Ele au fost întotdeauna elemente importante ale oricărui dispozitiv electronic. Aceste dispozitive sunt utilizate în amplificatoare și receptoare. Funcția principală a surselor de alimentare este considerată a fi reducerea tensiunii maxime care vine din rețea. Primele modele au apărut abia după ce a fost inventată bobina AC.

În plus, dezvoltarea surselor de alimentare a fost influențată de introducerea transformatoarelor în circuitul dispozitivului. Particularitatea modelelor cu impulsuri este că folosesc redresoare. Astfel, stabilizarea tensiunii în rețea se realizează într-un mod ușor diferit față de dispozitivele convenționale în care se utilizează un convertor.

Dispozitiv de alimentare

Dacă luăm în considerare o sursă de alimentare convențională, care este utilizată în receptoarele radio, atunci aceasta constă dintr-un transformator de frecvență, un tranzistor și mai multe diode. În plus, circuitul conține un șoc. Condensatorii sunt instalați cu capacități diferite, iar parametrii lor pot varia foarte mult. De obicei se folosesc redresoare de tip condensator. Ele aparțin categoriei de înaltă tensiune.

Exploatarea blocurilor moderne

Inițial, tensiunea este furnizată către redresorul în punte. În această etapă, limitatorul de curent de vârf este activat. Acest lucru este necesar pentru ca siguranța din sursa de alimentare să nu se ardă. În continuare, curentul trece prin circuit prin filtre speciale, unde este convertit. Sunt necesare mai multe condensatoare pentru a încărca rezistențele. Unitatea pornește numai după o defecțiune a dinistorului. Apoi tranzistorul este deblocat în sursa de alimentare. Acest lucru face posibilă reducerea semnificativă a auto-oscilațiilor.

Când are loc generarea de tensiune, diodele din circuit sunt activate. Ele sunt conectate între ele folosind catozi. Un potențial negativ în sistem face posibilă blocarea dinistorului. Pornirea redresorului este facilitată după oprirea tranzistorului. În plus, sunt prevăzute două siguranțe pentru a preveni saturarea tranzistorilor. Ele funcționează în circuit numai după o avarie. Pentru a porni feedback, este necesar un transformator. Este alimentat de diode în impulsuri în sursa de alimentare. La ieșire, curentul alternativ trece prin condensatori.

Caracteristicile blocurilor de laborator

Principiul de funcționare al comutării surselor de alimentare de acest tip se bazează pe conversia curentului activ. Există un redresor în punte în circuitul standard. Pentru a elimina toate interferențele, filtrele sunt utilizate la începutul și, de asemenea, la sfârșitul circuitului. Sursa de alimentare cu impulsuri de laborator are condensatoare convenționale. Saturația tranzistoarelor are loc treptat, iar acest lucru are un efect pozitiv asupra diodelor. Reglarea tensiunii este asigurată în multe modele. Sistemul de protecție este conceput pentru a salva blocurile de scurtcircuite. Cablurile pentru ele sunt de obicei folosite într-o serie nemodulară. În acest caz, puterea modelului poate ajunge până la 500 W.

Conectorii de alimentare din sistem sunt cel mai adesea instalați ca tip ATX 20. Pentru a răci unitatea, în carcasă este montat un ventilator. Viteza de rotație a lamelor trebuie reglată în acest caz. O unitate de tip laborator ar trebui să poată rezista la sarcina maximă la 23 A. În același timp, parametrul de rezistență este menținut în medie la 3 ohmi. Frecvența maximă pe care o are o sursă de alimentare cu comutație de laborator este de 5 Hz.

Cum se repara dispozitivele?

Cel mai adesea, sursele de alimentare suferă din cauza siguranțelor arse. Sunt situate lângă condensatoare. Reparația surselor de alimentare comutatoare ar trebui să înceapă prin îndepărtarea capacului de protecție. În continuare, este important să inspectați integritatea microcircuitului. Dacă nu sunt vizibile defecte pe acesta, acesta poate fi verificat folosind un tester. Pentru a îndepărta siguranțele, trebuie mai întâi să deconectați condensatorii. După aceasta, acestea pot fi îndepărtate fără probleme.

Pentru a verifica integritatea acestui dispozitiv, inspectați baza acestuia. Siguranțele arse au o pată întunecată în partea de jos, ceea ce indică deteriorarea modulului. Pentru a înlocui acest element, trebuie să acordați atenție marcajelor sale. Apoi puteți cumpăra un produs similar într-un magazin de electronice radio. Instalarea siguranței se efectuează numai după fixarea condensului. O altă problemă comună în sursele de alimentare este considerată a fi defecțiunile transformatoarelor. Sunt cutii în care sunt instalate bobine.

Când dispozitivului este aplicat o tensiune foarte mare, acestea nu o pot rezista. Ca urmare, integritatea înfășurării este compromisă. Este imposibil să reparați sursele de alimentare comutatoare cu o astfel de defecțiune. În acest caz, transformatorul, ca și siguranța, poate fi doar înlocuit.

Surse de alimentare de rețea

Principiul de funcționare al surselor de alimentare cu comutație de tip rețea se bazează pe o reducere a frecvenței joase a amplitudinii interferenței. Acest lucru se întâmplă datorită utilizării diodelor de înaltă tensiune. Astfel, este mai eficient să controlezi frecvența de limitare. În plus, trebuie remarcat faptul că tranzistorii sunt utilizați la putere medie. Sarcina siguranțelor este minimă.

Rezistoarele sunt folosite destul de rar într-un circuit standard. Acest lucru se datorează în mare măsură faptului că condensatorul este capabil să participe la conversia curentului. Principala problemă cu acest tip de sursă de alimentare este câmpul electromagnetic. Dacă se folosesc condensatoare cu o capacitate mică, atunci transformatorul este în pericol. În acest caz, ar trebui să fiți foarte atenți la puterea dispozitivului. Sursa de alimentare cu comutare de rețea are limitatoare pentru curentul de vârf și sunt situate imediat deasupra redresoarelor. Sarcina lor principală este să controleze frecvența de funcționare pentru a stabiliza amplitudinea.

Diodele din acest sistem servesc parțial ca siguranțe. Doar tranzistoarele sunt folosite pentru a conduce redresorul. Procesul de blocare, la rândul său, este necesar pentru a activa filtrele. Condensatorii pot fi utilizați și ca tip de izolare în sistem. În acest caz, transformatorul va porni mult mai repede.

Aplicarea microcircuitelor

O mare varietate de microcircuite sunt utilizate în sursele de alimentare. În această situație, mult depinde de numărul de elemente active. Dacă sunt utilizate mai mult de două diode, placa trebuie să fie proiectată pentru filtre de intrare și de ieșire. Transformatoarele sunt produse și în diferite capacități, iar dimensiunile lor sunt destul de diferite.

Puteți lipi singur microcircuite. În acest caz, trebuie să calculați rezistența maximă a rezistențelor ținând cont de puterea dispozitivului. Pentru a crea un model reglabil, se folosesc blocuri speciale. Acest tip de sistem este realizat cu șenile duble. Unduirea în interiorul plăcii va apărea mult mai repede.

Beneficiile surselor de alimentare reglementate

Principiul de funcționare a comutării surselor de alimentare cu regulatoare este utilizarea unui controler special. Acest element din circuit poate modifica debitul tranzistorilor. Astfel, frecvența de limitare la intrare și la ieșire este semnificativ diferită. Sursa de alimentare comutată poate fi configurată în diferite moduri. Reglarea tensiunii se efectuează ținând cont de tipul de transformator. Răcitoarele convenționale sunt folosite pentru a răci dispozitivul. Problema cu aceste dispozitive este de obicei excesul de curent. Pentru a rezolva acest lucru, se folosesc filtre de protecție.

Puterea dispozitivelor fluctuează în medie în jurul valorii de 300 W. În sistem sunt utilizate numai cabluri nemodulare. În acest fel, scurtcircuitele pot fi evitate. Conectorii de alimentare pentru conectarea dispozitivelor sunt de obicei instalați în seria ATX 14. Modelul standard are două ieșiri. Redresoarele sunt folosite cu o tensiune mai mare. Pot rezista la o rezistență de 3 ohmi. La rândul său, sarcina maximă a sursei de alimentare cu comutare reglată este de până la 12 A.

Funcționarea unităților de 12 volți

Pulsul include două diode. În acest caz, filtrele sunt instalate cu o capacitate mică. În acest caz, procesul de pulsație are loc extrem de lent. Frecvența medie fluctuează în jurul valorii de 2 Hz. Eficiența multor modele nu depășește 78%. Aceste blocuri se disting și prin compactitatea lor. Acest lucru se datorează faptului că transformatoarele sunt instalate cu putere redusă. Nu necesită refrigerare.

Circuitul de alimentare cu comutare de 12 V implică în plus utilizarea rezistențelor marcate P23. Ele pot rezista doar la 2 ohmi de rezistență, dar aceasta este o putere suficientă pentru un dispozitiv. O sursă de alimentare comutată de 12 V este folosită cel mai des pentru lămpi.

Cum funcționează cutia TV?

