• منبع تغذیه سوئیچینگ - اصول اولیه UPS. طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ با PFC فعال. اپیزود اول

    در بسیاری از لوازم الکتریکی، اصل تحقق قدرت ثانویه از طریق استفاده از دستگاه های اضافیکه وظیفه تامین برق مدارهایی که نیاز به برق از انواع خاصی از ولتاژها، فرکانس ها، جریان ها دارند را بر عهده دارند.

    برای این، عناصر اضافی ایجاد می شود: که ولتاژ یک نوع را به دیگری تبدیل می کند. اونها می تونند ... باشند:

      مانند بسیاری از دستگاه های ریزپردازنده، در کیس مصرف کننده تعبیه شده است.

      یا در ماژول های جداگانه با سیم های اتصال بر روی مدل شارژر معمولی تلفن همراه ساخته شده است.

    در مهندسی برق مدرن، دو اصل تبدیل انرژی برای مصرف کنندگان برق به طور موفقیت آمیزی وجود دارد که بر اساس موارد زیر است:

    1. استفاده از دستگاه های ترانسفورماتور آنالوگ برای انتقال نیرو به مدار ثانویه.

    2. سوئیچینگ منابع تغذیه.

    آنها دارند تفاوت های اساسیدر طراحی آنها، روی فناوری های مختلف کار کنید.

    منابع تغذیه ترانسفورماتور

    در ابتدا فقط چنین ساختارهایی ایجاد شد. آنها ساختار ولتاژ را به دلیل عملکرد یک ترانسفورماتور قدرت که توسط یک شبکه خانگی 220 ولت تغذیه می شود تغییر می دهند، که در آن دامنه هارمونیک سینوسی کاهش می یابد، که بیشتر به یک دستگاه یکسو کننده متشکل از دیودهای برق هدایت می شود که معمولاً در یک پل متصل می شوند. جریان.

    پس از آن، ولتاژ ضربان دار توسط یک خازن متصل موازی، با توجه به مقدار توان مجاز انتخاب شده و توسط یک مدار نیمه هادی با ترانزیستورهای قدرت تثبیت می شود.

    با تغییر موقعیت مقاومت های تنظیم در مدار تثبیت، امکان تنظیم ولتاژ در پایانه های خروجی وجود دارد.

    منبع تغذیه سوئیچینگ (UPS)

    چنین پیشرفت های سازنده ای چندین دهه پیش به مقدار زیاد ظاهر شد و به دلیل موارد زیر به طور فزاینده ای در دستگاه های الکتریکی محبوب شده است:

      در دسترس بودن اکتساب با یک پایه عنصر مشترک؛

      قابلیت اطمینان در عملکرد؛

      امکان گسترش محدوده عملیاتی ولتاژهای خروجی.

    تقریبا همه منابع منبع تغذیه سوئیچینگدر طراحی و کار بر اساس همان طرح کمی متفاوت است که برای دستگاه های دیگر معمول است.

    ترکیب قسمت های اصلی منبع تغذیه شامل:

      یکسو کننده برق مونتاژ شده از: چوک های ورودی، یک فیلتر الکترومکانیکی که جداسازی از تداخل و جداسازی استاتیک از خازن ها، فیوز شبکه و پل دیود را فراهم می کند.

      مخزن فیلتر ذخیره سازی؛

      ترانزیستور قدرت کلیدی؛

      اسیلاتور اصلی;

      مدار بازخورد ساخته شده روی ترانزیستورها؛

      اپتوکوپلر؛

      منبع تغذیه سوئیچینگ که از سیم پیچ ثانویه آن ولتاژ برای تبدیل به مدار قدرت ساطع می شود.

      دیودهای یکسو کننده مدار خروجی؛

      مدارهای کنترل ولتاژ خروجی، به عنوان مثال، 12 ولت با تنظیم روی اپتوکوپلر و ترانزیستورها.

      خازن های فیلتر؛

      چوک های برقی که نقش تصحیح ولتاژ و تشخیص آن را در شبکه انجام می دهند.

      کانکتورهای خروجی

    نمونه ای از برد الکترونیکی منبع تغذیه سوئیچینگ مشابه با نام کوتاه پایه عنصردر تصویر نشان داده شده است.

    منبع تغذیه سوئیچینگ چگونه کار می کند

    منبع تغذیه سوئیچینگ با استفاده از اصول تعامل بین عناصر مدار اینورتر، ولتاژ تغذیه تثبیت شده را فراهم می کند.

    ولتاژ برق 220 ولت از طریق سیم های متصل به یکسو کننده تامین می شود. دامنه آن توسط یک فیلتر خازنی از طریق استفاده از خازن هایی که می تواند پیک های 300 ولت را تحمل کند صاف می شود و توسط یک فیلتر نویز جدا می شود.

    منبع تغذیه سوئیچینگ برای تبدیل ولتاژ ورودی به مقدار مورد نیاز عناصر داخلی دستگاه استفاده می شود. نام دیگر منابع پالسی که همه گیر شده است اینورتر است.

    آن چیست؟

    اینورتر یک منبع تغذیه ثانویه است که از تبدیل دو برابر ورودی استفاده می کند ولتاژ AC. مقدار پارامترهای خروجی با تغییر مدت زمان (عرض) پالس ها و در برخی موارد فرکانس تکرار آنها تنظیم می شود. به این نوع مدولاسیون، مدولاسیون عرض پالس می گویند.

    اصل عملکرد منبع تغذیه سوئیچینگ

    عملکرد اینورتر بر اساس اصلاح ولتاژ اولیه و تبدیل بیشتر آن به دنباله ای از پالس های فرکانس بالا است. در این با یک ترانسفورماتور معمولی متفاوت است. ولتاژ خروجی بلوک برای تشکیل یک سیگنال بازخورد منفی استفاده می شود که به شما امکان می دهد پارامترهای پالس ها را تنظیم کنید. با کنترل عرض پالس، سازماندهی تثبیت و تنظیم پارامترهای خروجی، ولتاژ یا جریان آسان است. یعنی هم می تواند تثبیت کننده ولتاژ باشد و هم تثبیت کننده جریان.

    تعداد و قطبیت مقادیر خروجی بسته به نحوه عملکرد منبع تغذیه سوئیچینگ می تواند بسیار متفاوت باشد.

