia de los pulsos en el elemento clave (un circuito de retroalimentación está diseñado para monitorear el voltaje de salida).

Este esquema, aunque bastante complejo, puede aumentar significativamente la eficiencia de todo el dispositivo. La cuestión es que, en en este caso Además de la carga en sí, no hay elementos de potencia en el circuito que disipen una potencia significativa. Los transistores clave funcionan en modo de conmutación saturado (es decir, la caída de voltaje a través de ellos es pequeña) y disipan energía solo en intervalos de tiempo bastante cortos (tiempo de pulso). Además, al aumentar la frecuencia de conversión, es posible aumentar significativamente la potencia y mejorar las características de peso y tamaño.

Una ventaja tecnológica importante de las fuentes de alimentación pulsadas es la capacidad de construir sobre su base fuentes de alimentación de red de pequeño tamaño con aislamiento galvánico de la red para alimentar una amplia variedad de equipos. Estas fuentes de alimentación se construyen sin el uso de un voluminoso transformador de potencia de baja frecuencia mediante un circuito convertidor de alta frecuencia. Se trata, en realidad, de un típico circuito de alimentación conmutada con reducción de tensión, donde se utiliza tensión de red rectificada como tensión de entrada y un transformador de alta frecuencia (de pequeño tamaño y alta eficiencia) como elemento de almacenamiento, con devanado secundario en el que se elimina la tensión de salida estabilizada (este transformador también proporciona aislamiento galvánico de la red).

Las desventajas de las fuentes de alimentación pulsadas incluyen: la presencia alto nivel ruido impulsivo en la salida, alta complejidad y baja confiabilidad (especialmente en la producción artesanal), la necesidad de utilizar costosos componentes de alto voltaje y alta frecuencia que, ante el más mínimo mal funcionamiento, fallan fácilmente "en masa" (en En este caso se pueden observar, por regla general, efectos pirotécnicos impresionantes). Aquellos a quienes les guste profundizar en el interior de los dispositivos con un destornillador y un soldador deberán tener mucho cuidado al diseñar fuentes de alimentación conmutadas de red, ya que muchos elementos de dichos circuitos están bajo alto voltaje.

4. Variedades de soluciones de circuitos para fuentes de alimentación conmutadas.

El diagrama SMPS de los años 90 se muestra en la Fig. 6. La fuente de alimentación contiene un rectificador de red VD1-VD4, un filtro supresor de ruido L1C1-SZ, un convertidor basado en un transistor de conmutación VT1 y un transformador de pulso T1, un rectificador de salida VD8 con un filtro C9C10L2 y una unidad de estabilización hecha sobre el estabilizador DA1. y optoacoplador U1.

Figura 6 - Fuente de alimentación conmutada de la década de 1990

El diagrama SMPS se muestra en la Fig. 7. El fusible FU1 protege los elementos de situaciones de emergencia. El termistor RK1 limita el pulso de corriente de carga del condensador C2 a un valor seguro para el puente de diodos VD1 y, junto con el condensador C1, forma un filtro RC que sirve para reducir ruido impulsivo, penetrando desde el IPS a la red. El puente de diodos VD1 rectifica la tensión de red, el condensador C2 es de alisado. Las sobretensiones en el devanado primario del transformador T1 se reducen mediante el circuito de amortiguación R1C5VD2. El condensador C4 es un filtro de potencia del cual elementos internos Fichas DA1.

El rectificador de salida está montado sobre un diodo Schottky VD3, la ondulación del voltaje de salida se suaviza mediante el filtro LC C6C7L1C8. Los elementos R2, R3, VD4 y U1, junto con el microcircuito DA1, proporcionan estabilización del voltaje de salida cuando cambian la corriente de carga y el voltaje de la red. El circuito de indicación de encendido se realiza mediante el LED HL1 y la resistencia limitadora de corriente R4.

Figura 7: Fuente de alimentación conmutada de la década de 2000

En la Fig. 8, una fuente de alimentación conmutada push-pull con una conexión de medio puente de una etapa terminal de potencia que consta de dos MOSFET de potencia IRFP460. Se eligió el microcircuito K1156EU2R como controlador PWM.

Además, utilizando un relé y una resistencia limitadora R1 en la entrada, arranque suave, permitiéndole evitar picos repentinos de corriente. El relé se puede utilizar para tensiones de 12 y 24 voltios con la selección de la resistencia R19. El varistor RU1 protege el circuito de entrada de pulsos de amplitud excesiva. Los condensadores C1-C4 y el inductor de dos devanados L1 forman un filtro de supresión de ruido de red que evita la penetración de ondulaciones de alta frecuencia creadas por el convertidor en la red de suministro.

La resistencia recortadora R16 y el condensador C12 determinan la frecuencia de conversión.

Para reducir la fem de autoinducción del transformador T2, los diodos amortiguadores VD7 y VD8 están conectados en paralelo a los canales del transistor. Los diodos Schottky VD2 y VD3 protegen de los impulsos los transistores de conmutación y las salidas del chip de tensión inversa DA2.

Figura 8 - Fuente de alimentación conmutada moderna

Conclusión

Durante mi trabajo de investigación, realicé un estudio sobre fuentes de alimentación conmutadas, lo que me permitió analizar los circuitos existentes de estos dispositivos y sacar las conclusiones adecuadas.

Las fuentes de alimentación conmutadas tienen ventajas mucho mayores en comparación con otras: tienen una mayor eficiencia, tienen mucho menos peso y volumen, además, tienen un costo mucho menor, lo que en última instancia conduce a su precio relativamente bajo para los consumidores y, en consecuencia, a un alto demanda en el mercado.

Muchos componentes electrónicos modernos utilizados en la actualidad. dispositivos electronicos Ah y los sistemas requieren alta calidad nutrición. Además, la tensión de salida (corriente) debe ser estable, tener la forma requerida (por ejemplo, para inversores), así como un nivel mínimo de ondulación (por ejemplo, para rectificadores).

Por lo tanto, las fuentes de alimentación conmutadas son una parte integral de cualquier dispositivo y sistema electrónico alimentado tanto por red industrial 220 V y otras fuentes de energía. Además, la fiabilidad de un dispositivo electrónico depende directamente de la calidad de la fuente de alimentación.

