• Anahtarlamalı güç kaynaklarının çalışma prensibi. Güç kaynaklarının değiştirilmesi. Türler ve işler. Özellikler ve Uygulama

    Anahtarlama güç kaynağı türleri

    Anahtarlama veya anahtarlamalı güç kaynakları şu anda doğrusal voltaj dengeleyicilerden daha az yaygın değildir. Başlıca avantajları şunlardır: yüksek verimlilik, küçük boyutlar ve ağırlık, yüksek güç yoğunluğu. Bu, güç elemanlarının anahtar çalışma modunun kullanılması sayesinde mümkün oldu. Anahtarlama modunda çalışma noktası çoğu zaman akım-gerilim karakteristiğinin doyum bölgesinde veya kesim bölgesinde olup, aktif (doğrusal) mod bölgesi çok kısa anahtarlama süresinde yüksek hızda geçer. Doyma durumunda, transistör üzerindeki voltaj sıfıra yakındır ve kesme modunda, transistördeki kayıpların oldukça küçük olması nedeniyle akım yoktur. Bu nedenle, anahtarlama transistöründe anahtarlama süresi boyunca harcanan ortalama güç, doğrusal regülatörlerden çok daha azdır. Güç anahtarlarındaki küçük kayıplar, radyatörlerin azalmasına veya tamamen ortadan kaldırılmasına neden olur.

    Güç kaynaklarının ağırlık ve boyut özelliklerindeki iyileşme, her şeyden önce 50 Hz frekansta çalışan güç transformatörünün güç kaynağı devresinden çıkarılmasından kaynaklanmaktadır. Bunun yerine, boyutları ve ağırlığı düşük frekanslı güç transformatöründen çok daha küçük olan yüksek frekanslı bir transformatör veya indüktör devreye sokulur.

    Güç kaynaklarını değiştirmenin dezavantajları şunları içerir: devre karmaşıklığı, yüksek frekanslı gürültü ve parazitin varlığı, artan çıkış voltajı dalgalanması, büyük zamançalışma moduna çıkış. Geleneksel (yani düşük frekanslı güç transformatörlü) ve anahtarlamalı güç kaynaklarının karşılaştırmalı özellikleri Tablo 2.1'de verilmiştir.

    Bu özelliklerin karşılaştırılması, anahtarlama güç kaynaklarının verimliliğinin geleneksel (doğrusal) olanlara kıyasla 1:2 oranında ve güç yoğunluğunun 1:4 oranında arttığını göstermektedir. Dönüşüm frekansı 20 kHz'den 200 kHz'e çıktığında güç yoğunluğu 1:8 oranında artar, yani. neredeyse iki katı. Anahtarlamalı güç kaynakları da daha uzun zamançıkış voltajını tut ani kapanma ağlar.

    Bunun nedeni, darbe kaynağının ağ doğrultucusunun, yüksek çalışma voltajına (400 V'a kadar) sahip yüksek kapasiteli kapasitörler kullanmasıdır. Bu durumda kapasitörlerin boyutu CU ürünüyle orantılı olarak artar ve kapasitörün enerjisi CU 2 ile orantılıdır. Bu kondansatörün enerjisi, güç kaynağının yaklaşık 30 ms kadar çalışır durumda kalması için yeterlidir, bu da ani bir elektrik kesintisinde bilgilerin bilgisayarlarda saklanması açısından çok önemlidir.

    Tablo 2.1 – Darbeli ve doğrusal kaynakların karşılaştırılması

    Aynı zamanda, anahtarlamalı güç kaynaklarındaki çıkış voltajı dalgalanması doğrusal olanlardan daha büyüktür; bu, bir darbe dönüştürücüyü çalıştırırken kısa darbeleri bastırmanın zorluğundan kaynaklanmaktadır. Bu kaynakların diğer özellikleri hemen hemen aynıdır.

    IVEP inşaatının yapısı. Şekil 2.1...2.8'deki tüm yapısal diyagram çeşitleriyle, bir güç kademesinin varlığı zorunludur,

    dönüşümün gerçekleştirilmesi DC gerilimi başka bir sabite çevirdiğimizde, geleneksel olarak darbe dönüştürücülerin giriş ve çıkış devrelerinin elektriksel izolasyon (galvanik izolasyon) işlevini yerine getirdiğini, ancak darbe stabilizatörlerinin bunu yapmadığını varsayacağız. Dönüştürücülerin ve stabilizatörlerin güç aşamalarının işlevsel amacı aynıdır.

    Geri besleme ile yapılan telafi edici tip IVEP'ler yaygın olarak kullanılmaktadır Şekil 2.1, Belirli zaman parametrelerine sahip bir dizi darbenin sağlandığı kontrol girişine Şekil 2.1, Güç kademesi 3, doğru akım voltajının birincil kaynak Ep'den darbeli dönüşümünü gerçekleştirir. çıkış voltajı Un (kalın çizgiler IVEP güç devrelerini gösterir).

    Genel durumda, bir PVEP, Un gerilimlerine sahip birkaç çıkış devresine sahip olabilir. Darbe yükselticisi 2, yalnızca transistörler 3 için güçteki kontrol darbelerini yükseltme işlevini değil, aynı zamanda darbe oluşturma işlevlerini de yerine getirebilir: darbelerin geçici olarak ayrılmasını sağlar, örneğin, itme-çekme voltaj dönüştürücüleri için, kısa kontrol darbeleri üretir. akım transformatörleri veya özel tipte güç transistörleri vb. içeren devreler 3.

    Şekil 2.1 - Darbeli telafi IVEP'nin blok şeması

    PVEP'nin çalışmasını senkronize eden darbeler modülatör 1 tarafından üretilir. DC çıkış voltajı Un, karşılaştırma devresi 4'ün girişine beslenir ve burada referans voltajı Uop ile karşılaştırılır. Senkronizasyon darbelerinin zamanlama parametrelerini ayarlayan modülatörün girişine uyumsuzluk (hata) sinyali verilir. Un voltajındaki bir artış veya azalma, çıkış 4'teki uyumsuzluk sinyalinde ve giriş 1'deki senkronizasyon darbelerinin zamanlama parametrelerinde bir değişikliğe yol açar, bu da önceki Un voltajı değerinin geri yüklenmesine neden olur, yani. onun stabilizasyonu. Bu nedenle, Şekil 2.1'deki devreye göre yapılan IVEP, kompanzasyon tipinde dengeleyici bir darbe voltaj dönüştürücüsüdür; çıkış akımını In, giriş voltajını Ep, ortam sıcaklığını ve diğer dengesizleştirici faktörlerin etkisini değiştirirken çıkış voltajını değişmeden korur. .

    Şekil 2.2'de çıkış voltajının değişmez (bazen parametrik olarak da adlandırılır) stabilizasyonuna sahip bir IVEP'yi ele alalım.

    Bu stabilizasyon yönteminin özü, Un voltaj değerinin belirlenen değerden sapmasına neden olabilecek herhangi bir faktöre maruz kaldığında kontrol darbelerinin zamanlama parametrelerinin değişmesi ve Un'un değişmeden kalmasına yol açmasıdır. Bununla birlikte, dengeleyici dengeleyicilerin aksine, bu durumda kontrol darbelerinin zamanlama özelliklerindeki değişiklik, istikrarsızlaştırma etkisinin kendisindeki sapmanın büyüklüğüne bağlıdır.

    Şekil 2.2 - Darbeli parametrik IVEP'nin blok diyagramı

    Şekil 2.2'de bunu sağlayan bir jeneratör bulunmaktadır. fonksiyonel bağımlılık, 1 olarak belirlenmiştir. Burada kesikli çizgi, Un'un Ep'den değişmezliği yasasını sağlamak için Ep ile jeneratörün kontrol girişi arasındaki bağlantıyı göstermektedir.

    Çıkış voltajı stabilizasyonu olmayan ikincil güç kaynakları Şekil 2.3'te gösterilen devreye göre yapılır. Darbe üreteci 1, sabit zaman parametrelerine sahip darbeler üretir. Açıkçası, Un voltajının sabit kalması için, sabit bir Ep voltajına sahip olmak gerekir.

    Şekil 2.3 - Stabilize edilmemiş bir IVEP'in blok diyagramı

    Şekil 2.4'te sunulan IVEP, doğru akım enerjisinin çift dönüşümünü gerçekleştirir. Birinci güç aşaması 1, kural olarak, bir darbe dengeleyici, Ep voltajını, Ep1 stabilize edilmiş bir voltaja dönüştürür. İkinci güç aşaması 2, voltajın galvanik izolasyonunu ve gerekirse Un'un ilave stabilizasyonunu sağlar. Genel durumda, kompanzasyon ve değişmez stabilizasyon sadece 1'de değil, aynı zamanda negatif devrelerin kesikli çizgileriyle gösterilen her iki kademede de gerçekleştirilebilir. geri bildirim. Güç kademeleri 1 ve 2, herhangi bir IVEP'in güç kademelerinin farklı versiyonları olabilir.