    انواع منبع تغذیه

    چندین نوع اینورتر استفاده شده است که در طرح ساخت آنها متفاوت است:

    • بدون ترانسفورماتور;
    • تبدیل کننده.

    اولین ها از این جهت متفاوت هستند که توالی پالس مستقیماً به یکسو کننده خروجی و فیلتر صاف کننده دستگاه می رود. چنین طرحی دارای حداقل اجزاء است. یک اینورتر ساده شامل یک مدار مجتمع تخصصی - یک ژنراتور با عرض پالس است.

    از معایب دستگاه های بدون ترانسفورماتور، اصلی ترین آن این است که عایق گالوانیکی از شبکه برق ندارند و می توانند خطر شوک ایجاد کنند. شوک الکتریکی. همچنین معمولا توان کمی دارند و تنها 1 مقدار ولتاژ خروجی را می دهند.

    رایج‌تر دستگاه‌های ترانسفورماتور هستند که در آنها یک قطار پالس فرکانس بالا به سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور تغذیه می‌شود. می تواند به تعداد دلخواه سیم پیچ ثانویه وجود داشته باشد که به شما امکان می دهد چندین ولتاژ خروجی تولید کنید. هر سیم پیچ ثانویه با یکسو کننده و فیلتر صاف کننده خود بارگیری می شود.

    منبع تغذیه سوئیچینگ قدرتمند برای هر رایانه بر اساس طرحی ساخته شده است که قابلیت اطمینان و ایمنی بالایی دارد. برای سیگنال بازخورد، ولتاژ 5 یا 12 ولت در اینجا استفاده می شود، زیرا این مقادیر به دقیق ترین تثبیت نیاز دارند.

    استفاده از ترانسفورماتورها برای تبدیل ولتاژ فرکانس بالا (ده ها کیلوهرتز به جای 50 هرتز) باعث شد تا ابعاد و وزن آنها چندین برابر کاهش یابد و از آهن الکتریکی، بلکه از مواد فرومغناطیسی با نیروی اجباری بالا به عنوان ماده هسته استفاده شود. مدار مغناطیسی).

    مبدل ها نیز بر اساس مدولاسیون عرض پالس ساخته می شوند جریان مستقیم. بدون استفاده از مدارهای اینورتر، تبدیل با مشکلات زیادی همراه بود.

    طرح PSU

    مدار رایج ترین پیکربندی مبدل پالس شامل موارد زیر است:

    • فیلتر سرکوب نویز شبکه؛
    • یکسو کننده؛
    • فیلتر صاف کننده؛
    • مبدل پهنای پالس؛
    • ترانزیستورهای کلیدی؛
    • ترانسفورماتور فرکانس بالا خروجی؛
    • یکسو کننده های خروجی؛
    • خروجی فیلترهای فردی و گروهی

    هدف از فیلتر سرکوب کننده سر و صدا، به تاخیر انداختن تداخل از عملکرد دستگاه به شبکه است. عناصر نیمه هادی قدرت سوئیچینگ می تواند با ایجاد پالس های کوتاه مدت در محدوده فرکانسی وسیع همراه باشد. بنابراین، در اینجا لازم است از عناصری که برای این منظور طراحی شده اند، به عنوان خازن های ورودی واحدهای فیلتر استفاده شود.

    یکسو کننده برای تبدیل ولتاژ AC ورودی به DC استفاده می شود و فیلتر صاف کننده بعدی موج ولتاژ یکسو شده را از بین می برد.

    در صورت استفاده از یکسو کننده و فیلتر غیر ضروری می شود و سیگنال ورودی با عبور از مدارهای فیلتر نویز مستقیماً به مبدل عرض پالس (مدولاتور) که به اختصار PWM نامیده می شود تغذیه می شود.

    PWM پیچیده ترین بخش مدار منبع تغذیه سوئیچینگ است. وظیفه آن شامل:

    • تولید پالس های فرکانس بالا؛
    • کنترل پارامترهای خروجی بلوک و تصحیح توالی پالس مطابق با سیگنال بازخورد.
    • حفاظت از کنترل و اضافه بار

    سیگنال PWM به خروجی های کنترل ترانزیستورهای کلیدی قدرتمند متصل در یک مدار پل یا نیم پل تغذیه می شود. توان خروجی ترانزیستورها بر روی سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور خروجی فرکانس بالا بارگذاری می شود. به جای ترانزیستورهای سنتی، از ترانزیستورهای IGBT یا MOSFET استفاده می شود که با افت ولتاژ کم در اتصالات و سرعت بالا متمایز می شوند. بهبود پارامترهای ترانزیستور به کاهش اتلاف توان با همان ابعاد و پارامترهای طراحی فنی کمک می کند.

    ترانسفورماتور پالس خروجی از همان اصل تبدیل به عنوان ترانسفورماتور کلاسیک استفاده می کند. استثنا کار روی آن است افزایش فرکانس. در نتیجه ترانسفورماتورهای فرکانس بالا با توان انتقالی یکسان دارای ابعاد کوچکتری هستند.

    ولتاژ از سیم پیچ ثانویه (ممکن است چندین وجود داشته باشد) به یکسو کننده های خروجی عرضه می شود. برخلاف یکسو کننده ورودی، دیودهای یکسو کننده مدار ثانویه باید فرکانس کاری افزایش یافته داشته باشند. بهترین راهدیودهای شاتکی در این بخش از مدار کار می کنند. مزایای آنها نسبت به نمونه های معمولی:

    هدف فیلتر خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ کاهش ریپل ولتاژ خروجی تصحیح شده به حداقل مورد نیاز است. از آنجایی که فرکانس ریپل بسیار بیشتر از ولتاژ شبکه است، نیازی به مقادیر خازنی زیاد خازن ها و اندوکتانس سیم پیچ ها نیست.

    محدوده منبع تغذیه سوئیچینگ

    مبدل های ولتاژ سوئیچینگ در اکثر موارد به جای ترانسفورماتورهای سنتی با تثبیت کننده های نیمه هادی استفاده می شود. با همین قدرت، اینورترها با ابعاد و وزن کلی کوچکتر، قابلیت اطمینان بالا، و مهمتر از همه، راندمان بالاتر و توانایی کار در محدوده وسیع ولتاژ ورودی متمایز می شوند. و با ابعاد قابل مقایسه حداکثر قدرتاینورتر چندین برابر بیشتر است.