Principiul de funcționare al comutării surselor de alimentare de acest tip este utilizarea filtrelor de film. Aceste dispozitive sunt capabile să facă față interferențelor de diferite amplitudini. Înfășurarea lor este sintetică. Astfel, este asigurată o protecție de înaltă calitate a componentelor importante. Toate garniturile din sursa de alimentare sunt izolate pe toate părțile.

Transformatorul, la rândul său, are un răcitor separat pentru răcire. Pentru ușurință în utilizare, de obicei este setat pe silent. Aceste dispozitive pot rezista la temperaturi maxime de până la 60 de grade. Frecvența de funcționare a sursei de comutare a televizorului este menținută la 33 Hz. La temperaturi sub zero, se pot folosi și aceste dispozitive, dar mult în această situație depinde de tipul de condens folosit și de secțiunea transversală a circuitului magnetic.

Modele de dispozitive de 24 volți

În modelele de 24 de volți, se folosesc redresoare de joasă frecvență. Doar două diode pot face față cu succes interferențelor. Eficiența unor astfel de dispozitive poate ajunge până la 60%. Regulatoarele sunt rareori instalate pe sursele de alimentare. Frecvența de funcționare a modelelor nu depășește în medie 23 Hz. Rezistoarele pot rezista doar la 2 ohmi. Tranzistoarele din modele sunt instalate cu marcajul PR2.

Pentru a stabiliza tensiunea, rezistențele nu sunt utilizate în circuit. Filtrele de alimentare cu comutare de 24 V sunt de tip condensator. În unele cazuri, pot fi găsite specii care se despart. Sunt necesare pentru a limita frecvența maximă a curentului. Pentru a porni rapid un redresor, dinistorii sunt folosiți destul de rar. Potențialul negativ al dispozitivului este îndepărtat cu ajutorul catodului. La iesire, curentul este stabilizat prin blocarea redresorului.

Părțile de putere pe diagrama DA1

Sursele de alimentare de acest tip diferă de alte dispozitive prin faptul că pot rezista la sarcini grele. Există un singur condensator în circuitul standard. Pentru funcționarea normală a sursei de alimentare, se folosește regulatorul. Controlerul este instalat direct lângă rezistor. Nu pot fi găsite mai mult de trei diode în circuit.

Procesul de conversie inversă directă începe în dinistor. Pentru a porni mecanismul de deblocare, în sistem este prevăzută o accelerație specială. Undele cu amplitudine mare sunt amortizate de condensator. Este de obicei instalat de tip divizor. Siguranțele se găsesc rar într-un circuit standard. Acest lucru este justificat de faptul că temperatura maximă în transformator nu depășește 50 de grade. Astfel, șocul de balast își face față sarcinilor în mod independent.

Modele de dispozitive cu cipuri DA2

Microcircuitele de alimentare cu comutare de acest tip se disting de alte dispozitive prin rezistența crescută. Sunt utilizate în principal pentru instrumente de măsură. Un exemplu este un osciloscop care arată fluctuații. Stabilizarea tensiunii este foarte importantă pentru el. Ca urmare, citirile dispozitivului vor fi mai precise.

Multe modele nu sunt echipate cu regulatoare. Filtrele sunt în principal cu două fețe. La ieșirea circuitului, tranzistoarele sunt instalate ca de obicei. Toate acestea fac posibilă rezistența la o sarcină maximă de 30 A. La rândul său, indicatorul de frecvență maximă este în jur de 23 Hz.

Blocuri cu cipuri DA3 instalate

Acest microcircuit vă permite să instalați nu numai un regulator, ci și un controler care monitorizează fluctuațiile din rețea. Rezistența tranzistoarelor din dispozitiv poate rezista la aproximativ 3 ohmi. Puternica sursă de alimentare comutată DA3 poate suporta o sarcină de 4 A. Puteți conecta ventilatoare pentru a răci redresoarele. Drept urmare, dispozitivele pot fi utilizate la orice temperatură. Un alt avantaj este prezența a trei filtre.

Două dintre ele sunt instalate la intrare sub condensatoare. Un filtru de tip separator este disponibil la ieșire și stabilizează tensiunea care vine de la rezistor. Nu există mai mult de două diode într-un circuit standard. Cu toate acestea, multe depind de producător și acest lucru ar trebui să fie luat în considerare. Principala problemă cu sursele de alimentare de acest tip este că nu sunt capabile să facă față interferențelor de joasă frecvență. Ca urmare, este imposibil să le instalați pe instrumente de măsură.

Cum funcționează blocul de diode VD1?

Aceste blocuri sunt concepute pentru a suporta până la trei dispozitive. Au regulatoare cu trei căi. Cablurile de comunicație sunt instalate numai nemodulare. Astfel, conversia curentă are loc rapid. Redresoarele din multe modele sunt instalate în seria KKT2.

Ele diferă prin faptul că pot transfera energie de la condensator la înfășurare. Ca urmare, sarcina de la filtre este parțial îndepărtată. Performanța unor astfel de dispozitive este destul de ridicată. La temperaturi peste 50 de grade pot fi folosite si.

Spre deosebire de sursele de alimentare liniare tradiționale, care implică stingerea tensiunii nestabilizate în exces pe un element liniar de trecere, sursele de alimentare cu impulsuri folosesc alte metode și fenomene fizice pentru a genera o tensiune stabilizată, și anume: efectul acumulării de energie în inductori, precum și posibilitatea de transformare de înaltă frecvență și conversie a energiei acumulate în presiune constantă. Există trei circuite tipice pentru construirea surselor de alimentare cu impulsuri: step-up (tensiune de ieșire mai mare decât intrarea) Fig. 1,

Orez. 1. Amplificați alimentarea cu comutare (Uout>Uin).

coborâre (tensiune de ieșire mai mică decât intrare)

Orez. 2. Sursă de alimentare comutată descendente (Uout

Sursă de alimentare comutată descendente (Uout

Orez. 3. Inversarea sursei de alimentare comutatoare (Uout

După cum se poate observa din figură, ele diferă doar prin modul în care conectează inductanța; în caz contrar, principiul de funcționare rămâne neschimbat, și anume.

Elementul cheie (de obicei sunt utilizați tranzistori bipolari sau MIS), care funcționează cu o frecvență de ordinul 20-100 kHz, aplică periodic tensiunea completă nestabilizată de intrare la inductor pentru o perioadă scurtă de timp (nu mai mult de 50% din timp) . Curent de impuls. curgând prin bobină asigură acumularea de rezerve de energie în câmpul său magnetic de 1/2LI^2 la fiecare impuls. - energia stocata in acest fel din bobina este transferata in sarcina (fie direct, folosind o dioda redresoare, fie prin infasurarea secundara cu redresare ulterioara), condensatorul filtrului de netezire a iesirii asigura constanta tensiunii si curentului de iesire. Stabilizarea tensiunii de ieșire este asigurată prin reglarea automată a lățimii sau frecvenței impulsului pe elementul cheie (un circuit de feedback este proiectat pentru a monitoriza tensiunea de ieșire).

Această schemă, deși destul de complexă, poate crește semnificativ eficiența întregului dispozitiv. Cert este că, în acest caz, pe lângă sarcina în sine, nu există elemente de putere în circuit care să disipeze o putere semnificativă. Tranzistoarele cheie funcționează în modul de comutare saturată (adică, căderea de tensiune pe ele este mică) și disipă puterea doar în intervale de timp destul de scurte (timp de impuls). În plus, prin creșterea frecvenței de conversie, este posibilă creșterea semnificativă a puterii și îmbunătățirea caracteristicilor de greutate și dimensiune.

Un avantaj tehnologic important al surselor de alimentare cu impulsuri este capacitatea de a construi pe baza lor surse de alimentare de rețea de dimensiuni mici, cu izolație galvanică de rețea, pentru a alimenta o mare varietate de echipamente. Astfel de surse de alimentare sunt construite fără utilizarea unui transformator de putere voluminos de joasă frecvență, folosind un circuit convertor de înaltă frecvență. Acesta este, de fapt, un circuit obișnuit de alimentare în comutație cu reducere a tensiunii, în care tensiunea de rețea redresată este utilizată ca tensiune de intrare și un transformator de înaltă frecvență (de dimensiuni mici și cu randament ridicat) este utilizat ca element de stocare, de la înfășurarea secundară a cărei tensiune stabilizată de ieșire este îndepărtată (acest transformator asigură și izolarea galvanică de rețea).

Dezavantajele surselor de alimentare cu impulsuri includ: prezența unui nivel ridicat de zgomot pulsat la ieșire, complexitate ridicată și fiabilitate scăzută (în special în producția de artizanat), necesitatea de a utiliza componente scumpe de înaltă tensiune, de înaltă frecvență, care în eventualitatea cea mai mică defecțiune eșuează cu ușurință „în masă” (cu În acest caz, de regulă, se pot observa efecte pirotehnice impresionante). Celor cărora le place să se adâncească în interiorul dispozitivelor cu o șurubelniță și un fier de lipit, vor trebui să fie extrem de atenți atunci când proiectează surse de alimentare cu comutare de rețea, deoarece multe elemente ale unor astfel de circuite sunt sub tensiune înaltă.

