Switching power supply (SMPS) adalah yang paling banyak digunakan saat ini dan berhasil digunakan di semua perangkat radio-elektronik modern.

Gambar 3 menunjukkan diagram blok catu daya switching yang dibuat menurut rangkaian tradisional. Penyearah sekunder dibuat menurut rangkaian setengah gelombang. Nama-nama node ini mengungkapkan tujuannya dan tidak memerlukan penjelasan. Komponen utama rangkaian primer adalah: filter masukan, penyearah tegangan listrik dan konverter tegangan suplai HF yang disearahkan dengan transformator.

Filter penyearah garis

Transformator

Konverter RF

Penyearah sekunder

penyaring masukan

Gambar 3 - Diagram blok catu daya pulsa

Prinsip dasar yang mendasari pengoperasian SMPS adalah konversi tegangan listrik bolak-balik 220 volt dan frekuensi 50 Hz menjadi tegangan persegi frekuensi tinggi bolak-balik, yang diubah ke nilai yang diperlukan, disearahkan dan disaring.

Konversi dilakukan menggunakan transistor kuat yang beroperasi dalam mode sakelar dan transformator pulsa, bersama-sama membentuk rangkaian konverter RF. Mengenai desain rangkaian, ada dua opsi konverter yang memungkinkan: yang pertama dibuat sesuai dengan rangkaian osilator mandiri pulsa (misalnya, ini digunakan pada UPS TV) dan yang kedua dengan pengendalian eksternal(digunakan di sebagian besar perangkat radio-elektronik modern).

Karena frekuensi konverter biasanya dipilih dari 18 hingga 50 kHz, dimensi transformator pulsa, dan akibatnya, seluruh catu daya, cukup kompak, yang merupakan parameter penting untuk peralatan modern konverter pulsa dengan kontrol eksternal ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 - Diagram skema catu daya pulsa dengan unit catu daya.

Konverter dibuat pada transistor VT1 dan transformator T1. Tegangan listrik disuplai melalui filter listrik (SF) ke penyearah listrik (SV), di mana tegangan tersebut disearahkan, disaring oleh kapasitor filter (SF) dan melalui belitan W1 transformator T1 disuplai ke kolektor transistor VT1. Ketika pulsa persegi diterapkan ke rangkaian dasar transistor, transistor terbuka dan arus yang meningkat mengalir melaluinya SAYA j. Arus yang sama akan mengalir melalui belitan W1 transformator T1, yang akan menyebabkan fluks magnet pada inti transformator meningkat, sedangkan ggl induksi sendiri diinduksi pada belitan sekunder W2 transformator. Pada akhirnya tegangan positif akan muncul pada output dioda VD. Selain itu, jika kita menambah durasi pulsa yang diterapkan ke basis transistor VT1, tegangan pada rangkaian sekunder akan meningkat, karena lebih banyak energi akan dilepaskan, dan jika durasinya dikurangi, tegangannya juga akan berkurang. Jadi, dengan mengubah durasi pulsa di rangkaian dasar transistor, kita dapat mengubah tegangan keluaran belitan sekunder T1, dan dengan demikian menstabilkan tegangan keluaran catu daya. Satu-satunya hal yang diperlukan untuk ini adalah rangkaian yang akan menghasilkan pulsa pemicu dan mengontrol durasinya (lintang). Pengontrol PWM digunakan sebagai sirkuit seperti itu. PWM – modulasi lebar pulsa.

Untuk menstabilkan tegangan keluaran UPS, rangkaian pengontrol PWM “harus mengetahui” besarnya tegangan keluaran. Untuk tujuan ini, rantai pelacakan (atau rantai) digunakan masukan), dibuat pada optocoupler U1 dan resistor R2. Peningkatan tegangan pada rangkaian sekunder transformator T1 akan menyebabkan peningkatan intensitas radiasi LED, dan oleh karena itu terjadi penurunan resistansi sambungan fototransistor (bagian dari optocoupler U1). Yang pada gilirannya akan menyebabkan peningkatan penurunan tegangan pada resistor R2 yang dihubungkan seri dengan fototransistor dan penurunan tegangan pada pin 1 pengontrol PWM. Penurunan tegangan menyebabkan rangkaian logika yang termasuk dalam pengontrol PWM menambah durasi pulsa hingga tegangan pada pin 1 sesuai dengan parameter yang ditentukan. Ketika tegangan berkurang, prosesnya sebaliknya.

UPS menggunakan dua prinsip untuk menerapkan sirkuit pelacakan - “langsung” dan “tidak langsung”. Metode yang dijelaskan di atas disebut “langsung”, karena tegangan umpan balik dihilangkan langsung dari penyearah sekunder. Dengan pelacakan “tidak langsung”, tegangan umpan balik dihilangkan dari belitan tambahan transformator pulsa (Gambar 5).

Gambar 5 - Diagram skema catu daya pulsa dengan unit catu daya.

Penurunan atau kenaikan tegangan pada belitan W2 akan menyebabkan perubahan tegangan pada belitan W3, yang juga dialirkan ke pin 1 pengontrol PWM melalui resistor R2.

Perlindungan SMPS terhadap korsleting.

Hubungan pendek (SC) pada beban UPS. Dalam hal ini, semua energi yang disuplai ke sirkuit sekunder UPS akan hilang dan tegangan keluaran hampir nol. Oleh karena itu, rangkaian pengontrol PWM akan mencoba meningkatkan durasi pulsa untuk menaikkan level tegangan ini ke nilai yang sesuai. Akibatnya transistor VT1 akan tetap terbuka lebih lama, dan arus yang mengalir melaluinya akan meningkat. Pada akhirnya, hal ini akan menyebabkan kegagalan transistor ini. UPS memberikan perlindungan bagi transistor konverter terhadap kelebihan arus dalam situasi darurat seperti itu. Hal ini didasarkan pada resistor Rproteksi, dihubungkan secara seri ke sirkuit yang melaluinya arus kolektor Ik mengalir. Peningkatan arus Ik yang mengalir melalui transistor VT1 akan menyebabkan peningkatan penurunan tegangan pada resistor ini, dan akibatnya, tegangan yang disuplai ke pin 2 pengontrol PWM juga akan berkurang. Ketika tegangan ini turun ke level tertentu, yang sesuai dengan arus maksimum yang diizinkan dari transistor, rangkaian logika pengontrol PWM akan berhenti menghasilkan pulsa pada pin 3 dan catu daya akan masuk ke mode proteksi atau, dengan kata lain, mati. mati.

Sebagai kesimpulan, perlu dibahas secara rinci tentang kelebihan UPS. Seperti yang telah disebutkan, frekuensi konverter pulsa cukup tinggi, dan oleh karena itu, dimensi keseluruhan transformator pulsa berkurang, yang berarti, meskipun terdengar paradoks, biaya UPS lebih murah dibandingkan dengan daya tradisional. pasokan karena konsumsi logam yang lebih sedikit untuk inti magnet dan tembaga untuk belitan, meskipun jumlah komponen dalam UPS bertambah. Keuntungan lain dari UPS adalah kapasitansi kapasitor filter penyearah sekunder yang kecil dibandingkan dengan catu daya konvensional. Mengurangi kapasitansi dimungkinkan dengan meningkatkan frekuensi. Dan terakhir, efisiensi blok pulsa gizi mencapai 80%. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa UPS mengkonsumsi daya dari jaringan listrik hanya ketika transistor konverter terbuka; ketika ditutup, energi ditransfer ke beban karena pelepasan kapasitor filter rangkaian sekunder.

Kerugiannya termasuk peningkatan kompleksitas sirkuit UPS dan peningkatan kebisingan pulsa yang dipancarkan oleh UPS. Peningkatan interferensi disebabkan oleh fakta bahwa transistor konverter beroperasi dalam mode sakelar. Dalam mode ini, transistor merupakan sumber gangguan pulsa yang terjadi selama proses transien transistor. Ini adalah kelemahan dari setiap transistor yang beroperasi dalam mode switching. Tetapi jika transistor beroperasi dengan tegangan rendah (misalnya logika transistor dengan tegangan 5V), ini tidak menjadi masalah, dalam kasus kami, tegangan yang diterapkan ke kolektor transistor kira-kira 315 V. Untuk mengatasi gangguan ini, UPS menggunakan filter sirkuit jaringan yang lebih kompleks daripada catu daya konvensional.

Catu daya switching digunakan untuk mengubah tegangan input ke nilai yang dibutuhkan oleh elemen internal perangkat. Nama lain dari sumber pulsa yang banyak digunakan adalah inverter.

Apa itu?

Inverter adalah sumber daya sekunder yang menggunakan konversi ganda dari tegangan input AC. Besarnya parameter keluaran disesuaikan dengan mengubah durasi (lebar) pulsa dan, dalam beberapa kasus, laju pengulangannya. Jenis modulasi ini disebut modulasi lebar pulsa.

Prinsip pengoperasian catu daya switching

Pengoperasian inverter didasarkan pada penyearahan tegangan primer dan konversi lebih lanjut menjadi rangkaian pulsa frekuensi tinggi. Ini berbeda dengan trafo konvensional. Tegangan keluaran blok berfungsi untuk menghasilkan sinyal umpan balik negatif, yang memungkinkan Anda untuk menyesuaikan parameter pulsa. Dengan mengontrol lebar pulsa, mudah untuk mengatur stabilisasi dan penyesuaian parameter keluaran, tegangan atau arus. Artinya, dapat berupa penstabil tegangan atau penstabil arus.