    در زمینه هایی مانند تحول ولتاژ ثابت، منابع پالسی عملاً جایگزین جایگزینی ندارند و می توانند نه تنها برای کاهش ولتاژ، بلکه برای ایجاد ولتاژ افزایش یافته و سازماندهی تغییر قطبیت کار کنند. فرکانس بالاتبدیل تا حد زیادی فیلتر کردن و تثبیت پارامترهای خروجی را تسهیل می کند.

    اینورترهای کوچک در تخصصی مدارهای مجتمعبه عنوان استفاده می شود شارژرهاانواع گجت ها و قابلیت اطمینان آنها به حدی است که عمر مفید آن را افزایش می دهد بلوک شارژممکن است از زمان کار بیشتر شود دستگاه موبایلچندین بار.

    درایورهای برق 12 ولت برای روشن کردن منابع روشنایی LED نیز طبق مدار پالسی ساخته می شوند.

    چگونه با دستان خود منبع تغذیه سوئیچینگ بسازید

    اینورترها، به ویژه آنهایی که قدرتمند هستند، مدارهای پیچیده ای دارند و فقط توسط آماتورهای رادیویی با تجربه برای تکرار در دسترس هستند. برای خود مونتاژمنبع تغذیه شبکه، می توانید مدارهای کم مصرف ساده را با استفاده از آن توصیه کنید میکرو مدارهای تخصصیکنترلرهای PWM چنین آی سی هایی دارای تعداد کمی از عناصر تسمه ای هستند و کار کرده اند طرح های معمولیاجزایی که عملاً نیازی به تنظیم و تنظیم ندارند.

    هنگام کار با سازه های خانگی یا تعمیر دستگاه های صنعتی، باید به خاطر داشت که بخشی از مدار همیشه در پتانسیل شبکه خواهد بود، بنابراین باید اقدامات ایمنی را رعایت کرد.

    پیشرفت تکنولوژی ثابت نمی ماند و امروزه بلوک های پالس جایگزین منابع تغذیه از نوع ترانسفورماتور شده اند. دلایل زیادی برای این وجود دارد، اما مهمترین آنها عبارتند از:

    • سادگی و ارزانی در تولید؛
    • راحتی در استفاده؛
    • جمع و جور و فوق العاده راحت ابعاد.

    راهنمای نحوه انتخاب ردیاب سیم مخفی و نحوه استفاده از آن را بخوانید.

    از نقطه نظر فنی، منبع تغذیه سوئیچینگ وسیله ای است که ولتاژ شبکه را تصحیح می کند و سپس با استفاده از آن یک پالس از آن تولید می کند. پاسخ فرکانسدر 10 کیلوهرتز لازم به ذکر است که کارایی این دستگاه فنیبه 80 درصد می رسد.

    اصل عملیات

    در واقع، کل اصل عملکرد یک منبع تغذیه سوئیچینگ به این واقعیت مربوط می شود که هدف دستگاهی از این نوع اصلاح ولتاژی است که هنگام اتصال به شبکه به آن عرضه می شود و سپس یک ضربه کار تشکیل می دهد که به این دلیل است. این واحد الکتریکی می تواند کار کند.

    بسیاری از مردم تعجب می کنند که تفاوت های اصلی چیست دستگاه ضربه ایاز معمول؟ همه چیز به این برمی گردد که بالا رفته است مشخصات فنیو ابعاد کوچکتر همچنین بلوک ایمپالس انرژی بیشتری نسبت به نسخه استاندارد خود می دهد.

    انواع

    در حال حاضر در قلمرو فدراسیون روسیهدر صورت لزوم، می توانید منابع تغذیه پالسی از انواع و دسته های زیر را پیدا کنید:

    • ساده در IR2153 - این اصلاح محبوب ترین در بین مصرف کنندگان داخلی است.
    • در TL494
    • در UC3842
    • از جانب لامپ کم مصرف- چیزی شبیه یک دستگاه فنی اصلاح شده از نوع هیبریدی است.
    • برای تقویت کننده - دارای مشخصات فنی بالایی است.
    • از بالاست الکترونیکی - با نام مشخص است که دستگاه بر اساس عملکرد تعادل نوع الکترونیکی است. بررسی لامپ های LED برای خانه و نحوه انتخاب را بخوانید.
    • قابل تنظیم - نوع داده شدهواحد مکانیکی را می توان به تنهایی پیکربندی و تنظیم کرد.
    • برای UMZCH - یک برنامه خاص باریک دارد.
    • قدرتمند - دارای ویژگی های قدرت بالا.
    • در 200 ولت - این نوع دستگاه برای حداکثر ولتاژدر 220 ولت؛
    • شبکه 150 وات - فقط از شبکه کار می کند، حداکثر توان - 150 وات.
    • 12 ولت - دستگاهی با ماهیت فنی که قادر است به طور معمول در ولتاژ 12 ولت کار کند.
    • 24 ولت - کار معمولیدستگاه فقط با 24 ولت امکان پذیر است
    • پل - در هنگام مونتاژ، از طرح اتصال پل استفاده شد.
    • برای تقویت کننده لوله- تمام مشخصات برای کار با تقویت کننده لوله طراحی شده است.
    • برای LED ها - دارای حساسیت بالایی است که برای کار با LED استفاده می شود.
    • Bipolar دارای قطبیت دوگانه است، دستگاه مطابق با استانداردهای با کیفیت بالا است.
    • معکوس - وسواس به عملکرد معکوس، دارای نشانگرهای قدرت و ولتاژ بالا است.