Por lo tanto, el desarrollo de circuitos de suministro de energía conmutados nuevos y mejorados mejorará las condiciones técnicas y características de rendimiento dispositivos y sistemas electrónicos.

Lista de literatura usada

1. Gurevich V.I. Fiabilidad de los dispositivos de protección de relés de microprocesadores: mitos y realidad. - Problemas Energéticos, 2008, N° 5-6, págs. 47-62.

2. Fuente de alimentación [ recurso electrónico] // Wikipedia. - Modo de acceso: http://ru. wikipedia.org/wiki/Power_source

3. Fuente de energía secundaria [recurso electrónico] // Wikipedia. - Modo de acceso: http://ru. wikipedia.org/wiki/Secondary_power_source

4. Fuentes de alimentación de alto voltaje [recurso electrónico] // Optosystems LLC - Modo de acceso: http://www.optosystems.ru/power_supplies_about. php

5. Efimov I.P. Fuentes de energía - Universidad Técnica Estatal de Ulyanovsk, 2001, págs. 3-13.

6. Áreas de aplicación de fuentes de alimentación [recurso electrónico] - Modo de acceso: http://www.power2000.ru/apply_obl.html

7. Bloques de computadora fuente de alimentación [recurso electrónico] - Modo de acceso: http://offline.computerra.ru/2002/472/22266/

8. Evolución de las fuentes de alimentación conmutadas [recurso electrónico] - Modo de acceso: http://www.power-e.ru/2008_4_26. php

9. Principio de funcionamiento de las fuentes de alimentación conmutadas [Recurso electrónico] - Modo de acceso: http://radioginn. ucoz.ru/publ/1-1-0-1

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La mayoría de los dispositivos electrónicos modernos prácticamente no utilizan fuentes de alimentación analógicas (transformadores); son reemplazadas por convertidores de voltaje pulsados; Para entender por qué sucedió esto, es necesario considerar características de diseño, así como las fortalezas y debilidades de estos dispositivos. También hablaremos sobre el propósito de los componentes principales de las fuentes pulsadas y brindaremos un ejemplo simple de una implementación que se puede ensamblar con sus propias manos.

Características de diseño y principio de funcionamiento.

De varias formas de convertir voltaje en potencia. componentes electronicos, podemos distinguir dos de los más extendidos:

1. Analógico, cuyo elemento principal es un transformador reductor, además de su función principal, también proporciona aislamiento galvánico.
2. Principio de impulso.

Veamos en qué se diferencian estas dos opciones.

Fuente de alimentación basada en un transformador de potencia.

Consideremos un diagrama de bloques simplificado. de este dispositivo. Como se puede ver en la figura, se instala un transformador reductor en la entrada, con su ayuda se convierte la amplitud del voltaje de suministro, por ejemplo, de 220 V obtenemos 15 V. Siguiente bloque– un rectificador, su tarea es convertir una corriente sinusoidal en pulsada (el armónico se muestra encima de la imagen simbólica). Para ello se utilizan elementos semiconductores rectificadores (diodos) conectados mediante un circuito puente. Su principio de funcionamiento se puede encontrar en nuestro sitio web.

El siguiente bloque realiza dos funciones: suaviza la tensión (para ello se utiliza un condensador de capacidad adecuada) y la estabiliza. Esto último es necesario para que el voltaje no “baje” cuando aumenta la carga.

El diagrama de bloques dado está muy simplificado, por regla general, en el código fuente. de este tipo Hay un filtro de entrada y circuitos de protección, pero esto no es importante para explicar el funcionamiento del dispositivo.

Todas las desventajas de la opción anterior están relacionadas directa o indirectamente con el elemento principal de diseño: el transformador. En primer lugar, su peso y dimensiones limitan la miniaturización. Para no ser infundados, utilizaremos como ejemplo un transformador reductor de 220/12 V. potencia nominal 250 vatios. El peso de dicha unidad es de unos 4 kilogramos y sus dimensiones son 125x124x89 mm. Puedes imaginar cuánto pesaría un cargador de portátil basado en él.

En segundo lugar, el precio de estos dispositivos a veces es muchas veces superior al coste total de los demás componentes.

Dispositivos de pulso

Como puede verse en el diagrama de bloques que se muestra en la Figura 3, el principio de funcionamiento de estos dispositivos difiere significativamente del convertidores analógicos, en primer lugar, por la ausencia de un transformador reductor de entrada.

Figura 3. Diagrama de bloques de una fuente de alimentación conmutada.

Consideremos el algoritmo operativo de dicha fuente:

• Se suministra energía a protector contra sobretensiones, su tarea es minimizar las interferencias de la red, tanto entrantes como salientes, derivadas del funcionamiento.
• A continuación, entran en funcionamiento la unidad para convertir tensión sinusoidal en tensión constante pulsada y un filtro suavizador.
• En siguiente etapa Al proceso se conecta un inversor cuya tarea consiste en generar señales rectangulares de alta frecuencia. La retroalimentación al inversor se realiza a través de la unidad de control.
• El siguiente bloque es TI, es necesario para el modo generador automático, suministro de voltaje al circuito, protección, control del controlador, así como la carga. Además, la tarea de TI incluye garantizar el aislamiento galvánico entre circuitos de alta y baja tensión.

A diferencia de un transformador reductor, el núcleo de este dispositivo está hecho de materiales ferrimagnéticos, lo que contribuye a la transmisión confiable de señales de RF, que pueden estar en el rango de 20 a 100 kHz. Característica Es que a la hora de conectarlo es fundamental la inclusión del inicio y final de los devanados. Tallas pequeñas Este dispositivo permite producir dispositivos de tamaño miniatura; un ejemplo es el arnés electrónico (balasto) de una lámpara LED o de bajo consumo.

• A continuación entra en funcionamiento el rectificador de salida, ya que trabaja con voltaje de alta frecuencia; el proceso requiere elementos semiconductores de alta velocidad, por lo que para este fin se utilizan diodos Schottky.
• En la fase final, se realiza el filtrado en un filtro ventajoso, después de lo cual se aplica voltaje a la carga.