Sursa de comutare este utilizată pentru a converti tensiunea de intrare la valoarea cerută de elementele interne ale dispozitivului. Un alt nume pentru sursele de impulsuri care a devenit larg răspândit este invertoarele.

Ce este?

Un invertor este o sursă de alimentare secundară care utilizează o conversie dublă a tensiunii AC de intrare. Mărimea parametrilor de ieșire este ajustată prin modificarea duratei (lățimii) impulsurilor și, în unele cazuri, a ratei de repetare a acestora. Acest tip de modulație se numește modulare pe lățime a impulsului.

Principiul de funcționare al unei surse de alimentare cu comutație

Funcționarea invertorului se bazează pe rectificarea tensiunii primare și conversia ulterioară a acesteia într-o secvență de impulsuri de înaltă frecvență. Acesta diferă de un transformator convențional. Tensiunea de ieșire a blocului servește la generarea unui semnal de feedback negativ, care vă permite să reglați parametrii pulsului. Prin controlul lățimii impulsului, este ușor de organizat stabilizarea și reglarea parametrilor de ieșire, tensiune sau curent. Adică poate fi fie un stabilizator de tensiune, fie un stabilizator de curent.

Numărul și polaritatea valorilor de ieșire pot fi foarte diferite în funcție de modul în care funcționează sursa de comutare.

Tipuri de surse de alimentare

Mai multe tipuri de invertoare, care diferă în schema lor de construcție, și-au găsit aplicații:

• fără transformator;
• transformator

Primele diferă prin faptul că secvența impulsurilor merge direct la redresorul de ieșire și filtrul de netezire al dispozitivului. Această schemă are un minim de componente. Un invertor simplu include un circuit integrat specializat - un generator de lățime a impulsurilor.

Principalul dezavantaj al dispozitivelor fără transformator este că nu au izolație galvanică față de rețeaua de alimentare și pot prezenta un risc de electrocutare. De asemenea, au o putere redusă și produc doar o tensiune de ieșire.

Mai frecvente sunt dispozitivele transformatoare în care o secvență de impulsuri de înaltă frecvență este furnizată înfășurării primare a transformatorului. Pot exista câte înfășurări secundare se dorește, ceea ce face posibilă generarea mai multor tensiuni de ieșire. Fiecare înfășurare secundară este încărcată cu propriul redresor și filtru de netezire.

O sursă de alimentare comutată puternică pentru orice computer este construită conform unui circuit care are fiabilitate și siguranță ridicate. Pentru semnalul de feedback, se folosește aici o tensiune de 5 sau 12 volți, deoarece aceste valori necesită cea mai precisă stabilizare.

Utilizarea transformatoarelor pentru a converti tensiuni de înaltă frecvență (zeci de kiloherți în loc de 50 Hz) a făcut posibilă reducerea semnificativă a dimensiunilor și greutății acestora și a utiliza materiale feromagnetice cu forță coercitivă mare ca material de bază (miez magnetic), mai degrabă decât fierul electric.

Convertoarele DC-DC sunt, de asemenea, construite pe baza modulării lățimii impulsului. Fără utilizarea circuitelor cu invertor, conversia a fost foarte dificilă.

Circuit de alimentare

Circuitul celei mai comune configurații a unui convertor de impulsuri include:

• filtru de suprimare a zgomotului din rețea;
• redresor;
• filtru de netezire;
• convertor de lățime a impulsurilor;
• tranzistoare cheie;
• transformator de ieșire de înaltă frecvență;
• redresoare de ieșire;
• ieșiți filtre individuale și de grup.

Scopul filtrului de suprimare a zgomotului este de a întârzia interferența din funcționarea dispozitivului în rețeaua de alimentare. Comutarea elementelor semiconductoare puternice poate fi însoțită de crearea de impulsuri pe termen scurt într-o gamă largă de frecvențe. Prin urmare, aici este necesar să se utilizeze elemente concepute special pentru acest scop ca condensatori de trecere a unităților de filtrare.

Redresorul este folosit pentru a converti tensiunea alternativă de intrare în tensiune continuă, iar filtrul de netezire instalat în continuare elimină ondulația tensiunii redresate.

În cazul în care este utilizat, redresorul și filtrul devin inutile, iar semnalul de intrare, trecând prin circuitul filtrului de suprimare a zgomotului, este alimentat direct la convertorul de lățime a impulsurilor (modulator), prescurtat PWM.

PWM este cea mai complexă parte a circuitului de alimentare cu comutare. Sarcinile sale includ:

• generarea de impulsuri de înaltă frecvență;
• controlul parametrilor de ieșire ai blocului și corectarea secvenței impulsurilor în conformitate cu semnalul de feedback;
• control și protecție împotriva supraîncărcărilor.

Semnalul PWM este furnizat la bornele de control ale tranzistoarelor cheie puternice conectate într-un circuit în punte sau semipunte. Bornele de putere ale tranzistoarelor sunt încărcate pe înfășurarea primară a transformatorului de ieșire de înaltă frecvență. În locul celor tradiționale, se folosesc tranzistoare IGBT sau MOSFET, care se caracterizează printr-o cădere scăzută de tensiune la tranziții și viteză mare. Parametrii tranzistorului îmbunătățiți ajută la reducerea disipării de putere cu aceleași dimensiuni și parametri de proiectare tehnică.

Transformatorul de impulsuri de ieșire folosește același principiu de conversie ca și cel clasic. Excepția este operarea la frecvențe mai înalte. Ca urmare, transformatoarele de înaltă frecvență cu aceleași puteri transmise au dimensiuni mai mici.

Tensiunea de la înfășurarea secundară (pot fi mai multe dintre ele) este furnizată redresoarelor de ieșire. Spre deosebire de redresorul de intrare, diodele redresorului de circuit secundar trebuie să aibă o frecvență de funcționare crescută. Diodele Schottky funcționează cel mai bine în această secțiune a circuitului. Avantajele lor față de cele convenționale:

• frecvență ridicată de funcționare;
• capacitatea de joncțiune pn redusă;
• cădere de tensiune joasă.

Scopul filtrului de ieșire al unei surse de alimentare comutatoare este de a reduce ondulația tensiunii de ieșire redresată la minimum necesar. Deoarece frecvența de ondulare este mult mai mare decât cea a tensiunii de rețea, nu este nevoie de valori mari ale capacității condensatorului și inductanței în bobine.

Domeniul de aplicare al unei surse de alimentare comutatoare

Convertoarele de tensiune în impulsuri sunt utilizate în cele mai multe cazuri în locul transformatoarelor tradiționale cu stabilizatori cu semiconductor. Cu aceeași putere, invertoarele se disting prin dimensiuni și greutate de ansamblu mai mici, fiabilitate ridicată și, cel mai important, eficiență mai mare și capacitatea de a funcționa într-un interval larg de tensiune de intrare. Și cu dimensiuni comparabile, puterea maximă a invertorului este de câteva ori mai mare.

Într-o zonă precum conversia tensiunii continue, sursele de impulsuri nu au practic nicio înlocuire alternativă și sunt capabile să funcționeze nu numai pentru a reduce tensiunea, ci și pentru a genera o tensiune crescută și a organiza o schimbare a polarității. Frecvența mare de conversie facilitează foarte mult filtrarea și stabilizarea parametrilor de ieșire.

Invertoarele de dimensiuni mici pe circuite integrate specializate sunt folosite ca încărcătoare pentru diverse gadget-uri, iar fiabilitatea lor este de așa natură încât durata de viață a unității de încărcare poate depăși de mai multe ori durata de funcționare a unui dispozitiv mobil.

Driverele de alimentare de 12 volți pentru pornirea surselor de iluminat cu LED-uri sunt, de asemenea, construite folosind un circuit de impulsuri.

Cum să faci o sursă de alimentare comutată cu propriile mâini

Invertoarele, în special cele puternice, au circuite complexe și pot fi replicate doar de radioamatorii cu experiență. Pentru auto-asamblarea surselor de alimentare de rețea, putem recomanda circuite simple de putere redusă folosind cipuri de control PWM specializate. Astfel de circuite integrate au un număr mic de elemente de cablare și au circuite de comutare standard dovedite care practic nu necesită ajustare și configurare.

Când lucrați cu structuri de casă sau reparați dispozitive industriale, trebuie să vă amintiți că o parte a circuitului va fi întotdeauna la potențialul rețelei, așa că trebuie respectate măsurile de siguranță.

6) Intenționez să implementez transformatorul de putere pe un miez Epcos de tip ETD44/22/15 din material N95. Poate că alegerea mea se va schimba în continuare când calculez datele de înfășurare și puterea totală.