      • طرح

      کلیه منابع تغذیه پالسی، بسته به محدوده عملکرد و ویژگی های فنیدارای طرح های مختلف:

      • 12 ولت - گزینه استاندارد برای مونتاژ سیستمی از این نوع است.
      • 2000 وات - این مدار فقط برای دستگاه های فنی با قدرت بالا در نظر گرفته شده است.
      • برای یک پیچ گوشتی 18 ولت، این طرح خاص است؛ در هنگام مونتاژ، به دانش خاصی از استاد نیاز دارد.
      • برای تقویت کننده لوله این موردما در مورد یک طرح شماتیک ساده صحبت می کنیم که از جمله موارد دیگر، خروجی تقویت کننده لوله را در نظر می گیرد.
      • برای لپ تاپ ها - به یک سیستم حفاظتی ویژه در برابر افزایش ولتاژ نیاز دارد.
      • در Top 200 - مشخصات فنی دستگاه 40 V و 3 A خواهد بود. در مورد دستگاه دینام بخوانید.
      • در مدار TL494 - محدودیت جریان و تنظیم ولتاژ ورودی را در نظر بگیرید.
      • در UC3845، مونتاژ منبع تغذیه سوئیچینگ طبق این طرح دشوار نخواهد بود.
      • منبع تغذیه سوئیچینگ در مدار ir2153 - قابل استفاده برای تقویت کننده های فرکانس پایین؛
      • بر روی تراشه LNK364PN - بر اساس طراحی میکرو شماتیک UC 3842 پیاده سازی شده است.
      • در یک ترانزیستور اثر میدان، از قبل از نام آن مشخص است که این مدار برای ترانزیستور اثر میدانی قابل استفاده است.
      • طرح منبع تغذیه سوئیچینگ رو به جلو - دارای طراحی ساده است، در هنگام مونتاژ به مهارت خاصی نیاز ندارد.

      تعمیر

      این مقاله در مورد منبع تغذیه سوئیچینگ (از این پس UPS نامیده می شود) است که امروزه به طور گسترده در تمام دستگاه های الکترونیکی مدرن و محصولات خانگی استفاده می شود.
      اصل اساسی زیربنای عملکرد UPS تبدیل ولتاژ متناوب شبکه (50 هرتز) به ولتاژ متناوب فرکانس بالا است. مستطیلی شکل، که به مقادیر مورد نیاز تبدیل می شود، اصلاح و فیلتر می شود.
      تبدیل با استفاده از ترانزیستورهای قدرتمنددر حالت یک کلید و یک ترانسفورماتور پالس کار می کند و با هم یک مدار مبدل RF را تشکیل می دهد. در مورد طراحی مدار، دو گزینه برای مبدل ها وجود دارد: اولی مطابق مدار نوسانگر پالس انجام می شود و دومی با مدار نوسان ساز پالس انجام می شود. مدیریت خارجی(در اکثر وسایل الکترونیکی مدرن استفاده می شود).
      از آنجایی که فرکانس مبدل معمولاً به طور متوسط ​​بین 20 تا 50 کیلوهرتز انتخاب می شود، ابعاد ترانسفورماتور پالس و در نتیجه کل منبع تغذیه به اندازه کافی به حداقل می رسد که عامل بسیار مهمی برای تجهیزات مدرن است.
      یک نمودار ساده از مبدل پالس کنترل شده خارجی، در زیر ببینید:

      مبدل بر روی ترانزیستور VT1 و ترانسفورماتور T1 ساخته شده است. ولتاژ برق شبکه فیلتر شبکه(SF) به یکسو کننده اصلی (CB) تغذیه می شود، جایی که یکسو می شود، توسط خازن فیلتر Cf فیلتر می شود و از طریق سیم پیچ W1 ترانسفورماتور T1 به جمع کننده ترانزیستور VT1 تغذیه می شود. هنگامی که به مدار پایه ترانزیستور اعمال می شود پالس مستطیلیترانزیستور باز می شود و یک جریان فزاینده Ik از آن عبور می کند. همین جریان از طریق سیم پیچ W1 ترانسفورماتور T1 نیز جریان می یابد، که منجر به افزایش شار مغناطیسی در هسته ترانسفورماتور می شود، در حالی که EMF خود القایی در سیم پیچ ثانویه W2 ترانسفورماتور القا می شود. . در نهایت یک ولتاژ مثبت در خروجی دیود VD ظاهر می شود. علاوه بر این، اگر مدت زمان پالس اعمال شده به پایه ترانزیستور VT1 را افزایش دهیم، ولتاژ در مدار ثانویه افزایش می یابد، زیرا انرژی بیشتری خارج می شود و اگر مدت زمان را کاهش دهیم، ولتاژ به همان نسبت کاهش می یابد. بنابراین، با تغییر مدت زمان پالس در مدار پایه ترانزیستور، می توانیم ولتاژهای خروجی سیم پیچ ثانویه T1 را تغییر دهیم و در نتیجه ولتاژهای خروجی PSU را تثبیت کنیم.
      تنها چیزی که برای این مورد نیاز است مداری است که پالس های ماشه ای تولید کرده و مدت (عرض) آنها را کنترل کند. یک کنترلر PWM به عنوان چنین مداری استفاده می شود. PWM مخفف Pulse Width Modulation است. کنترلر PWM شامل یک مولد پالس اصلی (تعیین فرکانس مبدل)، مدارهای حفاظتی، کنترل و نمودار منطقی، که مدت زمان نبض را کنترل می کند.
      برای تثبیت ولتاژهای خروجی UPS، مدار کنترل کننده PWM "باید" مقدار ولتاژهای خروجی را بداند. برای این اهداف، یک مدار ردیابی (یا مدار بازخورد) استفاده می شود که بر روی کوپلر U1 و مقاومت R2 ساخته شده است. افزایش ولتاژ در مدار ثانویه ترانسفورماتور T1 منجر به افزایش شدت تابش LED و در نتیجه کاهش مقاومت انتقال فوتوترانزیستور (که بخشی از اپتوکوپلر U1 است) خواهد شد. که به نوبه خود منجر به افزایش افت ولتاژ در مقاومت R2 می شود که به صورت سری به ترانزیستور فوتو متصل می شود و ولتاژ در پایه 1 کنترل کننده PWM کاهش می یابد. کاهش ولتاژ باعث می شود مدار منطقی که بخشی از کنترل کننده PWM است، مدت زمان پالس را افزایش دهد تا زمانی که ولتاژ در خروجی اول مطابقت داشته باشد. پارامترهای داده شده. هنگامی که ولتاژ کاهش می یابد، روند معکوس می شود.
      UPS از 2 اصل برای اجرای مدارهای ردیابی استفاده می کند - "مستقیم" و "غیر مستقیم". روش توصیف شده در بالا "مستقیم" نامیده می شود، زیرا ولتاژ بازخورد مستقیماً از یکسو کننده ثانویه گرفته می شود. با ردیابی "غیر مستقیم"، ولتاژ بازخورد از سیم پیچ اضافی ترانسفورماتور پالس حذف می شود:

      کاهش یا افزایش ولتاژ در سیم پیچ W2 همچنین منجر به تغییر ولتاژ در سیم پیچ W3 می شود که از طریق مقاومت R2 به پایه 1 کنترل کننده PWM نیز اعمال می شود.
      من فکر می کنم ما زنجیره ردیابی را کشف کردیم، اکنون بیایید به موقعیتی مانند آن نگاه کنیم مدار کوتاه(KZ) در بار یو پی اس. در این صورت تمام انرژی داده شده به مدار ثانویه یو پی اس از بین رفته و ولتاژ خروجی تقریباً صفر خواهد شد. بر این اساس، مدار کنترل کننده PWM سعی می کند مدت زمان پالس را افزایش دهد تا سطح این ولتاژ را به مقدار مناسب برساند. در نتیجه ترانزیستور VT1 در حالت باز طولانی تر و طولانی تر می شود و جریان عبوری از آن افزایش می یابد. در نهایت این امر منجر به از کار افتادن این ترانزیستور می شود. UPS برای محافظت از ترانزیستور اینورتر در برابر جریان اضافه در چنین شرایط غیرعادی طراحی شده است. این بر اساس مقاومت Rprotect است که به صورت سری به مداری که جریان کلکتور Ik از طریق آن می گذرد متصل است. افزایش جریان Ik که از ترانزیستور VT1 عبور می کند، افت ولتاژ در این مقاومت را افزایش می دهد و بنابراین، ولتاژ عرضه شده به پایه 2 کنترل کننده PWM نیز کاهش می یابد. هنگامی که این ولتاژ به حد معینی که مطابق با حداکثر جریان مجاز ترانزیستور است کاهش یابد، مدار منطقی کنترل کننده PWM تولید پالس را در پایه 3 متوقف می کند و منبع تغذیه به حالت حفاظتی می رود یا به عبارت دیگر خاموش می شود.
      در پایان، موضوع مایل است با جزئیات بیشتری مزایای UPS را شرح دهد. همانطور که قبلا ذکر شد، فرکانس مبدل پالس بسیار بالا است، و بنابراین، ابعاد کلی ترانسفورماتور پالس کاهش می یابد، به این معنی که، به طور متناقض به نظر می رسد، هزینه یک UPS کمتر از یک PSU سنتی است، زیرا وجود دارد. مصرف فلز کمتر برای مدار مغناطیسی و مس برای سیم پیچ ها، حتی با وجود افزایش تعداد قطعات در UPS. مزیت دیگر یو پی اس، ظرفیت کم خازن فیلتر یکسو کننده ثانویه نسبت به منبع تغذیه معمولی است. کاهش ظرفیت با افزایش فرکانس ممکن شد. و در نهایت، راندمان منبع تغذیه سوئیچینگ به 85٪ می رسد. این به دلیل این واقعیت است که UPS انرژی مصرف می کند شبکه برقفقط در طول ترانزیستور باز مبدل، زمانی که بسته است، انرژی به دلیل تخلیه خازن فیلتر مدار ثانویه به بار منتقل می شود.
      از معایب آن می توان به پیچیدگی مدار یو پی اس و افزایش نویز ضربه ای ساطع شده توسط خود یو پی اس اشاره کرد. افزایش نویز به این دلیل است که ترانزیستور مبدل در حالت کلید کار می کند. در این حالت، ترانزیستور منبع نویز ضربه ای است که گاهی اوقات رخ می دهد گذراترانزیستور این یک نقطه ضعف هر ترانزیستوری است که در حالت کلید کار می کند. اما اگر ترانزیستور با ولتاژهای پایین کار کند (مثلاً منطق ترانزیستور با ولتاژ 5 ولت) مشکلی نیست، در مورد ما ولتاژ اعمال شده به کلکتور ترانزیستور تقریباً 315 ولت است. برای مبارزه با این تداخل، UPS از مدارهای فیلتر شبکه پیچیده تری نسبت به PSU معمولی استفاده می کند.

      انواع منبع تغذیه سوئیچینگ

      سوئیچینگ یا کلید، منابع تغذیه در حال حاضر کمتر از تثبیت کننده های ولتاژ خطی گسترده است. مزایای اصلی آنها عبارتند از: راندمان بالا، اندازه و وزن کوچک، قدرت ویژه بالا. این به دلیل استفاده از حالت کلیدی عملکرد عناصر قدرت امکان پذیر شد. در حالت کلید، نقطه عملیاتی بیشتر اوقات در ناحیه اشباع یا ناحیه برش مشخصه های I-V است و منطقه حالت فعال (خطی) با سرعت بالادر زمان تعویض بسیار کوتاه در حالت اشباع، ولتاژ در ترانزیستور نزدیک به صفر است و در حالت قطع جریان وجود ندارد، به همین دلیل تلفات ترانزیستور بسیار کم است. بنابراین، میانگین توان تلف شده در ترانزیستور سوئیچینگ در طول دوره سوئیچینگ بسیار کمتر از تنظیم کننده های خطی است. تلفات کوچک در کلیدهای برق منجر به کاهش یا حذف کامل رادیاتورها می شود.

      بهبود ویژگی های وزن و اندازه منابع تغذیه در درجه اول به این دلیل است که یک ترانسفورماتور قدرت که با فرکانس 50 هرتز کار می کند از مدار منبع تغذیه حذف می شود. در عوض، یک ترانسفورماتور یا سلف فرکانس بالا به مدار وارد می شود که ابعاد و جرم آن بسیار کوچکتر از یک ترانسفورماتور قدرت فرکانس پایین است.

      معایب منابع تغذیه سوئیچینگ عبارتند از: پیچیدگی مدار، وجود نویز و تداخل با فرکانس بالا، افزایش ریپل ولتاژ خروجی، زمان بزرگخروج از حالت عملیاتی ویژگی های مقایسه ایمعمولی (یعنی با فرکانس پایین ترانس برق) و منابع تغذیه سوئیچینگ در جدول 2.1 آورده شده است.

      مقایسه این ویژگی ها نشان می دهد که راندمان منابع تغذیه سوئیچینگ نسبت به نمونه های معمولی (خطی) به نسبت 1:2 و توان ویژه در نسبت 1:4 افزایش می یابد. با افزایش فرکانس تبدیل از 20 کیلوهرتز به 200 کیلوهرتز، توان ویژه به نسبت 1: 8 افزایش می یابد، یعنی. تقریبا دو بار منابع تغذیه سوئیچینگ نیز دارند زمان بیشترنگه داشتن ولتاژ خروجی در خاموش شدن ناگهانیشبکه های.