Jumlah dan polaritas nilai keluaran bisa sangat berbeda tergantung pada cara kerja catu daya switching.

Jenis catu daya

Beberapa jenis inverter, yang berbeda dalam skema konstruksinya, telah ditemukan penerapannya:

• tanpa transformator;
• transformator

Yang pertama berbeda karena urutan pulsa langsung menuju penyearah keluaran dan filter penghalusan perangkat. Skema ini memiliki komponen minimum. Inverter sederhana mencakup sirkuit terintegrasi khusus - generator lebar pulsa.

Kerugian utama dari perangkat tanpa transformator adalah tidak memiliki isolasi galvanis dari jaringan suplai dan dapat menimbulkan risiko sengatan listrik. Mereka juga biasanya memiliki daya yang rendah dan hanya menghasilkan 1 tegangan keluaran.

Yang lebih umum adalah perangkat transformator di mana rangkaian pulsa frekuensi tinggi disuplai ke belitan primer transformator. Gulungan sekunder dapat berjumlah sebanyak yang diinginkan, sehingga memungkinkan untuk menghasilkan beberapa tegangan keluaran. Setiap belitan sekunder dilengkapi dengan penyearah dan filter penghalusnya sendiri.

Catu daya switching yang kuat untuk komputer mana pun dibuat berdasarkan sirkuit yang memiliki keandalan dan keamanan tinggi. Untuk sinyal umpan balik, tegangan 5 atau 12 Volt digunakan di sini, karena nilai ini memerlukan stabilisasi yang paling akurat.

Penggunaan transformator untuk mengubah tegangan frekuensi tinggi (puluhan kilohertz, bukan 50 Hz) memungkinkan pengurangan dimensi dan beratnya secara signifikan dan menggunakan bahan feromagnetik dengan gaya koersif tinggi sebagai bahan inti (inti magnet) daripada besi listrik.

Konverter DC-DC juga dibuat berdasarkan modulasi lebar pulsa. Tanpa penggunaan rangkaian inverter, konversi menjadi sangat sulit.

Sirkuit catu daya

Rangkaian konfigurasi konverter pulsa yang paling umum meliputi:

• filter peredam kebisingan jaringan;
• penyearah;
• filter penghalusan;
• konverter lebar pulsa;
• transistor kunci;
• transformator keluaran frekuensi tinggi;
• penyearah keluaran;
• keluaran filter individu dan grup.

Tujuan dari filter peredam bising adalah untuk menunda interferensi dari pengoperasian perangkat ke jaringan catu daya. Peralihan elemen semikonduktor yang kuat dapat disertai dengan penciptaan pulsa jangka pendek dalam rentang frekuensi yang luas. Oleh karena itu, di sini perlu menggunakan elemen yang dirancang khusus untuk tujuan ini sebagai kapasitor pass-through pada unit filter.

Penyearah digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik masukan menjadi tegangan searah, dan filter penghalusan yang dipasang selanjutnya menghilangkan riak tegangan yang diperbaiki.

Jika digunakan, penyearah dan filter menjadi tidak diperlukan, dan sinyal input, setelah melewati rangkaian filter peredam bising, diumpankan langsung ke konverter lebar pulsa (modulator), disingkat PWM.

PWM adalah bagian paling kompleks dari rangkaian catu daya switching. Tugasnya meliputi:

• pembangkitan pulsa frekuensi tinggi;
• kontrol parameter keluaran blok dan koreksi urutan pulsa sesuai dengan sinyal umpan balik;
• kontrol dan perlindungan terhadap kelebihan beban.

Sinyal PWM disuplai ke terminal kontrol transistor kunci kuat yang dihubungkan dalam rangkaian jembatan atau setengah jembatan. Terminal daya transistor dimuat ke belitan primer transformator keluaran frekuensi tinggi. Alih-alih yang tradisional, transistor IGBT atau MOSFET digunakan, yang ditandai dengan penurunan tegangan rendah pada transisi dan kecepatan tinggi. Parameter transistor yang ditingkatkan membantu mengurangi disipasi daya dengan dimensi dan parameter desain teknis yang sama.

Transformator pulsa keluaran menggunakan prinsip konversi yang sama dengan yang klasik. Pengecualiannya berfungsi untuk peningkatan frekuensi. Akibatnya transformator frekuensi tinggi dengan daya pancar yang sama memiliki dimensi yang lebih kecil.

Tegangan dari belitan sekunder (mungkin ada beberapa) disuplai ke penyearah keluaran. Berbeda dengan penyearah masukan, dioda penyearah rangkaian sekunder harus memiliki frekuensi operasi yang ditingkatkan. Dioda Schottky bekerja paling baik di bagian rangkaian ini. Keunggulannya dibandingkan yang konvensional:

• frekuensi operasi tinggi;
• berkurang kapasitansi p-n transisi;
• penurunan tegangan rendah.

Tujuan dari filter keluaran dari catu daya switching adalah untuk mengurangi menjadi minimum yang diperlukan riak tegangan keluaran yang diperbaiki. Karena frekuensi riak jauh lebih tinggi daripada tegangan listrik, tidak diperlukan nilai kapasitansi dan induktansi kapasitor yang besar dalam kumparan.

Lingkup penerapan catu daya switching

Konverter tegangan pulsa digunakan dalam banyak kasus sebagai pengganti transformator tradisional dengan stabilisator semikonduktor. Dengan kekuatan yang sama, inverter dibedakan berdasarkan dimensi dan bobot keseluruhan yang lebih kecil, keandalan yang tinggi, dan yang terpenting - lebih besar efisiensi tinggi dan kemampuan untuk beroperasi pada rentang tegangan masukan yang luas. Dan dengan dimensi yang sebanding kekuatan maksimum inverter beberapa kali lebih tinggi.

Di bidang seperti transformasi tegangan searah, sumber berdenyut praktis tidak memiliki alternatif pengganti dan mampu bekerja tidak hanya untuk mengurangi tegangan, tetapi juga untuk menghasilkan peningkatan tegangan dan mengatur perubahan polaritas. Frekuensi konversi yang tinggi sangat memudahkan penyaringan dan stabilisasi parameter keluaran.

Inverter berukuran kecil pada khusus sirkuit terpadu digunakan sebagai pengisi daya untuk semua jenis gadget, dan keandalannya sedemikian rupa sehingga masa pakainya blok pengisian daya dapat melebihi waktu pengoperasian perangkat seluler beberapa kali.

Driver daya 12 Volt untuk menyalakan sumber penerangan LED juga dibangun menggunakan rangkaian pulsa.

Cara membuat catu daya switching dengan tangan Anda sendiri

Inverter, terutama yang bertenaga, memiliki sirkuit yang rumit dan hanya dapat ditiru oleh amatir radio berpengalaman. Untuk perakitan sendiri sumber jaringan catu daya, kami dapat merekomendasikan sirkuit berdaya rendah sederhana menggunakan chip pengontrol PWM khusus. IC semacam itu memiliki sejumlah kecil elemen pengikat dan telah berkembang skema standar inklusi yang hampir tidak memerlukan penyesuaian atau konfigurasi.

Saat bekerja dengan struktur buatan sendiri atau memperbaiki perangkat industri, Anda harus ingat bahwa bagian dari sirkuit akan selalu berada pada potensi jaringan, jadi tindakan pencegahan keselamatan harus diperhatikan.

6) Saya berencana mengimplementasikan trafo daya pada inti Epcos tipe ETD44/22/15 yang terbuat dari bahan N95. Mungkin pilihan saya akan berubah lebih jauh ketika saya menghitung data belitan dan daya keseluruhan.

7) Saya ragu-ragu untuk waktu yang lama antara memilih jenis penyearah pada belitan sekunder antara dioda Schottky ganda dan penyearah sinkron. Anda dapat memasang dioda Schottky ganda, tetapi panasnya P = 0,6V * 40A = 24 W, dengan daya SMPS sekitar 650 W, diperoleh kerugian sebesar 4%! Saat menggunakan IRF3205 paling umum dalam penyearah sinkron, resistansi saluran panas akan dilepaskan P = 0,008 Ohm * 40A * 40A = 12,8 W. Ternyata kita menang 2 kali lipat atau efisiensi 2%! Semuanya indah sampai saya menyusun solusi berdasarkan IR11688S di papan tempat memotong roti. Kerugian peralihan dinamis ditambahkan ke kerugian statis pada saluran, dan pada akhirnya itulah yang terjadi. Kapasitas pekerja lapangan terhadap arus tinggi masih besar. Hal ini dapat diatasi dengan driver seperti HCPL3120, tetapi hal ini meningkatkan harga produk dan terlalu memperumit desain sirkuit. Sebenarnya, karena alasan ini, diputuskan untuk memasang Schottky ganda dan tidur nyenyak.