Ahora, como prometimos, veamos el principio de funcionamiento del elemento principal de este dispositivo: el inversor.

¿Cómo funciona un inversor?

La modulación de RF se puede realizar de tres formas:

• frecuencia de pulso;
• pulso de fase;
• ancho de pulso.

En la práctica, se utiliza la última opción. Esto se debe tanto a la simplicidad de implementación como al hecho de que PWM tiene una frecuencia de comunicación constante, a diferencia de los otros dos métodos de modulación. A continuación se muestra un diagrama de bloques que describe el funcionamiento del controlador.

El algoritmo de funcionamiento del dispositivo es el siguiente:

El generador de frecuencia de referencia genera una serie de señales rectangulares, cuya frecuencia corresponde a la de referencia. A partir de esta señal, se forma un diente de sierra U P, que se suministra a la entrada del comparador K PWM. La señal UUS procedente del amplificador de control se suministra a la segunda entrada de este dispositivo. La señal generada por este amplificador corresponde a la diferencia proporcional entre U P (tensión de referencia) y U RS (señal de control del circuito de retroalimentación). Es decir, la señal de control UUS es, de hecho, un voltaje no coincidente con un nivel que depende tanto de la corriente en la carga como del voltaje en ella (U OUT).

Este método de implementación le permite organizar circuito cerrado, que le permite controlar el voltaje de salida, es decir, de hecho, estamos hablando de un lineal-discreto unidad funcional. En su salida se generan impulsos, con una duración que depende de la diferencia entre las señales de referencia y de control. En base a esto, se crea un voltaje para controlar el transistor clave del inversor.

El proceso de estabilización del voltaje de salida se lleva a cabo monitoreando su nivel; cuando cambia, el voltaje de la señal de control U PC cambia proporcionalmente, lo que conduce a un aumento o disminución en la duración entre pulsos.

Como resultado, la potencia de los circuitos secundarios cambia, lo que garantiza la estabilización del voltaje de salida.

Para garantizar la seguridad, se requiere aislamiento galvánico entre la fuente de alimentación y la retroalimentación. Para ello se utilizan normalmente optoacopladores.

Fortalezas y debilidades de las fuentes pulsadas.

Si comparamos analógico y dispositivos de pulso la misma potencia, entonces este último tendrá las siguientes ventajas:

• Pequeño tamaño y peso debido a la ausencia de un transformador reductor de baja frecuencia y elementos de control que requieran la eliminación del calor mediante grandes radiadores. Gracias al uso de tecnología de conversión de señales de alta frecuencia, es posible reducir la capacitancia de los capacitores utilizados en los filtros, lo que permite la instalación de elementos más pequeños.
• Mayor eficiencia, ya que las principales pérdidas son causadas únicamente por procesos transitorios, mientras que en los circuitos analógicos se pierde constantemente mucha energía durante la conversión electromagnética. El resultado habla por sí solo. aumento de la eficiencia hasta 95-98%.
• Menor costo debido al uso de elementos semiconductores menos potentes.
• Rango de voltaje de entrada más amplio. Este tipo de equipo no exige frecuencia ni amplitud, por lo que se permite la conexión a redes de diversos estándares;
• Disponibilidad protección confiable de cortocircuitos, exceso de carga y otras situaciones de emergencia.

Las desventajas de la tecnología de pulsos incluyen:

La presencia de interferencias de RF es consecuencia del funcionamiento del convertidor de alta frecuencia. Este factor requiere la instalación de un filtro que suprima las interferencias. Lamentablemente, su funcionamiento no siempre es eficaz, lo que impone algunas restricciones al uso de dispositivos de este tipo en equipos de alta precisión.

Requisitos especiales para la carga, no se debe reducir ni aumentar. Tan pronto como el nivel de corriente exceda el umbral superior o inferior, las características del voltaje de salida comenzarán a diferir significativamente de las estándar. Como regla general, los fabricantes (incluso recientemente los chinos) prevén tales situaciones e instalan la protección adecuada en sus productos.

Ámbito de aplicación

Casi todos los dispositivos electrónicos modernos funcionan con bloques de este tipo. Los ejemplos incluyen:

Montaje de una fuente de alimentación conmutada con tus propias manos.

Consideremos el circuito de una fuente de alimentación simple, donde se aplica el principio de funcionamiento descrito anteriormente.

Designaciones:

• Resistencias: R1 – 100 Ohm, R2 – de 150 kOhm a 300 kOhm (seleccionable), R3 – 1 kOhm.
• Capacidades: C1 y C2 – 0,01 µF x 630 V, C3 -22 µF x 450 V, C4 – 0,22 µF x 400 V, C5 – 6800-15000 pF (seleccionable), 012 µF, C6 – 10 µF x 50 V, C7 – 220 µF x 25 V, C8 – 22 µF x 25 V.
• Diodos: VD1-4 - KD258V, VD5 y VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
• Transistor VT1 – KT872A.
• Estabilizador de voltaje D1 - microcircuito KR142 con índice EH5 - EH8 (según el voltaje de salida requerido).
• Transformador T1: se utiliza un núcleo de ferrita en forma de W con dimensiones 5x5. El devanado primario está enrollado con 600 vueltas de alambre de Ø 0,1 mm, el secundario (pines 3-4) contiene 44 vueltas de Ø 0,25 mm y el último devanado contiene 5 vueltas de Ø 0,1 mm.
• Fusible FU1 – 0,25A.

La configuración se reduce a seleccionar los valores de R2 y C5, que aseguran la excitación del generador a un voltaje de entrada de 185-240 V.

A diferencia de las fuentes de alimentación lineales tradicionales, que implican extinguir el voltaje no estabilizado excesivo en el paso elemento lineal, las fuentes de alimentación pulsadas utilizan otros métodos y fenómenos físicos para generar un voltaje estabilizado, a saber: el efecto de la acumulación de energía en los inductores, así como la posibilidad de transformación de alta frecuencia y conversión de la energía acumulada en voltaje directo. Hay tres circuitos típicos para construir fuentes de alimentación pulsadas: elevador (voltaje de salida mayor que el de entrada) Fig. 1,

Arroz. 1. Fuente de alimentación conmutada elevadora (Uout>Uin).