    Şekil 2.4 - Çift dönüşümlü IVEP'in blok şeması

    Gücü kademeli olarak artan bir PVEP bloğunun blok şeması Şekil 2.5'te gösterilmektedir. Çıkış gücünü arttırmak için 3...5 aşamalarının paralel bağlantısı kullanıldı.

    Şekil 2.5 - Modüler IVEP'nin blok şeması

    Her birinin gücünü eşitlemek için özel önlemler kullanılmadan geleneksel PVEP'lerin paralel olarak dahil edilmesi imkansız olduğundan, o zaman bu durumda IEVP'nin çok aşamalı yapım prensibi kullanıldı. MF modülatör-şekillendiricinin yalnızca CC uyumsuzluk sinyalini karşılık gelen darbe dizisine dönüştürmekle kalmayıp, aynı zamanda darbe sinyallerinin çeşitli güç aşamaları üzerinde faz dağılımı işlevini de yerine getirmesi gerçeğinde yatmaktadır. IEP'nin bu tür çalışmasının bir sonucu olarak, çeşitli güç kademelerinin transistörlerinin güç anahtarlarının açık ve kapalı durumlarının zaman aşamaları zaman içinde ayrılmıştır.

    Dikkate alınan tüm IVEP şemaları çeşitli parametrelere göre karşılaştırılabilir - çıkış voltajlarının stabilitesi, ağırlık ve boyut özellikleri, enerji göstergeleri, üretilebilirlik ve maliyet ile birleştirme olasılığı. Aynı zamanda, belirtilen gereksinimlere bağlı olarak aynı şema, bir dizi gösterge açısından optimalin altında olabilir. Belirli bir şemayı en etkili olarak önceden seçmek imkansızdır, bu nedenle verilen şemaların en genel özelliklerinin dikkate alınması tavsiye edilir. Güç aşamalarının güvenilirlik, enerji ve ağırlık-boyut göstergelerinin aynı olduğunu ve güce, çıkış voltajına ve dönüşüm frekansına eşit derecede bağlı olduğunu varsayacağız.

    Çıkış voltajının en yüksek kararlılığı, Şekil 2.1'deki devreye göre uygulanan IVEP tarafından sağlanır, çünkü kontrol darbelerinin zamanlama parametrelerini etkileyen geri bildirim doğrudan IEVP çıkışından alınır. Şekil 2.4'te gösterilen IVEP devresi, eğer CC'ye geri bildirim Un çıkışından alınırsa, çıkış voltajında ​​da yüksek stabiliteye sahiptir. Şekil 2.2'deki şemaya göre yapılan IVEP'in stabilitesi biraz daha kötüdür ancak daha basit bir kontrol devresi vardır. Ancak bu, yük akımı In değiştiğinde endüktif ve aktif elemanlar 3 arasındaki voltaj düşüşündeki değişikliği hesaba katmaz. Ep voltajındaki istikrarsızlaştırıcı değişiklikler, ek bir doğrudan bağlantı (kesikli çizgi) eklenerek telafi edilebilir. Yalnızca Ep voltajının rahatsız edici etkisinin değil, aynı zamanda In yük akımının, ortam sıcaklığının vb. rahatsız edici etkisinin de değişmez stabilizasyonuna sahip IVEP'ler vardır, ancak bunlar yaygın olarak kullanılmaz. En kötü stabilite, istikrarsızlaştırıcı faktörlere maruz kaldığında herhangi bir geri bildirimin olmaması nedeniyle Şekil 2.3'teki şemaya göre yapılan IVEP'ler tarafından sergilenmektedir. Şekil 2.4'teki IVEP devresi, yukarıda belirtildiği gibi, prensipte çıkış voltajında ​​yüksek kararlılığa sahip olabilir, ancak değişmez veya telafi edici düzenleme kanallarının yokluğunda performansı Şekil 2.3'teki devreyle aynıdır.

    Şekil 2.2'deki IVEP devrelerinin kullanımı, güç anahtarları (3) üzerindeki voltaj düşüşünden birçok kez daha büyük olan nispeten yüksek voltajlarda (Un) tercih edilir, çünkü bu anahtarlar arasındaki voltaj düşüşündeki dalgalanmalarla birlikte değişiklikleri hesaba katan gerekli fonksiyon (1) elde edilir. yük akımı ve ortam sıcaklığı zordur.

    Bu nedenle, PVEP'in çıkış voltajının küçük olduğu (birkaç voltu aşmadığı) ve yük akımında, ortam sıcaklığında ve Ep voltajında ​​​​önemli değişikliklerin olduğu durumlarda, blok diyagramlara göre yapılan PVEP'nin kullanılması gerekir ( bkz. Şekil 2.2,2.4,2.5) telafi edici düzenleme ilkesiyle.

    Şekil 2.2'deki devre aynı zamanda çıkış voltajının kararlılığı ve IVEP kontrol devresinin basitliği için uzlaşma gereksinimlerini karşılamak için de kullanılabilir. Birincil voltaj sabitse ve SC'nin iç elemanlarındaki voltaj düşüşündeki değişiklikler, Un voltajının korunmasının doğruluğunu gözle görülür şekilde etkilemiyorsa, daha basit PVEP'ler kullanılır (Şekil 2.3 ve 2.5).

    Yukarıdaki IVEP devreleri, birden yüzlerce volta kadar geniş bir birincil voltaj aralığında kullanılabilir. Bununla birlikte, yüksek birincil gerilimler için, Şekil 2.4'teki IVEP devresi uygun olabilir; burada elektrik enerjisinin çift dönüşümü, darbe dengeleyici SKI kullanılarak yüksek birincil DC gerilimi Ep'nin Ep1'e düşürülmesine ve bunun birincil olarak kullanılmasına olanak tanır. darbe dönüştürücü SK2. Bu durumda SK2 dönüştürücü, SCI'ye kıyasla daha karmaşık bir cihaz olarak hafif elektrik modlarında çalışır, bu da eleman sayısını azaltabilir, operasyonel güvenilirliği artırabilir ve dönüştürücünün enerji performansını geliştirebilir.

    Büyük boyutlu, en yoğun malzeme kullanan ve mikro minyatürleştirilmesi zor olan elemanlar bobinler ve transformatörlerdir. IVEP programlarında sayılarını en aza indirmeye çalışmak gerekir. Şekil 2.4'teki IVEP devresinde çift enerji dönüşümü, temelde gerekli endüktif elemanlarla birlikte iki güç aşaması gerektirir.

    Aynı tip birleşik PVEP temelinde yapılması gereken çeşitli güç kaynağı sistemlerinin inşası için çıkış gücünde bir blok artış gereklidir. Bu durumda tedarik sağlayan IVEP'lerin geliştirilmesi ve üretimi elektronik ekipman Aynı tipteki blokların kullanılması olasılığı ile tavsiye edilir paralel bağlantı Gerekli toplam çıkış gücünü elde etmek için. Sonuç olarak ekonomik bir etki elde etmek mümkündür. Bu durumda bir IVEP geliştirmenin ana hedeflerinden biri, mevcut güç kaynağı sistemlerinin tüm teknik ve ekonomik gereksinimlerini karşılaması gereken tek bir ünitenin ayrı bir güç değerinin seçilmesidir. Blok (çok fazlı) dönüştürücülerin bir diğer avantajı, enerji aktarım işlemlerinin bireysel güç aşamalarının çıkışına zaman dağılımı ile açıklanan, çıkış filtre kapasitörlerinin toplam kapasitansında bir azalmadır. Ayrıca çok fazlı dönüştürücüler çeşitli seçeneklerin uygulanmasına olanak tanır karmaşık sistemler aynı birleşik bloklardan oluşan güç kaynakları.

    Şekil 2.6, regüle edilmemiş bir şebeke doğrultucusu 1 ve bir doğrultulmuş şebeke voltajı dönüştürücüsünü içeren bir IVEP'nin diyagramını göstermektedir. Dönüştürücü, daha yüksek bir frekansta (genellikle 20...100 kHz) çalışan ayarlanabilir bir invertörden (2), bir transformatör doğrultucu ünitesinden (3) ve bir yüksek frekans filtresinden (4) oluşur. Çıkış voltajını dengelemek için bir kontrol devresi (5) kullanılır.