      این به دلیل این واقعیت است که از خازن ها در یکسو کننده اصلی منبع پالسی استفاده می شود. ظرفیت بزرگو با ولتاژ کاری بالا (تا 400 ولت). در این حالت ابعاد خازن متناسب با حاصلضرب CU رشد می کند و انرژی خازن متناسب با CU 2 است. این انرژی خازن برای نگه داشتن منبع تغذیه در شرایط کاری حدود 30 میلی ثانیه کافی است که برای صرفه جویی در اطلاعات در رایانه ها در هنگام قطع ناگهانی برق بسیار مهم است.

      جدول 2.1 - مقایسه منابع ضربه ای و خطی

      در عین حال، ریپل ولتاژ خروجی در منابع تغذیه سوئیچینگ بیشتر از خطی است که به دلیل دشواری سرکوب پالس های کوتاه در حین کار مبدل سوئیچینگ است. سایر ویژگی های این منابع تقریباً یکسان است.

      ساختار ساخت و ساز IVEP. با همه انواع نمودارهای سازه ای، در شکل 2.1 ... 2.8، وجود یک استیج قدرت الزامی است.

      با تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ DC دیگر، به طور مشروط فرض می کنیم که مبدل های پالس عملکرد ایزولاسیون الکتریکی (ایزولاسیون گالوانیکی) مدارهای ورودی و خروجی را اجرا می کنند و تثبیت کننده های پالس این کار را نمی کنند. هدف عملکردی مراحل قدرت مبدل ها و تثبیت کننده ها یکسان است.

      IVEP از نوع جبران، ساخته شده با بازخوردشکل 2.1، مرحله توان 3، ورودی کنترلی که با دنباله ای از پالس ها با پارامترهای زمانی مشخص عرضه می شود، تبدیل ولتاژ DC پالسی را از منبع اولیه Ep به ولتاژ خروجی Un انجام می دهد (خطوط ضخیم شده مدارهای قدرت IVEP را نشان می دهد).

      در حالت کلی، یک IVEP می تواند چندین مدار خروجی با ولتاژ Un داشته باشد. تقویت کننده پالس 2 نه تنها می تواند عملکرد تقویت پالس های کنترلی را از نظر توان برای ترانزیستورهای 3 انجام دهد، بلکه عملکرد شکل دهی پالس را نیز انجام می دهد: به عنوان مثال، برای مبدل های ولتاژ فشاری، آن را جداسازی موقت پالس ها انجام می دهد. پالس های کنترلی کوتاه برای مدارهای 3 با ترانسفورماتورهای جریان یا انواع خاصی از ترانزیستورهای قدرت و غیره تولید می کند.

      شکل 2.1 - طرح ساختاریجبران ضربه IVEP

      پالس هایی که عملکرد IVEP را همگام می کنند توسط مدولاتور 1 تولید می شوند. ولتاژ خروجی DC Un به ورودی مدار مقایسه 4 تغذیه می شود، جایی که با ولتاژ مرجع Uop مقایسه می شود. سیگنال عدم تطابق (خطا) به ورودی مدولاتور تغذیه می شود که پارامترهای زمان بندی پالس های همگام را تنظیم می کند. افزایش یا کاهش ولتاژ Un منجر به تغییر سیگنال خطا در خروجی 4 و پارامترهای زمان بندی پالس های هماهنگ کننده در ورودی 1 می شود که باعث بازیابی مقدار قبلی ولتاژ Un می شود. تثبیت آن بنابراین، IVEP، ساخته شده بر اساس طرح شکل 2.1، یک مبدل ولتاژ پالس تثبیت کننده از نوع جبرانی است که ولتاژ خروجی را بدون تغییر در هنگام تغییر جریان خروجی، ولتاژ ورودی Ep، دمای محیط و سایر عوامل بی ثبات کننده حفظ می کند.

      IVEP را با تثبیت ثابت (گاهی اوقات پارامتریک) ولتاژ خروجی در شکل 2.2 در نظر بگیرید.

      ماهیت این روش تثبیت در این واقعیت نهفته است که تحت تأثیر هر عاملی که می تواند باعث شود مقدار ولتاژ Un از مقدار مشخص شده منحرف شود ، پارامترهای زمان بندی پالس های کنترل تغییر می کند و منجر به این واقعیت می شود که Un بدون تغییر باقی می ماند. با این حال، بر خلاف تثبیت کننده های جبرانی، تغییر در ویژگی های زمان بندی پالس های کنترل در این مورد به میزان انحراف خود اثر بی ثبات کننده بستگی دارد.

      شکل 2.2 - نمودار ساختاری IVEP پارامتریک پالسی

      در شکل 2.2، یک ژنراتور چنین ارائه می دهد وابستگی عملکردیدر اینجا خط چین اتصال En را با ورودی کنترلی ژنراتور نشان می دهد تا از قانون تغییر ناپذیری Un از Ep اطمینان حاصل شود.

      منابع تغذیه ثانویه بدون تثبیت ولتاژ خروجی طبق طرح نشان داده شده در شکل 2.3 انجام می شود. مولد پالس 1 پالس هایی با پارامترهای زمانی ثابت تولید می کند. بدیهی است که برای تغییرناپذیری ولتاژ Un لازم است یک ولتاژ پایدار En داشته باشیم.

      شکل 2.3 - نمودار ساختاری یک IVEP ناپایدار

      IVEP که در شکل 2.4 نشان داده شده است، تبدیل مضاعف انرژی DC را انجام می دهد. مرحله اول قدرت 1، به عنوان یک قاعده، یک تنظیم کننده سوئیچینگ، ولتاژ En را به یک ولتاژ تثبیت شده En1 تبدیل می کند. مرحله دوم قدرت 2 جداسازی گالوانیکی ولتاژ و در صورت لزوم تثبیت اضافی Un را انجام می دهد. در حالت کلی، جبران و تثبیت ثابت می تواند نه تنها در 1، بلکه در هر دو مرحله نیز انجام شود، که با خطوط چین مدارهای بازخورد منفی نشان داده می شود. مراحل قدرت 1 و 2 می توانند نسخه های مختلفی از مراحل قدرت هر یک از IVEP باشند.