8) Rangkaian LC pada keluaran, pertama, akan mengurangi riak arus, dan kedua, memungkinkan Anda untuk "memotong" semua harmonik. Masalah terakhir sangat relevan ketika memberi daya pada perangkat yang beroperasi dalam rentang frekuensi radio dan menggabungkan sirkuit analog frekuensi tinggi. Dalam kasus kami, kami berbicara tentang transceiver HF, jadi filter sangat penting di sini, jika tidak, interferensi akan “merayap” ke udara. Idealnya, Anda juga dapat memasang penstabil linier pada output dan mendapatkan riak minimum dalam satuan mV, tetapi pada kenyataannya, kecepatan OS akan memungkinkan Anda mendapatkan riak tegangan dalam 20-30 mV bahkan tanpa "boiler" di dalamnya; transceiver, node-node penting diberi daya melalui LDO-nya, sehingga redundansinya terlihat jelas.

Baiklah, kami membahas fungsinya dan ini baru permulaan)) Tapi tidak apa-apa, nanti akan lebih bersemangat karena bagian yang paling menarik dimulai - perhitungan semuanya!

Perhitungan trafo daya untuk konverter tegangan setengah jembatan

Berdasarkan masukan ini, mari kita hitung trafo kita. Saya memiliki stok beberapa set ETD44/22/15 dan oleh karena itu saya fokus padanya untuk saat ini, Daftar sumber datanya adalah sebagai berikut:

1) bahan N95;
2) Tipe inti ETD44/22/15;
3) Frekuensi pengoperasian - 100 kHz;
4) Tegangan keluaran - 15V;
5) Arus keluaran - 40A.

Untuk menghitung trafo hingga 5 kW, saya menggunakan program “Orang Tua”, nyaman dan menghitung dengan cukup akurat. Setelah 5 kW, keajaiban dimulai, frekuensi meningkat untuk mengurangi ukuran, dan kepadatan medan dan arus mencapai nilai sedemikian rupa sehingga bahkan efek kulit dapat mengubah parameter hampir 2 kali lipat, jadi untuk kekuatan tinggi saya menggunakan yang lama- kuno metode “dengan rumus dan menggambar dengan pensil di atas kertas.” Dengan memasukkan data masukan Anda ke dalam program, diperoleh hasil sebagai berikut:

Gambar 2 - Hasil perhitungan trafo untuk setengah jembatan

Gambar di sebelah kiri menunjukkan data input yang saya jelaskan di atas. terpusat ungu hasil yang paling menarik bagi kami disorot, Saya akan membahasnya secara singkat:

1) Tegangan input 380V DC, stabil, karena Setengah jembatan ini didukung oleh PFC. Kekuatan seperti itu menyederhanakan desain banyak komponen, karena Riak arus minimal dan trafo tidak perlu menarik tegangan ketika tegangan listrik masukan adalah 140V.

2) Daya yang dikonsumsi (dipompa melalui inti) ternyata 600 W, yang 2 kali lebih kecil dari daya keseluruhan (yang dapat dipompa oleh inti tanpa menjadi jenuh), yang berarti semuanya baik-baik saja. Saya tidak menemukan materi N95 di programnya, tetapi di website Epcos saya melihat di datasheet bahwa N87 dan N95 akan memberikan hasil yang sangat mirip, memeriksa di selembar kertas saya menemukan perbedaannya adalah 50 W. kekuatan keseluruhan- bukan kesalahan yang buruk.

3) Data belitan primer: kita melilitkan 21 lilitan menjadi 2 kabel dengan diameter 0,8 mm, menurut saya semuanya jelas di sini? Kepadatan arus sekitar 8A/mm2, yang berarti belitan tidak akan terlalu panas - semuanya baik-baik saja.

4) Data belitan sekunder: kita melilitkan 2 belitan masing-masing 2 lilitan dengan kawat 0,8 mm yang sama, tetapi sudah pada 14 - arusnya tetap 40A! Selanjutnya kita sambungkan bagian awal belitan yang satu dan ujung belitan yang lain, nanti akan saya jelaskan cara melakukannya, entah kenapa orang sering jatuh pingsan saat berkumpul saat ini. Sepertinya tidak ada keajaiban di sini juga.

5) Induktansi tersedak keluaran adalah 4,9 μH, arus masing-masing adalah 40A. Kita membutuhkannya agar tidak ada riak arus yang besar pada keluaran blok kita. Selama proses debugging, saya akan menunjukkan pada osiloskop cara bekerja dengan dan tanpanya, semuanya akan menjadi jelas.

Perhitungannya memakan waktu 5 menit, jika ada yang ingin bertanya, tanyakan di komentar atau PM - saya beri tahu. Untuk menghindari pencarian program itu sendiri, saya sarankan mengunduhnya dari cloud menggunakan tautan. Dan terima kasih saya yang sebesar-besarnya kepada Pak Tua atas karyanya!

Langkah logis berikutnya adalah menghitung keluaran tersedak untuk setengah jembatan, yang persis pada 4,9 μH.

Perhitungan parameter belitan untuk keluaran tersedak

1) Induktansi - 4,9 μH;
2) Nilai arus - 40A;
3) Amplitudo sebelum throttle - 18V;
4) Tegangan setelah induktor - 15V.

Kami juga menggunakan program dari Pak Tua (semuanya ada di tautan di atas) dan mendapatkan data sebagai berikut:

Gambar 3 - Data yang dihitung untuk memutar kumparan keluaran

Sekarang mari kita lihat hasilnya:

2) Induksi maksimum, ini adalah nilai yang tidak dapat dilampaui, jika tidak, medan magnet akan memenuhi inti dan semuanya akan menjadi sangat buruk. Parameter ini tergantung pada material dan dimensi keseluruhannya. Untuk inti besi atom modern, nilai tipikalnya adalah 0,5-0,55 T;

3) Data belitan: 9 lilitan dililit dengan 10 helai kawat miring dengan diameter 0,8 mm. Program ini bahkan secara kasar menunjukkan berapa banyak lapisan yang diperlukan untuk ini. Saya akan memutar dengan 9 core, karena... maka akan lebih mudah untuk membagi jalinan besar menjadi 3 "kepang" yang masing-masing terdiri dari 3 kabel dan menyoldernya ke papan tanpa masalah;

4) Sebenarnya ring yang akan saya lilitkan itu sendiri mempunyai dimensi 40/24/14.5 mm, cukup dengan margin. Bahan no 52, saya rasa sudah banyak yang melihat cincin kuning-biru di blok ATX, sering digunakan pada choke stabilisasi kelompok(DGS).

Perhitungan trafo catu daya siaga

Mari kita sesuaikan sedikit data masukan kita untuk melihat apa yang kita perlukan:

Kami mendapatkan kebutuhan akan catu daya dengan daya total - 2*15W + 1,5W + 15W = 46,5W. Ini daya normal untuk TOP227, saya menggunakannya di SMPS kecil hingga 75 W untuk segala macam pengisian baterai, obeng dan sampah lainnya, selama bertahun-tahun anehnya belum ada satu pun yang terbakar.

Mari kita pergi ke program Old Man yang lain dan menghitung trafo untuk flyback:

Gambar 4 - Data perhitungan trafo daya siaga

1) Pilihan inti dibenarkan secara sederhana - Saya memilikinya dalam jumlah kotak dan menggunakan 75 W yang sama)) Data pada inti. Terbuat dari bahan N87 dan memiliki celah 0,2 mm pada setiap setengahnya atau 0,4 mm yang disebut celah penuh. Inti ini secara langsung ditujukan untuk tersedak, dan untuk konverter flyback induktansi ini justru tersedak, tapi saya tidak akan membahasnya dulu. Jika tidak ada celah pada transformator setengah jembatan, maka diperlukan konverter flyback, jika tidak, seperti induktor lainnya, ia akan masuk ke saturasi tanpa celah.

2) Data tentang saklar sumber pembuangan 700V dan resistansi saluran 2,7 Ohm, diambil dari lembar data di TOP227, di pengontrol ini Sakelar daya terpasang di dalam chip itu sendiri.

3) Saya mengambil tegangan input minimum sedikit dengan margin - 160V, hal ini dilakukan agar jika catu daya itu sendiri dimatikan, tugas dan indikasi akan tetap beroperasi, mereka akan melaporkan tegangan suplai rendah yang tidak normal.

4) Gulungan primer kami terdiri dari 45 putaran kawat 0,335 mm dalam satu inti. Gulungan daya sekunder memiliki 4 lilitan dan 4 inti dengan kawat (diameter) 0,335 mm, belitan suplai sendiri memiliki parameter yang sama, jadi semuanya sama, hanya 1 inti, karena arusnya urutan besarnya lebih rendah.

Perhitungan power choke dari korektor daya aktif

Kami memilih program untuk perhitungan - PFC_ring (PFC adalah KKM dalam Basurmanian), kami menggunakan input berikut:

1) Tegangan suplai masukan - 140 - 265V;
2) Nilai daya- 600W;
3) Tegangan keluaran - 380V DC;
4) Frekuensi pengoperasian - 100 kHz, karena pilihan pengontrol PWM.

Gambar 5 - Perhitungan power choke dari PFC aktif

1) Di sebelah kiri, seperti biasa, kita memasukkan data awal, menetapkan 140V sebagai ambang batas minimum, kita mendapatkan blok yang dapat beroperasi pada tegangan listrik 140V, sehingga kita mendapatkan "penstabil tegangan bawaan";

Sirkuit bagian daya dan kontrolnya cukup standar, jika Anda memiliki pertanyaan, silakan bertanya di komentar atau di pesan pribadi. Saya akan mencoba menjawab dan menjelaskan kepada semua orang jika memungkinkan.