Reductor (voltaje de salida inferior al de entrada)

Arroz. 2. Fuente de alimentación conmutada reductora (Uout

Fuente de alimentación conmutada reductora (Uout

Arroz. 3. Fuente de alimentación conmutada inversora (Uout

Como puede verse en la figura, se diferencian sólo en la forma en que conectan la inductancia; de lo contrario, el principio de funcionamiento permanece sin cambios, es decir;

El elemento clave (generalmente se utilizan transistores bipolares o MIS), que opera con una frecuencia del orden de 20-100 kHz, aplica periódicamente el voltaje no estabilizado de entrada completo al inductor durante un corto tiempo (no más del 50% del tiempo). . Corriente de pulso. El flujo a través de la bobina asegura la acumulación de reservas de energía en su campo magnético de 1/2LI^2 en cada pulso. - la energía así almacenada desde la bobina se transfiere a la carga (ya sea directamente, mediante un diodo rectificador, o a través del devanado secundario con rectificación posterior), el condensador del filtro de suavizado de salida asegura la constancia de la tensión y la corriente de salida. La estabilización del voltaje de salida está garantizada mediante el ajuste automático del ancho o la frecuencia del pulso en el elemento clave (un circuito de retroalimentación está diseñado para monitorear el voltaje de salida).

Este esquema, aunque bastante complejo, puede aumentar significativamente la eficiencia de todo el dispositivo. El caso es que, en este caso, además de la carga en sí, no hay elementos de potencia en el circuito que disipen una potencia significativa. Los transistores clave funcionan en modo de conmutación saturado (es decir, la caída de voltaje a través de ellos es pequeña) y disipan energía solo en intervalos de tiempo bastante cortos (tiempo de pulso). Además, al aumentar la frecuencia de conversión, es posible aumentar significativamente la potencia y mejorar las características de peso y tamaño.

Una ventaja tecnológica importante de las fuentes de alimentación pulsadas es la capacidad de construir sobre su base fuentes de alimentación de red de pequeño tamaño con aislamiento galvánico de la red para alimentar una amplia variedad de equipos. Estas fuentes de alimentación se construyen sin el uso de un voluminoso transformador de potencia de baja frecuencia mediante un circuito convertidor de alta frecuencia. Se trata, de hecho, de un típico circuito de alimentación conmutada con reducción de tensión, donde se utiliza tensión de red rectificada como tensión de entrada y un transformador de alta frecuencia (de pequeño tamaño y alta eficiencia) como elemento de almacenamiento, de cuyo devanado secundario se elimina la tensión estabilizada de salida (este transformador también proporciona aislamiento galvánico de la red).

Las desventajas de las fuentes de alimentación pulsadas incluyen: la presencia de un alto nivel de ruido pulsado en la salida, alta complejidad y baja confiabilidad (especialmente en la producción artesanal), la necesidad de utilizar componentes costosos de alto voltaje y alta frecuencia, que en el caso Al más mínimo fallo de funcionamiento, es fácil que fallen “en masa” (en este caso, por regla general, se pueden observar impresionantes efectos pirotécnicos). Aquellos a quienes les guste profundizar en el interior de los dispositivos con un destornillador y un soldador deberán tener mucho cuidado al diseñar fuentes de alimentación conmutadas de red, ya que muchos elementos de dichos circuitos están bajo alto voltaje.

FUENTES DE ENERGÍA DE PULSO

A diferencia de las fuentes de alimentación lineales tradicionales, que implican extinguir el exceso de voltaje no estabilizado en un elemento lineal de paso, las fuentes de alimentación por impulsos utilizan otros métodos y fenómenos físicos para generar un voltaje estabilizado, a saber: el efecto de la acumulación de energía en los inductores, así como la posibilidad de transformación de alta frecuencia y conversión de energía acumulada en tensión constante. Hay tres circuitos típicos para construir fuentes de alimentación pulsadas (ver Fig. 3.4-1): elevador (el voltaje de salida es mayor que el voltaje de entrada), reductor (el voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada) e inversor. (el voltaje de salida tiene polaridad opuesta respecto a la entrada). Como puede verse en la figura, se diferencian sólo en la forma en que conectan la inductancia; de lo contrario, el principio de funcionamiento permanece sin cambios, es decir;

El elemento clave (generalmente se utilizan transistores bipolares o MOS), que opera con una frecuencia del orden de 20-100 kHz, se aplica periódicamente durante un corto tiempo (no más del 50% del tiempo).

Proporciona el voltaje no estabilizado de entrada completo al inductor. Corriente de pulso. El flujo a través de la bobina asegura la acumulación de reservas de energía en su campo magnético de 1/2LI^2 en cada pulso. La energía almacenada de esta manera desde la bobina se transfiere a la carga (ya sea directamente, utilizando un diodo rectificador, o a través del devanado secundario con rectificación posterior), el condensador del filtro de suavizado de salida proporciona un voltaje y una corriente de salida constantes. La estabilización del voltaje de salida está garantizada mediante el ajuste automático del ancho o la frecuencia del pulso en el elemento clave (un circuito de retroalimentación está diseñado para monitorear el voltaje de salida).

Este esquema, aunque bastante complejo, puede aumentar significativamente la eficiencia de todo el dispositivo. El caso es que, en este caso, además de la carga en sí, no hay elementos de potencia en el circuito que disipen una potencia significativa. Los transistores clave funcionan en modo de conmutación saturado (es decir, la caída de voltaje a través de ellos es pequeña) y disipan energía solo en intervalos de tiempo bastante cortos (tiempo de pulso). Además, al aumentar la frecuencia de conversión, es posible aumentar significativamente la potencia y mejorar las características de peso y tamaño.