      شکل 2.4 - نمودار ساختاری تبدیل دوگانه IVEP

      نمودار ساختاری یک بلوک IVEP با افزایش گام به گام توان در شکل 2.5 نشان داده شده است. برای افزایش توان خروجی اعمال شده اتصال موازیآبشار 3…5.

      شکل 2.5 - نمودار ساختاری IVEP مدولار

      از آنجایی که اتصال موازی IEVP سنتی بدون استفاده از اقدامات ویژه برای یکسان سازی توان هر یک از آنها غیرممکن است، در این مورد از اصل ساخت چند فازی IEVP استفاده می شود. این در این واقعیت نهفته است که شکل دهنده مدولاتور MF نه تنها سیگنال عدم تطابق SS را به دنباله پالس مربوطه تبدیل می کند، بلکه عملکرد توزیع فاز سیگنال های پالس را در چندین مرحله توان انجام می دهد. در نتیجه چنین کار IEVP، مراحل زمانی حالت های باز و بسته سوئیچ های قدرت ترانزیستورهای مراحل مختلف قدرت به موقع از هم جدا می شوند.

      تمام طرح های در نظر گرفته شده IVEP را می توان در پارامترهای مختلف مقایسه کرد - پایداری ولتاژهای خروجی، ویژگی های وزن و اندازه، شاخص های انرژی، قابلیت ساخت و هزینه، و همچنین امکان یکسان سازی. در عین حال، بسته به الزامات داده شده، همان طرح ممکن است از نظر مجموعه ای از شاخص ها غیربهینه باشد. انتخاب یک طرح خاص به عنوان مؤثرترین از قبل غیرممکن است، بنابراین توصیه می شود بیشترین را در نظر بگیرید خواص عمومیطرح های داده شده فرض می کنیم که شاخص های قابلیت اطمینان، انرژی و وزن و اندازه مراحل قدرت یکسان هستند و به همان اندازه به توان، ولتاژ خروجی و فرکانس تبدیل بستگی دارند.

      IVEP، که مطابق طرح شکل 2.1 اجرا شده است، دارای بالاترین ثبات ولتاژ خروجی است، زیرا بازخورد مؤثر بر پارامترهای زمان بندی پالس های کنترل مستقیماً از خروجی IVEP گرفته می شود. مدار IVEP نشان داده شده در شکل 2.4 همچنین دارای ثبات بالایی در ولتاژ خروجی است، اگر بازخورد روی SS از خروجی گرفته شود - Un. پایداری تا حدودی بدتر، اما طرح کنترل ساده تر دارای IVEP است که مطابق با طرح شکل 2.2 ساخته شده است. با این حال، این تغییر در افت ولتاژ در عناصر القایی و فعال 3 با تغییر در جریان بار را در نظر نمی گیرد. تغییرات بی ثبات کننده در ولتاژ En را می توان با ایجاد یک اتصال مستقیم اضافی (خط چین) جبران کرد. IVEP با تثبیت ثابت نه تنها اثر اغتشاش بر ولتاژ En، بلکه اثرات مزاحم بر جریان بار، دمای محیط و غیره وجود دارد، اما آنها به طور گسترده استفاده نمی شوند. بدترین پایداری توسط IVEP نشان داده شده است که مطابق با طرح شکل 2.3 ساخته شده است، به دلیل عدم وجود هر گونه بازخورد تحت تأثیر عوامل بی ثبات کننده. مدار IVEP در شکل 2.4، همانطور که در بالا ذکر شد، در اصل می تواند پایداری بالایی در ولتاژ خروجی داشته باشد، با این حال، در غیاب کانال های کنترل ثابت یا جبرانی، عملکرد آن مشابه مدار شکل 2.3 است.

      استفاده از طرح های IVEP در شکل 2.2 با نسبتا ارجح است ولتاژهای بالاچند برابر بیشتر از افت ولتاژ در کلیدهای قدرت 3 است، زیرا بدست آوردن تابع مورد نیاز 1 دشوار است، که تغییرات افت ولتاژ در این کلیدها را در طول نوسانات جریان بار و دمای محیط در نظر می گیرد.

      بنابراین، در مواردی که ولتاژ خروجی IVEP کوچک است (از چند ولت تجاوز نمی کند) و تغییرات قابل توجهی در جریان بار، دمای محیط و ولتاژ En وجود دارد، لازم است از IVEP ساخته شده بر اساس بلوک دیاگرام ها استفاده شود. شکل های 2.2،2.4،2.5) با اصل جبرانی تنظیم.

      طرح شکل 2.2 همچنین می تواند هنگام برآوردن الزامات سازش برای پایداری ولتاژ خروجی و سادگی مدار کنترل IVEP استفاده شود. اگر ولتاژ اولیه پایدار است و تغییرات در افت ولتاژ در عناصر داخلی SC به طور قابل توجهی بر دقت حفظ ولتاژ Un تأثیر نمی گذارد، از IVEP ساده تر استفاده می شود (شکل های 2.3 و 2.5).

      طرح های فوق از IVEP را می توان در طیف گسترده ای از ولتاژهای اولیه - از یک تا صدها ولت استفاده کرد. با این حال، برای ولتاژهای اولیه بالا، مدار IVEP شکل 2.4 ممکن است مناسب باشد، که در آن تبدیل دوگانه انرژی الکتریکیکاهش ولتاژ اولیه بالا En DC به Ep1 توسط تثبیت کننده پالس SKI و استفاده از آن به عنوان ولتاژ اولیه برای مبدل پالس SK2 را ممکن می سازد. در این حالت مبدل CK2 به عنوان یک دستگاه پیچیده‌تر در مقایسه با CKI، در حالت‌های الکتریکی سبک عمل می‌کند که می‌تواند باعث کاهش تعداد عناصر، افزایش قابلیت اطمینان عملکرد و بهبود عملکرد انرژی مبدل شود.

      چوک‌ها و ترانسفورماتورها ابعاد بزرگی دارند، مواد فشرده‌تری دارند و به سختی می‌توان آنها را کوچک کرد. در طرح های IVEP، باید تلاش کرد تا تعداد آنها به حداقل برسد. در طرح IVEP شکل 2.4، تبدیل انرژی مضاعف به دو مرحله توان با عناصر القایی اساسا ضروری نیاز دارد.