Mengganti desain PCB catu daya

Proses desain papan itu sendiri tidak mengandung kendala apa pun; hal itu terdapat pada perangkat yang dimaksudkan. Faktanya, elektronika daya tidak mengedepankan sejumlah aturan dan persyaratan yang berlebihan dibandingkan dengan analog gelombang mikro yang sama atau bus data digital berkecepatan tinggi.

Saya akan mencantumkan persyaratan dan aturan dasar yang berkaitan dengan sirkuit daya, ini akan memungkinkan 99% desain amatir untuk diimplementasikan. Saya tidak akan memberi tahu Anda tentang nuansa dan "trik" - setiap orang harus memiliki keahliannya sendiri, mendapatkan pengalaman, dan kemudian mengoperasikannya. Jadi kami pergi:

Sedikit tentang rapat arus pada konduktor tercetak

Seringkali orang tidak memikirkannya parameter ini dan saya telah menemukan bagian daya dibuat dengan konduktor 0,6 mm, dengan 80% area papan kosong. Mengapa melakukan ini merupakan misteri bagi saya pribadi.

Jadi kepadatan arus apa yang bisa diperhitungkan? Untuk kawat biasa angka standarnya adalah 10A/mm 2, batasan ini terkait dengan pendinginan kawat. Anda dapat mengalirkan lebih banyak arus, tetapi turunkan dulu ke dalam nitrogen cair. Konduktor datar, seperti yang ada pada papan sirkuit tercetak, misalnya, memiliki luas permukaan yang lebih besar, membuatnya lebih mudah untuk didinginkan, yang berarti Anda mampu mendapatkan kepadatan arus yang lebih tinggi. Untuk kondisi normal dengan pendinginan pasif atau udara, biasanya memperhitungkan 35-50 A/mm 2, dimana 35 untuk pendinginan pasif, 50 - dengan adanya sirkulasi udara buatan (kasus saya). Ada angka lain - 125 A/mm 2, ini adalah angka yang sangat besar, tidak semua superkonduktor mampu membelinya, tetapi hanya dapat dicapai dengan pendingin cair submersible.

Saya menemukan yang terakhir ketika bekerja dengan sebuah perusahaan yang terlibat dalam komunikasi teknik dan desain server; desain itulah yang menjadi milik saya papan utama, yaitu bagian dengan catu daya dan peralihan multifasa. Saya sangat terkejut ketika saya melihat kepadatan arus 125 A/mm 2, tetapi mereka menjelaskan kemungkinan ini kepada saya dan menunjukkan kemungkinan ini di stand - kemudian saya mengerti mengapa seluruh rak server terendam dalam genangan minyak yang sangat besar)) )

Pada perangkat keras saya semuanya lebih sederhana, 50 A/mm 2 adalah angka yang cukup memadai, dengan ketebalan tembaga 35 mikron, poligon akan memberikan penampang yang diperlukan tanpa masalah. Sisanya adalah untuk pengembangan umum dan pemahaman tentang masalah ini.

3) Celah antar penghantar - perlu dilakukan pengurangan arus bocor terutama pada penghantar yang mengalirkan sinyal RF (PWM), karena medan pada penghantar timbul kuat dan sinyal RF akibat efek kulit cenderung keluar. baik pada permukaan konduktor maupun di luar batasnya. Biasanya jarak 2-3 mm sudah cukup;

4) Celah isolasi galvanik adalah celah antara bagian papan yang diisolasi secara galvanis, biasanya persyaratan kerusakannya sekitar 5 kV. Untuk menembus 1 mm udara, diperlukan sekitar 1-1,2 kV, tetapi dalam kasus kami, kerusakan dapat terjadi tidak hanya melalui udara, tetapi juga melalui PCB dan masker. Di pabrik, bahan yang diuji kelistrikan digunakan dan Anda dapat tidur nyenyak. Oleh karena itu, masalah utamanya adalah udara dan dari kondisi yang dijelaskan di atas kita dapat menyimpulkan bahwa jarak bebas sekitar 5-6 mm sudah cukup. Pada dasarnya pemisahan poligon di bawah trafo, karena itu adalah sarana utama isolasi galvanik.

Sekarang mari kita langsung ke desain papan, saya tidak akan membahas terlalu detail di artikel ini, dan secara umum saya tidak memiliki keinginan besar untuk menulis keseluruhan buku teks. Jika jumlahnya cukup kelompok besar Kalau ada yang tertarik (saya akan survei di akhir), saya akan membuat video tentang "wiring" saja. perangkat ini, ini akan lebih cepat dan informatif.

Tahapan pembuatan papan sirkuit tercetak:

1) Pertama-tama, Anda perlu memutuskan perkiraan dimensi perangkat. Jika Anda memiliki kasing yang sudah jadi, maka Anda harus mengukur tempat duduk di dalamnya dan mendasarkan dimensi papan pada hal ini. Saya berencana membuat casing khusus dari aluminium atau kuningan, jadi saya akan mencoba membuat perangkat sekompak mungkin tanpa kehilangan karakteristik kualitas dan kinerja.

Gambar 9 - Membuat blanko untuk papan masa depan

Ingat - dimensi papan harus kelipatan 1 mm! Atau setidaknya 0,5 mm, jika tidak, Anda masih akan mengingat wasiat saya dari Lenin ketika Anda merakit semuanya menjadi sebuah panel dan membuat persiapan untuk produksi, dan para desainer yang akan membuat casing untuk papan Anda akan menghujani Anda dengan kutukan. Tidak perlu membuat papan dengan dimensi ala “208.625 mm” kecuali benar-benar diperlukan!
P.S. terima kasih kawan Lunkov karena dia masih menyampaikan pemikiran cemerlang ini kepadaku))

Di sini saya melakukan 4 operasi:

A) Saya membuat papannya sendiri dengan dimensi keseluruhan 250x150 mm. Meskipun ini adalah ukuran perkiraan, menurut saya ukurannya akan menyusut secara nyata;
b) Membulatkan sudutnya, karena selama proses pengiriman dan perakitan, yang tajam akan mati dan kusut + papan terlihat lebih bagus;
c) Lubang pemasangan yang dipasang, bukan logam, dengan diameter lubang 3 mm untuk pengencang dan rak standar;
d) Membuat kelas "NPTH", di mana saya mendefinisikan semua lubang yang tidak berlapis dan membuat aturan untuk itu, menciptakan celah 0,4 mm antara semua komponen dan komponen kelas lainnya. Ini adalah persyaratan teknologi Rezonit untuk kelas akurasi standar (4).

Gambar 10 - Membuat aturan untuk lubang yang tidak berlapis

2) Langkah selanjutnya adalah menyusun komponen-komponen dengan mempertimbangkan semua persyaratan; harus sudah mendekati versi final, karena Seringkali, dimensi akhir papan dan faktor bentuknya kini akan ditentukan.

Gambar 11 - Susunan komponen utama telah selesai

Saya memasang komponen utama, kemungkinan besar tidak akan bergerak, dan oleh karena itu dimensi keseluruhan papan akhirnya ditentukan - 220 x 150 mm. Ruang kosong di papan dibiarkan karena suatu alasan; modul kontrol dan modul kecil lainnya akan ditempatkan di sana komponen SMD. Untuk mengurangi biaya papan dan kemudahan pemasangan, semua komponen hanya akan berada di lapisan atas, dan karenanya hanya akan ada satu lapisan sablon sutra.

Gambar 13 - Tampilan 3D papan setelah menyusun komponen

3) Sekarang, setelah menentukan lokasi dan struktur umum, kami menyusun komponen yang tersisa dan “memisahkan” papan. Desain papan dapat dilakukan dengan dua cara: secara manual dan menggunakan autorouter, setelah sebelumnya menjelaskan tindakannya dengan beberapa lusin aturan. Kedua metode itu bagus, tapi biaya ini Saya akan melakukan semuanya dengan tangan, karena... Komponennya sedikit dan tidak ada persyaratan khusus untuk penyelarasan garis dan integritas sinyal dan tidak boleh ada. Ini pasti akan lebih cepat, autorouting bagus bila komponennya banyak (dari 500 ke atas) dan bagian utama rangkaiannya digital. Meskipun jika ada yang tertarik, saya dapat menunjukkan cara “memisahkan” papan secara otomatis dalam 2 menit. Benar, sebelum itu kamu harus menulis aturannya seharian, heh.

Setelah 3-4 jam “sihir” (setengah dari waktu saya menggambar model yang hilang) dengan suhu dan secangkir teh, saya akhirnya memasang kabel pada papan tersebut. Saya bahkan tidak berpikir untuk menghemat ruang; banyak yang akan mengatakan bahwa dimensinya bisa dikurangi 20-30% dan itu benar. Saya memiliki salinan utuh dan membuang-buang waktu saya, yang jelas lebih mahal daripada 1 dm2 untuk papan dua lapis, sungguh disayangkan. Berbicara tentang harga papan - saat memesan dari Rezonit, 1 dm 2 papan dua lapis kelas standar berharga sekitar 180-200 rubel, jadi Anda tidak dapat menghemat banyak di sini kecuali Anda memiliki kumpulan 500+ buah, tentu saja kursus. Berdasarkan hal tersebut, saya dapat menyarankan - jangan sesat dengan pengurangan luas jika kelas 4 dan tidak ada persyaratan dimensi.