7) Am ezitat mult timp intre alegerea tipului de redresor pe infasurarea secundara intre o dioda Schottky duala si un redresor sincron. Puteți instala o diodă Schottky dublă, dar aceasta este P = 0,6V * 40A = 24 W în căldură, cu o putere SMPS de aproximativ 650 W, se obține o pierdere de 4%! Când utilizați cel mai comun IRF3205 într-un redresor sincron, rezistența canalului de căldură va fi eliberată P = 0,008 Ohm * 40A * 40A = 12,8 W. Se dovedește că câștigăm de 2 ori sau 2% eficiență! Totul a fost în regulă până când am asamblat o soluție bazată pe IR11688S pe o placă. Pierderile de comutare dinamică au fost adăugate la pierderile statice de pe canal și, în cele din urmă, asta s-a întâmplat. Capacitatea lucrătorilor de câmp pentru curenți mari este încă mare. Acest lucru poate fi tratat cu drivere precum HCPL3120, dar acest lucru crește prețul produsului și complică excesiv proiectarea circuitului. De fapt, din aceste motive, s-a decis instalarea unui Schottky dublu și dormitul liniștit.

8) Circuitul LC de la ieșire, în primul rând, va reduce ondulația curentului și, în al doilea rând, vă va permite să „decupați” toate armonicile. Ultima problemă este extrem de relevantă atunci când alimentează dispozitive care funcționează în domeniul de frecvență radio și încorporează circuite analogice de înaltă frecvență. În cazul nostru, vorbim despre un transceiver HF, așa că un filtru este pur și simplu vital aici, altfel interferența se va „târâi” în aer. În mod ideal, puteți, de asemenea, să puneți un stabilizator liniar la ieșire și să obțineți ondulații minime de unități de mV, dar, în realitate, viteza sistemului de operare vă va permite să obțineți ondulații de tensiune între 20-30 mV chiar și fără un „cazan”; transceiver-ul, nodurile critice sunt alimentate prin LDO-urile lor, astfel încât redundanța sa este evidentă.

Ei bine, am trecut peste funcționalitate și acesta este doar începutul)) Dar este în regulă, atunci va merge mai viguros pentru că începe cea mai interesantă parte - calculele tuturor!

Calculul unui transformator de putere pentru un convertor de tensiune în jumătate de punte

Pe baza acestor intrări, să ne calculăm transformatorul. Am mai multe seturi de ETD44/22/15 în stoc și deocamdată mă concentrez pe el, Lista datelor sursă este următoarea:

1) material N95;
2) Miez tip ETD44/22/15;
3) Frecventa de operare - 100 kHz;
4) Tensiune de ieșire - 15V;
5) Curent de ieșire - 40A.

Pentru a calcula transformatoare de până la 5 kW, folosesc programul „Omul bătrân”, este convenabil și calculează destul de precis. După 5 kW începe magia, frecvențele cresc pentru a reduce dimensiunea, iar câmpul și densitățile de curent ajung la astfel de valori încât până și efectul pielii poate schimba parametrii de aproape 2 ori, așa că pentru puteri mari folosesc demoda veche. metoda „cu formule și desen în creion pe hârtie”. Prin introducerea datelor introduse în program, s-a obținut următorul rezultat:

Figura 2 - Rezultatul calculului unui transformator pentru semipunte

Figura din partea stângă arată datele de intrare, pe care le-am descris mai sus. În centru, rezultatele care ne interesează cel mai mult sunt evidențiate în mov. Voi trece peste ele pe scurt:

1) Tensiunea de intrare este de 380V DC, este stabilizată, deoarece Semi-podul este alimentat de PFC. O astfel de putere simplifică proiectarea multor componente, deoarece Ondularea curentului este minimă și transformatorul nu trebuie să tragă tensiune atunci când tensiunea de intrare a rețelei este de 140V.

2) Puterea consumată (pompată prin miez) s-a dovedit a fi de 600 W, care este de 2 ori mai mică decât puterea totală (aceea pe care miezul o poate pompa fără să intre în saturație), ceea ce înseamnă că totul este bine. Nu am gasit in program materialul N95, dar pe site-ul Epcos din fisa tehnica am observat ca N87 si N95 vor da rezultate foarte asemanatoare, verificand pe bucata de hartie am aflat ca diferenta de 50 W in puterea totala nu este o eroare groaznică.

3) Date despre înfășurarea primară: înfășurăm 21 de spire în 2 fire cu diametrul de 0,8 mm, cred că totul este clar aici? Densitatea de curent este de aproximativ 8A/mm2, ceea ce înseamnă că înfășurările nu se vor supraîncălzi - totul este în regulă.

4) Date despre înfășurarea secundară: înfășurăm 2 înfășurări de 2 spire fiecare cu același fir de 0,8 mm, dar deja la 14 - totuși curentul este de 40A! Apoi, conectăm începutul unei înfășurări și sfârșitul celeilalte, voi explica cum se face acest lucru mai târziu, din anumite motive, oamenii cad adesea într-o stupoare în timpul asamblarii în acest moment. Se pare că nici aici nu există magie.

5) Inductanța bobinei de ieșire este de 4,9 μH, respectiv curentul este de 40 A. Avem nevoie de el, astfel încât să nu existe ondulații uriașe de curent la ieșirea blocului nostru.În timpul procesului de depanare, voi arăta pe un osciloscop cum să lucrez cu și fără el, totul va deveni clar.

Calculul a durat 5 minute, dacă cineva are întrebări, întrebați în comentarii sau PM - vă spun eu. Pentru a evita căutarea programului în sine, vă sugerez să îl descărcați din cloud folosind linkul. Și recunoștința mea profundă către Bătrân pentru munca sa!

Următorul pas logic va fi să se calculeze șocul de ieșire pentru semi-punte, acesta este exact cel la 4,9 μH.

Calculul parametrilor de înfășurare pentru bobina de ieșire

1) Inductanță - 4,9 µH;
2) Curent nominal - 40A;
3) Amplitudine înainte de accelerație - 18V;
4) Tensiune după inductor - 15V.

Folosim și programul de la Old Man (toate sunt în linkul de mai sus) și obținem următoarele date:

Figura 3 - Date calculate pentru înfășurarea bobinei de ieșire

Acum să ne uităm la rezultate:

2) Inducția maximă, aceasta este o valoare care nu poate fi depășită, altfel câmpul magnetic va satura miezul și totul va fi foarte rău. Acest parametru depinde de material și de dimensiunile sale generale. Pentru miezurile de fier atomizate moderne, valoarea tipică este 0,5-0,55 T;

3) Date de înfășurare: 9 spire sunt înfășurate cu un oblic de 10 fire de sârmă cu diametrul de 0,8 mm. Programul indică chiar și aproximativ de câte straturi vor fi necesare pentru aceasta. Voi vânt cu 9 nuclee, pentru că... atunci va fi convenabil să împărțiți împletitura mare în 3 „împletituri” a câte 3 fire fiecare și să le lipiți pe placă fără probleme;

4) De fapt, inelul in sine pe care il voi infasura are dimensiuni de 40/24/14,5 mm, este suficient cu margine. Materialul nr. 52, cred că mulți oameni au văzut inele galben-albastre în blocurile ATX, ele sunt adesea folosite în șocuri de stabilizare de grup (GS).

Calculul transformatorului de alimentare de rezervă

Să ne ajustăm puțin datele de intrare pentru a vedea de ce avem nevoie:

Avem nevoie de o sursă de alimentare cu putere totală - 2*15 W + 1,5 W + 15 W = 46,5 W. Aceasta este o putere normală pentru TOP227, o folosesc în SMPS mici de până la 75 W pentru tot felul de încărcare a bateriei, șurubelnițe și alte gunoaie, de mulți ani este ciudat că nici unul nu s-a ars încă.

Să mergem la alt program al Bătrânului și să calculăm transformatorul pentru flyback:

Figura 4 - Date de calcul pentru transformatorul de putere de rezervă

1) Alegerea miezului este justificată simplu - îl am în cantitate de cutie și trage la fel de 75 W)) Date pe miez. Este realizat din material N87 și are un spațiu de 0,2 mm pe fiecare jumătate sau 0,4 mm așa-numitul spațiu complet. Acest miez este destinat direct pentru șocuri, iar pentru convertoarele flyback această inductanță este tocmai șocul, dar nu voi intra în buruieni încă. Dacă nu a existat un spațiu în transformatorul cu jumătate de punte, atunci este necesar pentru convertorul flyback, altfel, ca orice inductor, va intra pur și simplu în saturație fără decalaj.

2) Datele despre comutatorul sursă de scurgere de 700V și rezistența canalului de 2,7 ohmi sunt preluate din fișa de date de pe TOP227; acest controler are un comutator de alimentare încorporat în microcircuitul însuși.

3) Am luat puțin tensiunea de intrare minimă cu o marjă - 160V, acest lucru a fost făcut astfel încât, dacă sursa de alimentare în sine este oprită, sarcina și indicația vor rămâne în funcțiune, vor raporta o tensiune de alimentare anormal de scăzută.

4) Înfășurarea noastră primară constă din 45 de spire de sârmă de 0,335 mm într-un singur miez. Înfășurările secundare de putere au 4 spire și 4 miezuri cu un fir de 0,335 mm (diametru), înfășurarea cu autoalimentare are aceiași parametri, deci totul este la fel, doar 1 miez, deoarece curentul este cu un ordin de mărime mai mic.