    Şekil 2.6 - Kontrollü invertörlü darbeli güç kaynağının blok şeması

    Kontrol devresi, çıkış voltajı Un ile referans kaynağının (6) voltajını karşılaştırır. Hata sinyali olarak adlandırılan bu voltajlar arasındaki fark, ayarlanabilir invertörün frekansını (f = var) veya darbelerin görev döngüsünü ayarlamak için kullanılır. sabit bir frekans (g = var). Tek çevrimli bir transformatör invertörü temelinde yapılan bir dönüştürücüye, tek çevrimli transformatör dönüştürücü - AKIM denir. Bir itme-çekme transformatörü invertörü temelinde yapılan bir dönüştürücüye, transformatör itme-çekme dönüştürücüsü - TDK denir.

    Şekil 2.7, regüle edilmiş bir şebeke redresörü 1 ve regüle edilmemiş bir invertör 2 ile bir IVEP diyagramını göstermektedir. Bu diyagramın geri kalan düğümleri, önceki diyagramlarla aynı amaca sahiptir. Bu blok diyagramın ayırt edici bir özelliği, regüle edilmemiş bir invertörün (NI) kullanılmasıdır. Bu devrede çıkış voltajının stabilizasyonu, genellikle faz kontrollü tristörlerde gerçekleştirilen, dönüştürücünün girişindeki voltajın 1 kullanılarak düzenlenmesiyle sağlanır.


    Şekil 2.7 - Ayarlanabilir ağ doğrultuculu darbeli bir güç kaynağının blok şeması

    Şekil 2.6'da gösterilen devre için, invertörün düzeltilmiş şebeke voltajından çalışacak şekilde tasarlanması karakteristiktir. maksimum değer yaklaşık 311V için tek fazlı ağ ve yaklaşık 530 V için üç fazlı ağ. Ek olarak, invertör 2'nin darbelerinin frekansının veya görev döngüsünün değiştirilmesi, çıkış voltajının daha kötü filtrelenmesine yol açar. Sonuç olarak, filtrenin (4) ağırlık ve boyut parametreleri, yükteki akımın sürekli olması koşuluyla, parametreleri minimum darbe görev döngüsü g min'e göre hesaplandığından bozulur.

    Şekil 2.7'deki devrenin olumlu özellikleri, gerilim dönüşüm fonksiyonunun ve Un çıkış geriliminin stabilizasyonunun birleşimidir. Bu, yönetilen anahtarların sayısı azaldığı için kontrol şemasının (5) basitleştirilmesini mümkün kılar. Ek olarak, bir duraklamanın varlığı, invertör anahtarlarındaki geçiş akımlarını ortadan kaldırmanıza olanak tanır. Devrenin avantajı aynı zamanda invertörün azaltılmış bir giriş voltajında ​​​​çalışmasını sağlama yeteneğidir (genellikle 1,5...2 kat azalır, yani 130...200V'a kadar). Bu, transistörlü invertör anahtarlarının çalışmasını büyük ölçüde kolaylaştırır. Bu devrenin diğer bir avantajı, invertörün, çıkış voltajının filtrelenmesini büyük ölçüde kolaylaştıran maksimum görev döngüsü g maksimum darbe ile çalışmasıdır. Her iki devrenin verimliliği ve güç yoğunluğu üzerine yapılan bir araştırma, bu göstergelerin biraz farklı olduğunu gösterdi.

    Düzenlenmemiş redresör 1 ile çok kanallı IVEP şemaları Şekil 2.8 ve 2.9'da gösterilmektedir. Şekil 2.8'deki devrede, ayrı kanallarda regüle edilmemiş bir invertör 2 ve ayrı stabilizatörler 5...7 kullanılır. Bu blok diyagram az sayıda çıkış kanalıyla kullanılabilir. Çıkış kanallarının sayısı arttıkça devre ekonomik olmaktan çıkar.

    Şekil 2.8 - Bireysel stabilizasyona sahip çok kanallı bir IVEP'nin blok diyagramı

    Şekil 2.9'da gösterilen devre, çıkış voltajının grup stabilizasyonu prensibine göre çalışır. Bunu yapmak için, kanalların en güçlüsünün voltajıyla kontrol edilen ayarlanabilir bir invertör kullanır. Bu durumda diğer kanallardaki çıkış voltajlarının stabilizasyonu, negatif geri besleme tarafından kapsanmadıkları için bozulur. Diğer kanallardaki voltaj stabilizasyonunu iyileştirmek için, Şekil 2.8'deki devrede olduğu gibi ek bireysel stabilizatörler kullanabilirsiniz.

    Şekil 2.9 - Grup stabilizasyonu ile IVEP'in blok diyagramı

    DARBE GÜÇ KAYNAKLARI

    Doğrusal geçiş elemanındaki aşırı dengesiz voltajın sönümlendiğini varsayan geleneksel doğrusal güç kaynaklarının aksine, darbeli güç kaynakları başka yöntemler kullanır ve fiziksel olaylar stabilize bir voltaj oluşturmak için, yani: indüktörlerdeki enerji birikiminin etkisi, ayrıca yüksek frekanslı dönüşüm ve biriken enerjinin doğrudan voltaja dönüştürülmesi olasılığı. Darbeli güç kaynakları oluşturmak için üç tipik devre vardır (bkz. Şekil 3.4-1): yükseltme (çıkış voltajı giriş voltajından yüksektir), düşürme (çıkış voltajı giriş voltajından düşüktür) ve ters çevirme (çıkış voltajı girişe göre zıt kutup). Şekilden de görülebileceği gibi, yalnızca endüktansı bağlama şekillerinde farklılık gösterirler, aksi takdirde çalışma prensibi değişmeden kalır.

    Anahtar eleman (genellikle bipolar veya MOS transistörleri 20-100 kHz civarında bir frekansta çalışan, periyodik olarak kısa bir süre için (zamanın %50'sinden fazla olmamak kaydıyla)


    indüktöre tam giriş dengesiz voltajı verir. Darbe akımı. bobinin içinden akması, her darbede 1/2LI^2'lik manyetik alanında enerji rezervlerinin birikmesini sağlar. Bobinden bu şekilde depolanan enerji yüke aktarılır (ya doğrudan bir doğrultucu diyot kullanılarak ya da ikincil sargı aracılığıyla ve ardından doğrultma yoluyla), çıkış yumuşatma filtresi kapasitörü sabit bir çıkış voltajı ve akımı sağlar. Çıkış voltajı stabilizasyonu sağlanır otomatik ayar anahtar elemandaki darbelerin genişliği veya frekansı (geri besleme devresi çıkış voltajını izlemek için tasarlanmıştır).

    Bu, oldukça karmaşık olmasına rağmen, şema tüm cihazın verimliliğini önemli ölçüde artırabilir. Gerçek şu ki, bu durumda yükün kendisine ek olarak devrede önemli güç tüketen hiçbir güç elemanı yoktur. Anahtar transistörler doymuş anahtar modunda çalışırlar (yani aralarındaki voltaj düşüşü küçüktür) ve gücü yalnızca oldukça kısa zaman aralıklarında (darbe dağıtım süresi) dağıtırlar. Ayrıca dönüşüm sıklığını artırarak gücü önemli ölçüde artırmak, ağırlık ve boyut özelliklerini iyileştirmek mümkündür.

    Darbeli güç kaynaklarının önemli bir teknolojik avantajı, çok çeşitli ekipmanlara güç sağlamak için ağdan galvanik izolasyona sahip küçük boyutlu ağ güç kaynaklarını temel alarak oluşturma yeteneğidir. Bu tür güç kaynakları, yüksek frekanslı bir dönüştürücü devresi kullanan büyük bir düşük frekanslı güç transformatörü kullanılmadan üretilmiştir. Bu, aslında, giriş voltajı olarak düzeltilmiş şebeke voltajının kullanıldığı ve depolama elemanı olarak yüksek frekanslı bir transformatörün (küçük boyutlu ve yüksek verimli) kullanıldığı, voltaj düşürmeli tipik bir anahtarlama güç kaynağı devresidir. çıkış stabilize voltajının kaldırıldığı sekonder sargı (bu transformatör aynı zamanda ağdan galvanik izolasyon da sağlar).

    Darbeli güç kaynaklarının dezavantajları şunları içerir: yüksek seviyeçıkışta darbe gürültüsü, yüksek karmaşıklık ve düşük güvenilirlik (özellikle el sanatları üretiminde), en ufak bir arıza durumunda kolayca "toplu halde" arızalanan pahalı yüksek voltajlı, yüksek frekanslı bileşenlerin kullanılması ihtiyacı (içinde bu durumda kural olarak etkileyici piroteknik etkiler gözlemlenebilir). Bir tornavida ve bir havya ile cihazların içini araştırmayı sevenlerin, ağ anahtarlamalı güç kaynaklarını tasarlarken son derece dikkatli olmaları gerekecektir, çünkü bu tür devrelerin birçok elemanı yüksek voltaj altındadır.