Dan inilah hasilnya:

Gambar 14 - Desain papan untuk catu daya switching Di masa depan saya akan merancang casing untuk perangkat ini dan saya perlu mengetahuinya dimensi penuh , dan juga dapat “mencobanya” di dalam casing sehingga pada tahap akhir tidak terlihat jelas, misalnya papan utama mengganggu konektor pada casing atau layar. Untuk melakukan ini, saya selalu mencoba menggambar semua komponen dalam bentuk 3D, outputnya adalah hasil ini dan file dalam format .step untuk saya:

Penemu Autodesk

Gambar 15 - Tampilan tiga dimensi dari perangkat yang dihasilkan

Gambar 16 - Tampilan tiga dimensi perangkat (tampak atas) Dokumentasinya sekarang sudah siap. Sekarang kita perlu membentuknya paket yang dibutuhkan

Gambar 17 - Pembentukan paket dokumentasi untuk pemesanan papan sirkuit tercetak

Setelah file siap, Anda dapat memesan papannya. Produsen tertentu Saya tidak akan merekomendasikannya; mungkin ada yang lebih baik dan lebih murah khusus untuk prototipe. Saya memesan semua papan kelas standar 2,4,6 lapis dari Rezonit, di mana saya memesan papan 2 dan 4 lapis kelas 5. Papan kelas 5, yang di China ada 6-24 lapisan (misal pcbway), tapi papan HDI dan kelas 5 dengan 24 lapisan atau lebih sudah hanya ada di Taiwan, lagipula kualitas di Cina masih timpang, dan mana label harganya tidak jelek, tidak terlalu bagus. Ini semua tentang prototipe!

Mengikuti keyakinan saya, saya pergi ke Rezonit, oh, berapa banyak saraf yang mereka tegang dan berapa banyak darah yang mereka minum... tapi di akhir-akhir ini Mereka tampaknya telah mengoreksi diri mereka sendiri dan mulai bekerja dengan lebih baik, meskipun dengan santai. Saya memesan melalui akun pribadi saya, memasukkan detail pembayaran, mengunggah file dan mengirim. Saya suka akun pribadi mereka; omong-omong, mereka segera menghitung harga dan dengan mengubah parameter Anda dapat mencapai harga yang lebih baik tanpa kehilangan kualitas.

Misalnya, sekarang saya menginginkan papan dengan PCB 2 mm dengan tembaga 35 mikron, tetapi ternyata opsi ini 2,5 kali lebih mahal daripada opsi dengan PCB 1,5 mm dan 35 mikron - jadi saya memilih yang terakhir. Untuk meningkatkan kekakuan papan, saya menambahkan lubang tambahan untuk dudukan - masalahnya terpecahkan, harga dioptimalkan. Ngomong-ngomong, jika papannya dibuat seri, maka sekitar 100 buah perbedaan 2,5 kali ini hilang dan harganya menjadi sama, karena kemudian lembar non-standar mereka membeli untuk kami dan menghabiskannya tanpa sisa.

Gambar 18 - Tampilan akhir penghitungan biaya dewan

Biaya akhir ditentukan: 3618 rubel. Dari jumlah tersebut, 2100 adalah persiapan, dibayar hanya sekali per proyek, semua pengulangan pesanan selanjutnya dilanjutkan tanpa itu dan Anda hanya akan membayar untuk area tersebut. DI DALAM dalam hal ini 759 rubel untuk papan dengan luas 3,3 dm2, semakin besar serinya, semakin rendah biayanya, meskipun sekarang menjadi 230 rubel/dm2, yang cukup dapat diterima. Tentu saja, dimungkinkan untuk melakukan produksi yang mendesak, tetapi saya sering memesan, saya bekerja dengan satu manajer, dan gadis itu selalu mencoba untuk mempercepat pesanan jika produksi tidak sibuk - pada akhirnya, bahkan dengan “serial kecil ” pilihan, waktu penyelesaian 5-6 hari, cukup berkomunikasi dengan sopan dan tidak kasar pada orang. Dan saya tidak terburu-buru, jadi saya memutuskan untuk menghemat sekitar 40%, dan itu setidaknya bagus.

Epilog

Seperti yang dijanjikan, saya membagikan kode sumber proyek dan produk lainnya:

1) Sumber proyek di Altium Designer 16 - ;
2) File untuk memesan papan sirkuit tercetak - . Bagaimana jika ingin mengulang dan memesan, misalnya dari China, arsip ini sudah lebih dari cukup;
3) Diagram perangkat dalam pdf - . Bagi mereka yang tidak ingin menghabiskan waktu menginstal Altium dari ponsel atau untuk review (kualitas tinggi);
4) Sekali lagi, bagi yang tidak ingin menginstal software berat, tetapi tertarik untuk memutar-mutar perangkat keras, saya memposting model 3D dalam pdf - . Untuk melihatnya, Anda harus mendownload file saat Anda membukanya di sebelah kanan sudut atas Klik “percayai dokumen hanya sekali”, lalu klik di tengah file dan layar putih berubah menjadi model.

Saya juga ingin menanyakan pendapat pembaca... Sekarang papannya sudah dipesan, begitu juga dengan komponennya - sebenarnya ada 2 minggu lagi, saya harus menulis artikel tentang apa? Selain “mutan” seperti ini, terkadang Anda ingin membuat sesuatu yang mini namun bermanfaat, saya menyajikan beberapa opsi dalam jajak pendapat, atau mungkin menyarankan pilihan Anda dalam pesan pribadi, agar tidak mengacaukan komentar.

Hanya pengguna terdaftar yang dapat berpartisipasi dalam survei ini. Silakan masuk.

Jenis peralihan catu daya

Switching atau switching catu daya saat ini tidak kalah luasnya dengan stabilisator tegangan linier. Keuntungan utama mereka adalah: koefisien tinggi tindakan yang berguna, dimensi dan berat kecil, kepadatan daya tinggi. Hal ini dimungkinkan berkat penggunaan mode operasi utama elemen daya. Dalam mode kunci, titik operasi sebagian besar waktu berada di wilayah saturasi atau wilayah cutoff dari karakteristik tegangan arus, dan zona mode aktif (linier) berpindah dari kecepatan tinggi dalam waktu peralihan yang sangat singkat. Dalam keadaan jenuh, tegangan pada transistor mendekati nol, dan dalam mode cutoff tidak ada arus, sehingga rugi-rugi pada transistor cukup kecil. Oleh karena itu, daya rata-rata yang dihamburkan dalam transistor switching selama periode switching jauh lebih kecil dibandingkan dengan regulator linier. Kerugian kecil pada sakelar daya menyebabkan pengurangan atau penghapusan total radiator.

Peningkatan karakteristik berat dan ukuran catu daya terutama disebabkan oleh fakta bahwa transformator daya yang beroperasi pada frekuensi 50 Hz dikeluarkan dari rangkaian catu daya. Sebaliknya, transformator atau induktor frekuensi tinggi dimasukkan ke dalam rangkaian, yang dimensi dan beratnya jauh lebih kecil daripada transformator daya frekuensi rendah.

Kerugian dari catu daya switching meliputi: kompleksitas rangkaian, adanya kebisingan dan interferensi frekuensi tinggi, peningkatan riak tegangan keluaran, waktu yang besar keluar ke mode operasi. Karakteristik komparatif konvensional (yaitu dengan frekuensi rendah transformator daya) dan peralihan catu daya diberikan pada Tabel 2.1.

Perbandingan karakteristik tersebut menunjukkan bahwa efisiensi peralihan catu daya meningkat dibandingkan konvensional (linier) pada rasio 1:2, dan kepadatan daya pada rasio 1:4. Ketika frekuensi konversi meningkat dari 20 kHz menjadi 200 kHz, kepadatan daya meningkat dengan rasio 1:8, yaitu. hampir dua kali lipat. Switching power supply juga punya waktu lebih lama menahan tegangan keluaran jika terjadi pemadaman listrik secara tiba-tiba.

Hal ini disebabkan penyearah jaringan sumber pulsa menggunakan kapasitor berkapasitas tinggi dengan tegangan operasi tinggi (hingga 400 V). Dalam hal ini, ukuran kapasitor bertambah sebanding dengan produk CU, dan energi kapasitor sebanding dengan CU 2. Energi kapasitor ini cukup untuk menjaga catu daya tetap berfungsi selama kurang lebih 30 ms, yang sangat penting untuk menyimpan informasi di komputer pada saat listrik padam secara tiba-tiba.

Tabel 2.1 – Perbandingan sumber berdenyut dan linier

Pada saat yang sama, riak tegangan keluaran pada catu daya switching lebih besar daripada catu daya linier, hal ini disebabkan sulitnya menekan pulsa pendek saat mengoperasikan konverter pulsa. Ciri-ciri lain dari sumber-sumber tersebut hampir sama.