Calculul inductiei de putere a corectorului de putere activă

Selectăm programul pentru calcul - PFC_ring (PFC este KKM în basurmană), folosim următoarele intrări:

1) Tensiune de alimentare de intrare - 140 - 265V;
2) Putere nominală - 600 W;
3) Tensiune de ieșire - 380V DC;
4) Frecvența de operare - 100 kHz, datorită alegerii controlerului PWM.

Figura 5 - Calculul inductiei de putere a unui PFC activ

1) În stânga, ca de obicei, introducem datele inițiale, setând 140V ca prag minim, obținem un bloc care poate funcționa la o tensiune de rețea de 140V, deci obținem un „stabilizator de tensiune încorporat”;

Circuitul părții de alimentare și control este destul de standard; dacă aveți întrebări, nu ezitați să întrebați în comentarii sau în mesaje private. Voi încerca să răspund și să explic tuturor dacă se poate.

Designul PCB al sursei de alimentare cu comutare

Procesul de proiectare a plăcii în sine nu conține capcane; ele sunt conținute în dispozitivul pentru care este destinat. De fapt, electronica de putere nu propune niciun număr sălbatic de reguli și cerințe pe fundalul acelorași magistrale de date analogice cu microunde sau digitale de mare viteză.

Voi enumera cerințele și regulile de bază referitoare în mod specific la circuitele de alimentare, acest lucru va permite implementarea a 99% din proiectele de amatori. Nu vă voi spune despre nuanțe și „trucuri” - fiecare trebuie să-și ia propriile cotlete, să câștige experiență și apoi să opereze cu ea. Și așa am mers:

Câteva despre densitatea curentului în conductorii imprimați

Oamenii nu se gândesc adesea la acest parametru și am întâlnit situații în care partea de alimentare este făcută din conductori de 0,6 mm, cu 80% din suprafața plăcii pur și simplu goală. De ce fac asta este un mister pentru mine personal.

Deci ce densitate de curent poate fi luată în considerare? Pentru un fir obișnuit, cifra standard este de 10A/mm 2, această limitare este legată de răcirea firului. Puteți trece mai mult curent, dar mai întâi puneți-l în azot lichid. Conductoarele plate, precum cele de pe o placă de circuit imprimat, de exemplu, au o suprafață mai mare, ceea ce îi face mai ușor de răcit, ceea ce înseamnă că vă puteți permite densități de curent mai mari. Pentru condiții normale cu răcire pasivă sau cu aer, se obișnuiește să se ia în considerare 35-50 A/mm 2, unde 35 este pentru răcire pasivă, 50 este în prezența circulației artificiale a aerului (cazul meu). Există o altă cifră - 125 A/mm 2, aceasta este o cifră cu adevărat mare, nu toți supraconductorii își pot permite, dar este realizabilă doar cu răcire lichidă submersibilă.

Pe acesta din urmă l-am întâlnit în timp ce lucram cu o companie implicată în inginerie de comunicații și design de server; am fost responsabil de proiectarea plăcii de bază, și anume piesa cu alimentare multifazată și comutare. Am fost foarte surprins când am văzut o densitate de curent de 125 A/mm 2, dar mi-au explicat această posibilitate și mi-au arătat această posibilitate la stand - apoi am înțeles de ce rafturi întregi de servere sunt scufundate în bazine uriașe de ulei)) )

În piesa mea de hardware totul este mai simplu, 50 A/mm 2 este o cifră destul de adecvată, cu o grosime de cupru de 35 de microni, poligoanele vor asigura secțiunea transversală necesară fără probleme. Restul a fost pentru dezvoltarea generală și înțelegerea problemei.

3) Decalajul dintre conductori - este necesar să se reducă curenții de scurgere, în special pentru conductorii în care circulă un semnal RF (PWM), deoarece câmpul din conductori apare puternic și semnalul RF, din cauza efectului de piele, tinde să scape. atât pe suprafaţa conductorului cât şi dincolo de limitele acestuia. De obicei este suficient un decalaj de 2-3 mm;

4) Intervalul de izolare galvanică este decalajul dintre secțiunile izolate galvanic ale plăcii, de obicei, cerința de defalcare este de aproximativ 5 kV. Pentru a sparge 1 mm de aer aveți nevoie de aproximativ 1-1,2 kV, dar în cazul nostru defalcarea este posibilă nu numai prin aer, ci și prin PCB și o mască. În fabrică se folosesc materiale care sunt supuse testării electrice și poți dormi liniștit. Prin urmare, principala problemă este aerul și din condițiile descrise mai sus putem concluziona că aproximativ 5-6 mm de spațiu liber vor fi suficiente. Practic, separarea poligoanelor sub transformator, deoarece este principalul mijloc de izolare galvanică.

Acum să trecem direct la designul plăcii, nu voi intra în super detalii în acest articol și, în general, nu prea am chef să scriu o carte întreagă de text. Dacă există un grup mare de persoane interesate (voi face un sondaj la sfârșit), atunci voi face doar videoclipuri pe „cablarea” acestui dispozitiv, va fi mai rapid și mai informativ.

Etapele creării unei plăci de circuit imprimat:

1) În primul rând, trebuie să decideți asupra dimensiunilor aproximative ale dispozitivului. Dacă aveți o carcasă gata făcută, atunci ar trebui să măsurați scaunul în ea și să bazați dimensiunile plăcii pe aceasta. Plănuiesc să fac o carcasă la comandă din aluminiu sau alamă, așa că voi încerca să fac cel mai compact dispozitiv posibil fără a pierde calitatea și caracteristicile de performanță.

Figura 9 - Crearea unui spațiu liber pentru viitoarea tablă

Amintiți-vă - dimensiunile plăcii trebuie să fie un multiplu de 1 mm! Sau cel puțin 0,5 mm, altfel vă veți aminti în continuare testamentul meu de la Lenin când veți asambla totul într-un panou și faceți semifabricate pentru producție, iar designerii care vor crea o carcasă pentru placa voastră vă vor plimba cu blesteme. Nu este nevoie să creați o placă cu dimensiunile ala „208.625 mm” decât dacă este absolut necesar!
P.S. multumesc camarade Lunkov pentru faptul că încă mi-a transmis acest gând strălucitor))

Aici am facut 4 operatii:

A) Am realizat placa în sine cu dimensiunile totale de 250x150 mm. Deși aceasta este o dimensiune aproximativă, atunci cred că se va micșora considerabil;
b) Colțurile rotunjite, pentru că în timpul procesului de livrare și asamblare, cele ascuțite vor fi ucise și șifonate + placa arată mai frumos;
c) Găuri de montaj amplasate, nemetalizate, cu diametrul orificiului de 3 mm pentru elemente de fixare și rafturi standard;
d) Am creat o clasă „NPTH”, în care am definit toate găurile neplacate și am creat o regulă pentru aceasta, creând un spațiu de 0,4 mm între toate celelalte componente și componente ale clasei. Aceasta este cerința tehnologică Rezonit pentru clasa de precizie standard (a 4-a).

Figura 10 - Crearea unei reguli pentru găurile neplacate

2) Următorul pas este aranjarea componentelor ținând cont de toate cerințele; ar trebui să fie deja foarte aproape de versiunea finală, deoarece De cele mai multe ori, acum vor fi determinate dimensiunile finale ale plăcii și factorul de formă.

Figura 11 - Amplasarea primară a componentelor finalizată

Am instalat componentele principale, cel mai probabil nu se vor mișca și, prin urmare, dimensiunile totale ale plăcii au fost determinate în sfârșit - 220 x 150 mm. Spațiul liber de pe placă este lăsat dintr-un motiv; acolo vor fi amplasate module de control și alte componente SMD mici. Pentru a reduce costul plăcii și ușurința instalării, toate componentele vor fi doar pe stratul superior și, în consecință, va exista un singur strat de serigrafie.

Figura 13 - Vedere 3D a plăcii după aranjarea componentelor

3) Acum, după ce am stabilit locația și structura generală, aranjam componentele rămase și „separăm” placa. Proiectarea plăcii poate fi realizată în două moduri: manual și folosind un autorouter, după ce a descris anterior acțiunile sale cu câteva zeci de reguli. Ambele metode sunt bune, dar voi face totuși această placă manual, pentru că... Există puține componente și nu există cerințe speciale pentru alinierea liniei și integritatea semnalului și nu ar trebui să existe. Acest lucru va fi cu siguranță mai rapid, autoroutingul este bun atunci când există o mulțime de componente (de la 500 încolo) și partea principală a circuitului este digitală. Deși dacă cineva este interesat, vă pot arăta cum să „separați” plăcile automat în 2 minute. Adevărat, înainte de asta va trebui să scrii regulile toată ziua, heh.