    Pirinç. 3.4-1 Anahtarlamalı güç kaynaklarının tipik blok şemaları

    Resim:

    2. Etkili düşük karmaşıklıklı darbe dengeleyici.

    Verimli, düşük karmaşıklığa sahip anahtarlama stabilizatörü

    Yukarıda açıklanan doğrusal stabilizatörde kullanılana benzer bir eleman tabanı üzerinde (Şekil 3.3-3), bir darbe voltajı stabilizatörü oluşturmak mümkündür. Aynı özelliklerle önemli ölçüde daha küçük boyutlara ve daha iyi termal koşullara sahip olacak. Şematik diyagram böyle bir stabilizatör Şekil 2'de gösterilmektedir. 3.4-2. Stabilizatör standart bir voltaj azaltma devresine göre monte edilir (Şekil 3.4-1a).

    İlk açıldığında, C4 kapasitörü boşaldığında ve çıkışa yeterince güçlü bir yük bağlandığında, akım doğrusal regülatör IC DA1'den akar. Bu akımın neden olduğu R1 üzerindeki voltaj düşüşü, hemen doyum moduna giren anahtar transistör VT1'in kilidini açar, çünkü Endüktif reaktans L1 büyüktür ve transistörden yeterli miktarda akış geçer yüksek akım. R5'teki voltaj düşüşü ana anahtar elemanı - transistör VT2'yi açar. Akım. L1'de artış C4'ü şarj ederken, R8'deki geri bildirim yoluyla kayıt gerçekleşir


    Dengeleyicide ve anahtar transistörde hasar. Bobinde depolanan enerji yüke güç sağlar. C4'teki voltaj stabilizasyon voltajının altına düştüğünde DA1 ve anahtar transistörü açılır. Döngü 20-30 kHz frekansta tekrarlanır.

    Devre R3. R4, C2 çıkış voltajı seviyesini ayarlayacaktır. Uct DA1'den Uin'e kadar küçük sınırlar dahilinde sorunsuz bir şekilde ayarlanabilir. Ancak Uout, Uin'e yakın bir yerde yükseltilirse, bir miktar istikrarsızlık ortaya çıkar. maksimum yük ve artan nabız seviyeleri. Yüksek frekanslı dalgalanmaları bastırmak için dengeleyicinin çıkışına L2, C5 filtresi dahil edilmiştir.

    Bu şema oldukça basit ve en etkili olanıdır. bu seviye zorluklar. Tüm güç elemanları VT1, VT2, VD1, DA1 küçük radyatörlerle donatılmıştır. Giriş voltajı, KR142EN8 stabilizatörleri için maksimum olan 30 V'u aşmamalıdır. Doğrultucu diyotlar en az 3 A akım uygulayın.

    Pirinç. 3.4-2 Basit bir eleman tabanına dayanan etkili bir darbe dengeleyicinin şeması

    Resim:

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

    Anahtarlama stabilizatörüne dayalı kesintisiz güç kaynağı cihazı

    İncirde. 3.4-3, bir darbe dengeleyiciye dayalı, güvenlik ve video gözetim sistemlerinin kesintisiz güç kaynağı için bir cihazın değerlendirilmesini öneriyoruz. şarj cihazı. Dengeleyici aşırı yüke, aşırı ısınmaya, çıkış voltajındaki dalgalanmalara ve kısa devrelere karşı koruma sistemleri içerir.

    Dengeleyici aşağıdaki parametrelere sahiptir:

    Giriş voltajı, Uvx - 20-30 V:

    Çıkış stabilize gerilimi, Uvyx-12V:

    Nominal yük akımı, Yük nom -5A;

    Aşırı yük koruma sisteminin açma akımı, Iprotect - 7A;

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

    Maksimum pil şarj akımı, Icharge pili maks - 0,7 A;

    Dalgalanma seviyesi. Darbe - 100 mV,

    Aşırı ısınma koruma sisteminin çalışma sıcaklığı, Tzasch - 120 C;

    Akü gücüne geçiş hızı, twitch - 10 ms (röle RES-b RFO.452.112).

    Tarif edilen cihazdaki darbe stabilizatörünün çalışma prensibi yukarıda sunulan stabilizatörün çalışma prensibi ile aynıdır.

    Cihaz, DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7 elemanlarından yapılmış bir şarj cihazıyla desteklenmektedir. R7'de akım bölücüye sahip voltaj dengeleyici IC DA2. R8, maksimum başlangıç ​​​​şarj akımını sınırlar, R9, R10 bölücü, çıkış şarj voltajını ayarlar, VD2 diyotu, besleme voltajı olmadığında aküyü kendi kendine deşarjdan korur.

    Aşırı ısınma koruması, sıcaklık sensörü olarak R16 termistörünü kullanır. Koruma tetiklendiğinde, DD 1 IC'ye monte edilen sesli alarm açılır ve aynı zamanda yükün dengeleyiciyle bağlantısı kesilerek aküden güce geçiş yapılır. Termistör, transistör VT1'in radyatörüne monte edilmiştir. Sıcaklık koruma tepki seviyesinin ince ayarı R18 direnci ile gerçekleştirilir.

    Gerilim sensörü R13, R15 bölücü üzerine monte edilmiştir. direnç R15, aşırı gerilim korumasının tam seviyesini (13 V) ayarlar. Dengeleyicinin çıkışındaki voltaj aşarsa (ikincisi arızalanırsa), S1 rölesi yükü dengeleyiciden ayırır ve aküye bağlar. Besleme voltajı kapatılırsa, S1 rölesi "varsayılan" duruma geçer - yani. yükü aküye bağlar.

    Burada gösterilen devrenin pil için elektronik kısa devre koruması yoktur. Bu rol, yük güç kaynağı devresindeki maksimum akım tüketimi için tasarlanmış bir sigorta tarafından gerçekleştirilir.


    Pirinç. 3.4-3 Çok işlevli koruma sistemine sahip 12V 5A kesintisiz güç kaynağı cihazının şeması

    Resim:

    4. Yüksek frekanslı darbe dönüştürücüye dayalı güç kaynakları.

    Yüksek frekanslı darbe dönüştürücüye dayalı güç kaynakları

    Çoğu zaman, cihazları tasarlarken güç kaynağının boyutuna ilişkin katı gereksinimler vardır. Bu durumda tek çözüm, yüksek voltajlı, yüksek frekanslı darbe dönüştürücülere dayalı bir güç kaynağı kullanmaktır. Büyük bir düşük frekanslı düşürücü transformatör kullanılmadan ~220 V'luk bir ağa bağlanan ve küçük boyut ve ısı dağıtımıyla yüksek güç sağlayabilen.

    Tarafından desteklenen tipik bir darbe dönüştürücünün blok şeması endüstriyel ağŞekil 34-4'te sunulmuştur.

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


    itme-çekme devreleri). Darbelerin sıklığı ve süresi kontrollü bir jeneratör tarafından ayarlanır (darbe genişliğinin kontrolü genellikle kullanılır, daha az sıklıkla - frekans). Düşük frekanslı sinüzoidal sinyal transformatörlerinden farklı olarak darbeli güç kaynakları, hızlı kenarlı sinyaller üzerinde verimli güç aktarımı sağlayan geniş bantlı cihazlar kullanır. Bu, kullanılan manyetik devrenin tipine ve transformatörün tasarımına önemli gereksinimler getirir. Öte yandan, artan frekansla birlikte, transformatörün gerekli boyutları (iletilen gücü korurken) azalır (modern malzemeler, 100-400 kHz'e kadar frekanslarda kabul edilebilir verime sahip güçlü transformatörler üretmeyi mümkün kılar). Çıkış doğrultucusunun özel bir özelliği, düzeltilmiş voltajın yüksek frekansından dolayı geleneksel güç diyotları yerine yüksek hızlı Schottky diyotlarının kullanılmasıdır. Çıkış filtresi çıkış voltajı dalgalanmasını düzeltir. Geri besleme voltajı bir referans voltajıyla karşılaştırılır ve ardından osilatörü kontrol eder. Çıkış voltajının ağdan izolasyonunu sağlamak istiyorsak gerekli olan geri besleme devresinde galvanik izolasyonun varlığına lütfen dikkat edin.