Struktur pembangunan IVEP. Dengan semua variasi diagram struktur pada Gambar 2.1...2.8, keberadaan kaskade daya adalah wajib,

mengubah tegangan DC menjadi tegangan DC lainnya, kita secara konvensional akan berasumsi bahwa konverter pulsa menerapkan fungsi isolasi listrik (isolasi galvanik) dari rangkaian input dan output, sedangkan penstabil pulsa tidak. Tujuan fungsional tahapan kekuatan konverter dan stabilisator adalah sama.

IVEP tipe kompensasi, dibuat dengan umpan balik, banyak digunakan. Gambar 2.1, Tahap daya 3, input kontrol yang disuplai dengan urutan pulsa dengan parameter waktu tertentu, melakukan konversi pulsa tegangan DC dari sumber utama Ep ke tegangan keluaran Un (garis menebal terlihat sirkuit listrik IVEP).

Secara umum, satu PVEP dapat memiliki beberapa rangkaian keluaran dengan tegangan Un. Penguat pulsa 2 tidak hanya dapat melakukan fungsi memperkuat pulsa kontrol daya untuk transistor 3, tetapi juga fungsi membentuk pulsa: ia melakukan pemisahan pulsa sementara, misalnya, untuk konverter tegangan dorong-tarik, ia menghasilkan pulsa kontrol pendek untuk rangkaian 3 dengan trafo arus atau jenis transistor daya khusus dan lain-lain.

Gambar 2.1 - Diagram blok IVEP kompensasi berdenyut

Pulsa yang menyinkronkan pengoperasian IVEP dihasilkan oleh modulator 1. Tegangan keluaran DC Un disuplai ke masukan rangkaian pembanding 4, yang dibandingkan dengan tegangan referensi Ups. Sinyal ketidakcocokan (kesalahan) disuplai ke input modulator, yang mengatur parameter waktu pulsa sinkronisasi. Kenaikan atau penurunan tegangan Un menyebabkan perubahan ketidaksesuaian sinyal pada keluaran 4 dan parameter waktu sinkronisasi pulsa pada masukan 1, yang menyebabkan pemulihan nilai tegangan Un sebelumnya, yaitu. stabilisasinya. Jadi, IVEP, dibuat sesuai dengan rangkaian Gambar 2.1, adalah konverter tegangan pulsa penstabil tipe kompensasi, menjaga tegangan keluaran tetap konstan ketika arus keluaran In, tegangan masukan Ep, suhu berubah. lingkungan dan dampak faktor destabilisasi lainnya.

Mari kita pertimbangkan IVEP dengan stabilisasi tegangan keluaran invarian (kadang-kadang disebut parametrik) pada Gambar 2.2.

Inti dari metode stabilisasi ini adalah ketika terkena faktor apa pun yang dapat menyebabkan nilai tegangan Un menyimpang dari nilai yang ditentukan, parameter waktu pulsa kontrol berubah, sehingga Un tetap tidak berubah. Namun, tidak seperti stabilisator kompensasi, perubahan karakteristik waktu pulsa kontrol dalam hal ini bergantung pada besarnya deviasi efek destabilisasi itu sendiri.

Gambar 2.2 - Diagram blok IVEP parametrik berdenyut

Pada Gambar 2.2, generator yang memberikan ketergantungan fungsional tersebut ditandai 1. Di sini garis putus-putus menunjukkan hubungan antara Ep dan input kontrol generator untuk memastikan hukum invarian Un dari Ep.

Catu daya sekunder tanpa stabilisasi tegangan keluaran dibuat sesuai rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 2.3. Generator pulsa 1 menghasilkan pulsa dengan parameter waktu konstan. Tentunya agar tegangan Un tetap konstan, diperlukan tegangan Ep yang stabil.

Gambar 2.3 - Diagram blok IVEP yang tidak distabilkan

IVEP yang disajikan pada Gambar 2.4 melakukan konversi ganda energi arus searah. Tahap daya pertama 1, sebagai aturan, penstabil pulsa mengubah tegangan Ep menjadi tegangan stabil Ep1. Tahap kekuatan kedua 2 dilaksanakan isolasi galvanis tegangan dan, jika perlu, stabilisasi tambahan Un. Dalam kasus umum, kompensasi dan stabilisasi invarian dapat dilakukan tidak hanya di 1, tetapi juga di kedua kaskade, yang ditunjukkan oleh garis putus-putus dari rangkaian umpan balik negatif. Kaskade daya 1 dan 2 dapat berupa versi berbeda dari kaskade daya IVEP mana pun.

Gambar 2.4 - Diagram blok IVEP konversi ganda

Diagram blok blok PVEP dengan peningkatan daya bertahap ditunjukkan pada Gambar 2.5. Untuk meningkatkan daya keluaran yang diterapkan koneksi paralel kaskade 3...5.

Gambar 2.5 - Diagram blok IVEP modular

Karena pengaktifan paralel IEC tradisional tanpa menggunakan tindakan khusus untuk menyamakan kekuatan masing-masing IEC tidak mungkin dilakukan, dalam hal ini prinsip konstruksi IEC multifase digunakan. Itu terletak pada kenyataan bahwa pembentuk modulator MF tidak hanya mengubah sinyal ketidakcocokan CC menjadi urutan pulsa yang sesuai, tetapi juga melakukan fungsi distribusi fase sinyal pulsa pada beberapa tahap daya. Sebagai hasil dari pengoperasian IEP ini, tahapan waktu dari keadaan terbuka dan tertutup dari sakelar daya transistor dari berbagai tahap daya dipisahkan dalam waktu.

Semua skema IVEP yang dipertimbangkan dapat dibandingkan dengan berbagai parameter– stabilitas tegangan keluaran, karakteristik berat dan ukuran, kinerja energi, kemampuan manufaktur dan biaya, serta kemungkinan penyatuan. Pada saat yang sama, skema yang sama, tergantung pada persyaratan yang ditentukan, mungkin menjadi kurang optimal dalam hal serangkaian indikator. Tidak mungkin untuk memilih skema tertentu terlebih dahulu sebagai yang paling efektif, jadi disarankan untuk mempertimbangkan sifat paling umum dari skema yang diberikan. Kami akan berasumsi bahwa indikator keandalan, energi, dan ukuran berat dari tahapan daya adalah sama dan sama-sama bergantung pada daya, tegangan keluaran, dan frekuensi konversi.

Stabilitas tegangan keluaran tertinggi dimiliki oleh IVEP, yang diimplementasikan sesuai dengan rangkaian pada Gambar 2.1, karena umpan balik yang mempengaruhi parameter waktu pulsa kontrol diambil langsung dari keluaran IEVP. Rangkaian IVEP pada Gambar 2.4 juga mempunyai kestabilan tegangan keluaran yang tinggi, jika umpan balik ke CC diambil dari keluaran – Un. IVEP, dibuat sesuai dengan skema pada Gambar 2.2, memiliki stabilitas yang sedikit lebih buruk, tetapi rangkaian kontrolnya lebih sederhana. Namun, hal ini tidak memperhitungkan perubahan penurunan tegangan pada elemen induktif dan aktif (3) ketika arus beban In berubah. Perubahan tegangan Ep yang tidak stabil dapat dikompensasi dengan memperkenalkan sambungan langsung tambahan (garis putus-putus). Ada IVEP dengan stabilisasi invarian tidak hanya pengaruh gangguan pada tegangan Ep, tetapi juga pengaruh gangguan pada arus beban In, suhu lingkungan, dll., tetapi mereka tidak menerima aplikasi yang luas. IVEP yang dibuat sesuai skema pada Gambar 2.3 memiliki stabilitas terburuk karena tidak adanya umpan balik ketika terkena faktor destabilisasi. Rangkaian IVEP pada Gambar 2.4, seperti disebutkan di atas, pada prinsipnya dapat memiliki stabilitas tegangan keluaran yang tinggi, namun jika tidak ada saluran regulasi invarian atau kompensasi, kinerjanya identik dengan rangkaian pada Gambar 2.3.

Penggunaan rangkaian IVEP pada Gambar 2.2 lebih disukai pada tegangan Un yang relatif tinggi, berkali-kali lebih besar daripada penurunan tegangan pada sakelar daya 3, karena memperoleh fungsi yang diperlukan 1, yang memperhitungkan perubahan penurunan tegangan pada sakelar ini dengan fluktuasi dalam arus beban dan suhu sekitar, sulit dilakukan.

Jadi, jika tegangan keluaran PVEP kecil (tidak melebihi beberapa volt) dan terdapat perubahan signifikan pada arus beban, suhu lingkungan, dan tegangan Ep, maka perlu menggunakan PVEP yang dibuat sesuai diagram blok ( lihat Gambar 2.2,2.4,2.5) dengan prinsip regulasi kompensasi.

Rangkaian pada Gambar 2.2 juga dapat digunakan untuk memenuhi persyaratan kompromi untuk stabilitas tegangan keluaran dan kesederhanaan rangkaian kontrol IVEP. Jika tegangan primer stabil dan perubahan penurunan tegangan pada elemen internal SC tidak terlalu mempengaruhi keakuratan pemeliharaan tegangan Un, digunakan PVEP yang lebih sederhana (Gambar 2.3 dan 2.5).