Una ventaja tecnológica importante de las fuentes de alimentación pulsadas es la capacidad de construir sobre su base fuentes de alimentación de red de pequeño tamaño con aislamiento galvánico de la red para alimentar una amplia variedad de equipos. Estas fuentes de alimentación se construyen sin el uso de un voluminoso transformador de potencia de baja frecuencia mediante un circuito convertidor de alta frecuencia. Se trata, de hecho, de un típico circuito de alimentación conmutada con reducción de tensión, donde se utiliza tensión de red rectificada como tensión de entrada y un transformador de alta frecuencia (de pequeño tamaño y alta eficiencia) como elemento de almacenamiento, de cuyo devanado secundario se elimina la tensión estabilizada de salida (este transformador también proporciona aislamiento galvánico de la red).

Las desventajas de las fuentes de alimentación pulsadas incluyen: la presencia de un alto nivel de ruido pulsado en la salida, alta complejidad y baja confiabilidad (especialmente en la producción artesanal), la necesidad de utilizar componentes costosos de alto voltaje y alta frecuencia, que en el caso Al más mínimo fallo de funcionamiento, es fácil que fallen “en masa” (en este caso, por regla general, se pueden observar impresionantes efectos pirotécnicos). Aquellos a quienes les guste profundizar en el interior de los dispositivos con un destornillador y un soldador deberán tener mucho cuidado al diseñar fuentes de alimentación conmutadas de red, ya que muchos elementos de dichos circuitos están bajo alto voltaje.

Arroz. 3.4-1 Diagramas de bloques típicos de fuentes de alimentación conmutadas

Imagen:

2. Estabilizador de pulso eficaz de baja complejidad.

Estabilizador de conmutación eficiente y de baja complejidad

En base del elemento, similar al utilizado en el estabilizador lineal descrito anteriormente (Fig. 3.3-3), se puede construir un estabilizador de voltaje de pulso. Con las mismas características, tendrá dimensiones significativamente menores y mejores condiciones térmicas. En la figura 2 se muestra un diagrama esquemático de dicho estabilizador. 3.4-2. El estabilizador se monta según esquema estándar con una disminución en el voltaje (Fig. 3.4-1a).

Cuando se enciende por primera vez, cuando el condensador C4 se descarga y se conecta una carga suficientemente potente a la salida, la corriente fluye a través del regulador lineal IC DA1. La caída de voltaje en R1 causada por esta corriente desbloquea el transistor clave VT1, que inmediatamente entra en modo de saturación, ya que reactancia inductiva L1 es grande y fluye suficiente a través del transistor. alta corriente. La caída de voltaje en R5 abre el elemento clave principal: el transistor VT2. Actual. aumentando en L1, carga C4, mientras que a través de retroalimentación en R8 se produce la grabación

Daño al estabilizador y al transistor clave. La energía almacenada en la bobina alimenta la carga. Cuando el voltaje en C4 cae por debajo del voltaje de estabilización, DA1 y el transistor clave se abren. El ciclo se repite con una frecuencia de 20-30 kHz.

Circuito R3. R4, C2 establecerá el nivel de voltaje de salida. Se puede ajustar suavemente dentro de pequeños límites, desde Uct DA1 hasta Uin. Sin embargo, si Uout se eleva cerca de Uin, aparece cierta inestabilidad con la carga máxima y nivel aumentado pulsaciones. Para suprimir las ondulaciones de alta frecuencia, se incluye el filtro L2, C5 en la salida del estabilizador.

El esquema es bastante simple y más efectivo para este nivel complejidad. Todos los elementos de potencia VT1, VT2, VD1, DA1 están equipados con pequeños radiadores. El voltaje de entrada no debe exceder los 30 V, que es el máximo para los estabilizadores KR142EN8. diodos rectificadores aplicar una corriente de al menos 3 A.

Arroz. 3.4-2 Esquema de un estabilizador de pulso eficaz basado en una base de elemento simple

Imagen:

3. Dispositivo fuente de alimentación ininterrumpida basado en alta frecuencia convertidor de pulso.

Dispositivo de alimentación ininterrumpida basado en un estabilizador de conmutación.

En la figura. 3.4-3 proponemos para su consideración un dispositivo para el suministro de energía ininterrumpida de sistemas de seguridad y videovigilancia basado en un estabilizador de pulso combinado con cargador. El estabilizador incluye sistemas de protección contra sobrecarga, sobrecalentamiento, sobretensiones de salida, cortocircuito.

El estabilizador tiene los siguientes parámetros:

Tensión de entrada, Uvx - 20-30 V:

Tensión de salida estabilizada, Uvyx-12V:

Nominal corriente de carga, Carga nominal -5A;

Corriente de disparo del sistema de protección contra sobrecargas, Iprotect - 7A;.

Voltaje de funcionamiento del sistema de protección contra sobretensiones, protección Uout - 13 V;

Corriente máxima de carga de la batería, Icharge batería máx. - 0,7 A;

Nivel de ondulación. Pulso superior - 100 mV,

Temperatura de funcionamiento del sistema de protección contra sobrecalentamiento, Tzasch - 120 C;

Velocidad de conmutación a alimentación por batería, tswitch - 10 ms (relé RES-b RFO.452.112).

El principio de funcionamiento del estabilizador de pulso en el dispositivo descrito es el mismo que el del estabilizador presentado anteriormente.

El dispositivo se complementa con un cargador fabricado con los elementos DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Estabilizador de voltaje IC DA2 con divisor de corriente en R7. R8 limita la corriente de carga inicial máxima, el divisor R9, R10 establece el voltaje de carga de salida, el diodo VD2 protege la batería de la autodescarga en ausencia de voltaje de suministro.

La protección contra sobrecalentamiento utiliza el termistor R16 como sensor de temperatura. Cuando se activa la protección, la alarma sonora, ensamblada en el DD 1 IC, se enciende y, al mismo tiempo, la carga se desconecta del estabilizador, pasando a alimentación de la batería. El termistor está montado en el radiador del transistor VT1. El ajuste fino del nivel de respuesta de protección de temperatura se realiza mediante la resistencia R18.

El sensor de voltaje está ensamblado en el divisor R13, R15. La resistencia R15 está configurada. nivel preciso Se activa la protección contra sobretensiones (13 V). Si se excede el voltaje en la salida del estabilizador (si este último falla), el relé S1 desconecta la carga del estabilizador y lo conecta a la batería. Si se desconecta la tensión de alimentación, el relé S1 pasa al estado "predeterminado", es decir. conecta la carga a la batería.