După 3-4 ore de „vrăjitorie” (în jumătate din timp am desenat modelele lipsă) cu temperatura și o ceașcă de ceai, am conectat în sfârșit tabla. Nici nu m-am gândit să economisesc spațiu; mulți vor spune că dimensiunile ar fi putut fi reduse cu 20-30% și ar fi corect. Am o copie dintr-o singură bucată și a-mi pierde timpul, care este clar mai scump decât 1 dm2 pentru o placă cu două straturi, a fost pur și simplu păcat. Apropo de prețul plăcii - la comanda de la Rezonit, 1 dm 2 dintr-o placă cu două straturi de clasă standard costă aproximativ 180-200 de ruble, așa că nu poți economisi prea mult aici decât dacă ai un lot de peste 500 de bucăți, de curs. Pe baza acestui lucru, vă pot sfătui - nu vă pervertiți cu reducerea zonei dacă este clasa 4 și nu există cerințe pentru dimensiuni. Și aceasta este rezultatul:

Figura 14 - Proiectarea plăcii pentru o sursă de alimentare comutată

În viitor, voi proiecta o carcasă pentru acest dispozitiv și trebuie să-i cunosc dimensiunile complete, precum și să o pot „proba” în interiorul carcasei, astfel încât în ​​etapa finală să nu devină clar, de exemplu, că placa principală interferează cu conectorii de pe carcasă sau de pe afișaj. Pentru a face acest lucru, încerc întotdeauna să desenez toate componentele în formă 3D, rezultatul este acest rezultat și un fișier în format .step pentru mine. Autodesk Inventor:

Figura 15 - Vedere tridimensională a dispozitivului rezultat

Figura 16 - Vedere tridimensională a dispozitivului (vedere de sus)

Documentația este acum gata. Acum trebuie să creez pachetul necesar de fișiere pentru a comanda componente, am toate setările deja înregistrate în Altium, așa că totul este încărcat cu un singur buton. Avem nevoie de fișiere Gerber și un fișier NC Drill, primul stochează informații despre straturi, iar al doilea stochează coordonatele de foraj. Puteți vizualiza fișierul pentru descărcarea documentației la sfârșitul articolului din proiect; totul arată cam așa:

Figura 17 - Formarea unui pachet de documentație pentru comandarea plăcilor de circuite imprimate

Odată ce fișierele sunt gata, puteți comanda plăcile. Nu voi recomanda producători anumi; probabil că există alții mai buni și mai ieftini pentru prototipuri. Comand toate plăcile din clasa standard 2,4,6 straturi de la Rezonit, unde comand plăci cu 2 și 4 straturi din clasa a 5-a. Plăcile de clasa 5, unde există 6-24 de straturi în China (de exemplu, pcbway), dar plăcile HDI și clasa 5 cu 24 sau mai multe straturi sunt deja doar în Taiwan, la urma urmei, calitatea în China este încă șchiopătă și unde eticheta de preț nu este șchioapă nu atât de frumos. Totul este despre prototipuri!

În urma convingerilor mele, merg la Rezonit, a, câți nervi s-au zdrobit și cât sânge au băut... dar recent parcă s-au corectat și au început să lucreze mai adecvat, deși cu lovituri. Plasez comenzi prin contul meu personal, introduc detalii de plată, încarc fișiere și trimit. Îmi place contul lor personal; apropo, ei calculează imediat prețul și schimbând parametrii poți obține un preț mai bun fără a pierde calitatea.

De exemplu, acum îmi doream o placă pe PCB de 2 mm cu cupru de 35 microni, dar s-a dovedit că această opțiune este de 2,5 ori mai scumpă decât opțiunea cu PCB de 1,5 mm și 35 microni - așa că am ales-o pe cea din urmă. Pentru a crește rigiditatea plăcii, am adăugat găuri suplimentare pentru suporturi - problema a fost rezolvată, prețul a fost optimizat. Apropo, dacă placa a intrat în serie, atunci undeva în jur de 100 de bucăți această diferență de 2,5 ori a dispărut și prețurile au devenit egale, pentru că atunci ne-a fost achiziționată o foaie non-standard și a fost cheltuită fără resturi.

Figura 18 - Vedere finală a calculului costului plăcii

Costul final este determinat: 3618 ruble. Dintre acestea, 2100 este pregătire, se plătește o singură dată pe proiect, toate repetările ulterioare ale comenzii decurg fără ea și vei plăti doar pentru zonă. În acest caz, 759 de ruble pentru o placă cu o suprafață de 3,3 dm2, cu cât seria este mai mare, cu atât costul va fi mai mic, deși acum este de 230 de ruble/dm2, ceea ce este destul de acceptabil. Desigur, a fost posibil să fac producție urgentă, dar comand des, lucrez cu un singur manager, iar fata încearcă întotdeauna să împingă comanda mai repede dacă producția nu este ocupată - în cele din urmă, chiar și cu „seria mică ” opțiune, timpul de răspuns este de 5-6 zile, este suficient doar să comunicați politicos și să nu fiți nepoliticos cu oamenii. Și nu mă grăbesc, așa că am decis să economisesc aproximativ 40%, ceea ce este cel puțin frumos.

Epilog

După cum am promis, împărtășesc codul sursă al proiectului și alte produse:

1) Sursa proiectului în Altium Designer 16 - ;
2) Fișiere pentru comanda plăci de circuite imprimate - . Dacă doriți să repetați și să comandați, de exemplu, din China, această arhivă este mai mult decât suficientă;
3) Diagrama dispozitivului în pdf - . Pentru cei care nu doresc să petreacă timp instalând Altium de pe un telefon sau pentru revizuire (de înaltă calitate);
4) Din nou, pentru cei care nu doresc să instaleze software grele, dar sunt interesați să învârtească hardware-ul, postez un model 3D în pdf - . Pentru a-l vizualiza, trebuie să descărcați fișierul; când îl deschideți, faceți clic pe „încredeți în document doar o dată” în colțul din dreapta sus, apoi faceți clic pe centrul fișierului și ecranul alb se transformă într-un model.

As vrea sa cer si parerea cititorilor... Acum s-au comandat placile, la fel si componentele - de fapt sunt 2 saptamani despre ce sa scriu un articol? Pe lângă astfel de „mutanți” ca acesta, uneori vrei să sculptezi ceva în miniatură dar util, am prezentat mai multe opțiuni în sondaje, sau poate sugerez opțiunea ta într-un mesaj privat, pentru a nu aglomera comentariile.

Numai utilizatorii înregistrați pot participa la sondaj. Intrati va rog.

Alimentare cu comutare este un sistem invertor în care tensiunea de intrare AC este rectificată, iar apoi tensiunea DC rezultată este convertită în impulsuri de înaltă frecvență cu un ciclu de lucru setat, care sunt de obicei furnizate unui transformator de impulsuri.

Transformatoarele de impulsuri sunt fabricate după același principiu ca și transformatoarele de joasă frecvență, doar miezul nu este oțel (plăci de oțel), ci materiale feromagnetice - miezuri de ferită.

Orez. Cum funcționează o sursă de alimentare comutată?

Comutarea tensiunii de ieșire a sursei de alimentare stabilizat, acest lucru se realizează prin feedback negativ, care vă permite să mențineți tensiunea de ieșire la același nivel chiar și atunci când tensiunea de intrare și puterea de sarcină la ieșirea unității se modifică.

Feedback-ul negativ poate fi implementat folosind una dintre înfășurările suplimentare din transformatorul de impulsuri sau folosind un optocupler care este conectat la circuitele de ieșire ale sursei de alimentare. Utilizarea unui optocupler sau a uneia dintre înfășurările transformatorului permite izolarea galvanică de rețeaua de tensiune alternativă.

Principalele avantaje ale surselor de alimentare cu comutare (SMPS):

• greutate redusă a structurii;
• dimensiuni mici;
• de mare putere;
• Eficiență ridicată;
• cost scăzut;
• stabilitate ridicată;
• gamă largă de tensiuni de alimentare;
• multe soluții de componente gata făcute.

Dezavantajele SMPS includ faptul că astfel de surse de alimentare sunt surse de interferență, acest lucru se datorează principiului de funcționare al circuitului convertor. Pentru a elimina parțial acest dezavantaj, se folosește ecranarea circuitului. De asemenea, din cauza acestui dezavantaj, la unele dispozitive este imposibilă utilizarea acestui tip de alimentare.

Comutarea surselor de alimentare a devenit practic un atribut indispensabil al oricăror aparate electrocasnice moderne care consumă energie din rețea mai mare de 100 W. Calculatoarele, televizoarele și monitoarele se încadrează în această categorie.

Pentru a crea surse de alimentare cu comutație, exemple de implementări specifice ale cărora vor fi date mai jos, sunt utilizate soluții speciale de circuite.

Astfel, pentru a elimina curenții prin tranzistoarele de ieșire ale unor surse de alimentare cu comutație, se utilizează o formă specială de impulsuri și anume impulsuri bipolare dreptunghiulare cu un interval de timp între ele.

Durata acestui interval trebuie să fie mai mare decât timpul de resorbție a purtătorilor minoritari în baza tranzistoarelor de ieșire, altfel acești tranzistori vor fi deteriorați. Lățimea impulsurilor de control poate fi modificată folosind feedback pentru a stabiliza tensiunea de ieșire.

