منبع تغذیه سوئیچینگ. سوئیچینگ منابع تغذیه

منبع تغذیه سوئیچینگ برای تبدیل ولتاژ ورودی به مقدار مورد نیاز عناصر داخلی دستگاه استفاده می شود. اسم دیگر منابع تکانهاینورترها به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.

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 تولید سیگنال منفی استفاده می شود بازخورد، 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، مهمترین آن این است که عایق گالوانیکی از شبکه برق ندارند و می توانند خطر برق گرفتگی را ایجاد کنند. 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 های DC نیز بر اساس مدولاسیون عرض پالس ساخته شده اند. 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؛
• صافی فیلتر؛
• 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.

هنگام استفاده، یکسو کننده و فیلتر غیر ضروری می شوند، و سیگنال ورودیبا عبور از مدار فیلتر سرکوب کننده نویز، مستقیماً به مبدل پهنای 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 فنیطرح ها.

ترانسفورماتور پالس خروجی از همان اصل تبدیل به عنوان ترانسفورماتور کلاسیک استفاده می کند. یک استثنا، کار در فرکانس بالاتر است. 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. دیودهای شاتکی در این بخش از مدار بهترین عملکرد را دارند. مزایای آنها نسبت به نمونه های معمولی:

• فرکانس کاری بالا؛
• کاهش ظرفیت اتصال p-n؛
• افت ولتاژ کوچک

هدف از فیلتر خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ کاهش به حداقل لازمموج دار شدن ولتاژ خروجی اصلاح شده 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 توان اینورتر چندین برابر بیشتر است.

در چنین منطقه ای مانند تبدیل ولتاژ مستقیم، منابع پالسی عملا جایگزین جایگزینی ندارند و می توانند نه تنها برای کاهش ولتاژ، بلکه همچنین برای ایجاد ولتاژ افزایش یافته، برای سازماندهی تغییر قطبیت کار کنند. فرکانس تبدیل بالا تا حد زیادی فیلتر کردن و تثبیت پارامترهای خروجی را تسهیل می کند.

اینورترهای کوچک در تخصصی مدارهای مجتمعبه عنوان شارژر برای انواع گجت ها استفاده می شود و قابلیت اطمینان آنها به اندازه ای 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 مونتاژ منابع تغذیه شبکه، مدارهای کم مصرف ساده با استفاده از تراشه های کنترل کننده تخصصی PWM را می توان توصیه کرد. چنین آی سی ها دارای تعداد کمی از عناصر تسمه ای هستند و مدارهای سوئیچینگ معمولی دارند که عملاً نیازی به تنظیم و تنظیم ندارند.

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

منبع تغذیه سوئیچ شده

برخلاف منابع تغذیه خطی سنتی، که میرایی ولتاژ ناپایدار بیش از حد در ورودی را فرض می کنند. عنصر خط، منابع تغذیه پالسی از روش ها و پدیده های فیزیکی دیگری برای تولید ولتاژ تثبیت شده استفاده می کنند که عبارتند از: اثر انباشت انرژی در سلف ها و همچنین امکان تبدیل فرکانس بالا و تبدیل انرژی ذخیره شده به ولتاژ ثابت. سه طرح معمولی برای ساخت منابع تغذیه پالسی وجود دارد (شکل 3.4-1 را ببینید): افزایش (ولتاژ خروجی بیشتر از ورودی)، کاهش (ولتاژ خروجی کمتر از ورودی) و معکوس کردن (ولتاژ خروجی برعکس است). قطبیت با توجه به ورودی). همانطور که از شکل مشخص است، آنها فقط در نحوه اتصال اندوکتانس متفاوت هستند، در غیر این صورت، اصل عملکرد بدون تغییر باقی می ماند، یعنی.

عنصر کلیدی (معمولاً از دوقطبی یا ترانزیستورهای MIS) در فرکانس حدود 20-100 کیلوهرتز کار می کند، به طور دوره ای برای مدت کوتاهی (بیش از 50٪ مواقع) اعمال می شود.

ولتاژ ورودی کامل و تنظیم نشده را به سلف می دهد. جریان ضربه ای جریان از طریق سیم پیچ، تجمع انرژی در میدان مغناطیسی آن 1/2LI^2 در هر پالس را تضمین می کند. انرژی ذخیره شده به این روش از سیم پیچ به بار منتقل می شود (یا مستقیماً با استفاده از یک دیود یکسو کننده یا از طریق سیم پیچ ثانویه و سپس یکسو می شود)، خازن فیلتر صاف کننده خروجی تضمین می کند که ولتاژ و جریان خروجی ثابت است. تثبیت ولتاژ خروجی ارائه شده است تنظیم خودکارعرض یا فرکانس پالس ها روی عنصر کلیدی (مدار بازخورد برای نظارت بر ولتاژ خروجی طراحی شده است).

این طرح، اگرچه نسبتاً پیچیده است، اما می تواند کارایی کل دستگاه را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. نکته این است که، در این مورد، به جز خود بار، هیچ عنصر قدرتی در مدار وجود ندارد که توان قابل توجهی را از بین ببرد. ترانزیستورهای کلیدی در یک حالت کلید اشباع کار می کنند (یعنی افت ولتاژ در آنها کم است) و فقط در فواصل زمانی نسبتاً کوتاه (زمان پالس) توان را تلف می کنند. علاوه بر این، با افزایش فرکانس تبدیل، می توان به میزان قابل توجهی قدرت را افزایش داد و ویژگی های وزن و اندازه را بهبود بخشید.

یک مزیت مهم تکنولوژیکی IP پالسی امکان ایجاد IP شبکه با اندازه کوچک با جداسازی گالوانیکی از شبکه برای تامین انرژی طیف گسترده ای از تجهیزات است. چنین IPهایی بدون استفاده از ترانسفورماتور قدرت فرکانس پایین حجیم مطابق مدار مبدل فرکانس بالا ساخته می شوند. این در واقع یک مدار معمولی از منبع تغذیه پالسی با کاهش ولتاژ است که در آن از یک ولتاژ شبکه تصحیح شده به عنوان ولتاژ ورودی و یک ترانسفورماتور فرکانس بالا (در اندازه کوچک و با راندمان بالا) به عنوان یک ولتاژ استفاده می شود. عنصر ذخیره سازی که از سیم پیچ ثانویه آن ولتاژ تثبیت شده خروجی حذف می شود (این ترانسفورماتور همچنین جداسازی گالوانیکی از شبکه را فراهم می کند).

معایب منابع تغذیه پالسی عبارتند از: وجود سطح بالای نویز ضربه ای در خروجی، پیچیدگی بالا و قابلیت اطمینان کم (به ویژه در تولید صنایع دستی)، نیاز به استفاده از قطعات گران قیمت فرکانس بالا ولتاژ بالا، که در در صورت کوچکترین نقص، به راحتی "انبوه" خراب می شود (با این، به عنوان یک قاعده، می توان اثرات آتش سوزی چشمگیر را مشاهده کرد). کسانی که دوست دارند داخل دستگاه ها را با پیچ گوشتی و آهن لحیم کاری کنکاش کنند، باید هنگام طراحی یک IP پالسی شبکه بسیار مراقب باشند، زیرا بسیاری از عناصر چنین مدارهایی تحت ولتاژ بالا هستند.

برنج. 3.4-1 بلوک دیاگرام های معمولی منابع تغذیه سوئیچینگ

تصویر:

2. تنظیم کننده سوئیچینگ کم پیچیدگی کارآمد.

رگولاتور سوئیچینگ کم پیچیدگی کارآمد

روی پایه عنصر، مشابه آنچه در تثبیت کننده خطی که در بالا توضیح داده شد (شکل 3.3-3)، می توانید یک تنظیم کننده ولتاژ سوئیچینگ بسازید. با همین مشخصات، ابعاد به طور قابل توجهی کوچکتر و شرایط حرارتی بهتری خواهد داشت. یک نمودار شماتیک از چنین تثبیت کننده ای در شکل نشان داده شده است. 3.4-2. تثبیت کننده بر اساس مونتاژ می شود طرح استانداردبا کاهش ولتاژ (شکل 3.4-1a).

هنگامی که برای اولین بار روشن می شود، زمانی که خازن C4 تخلیه می شود و یک بار به اندازه کافی قدرتمند به خروجی متصل می شود، جریان از طریق تنظیم کننده خطی IC DA1 عبور می کند. افت ولتاژ در R1 ناشی از این جریان، ترانزیستور کلید VT1 را باز می کند، که بلافاصله وارد حالت اشباع می شود، زیرا مقاومت القایی L1 بزرگ است و به اندازه کافی از ترانزیستور عبور می کند. جریان بالا. افت ولتاژ در R5 عنصر کلیدی اصلی - ترانزیستور VT2 را باز می کند. جاری. در L1 رشد می کند، C4 را شارژ می کند، در حالی که از طریق بازخورد در R8 می نویسد

قبل از تثبیت کننده و ترانزیستور کلید. انرژی ذخیره شده در سیم پیچ بار را تغذیه می کند. هنگامی که ولتاژ در C4 به زیر ولتاژ تثبیت می‌رسد، DA1 و ترانزیستور کلید باز می‌شوند. چرخه در فرکانس 20-30 کیلوهرتز تکرار می شود.

زنجیر R3. R4، C2 سطح ولتاژ خروجی را تنظیم می کند. می توان آن را به آرامی در محدوده کوچکی از Uct DA1 تا Uin تنظیم کرد. با این حال، اگر Vout نزدیک به Vin افزایش یابد، مقداری ناپایداری در حداکثر بار و افزایش سطح ریپل وجود دارد. برای سرکوب امواج فرکانس بالا، یک فیلتر L2، C5 در خروجی تثبیت کننده گنجانده شده است.

این طرح برای این سطح از پیچیدگی بسیار ساده و موثر است. تمام عناصر قدرت VT1، VT2، VD1، DA1 با رادیاتورهای کوچک عرضه می شوند. ولتاژ ورودی نباید از 30 ولت تجاوز کند که حداکثر برای تثبیت کننده های KR142EN8 است. دیودهای یکسو کنندهبرای جریان حداقل 3 A درخواست کنید.

برنج. 3.4-2 طرح یک تنظیم کننده سوئیچینگ موثر بر اساس یک پایه عنصر ساده

تصویر:

3. دستگاه منبع تغذیه اضطراریبر اساس مبدل پالس فرکانس بالا.

دستگاه منبع تغذیه بدون وقفه مبتنی بر تثبیت کننده سوئیچینگ

روی انجیر 3.4-3، دستگاهی برای تامین برق اضطراری سیستم های امنیتی و نظارت تصویری مبتنی بر تثبیت کننده سوئیچینگ همراه با یک شارژر برای بررسی پیشنهاد شده است. تثبیت کننده شامل سیستم های حفاظتی در برابر اضافه بار، گرمای بیش از حد، نوسانات خروجی، اتصال کوتاه است.

تثبیت کننده دارای پارامترهای زیر است:

ولتاژ ورودی، Vvx - 20-30 ولت:

ولتاژ تثبیت شده خروجی، Uvyx-12V:

جریان بار نامی، Iload دارای رتبه -5A;

جریان عملکرد سیستم حفاظت در برابر اضافه بار، Izasch - 7A;.

ولتاژ عملکرد سیستم حفاظت از اضافه ولتاژ، حفاظت Uout - 13 ولت؛

حداکثر جریان شارژ باتری، باتری ایزار حداکثر - 0.7 A;

سطح ریپل. Uppulse - 100 mV

دمای عملکرد سیستم حفاظت در برابر گرمای بیش از حد، Тzasch - 120 با;

سرعت سوئیچ به باتری، تغییر - 10 میلی ثانیه (رله RES-b RFO.452.112).

اصل عملکرد تثبیت کننده سوئیچینگ در دستگاه توصیف شده مانند تثبیت کننده ارائه شده در بالا است.

این دستگاه با یک شارژر ساخته شده بر روی عناصر DA2، R7، R8، R9، R10، VD2، C7 تکمیل شده است. تنظیم کننده ولتاژ آی سی DA2 با تقسیم کننده جریان در R7. R8 حداکثر جریان شارژ اولیه را محدود می کند، تقسیم کننده R9، R10 ولتاژ خروجی شارژ را تنظیم می کند، دیود VD2 در صورت عدم وجود ولتاژ منبع، باتری را از تخلیه خود محافظت می کند.

حفاظت از گرمای بیش از حد از ترمیستور R16 به عنوان سنسور دما استفاده می کند. هنگامی که حفاظت فعال می شود، دستگاه سیگنال دهی صوتی مونتاژ شده روی آی سی DD 1 روشن می شود و در همان زمان، بار از تثبیت کننده جدا می شود و به برق باتری تبدیل می شود. ترمیستور روی رادیاتور ترانزیستور VT1 نصب شده است. تنظیم دقیق سطح عملکرد حفاظت دما توسط مقاومت R18 انجام می شود.

سنسور ولتاژ بر روی یک تقسیم کننده R13، R15 مونتاژ شده است. مقاومت R15 سطح دقیق عملکرد حفاظت از اضافه ولتاژ (13 ولت) را تعیین می کند. هنگامی که ولتاژ در خروجی تثبیت کننده بیش از حد است (در صورت خرابی آخرین مورد)، رله S1 بار را از تثبیت کننده جدا می کند و آن را به باتری وصل می کند. در صورت قطع برق، رله S1 به حالت "پیش فرض" می رود - یعنی. بار را به باتری متصل می کند.

مدار نشان داده شده در اینجا دارای حفاظت اتصال کوتاه الکترونیکی برای باتری نیست. این نقش توسط یک فیوز در مدار قدرت بار انجام می شود که برای حداکثر مصرف جریان طراحی شده است.

برنج. 3.4-3 نمودار منبع تغذیه بدون وقفه 12 ولت 5 آمپر با سیستم حفاظتی چند منظوره

تصویر:

4. منابع تغذیه مبتنی بر مبدل پالس فرکانس بالا.

منابع تغذیه مبتنی بر مبدل پالس فرکانس بالا

اغلب، هنگام طراحی دستگاه ها، الزامات سختی برای اندازه منبع تغذیه وجود دارد. در این حالت تنها راه نجات استفاده از منبع تغذیه مبتنی بر مبدل های پالس فرکانس بالا ولتاژ بالا است. که بدون استفاده از ترانسفورماتور کاهنده فرکانس پایین کلی به شبکه 220 ولت متصل می شوند و می توانند توان بالایی را با ابعاد کوچک و اتلاف گرما ارائه دهند.

طرح ساختاریمبدل پالس معمولی که توسط شبکه صنعتیدر شکل 34-4 نشان داده شده است.

فیلتر ورودی برای جلوگیری از نفوذ نویز ضربه ای به شبکه طراحی شده است. کلیدهای برق تامین پالس های ولتاژ بالا به سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور فرکانس بالا (تک و

مدارهای دوبلکس). فرکانس و مدت زمان پالس ها توسط یک ژنراتور کنترل شده تنظیم می شود (معمولاً از کنترل عرض پالس استفاده می شود ، کمتر - فرکانس). برخلاف ترانسفورماتورهای سیگنال سینوسی فرکانس پایین، منابع تغذیه پالسی از دستگاه های باند پهن استفاده می کنند که انتقال کارآمدروشن کردن سیگنال ها با لبه های سریع. این امر الزامات قابل توجهی را بر نوع مدار مغناطیسی مورد استفاده و طراحی ترانسفورماتور تحمیل می کند. از طرفی با افزایش فرکانس، ابعاد مورد نیاز ترانسفورماتور (با حفظ توان ارسالی) کاهش می یابد (مواد مدرن ساخت ترانسفورماتورهای قدرتمند با راندمان قابل قبول در فرکانس های 100-400 کیلوهرتز را ممکن می سازد). یکی از ویژگی های یکسو کننده خروجی استفاده از دیودهای برق معمولی نیست، بلکه از دیودهای شاتکی با سرعت بالا است که به دلیل فرکانس بالای ولتاژ اصلاح شده است. فیلتر خروجی موج ولتاژ خروجی را صاف می کند. ولتاژ فیدبک با ولتاژ مرجع مقایسه می شود و سپس ژنراتور را کنترل می کند. به وجود ایزولاسیون گالوانیکی در مدار فیدبک توجه کنید که اگر بخواهیم ایزولاسیون ولتاژ خروجی از شبکه را فراهم کنیم ضروری است.

در ساخت چنین IP الزامات جدی برای قطعات مورد استفاده وجود دارد (که هزینه آنها را نسبت به نمونه های سنتی افزایش می دهد). اولاً، این مربوط به ولتاژ عملکرد دیودهای یکسو کننده، خازن های فیلتر و ترانزیستورهای کلیدی است که برای جلوگیری از خرابی نباید کمتر از 350 ولت باشد. ثانیاً باید از ترانزیستورهای کلیدی فرکانس بالا (فرکانس کاری 20-100 کیلوهرتز) و خازن های سرامیکی مخصوص استفاده شود (الکترولیت های اکسید معمولی به دلیل اندوکتانس بالا در فرکانس های بالا بیش از حد گرم می شوند).

فعالیت). و سوم، فرکانس اشباع ترانسفورماتور فرکانس بالا، تعیین شده توسط نوع مدار مغناطیسی مورد استفاده (به عنوان یک قاعده، هسته های حلقوی استفاده می شود) باید به طور قابل توجهی بالاتر از فرکانس کاری مبدل باشد.

روی انجیر 3.4-5 یک نمودار شماتیک از یک IP کلاسیک بر اساس مبدل فرکانس بالا را نشان می دهد. این فیلتر، متشکل از خازن های C1، C2، C3 و چوک های L1، L2، برای محافظت از منبع تغذیه در برابر تداخل فرکانس بالا مبدل عمل می کند. ژنراتور طبق یک مدار خود نوسانی ساخته شده است و با یک مرحله کلیدی ترکیب شده است. ترانزیستورهای کلیدی VT1 و VT2 در آنتی فاز عمل می کنند و به نوبه خود باز و بسته می شوند. راه اندازی ژنراتور و عملکرد قابل اعتماد توسط ترانزیستور VT3 که در حالت خرابی بهمن کار می کند تضمین می شود. هنگامی که ولتاژ در C6 از طریق R3 افزایش می یابد، ترانزیستور باز می شود و خازن به پایه VT2 تخلیه می شود و ژنراتور را راه اندازی می کند. ولتاژ فیدبک از سیم پیچ اضافی (III) ترانسفورماتور قدرت Tpl حذف می شود.

ترانزیستور VT1. VT2 روی رادیاتورهای صفحه ای حداقل 100 سانتی متر ^ 2 نصب می شود. دیودهای VD2-VD5 با مانع شاتکی روی یک رادیاتور کوچک 5 سانتی متر ^ 2 قرار می گیرند. داده های چوک و ترانسفورماتور: L1-1. L2 بر روی حلقه های ساخته شده از فریت 2000NM K12x8x3 در دو سیم با سیم PELSHO 0.25 پیچ می شود: 20 دور. TP1 - روی دو حلقه با هم، فریت 2000NN KZ 1x18.5x7؛

سیم پیچ 1 - 82 دور با سیم PEV-2 0.5: سیم پیچ II - 25 + 25 دور با سیم PEV-2 1.0: سیم پیچ III - 2 دور با سیم PEV-2 0.3. TP2 روی یک حلقه فریت 2000NN K10x6x5 پیچیده شده است. تمام سیم پیچ ها با سیم PEV-2 0.3 ساخته شده اند: سیم پیچ 1 - 10 دور:

سیم پیچ های II و III - هر کدام 6 دور، هر دو سیم پیچ (II و III) به گونه ای پیچیده می شوند که 50٪ از مساحت حلقه را بدون تماس یا همپوشانی با یکدیگر اشغال کنند، سیم پیچ I به طور یکنواخت به دور کل حلقه پیچیده می شود و با لایه ای از پارچه لاک عایق شده است. کویل های فیلتر یکسو کننده L3، L4 روی فریت 2000NM K 12x8x3 با سیم PEV-2 1.0 پیچ می شوند، تعداد چرخش ها 30 است. KT809A می تواند به عنوان ترانزیستور کلیدی VT1، VT2 استفاده شود. KT812، KT841.

رتبه بندی عناصر و داده های سیم پیچ ترانسفورماتورها برای ولتاژ خروجی 35 ولت داده شده است. در مواردی که پارامترهای عملیاتی دیگری مورد نیاز است، تعداد چرخش ها در سیم پیچ 2 Tr1 باید مطابق با آن تغییر کند.

مدار توصیف شده به دلیل تمایل به به حداقل رساندن تعداد اجزای مورد استفاده دارای اشکالات قابل توجهی است. این یک "سطح پایین تثبیت ولتاژ خروجی، عملکرد ناپایدار ناپایدار و جریان خروجی کم است. با این حال، برای تغذیه طرح های ساده کاملاً مناسب است. قدرت متفاوت(در صورت استفاده از اجزای مناسب)، مانند: ماشین حساب. شناسه تماس گیرنده وسایل روشنایی و غیره

مدار IP دیگر مبتنی بر مبدل پالس فرکانس بالا در شکل نشان داده شده است. 3.4-6. تفاوت اصلی بین این مدار و ساختار استاندارد نشان داده شده در شکل. 3.4-4 عدم وجود حلقه بازخورد است. در این راستا، پایداری ولتاژ در سیم پیچ های خروجی ترانسفورماتور RF Tr2 بسیار کم است و استفاده از تثبیت کننده های ثانویه مورد نیاز است (مدار از تثبیت کننده های یکپارچه جهانی در آی سی های سری KR142 استفاده می کند).

برنج. 3.4-4 نمودار ساختاری یک مبدل سوئیچینگ فرکانس بالا معمولی که توسط یک شبکه صنعتی تغذیه می شود

تصویر:

کوچک سازی و افزایش راندمان در توسعه و طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ با استفاده از کلاس جدیدی از اینورترهای نیمه هادی - ترانزیستورهای MIS، و همچنین: دیودهای قدرتمند با بازیابی سریع معکوس، دیودهای شاتکی، دیودهای فوق سریع، میدانی تسهیل می شود. ترانزیستورهای اثر با گیت عایق، مدارهای مجتمعمدیریت عناصر کلیدی. همه این موارد در دسترس هستند بازار داخلیو می تواند در طراحی منابع تغذیه با راندمان بالا، مبدل ها، سیستم های احتراق برای موتورهای احتراق داخلی (ICE)، سیستم های راه اندازی لامپ فلورسنت (LDS) استفاده شود. برای توسعه دهندگان نیز می توان کلاسی از دستگاه های قدرت به نام HEXSense - ترانزیستورهای MIS با سنجش جریان را مورد توجه قرار داد. آنها عناصر سوئیچینگ ایده آل برای سوئیچینگ منابع تغذیه هستند مدیریت آماده. توانایی خواندن جریان ترانزیستور سوئیچینگ را می توان در منابع تغذیه پالسی برای بازخورد جریان مورد نیاز کنترلر PWM استفاده کرد. این امر باعث ساده سازی طراحی منبع تغذیه می شود - حذف مقاومت های فعلی و ترانسفورماتورها از آن.

روی انجیر 3.4-7 نمودار یک منبع تغذیه سوئیچینگ 230 وات را نشان می دهد. ویژگی های اصلی عملکرد آن به شرح زیر است:

ولتاژ ورودی: -110 ولت 60 هرتز:

ولتاژ خروجی: 48 VDC:

جریان بار: 4.8 A:

فرکانس سوئیچینگ: 110 کیلوهرتز:

کارایی در بار کامل : 78%;

راندمان در بار 1/3: 83%.

مدار مبتنی بر یک مدولاتور پهنای پالس (PWM) با مبدل فرکانس بالا در خروجی است. اصل کار به شرح زیر است.

سیگنال کنترل کلید ترانزیستور از خروجی 6 کنترلر PWM DA1 می آید، چرخه وظیفه توسط مقاومت R4 به 50٪ محدود می شود، R4 و SZ عناصر زمان بندی ژنراتور هستند. منبع تغذیه DA1 توسط زنجیره VD5، C5، C6، R6 ارائه می شود. مقاومت R6 برای تامین ولتاژ در هنگام شروع ژنراتور طراحی شده است؛ پس از آن، بازخورد ولتاژ از طریق LI، VD5 فعال می شود. این بازخورد از سیم پیچ اضافی چوک خروجی به دست می آید که در حالت فلایبک کار می کند. علاوه بر تغذیه ژنراتور، ولتاژ فیدبک از طریق زنجیره VD4، Cl، Rl، R2 به ورودی فیدبک ولتاژ DA1 (پایه 2) تغذیه می شود. از طریق R3 و C2 جبرانی ارائه می شود که پایداری حلقه بازخورد را تضمین می کند.

بر اساس این طرح، امکان ساخت تثبیت کننده های سوئیچینگ با سایر پارامترهای خروجی وجود دارد.

منبع تغذیه سوئیچ شده

مشخص است که منابع تغذیه بخشی جدایی ناپذیر از دستگاه های مهندسی رادیو هستند که مشمول تعدادی از الزامات هستند. آنها مجموعه ای از عناصر، ابزارها و دستگاه هایی هستند که انرژی الکتریکی تولید می کنند و آن را به شکل لازم برای اطمینان از شرایط عملیاتی مورد نیاز برای دستگاه های رادیویی تبدیل می کنند.

منابع برق به دو گروه منابع برق اولیه و ثانویه تقسیم می شوند: منابع اولیه وسایلی هستند که انواع انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند (مولدهای الکتریکی، منابع جریان الکتروشیمیایی، مبدل های فوتوالکتریک و ترمیونی و ...).

دستگاه های برق ثانویه مبدل های یک نوع انرژی الکتریکی به نوع دیگر هستند. اینها عبارتند از: مبدلهای ولتاژ AC به DC (یکسو کننده). مبدل های مقدار ولتاژ AC (ترانسفورماتور)؛ مبدل های ولتاژ DC به AC (اینورتر).

سهم منابع تغذیه در حال حاضر 30 تا 70 درصد از کل جرم و حجم تجهیزات REA را تشکیل می دهد. بنابراین مشکل ایجاد یک منبع تغذیه مینیاتوری، سبک و قابل اعتماد با عملکرد فنی و اقتصادی خوب مهم و مرتبط است. این کار به توسعه یک منبع برق ثانویه (SSE) با حداقل وزن و اندازه و مشخصات فنی بالا اختصاص داده شده است.

یک پیش نیاز برای طراحی منابع برق ثانویه، دانش روشن از الزامات آنها است. این الزامات بسیار متنوع هستند و با ویژگی های عملکرد مجموعه های REA که توسط یک PSE معین تغذیه می شوند تعیین می شوند. الزامات اصلی عبارتند از: طراحی - قابلیت اطمینان، قابلیت نگهداری، محدودیت های اندازه و جرم، شرایط حرارتی. به مشخصات فنی و اقتصادی - هزینه و قابلیت ساخت.

جهت های اصلی برای بهبود وزن و اندازه و شاخص های فنی و اقتصادی IP: استفاده از جدیدترین مواد الکتریکی. استفاده از پایه عنصر با استفاده از فناوری ترکیبی انتگرال. افزایش فرکانس تبدیل انرژی الکتریکی؛ جستجو برای راه حل های جدید مدار موثر برای انتخاب طرح ISE، تحلیلی از کارایی استفاده از منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) در مقایسه با PS های قدرت ساخته شده با استفاده از فناوری سنتی انجام شد.

معایب اصلی پاور IP ویژگی های وزن و اندازه بالا و همچنین تأثیر قابل توجه بر سایر دستگاه های REE قوی است. میدان مغناطیسیترانسفورماتورهای قدرت مشکل SMPS ایجاد تداخل فرکانس بالا توسط آنها و در نتیجه ناسازگاری الکترومغناطیسی با برخی از انواع تجهیزات الکترونیکی است. تجزیه و تحلیل نشان داد که IIP الزامات را به طور کامل برآورده می کند، که با استفاده گسترده آنها در REA تأیید می شود.

این مقاله یک SMPS با توان 800 وات را در نظر می گیرد که با استفاده از ترانزیستورهای اثر میدانی و ترانسفورماتور با سیم پیچ اولیه با خروجی متوسط ​​در مبدل با سایر SMPS ها متفاوت است. FET ها بیشتر ارائه می دهند بازدهی بالاو نویز فرکانس بالا کاهش می یابد و ترانسفورماتور ترمینال میانی نیمی از جریان را از طریق ترانزیستورهای کلیدی ارائه می کند و نیاز به ترانسفورماتور ایزوله را در مدارهای دروازه آنها بی نیاز می کند.

بر اساس اصل انتخاب شده مدار الکتریکیطراحی توسعه یافت و نمونه اولیه SMPS تولید شد. کل ساختار به صورت یک ماژول نصب شده در یک کیس آلومینیومی ارائه شده است. پس از آزمایش های اولیه، تعدادی از کاستی ها آشکار شد: گرم شدن قابل توجه رادیاتورهای ترانزیستورهای کلیدی، دشواری حذف گرما از مقاومت های قدرتمند خانگی و ابعاد بزرگ.

طراحی بهبود یافته است: طراحی برد کنترل با استفاده از اجزای نصب شده روی یک تخته دو طرفه، نصب عمود بر روی برد اصلی تغییر کرده است. استفاده از رادیاتور با فن داخلی از رایانه؛ تمام عناصر تحت تنش حرارتی مدار به طور ویژه در یک طرف کیس در امتداد جهت دمیدن فن اصلی قرار داشتند تا خنک‌کننده مؤثرتر باشد. در نتیجه بازنگری، ابعاد IPP سه برابر کاهش یافت و کاستی‌های شناسایی شده در آزمایش‌های اولیه برطرف شد. نمونه اصلاح شده دارای مشخصات زیر است: ولتاژ تغذیه Upit=~180-240 V، فرکانس fwork=90 kHz، توان خروجی Pp=800 W، بازده=85٪، وزن=2.1 کیلوگرم، ابعاد کلی 145X145X80 میلی متر.

این کار به طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ طراحی شده برای تقویت کننده قدرت فرکانس صوتی، که بخشی از یک سیستم بازتولید صدای خانگی است، اختصاص دارد. قدرت بالا. ایجاد یک سیستم بازتولید صدای خانگی با انتخاب طرح مدار UMZCH آغاز شد. برای این، تجزیه و تحلیل طراحی مدار دستگاه های بازتولید صدا انجام شد. این انتخاب در طرح وفاداری بالا UMZCH متوقف شد.

این آمپلی فایر عملکرد بسیار بالایی دارد، حاوی وسایل حفاظت اضافه بار و اتصال کوتاه، دستگاه هایی برای حفظ پتانسیل صفر ولتاژ ثابت در خروجی و دستگاهی برای جبران مقاومت سیم های متصل کننده تقویت کننده به آکوستیک. با اينكه طرح UMZCHمدتها پیش منتشر شد، آماتورهای رادیویی تا به امروز طراحی آن را تکرار می کنند، که تقریباً در هر ادبیات مربوط به مونتاژ دستگاه هایی برای بازتولید موسیقی با کیفیت بالا است. بر اساس این مقاله، تصمیم به مونتاژ یک UMZCH چهار کاناله گرفته شد که مصرف برق کل آن 800 وات بود. از همین رو گام بعدیمونتاژ UMZCH توسعه و مونتاژ یک طراحی منبع تغذیه بود که توان خروجی حداقل 800 وات، ابعاد و وزن کوچک، قابلیت اطمینان در کار و محافظت در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه را فراهم می کند.

منابع تغذیه عمدتاً طبق دو طرح ساخته می شوند: کلاسیک سنتی و با توجه به طرح مبدل های ولتاژ سوئیچینگ. بنابراین، تصمیم گرفته شد که طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ را مونتاژ و اصلاح کنیم.

تحقیق در مورد منابع تغذیه ثانویه منابع تغذیه به دو گروه منبع تغذیه اولیه و ثانویه تقسیم می شوند.

منابع اولیه وسایلی هستند که انواع مختلف انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند (مولد ماشین های الکتریکی، منابع جریان الکتروشیمیایی، مبدل های فوتوالکتریک و ترمیونیک و غیره).

دستگاه های برق ثانویه مبدل های یک نوع انرژی الکتریکی به نوع دیگر هستند. این شامل:

• * مبدل های ولتاژ AC به DC (یکسو کننده)؛
• * مبدل های ولتاژ AC (ترانسفورماتور)؛
• * مبدل های DC به AC (اینورتر).

منابع تغذیه ثانویه عمدتاً طبق دو طرح ساخته می شوند: کلاسیک سنتی و با توجه به طرح مبدل های ولتاژ پالس. نقطه ضعف اصلی MT های قدرت، ساخته شده بر اساس طرح کلاسیک سنتی، ویژگی های وزن و اندازه بزرگ آنها و همچنین تأثیر قابل توجهی بر سایر دستگاه های REE یک میدان مغناطیسی قوی ترانسفورماتورهای قدرت است. مشکل SMPS ایجاد تداخل فرکانس بالا توسط آنها و در نتیجه ناسازگاری الکترومغناطیسی با برخی از انواع REA است. تجزیه و تحلیل نشان داد که IIP الزامات را به طور کامل برآورده می کند، که با استفاده گسترده آنها در REA تأیید می شود.

ترانسفورماتورهای منبع تغذیه سوئیچینگ با انواع سنتی به روش زیر متفاوت هستند: - منبع تغذیه با ولتاژ مستطیلی. شکل پیچیده سیم پیچ ها (سرنخ های نقطه میانی) و عملکرد در فرکانس های بالاتر (تا چند ده کیلوهرتز). علاوه بر این، پارامترهای ترانسفورماتور تأثیر قابل توجهی بر عملکرد دستگاه های نیمه هادی و ویژگی های مبدل دارد. بنابراین، اندوکتانس مغناطیسی ترانسفورماتور زمان سوئیچینگ ترانزیستورها را افزایش می دهد. اندوکتانس نشتی (با یک جریان به سرعت در حال تغییر) علت اضافه ولتاژ در ترانزیستورها است که می تواند منجر به خرابی آنها شود. جریان بدون بار باعث کاهش راندمان مبدل و بدتر شدن رژیم حرارتی ترانزیستورها می شود. ویژگی های ذکر شده در هنگام محاسبه و طراحی ترانسفورماتورهای SMPS در نظر گرفته می شود.

در این مقاله یک منبع تغذیه سوئیچینگ با توان 800 وات در نظر گرفته شده است. با استفاده از ترانزیستورهای اثر میدانی و ترانسفورماتور با سیم پیچ اولیه با خروجی متوسط ​​در مبدل با مواردی که قبلا توضیح داده شد متفاوت است. اولی راندمان بالاتر و کاهش تداخل فرکانس بالا را فراهم می کند و دومی - نیمی از جریان عبوری از ترانزیستورهای کلیدی را فراهم می کند و نیاز به ترانسفورماتور ایزوله را در مدارهای دروازه آنها حذف می کند.

عیب چنین طراحی مداری ولتاژ بالا در نیمه های سیم پیچ اولیه است که نیاز به استفاده از ترانزیستورهایی با ولتاژ مجاز مناسب دارد. درست است، بر خلاف مبدل پل، در این مورد به جای چهار ترانزیستور، دو ترانزیستور کافی است، که طراحی را ساده می کند و کارایی دستگاه را افزایش می دهد.

منبع تغذیه سوئیچینگ (UPS) از مبدل های فرکانس بالا یک و دو زمانه استفاده می کند. راندمان اولی کمتر از دومی است، بنابراین طراحی یو پی اس های تک چرخه با توان بیش از 40 ... 60 وات توصیه نمی شود. مبدل‌های فشاری به شما امکان می‌دهند خیلی بیشتر به دست آورید توان خروجیبا راندمان بالا آنها به چندین گروه تقسیم می شوند که با روش تحریک ترانزیستورهای کلید خروجی و مدار گنجاندن آنها در مدار سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور مبدل مشخص می شود. اگر در مورد روش تحریک صحبت کنیم، دو گروه را می توان تشخیص داد: با خود تحریکی و تحریک خارجی.

اولی به دلیل مشکلاتی که در راه اندازی وجود دارد، محبوبیت کمتری دارند. هنگام طراحی یو پی اس های قدرتمند (بیش از 200 وات)، پیچیدگی ساخت آنها به طور غیر منطقی افزایش می یابد، بنابراین برای چنین منابع تغذیه ای کاربرد کمی دارند. مبدل های برانگیخته بیرونی برای کاربردهای UPS با قدرت بالا مناسب هستند و گاهی اوقات نیاز به تعمیر و نگهداری کم یا بدون نیاز دارند. در مورد اتصال ترانزیستورهای کلیدی به ترانسفورماتور، در اینجا سه ​​طرح وجود دارد: به اصطلاح نیم پل (شکل 1، الف)، پل (شکل 1، ب). تا به امروز، پر استفاده ترین مبدل نیم پل.

این نیاز به دو ترانزیستور با نسبتا ارزش بالاولتاژ Ukemax. همانطور که از شکل 1a مشاهده می شود، خازن های C1 و C2 یک تقسیم کننده ولتاژ را تشکیل می دهند که سیم پیچ اولیه (I) ترانسفورماتور T2 به آن متصل است. هنگام باز کردن ترانزیستور کلید، دامنه پالس ولتاژ روی سیم پیچ به مقدار Upit / 2 - Uke nac می رسد. مبدل پل شبیه به نیم پل است، اما در آن خازن ها با ترانزیستورهای VT3 و VT4 (شکل 1b) جایگزین می شوند که به صورت جفت به صورت مورب باز می شوند. این مبدل به دلیل افزایش ولتاژ وارد شده به سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور و در نتیجه کاهش جریان عبوری از ترانزیستورهای VT1-VT4 دارای راندمان کمی بالاتر است. دامنه ولتاژ روی سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور در این مورد به مقدار Upit - 2Uke us می رسد.

نکته قابل توجه مبدل مطابق طرح در شکل 1c است که با بالاترین راندمان مشخص می شود. این امر با کاهش جریان سیم‌پیچ اولیه و در نتیجه کاهش اتلاف توان در ترانزیستورهای کلیدی حاصل می‌شود که بسیار مهم است. یو پی اس قدرتمند. دامنه پالس های ولتاژ در نیمی از سیم پیچ اولیه به مقدار Upit - Uke us افزایش می یابد.

همچنین لازم به ذکر است که بر خلاف سایر مبدل ها نیازی به ترانسفورماتور ایزولاسیون ورودی ندارد. در دستگاه مطابق با طرح شکل 1c، لازم است از ترانزیستورهایی با مقدار Uke max بالا استفاده شود. از آنجایی که انتهای قسمت بالایی (طبق طرح) نیمی از سیم پیچ اولیه به ابتدای سیم پیچ پایینی متصل است، هنگامی که جریان در اولین آنها جریان می یابد (VT1 باز است)، ولتاژی در سیم پیچ دوم ایجاد می شود. برابر (در مقدار مطلق) با دامنه ولتاژ در اول، اما در مقابل علامت نسبت به Upit. به عبارت دیگر، ولتاژ در کلکتور ترانزیستور بسته VT2 به 2Upit می رسد. بنابراین، حداکثر Uke آن باید بیشتر از 2Upit باشد. در یو پی اس پیشنهادی از مبدل فشار کش با ترانسفورماتور استفاده می شود که سیم پیچ اولیه آن دارای خروجی متوسط ​​است. راندمان بالایی دارد سطح پایینموج می زند و تداخل ضعیفی را به فضای اطراف ساطع می کند.

تثبیت ولتاژهای خروجی
منبع تغذیه پالسی

این مقاله بر اساس کتاب A. V. GOLOVKOV و V. B LYUBITSKY "منابع تغذیه برای ماژول های سیستم از نوع IBM PC-XT/AT" انتشارات "LAD i N" تهیه شده است.

مدار تثبیت ولتاژ خروجی در کلاس UPS مورد بررسی یک حلقه کنترل اتوماتیک بسته است (شکل 31). این حلقه شامل:
طرح کنترل 8;
تطبیق مرحله پیش تقویت کننده 9;
ترانسفورماتور کنترل DT;
مرحله قدرت 2;
ترانسفورماتور پالس قدرت RT;
بلوک یکسو کننده 3;
چوک ارتباط بین کانالی 4;
فیلتر واحد 5;
تقسیم کننده ولتاژ فیدبک 6;
تقسیم کننده ولتاژ مرجع 7.
مدار کنترل 8 شامل واحدهای عملکردی زیر است:
تقویت کننده سیگنال خطا 8.1 با مدار تصحیح Zk.
مقایسه کننده PWM (مدولاتور) 8.2;
ژنراتور ولتاژ دندانه اره (نوسانگر) 8.3;
منبع ولتاژ تثبیت شده مرجع Uref 8.4.
در حین کار، تقویت کننده سیگنال خطا 8.1 سیگنال خروجی تقسیم کننده ولتاژ b را با ولتاژ مرجع تقسیم کننده 7 مقایسه می کند. سیگنال تقویت شدهعدم تطابق به مدولاتور عرض پالس 8.2 می رود، که مرحله نهایی تقویت کننده قدرت 9 را کنترل می کند، که به نوبه خود، سیگنال کنترل مدوله شده را از طریق ترانسفورماتور کنترل DT به مرحله قدرت مبدل 2 می دهد. مرحله برق توسط یک مدار بدون ترانسفورماتور تغذیه می شود. ولتاژ متناوب شبکه تغذیه توسط یکسو کننده اصلی 1 یکسو می شود و به مرحله برق تغذیه می شود، جایی که توسط خازن های رک خازنی صاف می شود. بخشی از ولتاژ خروجی تثبیت کننده با یک ولتاژ مرجع ثابت مقایسه می شود و سپس اختلاف حاصل (سیگنال عدم تطابق) با معرفی جبران مناسب تقویت می شود. Pulse Width Modulator 8.2 تبدیل می کند سیگنال آنالوگکنترل به یک سیگنال مدوله شده با عرض پالس با چرخه کاری پالس متغیر. در کلاس UPS در نظر گرفته شده، مدار مدولاتور سیگنال دریافتی از خروجی تقویت کننده سیگنال خطا را با ولتاژ دندانه اره ای که از یک ژنراتور ویژه 8.3 به دست می آید، مقایسه می کند.

شکل 31. مدار کنترل یک منبع تغذیه سوئیچینگ معمولی بر اساس تراشه کنترل TL494.

شکل 32. تنظیم سطح ولتاژهای خروجی UPS PS-200B.

شکل 33. تنظیم سطح ولتاژهای خروجی UPS LPS-02-150XT.

شکل 34. تنظیم سطح ولتاژ خروجی UPS Appis.

شکل 35. تنظیم سطح ولتاژ خروجی UPS GT-200W.

با این حال، رایج ترین مورد زمانی است که هیچ تنظیمی وجود ندارد که به شما امکان می دهد ولتاژ خروجی واحد را تحت تأثیر قرار دهید. در این حالت، ولتاژ در هر یک از ورودی‌های 1 یا 2 به طور دلخواه در محدوده 2.5 + تا 5 + ولت انتخاب می‌شود و ولتاژ ورودی باقی‌مانده با استفاده از یک مقاومت شنت با اهم بالا انتخاب می‌شود تا واحد تولید کند. ولتاژهای خروجی مشخص شده در گذرنامه در حالت بار نامی. برنج. 35 مورد انتخاب سطح ولتاژ مرجع را نشان می دهد، شکل. 34 - مورد انتخاب سطح سیگنال بازخورد را نشان می دهد. قبلاً ذکر شد که مقدار ناپایداری ولتاژ خروجی تحت تأثیر عوامل بی ثبات کننده (تغییر در جریان بار، ولتاژ تغذیه و دمای محیط) را می توان با افزایش بهره مدار بازخورد (بهره تقویت کننده DA3) کاهش داد. ).
با این حال حداکثر مقدارافزایش DA3 توسط شرایط پایداری محدود شده است. از آنجایی که هم UPS و هم بار شامل عناصر واکنشی (القایی یا خازنی) هستند که انرژی را جمع می کنند، در شرایط گذرا، انرژی بین این عناصر توزیع مجدد می شود. این شرایط می تواند منجر به این واقعیت شود که با پارامترهای خاصی از عناصر ، فرآیند گذرا برقراری ولتاژهای خروجی UPS شخصیت نوسانات بدون میرا به خود می گیرد یا میزان بیش از حد در حالت گذرا به مقادیر غیرقابل قبول می رسد.

شکل 36. گذرا (نوسانی و غیر پریودیک) ولتاژ خروجی UPS در طول تغییر ناگهانی در جریان بار (a) و ولتاژ ورودی (b).

روی انجیر شکل 36 گذر ولتاژ خروجی را در طی یک تغییر ناگهانی در جریان بار و ولتاژ ورودی نشان می دهد. اگر ولتاژ خروجی پس از قطع شدن اختلالی که باعث خارج شدن ولتاژ خروجی از آن شده است، به مقدار ثابت بازگردد، به طور پایدار کار می کند. حالت اولیه(شکل 37، الف).

شکل 37. تغییرات ولتاژ خروجی UPS در سیستم های پایدار (a) و ناپایدار (b).

اگر این شرط برآورده نشود، سیستم ناپایدار است (شکل 37.6). اطمینان از پایداری منبع تغذیه سوئیچینگ شرط لازم برای آن است عملکرد طبیعی. فرآیند انتقالبسته به پارامترهای یو پی اس، نوسانی یا غیر پریودیک است، در حالی که ولتاژ خروجی یو پی اس دارای مقدار اضافه خروجی مشخص و زمان گذرا است. انحراف ولتاژ خروجی از مقدار نامی در عنصر اندازه‌گیری مدار بازخورد تشخیص داده می‌شود (در UPS مورد بررسی، یک تقسیم‌کننده مقاومتی متصل به گذرگاه ولتاژ خروجی +5V به عنوان عنصر اندازه‌گیری استفاده می‌شود). به دلیل اینرسی حلقه کنترل، مقدار اسمی ولتاژ خروجی با تاخیر مشخص تنظیم می شود. در این صورت، طرح کنترل اینرسی تا مدتی به تأثیر خود در همان جهت ادامه خواهد داد. در نتیجه، بیش از حد اتفاق می افتد، یعنی. انحراف ولتاژ خروجی از مقدار اسمی آن در جهت مخالف انحراف اصلی. مدار کنترل دوباره ولتاژ خروجی را معکوس می کند و به همین ترتیب. به منظور اطمینان از پایداری حلقه کنترل ولتاژ خروجی UPS با حداقل مدت زمان فرآیند گذرا، مشخصه دامنه فرکانس تقویت کننده خطا DA3 تصحیح می شود. این کار با استفاده از مدارهای RC انجام می شود که به عنوان مدار بازخورد منفی گنجانده شده است و تقویت کننده DA3 را پوشش می دهد. نمونه هایی از چنین زنجیره های اصلاحی در شکل نشان داده شده است. 38.

شکل 38. نمونه های پیکربندی مدارهای RC اصلاحی برای تقویت کننده خطای ولتاژ DA3.

برای کاهش سطح تداخل، مدارهای RC غیرپریودیک در سمت ثانویه منبع تغذیه سوئیچینگ نصب می شوند. اجازه دهید با جزئیات بیشتری در مورد اصل عمل آنها صحبت کنیم.
فرآیند گذرا جریان از طریق دیودهای یکسو کننده در لحظه های سوئیچینگ به شکل تحریک شوک رخ می دهد (شکل 39، a).

شکل 39. نمودارهای زمان بندی ولتاژ دیود بازیابی معکوس:
الف) - بدون زنجیره RC؛ ب) - در حضور یک زنجیره RC.

منبع تغذیه سوئیچینگ - مدار الکترونیکی، جایی که ولتاژ ورودی تصحیح می شود، فیلتر می شود، برای انتقال از طریق یک ترانسفورماتور با اندازه کوچک به صورت انفجاری از پالس های فرکانس بالا بریده می شود. بلوک با پارامترهای قابل تنظیم انعطاف پذیر قابل مدیریت می شود. جرم سنگین ترین قسمت منبع - ترانسفورماتور - کاهش می یابد. در ادبیات انگلیسی به چنین دستگاه هایی Switching-Mode می گویند منبع تغذیه(SMPS).

ابزار SMPS (منبع تغذیه حالت سوئیچ)

ظهور منابع تغذیه سوئیچینگ

تسلا همچنین نگران اندازه ترانسفورماتورها بود. دانشمند با تکرار تجربه پس از تجربه، ثابت کرد: فرکانس های بالاجریان برای انسان بی خطر است، باعث تلفات زیادی در هسته ترانسفورماتورها می شود. نتیجه اختلاف، اتخاذ فرکانس 60 هرتز برای ساخت نیروگاه برق آبی نیاگارا بود. ما با نیکولا تسلا شروع کردیم زیرا او اولین کسی بود که این نوسانات سریع را درک کرد به صورت مکانیکیشما نمی توانید. بنابراین، فرد باید استفاده کند مدارهای نوسانی. اینگونه بود که ترانسفورماتور تسلا ظاهر شد (22 سپتامبر 1896) که با کمک آن دانشمند تصمیم گرفت پیام ها و انرژی را از راه دور منتقل کند.

ماهیت اختراع در بخش در مورد، ما توضیح داده شده است اطلاعات مختصر. ترانسفورماتور از دو قسمت به صورت سری تشکیل شده است. سیم پیچ اولیه سیم پیچ اول به یک منبع ولتاژ متناوب با فرکانس نسبتا پایین متصل شد. با توجه به نسبت تبدیل کم، خازن متصل به سیم پیچ ثانویه تا پتانسیل بالایی شارژ شد. ولتاژ به آستانه رسید، شکاف جرقه که به موازات خازن متصل شده بود، شکست. یک فرآیند تخلیه نوسانی از طریق سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور دوم به مدار خارجی آغاز شد. تسلا ولتاژهای رادیویی با دامنه میلیون ها ولت دریافت می کرد.

اولین گام در ایجاد منابع تغذیه سوئیچینگ، که در آن ولتاژ فرکانس نسبتا پایین به پالس تبدیل می شود. طرح مشابهی در سال 1910 توسط چارلز کترینگ ایجاد شد و سیستم های جرقه زنی خودرو را تجهیز کرد. منابع تغذیه سوئیچینگ در دهه 60 ظاهر شد. ایده به حداقل رساندن اندازه ترانسفورماتورها (پس از نیکولا تسلا) توسط شرکت جنرال الکتریک در سال 1959 در شخص جوزف مورفی و فرانسیس استارچتز (پتنت ایالات متحده 3,040,271) مطرح شد. این ایده بلافاصله پاسخ گرمی پیدا نکرد (مناسب نبود پایه عنصر)، در سال 1970 شرکت Tectronics خطی از اسیلوسکوپ ها را با منبع تغذیه جدید منتشر کرد.

دو سال بعد، از اینورترها در الکترونیک استفاده می شود (پتنت US3697854 A)، نکته اصلی این است که اولین مدل های داخلی ظاهر می شوند! ثبت اختراعات به یکدیگر اشاره می کنند، نمی توان فهمید که چه کسی برای اولین بار از ایده استفاده کرد کامپیوترهای شخصی. در اتحاد جماهیر شوروی، توسعه در سال 1970 آغاز شد، به دلیل ظاهر شدن در فروش یک دستگاه قدرتمند با فرکانس بالا. ترانزیستور ژرمانیوم 2T809A. همانطور که در ادبیات تصریح شده است، اولین کسی که در سال 1972 موفق شد یک مسکووی، کاندیدای علوم فنی L. N. Sharov بود. بعداً یک منبع تغذیه سوئیچینگ 400 وات توسط A. I. Ginzburg, S. A. Eranosyan ظاهر شد. در سال 1976، کامپیوترهای EC توسط تیمی به رهبری Zh.A. Mkrtchyan به یک محصول جدید مجهز شدند.

اولین منبع تغذیه سوئیچینگ شناخته شده برای مصرف کننده داخلی توسط تلویزیون های دیجیتالو ضبط کننده های ویدئویی، اغلب خراب، محصولات مدرن عاری از اشکال هستند - آنها به طور مداوم برای سال ها کار می کنند. لحظه آغاز دهه 90 اطلاعات زیر را ارائه می دهد:

1. توان ویژه: 35 - 120 وات بر دسی متر مکعب.
2. فرکانس کاری اینورتر: 30 - 150 کیلوهرتز.
3. راندمان: 75 - 85٪.
4. MTBF: 50 - 200 هزار ساعت (6250 روز کاری).

مزایای سوئیچینگ منابع تغذیه

منابع تغذیه خطی حجیم هستند، راندمان ضعیف است. بهره وری به ندرت از 30٪ بیشتر می شود. برای منابع تغذیه سوئیچینگ، ارقام متوسط ​​در محدوده 70 - 80٪ است، محصولاتی هستند که بسیار خارج از خط هستند. البته برای بهتر شدن. اطلاعات داده شده است: راندمان منبع تغذیه سوئیچینگ به 98٪ می رسد. در عین حال، ظرفیت های فیلتر مورد نیاز خازن ها کاهش می یابد. انرژی ذخیره شده در یک دوره با افزایش فرکانس به شدت کاهش می یابد. این به طور مستقیم به ظرفیت خازن بستگی دارد، به طور درجه دوم به دامنه ولتاژ.

افزایش فرکانس 20 کیلوهرتز (در مقایسه با 50/60) ابعاد خطی عناصر را تا 4 برابر کاهش می دهد. گل در مقایسه با انتظارات در محدوده رادیویی. علت تجهیز گیرنده ها به خازن های کوچک را توضیح می دهد.

دستگاه منبع تغذیه سوئیچینگ

ولتاژ ورودی اصلاح می شود. این فرآیند توسط یک پل دیودی انجام می شود، و کمتر توسط یک دیود منفرد. سپس ولتاژ به پالس بریده می شود، در اینجا ادبیات با خوشحالی به شرح ترانسفورماتور می رود. احتمالاً خوانندگان از این سؤال عذاب می‌کشند که چگونه یک چاپر (دستگاهی که پالس تولید می‌کند) کار می‌کند. بر اساس ریز مداری که مستقیماً با ولتاژ شبکه 230 ولت تغذیه می شود. معمولاً یک دیود زنر (تثبیت کننده نوع موازی) به طور ویژه نصب می شود.

این ریزمدار پالس‌هایی (20-200 کیلوهرتز) با دامنه نسبتاً کوچک تولید می‌کند که یک تریستور یا سایر سوئیچ‌های قدرت نیمه‌رسانا را کنترل می‌کند. تریستور پالس های ولتاژ بالا را قطع می کند برنامه انعطاف پذیرتولید شده توسط تراشه ژنراتور از آنجایی که ورودی است ولتاژ بالانیاز به حفاظت دارد ژنراتور توسط یک وریستور محافظت می شود، که مقاومت آن به شدت کاهش می یابد که از آستانه عبور می کند و موج مضر را به زمین می بندد. از سوئیچ قدرت، انفجارهای پالس به یک ترانسفورماتور فرکانس بالا با اندازه کوچک تغذیه می شود. ابعاد خطی نسبتا کم است. برای منبع تغذیه کامپیوتر 500 وات، در کف دست کودک قرار می گیرد.

ولتاژ حاصل دوباره اصلاح می شود. دیودهای شاتکی به دلیل افت ولتاژ کم اتصال فلز به نیمه هادی استفاده می شود. ولتاژ تصحیح شده فیلتر شده و به مصرف کنندگان عرضه می شود. به دلیل وجود بسیاری از سیم پیچ های ثانویه، به دست آوردن نام های قطبیت ها و دامنه های مختلف بسیار آسان است. داستان بدون ذکر حلقه بازخورد ناقص است. ولتاژهای خروجی با یک استاندارد (به عنوان مثال، دیود زنر) مقایسه می شود، حالت ژنراتور پالس تنظیم می شود: توان ارسالی (دامنه) به فرکانس، چرخه کار بستگی دارد. محصولات نسبتاً بی تکلف در نظر گرفته می شوند، آنها می توانند در طیف گسترده ای از ولتاژهای تغذیه کار کنند.

منبع تغذیه کیس

این فناوری اینورتر نامیده می شود که توسط جوشکاران استفاده می شود. اجاق های مایکروویو, اجاق گاز القایی, آداپتور تلفن های همراه، آی پد منبع تغذیه کامپیوتر نیز به روشی مشابه کار می کند.

منابع تغذیه سوئیچینگ مدار

ارائه شده توسط طبیعت 14 توپولوژی های پایهاجرای منابع تغذیه سوئیچینگ با مزایای ذاتی، ویژگی های منحصر به فرد. برخی از آنها برای ایجاد منابع تغذیه کم مصرف (زیر 200 وات) مناسب هستند، برخی دیگر بهترین کیفیت را هنگام تغذیه با ولتاژ شبکه 230 ولت (50/60 هرتز) نشان می دهند. و برای انتخاب توپولوژی مورد نظر بتوانید خواص هر کدام را تصور کنید. از نظر تاریخی، ابتدا سه مورد نامگذاری شده است:

• باک - باک، آهو، دلار.
• تقویت - شتاب.
• اینورتر قطبی - اینورتر قطبی.

سه توپولوژی مربوط به تنظیم کننده های خطی است. نوع دستگاه ها، بدون احتساب مزایا، پیشرو منبع تغذیه سوئیچینگ در نظر گرفته می شود. ولتاژ از طریق یک ترانسفورماتور تامین می شود، صاف می شود، بر روی کلید برق قطع می شود. کار کنترلر با بازخورد کنترل می شود که وظایف آن شامل تشکیل یک سیگنال خطا است. نوع دستگاه ها گردش مالی چند میلیارد دلاری در دهه 60 بود، فقط می توانست ولتاژ را کاهش دهد و سیم مشترک مصرف کننده با شبکه برق بسته شد.

توپولوژی باک

بنابراین "گوزن" وجود داشت. در ابتدا برای ولتاژ ثابت در نظر گرفته شده بود، سیگنال ورودی به پالس بریده شد، سپس انفجارها صاف شدند، فیلتر شدند تا به دست آید. توان متوسط. بازخورد چرخه وظیفه، فرکانس (مدولاسیون عرض پالس) را کنترل می کند. امروز نیز مشابه آن انجام می شود بلوک های کامپیوتریتغذیه. تقریباً بلافاصله، چگالی توان 1 تا 4 وات بر اینچ مکعب (متعاقبا تا 50 وات در اینچ مکعب) به دست آمد. خوب است که می توانید ولتاژهای خروجی زیادی را از ورودی جدا کنید.

ما تلفات را در لحظه سوئیچینگ ترانزیستور به عنوان یک نقطه ضعف در نظر می گیریم، ولتاژ قطبیت را تغییر می دهد، تا پالس بعدی زیر صفر باقی می ماند. قسمت مشخص شده سیگنال با دور زدن دیود به زمین بسته می شود و به فیلتر نمی رسد. وجود فرکانس های سوئیچینگ بهینه، که در آن هزینه ها به حداقل می رسد، یافت می شود. محدوده 25 تا 50 کیلوهرتز

تقویت توپولوژی

توپولوژی را چوک حلقه ای می نامند که در جلوی کلید قرار می گیرد. امکان افزایش ولتاژ ورودی تا مقدار دلخواه وجود دارد. مدار به این صورت عمل می کند:

1. در لحظه اولیه زمان، ترانزیستور باز است، سلف با انرژی منبع ولتاژ از طریق کلکتور، اتصالات p-n امیتر، زمین ذخیره می شود.
2. سپس کلید قفل می شود، فرآیند شارژ خازن شروع می شود. دریچه گاز انرژی را تحویل می دهد.
3. در نقطه ای، تقویت کننده بازخورد کار می کند، قدرت بار شروع می شود. خازن قادر به دادن انرژی به سوی کلید برق نیست، دیود تداخل می کند. بار توسط محموله گرفته می شود.
4. افت ولتاژ باعث می شود که حلقه بازخورد دوباره درگیر شود و دریچه گاز شروع به جمع آوری انرژی می کند.

توپولوژی اینورتر قطبی

توپولوژی اینورتر قطبی مشابه مدار قبلی است، سلف در پشت کلید قرار دارد. اینجوری کار میکنه:

در این مورد، ما موازی فرآیندهای ذخیره سازی/مصرف انرژی را مشاهده می کنیم. هر سه طرح در نظر گرفته شده دارای معایب زیر هستند:

1. یک ارتباط برای وجود دارد جریان مستقیمبین ورود و خروج به عبارت دیگر، هیچ جداسازی گالوانیکی وجود ندارد.
2. به دست آوردن رتبه های ولتاژ متعدد از یک مدار ممکن نیست.

معایب توسط توپولوژی های فشار-کشش-کشش، عقب مانده (دومی) حذف می شوند. هر دو از هلی کوپتر با فناوری فوروارد استفاده می کنند. در حالت اول از یک جفت ترانزیستور دیفرانسیل استفاده می شود. استفاده از یک کلید برای نیمی از دوره ممکن می شود. برای کنترل، یک مدار شکل دهی خاص مورد نیاز است که به طور متناوب این نوسانات را نوسان می دهد، شرایط حذف گرما بهبود می یابد. ولتاژ قطع دوقطبی است، سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور را تغذیه می کند، موارد ثانویه زیادی وجود دارد - مطابق با نیاز مصرف کنندگان.

در توپولوژی تاخیری، یک ترانزیستور با یک دیود جایگزین می شود. مدار اغلب توسط منابع تغذیه کم مصرف (تا 200 وات) با ولتاژ خروجی ثابت 60 - 200 ولت کار می کند.