    Bu tür IP'lerin imalatında, kullanılan bileşenler için ciddi gereksinimler ortaya çıkmaktadır (bu da geleneksel olanlara göre maliyetlerini arttırmaktadır). İlk olarak bu, arızaları önlemek için 350 V'tan az olmaması gereken doğrultucu diyotların, filtre kapasitörlerinin ve anahtar transistörlerin çalışma voltajıyla ilgilidir. İkincisi, yüksek frekanslı anahtar transistörler (çalışma frekansı 20-100 kHz) ve özel seramik kapasitörler(geleneksel oksit elektrolitler, yüksek endüktansları nedeniyle yüksek frekanslarda aşırı ısınır


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

    İncirde. Şekil 3.4-5, yüksek frekans dönüştürücüye dayanan klasik bir güç kaynağının şematik diyagramını göstermektedir. C1, C2, SZ kapasitörlerinden ve L1, L2 bobinlerinden oluşan filtre, besleme ağını dönüştürücüden gelen yüksek frekanslı parazitlerden korumaya yarar. Jeneratör kendi kendine salınan bir devreye göre inşa edilmiştir ve bir anahtar kademe ile birleştirilmiştir. Anahtar transistörler VT1 ve VT2 antifazda çalışır, sırayla açılır ve kapanır. Jeneratörün çalıştırılması ve güvenilir çalışma, çığ arıza modunda çalışan transistör VT3 tarafından sağlanır. C6 üzerindeki voltaj R3 üzerinden arttığında, transistör açılır ve kapasitör VT2 tabanına boşalarak jeneratörü çalıştırır. Geri besleme voltajı, güç transformatörü Tpl'nin ek (III) sargısından çıkarılır.

    Transistörler VT1. VT2, en az 100 cm^2 plakalı radyatörlere monte edilir. Schottky bariyerli VD2-VD5 diyotları 5 cm^2'lik küçük bir radyatöre yerleştirilir. Şok bobinleri ve transformatör verileri: L1-1. L2, PELSHO teli 0,25: 20 tur kullanılarak 2000NM K12x8x3 ferrit halkalarına iki kabloya sarılır. TP1 - birbirine katlanmış iki halka üzerinde, ferrit 2000NN KZ 1x18,5x7;

    PEV-2 0,5 tel ile sarım 1 - 82 tur: PEV-2 1,0 tel ile sarım II - 25+25 tur: PEV-2 0,3 tel ile sarım III - 2 tur. TP2, 2000NN K10x6x5 ferrit halkasına sarılmıştır. tüm sarımlar PEV-2 0,3 tel ile yapılır: 1 - 10 tur sarma:

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

    Transformatörlerin eleman değerleri ve sargı verileri 35 V çıkış gerilimi için verilmiştir. Diğer çalışma parametre değerlerinin gerekli olduğu durumlarda 2 Tr1 sargısındaki sarım sayısı buna göre değiştirilmelidir.

    Açıklanan devre, kullanılan bileşen sayısını son derece azaltma isteği nedeniyle önemli dezavantajlara sahiptir.Bunlar arasında düşük düzeyde çıkış voltajı stabilizasyonu, dengesiz güvenilmez çalışma ve düşük çıkış akımı bulunur.Bununla birlikte, en basit tasarımlara güç sağlamak için oldukça uygundur. farklı güç(uygun bileşenler kullanıldığında), örneğin: hesap makineleri. Arayanın kimlikleri. aydınlatma armatürleri vb.


    Yüksek frekanslı darbe dönüştürücüye dayalı başka bir güç kaynağı devresi, Şekil 2'de gösterilmektedir. 3.4-6. Bu şema ile Şekil 2'de gösterilen standart yapı arasındaki temel fark. 3.4-4 geri besleme devresinin olmamasıdır. Bu bağlamda, HF transformatörü Tr2'nin çıkış sargılarındaki voltaj kararlılığı oldukça düşüktür ve ikincil stabilizatörlerin kullanılması gerekir (devre, KR142 serisi IC'yi temel alan evrensel entegre stabilizatörler kullanır).

    Pirinç. 3.4-4 Endüstriyel bir ağdan beslenen tipik bir yüksek frekanslı darbe dönüştürücünün blok şeması

    Resim:

    Akım okumalı anahtar MOS transistörlü anahtarlama dengeleyicisi.

    Anahtarlamalı güç kaynaklarının geliştirilmesinde ve yapımında minyatürleştirme ve artan verimlilik, yeni bir yarı iletken invertör sınıfının - MOS transistörlerinin yanı sıra hızlı geri kazanımlı yüksek güçlü diyotlar, Schottky diyotlar, ultra yüksek hızlı kullanımıyla kolaylaştırılmıştır. diyotlar, yalıtımlı geçitli alan etkili transistörler, anahtar elemanları kontrol etmek için entegre devreler. Tüm bu öğeler şu adreste mevcuttur: iç pazar ve yüksek verimli güç kaynaklarının, dönüştürücülerin, içten yanmalı motorlar (ICE) için ateşleme sistemlerinin ve floresan lambalar (FLL) için çalıştırma sistemlerinin tasarımında kullanılabilir. HEXSense (akım algılama özelliğine sahip MOS transistörleri) adı verilen bir güç cihazı sınıfı da geliştiricilerin büyük ilgisini çekebilir. Kontrole hazır anahtarlamalı güç kaynakları için ideal anahtarlama elemanlarıdır. Anahtar transistör akımını okuma yeteneği, bir darbe genişliği modülasyon kontrol cihazının gerektirdiği akım geri bildirimini sağlamak için güç kaynaklarının anahtarlanmasında kullanılabilir. Bu, güç kaynağının tasarımının basitleştirilmesini sağlar - akım dirençlerinin ve transformatörlerin hariç tutulması.

    İncirde. Şekil 3.4-7, 230 W anahtarlamalı güç kaynağının şemasını göstermektedir. Başlıca 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, çıkışta yüksek frekans dönüştürücüye sahip bir darbe genişliği modülatörü (PWM) temelinde inşa edilmiştir. Çalışma prensibi aşağıdaki gibidir.

    Anahtar transistör için kontrol sinyali, PWM kontrol cihazı DA1'in 6 çıkışından gelir, görev döngüsü, R4 direnci ile% 50 ile sınırlıdır, R4 ve SZ, jeneratörün zamanlama elemanlarıdır. DA1'in güç kaynağı VD5, C5, C6, R6 zinciri tarafından sağlanır. Direnç R6, jeneratörün başlatılması sırasında besleme voltajı sağlamak üzere tasarlanmıştır; ardından LI, VD5 aracılığıyla voltaj geri bildirimi etkinleştirilir. Bu geri bildirim, ters modda çalışan çıkış bobininin ek sargısından elde edilir. Jeneratöre güç vermenin yanı sıra, VD4, Cl, Rl, R2 zinciri üzerinden geri besleme voltajı DA1 voltaj geri besleme girişine (pim 2) beslenir. Geri besleme döngüsünün kararlılığını garanti eden R3 ve C2 aracılığıyla telafi sağlanır.

    Bu devreye dayanarak, diğer çıkış parametreleriyle darbe stabilizatörleri oluşturmak mümkündür.

    giriiş

    Anahtarlamalı güç kaynakları artık modası geçmiş doğrusal olanların yerini güvenle alıyor. Sebep - bu güç kaynaklarının doğasında var yüksek performans, kompaktlık ve geliştirilmiş stabilizasyon performansı.

    Elektronik ekipmanların güç kaynağı prensiplerinin geçmişte geçirdiği hızlı değişimlerle birlikte Son zamanlarda Anahtarlamalı güç kaynaklarının hesaplanması, yapımı ve kullanımına ilişkin bilgiler giderek daha alakalı hale geliyor.

    Son zamanlarda, anahtarlamalı güç kaynakları, elektronik ve radyo mühendisliği ile endüstriyel üretim alanındaki uzmanlar arasında özellikle popülerlik kazanmıştır. Standart hantal transformatör ünitelerini terk etme ve anahtarlamalı güç kaynakları, voltaj dönüştürücüler, dönüştürücüler ve invertörlerin küçük boyutlu tasarımlarına geçme eğilimi olmuştur.

    Genel olarak, güç kaynaklarının değiştirilmesi konusu oldukça alakalı ve ilginçtir ve güç elektroniğinin en önemli alanlarından biridir. Bu elektronik alanı umut verici ve hızla gelişiyor. Ana hedefi ise güvenilirlik, kalite, dayanıklılık açısından modern gereksinimleri karşılayan, ağırlığı, boyutu, enerji ve malzeme tüketimini en aza indiren güçlü güç cihazları geliştirmektir. Her türlü bilgisayar, ses, video ekipmanı ve diğer modern cihazlar da dahil olmak üzere neredeyse tüm modern elektroniklerin, alaka düzeyini bir kez daha teyit eden kompakt anahtarlamalı güç kaynakları tarafından çalıştırıldığı unutulmamalıdır. Daha fazla gelişme güç kaynaklarının belirtilen alanı.