El diagrama que se muestra aquí no tiene proteccion electronica por un cortocircuito en la batería. Esta función la desempeña un fusible en el circuito de alimentación de la carga, diseñado para el máximo consumo de corriente.

Arroz. 3.4-3 Diagrama de un dispositivo de alimentación ininterrumpida de 12V 5A con sistema de protección multifuncional

Imagen:

4. Fuentes de alimentación basadas en un convertidor de impulsos de alta frecuencia.

Fuentes de alimentación basadas en convertidor de impulsos de alta frecuencia.

Muy a menudo, al diseñar dispositivos, existen requisitos estrictos para el tamaño de la fuente de alimentación. En este caso la única salida es el uso de fuentes de alimentación basadas en convertidores de impulsos de alta tensión y alta frecuencia. que están conectados a la red de ~220 V sin el uso de un gran transformador reductor de baja frecuencia y pueden proporcionar más poder con tamaño pequeño y transferencia de calor.

En la Figura 34-4 se muestra el diagrama de bloques de un convertidor de pulsos típico alimentado desde una red industrial.

El filtro de entrada está diseñado para evitar que el ruido impulsivo ingrese a la red. Teclas de encendido proporcionar el suministro de pulsos de alto voltaje al devanado primario de un transformador de alta frecuencia (simple y

circuitos push-pull). La frecuencia y la duración de los pulsos se establecen mediante un generador controlado (generalmente se usa el control del ancho del pulso, con menos frecuencia, la frecuencia). A diferencia de los transformadores de señal sinusoidales de baja frecuencia, las fuentes de alimentación pulsadas utilizan dispositivos de banda ancha que proporcionan transferencia eficiente Encienda señales con flancos rápidos. Esto impone importantes requisitos en cuanto al tipo de circuito magnético utilizado y al diseño del transformador. Por otro lado, al aumentar la frecuencia, las dimensiones requeridas del transformador (mientras se mantiene la potencia transmitida) disminuyen ( materiales modernos permiten la construcción de transformadores potentes con una eficiencia aceptable en frecuencias de hasta 100-400 kHz). Una característica especial del rectificador de salida es el uso de diodos Schottky de alta velocidad en lugar de diodos de potencia convencionales, lo que se debe a la alta frecuencia del voltaje rectificado. El filtro de salida suaviza la ondulación del voltaje de salida. El voltaje de retroalimentación se compara con tensión de referencia y luego controla el generador. Tenga en cuenta la presencia de aislamiento galvánico en el circuito de retroalimentación, que es necesario si queremos asegurar el aislamiento de la tensión de salida de la red.

En la fabricación de este tipo de IP, surgen importantes requisitos para los componentes utilizados (lo que aumenta su coste en comparación con los tradicionales). En primer lugar, se trata de la tensión de funcionamiento de los diodos rectificadores, los condensadores de filtro y los transistores clave, que no debe ser inferior a 350 V para evitar averías. En segundo lugar, se deben utilizar transistores clave de alta frecuencia (frecuencia de funcionamiento 20-100 kHz) y condensadores cerámicos especiales (los electrolitos de óxido convencionales se sobrecalentarán a altas frecuencias debido a su alta inductancia).

actividad). Y en tercer lugar, la frecuencia de saturación del transformador de alta frecuencia, determinada por el tipo de núcleo magnético utilizado (por regla general, se utilizan núcleos toroidales) debe ser significativamente mayor que la frecuencia de funcionamiento del convertidor.

En la figura. 3.4-5 muestra un diagrama esquemático de una fuente de alimentación clásica basada en un convertidor de alta frecuencia. El filtro, compuesto por condensadores C1, C2, SZ y bobinas de choque L1, L2, sirve para proteger la red de suministro de interferencia de alta frecuencia desde el lado del convertidor. El generador está construido según un circuito autooscilante y combinado con una etapa clave. Los transistores clave VT1 y VT2 funcionan en antifase, abriéndose y cerrándose a su vez. El arranque del generador y su funcionamiento fiable están garantizados por el transistor VT3, que funciona en modo de avalancha. Cuando el voltaje en C6 aumenta a través de R3, el transistor se abre y el capacitor se descarga a la base de VT2, arrancando el generador. La tensión de retroalimentación se elimina del devanado adicional (III) del transformador de potencia Tpl.

Transistores VT1. VT2 se instala sobre radiadores de placas de al menos 100 cm^2. Los diodos VD2-VD5 con barrera Schottky se colocan sobre un pequeño radiador de 5 cm^2. Datos de bobinas y transformadores: L1-1. L2 se enrolla en anillos de ferrita 2000NM K12x8x3 en dos cables utilizando un cable PELSHO de 0,25: 20 vueltas. TP1 - en dos anillos plegados, ferrita 2000NN KZ 1x18,5x7;

bobinado 1 - 82 vueltas con hilo PEV-2 0,5: bobinado II - 25+25 vueltas con hilo PEV-2 1,0: bobinado III - 2 vueltas con hilo PEV-2 0,3. TP2 está enrollado sobre un anillo de ferrita 2000NN K10x6x5. todos los devanados están hechos con alambre PEV-2 0.3: devanado 1 - 10 vueltas:

devanados II y III - 6 vueltas cada uno, ambos devanados (II y III) se enrollan de manera que ocupen el 50% del área del anillo sin tocarse ni superponerse entre sí, el devanado I se enrolla uniformemente en todo el anillo y se aísla con una capa de tela barnizada. Las bobinas del filtro rectificador L3, L4 están enrolladas en ferrita 2000NM K 12x8x3 con cable PEV-2 1.0, número de vueltas - 30. KT809A se puede utilizar como transistores clave VT1, VT2. KT812, KT841.

Las clasificaciones de los elementos y los datos del devanado de los transformadores se dan para un voltaje de salida de 35 V. En el caso de que se requieran otros valores de parámetros operativos, el número de vueltas en el devanado 2 Tr1 debe cambiarse en consecuencia.