Rangkaian IVEP di atas dapat digunakan pada berbagai tegangan primer - dari satu hingga ratusan volt. Namun, untuk tegangan primer tinggi, rangkaian IVEP pada Gambar 2.4 mungkin sesuai, di mana konversi ganda energi listrik memungkinkan pengurangan tegangan DC primer tinggi Ep ke Ep1 menggunakan penstabil pulsa SKI dan menggunakannya sebagai tegangan primer untuk tegangan primer tinggi. konverter pulsa SK2. Dalam hal ini, konverter SK2, sebagai perangkat yang lebih kompleks dibandingkan SCI, beroperasi dalam kondisi yang ringan mode listrik, yang dapat memastikan pengurangan jumlah elemen, peningkatan keandalan operasional, dan peningkatan kinerja energi konverter.

Elemen berukuran besar, paling padat material dan sulit untuk diminiaturisasi mikro adalah tersedak dan transformator. Dalam skema IVEP, perlu diupayakan untuk meminimalkan jumlah mereka. Dalam rangkaian IVEP pada Gambar 2.4, konversi energi ganda memerlukan dua tahap daya dengan elemen induktif yang diperlukan secara fundamental.

Peningkatan blok dalam daya keluaran diperlukan untuk membangun berbagai sistem catu daya, yang harus dilakukan berdasarkan sistem catu daya listrik terpadu yang sejenis. Dalam hal ini, pengembangan dan produksi IVEP yang memberi daya pada peralatan elektronik disarankan bila menggunakan jenis blok yang sama dengan kemungkinan koneksi paralel untuk mendapatkan total daya keluaran yang dibutuhkan. Dengan demikian, dampak ekonomi dapat diperoleh. Dalam hal ini, salah satu tujuan utama pengembangan IVEP adalah pemilihan nilai daya diskrit dari satu unit, yang harus memenuhi semua persyaratan teknis dan ekonomi dari sistem pasokan listrik yang ada. Keuntungan lain dari konverter blok (multifase) adalah pengurangan kapasitansi total kapasitor filter keluaran, yang dijelaskan oleh distribusi waktu proses transfer energi ke keluaran tahap daya individu. Selain itu, konverter multifase memungkinkan penerapan berbagai opsi sistem yang kompleks catu daya, terdiri dari blok-blok terpadu yang identik.

Gambar 2.6 menunjukkan diagram IVEP yang berisi penyearah listrik 1 yang tidak diatur dan konverter tegangan listrik yang diperbaiki. Konverter terdiri dari inverter 2 yang dapat disesuaikan yang beroperasi pada frekuensi lebih tinggi (biasanya 20...100 kHz), unit penyearah transformator 3 dan filter frekuensi tinggi 4. Rangkaian kontrol 5 digunakan untuk menstabilkan tegangan keluaran.

Gambar 2.6 - Diagram blok sumber listrik berdenyut dengan inverter terkontrol

Rangkaian kontrol membandingkan tegangan keluaran Un dan tegangan sumber referensi 6. Perbedaan antara tegangan ini, yang disebut sinyal kesalahan, digunakan untuk mengatur frekuensi inverter yang dapat disesuaikan (f = var) atau siklus kerja pulsa pada frekuensi konstan (g = var). Konverter yang dibuat berdasarkan inverter transformator satu siklus disebut konverter transformator satu siklus - SAAT INI. Konverter yang dibuat berdasarkan inverter trafo dorong-tarik disebut konverter dorong-tarik transformator - TDK.

Gambar 2.7 menunjukkan diagram IVEP dengan penyearah listrik teregulasi 1 dan inverter tidak teregulasi 2. Node lainnya dalam diagram ini memiliki tujuan yang sama dengan diagram sebelumnya. Ciri khas Diagram blok ini adalah penggunaan inverter yang tidak diatur (NI). Stabilisasi tegangan keluaran pada rangkaian ini dipastikan dengan mengatur tegangan pada masukan konverter menggunakan 1, yang biasanya dilakukan pada thyristor yang dikontrol fasa.

Gambar 2.7 - Diagram blok sumber listrik berdenyut dengan penyearah jaringan yang dapat disesuaikan

Untuk rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 2.6, merupakan karakteristik bahwa inverter harus dirancang untuk beroperasi dari tegangan listrik yang disearahkan, yang memiliki nilai maksimum sekitar 311V untuk jaringan fase tunggal dan sekitar 530V untuk jaringan tiga fase. Selain itu, perubahan frekuensi atau siklus kerja pulsa inverter 2 menyebabkan penyaringan tegangan keluaran yang lebih buruk. Akibatnya, parameter berat dan ukuran filter 4 memburuk, karena parameternya dihitung berdasarkan siklus kerja pulsa minimum g min, asalkan arus dalam beban kontinu.

Sifat positif rangkaian pada Gambar 2.7 adalah gabungan fungsi konversi tegangan dan stabilisasi tegangan keluaran Un. Hal ini memungkinkan untuk menyederhanakan skema kontrol 5, karena jumlah kunci yang dikelola berkurang. Selain itu, adanya jeda memungkinkan Anda menghilangkan arus yang mengalir pada sakelar inverter. Keuntungan dari rangkaian ini juga adalah kemampuannya untuk memastikan pengoperasian inverter dengan kecepatan yang lebih rendah tegangan masukan(biasanya dikurangi 1,5...2 kali, yaitu menjadi 130...200V). Ini sangat memudahkan pengoperasian sakelar inverter transistor. Keuntungan lain dari rangkaian ini adalah inverter beroperasi dengan siklus kerja maksimum g pulsa maksimum, yang sangat menyederhanakan penyaringan tegangan keluaran. Sebuah studi tentang efisiensi dan kepadatan daya kedua rangkaian menunjukkan bahwa indikator ini sedikit berbeda.

Skema IVEP multisaluran dengan penyearah 1 tidak diatur ditunjukkan pada Gambar 2.8 dan 2.9. Dalam rangkaian pada Gambar 2.8, inverter 2 yang tidak diatur dan stabilisator individu 5...7 digunakan, dalam saluran terpisah. Diagram blok ini dapat digunakan ketika jumlah kecil saluran keluaran. Ketika jumlah saluran keluaran bertambah, rangkaian menjadi tidak ekonomis.

Gambar 2.8 - Diagram blok IVEP multisaluran dengan stabilisasi individual

Rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 beroperasi berdasarkan prinsip stabilisasi kelompok tegangan keluaran. Untuk melakukan ini, ia menggunakan inverter yang dapat disesuaikan, yang dikendalikan oleh tegangan saluran paling kuat. Dalam hal ini, stabilisasi tegangan keluaran di saluran lain memburuk, karena tidak tercakup dalam umpan balik negatif. Untuk meningkatkan stabilisasi tegangan di saluran lain, Anda dapat menggunakan stabilisator individual tambahan, seperti pada rangkaian Gambar 2.8.

Gambar 2.9 - Diagram blok IVEP dengan stabilisasi grup

Cakupan penerapan switching power supply dalam kehidupan sehari-hari terus berkembang. Sumber-sumber tersebut digunakan untuk memberi daya pada semua peralatan rumah tangga dan komputer modern, untuk menerapkan catu daya yang tidak pernah terputus, pengisi daya baterai untuk berbagai keperluan, untuk menerapkan sistem penerangan tegangan rendah dan untuk kebutuhan lainnya.

Dalam beberapa kasus, membeli catu daya yang sudah jadi sangat tidak dapat diterima dari sudut pandang ekonomi atau teknis, dan merakit sumber switching dengan tangan Anda sendiri adalah jalan keluar terbaik dari situasi ini. Pilihan ini disederhanakan dengan ketersediaan luas yang modern basis elemen dengan harga murah.

Yang paling populer dalam kehidupan sehari-hari adalah sumber pulsa yang ditenagai oleh jaringan standar AC dan output tegangan rendah yang kuat. Diagram blok dari sumber tersebut ditunjukkan pada gambar.

Penyearah jaringan SV mengkonversi tegangan bolak-balik jaringan suplai menjadi konstan dan menghaluskan riak tegangan yang diperbaiki pada output. Konverter VChP frekuensi tinggi mengubah tegangan yang diperbaiki menjadi tegangan bolak-balik atau unipolar, dalam bentuk pulsa persegi panjang amplitudo yang diperlukan.

Selanjutnya, tegangan ini, baik secara langsung atau setelah penyearah (VN), disuplai ke filter penghalusan, ke output yang dihubungkan dengan beban. VChP dikendalikan oleh sistem kontrol yang menerima sinyal umpan balik dari penyearah beban.

Struktur perangkat ini dapat dikritik karena adanya beberapa tahap konversi, yang mengurangi efisiensi sumber. Namun, kapan pilihan yang tepat elemen semikonduktor dan perhitungan berkualitas tinggi serta pembuatan unit belitan, tingkat kehilangan daya dalam rangkaian rendah, yang memungkinkan diperoleh nilai efisiensi nyata di atas 90%.

Diagram skema peralihan catu daya

Solusi untuk blok struktural tidak hanya mencakup alasan untuk memilih opsi implementasi rangkaian, tetapi juga rekomendasi praktis untuk memilih elemen dasar.

Untuk menyearahkan tegangan jaringan satu fasa, gunakan salah satu dari tiga skema klasik ditunjukkan pada gambar:

• setengah gelombang;
• nol (gelombang penuh dengan titik tengah);
• jembatan setengah gelombang.

Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan yang menentukan ruang lingkup penerapannya.

Rangkaian setengah gelombang ditandai dengan kemudahan implementasi dan jumlah minimal komponen semikonduktor. Kerugian utama dari penyearah semacam itu adalah sejumlah besar riak tegangan keluaran (dalam penyearah hanya ada satu setengah gelombang tegangan listrik) dan koefisien penyearah yang rendah.

Faktor perbaikan Kv ditentukan oleh rasio tegangan rata-rata pada keluaran penyearah Udк nilai efektif tegangan jaringan fasa Uph.

Untuk rangkaian setengah gelombang Kv=0,45.

Untuk menghaluskan riak pada keluaran penyearah semacam itu, diperlukan filter yang kuat.

Rangkaian nol atau gelombang penuh dengan titik tengah, meskipun memerlukan jumlah dua kali lipat dioda penyearah Namun, kerugian ini sebagian besar diimbangi oleh tingkat riak tegangan yang disearahkan yang lebih rendah dan peningkatan koefisien penyearah menjadi 0,9.

Kerugian utama dari skema tersebut untuk digunakan dalam kondisi domestik adalah kebutuhan untuk mengatur titik tengah tegangan listrik, yang menyiratkan adanya transformator listrik. Dimensi dan beratnya ternyata tidak sesuai dengan gagasan sumber pulsa buatan sendiri yang berukuran kecil.

Rangkaian jembatan gelombang penuh penyearah memiliki indikator yang sama dalam hal tingkat riak dan koefisien penyearah seperti rangkaian nol, tetapi tidak memerlukan koneksi jaringan. Ini juga mengkompensasi kelemahan utama - jumlah dioda penyearah yang berlipat ganda, baik dari segi efisiensi maupun biaya.

Untuk menghaluskan riak tegangan yang diperbaiki, solusi terbaik adalah dengan menggunakan filter kapasitif. Penggunaannya memungkinkan untuk meningkatkan nilai tegangan yang diperbaiki menjadi nilai amplitudo jaringan (pada Uf=220V Ufm=314V). Kerugian dari filter semacam itu adalah nilainya yang besar arus pulsa elemen penyearah, tetapi kelemahan ini tidak kritis.

Pemilihan dioda penyearah dilakukan berdasarkan arus maju rata-rata Ia dan tegangan balik maksimum U BM.

Dengan mengambil nilai koefisien riak tegangan keluaran Kp = 10%, diperoleh nilai rata-rata tegangan penyearah Ud = 300V. Mempertimbangkan daya beban dan efisiensi konverter RF (80% diambil untuk perhitungan, tetapi dalam praktiknya akan lebih tinggi, ini akan memberikan margin tertentu).

Ia adalah arus rata-rata dioda penyearah, adalah daya beban, dan adalah efisiensi konverter HF.

Maksimum tegangan balik Elemen penyearah tidak melebihi nilai amplitudo tegangan jaringan (314V), yang memungkinkan penggunaan komponen dengan nilai U BM =400V dengan margin yang signifikan. Anda dapat menggunakan dioda diskrit dan jembatan penyearah siap pakai dari berbagai produsen.

Untuk memastikan riak tertentu (10%) pada keluaran penyearah, kapasitansi kapasitor filter diambil pada laju 1 μF per 1 W daya keluaran. Kapasitor elektrolitik dengan tegangan maksimum minimal 350V digunakan. Kapasitas filter untuk berbagai daya ditunjukkan pada tabel.

Konverter frekuensi tinggi: fungsi dan sirkuitnya

Konverter frekuensi tinggi adalah konverter saklar satu siklus atau tarik-tarik (inverter) dengan transformator pulsa. Varian rangkaian konverter RF ditunjukkan pada gambar.

Sirkuit berujung tunggal. Pada jumlah minimum kekuatan elemen dan kemudahan implementasi memiliki beberapa kelemahan.

1. Trafo dalam rangkaian beroperasi dalam loop histeresis privat, yang memerlukan peningkatan ukuran dan daya keseluruhan;
2. Untuk memastikan daya keluaran, perlu diperoleh amplitudo yang signifikan arus pulsa mengalir melalui saklar semikonduktor.

Sirkuit ini telah menemukan penerapan terbesarnya pada perangkat berdaya rendah, di mana pengaruh kerugian ini tidak begitu signifikan.

Untuk mengubah atau menginstal sendiri loket baru, tidak diperlukan keahlian khusus. Memilih yang tepat akan memastikan pengukuran konsumsi arus yang benar dan meningkatkan keamanan jaringan listrik rumah Anda.

Dalam kondisi modern, sensor gerak semakin banyak digunakan untuk memberikan penerangan baik di dalam maupun di luar ruangan. Hal ini tidak hanya menambah kenyamanan dan kemudahan pada rumah kita, namun juga memungkinkan kita berhemat secara signifikan. Anda dapat mengetahui tip praktis dalam memilih lokasi pemasangan dan diagram koneksi.

Rangkaian dorong-tarik dengan titik tengah trafo (push-pull). Itu mendapat nama kedua dari deskripsi pekerjaan versi bahasa Inggris (push-pull). Sirkuit ini bebas dari kelemahan versi siklus tunggal, tetapi memiliki kekurangannya sendiri - desain transformator yang rumit (diperlukan pembuatan bagian belitan primer yang identik) dan peningkatan persyaratan untuk tegangan maksimum kunci. Jika tidak, solusinya patut mendapat perhatian dan banyak digunakan dalam mengganti catu daya, dibuat dengan tangan dan tidak hanya.

Rangkaian setengah jembatan dorong-tarik. Parameter rangkaian mirip dengan rangkaian dengan titik tengah, tetapi tidak memerlukan konfigurasi belitan transformator yang rumit. Kerugian yang melekat pada rangkaian ini adalah kebutuhan untuk mengatur titik tengah filter penyearah, yang memerlukan peningkatan empat kali lipat dalam jumlah kapasitor.

Karena kemudahan implementasinya, rangkaian ini paling banyak digunakan dalam mengalihkan catu daya dengan daya hingga 3 kW. Pada daya tinggi, biaya kapasitor filter menjadi sangat tinggi dibandingkan dengan sakelar inverter semikonduktor, dan rangkaian jembatan ternyata menjadi yang paling menguntungkan.

Rangkaian jembatan dorong tarik. Parameternya mirip dengan yang lain sirkuit dorong-tarik, tetapi tidak memerlukan pembuatan “titik tengah” buatan. Harganya dua kali lipat dari jumlah saklar daya, yang bermanfaat dari sudut pandang ekonomi dan teknis untuk membangun sumber pulsa yang kuat.

Pemilihan saklar inverter dilakukan sesuai dengan amplitudo arus kolektor (drain) I KMAX dan tegangan maksimum kolektor-emitor U KEMAKH. Untuk perhitungannya digunakan daya beban dan rasio transformasi transformator pulsa.

Namun, pertama-tama perlu menghitung trafo itu sendiri. Trafo pulsa dibuat pada inti yang terbuat dari ferit, permalloy atau besi trafo yang dipilin menjadi cincin. Untuk daya hingga beberapa kW, inti ferit berbentuk cincin atau tipe W cukup cocok. Trafo dihitung berdasarkan daya yang dibutuhkan dan frekuensi konversi. Untuk menghilangkan munculnya kebisingan akustik, disarankan untuk memindahkan frekuensi konversi di luar rentang audio (buat di atas 20 kHz).

Harus diingat bahwa pada frekuensi mendekati 100 kHz, kerugian inti magnet ferit meningkat secara signifikan. Perhitungan trafo sendiri tidaklah sulit dan dapat dengan mudah ditemukan pada literatur. Beberapa hasil untuk berbagai sumber daya dan rangkaian magnet ditunjukkan pada tabel di bawah.

Perhitungan dilakukan untuk frekuensi konversi 50 kHz. Perlu dicatat bahwa saat mengerjakan frekuensi tinggi ada pengaruh perpindahan arus ke permukaan konduktor, yang menyebabkan penurunan luas efektif belitan. Untuk mencegah masalah seperti ini dan mengurangi kerugian pada konduktor, perlu dibuat belitan beberapa konduktor dengan penampang yang lebih kecil. Pada frekuensi 50 kHz, diameter kawat belitan yang diizinkan tidak melebihi 0,85 mm.

Mengetahui daya beban dan rasio transformasi, Anda dapat menghitung arus pada belitan primer transformator dan arus kolektor maksimum dari sakelar daya. Tegangan pada transistor dalam keadaan tertutup dipilih lebih tinggi dari tegangan penyearah yang disuplai ke input konverter RF dengan margin tertentu (U KEMAKH >=400V). Berdasarkan data ini, kunci dipilih. Saat ini pilihan terbaik adalah penggunaan transistor daya IGBT atau MOSFET.

Untuk dioda penyearah di sisi sekunder, satu aturan harus dipatuhi - frekuensi operasi maksimumnya harus melebihi frekuensi konversi. Jika tidak, efisiensi penyearah keluaran dan konverter secara keseluruhan akan berkurang secara signifikan.

Video tentang pembuatan alat catu daya pulsa sederhana