    Güç kaynaklarını değiştirmenin çalışma prensibi

    Anahtarlamalı güç kaynağı invertör sistemi. Güç kaynaklarının değiştirilmesinde öncelikle AC giriş voltajı düzeltilir. Ortaya çıkan DC voltajı şuna dönüştürülür: kare darbeler artan frekans ve belirli bir görev döngüsü, ya bir transformatöre (besleme ağından galvanik izolasyonlu darbe güç kaynakları durumunda) veya doğrudan çıkış alçak geçiş filtresine (galvanik izolasyonsuz darbe güç kaynaklarında) beslenir. Darbeli güç kaynaklarında küçük boyutlu transformatörler kullanılabilir - bu, artan frekansla transformatörün verimliliğinin artması ve eşdeğer gücü iletmek için gereken çekirdeğin boyutlarına (bölümüne) yönelik gereksinimlerin azalmasıyla açıklanır. Çoğu durumda, elektrikli çeliğin kullanıldığı düşük frekanslı transformatörlerin çekirdeklerinin aksine, böyle bir çekirdek ferromanyetik malzemelerden yapılabilir.

    Şekil 1 - Anahtarlamalı bir güç kaynağının blok şeması

    Doğrultucuya şebeke voltajı verilir ve ardından kapasitif bir filtre ile yumuşatılır. Gerilimi artan filtre kapasitöründen, transformatör sargısı boyunca doğrultulmuş voltaj, anahtar görevi gören transistörün toplayıcısına beslenir. Kontrol cihazı transistörün periyodik olarak açılıp kapanmasını sağlar. Güç kaynağını güvenilir bir şekilde başlatmak için mikro devre üzerinde yapılmış bir ana osilatör kullanılır. Darbeler anahtar transistörün tabanına beslenir ve otojeneratörün çalışma döngüsünün başlatılmasına neden olur. Kontrol cihazı, çıkış voltajı seviyesinin izlenmesinden, bir hata sinyali üretilmesinden ve sıklıkla anahtarın doğrudan kontrol edilmesinden sorumludur. Ana osilatörün mikro devresi, doğrudan depolama kapasitansının girişinden gelen bir direnç zinciri tarafından çalıştırılır ve voltajı referans kapasitans ile dengeler. Optokuplörün çalışmasından ana osilatör ve ikincil devrenin anahtar transistörü sorumludur. Optokuplörün çalışmasından sorumlu transistörler ne kadar açık olursa, geri besleme darbelerinin genliği o kadar küçük olur, güç transistörü o kadar çabuk kapanır ve transformatörde o kadar az enerji birikerek çıkıştaki voltaj artışını durdurur. kaynağın. Çıkış voltajlarının regülatörü ve yöneticisi olarak optokuplörün önemli bir rol oynadığı güç kaynağının çalışma modu geldi.

    Endüstriyel bir güç kaynağının özellikleri, sıradan bir ev tipi güç kaynağınınkinden daha katıdır. Bu sadece güç kaynağının girişinde yüksek voltajın olmasıyla ifade edilmez. üç fazlı voltaj, ancak aynı zamanda endüstriyel güç kaynaklarının, voltaj düşüşleri ve dalgalanmalarının yanı sıra bir veya daha fazla fazın kaybı da dahil olmak üzere giriş voltajında ​​​​nominal değerden önemli bir sapma olsa bile çalışır durumda kalması gerekir.

    Şekil 2 - Anahtarlamalı bir güç kaynağının şematik diyagramı.

    Şema aşağıdaki gibi çalışır. Üç telli olarak üç fazlı giriş yapılabilir, dört telli devre hatta tek fazlı. Üç fazlı doğrultucu D1 - D8 diyotlarından oluşur.

    R1 - R4 dirençleri aşırı gerilim koruması sağlar. Aşırı yük tetiklemeli koruyucu dirençlerin kullanılması, ayrı sigorta bağlantılarının kullanımını gereksiz kılar. Girişteki doğrultulmuş voltaj, C5, C6, C7, C8 ve L1'den oluşan U şeklinde bir filtre tarafından filtrelenir.

    Dirençler R13 ve R15, giriş filtresi kapasitörleri arasındaki voltajı eşitler.

    U1 yongasının MOSFET'i açıldığında, Q1'in kaynak potansiyeli azalır, kapı akımı sırasıyla R6, R7 ve R8 dirençleri tarafından sağlanır, VR1 ... VR3 geçişlerinin kapasitansı Q1'in kilidini açar. Zener diyot VR4, Q1'e uygulanan kaynak kapısı voltajını sınırlar. MOSFET U1 kapandığında drenaj voltajı VR1, VR2, VR3 sınırlayıcı devresi tarafından 450 volt ile sınırlandırılır. Sargının sonundaki herhangi bir ek voltaj Q1 tarafından dağıtılacaktır. Bu bağlantı, toplam düzeltilmiş voltajı Q1 ve U1'e etkili bir şekilde dağıtır.

    Soğurma devresi VR5, D9, R10, ters strok sırasında transformatörün endüksiyon sızıntısından kaynaklanan primer sargıdaki aşırı voltajı emer.

    Çıkış düzeltmesi D1 diyotu tarafından gerçekleştirilir. C2 - çıkış filtresi. L2 ve C3, çıkış voltajı kararsızlığını azaltmak için ikinci filtre aşamasını oluşturur.

    Çıkış voltajı VR6 ve optokuplördeki düşüşü aştığında VR6 iletime başlar. Çıkış voltajındaki bir değişiklik, optokuplör diyotu U2 boyunca akan akımda bir değişikliğe neden olur ve bu da, optokuplör transistörü U2 boyunca geçen akımda bir değişikliğe neden olur. Bu akım U1'in FB pinindeki eşiği aştığında bir sonraki görev döngüsü atlanır. Belirtilen çıkış voltajı seviyesi, kaçırılan ve tamamlanan iş çevrimlerinin sayısı düzenlenerek korunur. Görev döngüsü başladıktan sonra U1'den geçen akım ayarlanan dahili sınıra ulaştığında sona erecektir. R11, optokuplörden geçen akımı sınırlar ve geri besleme kazancını ayarlar. Direnç R12, VR6'ya öngerilim sağlar.

    Bu devre, U1'de (LNK304) yerleşik işlevler sayesinde geri besleme döngüsü kırılmasından, çıkış kısa devresinden ve aşırı yükten korunur. Mikro devreye doğrudan boşaltma piminden güç verildiği için ayrı bir güç sargısına gerek yoktur.

    Güç kaynaklarının değiştirilmesinde negatif geri besleme ile voltaj stabilizasyonu sağlanır. Geri bildirim, giriş voltajındaki ve yük boyutundaki dalgalanmalardan bağımsız olarak çıkış voltajını nispeten sabit bir seviyede tutmanıza olanak tanır. Geri bildirim farklı şekillerde organize edilebilir. Besleme ağından galvanik izolasyonlu darbeli kaynaklar durumunda, en yaygın yöntemler, transformatörün çıkış sargılarından biri aracılığıyla veya bir optokuplör kullanılarak iletişimin kullanılmasıdır. Geri besleme sinyalinin büyüklüğüne bağlı olarak (çıkış voltajına bağlı olarak), PWM kontrol cihazının çıkışındaki darbelerin görev döngüsü değişir. Ayırma gerekli değilse, kural olarak basit bir dirençli voltaj bölücü kullanılır. Böylece güç kaynağı sabit bir çıkış voltajını korur.

    Devrelere enerji sağlayan ek cihazların kullanılması yoluyla ikincil gücün gerçekleştirilmesi prensibi, çoğu elektrikli cihazda oldukça uzun süredir kullanılmaktadır. Bu cihazlar güç kaynaklarıdır. Gerilimi gerekli seviyeye dönüştürmeye yararlar. PSU'lar yerleşik veya ayrı elemanlar. Elektriği dönüştürmenin iki prensibi vardır. Birincisi analog transformatörlerin kullanımına, ikincisi ise anahtarlamalı güç kaynaklarının kullanımına dayanmaktadır. Bu ilkeler arasındaki fark oldukça büyük ama ne yazık ki herkes bunu anlamıyor. Bu yazıda anahtarlamalı bir güç kaynağının nasıl çalıştığını ve analogdan ne kadar farklı olduğunu anlayacağız. Başlayalım. Gitmek!

    İlk ortaya çıkanlar transformatör güç kaynaklarıydı. Çalışma prensibi, 220 V'luk bir ağa bağlı bir güç transformatörü kullanarak voltaj yapısını değiştirmeleridir.Burada, doğrultucu cihaza gönderilen sinüzoidal harmoniğin genliği azaltılır. Daha sonra voltaj, izin verilen güce göre seçilen paralel bağlı bir kapasitör tarafından yumuşatılır. Çıkış terminallerindeki voltaj regülasyonu, trim dirençlerinin konumu değiştirilerek sağlanır.

    Şimdi darbe güç kaynaklarına geçelim. Biraz sonra ortaya çıktılar, ancak bir dizi olumlu özellik nedeniyle hemen önemli bir popülerlik kazandılar:

    • Ambalajın mevcudiyeti;
    • Güvenilirlik;
    • Çıkış gerilimleri için çalışma aralığını genişletme imkanı.

