Spínané zdroje, teorie a jednoduché obvody. Co je to spínaný zdroj a kde se používá

Téměř každé elektronické zařízení má napájecí zdroj - důležitý prvek schématu zapojení. Bloky se používají v zařízeních, která vyžadují snížený výkon. Hlavním úkolem napájecího zdroje je snížit síťové napětí. První spínané zdroje byly navrženy po vynálezu cívky, která pracovala se střídavým proudem.

Použití transformátorů dalo impuls k vývoji napájecích zdrojů. Za usměrňovačem se provede vyrovnání napětí. U jednotek s frekvenčním měničem je tento proces odlišný.

V impulsním bloku je základem invertorový systém. Po usměrnění napětí se tvoří obdélníkové impulsy s vysokou frekvencí, které jsou přiváděny do nízkofrekvenčního výstupního filtru. Impulzní bloky napájecí zdroj převádí napětí, dodává energii zátěži.

Nedochází k žádnému rozptylu energie z impulzního bloku. Z lineárního zdroje dochází k rozptylu na polovodičích (tranzistorech). Kompaktnost a nízká hmotnost také dává přednost před transformátorovými jednotkami se stejným výkonem, takže jsou často nahrazovány impulsními.

Princip fungování

Provoz UPS jednoduché konstrukce je následující. Pokud je vstupní proud proměnný, jako u většiny domácí přístroje, pak se napětí nejprve převede na stejnosměrné. Některé blokové konstrukce mají spínače, které zdvojnásobují napětí. To se provádí za účelem připojení k síti s různým jmenovitým napětím, například 115 a 230 voltů.

Usměrňovač vyrovnává střídavé napětí a vydává stejnosměrný proud, který vstupuje do kondenzátorového filtru. Proud z usměrňovače vychází ve formě malých pulzů o vysoké frekvenci. Signály mají vysokou energii, což snižuje účiník pulzního transformátoru. Díky tomu jsou rozměry pulzní jednotky malé.

Pro korekci poklesu výkonu u nových napájecích zdrojů se používá obvod, ve kterém je vstupní proud získáván ve formě sinusu. Podle tohoto schématu jsou bloky namontovány v počítačích, videokamerách a dalších zařízeních. Impulzní blok pracuje z konstantního napětí procházejícího blokem beze změny. Takový blok se nazývá návratový blok. Pokud se použije pro 115 V, je potřeba 163 voltů pro provoz při konstantním napětí, vypočítá se jako (115 × √2).

Pro usměrňovač je takový obvod škodlivý, protože polovina diod se nepoužívá v provozu, což způsobuje přehřátí pracovní části usměrňovače. V tomto případě je životnost snížena.

Po usměrnění síťového napětí přichází do činnosti střídač, který převádí proud. Při průchodu spínačem, který má velkou výstupní energii, se ze stejnosměrného proudu získává střídavý proud. S vinutím transformátoru o několika desítkách závitů a frekvencí stovek hertzů zdroj funguje jako nízkofrekvenční zesilovač, ukazuje se, že je více než 20 kHz, není přístupný lidskému sluchu. Spínač je proveden na tranzistorech s vícestupňovým signálem. Takové tranzistory mají nízký odpor a vysokou schopnost toku proudu.

Schéma provozu UPS

V síťové bloky vstup a výstup jsou od sebe izolovány, u pulzních jednotek je proud využíván pro primární vysokofrekvenční vinutí. Na sekundárním vinutí vytváří transformátor požadované napětí.

Pro výstupní napětí větší než 10 V se používají křemíkové diody. Při nízkém napětí jsou instalovány Schottkyho diody, které mají následující výhody:

• Rychlé zotavení, které umožňuje malé ztráty.
• Malý pokles napětí. Pro snížení výstupního napětí se používá tranzistor, v něm je hlavní část napětí usměrněna.

Schéma impulzního bloku minimální velikosti

V jednoduchém obvodu UPS se místo transformátoru používá tlumivka. Jedná se o převodníky pro snižování nebo zvyšování napětí, viz velmi jednoduchá třída, jeden spínač a sešlápněte plyn.

Typy UPS

• Jednoduché UPS na IR2153, běžné v Rusku.
• Spínané zdroje na TL494.
• Spínané zdroje na UC3842.
• hybridní typ, úsporná žárovka.
• Pro zesilovač se zvýšenými daty.
• Z elektronického předřadníku.
• Nastavitelný UPS, mechanické zařízení.
• Pro UMZCH vysoce specializovaný napájecí zdroj.
• Výkonný UPS, má vysoké vlastnosti.
• Pro 200 V - pro napětí nepřesahující 220 voltů.
• Síťová UPS 150 wattů, pouze pro síť.
• Pro 12 voltů to funguje dobře při 12 voltech.
• Pro 24 V - funguje pouze na 24 V.
• Most - je použito schéma mostu.
• U elektronkového zesilovače charakteristiky pro elektronky.
• Pro LED - vysoká citlivost.
• Bipolární UPS se vyznačuje kvalitou.
• Reverzní, má zvýšené napětí a výkon.

Zvláštnosti

Jednoduchý UPS může být složen z transformátorů malých rozměrů, protože s rostoucí frekvencí je účinnost transformátoru vyšší, požadavky na velikost jádra jsou menší. Takové jádro je vyrobeno z feromagnetických slitin a pro nízké frekvence se používá ocel.

Napětí v napájecím zdroji je stabilizováno zápornou zpětnou vazbou. Výstupní napětí je udržováno na stejné úrovni, nezávisí na zátěži a kolísání vstupu. Vytváří se zpětná vazba různé metody. Pokud má blok galvanické oddělení od sítě, pak se používá připojení jednoho vinutí transformátoru na výstupu nebo pomocí optočlenu. Pokud není oddělení zapotřebí, použije se jednoduchý odporový dělič. Díky tomu je výstupní napětí stabilizováno.

Vlastnosti laboratorních bloků

Princip činnosti je založen na aktivní konverzi napětí. Pro odstranění rušení jsou na konci a začátku obvodu umístěny filtry. Saturace tranzistorů má pozitivní vliv na diody, dochází k úpravě napětí. Vestavěná ochrana blokuje zkraty. Napájecí kabely jsou aplikovány nemodulární řady, výkon dosahuje 500 wattů.

Ve skříni je instalován chladicí ventilátor, rychlost ventilátoru je nastavitelná. Maximální zatížení bloku je 23 ampér, odpor 3 ohmy, nejvyšší frekvence 5 hertzů.

Aplikace impulsních bloků

Rozsah jejich použití neustále roste jak v běžném životě, tak v průmyslové výrobě.

Spínané zdroje se používají v nepřerušitelných zdrojích napájení, zesilovačích, přijímačích, TV, nabíječky, pro nízkonapěťová osvětlovací vedení, počítače, lékařská zařízení a další různé přístroje a zařízení pro všeobecné použití.

Výhody a nevýhody

UPS má následující výhody a nevýhody:

• Lehká váha.
• Zvýšená účinnost.
• Malé náklady.
• Rozsah napájecího napětí je širší.
• Vestavěné bezpečnostní blokování.

Snížená hmotnost a rozměry jsou způsobeny použitím prvků s chladiči s lineárním režimem, pulzní regulací místo těžkých transformátorů. Kapacita kondenzátorů se snižuje zvýšením frekvence. Usměrňovací obvod se zjednodušil, nejjednodušší obvod je půlvlnný.

Nízkofrekvenční transformátory ztrácejí velké množství energie, při přeměnách se odvádí teplo. V UPS dochází k maximálním ztrátám, když přechodné jevy přepínání. Jindy jsou tranzistory stabilní, jsou uzavřené nebo otevřené. Byly vytvořeny podmínky pro úsporu energie, účinnost dosahuje 98 %.

Náklady na UPS se snižují díky sjednocení široké škály prvků v robotických podnicích. Výkonové prvky z ovládaných kláves se skládají z polovodičů nižšího výkonu.

Pulzní technologie umožňují použít napájecí síť s různými frekvencemi, což rozšiřuje použití napájecích zdrojů v různých energetických sítích. Polovodičové moduly malých rozměrů s digitální technologií mají ochranu proti zkratu a jiným nehodám.

Pro jednoduché bloky s ochrannými transformátory jsou vyrobeny na reléové bázi, na které v digitálních technologiích nemá smysl. Pouze v některých případech se používají digitální technologie:

• Pro řídicí obvody s malým výkonem.
• Zařízení s malým proudem vysoce přesného řízení, v měřicí technice, voltmetry, elektroměry, v metrologii.

Nedostatky

Spínané napájecí zdroje fungují tak, že převádějí vysokofrekvenční impulsy a vytvářejí rušení, které se dostává do okolí. Je potřeba potlačit a řešit rušení různými metodami. Někdy potlačení šumu nefunguje a použití impulsních bloků je pro některé typy zařízení nemožné.

Spínané zdroje se nedoporučuje zapojovat jak s nízkou, tak s vysokou zátěží. Pokud výstupní proud prudce klesne pod nastavenou mez, nemusí být možné nastartovat a výkon bude se zkreslením dat, které není vhodné pro provozní rozsah.

Jak vybrat spínané zdroje

Nejprve se musíte rozhodnout o seznamu zařízení a rozdělit jej do skupin:

• Stálí spotřebitelé bez vlastního zdroje energie.
• Spotřebitelé s jejich zdrojem.
• Zařízení s občasným připojením.

V každé skupině je nutné sečíst aktuální spotřebu pro všechny prvky. Pokud je získáno více než 2 A, je lepší připojit několik zdrojů.

Druhou a třetí skupinu lze napojit na levné napájecí zdroje. Dále určíme požadovaný čas rezervace. Pro výpočet kapacity baterie poskytnout životnost baterie, proud zařízení 1. a 2. skupiny se násobí hodinami.

Z tohoto obrázku vybíráme spínané zdroje. Při nákupu nelze zanedbat hodnotu napájecího zdroje v systému. Na tom závisí provoz a stabilita zařízení.

Vždy byly důležitými prvky všech elektronických zařízení. Tato zařízení se používají v zesilovačích i přijímačích. Za hlavní funkci napájecích zdrojů je považováno snížení omezujícího napětí, které přichází ze sítě. První modely se objevily až po vynálezu cívky střídavý proud.

Vývoj napájecích zdrojů byl navíc ovlivněn zavedením transformátorů do obvodu zařízení. Rysem pulzních modelů je, že používají usměrňovače. Stabilizace napětí v síti se tedy provádí trochu jiným způsobem než u běžných zařízení, kde je použit převodník.

Napájecí zařízení

Pokud vezmeme v úvahu pravidelný blok napájecí zdroj, který se používá v rádiových přijímačích, sestává z frekvenčního transformátoru, tranzistoru a několika diod. Navíc je v obvodu tlumivka. Kondenzátory jsou instalovány s různými kapacitami a mohou se velmi lišit v parametrech. Usměrňovače se používají zpravidla kondenzátorového typu. Patří do kategorie vysokého napětí.

Provoz moderních bloků

Zpočátku je napětí přiváděno do můstkového usměrňovače. V této fázi je aktivován omezovač špičkového proudu. To je nutné, aby se pojistka v napájecím zdroji nespálila. Dále proud prochází obvodem přes speciální filtry, kde se převádí. K nabití rezistorů je potřeba několik kondenzátorů. Uzel se spustí až po poruše dinistoru. Poté je tranzistor odblokován v napájecím zdroji. To umožňuje výrazně snížit vlastní oscilace.

Když dojde ke generování napětí, aktivují se diody v obvodu. Jsou vzájemně propojeny pomocí katod. Záporný potenciál v systému umožňuje uzamknout dinistor. Usnadnění spouštění usměrňovače se provádí po vypnutí tranzistoru. Dodatečně k dispozici Aby se zabránilo saturaci tranzistorů, jsou zde dvě pojistky. V okruhu fungují až po poruše. Pro spuštění zpětné vazby je nutný transformátor. Zaveďte jej do napájecího zdroje pulzní diody. Na výstupu prochází kondenzátory střídavý proud.

Vlastnosti laboratorních bloků

Princip činnosti spínaných zdrojů tohoto typu je založen na aktivní konverzi proudu. Ve standardním obvodu je jeden můstkový usměrňovač. Pro odstranění veškerého rušení se na začátku i na konci obvodu používají filtry. Kondenzátory spínané laboratorní napájení má obvyklé. K saturaci tranzistorů dochází postupně a to pozitivně ovlivňuje diody. U mnoha modelů je k dispozici regulace napětí. Ochranný systém je navržen tak, aby chránil bloky před zkraty. Kabely pro ně se obvykle používají nemodulární řady. V tomto případě může výkon modelu dosáhnout až 500 wattů.

Napájecí konektory v systému jsou nejčastěji instalovány typu ATX 20. Pro chlazení jednotky je ve skříni namontován ventilátor. Rychlost otáčení nožů je v tomto případě nutné regulovat. Jednotka laboratorního typu musí odolat maximální zátěži na úrovni 23 A. Přitom se parametr odporu udržuje v průměru kolem 3 ohmů. Mezní frekvence, kterou má spínací laboratorní zdroj, je 5 Hz.

Jak opravit zařízení?

Nejčastěji trpí napájecí zdroje kvůli spáleným pojistkám. Jsou umístěny vedle kondenzátorů. Začněte opravovat spínané zdroje odstraněním ochranného krytu. Dále je důležité prozkoumat integritu mikroobvodu. Pokud na něm nejsou vidět vady, lze to zkontrolovat testerem. Chcete-li vyjmout pojistky, musíte nejprve odpojit kondenzátory. Poté je lze bez problémů odstranit.

Chcete-li zkontrolovat integritu tohoto zařízení, zkontrolujte jeho základnu. Spálené pojistky ve spodní části mají tmavou skvrnu, která značí poškození modulu. Chcete-li tento prvek vyměnit, musíte věnovat pozornost jeho označení. Poté si v obchodě s radioelektronikou můžete zakoupit podobný produkt. Pojistka se instaluje až po zafixování kondenzátu. Za další častý problém v napájecích zdrojích jsou považovány poruchy s transformátory. Jsou to krabice, ve kterých jsou instalovány cívky.

Když je napětí na zařízení velmi velké, nevydrží. V důsledku toho je narušena celistvost vinutí. Opravit spínané zdroje s takovou poruchou není možné. V tomto případě lze transformátor, stejně jako pojistku, pouze vyměnit.

Síťové napájecí zdroje

Princip činnosti spínaných zdrojů typ sítě založené na redukci amplitudy nízkofrekvenčního šumu. To je způsobeno použitím vysokonapěťových diod. Je tedy efektivnější řídit omezovací frekvenci. Navíc je třeba poznamenat, že tranzistory se používají ve středním výkonu. Zatížení pojistek je minimální.

Rezistory ve standardním obvodu se používají poměrně zřídka. To je z velké části způsobeno tím, že kondenzátor je schopen se podílet na přeměně proudu. Hlavním problémem tohoto typu napájení je elektromagnetické pole. Pokud se použijí kondenzátory s nízkou kapacitou, pak je transformátor ohrožen. V tomto případě byste měli být velmi opatrní na výkon zařízení. Síťový spínaný zdroj má omezovače špičkového proudu a jsou umístěny bezprostředně nad usměrňovači. Jejich hlavním úkolem je řídit pracovní frekvenci pro stabilizaci amplitudy.

Diody v tomto systému částečně plní funkce pojistek. K pohonu usměrňovače jsou použity pouze tranzistory. Zamykací proces je zase nezbytný pro aktivaci filtrů. Kondenzátory lze v systému také použít v separačním typu. V tomto případě bude start transformátoru mnohem rychlejší.

Aplikace mikroobvodů

Mikroobvody v napájecích zdrojích se používají různými způsoby. V této situaci hodně záleží na počtu aktivních prvků. Pokud jsou použity více než dvě diody, pak musí být deska navržena pro vstupní a výstupní filtry. Vyrábějí se i transformátory jiná síla, a jsou docela odlišné ve velikosti.

Pájení mikroobvodů můžete provádět sami. V tomto případě musíte vypočítat mezní odpor rezistorů s ohledem na výkon zařízení. K vytvoření nastavitelného modelu se používají speciální bloky. Tento typ systému se vyrábí s dvojitými kolejemi. Zvlnění uvnitř desky bude mnohem rychlejší.

Výhody regulovaných napájecích zdrojů

Principem činnosti spínaných zdrojů s regulátory je použití speciálního regulátoru. Tento prvek v obvodu může měnit šířku pásma tranzistorů. Mezní frekvence na vstupu a na výstupu je tedy výrazně odlišná. Spínaný zdroj můžete nakonfigurovat různými způsoby. Regulace napětí se provádí s ohledem na typ transformátoru. K chlazení zařízení pomocí běžných chladičů. Problémem těchto zařízení bývá nadproud. K jeho vyřešení se používají ochranné filtry.

Výkon zařízení se v průměru pohybuje kolem 300 wattů. Kabely v systému jsou použity pouze nemodulární. Lze se tak vyhnout zkratům. Napájecí konektory pro připojení zařízení jsou obvykle instalovány v řadě ATX 14. Standardní model má dva výstupy. Usměrňovače se používají s vysokým napětím. Jsou schopny odolat odporu na úrovni 3 ohmů. Na druhé straně maximální zátěžový impuls nastavitelný blok akceptuje až 12 A.

Provoz 12voltových bloků

Puls obsahuje dvě diody. V tomto případě jsou filtry instalovány s malou kapacitou. V tomto případě je proces pulzace extrémně pomalý. Průměrná frekvence kolísá kolem 2 Hz. Účinnost mnoha modelů nepřesahuje 78 %. Tyto bloky se také liší svou kompaktností. To je způsobeno skutečností, že transformátory jsou instalovány s nízkým výkonem. Nepotřebují chlazení.

Obvod spínaného zdroje 12V navíc předpokládá použití rezistorů s označením P23. Snesou pouze 2 ohmy odporu, ale tento výkon je pro zařízení dostačující. Pro svítidla se nejčastěji používá spínaný zdroj 12V.

Jak funguje TV box?

Principem činnosti spínaných zdrojů tohoto typu je použití filmových filtrů. Tato zařízení jsou schopna se vyrovnat s rušením různých amplitud. Vinutí sytiče je syntetické. Ochrana důležitých uzlů je tak zajištěna ve vysoké kvalitě. Všechna těsnění v napájecím zdroji jsou ze všech stran izolována.

Transformátor má zase samostatný chladič pro chlazení. Pro snadné použití se obvykle instaluje tiše. Teplotní limit těchto zařízení vydrží až 60 stupňů. Spínaný zdroj televizorů podporuje pracovní frekvenci 33 Hz. Při teplotách pod nulou lze tato zařízení také použít, ale hodně v této situaci závisí na typu použitých kondenzátů a průřezu magnetického obvodu.

Modely zařízení pro 24 voltů

V modelech pro 24 voltů se používají nízkofrekvenční usměrňovače. S rušením si úspěšně poradí pouze dvě diody. Účinnost takových zařízení může dosáhnout až 60 %. Regulátory na napájecích zdrojích jsou instalovány poměrně zřídka. Pracovní frekvence modelů v průměru nepřesahuje 23 Hz. Odporové rezistory snesou pouze 2 ohmy. Tranzistory v modelech jsou instalovány s označením PR2.

Rezistory se v obvodu nepoužívají ke stabilizaci napětí. Filtry spínaný napájecí zdroj 24V má kondenzátorový typ. V některých případech můžete najít dělící se druhy. Jsou nezbytné pro omezení omezující frekvence proudu. Dinistory se zřídka používají k rychlému spuštění usměrňovače. Záporný potenciál zařízení je odstraněn pomocí katody. Na výstupu je proud stabilizován uzamčením usměrňovače.

Napájení na schématu DA1

Napájecí zdroje tohoto typu se od ostatních zařízení liší tím, že vydrží těžký náklad. Ve standardním obvodu je pouze jeden kondenzátor. Pro normální provoz napájecího zdroje slouží regulátor. Regulátor je instalován přímo vedle rezistoru. Diody v obvodu nelze nalézt více než tři.

Proces přímé zpětné konverze začíná v dinistoru. Pro spuštění odblokovacího mechanismu je v systému k dispozici speciální škrticí klapka. Vlny s velkou amplitudou jsou tlumeny na kondenzátoru. Obvykle se instaluje jako separační typ. Pojistky ve standardním obvodu jsou vzácné. To je odůvodněno skutečností, že mezní teplota v transformátoru nepřesahuje 50 stupňů. Předřadná tlumivka se tak se svými úkoly vypořádá sama.

Modely zařízení s čipy DA2

Čipy spínaných zdrojů tohoto typu se kromě jiných zařízení vyznačují zvýšenou odolností. Používají se především pro měřicí přístroje. Příkladem je osciloskop, který ukazuje kolísání. Stabilizace napětí je pro něj velmi důležitá. V důsledku toho budou údaje přístroje přesnější.

Mnoho modelů není vybaveno regulátory. Filtry jsou většinou oboustranné. Na výstupu obvodu jsou běžné tranzistory. To vše umožňuje odolat maximální zátěži na úrovni 30 A. Ukazatel mezní frekvence je zase kolem 23 Hz.

Bloky s nainstalovanými čipy DA3

Tento mikroobvod umožňuje nainstalovat nejen regulátor, ale také regulátor, který monitoruje výkyvy v síti. Odporové tranzistory v zařízení jsou schopny vydržet přibližně 3 ohmy. Výkonný spínaný zdroj DA3 si poradí se zátěží 4 A. Pro chlazení usměrňovačů můžete připojit ventilátory. Díky tomu lze zařízení používat při jakékoli teplotě. Další výhodou je přítomnost tří filtrů.

Dva z nich jsou instalovány na vstupu pod kondenzátory. Na výstupu je k dispozici jeden separační filtr, který stabilizuje napětí, které přichází z rezistoru. Diody ve standardním obvodu nelze nalézt více než dvě. Hodně však záleží na výrobci, a to je třeba vzít v úvahu. Hlavním problémem tohoto typu napájení je, že nejsou schopny se vyrovnat s nízkofrekvenčním rušením. V důsledku toho je nepraktické je instalovat na měřicí přístroje.

Jak funguje diodový blok VD1?

Tyto bloky jsou navrženy pro podporu až tří zařízení. Regulátory v nich jsou třícestné. Kabely pro komunikaci jsou instalovány pouze nemodulárně. Současná konverze je tedy rychlá. V řadě KKT2 jsou instalovány usměrňovače v mnoha modelech.

Liší se tím, že jsou schopny přenášet energii z kondenzátoru do vinutí. V důsledku toho je zatížení z filtrů částečně odstraněno. Výkon takových zařízení je poměrně vysoký. Při teplotách nad 50 stupňů je lze také použít.

6) Plánuji realizaci výkonového transformátoru na jádru typu Epcos ETD44/22/15 z materiálu N95. Možná se moje volba ještě změní, když spočítám data vinutí a celkový výkon.

7) Dlouho jsem váhal mezi výběrem typu usměrňovače na sekundárním vinutí mezi duální Schottkyho diodou a synchronním usměrňovačem. Můžete dát duální Schottkyho diodu, ale toto je P \u003d 0,6V * 40A \u003d 24 W v teple, s výkonem SMPS asi 650 W, dosáhne se ztráta 4%! Při použití nejběžnějšího IRF3205 v synchronním usměrňovači s odporovým kanálem se uvolňuje teplo P = 0,008 ohm * 40 A * 40 A = 12,8 W. Ukázalo se, že vyhrajeme 2krát nebo 2% účinnost! Všechno bylo krásné, dokud jsem nedal dohromady řešení na prkénku na IR11688S. Ke statickým ztrátám na kanálu se přidaly dynamické spínací ztráty a nakonec se tak stalo. Kapacita terénních pracovníků pro vysoké proudy je stále velká. toto je ošetřeno ovladači jako HCPL3120, ale to je zvýšení ceny produktu a nadměrná komplikace obvodů. Vlastně z těchto úvah bylo rozhodnuto dát dvojitého Schottkyho a klidně spát.

8) LC obvod na výstupu za prvé sníží zvlnění proudu a za druhé vám umožní „odříznout“ všechny harmonické. Posledně jmenovaný problém je extrémně důležitý při napájení zařízení pracujících v rádiovém frekvenčním rozsahu a zahrnujících vysokofrekvenční analogové obvody. V našem případě mluvíme o HF transceiveru, takže zde je filtr prostě životně důležitý, jinak se rušení „plazí“ do vzduchu. V ideálním případě můžete na výstup stále umístit lineární stabilizátor a získat minimální zvlnění v jednotkách mV, ale ve skutečnosti vám rychlost operačního systému umožní získat zvlnění napětí v rozmezí 20-30 mV bez „kotle“ uvnitř transceiver, kritické uzly jsou napájeny prostřednictvím svých LDO, takže jeho redundance je zřejmá.

No, prošli jsme funkcionalitu a to je jen začátek)) Ale nic, půjde to veseleji, protože začíná to nejzajímavější - výpočty všeho a všech!

Výpočet výkonového transformátoru pro polomůstkový měnič napětí

Na základě těchto vstupů spočítáme náš transformátor. Na skladě mám několik sad ETD44/22/15, a proto se na ni nyní zaměřuji, seznam vstupů je následující:

1) Materiál N95;
2) Typ jádra ETD44/22/15;
3) Pracovní frekvence - 100 kHz;
4) Výstupní napětí - 15V;
5) Výstupní proud - 40A.

Pro výpočty transformátorů do 5 kW používám program Old Man, je pohodlný a počítá celkem přesně. Po 5 kW začíná kouzla, frekvence se zvyšují, aby se zmenšila velikost, a hustoty pole a proudu dosahují takových hodnot, že i skin efekt je schopen změnit parametry téměř 2x, takže pro vysoké výkony používám staré -módní metoda "se vzorci a kresbou tužkou na papír." Zadáním vstupních dat do programu bylo dosaženo následujícího výsledku:

Obrázek 2 - Výsledek výpočtu transformátoru pro poloviční můstek

Na obrázku na levé straně jsou vyznačeny vstupní údaje, popsal jsem je výše. Uprostřed jsou výsledky, které nás nejvíce zajímají, zvýrazněny fialovou barvou, Krátce je projdu:

1) Vstupní napětí je 380V DC, je stabilizované, protože polomůstek je napájen z KKM. Takový výkon zjednodušuje návrh mnoha uzlů, protože. zvlnění proudu je minimální a transformátor nemusí odebírat napětí při vstupním síťovém napětí 140V.

2) Spotřebovaný výkon (pumpovaný jádrem) se ukázal být 600 W, což je 2x méně než celkový výkon (ten, který jádro dokáže pumpovat, aniž by došlo k saturaci), takže je vše v pořádku. Materiál N95 jsem v programu nenašel, ale na stránkách Epcos jsem v datasheetu nakoukl, že N87 a N95 budou dávat velmi podobné výsledky, při kontrole na kusu papíru jsem zjistil, že rozdíl 50 W celkové síly není hrozná chyba.

3) Údaje o primárním vinutí: namotáme 21 závitů na 2 dráty o průměru 0,8 mm, myslím, že je zde vše jasné? Proudová hustota je asi 8A / mm2, což znamená, že se vinutí nepřehřívají - vše je v pořádku.

4) Údaje o sekundárním vinutí: navineme 2 vinutí po 2 závitech v každém stejným drátem 0,8 mm, ale již na 14 - stejně, proud je 40A! Dále připojíme začátek jednoho vinutí a konec druhého, jak to udělat, vysvětlím dále, z nějakého důvodu lidé v tomto okamžiku často při montáži upadnou do strnulosti. Ani zde není žádná magie.

5) Indukčnost výstupní tlumivky je 4,9 μH, proud je 40A, resp. Potřebujeme to, aby na výstupu našeho bloku nedocházelo k velkým vlnám proudu, v procesu ladění ukážu práci s a bez něj na osciloskopu, vše se vyjasní.

Výpočet trval 5 minut, pokud má někdo dotazy, ptejte se v komentářích nebo PM - řeknu vám. Abyste nehledali samotný program, navrhuji jej stáhnout z cloudu pomocí odkazu. A můj hluboký vděk Dědkovi za jeho práci!

Dalším logickým krokem je vypočítat výstupní induktor pro poloviční můstek, který je přesně ten na 4,9 uH.

Výpočet parametrů vinutí pro výstupní tlumivku

1) Indukčnost - 4,9 uH;
2) Jmenovitý proud - 40A;
3) Amplituda před škrticí klapkou - 18V;
4) Napětí za plynem - 15V.

Používáme také program ze Starého muže (všechny jsou v odkazu výše) a získáváme následující údaje:

Obrázek 3 - Vypočítaná data pro vinutí výstupní tlumivky

Nyní si projdeme výsledky:

2) Maximální indukce, to je hodnota, která nesmí být překročena, jinak magnetické pole nasytí jádro a vše bude velmi špatné. Tento parametr závisí na materiálu a jeho celkových rozměrech. Pro moderní jádra z práškového železa je typická hodnota 0,5-0,55 T;

3) Údaje o vinutí: 9 závitů je navinuto kosou z 10 pramenů drátu o průměru 0,8 mm. Program dokonce zhruba udává, kolik vrstev zabere. Namotám 9 jader, protože. pak bude vhodné rozdělit velký oplet na 3 „pigtaily“ po 3 jádrech a bez problémů je připájet na desku;

4) Vlastně samotný prsten, na který ho namotám, má rozměry - 40/24/14,5 mm, vystačí s rezervou. Materiál č. 52, myslím, že mnozí viděli žlutomodré kroužky v ATX blocích, často se používají ve skupinových stabilizačních tlumivkách (DGS).

Výpočet záložního napájecího transformátoru

Pojďme si trochu upravit naše vstupní data, co potřebujeme:

Dostaneme potřebu napájecího zdroje s celkovým výkonem - 2*15W + 1,5W + 15W = 46,5W. To je normální výkon pro TOP227, používám ho v malých SMPS do 75 W na všelijaké nabíječky baterií, šroubováky a jiné svinstvo, mnoho let, což je zvláštní, ještě ani jeden nevyhořel.

Jdeme na jiný program Starého muže a uvažujeme o transformátoru pro flyback:

Obrázek 4 - Vypočítaná data pro záložní napájecí transformátor

1) Volba jádra je opodstatněná jednoduše - mám ho v množství krabice a odebírá stejně 75 W)) Údaje o jádru. Je vyrobena z materiálu N87 a má mezeru 0,2 mm na každé polovině nebo 0,4 mm tzv. plné mezery. Toto jádro je přímo určeno pro tlumivky a pro flyback měniče je tato indukčnost jen tlumivka, ale do divočiny se zatím pouštět nebudu. Pokud v transformátoru polovičního můstku nebyla žádná mezera, pak je to povinné pro převodník flyback, jinak jako každý induktor prostě přejde do saturace bez mezery.

2) Údaje o klíči 700V "drain-source" a odporu kanálu 2,7 Ohm jsou převzaty z datasheetu na TOP227, tento ovladač má vypínač napájení zabudovaný v samotném mikroobvodu.

3) Minimální vstupní napětí jsem bral trochu s rezervou - 160V, je to uděláno tak, že při vypnutí samotného napájení zůstane v provozu služebna a indikace, hlásí nouzové nízké napájecí napětí.

4) Naše primární vinutí se skládá ze 45 závitů drátu 0,335 mm do jednoho jádra. Sekundární výkonová vinutí mají 4 závity a 4 žíly s drátem 0,335 mm (průměr), samonapájecí vinutí má stejné parametry, takže vše stejné, pouze 1 jádro, protože proud je řádově nižší.

Výpočet výkonové tlumivky korektoru činného výkonu

Pro výpočet zvolíme program - PFC_ring (PFC je v Basurmansku KKM), používáme následující vstupy:

1) Vstupní napájecí napětí - 140 - 265V;
2) Jmenovitý výkon - 600 W;
3) Výstupní napětí - 380V DC;
4) Pracovní frekvence - 100 kHz, kvůli volbě PWM regulátoru.

Obrázek 5 - Výpočet výkonové tlumivky aktivního PFC

1) Vlevo, jako obvykle, zadáme počáteční data, nastavíme minimální práh na 140 V, získáme jednotku, která může pracovat při síťovém napětí 140 V, takže získáme „vestavěný regulátor napětí“;

Obvody silové části a ovládání jsou zcela standardní, pokud máte náhle dotazy, neváhejte se zeptat v komentářích nebo soukromých zprávách. Pokusím se co nejlépe odpovědět a vysvětlit.

Návrh desky plošných spojů spínaného zdroje

Samotný proces návrhu desky neobsahuje žádná úskalí, ta jsou obsažena v zařízení, pro které je určena. Ve skutečnosti výkonová elektronika nepředkládá nějaké divoké množství pravidel a požadavků na pozadí stejných mikrovlnných analogových nebo vysokorychlostních digitálních datových sběrnic.

Uvedu základní požadavky a pravidla týkající se konkrétně silových obvodů, to umožní realizaci 99% amatérských návrhů. Nebudu mluvit o nuancích a „tricích“ - každý by si měl vyplnit své vlastní hrboly, získat zkušenosti a již s tím pracovat. A tak jsme šli:

Něco málo o hustotě proudu v tištěných vodičích

Často nad tímto parametrem lidé nepřemýšlejí a viděl jsem, kde je výkonová část vyrobena s vodiči 0,6 mm s 80% plochy desky jednoduše prázdných. Proč to dělám, je mi záhadou.

Jakou hustotu proudu lze tedy vzít v úvahu? Pro běžný drát je standardní hodnota 10A / mm 2, toto omezení je vázáno na chlazení drátu. Můžete projít i větším proudem, ale předtím jej spusťte do kapalného dusíku. Ploché vodiče, jako například na desce plošných spojů, mají velkou plochu, je snazší je chladit, což znamená, že si můžete dovolit vysoké proudové hustoty. Pro běžné podmínky s pasivním popř vzduchem chlazené je obvyklé brát v úvahu 35-50 A / mm 2, kde 35 je pro pasivní chlazení, 50 je za přítomnosti umělé cirkulace vzduchu (můj případ). Je tu ještě jeden údaj - 125 A/mm 2, to je opravdu velký údaj, ne všechny supravodiče si ho mohou dovolit, ale je dosažitelný pouze s imerzním kapalinovým chlazením.

S tím druhým jsem se setkal při práci se společností, která se zabývala inženýrskými komunikacemi a návrhem serverů, a design spadal do mé části. základní deska a to část s vícefázovým napájením a spínáním. Byl jsem velmi překvapen, když jsem viděl proudovou hustotu 125 A / mm 2, ale tuto možnost mi vysvětlili a ukázali na stánku - pak jsem si uvědomil, proč jsou celé stojany se servery ponořeny v obrovských kalužích oleje)))

V mém kusu železa je vše jednodušší, údaj 50 A / mm 2 je sám o sobě dostačující, s tloušťkou mědi 35 mikronů polygony bez problémů poskytnou požadovaný průřez. Zbytek byl pro obecný vývoj a pochopení problematiky.

3) Mezera mezi vodiči - je nutné snížit svodové proudy, zejména u vodičů, kde protéká vf signál (PWM), protože pole ve vodičích je silné a VF signál má vlivem skinefektu tendenci unikat jak na povrch vodiče, tak za jeho hranice. Obvykle stačí mezera 2-3 mm;

4) Galvanická izolační mezera - jedná se o mezeru mezi galvanicky oddělenými sekcemi desky, obvykle je požadavek na průraz cca 5 kV. K proražení 1 mm vzduchu je potřeba asi 1-1,2 kV, ale u nás je průraz možný nejen vzduchem, ale i textolitem a maskou. V továrně se používají materiály, které procházejí elektrickým testem a vy můžete klidně spát. Hlavním problémem je tedy vzduch a z výše uvedených podmínek můžeme usoudit, že bude stačit asi 5-6 mm vůle. V podstatě rozdělení polygonů pod transformátor, protože. je hlavním prostředkem galvanické izolace.

Nyní pojďme přímo k designu desky, nebudu v tomto článku mluvit super podrobně a obecně není moc napsat celou knihu textu touhy. Pokud to bude chtít velká skupina lidí (na konci udělám průzkum), tak natočím videa jen na „zapojení“ tohoto zařízení, bude to rychlejší a informativnější.

Fáze vytvoření desky s plošnými spoji:

1) Prvním krokem je určení přibližných rozměrů zařízení. Pokud máte hotové pouzdro, pak byste si v něm měli změřit stopu a vycházet z ní v rozměrech desky. Plánuji vyrobit pouzdro na zakázku z hliníku nebo mosazi, takže se pokusím vyrobit co nejkompaktnější zařízení bez ztráty kvality a výkonových charakteristik.

Obrázek 9 - Vytvoříme přířez pro budoucí desku

Pamatujte - rozměry desky musí být násobkem 1 mm! Nebo alespoň 0,5 mm, jinak si ještě vzpomenete na můj testament Lenina, kdy vše složíte do panelů a vyrobíte přířez pro výrobu a designéři, kteří vytvoří pouzdro podle vaší desky, vás zasypou nadávkami. Nevytvářejte desku o rozměrech ala "208,625 mm", pokud to není nezbytně nutné!
P.S. díky tov. Lunkovovi za to, že mi přesto sdělil tuto jasnou myšlenku))

Zde jsem provedl 4 operace:

A) Samotnou desku jsem vyrobil o celkových rozměrech 250x150 mm. I když je to přibližná velikost, pak si myslím, že se znatelně zmenší;
b) Zaoblené rohy, protože v procesu dodávky a montáže se ostré zabijí a pomačkají + deska vypadá lépe;
c) Umístěné montážní otvory, nepokovené, s průměrem otvoru 3 mm pro standardní upevňovací prvky a stojany;
d) Vytvořil jsem třídu „NPTH“, ve které jsem definoval všechny nepokovené otvory a vytvořil pro ni pravidlo, vytvářející mezeru 0,4 mm mezi všemi ostatními součástkami a součástkami třídy. Toto je technologický požadavek "Rezonit" pro standardní třídu přesnosti (4.).

Obrázek 10 - Vytvoření pravidla pro nepokovené otvory

2) další krok je nutné provést uspořádání komponent s ohledem na všechny požadavky, mělo by se již velmi blížit konečné verzi, protože větší část bude nyní určena konečnými rozměry desky a jejím tvarovým faktorem.

Obrázek 11 - Primární umístění součástí dokončeno

Hlavní komponenty jsem osadil, s největší pravděpodobností se nebudou hýbat, a proto jsou nakonec určeny celkové rozměry desky - 220 x 150 mm. Volné místo na desce je z nějakého důvodu ponecháno, budou tam umístěny řídicí moduly a další drobné SMD součástky. Aby se snížily náklady na desku a usnadnila instalace, budou všechny komponenty pouze na horní vrstvě a existuje pouze jedna vrstva sítotisku.

Obrázek 13 - 3D pohled na desku po umístění součástek

3) Nyní, když jsme určili umístění a celková struktura uspořádáme zbývající komponenty a „rozdělíme“ desku. Návrh desky lze provést dvěma způsoby: ručně a pomocí autorouteru, který dříve popsal své akce pomocí několika desítek pravidel. Obě metody jsou dobré, ale tuto desku udělám rukama, protože. je zde málo komponent a nejsou zde žádné zvláštní požadavky na zarovnání linky a integritu signálu a neměly by být. To bude určitě rychlejší, autorouting je dobrý, když je hodně součástek (od 500 výše) a hlavní část obvodu je digitální. I když pokud by to někoho zajímalo, mohu vám ukázat, jak desky automaticky "chovat" za 2 minuty. Pravda, před tím bude nutné celý den psát pravidla, heh.

Po 3-4 hodinách „čarování“ (polovina času, kdy jsem kreslil chybějící modely) s teplotou a šálkem čaje, jsem desku konečně rozdělil. Ani jsem nepřemýšlel o úspoře místa, mnozí řeknou, že rozměry by se mohly zmenšit o 20-30% a byly by správné. Mám kusovou kopii a ztrácet čas, který je jednoznačně dražší než 1 dm 2 u dvouvrstvé desky, byla prostě škoda. Mimochodem, o ceně desky - při objednání v Resonitu stojí 1 dm 2 dvouvrstvé desky standardní třídy asi 180-200 rublů, takže zde nemůžete moc ušetřit, pokud samozřejmě mít várku 500+ kusů. Na základě toho mohu poradit - neperverzovat s úbytkem plochy, pokud třída 4 a žádné požadavky na rozměry. A tady je výstup:

Obrázek 14 - Návrh desky pro spínaný zdroj

V budoucnu budu navrhovat pouzdro pro toto zařízení a potřebuji znát jeho plné rozměry a také si jej uvnitř pouzdra „vyzkoušet“, aby mi v konečné fázi nevyšel např. , že základní deska zasahuje do konektorů na skříni nebo indikaci. K tomu se vždy snažím všechny komponenty nakreslit ve 3D podobě, výstupem je tento výsledek a soubor ve formátu .step pro můj Autodesk Inventor:

Obrázek 15 - 3D pohled na výsledné zařízení

Obrázek 16 - 3D pohled na zařízení (pohled shora)

Nyní je dokumentace připravena. Nyní je potřeba vygenerovat potřebný balíček souborů pro objednání komponent, všechna nastavení mám již zaregistrovaná v Altiu, takže se vše vyloží jedním tlačítkem. Potřebujeme soubory Gerber a soubor NC Drill, první ukládá informace o vrstvách, druhý ukládá souřadnice vrtání. Soubor pro nahrání dokumentace můžete vidět na konci článku v projektu, vše vypadá asi takto:

Obrázek 17 - Vytvoření balíku dokumentace pro objednávku desky plošných spojů

Až budou soubory připraveny, můžete desky objednat. Konkrétní výrobce doporučovat nebudu, určitě existují lepší a levnější na prototypy. Objednávám všechny desky standardní třídy 2,4,6 vrstev v Rezonitu, na stejném místě 2 a 4vrstvé desky 5. třídy. Desky třídy 5, kde 6-24 vrstev je v Číně (například pcbway), ale HDI a desky třídy 5 s 24 a více vrstvami už jsou jen na Tchaj-wanu, stejně, kvalita v Číně stále pokulhává a kde cenovka nekulhá, už není tak příjemná. Všechno je to o prototypech!

Po svém přesvědčení jdu do Rezonitu, ach, kolik nervů a krve vypili... ale v poslední době se zdá, že se napravili a začali pracovat přiměřeněji, i když s kopy. Objednávky zadávám přes svůj osobní účet, zadávám údaje o poplatku, nahrávám soubory a odesílám. Osobní oblast Líbí se mi, mimochodem hned zvažuje cenu a změnou parametrů dosáhnete lepší ceny bez ztráty kvality.

Například teď jsem chtěl desku na 2mm PCB s 35µm mědí, ale ukázalo se, že tato varianta je 2,5x dražší než varianta s 1,5mm PCB a 35µm - tak jsem zvolil druhou možnost. Pro zvýšení tuhosti desky jsem přidal další otvory pro stojany - problém je vyřešen, cena je optimalizována. Mimochodem, pokud by deska šla do série, někde na 100 kusech by tento rozdíl zmizel 2,5krát a ceny by se vyrovnaly, protože pak byl pro nás zakoupen nestandardní list a utracen beze zbytku.

Obrázek 18 - Konečný pohled na výpočet ceny desek

Konečná cena je určena: 3618 rublů. Z toho 2100 je příprava, platí se pouze jednou za projekt, všechna další opakování zakázky se obejdou bez toho a platí se pouze za plochu. V tomto případě 759 rublů za desku o ploše 3,3 dm 2, čím větší série, tím nižší náklady, i když nyní je to 230 rublů / dm 2, což je docela přijatelné. Samozřejmě bylo možné udělat urgentní výrobu, ale objednávám často, pracuji s jedním vedoucím a dívka se vždy snaží dotlačit zakázku rychleji, pokud není výroba načtena - výsledkem je možnost „malá série“, trvá to 5-6 dní, stačí jen slušně komunikovat a nebýt na lidi hrubý. A nemám kam spěchat, tak jsem se rozhodl ušetřit cca 40%, což je alespoň příjemné.

Epilog

Jak jsem slíbil, sdílím zdrojový kód projektu a další produkty činnosti:

1) Zdroj projektu v Altium Designer 16 - ;
2) Soubory pro objednání desek plošných spojů - . Najednou chcete opakovat a objednávat, například v Číně je tento archiv víc než dost;
3) Schéma zařízení v pdf - . Pro ty, kteří nechtějí ztrácet čas instalací Altia na svůj telefon nebo seznamováním (vysoká kvalita);
4) Opět pro ty, kteří nechtějí instalovat těžký software, ale je zajímavé zkroutit kus železa, posílám 3D model v pdf - . Chcete-li zobrazit, musíte soubor stáhnout, když jej otevřete vpravo horním rohu klikněte na „důvěřovat dokumentu pouze jednou“, poté šťouchněte do středu souboru a Bílá obrazovka promění v modelku.

Ještě bych se chtěl zeptat na názor čtenářů...Nyní jsou desky objednané, součástky také - fakt 2 týdny, o čem mám psát článek? Kromě takových "mutantů", jako je tento, si občas chcete vyrobit něco miniaturního, ale užitečného, ​​v anketách jsem uvedl několik možností, nebo nabídněte vlastní možnost, pravděpodobně v osobní zprávě, abych nezahltil komentáře .

Průzkumu se mohou zúčastnit pouze registrovaní uživatelé. Vstupte, prosím.

Technologický pokrok se nezastavil a dnes pulzní bloky nahradily napájecí zdroje transformátorového typu. Důvodů je mnoho, ale ty nejdůležitější jsou:

• Jednoduchost a levnost ve výrobě;
• Snadnost použití;
• Kompaktnost a výrazně pohodlné celkové rozměry.

Přečtěte si návod, jak vybrat detektor skrytého drátu a jak jej používat.

Z technického hlediska je spínaný zdroj zařízení, které usměrňuje síťové napětí a následně z něj generuje impuls s frekvenční odezva při 10 kHz. Stojí za zmínku, že účinnost tohoto technického zařízení dosahuje 80%.

Princip činnosti

Ve skutečnosti celý princip fungování spínaného zdroje spočívá v tom, že zařízení tohoto typu je zaměřeno na usměrnění napětí, které je do něj přiváděno při připojení k síti, a poté vytváří pracovní impuls, díky kterému tato elektrická jednotka může fungovat.

Mnoho lidí se ptá, jaké jsou hlavní rozdíly mezi pulzním zařízením a konvenčním? Vše spočívá v tom, že má zvýšené technické vlastnosti a menší celkové rozměry. Impulzní blok také poskytuje více energie než jeho standardní verze.

Druhy

V současné době na území Ruské federace najdete v případě potřeby pulzní napájecí zdroje následujících odrůd a kategorií:

• Jednoduché na IR2153 - tato úprava je nejoblíbenější mezi domácími spotřebiteli;
• Na TL494
• Na UC3842
• Od energeticky úsporné žárovky - je to něco jako upravené technické zařízení hybridního typu;
• Pro zesilovač - má vysoké technické vlastnosti;
• Z elektronického předřadníku - podle názvu je zřejmé, že zařízení je založeno na provozu váhy elektronického typu. Přečtěte si recenzi o tom, jaké jsou LED lampy pro domácnost a jak si vybrat.
• Nastavitelný - tento typ mechanické jednotky lze konfigurovat a nastavovat samostatně;
• Pro UMZCH - má úzké specifické použití;
• Výkonný - má vysoké výkonové charakteristiky;
• Při 200 voltech - tento typ zařízení je navržen pro maximální napětí 220 V;
• Síť 150 W - funguje pouze ze sítě, maximální výkon - 150 W;
• 12 V - zařízení technické povahy, které je schopno normálně fungovat při napětí 12 V;
• 24 V - normální práce zařízení možné pouze s 24 V
• Most - při montáži bylo použito schéma zapojení mostu;
• Pro elektronkový zesilovač - všechny specifikace platí pro provoz s elektronkovým zesilovačem;
• Pro LED - má vysokou citlivost, používá se pro práci s LED;
• Bipolární má dvojí polaritu, zařízení splňuje vysoké standardy kvality;
• Zpětný chod - posedlý zpětným chodem, má vysoký výkon a indikátory napětí.

Systém

Všechny zdroje pulzního typu v závislosti na rozsahu provozu a technické vlastnosti mají různá schémata:

• 12 V - je standardní možností pro sestavení systému tohoto typu;
• 2000 W - tento obvod je určen pouze pro vysoce výkonná technická zařízení;
• Pro 18 V šroubovák je schéma specifické, při montáži vyžaduje speciální znalosti mistra;
• U elektronkového zesilovače - v tomto případě mluvíme o jednoduchém schematickém návrhu, který mimo jiné zohledňuje výstup do elektronkového zesilovače;
• Pro notebooky - vyžaduje speciální systém ochrany proti přepětí;
• Na Top 200 - technické vlastnosti zařízení budou 40 V a 3 A. Přečtěte si o zařízení alternátoru.
• Na obvodu TL494 - zohledněte omezení proudu a úpravu vstupního napětí;
• Na UC3845 - sestavte blok spínaný zdroj podle tohoto schématu to nebude těžké;
• spínaný zdroj na obvodu ir2153 - použitelný pro nízkofrekvenční zesilovače;
• Na čipu LNK364PN - implementováno na základě mikroschématického návrhu UC 3842;
• Na tranzistor s efektem pole již z názvu je zřejmé, že tento obvod je použitelný pro tranzistor s efektem pole;
• Schéma dopředného spínaného zdroje - má jednoduchý design, nevyžaduje speciální dovednosti při montáži.

Opravit



• Úvod
• Závěr

Úvod

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

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

V poslední době mezi odborníky v oblasti elektroniky a radiotechniky, jakož i v průmyslové výrobě, získaly spínané zdroje zvláštní oblibu. Existuje tendence opouštět typické objemné transformátory 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. 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 moderní zařízení napájené 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 tlak převedena na čtvercovou vlnu zvýšená frekvence a určitým pracovním cyklem, nebo napájené do transformátoru (u pulzních zdrojů s galvanickým oddělením od sítě) nebo přímo do výstupní dolní propusti (u pulzních zdrojů bez galvanického oddělení). V pulzních zdrojích lze použít transformátory malých rozměrů - to je vysvětleno tím, že s rostoucí frekvencí roste účinnost transformátoru a klesají požadavky na rozměry (řez) jádra potřebné pro přenos ekvivalentního výkonu. Ve většině případů může být takové jádro vyrobeno z feromagnetických materiálů, na rozdíl od jader nízkofrekvenčních transformátorů, které používají elektrotechnickou ocel.

Obrázek 1 - Strukturální schéma spínaný zdroj

Síťové napětí je přiváděno do usměrňovače, poté je vyhlazeno kapacitním filtrem. Z filtračního kondenzátoru, jehož napětí se zvyšuje, vstupuje usměrněné napětí přes vinutí transformátoru do kolektoru tranzistoru, který funguje jako klíč. Řídicí zařízení zajišťuje periodické zapínání a vypínání tranzistoru. Pro spolehlivé spuštění PSU se používá hlavní oscilátor vyrobený na mikroobvodu. Impulzy jsou přiváděny na bázi klíčového tranzistoru a způsobují spuštění cyklu činnosti oscilátoru. Řídicí zařízení je zodpovědné za sledování úrovně výstupního napětí, generování chybového signálu a často i přímé ovládání klíče. Mikroobvod hlavního oscilátoru je napájen řetězcem odporů přímo ze vstupu akumulační kapacity, stabilizuje napětí s referenční kapacitou. Za činnost optočlenu odpovídá hlavní oscilátor a klíčový tranzistor sekundárního obvodu. Čím otevřenější jsou tranzistory odpovědné za činnost optočlenu, tím menší je amplituda zpětnovazebních impulsů, tím dříve se výkonový tranzistor vypne a tím méně energie se nahromadí v transformátoru, což způsobí zvýšení napětí u zdroje. výstup zastavit. Nastal provozní 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 napájecího zdroje působí vysoké napětí. třífázové napětí, ale také v tom, že průmyslové zdroje musí zůstat provozuschopné s výraznou odchylkou 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 lze provést třívodičovým, čtyřvodičový obvod nebo dokonce jednofázové. Třífázový usměrňovač se skládá z diod D1 - D8.

Rezistory R1 - R4 poskytují přepěťovou ochranu. Použití ochranných odporů s otevřením proti přetížení způsobuje, že není nutné používat 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 U1, potenciál zdroje Q1 klesne, hradlový proud je zajištěn rezistory R6, R7 a R8, kapacita přechodů VR1 ... VR3 otevírá Q1. Zenerova dioda VR4 omezuje napětí zdroje-hradla přivedené na Q1. Když se MOSFET U1 sepne, napětí kolektoru je omezeno na 450 voltů klešťovým obvodem VR1, VR2, VR3. Jakékoli další napětí na konci vinutí bude rozptýleno Q1. Toto zapojení efektivně rozděluje celkové usměrněné napětí na Q1 a U1.

Absorpční obvod VR5, D9, R10 pohlcuje přepětí na primárním vinutí způsobené svodovou indukcí transformátoru při zpětném chodu.

Výstupní usměrnění je provedeno diodou D1. C2 - výstupní filtr. L2 a C3 tvoří druhý filtrační stupeň 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 následně způsobí změnu proudu optočlenovým tranzistorem U2. Když tento proud překročí práh na FB pinu U1, další pracovní cyklus se vynechá. Stanovená úroveň výstupního napětí je udržována úpravou počtu vynechaných a dokonalých 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 dodává předpětí do VR6.

Tento obvod je chráněn před otevřenou smyčkou, zkratem na výstupu a přetížením v důsledku funkcí zabudovaných do U1 (LNK304). Protože je čip napájen přímo ze svého odtokového kolíku, není potřeba žádné 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 zatížení. Zpětnou vazbu lze organizovat různými způsoby. V případě impulsních zdrojů s galvanickým oddělením od 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, používá se obvykle jednoduchý odporový dělič napětí. Napájecí zdroj tak udržuje stabilní výstupní napětí.

2. Hlavní parametry a vlastnosti spínaných zdrojů

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

Podle typu vstupního a výstupního napětí;

Podle typologie;

Tvar výstupního napětí;

Podle typu dodavatelského řetězce;

Podle napětí na zátěži;

Výkonem zátěže;

Podle povahy zatěžovacího proudu;

Podle počtu východů;

Podle stability napětí na zátěži.

Typ vstupního a výstupního napětí

1. AC/DC jsou měniče střídavé napětí do trvalého. Takové převodníky se používají v celé řadě oblastí - průmyslová automatizace, telekomunikační zařízení, přístrojové vybavení, průmyslová zařízení pro zpracování dat, bezpečnostní zařízení a speciální zařízení.

2. DC/DC jsou stejnosměrné měniče napětí. 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 svítilny s výstupním napětím cca 400 V.

3. DC/AC jsou DC/AC měniče (vynálezce). Hlavní náplní měničů je práce v kolejových vozidlech železničních a jiných vozidel s palubním napájením stejnosměrným napětím. Lze je použít i jako hlavní měniče v rámci záložních zdrojů.

Vysoká přetížitelnost umožňuje napájet širokou škálu zařízení a zařízení, včetně kompresorových kondenzátorových motorů chladicí jednotky a klimatizace.

Podle typologie IIP jsou klasifikovány takto:

flyback pulsní měniče (flybackconverter);

dopředné pulsní měniče (dopředný konvertor);

měniče s výstupem push-pull (push-pull);

měniče s polovičním můstkovým výstupem (halfbridgeconverter);

můstkové výstupní měniče (fullfbridgeconverter).

Podle výstupního napětí IP adresy jsou klasifikovány takto:

1. S upravenou sinusovkou

2. S pravidelnou sinusovkou.

Obrázek 3 - Výstupní křivky

Podle typu dodavatelského řetězce:

SMPS využívající elektrickou energii přijímanou z jednofázové sítě AC;

SMPS využívající elektrickou energii přijímanou z třífázové sítě AC;

IIP využívající elektrickou energii autonomního zdroje stejnosměrný proud.

Zátěžové napětí:

Podle výkonu zátěže:

SMPS s nízkým výkonem (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 východů:

jednokanálový SMPS s jedním výstupem stejnosměrného nebo střídavého proudu;

vícekanálový SMPS se dvěma nebo více výstupními napětími.

Podle stability napětí na zátěži:

stabilizovaná IIP;

nestabilizované IIP.

3. Hlavní způsoby stavby spínaných zdrojů

Ukáže to obrázek níže vzhled spínaný zdroj.

Obrázek 4 - Spínaný zdroj

Pojďme si tedy pro začátek obecně nastínit, jaké hlavní moduly jsou v jakémkoli spínaném zdroji. V typické verzi může být spínaný zdroj podmíněně rozdělen 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 plnit výkonné bipolární tranzistory, tranzistory s efektem pole nebo IGBT (bipolární s izolovaným hradlem); tento výkonový stupeň může obsahovat přídavný řídicí obvod pro stejné klávesy na integrovaných budičích nebo nízkovýkonových tranzistorech; důležité je také schéma spínání výkonových spínačů: můstek (plný můstek), poloviční můstek (poloviční můstek) nebo se středním bodem (push-pool);

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 ty magnetické materiály, které jsou schopny pracovat při vysokých frekvencích (v některých případech nad 100 kHz).

Existují tři hlavní způsoby, jak vytvořit pulzní napájecí zdroj (viz obr. 3): step-up (výstupní napětí je vyšší než vstupní), step-down (výstupní napětí je nižší než vstupní) a invertování (výstupní napětí má opačnou polaritu s ohledem na vstup). 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 se používají bipolární nebo MIS tranzistory), pracující na frekvenci asi 20-100 kHz, periodicky na krátkou dobu (ne více než 50 % času) přivádí na induktor plné vstupní nestabilizované napětí. Pulzní proud, protékající cívkou, zajišťuje akumulaci energie ve svém magnetickém poli 1 / 2LI ^ 2 na každý impuls. Takto uložená energie z cívky se přenáší do zátěže (buď přímo, pomocí usměrňovací diody, nebo přes sekundární vinutí a následně usměrněna), 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 určen ke sledování výstupního napětí).

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 klíčovém režimu (tj. úbytek napětí na nich je malý) a rozptylují energii pouze v poměrně krátkých časových intervalech (doba pulzu). Navíc zvýšením konverzní frekvence je možné výrazně zvýšit výkon a zlepšit hmotnostní a rozměrové charakteristiky.

Důležitou technologickou výhodou pulzních IP je možnost vybudovat na jejich základě malé síťové IP s galvanickým oddělením od sítě pro napájení široké škály zařízení. Takové IP jsou postaveny bez použití objemné nízké frekvence silový transformátor podle schématu vysokofrekvenčního měniče. Toto je ve skutečnosti typické schéma pulzní zdroj 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), z jehož sekundárního vinutí výstupní stabilizované napětí je odstraněno (tento transformátor zároveň zajišťuje galvanické oddělení od sítě).

Mezi nevýhody pulzních zdrojů patří: přítomnost vysoké úrovně impulzního šumu na výstupu, vysoká složitost a nízká spolehlivost (zejména v řemeslné výrobě), nutnost použití drahých vysokonapěťových vysokofrekvenčních součástek, které v v případě sebemenší poruchy snadno „hromadně“ selže (s tím lze zpravidla pozorovat působivé pyrotechnické efekty). Ti, kteří se rádi ponoří do útrob zařízení pomocí šroubováku a páječky, budou muset být při navrhování síťové pulzní IP 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. Obr. 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 U1 optočlen.

Obrázek 6 - Spínaný zdroj z 90. let

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

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

Obrázek 7 - Spínaný napájecí zdroj z roku 2000

Na obr. 8 je push-pull spínaný zdroj s polomůstkovým výkonovým koncovým stupněm, sestávající ze dvou výkonných MOSFETů IRFP460. Jako PWM řadič byl zvolen čip K1156EU2R.

Navíc s pomocí relé a omezovacího odporu R1 na vstupu, hladký start aby se zabránilo náhlým proudovým rázům. Relé lze použít pro 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 EMF samoindukce transformátoru T2 jsou tlumicí diody VD7 a VD8 zapojeny paralelně s kanály tranzistorů. Schottkyho diody VD2 a VD3 chrání spínací tranzistory a mikroobvodové výstupy zpětné napětí DA2 z impulsů.

Obrázek 8 - Moderní spínaný zdroj

Závěr

V průběhu výzkumných prací jsem provedl studii spínaných zdrojů, která 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 moderních elektronických zařízeních a systémech vyžaduje 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. Zároveň spolehlivost elektronické zařízení přímo závisí na kvalitě zdroje energie.

Vývoj nových vylepšených obvodů spínaných zdrojů tedy zlepší technické a provozní vlastnosti elektronických zařízení a systémů.

Bibliografie

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

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

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

4. Vysokonapěťové napájecí zdroje [Elektronický zdroj] // LLC "Optosystems" - 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 napájecí zdroj [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 Kruhový diagram sekundární napájecí zdroj pracující ze stejnosměrné sítě a produkující střídavé napětí na výstupu. Výpočet parametrů napájení.

semestrální práce, 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


Napájecí zdroj jako zařízení určené k napájení zařízení elektrická energie. konverze střídavého napětí průmyslová frekvence do pulzujícího stejnosměrného napětí pomocí usměrňovačů. Stabilizátory stejnosměrného napětí.

abstrakt, přidáno 02.08.2013


Stabilizace průměrné hodnoty výstupního napětí sekundárního zdroje. Minimální faktor stabilizace napětí. Kompenzační stabilizátor napětí. Maximální kolektorový proud tranzistoru. Koeficient vyhlazovacího filtru.

kontrolní práce, přidáno 19.12.2010


Kombinace usměrňovacích funkcí s regulací nebo stabilizací výstupního napětí. Vytvoření schématu elektrického konstrukčního zdroje energie. Snižovací transformátor a volba elementové báze zdroje. Výpočet nízkovýkonového transformátoru.

semestrální práce, přidáno 16.07.2012


Výpočet transformátoru a parametrů integrovaného stabilizátoru napětí. Schematické schéma napájecího zdroje. Výpočet parametrů neřízeného usměrňovače a vyhlazovacího filtru. Výběr usměrňovacích diod, výběr velikostí magnetických jader.

semestrální práce, přidáno 14.12.2013


Analýza sekundárního napájecího systému protiletadlového raketového systému Strela-10. Charakteristika schematických pulzních stabilizátorů. Analýza práce modernizovaného stabilizátoru napětí. Výpočet jeho prvků a hlavních parametrů.

práce, přidáno 03.07.2012


Princip činnosti invertorového zdroje svařovacího oblouku, jeho výhody a nevýhody, zapojení a provedení. Efektivita provozu invertorových zdrojů z hlediska úspory energie. Prvková základna usměrňovačů s invertorem.

semestrální práce, přidáno 28.11.2014


Sběrná sekvence invertujícího zesilovače obsahující funkční generátor a měřič frekvenční odezvy. Oscilogram vstupních a výstupních signálů o frekvenci 1 kHz. Schéma měření výstupního napětí, jeho odchylek.

laboratorní práce, přidáno 7.11.2015


Analýza elektrického obvodu: označení uzlů, proudů. Stanovení vstupních a výstupních signálů, přenosová charakteristika kvadripólu. Blokové schéma řídicího systému. Reakce systému na jednokrokovou akci při nulových podmínkách.