De obicei, pentru a asigura fiabilitatea, sursele de alimentare în comutație folosesc tranzistori de înaltă tensiune, care, datorită caracteristicilor tehnologice, nu diferă în bine (au frecvențe de comutare scăzute, coeficienți de transfer de curent mici, curenți de scurgere semnificativi, căderi mari de tensiune la colector joncțiune în stare deschisă).

Acest lucru este valabil mai ales pentru modelele învechite de tranzistoare domestice, cum ar fi KT809, KT812, KT826, KT828 și multe altele. Merită spus că în ultimii ani a apărut un înlocuitor demn pentru tranzistoarele bipolare, utilizate în mod tradițional în etapele de ieșire ale surselor de alimentare comutatoare.

Acestea sunt tranzistoare speciale cu efect de câmp de înaltă tensiune de producție internă și, în principal, străină. În plus, există numeroase microcircuite pentru comutarea surselor de alimentare.

Circuit generator de impulsuri cu lățime reglabilă

Impulsurile simetrice bipolare de lățime reglabilă pot fi obținute folosind un generator de impulsuri conform circuitului din Fig. 1. Dispozitivul poate fi utilizat în circuite pentru auto-reglarea puterii de ieșire a surselor de alimentare comutatoare. Cipul DD1 (K561LE5/K561 LAT) conține un generator de impulsuri dreptunghiulare cu un ciclu de lucru de 2.

Simetria impulsurilor generate se realizează prin reglarea rezistenței R1. Frecvența de funcționare a generatorului (44 kHz), dacă este necesar, poate fi modificată prin selectarea capacității condensatorului C1.

Orez. 1. Circuitul unui modelator de impulsuri simetrice bipolare cu durată reglabilă.

Comparatoarele de tensiune sunt asamblate pe elementele DA1.1, DA1.3 (K561KTZ); pe DA1.2, DA1.4 - taste de ieșire. Impulsurile dreptunghiulare sunt furnizate la intrările comutatoarelor comparatoare DA1.1, DA1.3 în antifază prin formarea lanțurilor de diode RC (R3, C2, VD2 și R6, SZ, VD5).

Încărcarea condensatoarelor C2, SZ are loc conform unei legi exponențiale prin R3 și respectiv R5; descărcare - aproape instantaneu prin diodele VD2 și VD5. Când tensiunea la condensatorul C2 sau SZ atinge pragul de funcționare al comutatoarelor comparatoare DA1.1 sau DA1.3, respectiv, acestea sunt pornite și rezistențele R9 și R10, precum și intrările de control ale tastelor DA1.2 și DA1.4, sunt conectate la polul pozitiv al sursei de nutriție.

Întrucât comutatoarele sunt pornite în antifază, o astfel de comutare are loc strict unul câte unul, cu o pauză între impulsuri, ceea ce elimină posibilitatea trecerii curentului prin întrerupătoarele DA1.2 și DA1.4 și prin tranzistoarele convertizorului controlate de acestea, dacă generatorul de impulsuri bipolar este utilizat într-un circuit de alimentare cu comutare.

Controlul neted al lățimii impulsului se realizează prin aplicarea simultană a unei tensiuni de pornire (inițiale) la intrările comparatoarelor (condensatoare C2, SZ) de la potențiometrul R5 prin lanțurile rezistive la diode VD3, R7 și VD4, R8. Nivelul maxim al tensiunii de control (lățimea maximă a impulsului de ieșire) este stabilit prin selectarea rezistenței R4.

Rezistența de sarcină poate fi conectată folosind un circuit de punte - între punctul de conectare al elementelor DA1.2, DA1.4 și condensatoarele Ca, Cb. Impulsurile de la generator pot fi, de asemenea, furnizate unui amplificator de putere cu tranzistor.

Atunci când se utilizează un generator de impulsuri bipolar într-un circuit de alimentare cu comutație, divizorul rezistiv R4, R5 ar trebui să includă un element de reglare - un tranzistor cu efect de câmp, o fotodiodă optocupler etc., care permite, atunci când curentul de sarcină scade/crește, să ajustează automat lățimea impulsului generat, controlând astfel puterea convertorului de ieșire.

Ca exemplu de implementare practică a surselor de alimentare cu comutație, oferim descrieri și diagrame ale unora dintre ele.

Circuitul de alimentare cu comutare

Alimentare cu comutare(Fig. 2) constă din redresoare de tensiune de rețea, un oscilator principal, un model de impuls dreptunghiular cu durată reglabilă, un amplificator de putere în două trepte, redresoare de ieșire și un circuit de stabilizare a tensiunii de ieșire.

Oscilatorul master este realizat pe un microcircuit de tip K555LAZ (elementele DDI .1, DDI .2) si produce impulsuri dreptunghiulare cu o frecventa de 150 kHz. Un declanșator RS este asamblat pe elementele DD1.3, DD1.4, a căror frecvență de ieșire este la jumătate mai mică - 75 kHz. Unitatea de control al duratei impulsului de comutare este implementată pe un microcircuit de tip K555LI1 (elementele DD2.1, DD2.2), iar durata este reglată cu ajutorul optocuplerului U1.

Etapa de ieșire a modelatorului de impulsuri de comutare este asamblată folosind elementele DD2.3, DD2.4. Puterea maximă de ieșire a modelului de impulsuri ajunge la 40 mW. Amplificatorul de putere preliminar se realizează pe tranzistoarele VT1, VT2 tip KT645A, iar amplificatorul final se realizează pe tranzistoarele VT3, VT4 tip KT828 sau mai moderne. Puterea de ieșire a cascadelor este de 2, respectiv 60...65 W.

Un circuit pentru stabilizarea tensiunii de ieșire este asamblat folosind tranzistoarele VT5, VT6 și optocuplerul U1. Dacă tensiunea la ieșirea sursei de alimentare este sub normal (12 V), diodele zener VD19, VD20 (KS182+KS139) sunt închise, tranzistorul VT5 este închis, tranzistorul VT6 este deschis, un curent trece prin LED (U1). .2) a optocuplatorului, limitată de rezistența R14; Rezistența fotodiodei (U1.1) a optocuplerului este minimă.

Semnalul preluat de la ieșirea elementului DD2.1 și furnizat la intrările circuitului de coincidență DD2.2 direct și printr-un element de întârziere reglabil (R3 - R5, C4, VD2, U1.1), datorită constantei de timp mici. , ajunge aproape simultan la intrările potrivirilor de circuit (element DD2.2).

La ieșirea acestui element, se formează impulsuri largi de control. Pe înfășurarea primară a transformatorului T1 se formează impulsuri bipolare cu durată reglabilă (ieșirile elementelor DD2.3, DD2.4).

Orez. 2. Circuitul de alimentare cu comutare.

Dacă, din orice motiv, tensiunea la ieșirea sursei de alimentare crește peste normal, curentul va începe să circule prin diodele zener VD19, VD20, tranzistorul VT5 se va deschide ușor, VT6 se va închide, reducând curentul prin LED-ul optocupler U1.2 .

În acest caz, rezistența fotodiodei optocuplerului U1.1 crește. Durata impulsurilor de control scade, iar tensiunea de ieșire (puterea) scade. Când sarcina este scurtcircuitată, LED-ul optocuplerului se stinge, rezistența fotodiodei optocuplerului este maximă, iar durata impulsurilor de control este minimă. Butonul SB1 este conceput pentru a porni circuitul.

La durata maximă, impulsurile de control pozitive și negative nu se suprapun în timp, deoarece există un interval de timp între ele datorită prezenței rezistenței R3 în circuitul de formare.

Acest lucru reduce probabilitatea ca curenții de trecere să curgă prin tranzistoarele de ieșire cu frecvență relativ joasă a etapei finale de amplificare a puterii, care necesită mult timp pentru a absorbi excesul de purtători la joncțiunea de bază. Tranzistoarele de ieșire sunt instalate pe radiatoare cu aripioare cu o suprafață de cel puțin 200 cm^2. Este recomandabil să instalați rezistențe de 10...51 Ohmi în circuitele de bază ale acestor tranzistoare.

Etapele de amplificare a puterii si circuitul de generare a impulsurilor bipolare sunt alimentate de redresoare realizate pe diode VD5 - VD12 si elemente R9 - R11, C6 - C9, C12, VD3, VD4.

Transformatoarele T1, T2 sunt realizate pe inele de ferită K10x6x4,5 ZOOONM; TZ - K28x16x9 ZOOONM. Înfășurarea primară a transformatorului T1 conține 165 de spire de sârmă PELSHO 0,12, înfășurarea secundară conține 2×65 de spire de PEL-2 0,45 (înfășurare în două fire).

Înfășurarea primară a transformatorului T2 conține 165 de spire de sârmă PEV-2 de 0,15 mm, înfășurările secundare conțin 2x40 de spire ale aceluiași fir. Înfășurarea primară a transformatorului TZ conține 31 de spire de sârmă MGShV, filetată într-un cambric și având o secțiune transversală de 0,35 mm^2, înfășurarea secundară are 3 × 6 spire de sârmă PEV-2 1,28 mm (conexiune paralelă). Când conectați înfășurările transformatorului, este necesar să le fazați corect. Începuturile înfășurărilor sunt afișate în figură cu asteriscuri.