    Bu prensibi bünyesinde barındıran tüm cihazlar güç kaynağını değiştirmek, pratik olarak birbirlerinden farklı değiller.

    Darbe güç kaynağının elemanları şunlardır:

    • Doğrusal güç kaynağı;
    • Bekleme güç kaynağı;
    • Jeneratör (ZPI, kontrol);
    • Anahtar transistörü;
    • Optokuplör;
    • Kontrol devreleri.

    Belirli bir parametre grubuna sahip bir güç kaynağı seçmek için ChipHunt web sitesini kullanın.

    Sonunda anahtarlamalı bir güç kaynağının nasıl çalıştığını anlayalım. İnvertör devresinin elemanları arasındaki etkileşim prensiplerini kullanır ve bu sayede stabil bir voltaj elde edilir.

    İlk önce doğrultucu 220 V'luk normal bir voltaj alır, ardından kapasitif filtre kapasitörleri kullanılarak genlik yumuşatılır. Bundan sonra geçen sinüzoidler çıkış diyot köprüsü tarafından düzeltilir. Daha sonra sinüzoidler yüksek frekanslı darbelere dönüştürülür. Dönüşüm, güç kaynağı ağının çıkış devrelerinden galvanik olarak ayrılmasıyla veya böyle bir izolasyon olmadan gerçekleştirilebilir.

    Güç kaynağı galvanik olarak izole edilmişse, yüksek frekanslı sinyaller galvanik izolasyon gerçekleştiren bir transformatöre gönderilir. Transformatörün verimliliğini arttırmak için frekans arttırılır.

    Darbe güç kaynağının çalışması üç zincirin etkileşimine dayanır:

    • PWM denetleyicisi (darbe genişliği modülasyonu dönüşümünü kontrol eder);
    • Bir dizi güç anahtarı (aşağıdakilerden birine göre açılan transistörlerden oluşur) üç şema: köprü, yarım köprü, orta noktalı);
    • Darbe transformatörü (manyetik çekirdeğin etrafına monte edilmiş birincil ve ikincil sargılara sahiptir).

    Güç kaynağı dekuplajsızsa, yüksek frekanslı izolasyon transformatörü kullanılmaz ve sinyal doğrudan alçak geçiş filtresine beslenir.

    Anahtarlamalı güç kaynaklarını analog olanlarla karşılaştırdığınızda, birincisinin bariz avantajlarını görebilirsiniz. UPS'ler daha az ağırlığa sahipken verimlilikleri önemli ölçüde daha yüksektir. Daha geniş bir besleme voltajı aralığına ve yerleşik korumaya sahiptirler. Bu tür güç kaynaklarının maliyeti genellikle daha düşüktür.

    Dezavantajları arasında yüksek frekanslı parazitin varlığı ve güç sınırlamaları (hem yüksek hem de düşük yüklerde) yer alır.

    UPS'i sıradan bir akkor lamba kullanarak kontrol edebilirsiniz. Birincil sargı geçecek şekilde tasarlanmadığından, lambayı uzak transistörün boşluğuna bağlamamanız gerektiğini lütfen unutmayın. DC bu nedenle hiçbir durumda geçmesine izin verilmemelidir.

    Lamba yanıyorsa güç kaynağı normal çalışıyor demektir, ancak yanmıyorsa güç kaynağı çalışmıyor demektir. Kısa bir yanıp sönme, UPS'in başlatıldıktan hemen sonra kilitlendiğini gösterir. Çok parlak parıltıçıkış voltajı stabilizasyonunun olmadığını gösterir.

    Artık anahtarlamalı ve geleneksel analog güç kaynaklarının çalışma prensibinin neye dayandığını bileceksiniz. Her birinin anlaşılması gereken kendi yapısal ve işleyiş özellikleri vardır. UPS'in performansını normal bir akkor lamba kullanarak da kontrol edebilirsiniz. Bu makalenin sizin için yararlı olup olmadığını yorumlara yazın ve tartışılan konuyla ilgili sorularınızı sorun.

    DARBE GÜÇ KAYNAKLARI

    Güç kaynaklarının, bir takım gereksinimlere tabi olan radyo mühendisliği cihazlarının ayrılmaz bir parçası olduğu bilinmektedir; elektrik enerjisi üreten ve bunu radyo cihazlarının gerekli çalışma koşullarını sağlamak için gerekli forma dönüştüren bir elementler, aletler ve aparatlar kompleksini temsil ederler.

    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 cihazlardır. Bunlar şunları içerir: AC-DC voltaj dönüştürücüler (doğrultucu); AC voltaj dönüştürücüler (transformatörler); DC-AC dönüştürücüler (invertörler).

    Güç kaynakları şu anda elektronik ekipmanın toplam kütlesinin ve hacminin %30 ila 70'ini oluşturmaktadır. Bu nedenle, iyi teknik ve ekonomik göstergelere sahip minyatür, hafif ve güvenilir bir güç kaynağı cihazı oluşturma sorunu önemli ve konuyla ilgilidir. Bu çalışma, minimum ağırlık ve boyuta ve yüksek teknik özelliklere sahip ikincil bir güç kaynağının (SPS) geliştirilmesine ayrılmıştır.

    İkincil güç kaynaklarını tasarlamanın ön koşulu, bunlara ilişkin gereksinimlerin açık bir şekilde bilinmesidir. Bu gereksinimler çok çeşitlidir ve belirli bir RES tarafından desteklenen REA komplekslerinin işletim özelliklerine göre belirlenir. Ana gereksinimler şunlardır: tasarım açısından - güvenilirlik, bakım kolaylığı, boyut ve ağırlık kısıtlamaları, termal koşullar; teknik ve ekonomik özelliklere - maliyet ve üretilebilirliğe.

    IP'nin ağırlığını, boyutunu ve teknik ve ekonomik göstergelerini iyileştirmenin ana yönleri: en yeni elektrik malzemelerinin kullanımı; integral hibrit teknolojisini kullanarak eleman tabanının uygulanması; elektrik enerjisi dönüşüm sıklığının arttırılması; yeni etkili devre çözümleri arar. Bir güç kaynağı devresi seçmek için, geleneksel teknoloji kullanılarak yapılan güç PS'leriyle karşılaştırmalı olarak anahtarlamalı güç kaynaklarının (PSS) kullanımının verimliliğine ilişkin bir analiz yapıldı.

    Güç transformatörlerinin ana dezavantajları, yüksek ağırlık ve boyut özelliklerinin yanı sıra güçlü bir manyetik alanın diğer elektronik cihazlar üzerindeki önemli etkisidir. güç transformatörleri. SMPS ile ilgili sorun, yüksek frekanslı girişim yaratmaları ve bunun sonucunda belirli elektronik ekipman türleriyle elektromanyetik uyumsuzluk yaratmalarıdır. Analiz, SMPS'in gereksinimleri en iyi şekilde karşıladığını gösterdi ve bu, REA'daki yaygın kullanımlarıyla da doğrulandı.

    Çalışmada, alan etkili transistörler ve dönüştürücüde orta terminali bulunan birincil sargılı bir transformatör kullanılarak diğer SMPS'lerden ayrılan 800 W'lık bir SMPS incelenmektedir. FET'ler daha yüksek verimlilik ve azaltılmış yüksek frekanslı gürültü sağlar ve orta kademe transformatörü, anahtarlama transistörleri aracılığıyla akımın yarısını sağlar ve geçit devrelerinde izolasyon transformatörüne olan ihtiyacı ortadan kaldırır.

    Seçilen prensibe göre elektrik şeması bir tasarım geliştirildi ve bir prototip SMPS üretildi. Tüm yapı alüminyum kasaya monte edilmiş bir modül şeklinde sunulmaktadır. İlk testlerden sonra bir takım eksiklikler tespit edildi: anahtar transistörlerin radyatörlerinin gözle görülür şekilde ısınması, güçlü ev içi dirençlerden ısıyı gidermenin zorluğu ve büyük boyutlar.

    Tasarım değiştirildi: kontrol panosunun tasarımı, çift taraflı bir pano üzerinde yüzeye monte bileşenler kullanılarak değiştirildi, ana panoya dikey montajı; bilgisayardan yerleşik fanlı bir radyatör kullanmak; Devrenin tüm ısıl gerilimli elemanları, en etkili soğutma için ana fanın üfleme yönü boyunca kasanın bir tarafına özel olarak yerleştirildi. Değişiklik sonucunda IPP'nin boyutları üç kat azaltıldı ve ilk testler sırasında tespit edilen eksiklikler giderildi. Değiştirilen örnek aşağıdaki özelliklere sahiptir: besleme voltajı Up = ~ 180-240 V, çalışma frekansı f = 90 kHz, çıkış gücü P = 800 W, verimlilik = %85, ağırlık = 2,1 kg, boyutlar 145Х145Х80 mm.

    Bu çalışma, ev ses üretim sisteminin bir parçası olan ses güç amplifikatörüne güç sağlamak için tasarlanmış bir anahtarlamalı güç kaynağının tasarımına ayrılmıştır. yüksek güç. Evde ses üretim sisteminin oluşturulması UMZCH için devre tasarımının seçilmesiyle başladı. Bu amaçla ses üreten cihazların devre tasarımının analizi yapılmıştır. Seçim, yüksek kaliteli UMZCH devresinde yapıldı.

    Bu amplifikatör çok yüksek özelliklere sahiptir, aşırı yüke ve kısa devrelere karşı koruma cihazları, çıkışta sıfır sabit voltaj potansiyelini koruyan cihazlar ve amplifikatörü akustiğe bağlayan tellerin direncini telafi etmek için bir cihaz içerir. UMZCH devresinin uzun zaman önce yayınlanmış olmasına rağmen, radyo amatörleri, yüksek kaliteli müzik çalmaya yönelik cihazların montajıyla ilgili hemen hemen her literatürde referansları bulunabilen tasarımını bugüne kadar tekrarlıyor. Bu makaleye dayanarak toplam güç tüketimi 800 W olan dört kanallı bir UMZCH'nin monte edilmesine karar verildi. Bu nedenle, UMZCH'nin montajındaki bir sonraki aşama, en az 800 W çıkış gücü, küçük boyutlar ve ağırlık, operasyonel güvenilirlik ve aşırı yük ve kısa devrelere karşı koruma sağlayacak bir güç kaynağı tasarımının geliştirilmesi ve montajıydı.

    Güç kaynakları esas olarak iki şemaya göre üretilmiştir: geleneksel klasik ve darbeli voltaj dönüştürücülerin şemasına göre. Bu nedenle, anahtarlamalı bir güç kaynağının tasarımının bir araya getirilmesine ve iyileştirilmesine karar verildi.

    İkincil güç kaynaklarının incelenmesi. Güç kaynakları iki gruba ayrılır: birincil ve ikincil güç kaynakları.

    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 cihazlardır. Bunlar şunları içerir:

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

    İkincil güç kaynakları esas olarak iki şemaya göre inşa edilmiştir: geleneksel klasik ve darbe voltaj dönüştürücülerinin şemasına göre. Geleneksel klasik tasarıma göre yapılan güç transformatörlerinin ana dezavantajı, büyük ağırlık ve boyut özelliklerinin yanı sıra güç transformatörlerinin güçlü manyetik alanının diğer elektronik cihazlar üzerindeki önemli etkisidir. SMPS ile ilgili sorun, yüksek frekanslı girişim yaratmaları ve bunun sonucunda belirli elektronik ekipman türleriyle elektromanyetik uyumsuzluk yaratmalarıdır. Analiz, SMPS'in gereksinimleri en iyi şekilde karşıladığını gösterdi ve bu, REA'daki yaygın kullanımlarıyla da doğrulandı.

    Anahtarlamalı güç kaynaklarının transformatörleri aşağıdaki açılardan geleneksel olanlardan farklıdır: - voltaj kaynağı dikdörtgen şekil; Sargıların karmaşık şekli (orta nokta terminalleri) ve üzerinde çalışma yükseltilmiş frekanslar(onlarca kHz'e kadar). Ayrıca transformatör parametrelerinin yarı iletken cihazların çalışma modu ve dönüştürücünün özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardır. Böylece transformatörün mıknatıslanma endüktansı, transistörlerin anahtarlama süresini arttırır; kaçak endüktans (hızla değişen bir akımla) transistörlerde aşırı gerilimlerin oluşmasına neden olur ve bu da bunların bozulmasına neden olabilir; Yüksüz akım, dönüştürücünün verimliliğini azaltır ve transistörlerin termal koşullarını kötüleştirir. SMPS transformatörlerinin hesaplanmasında ve tasarlanmasında belirtilen özellikler dikkate alınır.

    Bu yazıda 800 W anahtarlamalı bir güç kaynağı incelenmektedir. Alan etkili transistörlerin ve dönüştürücüde orta terminali olan birincil sargılı bir transformatörün kullanılmasıyla daha önce açıklananlardan farklıdır. Birincisi daha yüksek verimlilik ve daha düşük seviyede yüksek frekans girişimi sağlarken, ikincisi anahtar transistörler üzerinden akımın yarısını sağlar ve kapı devrelerinde izolasyon transformatörüne olan ihtiyacı ortadan kaldırır.

    Böyle bir devre çözümünün dezavantajı yüksek voltaj uygun izin verilen voltaja sahip transistörlerin kullanılmasını gerektiren birincil sargının yarılarında. Doğru, 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 çevrimli yüksek frekans dönüştürücüler kullanır. İlkinin verimliliği ikincisinden daha düşüktür, dolayısıyla 40...60 W'tan daha fazla güce sahip tek çevrimli UPS'ler tasarlamak pratik değildir. İtme-çekme dönüştürücüler, yüksek verimlilikle önemli ölçüde daha yüksek çıkış gücü sağlar. Çıkış anahtarı transistörlerini uyarma yöntemi ve bunları dönüştürücü transformatörün birincil sargısının devresine bağlama devresi ile karakterize edilen birkaç gruba ayrılırlar. Uyarma yöntemi hakkında konuşursak, iki grubu ayırt edebiliriz: kendini uyarma ve dış uyarma ile.

    İlki, kuruluştaki zorluklar nedeniyle daha az popülerdir. Güçlü (200 W'tan fazla) UPS'ler tasarlarken, üretimlerinin karmaşıklığı haksız yere artar, bu nedenle bu tür güç kaynakları için çok az kullanımları vardır. Harici uyarımlı dönüştürücüler, yüksek güçlü UPS'ler oluşturmak için çok uygundur ve bazen neredeyse hiç kurulum gerektirmez. Anahtar transistörleri bir transformatöre bağlamak için üç devre vardır: sözde yarım köprü (Şekil 1, a), köprü (Şekil 1, b). Günümüzde en yaygın olarak yarım köprü dönüştürücü kullanılmaktadır.

    Nispeten az sayıda iki transistör gerektirir yüksek değer voltaj Ukemax. Şekil 1a'da görülebileceği gibi, C1 ve C2 kapasitörleri, T2 transformatörünün birincil (I) sargısının bağlandığı bir voltaj bölücü oluşturur. Anahtar transistörü açıldığında sargıdaki gerilim darbesinin genliği Upit/2 - Uken nas değerine ulaşır. Köprü dönüştürücü, yarım köprü dönüştürücüye benzer, ancak içindeki kapasitörlerin yerini çapraz olarak çiftler halinde açılan transistörler VT3 ve VT4 (Şekil 1b) alır. Bu dönüştürücü, transformatörün birincil sargısına sağlanan voltajın artması ve dolayısıyla VT1-VT4 transistörlerinden akan akımın azalması nedeniyle biraz daha yüksek bir verime sahiptir. Bu durumda transformatörün primer sargısındaki voltaj genliği Upit - 2Uke değerine ulaşır.

    Şekil 1c'deki devreye göre en yüksek verimlilikle karakterize edilen dönüştürücü özellikle dikkate değerdir. Bu, birincil sargı akımının azaltılması ve bunun sonucunda güçlü UPS'ler için son derece önemli olan anahtar transistörlerdeki güç dağılımının azaltılmasıyla elde edilir. Birincil sargının yarısındaki darbelerin voltaj genliği Upit - Uke değerine yükselir.

    Ayrıca şunu da belirtelim ki diğer dönüştürücülerden farklı olarak giriş izolasyon transformatörüne ihtiyaç duymaz. Şekil 1c'deki devreye göre cihazda Uke max değeri yüksek olan transistörlerin kullanılması gerekmektedir. Primer sargının üst yarısının (şemaya göre) ucu alt kısmın başlangıcına bağlı olduğundan, birincisinden akım aktığında (VT1 açık), ikincisinde eşit bir voltaj oluşturulur ( mutlak değerde) birincideki voltaj genliğine, ancak Upit'e göre işaret olarak zıttır. Başka bir deyişle, kapalı transistör VT2'nin kollektöründeki voltaj 2Upit'e ulaşır. bu nedenle Uke max değeri 2Upit'ten büyük olmalıdır. Önerilen UPS, birincil sargısı orta terminale sahip olan transformatörlü bir itme-çekme dönüştürücüsü kullanır. Yüksek verime sahiptir, düşük seviye titreşimler yapar ve çevreye zayıf bir şekilde parazit yayar.