      برای ساخت، مقیاس بندی بلوک توان خروجی مورد نیاز است سیستم های مختلفمنبع تغذیه، که باید بر اساس همان نوع، IVEP یکپارچه انجام شود. در این مورد، توسعه و ساخت IVEP، تغذیه تجهیزات الکترونیکی، توصیه می شود هنگام استفاده از همان نوع بلوک با امکان اتصال موازیبرای به دست آوردن کل توان خروجی مورد نیاز در نتیجه می توان به یک اثر اقتصادی دست یافت. در این مورد، یکی از اهداف اصلی توسعه IVEP، انتخاب یک مقدار گسسته از توان یک واحد است که باید تمام الزامات فنی و اقتصادی سیستم های منبع تغذیه موجود را برآورده کند. یکی دیگر از مزایای مبدل های بلوکی (پلی فاز) کاهش ظرفیت کل خازن های فیلتر خروجی است که با توزیع زمانی فرآیندهای انتقال انرژی به خروجی هر مرحله توان توضیح داده می شود. علاوه بر این، مبدل های چند فاز به شما امکان می دهند گزینه های مختلفی را پیاده سازی کنید سیستم های پیچیدهمنبع تغذیه، متشکل از بلوک های یکسان یکسان آنها.

      شکل 2.6 نموداری از IVEP را نشان می دهد که شامل یکسوساز اصلی 1 تنظیم نشده و مبدل ولتاژ شبکه یکسو شده است. مبدل شامل یک اینورتر قابل تنظیم 2 است که با فرکانس افزایش یافته (معمولاً 20 ... 100 کیلوهرتز)، مجموعه یکسو کننده ترانسفورماتور 3 و یک فیلتر فرکانس بالا 4 کار می کند. مدار کنترل 5 برای تثبیت ولتاژ خروجی استفاده می شود.

      شکل 2.6 - نمودار ساختاری یک IVEP پالسی با یک اینورتر قابل تنظیم

      مدار کنترل ولتاژ خروجی Un و ولتاژ منبع مرجع 6 را مقایسه می کند. تفاوت بین این ولتاژها که سیگنال خطا نامیده می شود برای تنظیم فرکانس اینورتر قابل تنظیم (f = var) یا چرخه وظیفه پالس ها استفاده می شود. در فرکانس ثابت آنها (g = var). مبدل ساخته شده بر اساس یک اینورتر ترانسفورماتور تک چرخه، مبدل یک چرخه ترانسفورماتور - CURRENT نامیده می شود. مبدل ساخته شده بر اساس یک اینورتر ترانسفورماتور فشار کش، مبدل فشار کشش ترانسفورماتور - TDK نامیده می شود.

      شکل 2.7 مدار IVEP را با یکسوساز اصلی تنظیم شده 1 و یک اینورتر تنظیم نشده 2 نشان می دهد. گره های باقی مانده از این مدار همان هدف مدارهای قبلی را دارند. ویژگی متمایزاین بلوک دیاگرام برای استفاده از یک اینورتر تنظیم نشده (NI) است. تثبیت ولتاژ خروجی در این مدار با تنظیم ولتاژ ورودی مبدل با استفاده از عدد 1 انجام می شود که معمولاً روی تریستورهای دارای کنترل فاز انجام می شود.

      شکل 2.7 - نمودار ساختاری یک IVEP پالسی با یکسوساز اصلی قابل تنظیم

      برای مدار نشان داده شده در شکل 2.6 مشخص است که اینورتر باید طوری طراحی شود که از ولتاژ شبکه یکسو شده کار کند. حداکثر مقدارحدود 311 ولت برای شبکه تک فازو حدود 530 ولت برای شبکه سه فاز. علاوه بر این، تغییر فرکانس یا چرخه کاری اینورتر 2 منجر به بدتر شدن فیلتر ولتاژ خروجی می شود. در نتیجه، پارامترهای وزن و اندازه فیلتر 4 بدتر می شود، زیرا پارامترهای آن بر اساس حداقل چرخه کاری پالس ها در دقیقه محاسبه می شود، مشروط بر اینکه جریان در بار پیوسته باشد.

      خواص مثبت مدار در شکل 2.7 ترکیبی از تابع تبدیل ولتاژ و تثبیت ولتاژ خروجی Un است. این امکان ساده سازی طرح کنترل 5 را فراهم می کند، زیرا تعداد کلیدهای کنترل شده کاهش می یابد. علاوه بر این، وجود مکث به شما امکان می دهد جریان های موجود در کلیدهای اینورتر را حذف کنید. مزیت مدار همچنین توانایی اطمینان از عملکرد اینورتر در ولتاژ ورودی کاهش یافته است (معمولاً 1.5 ... 2 بار کاهش می یابد ، یعنی تا 130 ... 200 ولت). این کار کلیدهای اینورتر ترانزیستور را بسیار تسهیل می کند. یکی دیگر از مزایای این طرح این است که اینورتر با حداکثر پالس های سیکل کار g max کار می کند که فیلتر ولتاژ خروجی را بسیار ساده می کند. مطالعه بازده و توان ویژه هر دو مدار نشان داد که این شاخص ها کمی متفاوت هستند.

      طرح های IVEP چند کاناله با یکسو کننده تنظیم نشده 1 در شکل های 2.8 و 2.9 نشان داده شده است. در مدار شکل 2.8، یک اینورتر تنظیم نشده 2 و تثبیت کننده های فردی 5 ... 7 در کانال های جداگانه استفاده شده است. چنین بلوک دیاگرام را می توان با تعداد کمی کانال خروجی استفاده کرد. با افزایش تعداد کانال های خروجی، مدار غیراقتصادی می شود.

      شکل 2.8 - نمودار ساختاری یک IVEP چند کانالی با تثبیت فردی

      مدار نشان داده شده در شکل 2.9 بر اساس اصل تثبیت گروهی ولتاژ خروجی عمل می کند. برای انجام این کار، از یک اینورتر قابل تنظیم استفاده می کند که توسط ولتاژ قوی ترین کانال کنترل می شود. تثبیت ولتاژهای خروجی در کانال های دیگر در این مورد بدتر می شود، زیرا آنها با بازخورد منفی پوشانده نمی شوند. برای بهبود تثبیت ولتاژ در کانال های دیگر، می توانید از تثبیت کننده های فردی اضافی مانند مدار شکل 2.8 استفاده کنید.

      شکل 2.9 - نمودار ساختاری IVEP با تثبیت گروه

    بیشتر بخوانید: