Güç kaynağını değiştirmek. Anahtarlamalı güç kaynakları

Anahtarlamalı güç kaynağı, giriş gerilimini cihazın dahili elemanlarının ihtiyaç duyduğu değere dönüştürmek için kullanılır. diğer isim dürtü kaynakları yaygın olarak kullanılan invertörlerdir.

Ne olduğunu?

Evirici, girişin çift dönüşümünü kullanan ikincil bir güç kaynağıdır. alternatif akım voltajı. Çıkış parametrelerinin değeri, darbelerin süresi (genişliği) ve bazı durumlarda tekrarlanma sıklığı değiştirilerek düzenlenir. Bu tip modülasyona darbe genişlik modülasyonu denir.

Anahtarlamalı bir güç kaynağının çalışma prensibi

Eviricinin çalışması, birincil voltajın düzeltilmesine ve bunun bir dizi yüksek frekanslı darbeye dönüştürülmesine dayanır. Bu, geleneksel bir transformatörden farklıdır. Bloğun çıkış voltajı, negatif bir sinyal üretmek için kullanılır. geri bildirim, darbelerin parametrelerini ayarlamanıza izin verir. Darbe genişliğini kontrol ederek, çıkış parametrelerinin, voltajın veya akımın stabilizasyonunu ve ayarlanmasını organize etmek kolaydır. Yani hem voltaj dengeleyici hem de akım dengeleyici olabilir.

Çıkış değerlerinin sayısı ve polaritesi, anahtarlamalı güç kaynağının nasıl çalıştığına bağlı olarak çok farklı olabilir.

Güç kaynağı çeşitleri

Yapım şemalarına göre farklılık gösteren çeşitli invertör türleri kullanılmıştır:

• trafosuz;
• transformatör.

Birincisi, darbe dizisinin doğrudan çıkış doğrultucusuna ve cihazın yumuşatma filtresine gitmesiyle farklılık gösterir. Böyle bir şemanın minimum bileşenleri vardır. Basit bir invertör, özel bir entegre devre içerir - bir darbe genişliği üreteci.

Transformatörsüz cihazların dezavantajlarından en önemlisi, şebekeden galvanik izolasyona sahip olmaması ve elektrik çarpması riski oluşturabilmesidir. Ayrıca, genellikle küçük bir güce sahiptirler ve çıkış voltajının yalnızca 1 değerini verirler.

Daha yaygın olanı, transformatörün birincil sargısına yüksek frekanslı bir darbe dizisinin beslendiği transformatör cihazlarıdır. İstediğiniz kadar ikincil sargı olabilir, bu da birkaç çıkış voltajı oluşturmanıza olanak tanır. Her sekonder sargı, kendi doğrultucusu ve düzleştirme filtresi ile yüklenir.

Herhangi bir bilgisayar için güçlü bir anahtarlamalı güç kaynağı, yüksek güvenilirliğe ve güvenliğe sahip bir şemaya göre oluşturulmuştur. Geri besleme sinyali için burada 5 veya 12 Volt'luk bir voltaj kullanılır çünkü bu değerler en doğru stabilizasyonu gerektirir.

Yüksek frekanslı voltajı (50 Hz yerine onlarca kilohertz) dönüştürmek için transformatörlerin kullanılması, boyutlarını ve ağırlıklarını kat kat azaltmayı ve çekirdek malzeme olarak elektrikli demir değil, yüksek zorlayıcı güce sahip ferromanyetik malzemeleri kullanmayı mümkün kılmıştır ( manyetik devre).

DC dönüştürücüler ayrıca darbe genişliği modülasyonu temelinde oluşturulur. İnverter devreleri kullanılmadan, dönüşüm büyük zorluklarla ilişkilendirildi.

PSU şeması

Bir darbe dönüştürücünün en yaygın konfigürasyonunun devresi şunları içerir:

• ağ gürültüsü bastırma filtresi;
• doğrultucu;
• yumuşatma filtresi;
• darbe genişliği dönüştürücü;
• anahtar transistörler;
• çıkış yüksek frekanslı transformatör;
• çıkış doğrultucuları;
• çıkış bireysel ve grup filtreleri.

Gürültü bastırma filtresinin amacı, cihazın çalışmasından şebekeye olan girişimi geciktirmektir. Anahtarlama gücü yarı iletken elemanlarına, geniş bir frekans aralığında kısa süreli darbelerin oluşturulması eşlik edebilir. Bu nedenle, burada filtreleme ünitelerinin geçiş kondansatörleri olarak bu amaç için özel olarak tasarlanmış elemanların kullanılması gerekmektedir.

Doğrultucu, giriş AC voltajını DC'ye dönüştürmek için kullanılır ve bir sonraki yumuşatma filtresi, doğrultulmuş voltajın dalgalanmasını ortadan kaldırır.

Kullanıldığında doğrultucu ve filtre gereksiz hale gelir ve Giriş sinyali, gürültü bastırma filtresi devresini geçtikten sonra, doğrudan PWM olarak kısaltılan darbe genişliği dönüştürücüye (modülatör) beslenir.

PWM, anahtarlamalı güç kaynağı devresinin en karmaşık kısmıdır. Görevi şunları içerir:

• yüksek frekanslı darbelerin üretilmesi;
• bloğun çıkış parametrelerinin kontrolü ve darbe dizisinin geri besleme sinyaline göre düzeltilmesi;
• kontrol ve aşırı yük koruması.

PWM sinyali, bir köprü veya yarım köprü devresine bağlı güçlü anahtar transistörlerin kontrol çıkışlarına beslenir. Transistörlerin güç çıkışları, yüksek frekanslı çıkış transformatörünün birincil sargısına yüklenir. Geleneksel olanlar yerine, bağlantı noktalarında düşük voltaj düşüşü ve yüksek hız ile ayırt edilen IGBT veya MOSFET transistörleri kullanılır. Geliştirilmiş transistör parametreleri, aynı boyutlar ile güç dağılımını azaltmaya yardımcı olur ve teknik parametreler tasarımlar.

Çıkış darbe trafosu, klasik olanla aynı dönüştürme ilkesini kullanır. Bir istisna, daha yüksek bir sıklıkta çalışmaktır. Sonuç olarak, aynı iletim gücüne sahip yüksek frekanslı transformatörler daha küçük boyutlara sahiptir.

İkincil sargıdan gelen voltaj (birkaç tane olabilir) çıkış doğrultucularına verilir. Giriş doğrultucudan farklı olarak, ikincil devrenin doğrultucu diyotları artırılmış bir çalışma frekansına sahip olmalıdır. Schottky diyotları devrenin bu bölümünde en iyi şekilde çalışır. Geleneksel olanlara göre avantajları:

• yüksek çalışma frekansı;
• azaltılmış kapasitans p-n bağlantısı;
• küçük voltaj düşüşü

Anahtarlama güç kaynağının çıkış filtresinin amacı, gerekli minimum düzeltilmiş çıkış voltajının dalgalanması. Dalgalanma frekansı şebeke geriliminden çok daha yüksek olduğu için kondansatörlerin kapasitans değerleri ve bobinlerin endüktans değerlerine gerek yoktur.

Anahtarlamalı güç kaynağının kapsamı

Çoğu durumda yarı iletken stabilizatörlü geleneksel transformatörler yerine anahtarlamalı voltaj dönüştürücüler kullanılır. Aynı güce sahip invertörler, daha küçük toplam boyutlar ve ağırlık, yüksek güvenilirlik ve en önemlisi, daha yüksek verimlilik ve geniş bir giriş voltajı aralığında çalışabilme yeteneği ile ayırt edilir. Karşılaştırılabilir boyutlarda, maksimum invertör gücü birkaç kat daha yüksektir.

Doğrudan voltaj dönüşümü gibi bir alanda, darbeli kaynakların pratikte alternatif bir ikamesi yoktur ve sadece voltajı düşürmek için değil, aynı zamanda bir polarite değişikliği düzenlemek için artan bir voltaj üretmek için de çalışabilirler. Yüksek dönüşüm frekansı, çıkış parametrelerinin filtrelenmesini ve dengelenmesini büyük ölçüde kolaylaştırır.

Özelleştirilmiş küçük boyutlu invertörler Entegre devreler her türlü alet için şarj cihazı olarak kullanılır ve güvenilirlikleri öyledir ki hizmet ömrü şarj bloğuçalışma süresini aşabilir mobil cihaz birkaç defa.

LED aydınlatma kaynaklarını açmak için 12 Volt güç sürücüleri de darbeli bir devreye göre yapılmıştır.

Kendi ellerinizle anahtarlamalı bir güç kaynağı nasıl yapılır

Çeviriciler, özellikle güçlü olanlar, karmaşık devrelere sahiptir ve yalnızca deneyimli radyo amatörleri tarafından tekrarlanabilir. Ağ güç kaynaklarının kendi kendine montajı için, özel PWM denetleyici yongaları kullanan basit düşük güç devreleri önerilebilir. Bu tür IC'ler, az sayıda çemberleme elemanına sahiptir ve pratik olarak ayar ve ayarlama gerektirmeyen, kanıtlanmış tipik anahtarlama devrelerine sahiptir.

Ev yapımı yapılar veya onarımlarla çalışırken endüstriyel cihazlar devrenin bir kısmının her zaman şebeke potansiyelinde olacağı unutulmamalıdır, bu nedenle güvenlik önlemlerine uyulmalıdır.

ANAHTARLAMALI GÜÇ KAYNAĞI

Beslemede aşırı dengesiz voltajın sönümlenmesini varsayan geleneksel lineer güç kaynaklarının aksine çizgi elemanı, darbeli güç kaynakları, stabilize bir voltaj oluşturmak için diğer yöntemleri ve fiziksel olayları kullanır, yani: indüktörlerdeki enerji birikiminin etkisi ve ayrıca yüksek frekanslı dönüşüm olasılığı ve depolanan enerjinin sabit bir voltaja dönüştürülmesi. Darbeli güç kaynakları oluşturmak için üç tipik şema vardır (bkz. Şekil 3.4-1): yükseltme (çıkış voltajı giriş voltajından yüksektir), düşürme (çıkış voltajı giriş voltajından düşüktür) ve ters çevirme (çıkış voltajının tersi vardır) girişe göre polarite). Şekilden görülebileceği gibi, sadece endüktansı bağlama biçiminde farklılık gösterirler, aksi takdirde çalışma prensibi değişmeden kalır, yani.

Anahtar eleman (genellikle iki kutuplu veya MIS transistörleri), yaklaşık 20-100 kHz frekansta çalışan, periyodik olarak kısa bir süre (sürenin %50'sinden fazla olmamak üzere) uygulanır

indüktöre tam giriş düzensiz voltajını verir. dürtü akımı. bobin içinden akan, her darbede 1/2LI^2 manyetik alanında enerji birikmesini sağlar. Bobinden bu şekilde depolanan enerji yüke aktarılır (bir doğrultucu diyot kullanılarak doğrudan veya ikincil sargı aracılığıyla doğrultulur), çıkış yumuşatma filtresi kondansatörü, çıkış voltajının ve akımının sabit olmasını sağlar. Çıkış voltajı stabilizasyonu sağlanır otomatik ayar anahtar eleman üzerindeki darbelerin genişliği veya frekansı (geri besleme devresi, çıkış voltajını izlemek için tasarlanmıştır).

Bu, oldukça karmaşık olmasına rağmen, şema tüm cihazın verimliliğini önemli ölçüde artırabilir. Mesele şu ki, içinde bu durum, yükün kendisi dışında, devrede önemli miktarda güç tüketen hiçbir güç elemanı yoktur. Anahtar transistörler, doymuş bir anahtar modunda çalışır (yani, aralarındaki voltaj düşüşü küçüktür) ve gücü yalnızca oldukça kısa zaman aralıklarında (darbe süresi) dağıtır. Ek olarak, dönüşüm sıklığını artırarak gücü önemli ölçüde artırmak ve ağırlık ve boyut özelliklerini iyileştirmek mümkündür.

Darbeli IP'nin önemli bir teknolojik avantajı, çok çeşitli ekipmana güç sağlamak için ağdan galvanik yalıtımlı küçük boyutlu ağ IP'si temelinde inşa etme olasılığıdır. Bu tür IP'ler, yüksek frekans dönüştürücü devresine göre hacimli bir düşük frekanslı güç trafosu kullanılmadan oluşturulur. Bu, aslında, giriş voltajı olarak doğrultulmuş bir şebeke voltajının ve yüksek frekanslı bir transformatörün (küçük boyutlu ve yüksek verimliliğe sahip) kullanıldığı, voltaj düşürmeli tipik bir darbeli güç kaynağı devresidir. çıkış stabilize voltajının çıkarıldığı ikincil sargıdan depolama elemanı (bu transformatör ayrıca ağdan galvanik izolasyon sağlar).

Darbeli güç kaynaklarının dezavantajları şunları içerir: çıkışta yüksek düzeyde darbe gürültüsünün varlığı, yüksek karmaşıklık ve düşük güvenilirlik (özellikle el yapımı üretimde), pahalı yüksek voltajlı yüksek frekanslı bileşenlerin kullanılması ihtiyacı. en ufak bir arıza durumunda, "toplu halde" kolayca başarısız olur (bununla, kural olarak, etkileyici piroteknik etkiler gözlemlenebilir). Bir tornavida ve bir havya ile cihazların içini araştırmayı sevenler, bu tür devrelerin birçok elemanı yüksek voltaj altında olduğundan, darbeli bir IP ağı tasarlarken son derece dikkatli olmak zorunda kalacaklar.

Pirinç. 3.4-1 Anahtarlamalı güç kaynaklarının tipik blok şemaları

Resim:

2. Verimli düşük karmaşıklıklı anahtarlama regülatörü.

Verimli Düşük Sofistike Anahtarlama Regülatörü

Yukarıda açıklanan lineer stabilizatörde kullanılana benzer eleman tabanında (Şekil 3.3-3), bir anahtarlama voltajı regülatörü oluşturabilirsiniz. Aynı özelliklere sahip, önemli ölçüde daha küçük boyutlara ve daha iyi termal koşullara sahip olacaktır. Böyle bir stabilizatörün şematik bir diyagramı, Şek. 3.4-2. Stabilizatör göre monte edilir standart şema gerilim azaltma ile (Şekil 3.4-1a).

İlk açıldığında, C4 kondansatörü boşaldığında ve çıkışa yeterince güçlü bir yük bağlandığında, akım IC DA1 doğrusal regülatöründen akar. Bu akımın neden olduğu R1 boyunca voltaj düşüşü, endüktif direnç L1 büyük olduğundan ve transistörden yeterince aktığından, hemen doygunluk moduna giren anahtar transistör VT1'in kilidini açar. yüksek akım. R5'teki voltaj düşüşü, ana anahtar elemanı - transistör VT2'yi açar. Akım. L1'de büyüyen, C4'ü şarj ederken, R8'deki geri bildirimi yazarken

dengeleyici ve anahtar transistörden önce. Bobinde depolanan enerji yüke güç sağlar. C4'teki voltaj, stabilizasyon voltajının altına düştüğünde, DA1 ve anahtar transistör açılır. Döngü 20-30 kHz frekansta tekrarlanır.

Zincir R3. R4, C2 çıkış voltajı seviyesini ayarlayacaktır. Uct DA1'den Uin'e kadar küçük bir aralıkta sorunsuz bir şekilde ayarlanabilir. Bununla birlikte, Vout, Vin'e yakın yükseltilirse, maksimum yükte bir miktar istikrarsızlık ve artan bir dalgalanma seviyesi vardır. Yüksek frekanslı dalgalanmaları bastırmak için, dengeleyicinin çıkışına bir L2, C5 filtresi dahil edilmiştir.

Şema oldukça basittir ve bu karmaşıklık düzeyi için en etkilidir. Tüm güç elemanları VT1, VT2, VD1, DA1, küçük radyatörlerle sağlanır. Giriş voltajı, KR142EN8 stabilizatörleri için maksimum olan 30 V'u geçmemelidir. Doğrultucu Diyotlar en az 3 A'lık bir akım için başvurun.

Pirinç. 3.4-2 Basit bir eleman tabanına dayalı etkili bir anahtarlama regülatörünün şeması

Resim:

3. Cihaz kesintisiz güç kaynağı yüksek frekanslı darbe dönüştürücüye dayalı.

Anahtarlama dengeleyiciye dayalı kesintisiz güç kaynağı cihazı

Şek. 3.4-3, bir şarj cihazıyla birleştirilmiş bir anahtarlama dengeleyiciye dayalı güvenlik ve video gözetim sistemlerinin kesintisiz güç kaynağı için bir cihaz önerilmiştir. Dengeleyici, aşırı yük, aşırı ısınma, çıkış dalgalanmaları, kısa devrelere karşı koruma sistemleri içerir.

Stabilizatör aşağıdaki parametrelere sahiptir:

Giriş voltajı, Vvx - 20-30 V:

Çıkış stabilize gerilimi, Uvyx-12V:

Nominal yük akımı, Iload derecesi -5A;

Aşırı yüke karşı koruma sisteminin çalışma akımı, Izasch - 7A;.

Aşırı gerilim koruma sisteminin çalışma gerilimi, Uout koruması - 13 V;

Maksimum pil şarj akımı, Izar pil maks - 0,7 A;

Dalgalanma seviyesi. Yukarı darbe - 100 mV

Aşırı ısınmaya karşı koruma sisteminin çalışma sıcaklığı, Тzasch - 120 İle;

Pil gücüne geçiş hızı, tswitch - 10ms (röle RES-b RFO.452.112).

Tarif edilen cihazda anahtarlama stabilizatörünün çalışma prensibi, yukarıda sunulan stabilizatörünki ile aynıdır.

Cihaz, DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7 elemanları üzerinde yapılmış bir şarj cihazı ile desteklenir. R7'de akım bölücü ile voltaj regülatörü IC DA2. R8, maksimum ilk şarj akımını sınırlar, bölücü R9, R10, şarj çıkış voltajını ayarlar, VD2 diyotu, besleme voltajı olmadığında aküyü kendi kendine boşalmaya karşı korur.

Aşırı ısınma koruması, sıcaklık sensörü olarak termistör R16'yı kullanır. Koruma tetiklendiğinde, IC DD 1 üzerine monte edilmiş sesli sinyal cihazı açılır ve aynı zamanda yükün stabilizatörden bağlantısı kesilerek akü gücüne geçilir. Termistör, transistör VT1'in radyatörüne monte edilmiştir. Sıcaklık korumasının çalışma seviyesinin hassas ayarı, direnç R18 ile gerçekleştirilir.

Voltaj sensörü bir bölücü R13, R15 üzerine monte edilmiştir. direnç R15, aşırı gerilim korumasının (13 V) tam çalışma seviyesini ayarlar. Stabilizatörün çıkışındaki voltaj aşıldığında (sonuncusunun arızalanması durumunda), S1 rölesi yükü stabilizatörden ayırır ve aküye bağlar. Güç kesintisi durumunda, S1 rölesi "varsayılan" duruma geçer - örn. yükü aküye bağlar.

Burada gösterilen devre, pil için elektronik kısa devre korumasına sahip değildir. bu rol, maksimum akım tüketimi için tasarlanmış yük güç devresindeki bir sigorta tarafından gerçekleştirilir.

Pirinç. 3.4-3 Çok fonksiyonlu koruma sistemli 12V 5A kesintisiz güç kaynağı şeması

Resim:

4. Yüksek frekanslı darbe dönüştürücüye dayalı güç kaynakları.

Yüksek frekanslı darbe dönüştürücüye dayalı güç kaynakları

Çoğu zaman, cihazları tasarlarken, güç kaynağının boyutu için katı gereksinimler vardır. Bu durumda, tek çıkış yolu, yüksek voltajlı yüksek frekanslı darbe dönüştürücülere dayalı bir güç kaynağı kullanmaktır. ~220 V şebekeye genel bir düşük frekans düşürücü trafo kullanılmadan bağlanan ve küçük boyutlar ve ısı dağılımı ile yüksek güç sağlayabilen.

Yapısal şema tarafından desteklenen tipik darbe dönüştürücü endüstriyel ağŞekil 34-4'te gösterilmiştir.

Giriş filtresi, dürtü gürültüsünün ağa girmesini önlemek için tasarlanmıştır. Güç anahtarları, yüksek frekanslı bir transformatörün (tek ve

çift ​​yönlü devreler). Darbelerin sıklığı ve süresi, kontrollü bir jeneratör tarafından ayarlanır (genellikle darbe genişliği kontrolü kullanılır, daha az sıklıkla - frekans). Darbeli güç kaynakları, düşük frekanslı sinüzoidal sinyal transformatörlerinin aksine, geniş bantlı cihazlar kullanır. verimli iletim hızlı kenarlı sinyalleri açın. Bu, kullanılan manyetik devre tipi ve transformatörün tasarımı üzerinde önemli gereksinimler getirir. Öte yandan, artan frekansla birlikte, transformatörün gerekli boyutları (iletim gücünü korurken) azalır (modern malzemeler, 100-400 kHz'e kadar frekanslarda kabul edilebilir verimlilikle güçlü transformatörler yapmayı mümkün kılar). Çıkış doğrultucunun bir özelliği, sıradan güç diyotlarının değil, doğrultulmuş voltajın yüksek frekansından kaynaklanan yüksek hızlı Schottky diyotlarının kullanılmasıdır. Çıkış filtresi, çıkış voltajı dalgalanmasını yumuşatır. Geri besleme voltajı, referans voltajı ile karşılaştırılır ve ardından jeneratörü kontrol eder. Şebekeden çıkış voltajının izolasyonunu sağlamak istiyorsak gerekli olan geri besleme devresinde galvanik izolasyonun varlığına dikkat edin.

Bu tür IP'lerin imalatında, kullanılan bileşenler için (geleneksel olanlara göre maliyetlerini artıran) ciddi gereksinimler vardır. İlk olarak, arızaları önlemek için doğrultucu diyotların, filtre kapasitörlerinin ve anahtar transistörlerin çalışma voltajı 350 V'tan az olmamalıdır. İkinci olarak, yüksek frekanslı anahtar transistörler (çalışma frekansı 20-100 kHz) ve özel seramik kapasitörler kullanılmalıdır (sıradan oksit elektrolitler, yüksek endüktansları nedeniyle yüksek frekanslarda aşırı ısınırlar).

aktivite). Üçüncüsü, kullanılan manyetik devre tipine göre belirlenen (kural olarak toroidal çekirdekler kullanılır) yüksek frekanslı bir transformatörün doyma frekansı, dönüştürücünün çalışma frekansından önemli ölçüde yüksek olmalıdır.

Şek. 3.4-5, yüksek frekans dönüştürücüye dayalı klasik bir IP'nin şematik bir diyagramını gösterir. C1, C2, C3 kapasitörlerinden ve L1, L2 bobinlerinden oluşan filtre, güç kaynağını dönüştürücüden gelen yüksek frekanslı parazitlerden korumaya yarar. Jeneratör, kendi kendine salınan bir devreye göre yapılmıştır ve bir ana aşama ile birleştirilmiştir. Anahtar transistörler VT1 ve VT2, sırayla açılıp kapanarak antifazda çalışır. Jeneratörün çalıştırılması ve güvenilir çalışma, çığ arıza modunda çalışan VT3 transistörü tarafından sağlanır. C6'daki voltaj R3'e yükseldiğinde, transistör açılır ve kapasitör, jeneratörü başlatarak VT2'nin tabanına boşaltılır. Geri besleme gerilimi, güç trafosu Tpl'nin ek (III) sargısından çıkarılır.

Transistörler VT1. VT2, en az 100 cm ^ 2'lik plaka radyatörlere monte edilir. Schottky bariyerli VD2-VD5 diyotları, 5 cm ^ 2'lik küçük bir radyatör üzerine yerleştirilir. Jikle ve trafo verileri: L1-1. L2, PELSHO 0,25 telli: 20 turlu iki telde ferrit 2000NM K12x8x3'ten yapılmış halkalara sarılır. TP1 - bir araya getirilen iki halkada, ferrit 2000NN KZ 1x18,5x7;

sargı 1 - 82 tur PEV-2 0.5 teliyle: sargı II - 25 + 25 tur PEV-2 1.0 teliyle: sargı III - 2 tur PEV-2 0.3 teliyle. TP2, bir ferrit halka 2000NN K10x6x5 üzerine sarılmıştır. tüm sargılar PEV-2 0,3 tel ile yapılmıştır: sargı 1 - 10 tur:

sargılar II ve III - 6 tur, her iki sargı (II ve III) birbirine dokunmadan veya üst üste binmeden halka üzerindeki alanın %50'sini kaplayacak şekilde sarılır, sargı I tüm halkanın etrafına eşit şekilde sarılır ve vernikli bir kumaş tabakası ile yalıtılmıştır. Doğrultucu filtre bobinleri L3, L4, PEV-2 1.0 telli ferrit 2000NM K 12x8x3 üzerine sarılır, dönüş sayısı 30'dur. KT809A, VT1, VT2 anahtar transistörleri olarak kullanılabilir. KT812, KT841.

Elemanların anma değerleri ve transformatörlerin sargı verileri 35 V çıkış gerilimi için verilmiştir. Diğer çalışma parametrelerinin gerekli olduğu durumlarda, sargı 2 Tr1'deki sarım sayısı buna göre değiştirilmelidir.

Açıklanan devre, kullanılan bileşen sayısını en aza indirme arzusu nedeniyle önemli dezavantajlara sahiptir. Bu, düşük bir "çıkış voltajı stabilizasyonu seviyesi ve kararsız, güvenilmez çalışma ve düşük çıkış akımıdır. Bununla birlikte, basit tasarımlara güç sağlamak için oldukça uygundur. farklı güç(uygun bileşenleri kullanırken), örneğin: hesap makineleri. Arayan kimlikleri. aydınlatma armatürleri vb.

Yüksek frekanslı bir darbe dönüştürücüye dayalı başka bir IP devresi, Şek. 3.4-6. Bu devre ile standart yapı arasındaki temel fark, Şekil l'de gösterilmiştir. 3.4-4, bir geri besleme döngüsünün olmamasıdır. Bu bağlamda, RF transformatörü Tr2'nin çıkış sargılarındaki voltaj stabilitesi oldukça düşüktür ve ikincil stabilizatörlerin kullanılması gerekir (devre, KR142 serisi IC'lerde üniversal entegre stabilizatörler kullanır).

Pirinç. 3.4-4 Endüstriyel bir ağ tarafından desteklenen tipik bir yüksek frekanslı anahtarlama dönüştürücüsünün yapısal diyagramı

Resim:

Anahtarlamalı güç kaynaklarının geliştirilmesi ve tasarımında minyatürleştirme ve verimlilik artışı, yeni bir yarı iletken invertör sınıfı - MIS transistörleri ve ayrıca: hızlı geri dönüşlü güçlü diyotlar, Schottky diyotlar, ultra hızlı diyotlar, alan kullanımıyla kolaylaştırılır. -yalıtılmış kapılı efekt transistörleri, Entegre devreler yönetmek anahtar unsurlar. Bu öğelerin tümü şu adreste mevcuttur: iç pazar ve yüksek verimli güç kaynakları, dönüştürücüler, içten yanmalı motorlar için ateşleme sistemleri (ICE), flüoresan lamba çalıştırma sistemleri (LDS) tasarımında kullanılabilir. Geliştiriciler için büyük ilgi, akım algılamalı HEXSense - MIS transistörleri adı verilen bir güç cihazları sınıfı da olabilir. Güç kaynaklarını anahtarlamak için ideal anahtarlama elemanlarıdır. hazır yönetim. Anahtarlama transistörünün akımını okuyabilme özelliği, PWM denetleyicisinin ihtiyaç duyduğu akım geri beslemesi için darbeli güç kaynaklarında kullanılabilir. Bu, güç kaynağının tasarımının basitleştirilmesini sağlar - mevcut dirençlerin ve transformatörlerin ondan hariç tutulması.

Şek. 3.4-7, 230 W anahtarlamalı güç kaynağının bir diyagramını gösterir. Ana performans özellikleri aşağıdaki gibidir:

Giriş voltajı: -110V 60Hz:

Çıkış voltajı: 48 VDC:

Yük akımı: 4,8 A:

Anahtarlama frekansı: 110 kHz:

Tam yükte verimlilik : 78%;

1/3 yükte verimlilik: %83.

Devre, çıkışında yüksek frekans dönüştürücü bulunan bir darbe genişlik modülatörüne (PWM) dayanmaktadır. Çalışma prensibi aşağıdaki gibidir.

Anahtar transistör kontrol sinyali, PWM denetleyici DA1'in 6. çıkışından gelir, görev döngüsü, direnç R4 tarafından %50 ile sınırlandırılır, R4 ve SZ, jeneratörün zamanlama elemanlarıdır. Güç kaynağı DA1, VD5, C5, C6, R6 zinciri tarafından sağlanır. Direnç R6, jeneratörün başlatılması sırasında voltaj sağlamak üzere tasarlanmıştır; ardından, LI, VD5 aracılığıyla voltaj geri beslemesi etkinleştirilir. Bu geri bildirim, geri dönüş modunda çalışan çıkış jiklesindeki ek bir sargıdan elde edilir. Jeneratöre güç sağlamaya ek olarak, VD4, Cl, Rl, R2 zinciri üzerinden geri besleme voltajı DA1 voltaj geri besleme girişine (pim 2) beslenir. R3 ve C2 aracılığıyla, geri besleme döngüsünün kararlılığını garanti eden bir dengeleme sağlanır.

Bu şema temelinde, diğer çıkış parametreleri ile anahtarlama stabilizatörleri oluşturmak mümkündür.

ANAHTARLAMALI GÜÇ KAYNAĞI

Güç kaynaklarının, bir dizi gereksinime tabi olan radyo mühendisliği cihazlarının ayrılmaz bir parçası olduğu bilinmektedir; elektrik enerjisi üreten ve onu radyo cihazları için gerekli çalışma koşullarını sağlamak için gerekli forma dönüştüren bir dizi eleman, alet ve aparatlardır.

Güç kaynakları birincil ve ikincil güç kaynakları olarak iki gruba ayrılır: Birincil kaynaklar, çeşitli enerji türlerini elektrik enerjisine çeviren cihazlardır (elektrik jeneratörleri, elektrokimyasal akım kaynakları, fotoelektrik ve termiyonik dönüştürücüler vb.).

İkincil güç cihazları, bir tür elektrik enerjisini diğerine dönüştüren dönüştürücülerdir. Bunlar şunları içerir: AC'den DC'ye voltaj dönüştürücüler (doğrultucu); AC voltaj değeri dönüştürücüler (transformatörler); DC'den AC'ye voltaj dönüştürücüler (invertörler).

Güç kaynağı kaynaklarının payı şu anda REA ekipmanının toplam kütlesinin ve hacminin %30 ila %70'ini oluşturmaktadır. Bu nedenle, iyi teknik ve ekonomik performansa sahip minyatür, hafif ve güvenilir bir güç kaynağı cihazı yaratma sorunu önemli ve alakalıdır. Bu çalışma, minimum ağırlık ve boyuta ve yüksek teknik özelliklere sahip bir ikincil güç kaynağının (SSE) geliştirilmesine ayrılmıştır.

İkincil güç kaynaklarının tasarımı için bir ön koşul, onlar için gereksinimlerin açık bir şekilde bilinmesidir. Bu gereksinimler çok çeşitlidir ve belirli bir PSE tarafından desteklenen REA komplekslerinin çalışma özelliklerine göre belirlenir. Ana gereklilikler şunlardır: tasarıma - güvenilirlik, bakım kolaylığı, boyut ve kütle kısıtlamaları, termal koşullar; teknik ve ekonomik özelliklere - maliyet ve üretilebilirlik.

IP'nin ağırlığını ve boyutunu ve teknik ve ekonomik göstergelerini iyileştirmek için ana yönler: en son elektrik malzemelerinin kullanımı; eleman tabanının entegre hibrit teknolojisi kullanılarak uygulanması; elektrik enerjisi dönüşüm sıklığının arttırılması; yeni etkili devre çözümleri arayın. ISE şemasını seçmek için, geleneksel teknoloji kullanılarak yapılan güç PS'leri ile karşılaştırmalı olarak anahtarlamalı güç kaynakları (SMPS) kullanmanın verimliliğine ilişkin bir analiz yapılmıştır.

Power IP'nin ana dezavantajları, yüksek ağırlık ve boyut özelliklerinin yanı sıra diğer güçlü REE cihazları üzerinde önemli bir etkiye sahip olmasıdır. manyetik alan güç transformatörleri. SMPS'nin sorunu, bunlar tarafından yüksek frekanslı girişim yaratılması ve bunun sonucunda bazı elektronik ekipman türleri ile elektromanyetik uyumsuzluktur. Analiz, IIP'nin gereksinimleri tam olarak karşıladığını gösterdi ve bu, REA'daki geniş kullanımlarıyla doğrulandı.

Makale, alan etkili transistörler ve dönüştürücüde ortalama çıkışa sahip birincil sargılı bir transformatör kullanarak diğer SMPS'lerden farklı olan 800 W gücündeki bir SMPS'yi ele almaktadır. FET'ler daha fazlasını sağlar yüksek verim ve azaltılmış yüksek frekanslı gürültü ve orta terminal trafosu, akımın yarısını anahtar transistörler üzerinden iletir ve kapı devrelerinde bir izolasyon trafosu ihtiyacını ortadan kaldırır.

Seçilen prensibe göre elektrik devresi tasarım geliştirildi ve SMPS'nin bir prototipi üretildi. Tüm yapı, alüminyum bir kasaya monte edilmiş bir modül olarak sunulur. İlk testlerden sonra, bir dizi eksiklik ortaya çıktı: anahtar transistörlerin radyatörlerinde gözle görülür bir ısınma, güçlü yerli dirençlerden ısıyı çıkarmanın zorluğu ve büyük boyutlar.

Tasarım iyileştirildi: kontrol panosunun tasarımı, çift taraflı bir pano üzerinde yüzeye monte bileşenler kullanılarak değiştirildi, ana panoya dikey kurulumu; bilgisayardan dahili fanlı bir radyatörün kullanılması; Devrenin ısıya maruz kalan tüm elemanları, en verimli soğutma için ana fanın üfleme yönü boyunca kasanın bir tarafına özel olarak yerleştirildi. Revizyon sonucunda IPP'nin boyutları üç kat küçültülmüş ve ilk testler sırasında tespit edilen eksiklikler giderilmiştir. Değiştirilen örnek aşağıdaki özelliklere sahiptir: besleme voltajı Upit=~180-240 V, frekans fwork=90 kHz, çıkış gücü Pp=800 W, verimlilik=%85, ağırlık=2,1 kg, genel boyutlar 145X145X80 mm.

Bu çalışma, bir ev ses yeniden üretim sisteminin parçası olan bir ses frekansı güç amplifikatörüne güç sağlamak için tasarlanmış anahtarlamalı bir güç kaynağının tasarımına ayrılmıştır. yüksek güç. Bir ev sesi çoğaltma sisteminin oluşturulması, bir UMZCH devre tasarımı seçimi ile başladı. Bunun için ses üreten cihazların devre tasarımının analizi yapılmıştır. Seçim, UMZCH yüksek sadakat şemasında durduruldu.

Bu amplifikatör çok yüksek performansa sahiptir, aşırı yük koruma cihazları içerir ve kısa devreler, çıkışta sabit bir voltajın sıfır potansiyelini korumak için cihazlar ve amplifikatörü akustiğe bağlayan tellerin direncini telafi etmek için bir cihaz. Rağmen UMZCH şeması uzun zaman önce yayınlanan radyo amatörleri, yüksek kaliteli müzik çalma için cihazların montajı ile ilgili hemen hemen her literatürde referansları olan tasarımını bugüne kadar tekrarlıyor. Bu makaleye dayanarak, toplam güç tüketimi 800 watt olan dört kanallı bir UMZCH oluşturmaya karar verildi. Bu yüzden Sonraki adım UMZCH montajı, en az 800 W çıkış gücü, küçük boyutlar ve ağırlık, çalışma güvenilirliği ve aşırı yük ve kısa devrelere karşı koruma sağlayan bir güç kaynağı tasarımının geliştirilmesi ve montajıydı.

Güç kaynakları esas olarak iki şemaya göre inşa edilmiştir: geleneksel klasik ve voltaj dönüştürücüleri anahtarlama şemasına göre. Bu nedenle, anahtarlamalı bir güç kaynağının tasarımını birleştirmeye ve iyileştirmeye karar verildi.

İkincil güç kaynağı kaynaklarının araştırılması. Güç kaynakları birincil ve ikincil güç kaynakları olarak iki gruba ayrılır.

Birincil kaynaklar, çeşitli enerji türlerini elektrik enerjisine dönüştüren cihazlardır (elektrik makinesi jeneratörleri, elektrokimyasal akım kaynakları, fotoelektrik ve termiyonik dönüştürücüler vb.).

İkincil güç cihazları, bir tür elektrik enerjisini diğerine dönüştüren dönüştürücülerdir. Bunlar şunları içerir:

• * AC'den DC'ye voltaj dönüştürücüler (doğrultucular);
• * AC gerilim transdüserleri (transformatörler);
• * DC-AC dönüştürücüler (invertörler).

İkincil güç kaynakları esas olarak iki şemaya göre inşa edilmiştir: geleneksel klasik ve darbeli voltaj dönüştürücülerin şemasına göre. Geleneksel klasik şemaya göre yapılan güç MT'lerinin ana dezavantajı, büyük ağırlık ve boyut özelliklerinin yanı sıra, güç transformatörlerinin güçlü bir manyetik alanının diğer REE cihazları üzerinde önemli bir etkisidir. SMPS sorunu, onlar tarafından yüksek frekanslı girişim yaratılması ve bunun bir sonucu olarak - bazı REA türleri ile elektromanyetik uyumsuzluktur. Analiz, IIP'nin gereksinimleri tam olarak karşıladığını gösterdi ve bu, REA'daki geniş kullanımlarıyla doğrulandı.

Anahtarlamalı güç kaynaklarının transformatörleri, geleneksel olanlardan aşağıdaki şekillerde farklılık gösterir: - dikdörtgen voltajlı besleme; karmaşık sargı şekli (orta nokta uçları) ve daha yüksek frekanslarda çalışma (birkaç on kHz'e kadar). Ek olarak, transformatörün parametreleri, yarı iletken cihazların çalışması ve dönüştürücünün özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Böylece, transformatörün mıknatıslanma endüktansı, transistörlerin anahtarlama süresini artırır; kaçak endüktans (hızla değişen bir akımla), transistörlerde bozulmalarına yol açabilecek aşırı gerilimlerin nedenidir; yüksüz akım, dönüştürücünün verimliliğini azaltır ve transistörlerin termal rejimini kötüleştirir. SMPS trafoları hesaplanırken ve tasarlanırken belirtilen özellikler dikkate alınır.

Bu yazıda, 800 W gücünde bir anahtarlamalı güç kaynağı ele alınmıştır. Alan etkili transistörlerin ve dönüştürücüde ortalama çıkışa sahip birincil sargılı bir transformatörün kullanılmasıyla daha önce açıklananlardan farklıdır. İlki, daha yüksek verimlilik ve azaltılmış yüksek frekanslı parazit sağlar ve ikincisi - anahtar transistörlerden geçen akımın yarısıdır ve kapı devrelerinde bir izolasyon trafosu ihtiyacını ortadan kaldırır.

Böyle bir devre tasarımının dezavantajı, uygun izin verilen gerilime sahip transistörlerin kullanılmasını gerektiren birincil sargının yarısındaki yüksek gerilimdir. Doğru, bir köprü dönüştürücünün aksine, bu durumda dört yerine iki transistör yeterlidir, bu da tasarımı basitleştirir ve cihazın verimliliğini artırır.

Anahtarlamalı güç kaynakları (UPS), bir ve iki zamanlı yüksek frekans dönüştürücüler kullanır. Birincisinin verimliliği ikincisinden daha düşüktür, bu nedenle 40 ... 60 W'tan daha fazla güce sahip tek çevrimli UPS'lerin tasarlanması tavsiye edilmez. Push-pull dönüştürücüler çok daha fazlasını elde etmenizi sağlar çıkış gücü yüksek verimlilik ile. Çıkış anahtarı transistörlerinin uyarılma yöntemi ve bunları dönüştürücü transformatörün birincil sargısının devresine dahil etme devresi ile karakterize edilen birkaç gruba ayrılırlar. Uyarma yöntemi hakkında konuşursak, iki grup ayırt edilebilir: kendi kendine uyarma ve dış uyarma ile.

İlki, kuruluştaki zorluklar nedeniyle daha az popülerdir. Güçlü (200 W'tan fazla) UPS'ler tasarlarken, üretimlerinin karmaşıklığı makul olmayan bir şekilde artar, bu nedenle bu tür güç kaynakları için çok az kullanılırlar. Harici uyarmalı dönüştürücüler, yüksek güçlü UPS uygulamaları için çok uygundur ve bazen çok az bakım gerektirir veya hiç bakım gerektirmez. Anahtar transistörleri transformatöre bağlamaya gelince, burada üç şema vardır: sözde yarım köprü (Şekil 1, a), köprü (Şekil 1, b). Bugüne kadar en yaygın kullanılan yarım köprü dönüştürücü.

Nispeten iki transistör gerektirir yüksek değer gerilim Ukemaks. Şekil 1a'dan görülebileceği gibi, C1 ve C2 kapasitörleri, T2 transformatörünün birincil (I) sargısının bağlı olduğu bir voltaj bölücü oluşturur. Anahtar transistörü açarken, sargıdaki voltaj darbesinin genliği Upit / 2 - Uke nac değerine ulaşır. Köprü dönüştürücü, yarım köprüye benzer, ancak içindeki kapasitörler, çapraz olarak çiftler halinde açılan VT3 ve VT4 transistörleri (Şekil 1b) ile değiştirilir. Bu dönüştürücü, transformatörün birincil sargısına sağlanan voltajdaki bir artış ve dolayısıyla VT1-VT4 transistörlerinden akan akımdaki bir azalma nedeniyle biraz daha yüksek bir verime sahiptir. Bu durumda transformatörün primer sargısındaki gerilim genliği Upit - 2Uke us değerine ulaşır.

En yüksek verimlilikle ayırt edilen, Şekil 1c'deki şemaya göre dönüştürücüye özellikle dikkat edilmelidir. Bu, birincil sargının akımını azaltarak ve sonuç olarak, anahtar transistörlerdeki güç dağılımını azaltarak elde edilir; bu, son derece önemlidir. güçlü UPS. Birincil sargının yarısındaki gerilim darbelerinin genliği Upit - Uke us değerine yükselir.

Ayrıca belirtilmelidir ki diğer dönüştürücülerin aksine giriş izolasyon trafosu gerektirmez. Şekil 1c'deki şemaya göre cihazda, yüksek Uke max değerine sahip transistörlerin kullanılması gerekmektedir. Birincil sargının üst yarısının sonu (şemaya göre) alt sargının başlangıcına bağlı olduğundan, birincisinde akım aktığında (VT1 açık), ikincisinde bir voltaj yaratılır. birincideki voltajın genliğine eşit (mutlak değer olarak), ancak Upit'e göre işarette zıt. Başka bir deyişle, kapalı transistör VT2'nin kollektöründeki voltaj 2Upit'e ulaşır. bu nedenle, Uke max'ı 2Upit'ten büyük olmalıdır. Önerilen UPS'de, birincil sargısı ortalama bir çıkışa sahip olan, transformatörlü bir itme-çekme dönüştürücü kullanılır. Yüksek verimliliğe sahiptir düşük seviye dalgalanmalar ve çevreleyen boşluğa zayıf bir şekilde girişim yayar.

ÇIKIŞ GERİLİMLERİNİN STABİLİZASYONU
DARBE GÜÇ KAYNAĞI

MAKALE A. V. GOLOVKOV ve V. B LYUBITSKY'NİN "IBM PC-XT/AT TİPİNDEKİ SİSTEM MODÜLLERİ İÇİN GÜÇ KAYNAKLARI" YAYIN EVİ "LAD i N" YAYINCI KİTABINA ESAS OLARAK HAZIRLANMIŞTIR.

Söz konusu UPS sınıfındaki çıkış voltajı stabilizasyon devresi, kapalı bir otomatik kontrol döngüsüdür (Şekil 31). Bu döngü şunları içerir:
kontrol şeması 8;
eşleşen preamp aşaması 9;
kontrol trafosu DT;
güç aşaması 2;
güç darbesi trafosu RT;
doğrultucu bloğu 3;
kanallar arası iletişimi kes 4;
filtre ünitesi 5;
geri besleme voltajı bölücü 6;
referans gerilim bölücü 7.
Kontrol devresi 8 aşağıdaki işlevsel birimleri içerir:
düzeltme devresi Zk ile hata sinyali amplifikatörü 8.1;
PWM karşılaştırıcısı (modülatör) 8.2;
testere dişli gerilim üreteci (osilatör) 8.3;
referans stabilize voltaj kaynağı Uref 8.4.
Çalışma sırasında, hata sinyali amplifikatörü 8.1, voltaj bölücünün b çıkış sinyalini bölücünün 7 referans voltajıyla karşılaştırır. Gelişmiş sinyal Uyumsuzluk, güç amplifikatörünün (9) son aşamasını kontrol eden darbe genişlik modülatörüne (8.2) gider ve bu da, kontrol transformatörü (DT) aracılığıyla dönüştürücünün (2) güç aşamasına modüle edilmiş bir kontrol sinyali sağlar. Güç aşaması, trafosuz bir devre tarafından desteklenmektedir. Besleme şebekesinin alternatif voltajı, ana doğrultucu 1 tarafından doğrultulur ve kapasitif rafın kapasitörleri tarafından düzleştirildiği güç aşamasına beslenir. Stabilizatörün çıkış voltajının bir kısmı, sabit bir referans voltajı ile karşılaştırılır ve daha sonra ortaya çıkan fark (uyumsuzluk sinyali), uygun kompanzasyonun getirilmesiyle yükseltilir. Darbe Genişliği Modülatörü 8.2 dönüştürür analog sinyal değişken bir darbe görev döngüsü ile darbe genişliği modülasyonlu bir sinyale kontrol. Ele alınan UPS sınıfında, modülatör devresi, hata sinyali yükselticisinin çıkışından gelen sinyali, özel bir jeneratörden 8.3 elde edilen testere dişi voltajıyla karşılaştırır.

Şekil 31. TL494 kontrol çipine dayalı tipik bir anahtarlamalı güç kaynağının kontrol devresi.

Şekil 32. UPS PS-200B'nin çıkış voltajlarının seviyesinin ayarlanması.

Şekil 33. UPS LPS-02-150XT'nin çıkış voltajlarının seviyesinin ayarlanması.

Şekil 34. KGK çıkış voltaj seviyesi ayarı.

Şekil 35. GT-200W UPS çıkış voltaj seviyesi ayarı.

Bununla birlikte, en yaygın durum, ünitenin çıkış voltajlarını etkilemenize izin veren herhangi bir ayarın olmadığı durumdur. Bu durumda, 1 veya 2 girişlerinden herhangi birindeki voltaj, +2,5 ila +5 V aralığında keyfi olarak seçilir ve kalan girişteki voltaj, ünitenin üretmesi için yüksek ohm'luk bir şönt direnç kullanılarak seçilir. nominal yük modunda pasaportta belirtilen çıkış voltajları. Pirinç. Şekil 35, referans voltaj seviyesinin seçilme durumunu göstermektedir, şekil. 34 - geri besleme sinyalinin seviyesini seçme durumunu gösterir. Herhangi bir dengesizleştirici faktörün (yük akımındaki, besleme voltajındaki ve ortam sıcaklığındaki değişiklikler) etkisi altındaki çıkış voltajının kararsızlığının değerinin, geri besleme devresinin kazancını (DA3 amplifikatörünün kazancı) artırarak azaltılabileceği daha önce belirtilmişti. ).
Fakat maksimum değer DA3 kazancı kararlılık koşuluyla sınırlıdır. Hem UPS hem de yük enerji biriktiren reaktif elemanlar (endüktans veya kapasitans) içerdiğinden, geçici koşullarda enerji bu elemanlar arasında yeniden dağıtılır. Bu durum, elemanların belirli parametreleriyle, UPS'in çıkış voltajlarını belirleme geçici sürecinin sönümsüz salınım karakterini almasına veya geçici modda aşma miktarının kabul edilemez değerlere ulaşmasına yol açabilir.

Şekil 36. Yük akımında (a) ve giriş voltajında ​​(b) ani bir değişiklik sırasında UPS çıkış voltajının geçici durumları (salınımlı ve periyodik olmayan).

Şek. Şekil 36, yük akımı ve giriş voltajındaki ani bir değişiklik sırasında çıkış voltajının geçişlerini gösterir. KGK, çıkış voltajı, onu arızadan çıkaran parazitin kesilmesinden sonra sabit bir değere dönerse kararlı bir şekilde çalışır. başlangıç ​​hali(Şek. 37, a).

Şekil 37. Kararlı (a) ve kararsız (b) sistemlerde UPS çıkış voltajı geçişleri.

Bu koşul karşılanmazsa, sistem kararsızdır (Şekil 37.6). Anahtarlamalı bir güç kaynağının kararlılığının sağlanması, onun için gerekli bir koşuldur. normal işleyen. geçiş süreci KGK'nın parametrelerine bağlı olarak salınımlı veya periyodik değildir, KGK'nın çıkış gerilimi ise belirli bir aşım değerine ve geçici bir süreye sahiptir. Çıkış voltajının nominal değerden sapması, geri besleme devresinin ölçüm elemanında tespit edilir (incelenen UPS'te, ölçüm elemanı olarak +5V çıkış voltajı barasına bağlı dirençli bir bölücü kullanılır). Kontrol döngüsünün ataleti nedeniyle, çıkış voltajının nominal değeri belirli bir gecikme ile ayarlanır. Bu durumda atalet kontrol şeması bir süre daha aynı yönde etkisini sürdürecektir. Sonuç olarak, aşma meydana gelir, yani. çıkış voltajının nominal değerinden orijinal sapmanın tersi yönde sapması. Kontrol devresi çıkış voltajını tekrar tersine çevirir ve bu böyle devam eder. Minimum geçici süreç süresi ile UPS çıkış voltajı kontrol döngüsünün kararlılığını sağlamak için DA3 hata yükselticisinin genlik-frekans karakteristiği düzeltilir. Bu, DA3 amplifikatörünü kapsayan, negatif geri besleme devresi olarak dahil edilen RC devreleri kullanılarak yapılır. Bu tür düzeltici zincirlerin örnekleri, Şek. 38.

Şekil 38. DA3 gerilim hatası yükselticisi için düzeltici RC devrelerinin yapılandırma örnekleri.

Girişim seviyesini azaltmak için, anahtarlama güç kaynağının ikincil tarafına periyodik olmayan RC devreleri kurulur. Eylemlerinin ilkesi üzerinde daha ayrıntılı olarak duralım.
Anahtarlama anlarında doğrultucu diyotlardan geçen akımın geçici süreci, şok uyarımı şeklinde gerçekleşir (Şekil 39, a).

Şekil 39. Ters kurtarma diyot voltajı zamanlama diyagramları:
a) - RC zinciri olmadan; b) - bir RC zincirinin varlığında.

Güç kaynağını değiştirmek - elektronik devre, giriş voltajının düzeltildiği, filtrelendiği, küçük boyutlu bir transformatör aracılığıyla iletilmek üzere yüksek frekanslı darbe patlamaları halinde kesildiği yer. Blok, esnek bir şekilde ayarlanabilen parametrelerle yönetilebilir hale gelir. Kaynağın en ağır kısmının - transformatörün - kütlesi azalır. İngiliz literatüründe bu tür cihazlara Anahtarlama Modu denir. güç kaynağı(SMPS).

SMPS enstrümanı (anahtarlamalı güç kaynağı)

Anahtarlamalı güç kaynaklarının ortaya çıkışı

Tesla, transformatörlerin boyutu konusunda da endişeliydi. Deneyimden sonra deneyimi tekrarlayan bilim adamı şunları belirledi: yüksek frekanslar akım insanlar için güvenlidir, transformatörlerin çekirdeklerinde büyük kayıplara neden olur. Anlaşmazlığın sonucu, Niagara hidroelektrik santralinin inşası için 60 Hz frekansın benimsenmesiydi. Hızlı salınımları anlayan ilk kişi olduğu için Nikola Tesla ile başladık. mekanik olarak alamayacaksın Bu nedenle, bir kullanmak zorunda salınımlı devreler. Bilim adamının yardımıyla mesajları ve enerjiyi uzaktan iletmeye karar verdiği Tesla trafosu böyle ortaya çıktı (22 Eylül 1896).

Buluşun özü, verdiğimiz bölümde açıklanmaktadır. kısa bilgi. Transformatör seri bağlı iki parçadan oluşur. Birincinin birincil sargısı, nispeten düşük frekanslı bir alternatif voltaj kaynağına bağlandı. Düşük dönüşüm oranı nedeniyle, sekonder sargıya bağlı kondansatör yüksek bir potansiyele şarj edildi. Gerilim eşiğe ulaştı, kondansatöre paralel bağlanan kıvılcım aralığı kırıldı. İkinci transformatörün birincil sargısı yoluyla dış devreye salınımlı bir deşarj süreci başladı. Tesla, milyonlarca volt genliğe sahip radyo voltajları aldı.

Nispeten düşük frekanslı bir voltajın darbelere dönüştürüldüğü anahtarlamalı güç kaynaklarının oluşturulmasındaki ilk adım. Benzer bir tasarım, 1910'da Charles Kettering tarafından araba ateşleme sistemlerini donatarak oluşturuldu. Anahtarlamalı güç kaynakları 60'larda ortaya çıktı. Transformatörlerin boyutunu küçültme fikri (Nikola Tesla'dan sonra) General Electric Company tarafından 1959 yılında Joseph Murphy ve Francis Starchetz (ABD Patenti 3.040.271) şahsında ortaya atılmıştır. Fikir hemen sıcak bir yanıt bulmadı (uygun bir fikir yoktu) eleman tabanı), 1970 yılında Tectronics, yeni bir güç kaynağına sahip bir dizi osiloskop piyasaya sürdü.

İki yıl sonra, invertörler elektronikte kullanılmaya başlandı (Patent US3697854 A), asıl mesele ilk yerli modellerin ortaya çıkması! Patentler birbirine atıfta bulunur, bu fikri ilk kez kimin önerdiğini anlamak imkansızdır. kişisel bilgisayarlar. SSCB'de, yüksek frekanslı güçlü bir satışın ortaya çıkması nedeniyle gelişme 1970 yılında başladı. germanyum transistör 2T809A. Literatürde belirtildiği gibi, 1972'de ilk başarılı olan, teknik bilimler adayı L. N. Sharov olan bir Muskovit oldu. Daha sonra A. I. Ginzburg, S. A. Eranosyan tarafından 400 W'lık bir anahtarlamalı güç kaynağı ortaya çıktı. 1976'da EC bilgisayarları, Zh. A. Mkrtchyan liderliğindeki bir ekip tarafından bir yenilikle donatıldı.

Yerli tüketici tarafından bilinen ilk anahtarlamalı güç kaynakları dijital tv'ler ve genellikle bozulan video kaydediciler, modern ürünler sorunsuzdur - yıllarca kesintisiz çalışırlar. 90'ların başladığı an şu bilgileri veriyor:

1. Özgül güç: Desimetreküp başına 35 - 120 W.
2. Sürücü çalışma frekansı: 30 - 150 kHz.
3. Verimlilik: %75 - 85.
4. MTBF: 50 - 200 bin saat (6250 iş günü).

Anahtarlamalı güç kaynaklarının avantajları

Doğrusal güç kaynakları hantaldır, verimlilik yetersizdir. Verimlilik nadiren %30'u geçer. Anahtarlamalı güç kaynakları için ortalama rakamlar %70 - 80 aralığındadır, çizgiyi çok aşan ürünler vardır. Daha iyisi için, elbette. Bilgi verilir: Anahtarlama güç kaynağının verimliliği %98'e ulaşır. Aynı zamanda kondansatörlerin gerekli filtre kapasitansları da azalır. Bir periyot boyunca depolanan enerji, artan frekansla birlikte güçlü bir şekilde azalır. Doğrudan kapasitörün kapasitansına, ikinci dereceden voltajın genliğine bağlıdır.

20 kHz'lik bir frekans artışı (50/60'a kıyasla), elemanların doğrusal boyutlarını 4 kat azaltır. Radyo aralığındaki beklentilerle karşılaştırıldığında çiçekler. Alıcıların küçük kapasitörlerle donatılma nedenini açıklar.

Anahtarlama güç kaynağı cihazı

Giriş gerilimi düzeltilir. İşlem, bir diyot köprüsü tarafından, daha az sıklıkla tek bir diyot tarafından gerçekleştirilir. Ardından voltaj darbeler halinde kesilir, burada literatür neşeyle transformatörün açıklamasına geçer. Okuyucular muhtemelen şu sorudan eziyet çekiyorlar - bir kıyıcı (darbe üreten bir cihaz) nasıl çalışır? Doğrudan 230 voltluk bir şebeke voltajıyla çalışan bir mikro devreye dayanmaktadır. Daha az yaygın olarak, bir zener diyot (paralel tip dengeleyici) özel olarak kurulur.

Mikro devre, bir tristör veya başka bir yarı iletken güç anahtarını kontrol eden nispeten küçük genlikli darbeler (20 - 200 kHz) üretir. Tristör, göre yüksek voltaj darbelerini keser. esnek program jeneratör çipi tarafından üretilir. giriş olduğundan yüksek voltaj korumaya ihtiyaç duyar. Jeneratör, eşik aşıldığında direnci keskin bir şekilde düşen ve zemine zararlı dalgalanmayı kapatan bir varistör tarafından korunur. Güç anahtarından darbe patlamaları, küçük boyutlu bir yüksek frekanslı transformatöre beslenir. Doğrusal boyutlar nispeten düşüktür. 500 W bilgisayar güç kaynağı için bir çocuğun avucuna sığar.

Ortaya çıkan voltaj tekrar düzeltilir. Düşük metal-yarı iletken bağlantı gerilimi düşüşü sayesinde Schottky diyotları kullanılır. Doğrultulmuş voltaj filtrelenir ve tüketicilere verilir. Birçok sekonder sargının varlığından dolayı, çeşitli polarite ve genlik değerleri elde etmek oldukça kolaydır. Geri bildirim döngüsünden bahsetmeden hikaye eksik kalır. Çıkış voltajları bir standartla (örneğin bir zener diyot) karşılaştırılır, puls üreteci modu ayarlanır: iletilen güç (genlik) frekansa, görev döngüsüne bağlıdır. Ürünler nispeten iddiasız kabul edilir, çok çeşitli besleme voltajlarında çalışabilirler.

Kasa güç kaynağı

Teknoloji, kaynakçılar tarafından kullanılan invertör olarak adlandırılır, mikrodalga fırınlar, indüksiyonlu ocaklar, adaptörler cep telefonları, iPad. Bir bilgisayar güç kaynağı benzer şekilde çalışır.

Devre anahtarlamalı güç kaynakları

Doğanın sağladığı 14 temel topolojiler anahtarlamalı güç kaynaklarının uygulanması. İçsel avantajlar, benzersiz özellikler ile. Bazıları düşük güçlü güç kaynaklarının (200 W'ın altında) oluşturulması için uygundur, diğerleri ise 230 volt (50/60 Hz) şebeke voltajıyla çalıştırıldığında en iyi nitelikleri gösterir. Ve istenen topolojiyi seçmek için her birinin özelliklerini hayal edebilme. Tarihsel olarak, ilk olarak üç isim verilir:

• Buck - Buck, geyik, dolar.
• Arttırma - hızlanma.
• Polarite çevirici - polarite çevirici.

Üç topoloji, doğrusal düzenleyicilerle ilgilidir. Cihaz tipi, avantajlar hariç, anahtarlamalı güç kaynaklarının öncüsü olarak kabul edilir. Voltaj, bir güç anahtarında kesilmiş, düzleştirilmiş bir transformatör aracılığıyla sağlanır. Kontrolörün çalışması, görevleri bir hata sinyalinin oluşumunu içeren geri bildirim ile kontrol edilir. Cihazların türü 60'larda milyarlarca dolarlık bir ciroydu, yalnızca voltajı düşürebiliyordu ve tüketicinin ortak kablosu güç kaynağı ağıyla kapatılmıştı.

Buck topolojisi

Yani "geyik" vardı. Başlangıçta sabit voltaj için tasarlanan giriş sinyali darbeler halinde kesildi, ardından patlamalar düzleştirildi, elde etmek için filtrelendi orta güç. Geri bildirim, görev döngüsünü, frekansı (darbe genişliği modülasyonu) kontrol etti. Bugün de benzeri yapılıyor bilgisayar blokları beslenme. Neredeyse hemen, inç küp başına 1 ila 4 watt (daha sonra inç küp başına 50 watt'a kadar) güç yoğunlukları elde edildi. Girişten ayrılmış çok sayıda çıkış voltajı alabilmeniz güzel.

Transistör anahtarlama anındaki kayıpları bir dezavantaj olarak görüyoruz, voltaj kutup değiştirir, bir sonraki darbeye kadar sıfırın altında kalır. Sinyalin diyotu atlayarak belirtilen kısmı, filtreye ulaşmadan yere kapanır. Maliyetlerin en aza indirildiği optimum anahtarlama frekanslarının varlığı bulunur. Aralık 25 - 50 kHz.

Yükseltme topolojisi

Topoloji, anahtarın önüne yerleştirilmiş bir halka boğucu olarak adlandırılır. Giriş gerilimini istenilen değere yükseltmek mümkündür. Devre şöyle çalışır:

1. İlk anda, transistör açıktır, indüktör, toplayıcı, yayıcı p-n bağlantıları, toprak yoluyla voltaj kaynağının enerjisi ile depolanır.
2. Ardından anahtar kilitlenir, kondansatörü şarj etme işlemi başlar. Gaz kelebeği enerji sağlar.
3. Bir noktada, geri besleme amplifikatörü çalışır, yük gücü başlar. Kondansatör, güç anahtarına doğru enerji veremez, diyot müdahale eder. Ücret, yük tarafından alınır.
4. Voltaj düşüşü, geri besleme döngüsünün yeniden devreye girmesine neden olur ve gaz kelebeği enerji biriktirmeye başlar.

Polarite çevirici topolojisi

Polar invertörün topolojisi önceki devreye benzer, indüktör anahtarın arkasında bulunur. Şunun gibi çalışır:

Bu durumda enerji depolama/harcama süreçlerinin paralelliğini gözlemliyoruz. Dikkate alınan üç planın tümü aşağıdaki dezavantajları göstermektedir:

1. için bir bağlantı var doğru akım giriş ve çıkış arasında. Yani galvanik izolasyon yoktur.
2. Tek bir devreden birden fazla voltaj değeri elde etmek mümkün değildir.

Eksiler, itme-çekme itme-çekme, gecikmeli (son) topolojilerle ortadan kaldırılır. Her ikisi de ileri teknolojiye sahip bir helikopter kullanıyor. İlk durumda, diferansiyel bir transistör çifti kullanılır. Sürenin yarısı kadar tek tuş kullanmak mümkün hale gelir. Kontrol için, bu salınımları dönüşümlü olarak sallayan özel bir biçimlendirme devresine ihtiyaç duyulur, ısı giderme koşulları iyileştirilir. Kesme voltajı iki kutupludur, transformatörün birincil sargısını besler, birçok ikincil vardır - tüketicilerin gereksinimlerine göre.

Gecikmeli bir topolojide, bir transistör bir diyot ile değiştirilir. Devre genellikle 60 - 200 V sabit çıkış voltajına sahip düşük güçlü güç kaynakları (200 W'a kadar) tarafından çalıştırılır.