El circuito descrito tiene deficiencias significativas, debido al deseo de reducir al máximo la cantidad de componentes utilizados, estos incluyen un bajo nivel de estabilización del voltaje de salida, un funcionamiento inestable y poco confiable y una baja corriente de salida. Sin embargo, es bastante adecuado para alimentar los diseños más simples. poder diferente(cuando se utilizan componentes apropiados), tales como: calculadoras. Identificadores de llamadas. accesorios de iluminación etc.

En la figura 1 se muestra otro circuito de alimentación basado en un convertidor de impulsos de alta frecuencia. 3.4-6. La principal diferencia entre este esquema y la estructura estándar que se muestra en la Fig. 3 .4-4 es la ausencia de un circuito de retroalimentación. En este sentido, la estabilidad de voltaje en los devanados de salida del transformador HF Tr2 es bastante baja y se requiere el uso de estabilizadores secundarios (el circuito utiliza estabilizadores integrados universales basados ​​​​en el IC de la serie KR142).

Arroz. 3.4-4 Diagrama de bloques de un convertidor de pulsos de alta frecuencia típico alimentado desde una red industrial

Imagen:

Estabilizador de conmutación con transistor MOS clave con lectura de corriente.

La miniaturización y la mayor eficiencia en el desarrollo y construcción de fuentes de alimentación conmutadas se ven facilitadas por el uso de una nueva clase de inversores semiconductores: transistores MOS, así como: diodos de alta potencia con rápida recuperación inversa, diodos Schottky, diodos ultrarrápidos, transistores de efecto de campo con puerta aislada, circuitos de control integrados elementos clave. Todos estos artículos están disponibles en mercado interno y se puede utilizar en el diseño de fuentes de alimentación, convertidores, sistemas de encendido para motores de combustión interna (ICE) y sistemas de arranque para lámparas fluorescentes (FLL) de alta eficiencia. Una clase de dispositivos de potencia llamados HEXSense (transistores MOS con detección de corriente) también puede ser de gran interés para los desarrolladores. Son elementos de conmutación ideales para fuentes de alimentación conmutadas listas para controlar. La capacidad de leer la corriente del transistor de conmutación se puede utilizar en fuentes de alimentación conmutadas para proporcionar la retroalimentación de corriente requerida por un controlador de modulación de ancho de pulso. Esto logra la simplificación del diseño de la fuente de energía: la exclusión de resistencias y transformadores de corriente.

En la figura. La Figura 3.4-7 muestra un diagrama de una fuente de alimentación conmutada de 230 W. Sus principales características de rendimiento son las siguientes:

Voltaje de entrada: -110V 60Hz:

Tensión de salida: 48 V CC:

Corriente de carga: 4,8 A:

Frecuencia de conmutación: 110 kHz:

Eficiencia a plena carga : 78%;

Eficiencia a 1/3 de carga: 83%.

El circuito se basa en un modulador de ancho de pulso (PWM) con un convertidor de alta frecuencia en la salida. El principio de funcionamiento es el siguiente.

La señal de control para el transistor clave proviene de la salida 6 del controlador PWM DA1, el ciclo de trabajo está limitado al 50% por la resistencia R4, R4 y SZ son los elementos de sincronización del generador. La fuente de alimentación para DA1 la proporciona la cadena VD5, C5, C6, R6. La resistencia R6 está diseñada para suministrar voltaje de suministro durante el arranque del generador; posteriormente, se activa la retroalimentación de voltaje a través de LI, VD5; Esta retroalimentación se obtiene del devanado adicional del inductor de salida, que opera en modo inverso. Además de alimentar el generador, el voltaje de retroalimentación a través del circuito VD4, Cl, Rl, R2 se suministra a la entrada de retroalimentación de voltaje DA1 (pin 2). A través de R3 y C2 se proporciona compensación, lo que garantiza la estabilidad del circuito de retroalimentación.

A partir de este circuito, es posible construir estabilizadores de pulso con otros parámetros de salida.

Introducción

Las fuentes de alimentación conmutadas ahora están reemplazando con confianza a las obsoletas lineales. La razón es el alto rendimiento, la compacidad y las características de estabilización mejoradas inherentes a estas fuentes de alimentación.

Con los rápidos cambios que han experimentado recientemente los principios de suministro de energía para equipos electrónicos, la información sobre el cálculo, construcción y uso de fuentes de alimentación conmutadas es cada vez más relevante.

Recientemente, las fuentes de alimentación conmutadas han ganado especial popularidad entre los especialistas en el campo de la electrónica y la ingeniería radioeléctrica, así como en la producción industrial. Ha habido una tendencia a abandonar las voluminosas unidades de transformadores estándar y cambiar a diseños de pequeño tamaño de fuentes de alimentación conmutadas, convertidores de voltaje, convertidores e inversores.

En general, el tema de las fuentes de alimentación conmutadas es bastante relevante e interesante, y es una de las áreas más importantes de la electrónica de potencia. Esta área de la electrónica es prometedora y se desarrolla rápidamente. Y su objetivo principal es desarrollar dispositivos de potencia potentes que cumplan con los requisitos modernos de confiabilidad, calidad, durabilidad, minimizando el peso, el tamaño, el consumo de energía y materiales. Cabe señalar que casi todos los dispositivos electrónicos modernos, incluidos todo tipo de computadoras, equipos de audio, video y otros dispositivos modernos, funcionan con fuentes de alimentación conmutadas compactas, lo que una vez más confirma la relevancia de un mayor desarrollo de esta área de fuentes de alimentación. .

Principio de funcionamiento de las fuentes de alimentación conmutadas.

La fuente de alimentación conmutada es un sistema inversor. En las fuentes de alimentación conmutadas, primero se rectifica la tensión de entrada de CA. La tensión continua resultante se convierte en pulsos rectangulares de alta frecuencia y un cierto ciclo de trabajo, ya sea suministrados a un transformador (en el caso de fuentes de alimentación pulsadas con aislamiento galvánico de la red de suministro) o directamente al filtro de paso bajo de salida (en fuentes de alimentación pulsadas sin aislamiento galvánico). En las fuentes de alimentación por impulsos, se pueden utilizar transformadores de pequeño tamaño; esto se explica por el hecho de que con un aumento de frecuencia, la eficiencia del transformador aumenta y los requisitos para las dimensiones (sección) del núcleo necesarios para transmitir potencia equivalente disminuyen. En la mayoría de los casos, dicho núcleo puede estar fabricado de materiales ferromagnéticos, a diferencia de los núcleos de los transformadores de baja frecuencia, para los que se utiliza acero eléctrico.

Figura 1 - Diagrama de bloques de una fuente de alimentación conmutada

La tensión de red se suministra al rectificador, después de lo cual se filtra mediante un filtro capacitivo. Desde el condensador de filtro, cuyo voltaje aumenta, el voltaje rectificado a través del devanado del transformador se suministra al colector del transistor, que actúa como un interruptor. El dispositivo de control garantiza el encendido y apagado periódico del transistor. Para iniciar de manera confiable la fuente de alimentación, se utiliza un oscilador maestro hecho en un microcircuito. Los pulsos se suministran a la base del transistor clave y provocan el inicio del ciclo de funcionamiento del autogenerador. El dispositivo de control es responsable de monitorear el nivel de voltaje de salida, generar una señal de error y, a menudo, controlar directamente la llave. El microcircuito del oscilador maestro se alimenta mediante una cadena de resistencias directamente desde la entrada del condensador de almacenamiento, estabilizando el voltaje con la capacitancia de referencia. El oscilador maestro y el transistor clave del circuito secundario son responsables del funcionamiento del optoacoplador. Cuanto más abiertos estén los transistores responsables del funcionamiento del optoacoplador, menor será la amplitud de los pulsos de retroalimentación, antes se apagará el transistor de potencia y menos energía se acumulará en el transformador, lo que detendrá el aumento de voltaje en la salida. de la fuente. Llegó el modo de operación de la fuente de alimentación, donde juega un papel importante el optoacoplador, como regulador y administrador de los voltajes de salida.

Las especificaciones de una fuente de alimentación industrial son más estrictas que las de una fuente de alimentación doméstica normal. Esto se expresa no solo en el hecho de que en la entrada de la fuente de alimentación hay una alta tensión trifásica, sino también en el hecho de que las fuentes de alimentación industriales deben permanecer operativas incluso con una desviación significativa de la tensión de entrada del valor nominal. , incluidas caídas y sobretensiones de tensión, así como la pérdida de una o varias fases.

Figura 2 - Diagrama esquemático de una fuente de alimentación conmutada.

El esquema funciona de la siguiente manera. La entrada trifásica se puede realizar en tres hilos, en cuatro hilos o incluso en monofásica. El rectificador trifásico consta de diodos D1 - D8.

Las resistencias R1 - R4 brindan protección contra sobretensiones. El uso de resistencias protectoras con disparo por sobrecarga hace innecesario el uso de cartuchos fusibles separados. La tensión rectificada de entrada se filtra mediante un filtro en forma de U que consta de C5, C6, C7, C8 y L1.

Las resistencias R13 y R15 igualan el voltaje a través de los capacitores del filtro de entrada.

Cuando se abre el MOSFET del chip U1, el potencial de fuente de Q1 disminuye, la corriente de la puerta es proporcionada por las resistencias R6, R7 y R8, respectivamente, la capacitancia de las transiciones VR1 ... VR3 desbloquea Q1. El diodo Zener VR4 limita el voltaje de la puerta de fuente aplicado a Q1. Cuando MOSFET U1 se apaga, el voltaje de drenaje se limita a 450 voltios mediante el circuito limitador VR1, VR2, VR3. Cualquier voltaje adicional al final del devanado será disipado por Q1. Esta conexión distribuye efectivamente el voltaje rectificado total entre Q1 y U1.

El circuito de absorción VR5, D9, R10 absorbe el exceso de tensión en el devanado primario resultante de la fuga de inducción del transformador durante la carrera inversa.

La rectificación de salida se realiza mediante el diodo D1. C2 - filtro de salida. L2 y C3 forman la segunda etapa de filtro para reducir la inestabilidad del voltaje de salida.

VR6 comienza a conducir cuando el voltaje de salida excede la caída entre VR6 y el optoacoplador. Un cambio en el voltaje de salida provoca un cambio en la corriente que fluye a través del diodo optoacoplador U2, lo que a su vez provoca un cambio en la corriente a través del transistor optoacoplador U2. Cuando esta corriente excede el umbral en el pin FB de U1, se omite el siguiente ciclo de trabajo. El nivel especificado de voltaje de salida se mantiene regulando el número de ciclos de trabajo perdidos y completados. Una vez que el ciclo de trabajo ha comenzado, finalizará cuando la corriente a través de U1 alcance el límite interno establecido. R11 limita la corriente a través del optoacoplador y establece la ganancia de retroalimentación. La resistencia R12 proporciona polarización a VR6.

Este circuito está protegido contra rotura del circuito de retroalimentación, cortocircuito de salida y sobrecarga gracias a las funciones integradas en U1 (LNK304). Dado que el microcircuito se alimenta directamente desde su pasador de drenaje, no se requiere un devanado de alimentación separado.

En las fuentes de alimentación conmutadas, la estabilización de la tensión se garantiza mediante retroalimentación negativa. La retroalimentación le permite mantener el voltaje de salida a un nivel relativamente constante, independientemente de las fluctuaciones en el voltaje de entrada y el tamaño de la carga. La retroalimentación se puede organizar de diferentes maneras. En el caso de fuentes pulsadas con aislamiento galvánico de la red de suministro, los métodos más habituales son utilizar la comunicación a través de uno de los devanados de salida del transformador o mediante un optoacoplador. Dependiendo de la magnitud de la señal de retroalimentación (dependiendo del voltaje de salida), el ciclo de trabajo de los pulsos en la salida del controlador PWM cambia. Si no es necesario el desacoplamiento, normalmente se utiliza un divisor de tensión resistivo simple. Así, la fuente de alimentación mantiene un voltaje de salida estable.