Sursa de alimentare este operațională în domeniul de tensiune de rețea de 130…250 V. Puterea maximă de ieșire cu o sarcină simetrică ajunge la 60…65 W (tensiune stabilizată de polaritate pozitivă și negativă 12 S și tensiune AC stabilizată cu o frecvență de 75 kHz, scos din înfăşurarea secundară a transformatorului T3) . Tensiunea de ondulare la ieșirea sursei de alimentare nu depășește 0,6 V.

La instalarea unei surse de alimentare, tensiunea de la rețea este furnizată acesteia printr-un transformator de izolare sau un stabilizator ferorezonant cu o ieșire izolată de rețea. Toată readerarea în sursă se poate face numai atunci când dispozitivul este complet deconectat de la rețea.

Se recomandă aprinderea unei lămpi cu incandescență de 60 W 220 V în serie cu treapta de ieșire în timpul instalării dispozitivului.Această lampă va proteja tranzistoarele de ieșire în cazul unor erori de instalare. Optocuplerul U1 trebuie să aibă o tensiune de rupere a izolației de cel puțin 400 V. Nu este permisă funcționarea dispozitivului fără sarcină.

Sursă de alimentare cu comutare în rețea

Sursa de alimentare în comutație de rețea (Fig. 3) este proiectată pentru telefoane cu identificare automată a apelantului sau pentru alte dispozitive cu un consum de energie de 3...5W, alimentate cu o tensiune de 5...24V.

Sursa de alimentare este protejată împotriva scurtcircuitului la ieșire. Instabilitatea tensiunii de ieșire nu depășește 5% atunci când tensiunea de alimentare se schimbă de la 150 la 240 V și curentul de sarcină este între 20... 100% din valoarea nominală.

Un generator de impulsuri controlat furnizează un semnal cu o frecvență de 25...30 kHz pe baza tranzistorului VT3.

Choke-urile L1, L2 și L3 sunt înfășurate pe miezuri magnetice de tip K10x6x3 din permaloy presat MP140. Înfășurările inductoare L1, L2 conțin 20 de spire de sârmă PETV de 0,35 mm și sunt situate fiecare pe propria jumătate a inelului cu un spațiu între înfășurări de cel puțin 1 mm.

Choke L3 este înfășurat cu un fir PETV de 0,63 mm pentru a se întoarce într-un singur strat de-a lungul perimetrului interior al inelului. Transformatorul T1 este realizat pe un miez magnetic B22 din ferita M2000NM1.

Orez. 3. Diagrama unei surse de alimentare cu comutare de rețea.

Înfășurările sale sunt înfășurate pe un cadru pliabil, se rotesc cu fir PETV și sunt impregnate cu lipici. Prima înfășurare I este înfășurată în mai multe straturi, conținând 260 de spire de sârmă de 0,12 mm. O înfășurare de ecranare cu un terminal este înfășurată cu același fir (prezentat cu o linie punctată în Fig. 3), apoi se aplică lipici BF-2 și se înfășoară cu un strat de Lakot-kani.

Înfăşurarea III este înfăşurată cu sârmă de 0,56 mm. Pentru o tensiune de ieșire de 5V, conține 13 spire. Înfășurarea II este înfășurată ultima. Contine 22 spire de sarma 0,15...0,18 mm. Între cupe este prevăzut un spațiu nemagnetic.

Sursă de tensiune constantă de înaltă tensiune

Pentru a crea o tensiune înaltă (30...35 kV la un curent de sarcină de până la 1 mA) pentru a alimenta un candelabru electroefluvial (candelabru A.L. Chizhevsky), o sursă de curent continuu este proiectată pe baza unui microcircuit specializat de tipul K1182GGZ.

Sursa de alimentare constă dintr-un redresor de tensiune de rețea pe o punte de diode VD1, un condensator de filtru C1 și un oscilator de înaltă tensiune pe jumătate de punte pe un cip DA1 de tip K1182GGZ. Cipul DA1, împreună cu transformatorul T1, transformă tensiunea de rețea redresată direct în tensiune pulsată de înaltă frecvență (30...50 kHz).

Tensiunea de rețea redresată este furnizată microcircuitului DA1, iar circuitul de pornire R2, C2 pornește auto-oscilatorul microcircuitului. Lanțurile R3, SZ și R4, C4 stabilesc frecvența generatorului. Rezistoarele R3 și R4 stabilizează durata semiciclurilor impulsurilor generate. Tensiunea de ieșire este mărită prin înfășurarea L4 a transformatorului și alimentată la un multiplicator de tensiune folosind diode VD2 - VD7 și condensatoare C7 - C12. Tensiunea redresată este furnizată sarcinii prin rezistența de limitare R5.

Condensatorul de filtru de linie C1 este proiectat pentru o tensiune de funcționare de 450 V (K50-29), C2 - de orice tip pentru o tensiune de 30 V. Condensatorii C5, C6 sunt selectați în intervalul 0,022...0,22 μF pentru o tensiune de minim 250 V (K71-7, K73 -17). Condensatoare multiplicatoare C7 - C12 tip KVI-3 pentru tensiune 10 kV. Este posibil să-l înlocuiți cu condensatoare de tipuri K15-4, K73-4, POV și altele cu o tensiune de funcționare de 10 kV sau mai mare.

Orez. 4. Schema circuitului unei surse de curent continuu de înaltă tensiune.

Diode de înaltă tensiune VD2 - VD7 tip KTs106G (KTs105D). Rezistor limitator R5 tip KEV-1. Poate fi înlocuit cu trei rezistențe de tip MLT-2 de 10 MOhm fiecare.

Un transformator de linie de televiziune, de exemplu, TVS-110LA, este folosit ca transformator. Înfășurarea de înaltă tensiune este lăsată, restul sunt îndepărtate și în locul lor sunt plasate înfășurări noi. Înfășurările L1, L3 conțin fiecare 7 spire de sârmă PEL de 0,2 mm, iar înfășurarea L2 conține 90 de spire ale aceluiași fir.

Se recomandă includerea unui lanț de rezistențe R5, care limitează curentul de scurtcircuit, în firul „negativ”, care este conectat la candelabru. Acest fir trebuie să aibă izolație de înaltă tensiune.

corector de factor de putere

Dispozitivul, numit corector de factor de putere (Fig. 5), este asamblat pe baza unui microcircuit specializat TOP202YA3 (Power Integration) și oferă un factor de putere de cel puțin 0,95 cu o putere de sarcină de 65 W. Corectorul aduce forma curentului consumat de sarcină mai aproape de una sinusoidală.

Orez. 5. Circuit corector factor de putere bazat pe microcircuitul TOP202YA3.

Tensiunea maximă de intrare este de 265 V. Frecvența medie a convertorului este de 100 kHz. Eficiența corectorului este de 0,95.

Alimentare comutată cu microcircuit

Schema unei surse de alimentare cu un microcircuit de la aceeași companie Power Integration este prezentată în Fig. 6. Aparatul folosește limitator de tensiune semiconductor- 1,5KE250A.

Convertorul asigură izolarea galvanică a tensiunii de ieșire de tensiunea de rețea. Cu valorile nominale și elementele indicate în diagramă, dispozitivul vă permite să conectați o sarcină care consumă 20 W la o tensiune de 24 V. Eficiența convertorului se apropie de 90%. Frecvența de conversie - 100 Hz. Dispozitivul este protejat de scurtcircuite la sarcină.

Orez. 6. Schema de circuit a unei surse de alimentare comutatoare de 24 V pe un microcircuit de la Power Integration.

Puterea de ieșire a convertorului este determinată de tipul de microcircuit utilizat, ale cărui principale caracteristici sunt prezentate în tabelul 1.

Tabel 1. Caracteristici ale microcircuitelor seria TOP221Y - TOP227Y.

Convertor de tensiune simplu și foarte eficient

Bazat pe unul dintre microcircuitele TOP200/204/214 de la Power Integration, un simplu și convertor de tensiune de înaltă eficiență(Fig. 7) cu putere de ieșire de până la 100 W.

Orez. 7. Circuitul unui convertor Buck-Boost de impulsuri bazat pe microcircuitul TOP200/204/214.

Convertorul conține un filtru de rețea (C1, L1, L2), un redresor în punte (VD1 - VD4), convertorul în sine U1, un circuit de stabilizare a tensiunii de ieșire, redresoare și un filtru LC de ieșire.

Filtrul de intrare L1, L2 este înfăşurat în două fire pe un inel de ferită M2000 (2×8 spire). Inductanța bobinei rezultate este de 18...40 mH. Transformatorul T1 este realizat pe un miez de ferită cu un cadru standard ETD34 de la Siemens sau Matsushita, deși pot fi folosite și alte miezuri importate precum EP, EC, EF sau miezuri domestice de ferită în formă de W M2000.

Înfășurarea I are 4×90 spire PEV-2 0,15 mm; II - 3x6 din același fir; III - 2×21 spire PEV-2 0,35 mm. Toate înfășurările sunt înfășurate tură în tură. Trebuie asigurată izolație fiabilă între straturi.