O sursă de alimentare simplă cu feedback. Cum să faci o sursă de alimentare comutată cu propriile mâini. Restricții de putere.

Articolul este despre comutarea surselor de alimentare (denumite în continuare UPS), care astăzi sunt utilizate pe scară largă în toate dispozitivele electronice moderne și produsele de casă.
Principiul de bază care stă la baza funcționării UPS-ului este transformarea tensiunii alternative de rețea (50 Herți) în tensiune alternativă de înaltă frecvență. forma rectangulara, care este transformat la valorile cerute, este rectificat si filtrat.
Conversia se realizează cu ajutorul unor tranzistoare puternice care funcționează în modul cheie și transformator de impulsuri, formând împreună un circuit convertor RF. În ceea ce privește proiectarea circuitului, există două opțiuni posibile pentru convertoare: prima este realizată în funcție de circuitul auto-oscilator de impuls și a doua este cu control extern (utilizat în majoritatea dispozitivelor radio-electronice moderne).
Deoarece frecvența convertorului este de obicei aleasă în medie de la 20 la 50 kiloherți, dimensiunile transformatorului de impuls și, în consecință, ale întregii surse de alimentare sunt suficient de reduse la minimum, ceea ce este un factor foarte important pentru echipamentele moderne.
O diagramă simplificată a unui convertor de impulsuri controlat extern, vezi mai jos:

Convertorul este realizat pe un tranzistor VT1 și un transformator T1. Tensiunea de rețea prin filtrul de rețea (SF) este furnizată redresorului de rețea (CB), unde este redresată, filtrată de condensatorul de filtru Cf și prin înfășurarea W1 a transformatorului T1 este alimentată la colectorul tranzistorului VT1. Când un impuls dreptunghiular este aplicat circuitului de bază al tranzistorului, tranzistorul se deschide și un curent crescător Ik trece prin el. Același curent va curge și prin înfășurarea W1 a transformatorului T1, ceea ce va duce la faptul că în miezul transformatorului crește flux magnetic, in timp ce in înfăşurare secundară W2 al transformatorului este indus de EMF de auto-inducție. În cele din urmă, o tensiune pozitivă va apărea la ieșirea diodei VD. Mai mult, dacă creștem durata impulsului aplicat la baza tranzistorului VT1, tensiunea va crește în circuitul secundar, deoarece se va degaja mai multă energie, iar dacă reducem durata, tensiunea va scădea corespunzător. Astfel, prin modificarea duratei impulsului în circuitul de bază al tranzistorului, putem modifica tensiunile de ieșire ale înfășurării secundare T1 și, prin urmare, stabilizam tensiunile de ieșire ale PSU. Singurul lucru care este necesar pentru aceasta este un circuit care va genera impulsuri de declanșare și va controla durata (lățimea) a acestora. Un controler PWM este utilizat ca atare circuit. PWM înseamnă Pulse Width Modulation. Controlerul PWM include un generator de impulsuri master (care determină frecvența convertorului), circuite de protecție și control și un circuit logic care controlează durata impulsului.
Pentru a stabiliza tensiunile de ieșire ale UPS-ului, circuitul controlerului PWM „trebuie să cunoască” valoarea tensiunilor de ieșire. În aceste scopuri, se folosește un circuit de urmărire (sau circuit de feedback), realizat pe optocuplatorul U1 și pe rezistența R2. Creșterea tensiunii în circuitul secundar al transformatorului T1 va duce la o creștere a intensității radiației LED și, în consecință, la o scădere a rezistenței de tranziție a fototranzistorului (care fac parte din optocuplerul U1). Care, la rândul său, va duce la o creștere a căderii de tensiune pe rezistorul R2, care este conectat în serie cu fototranzistorul și o scădere a tensiunii la pinul 1 al controlerului PWM. Reducerea tensiunii face ca circuitul logic, care face parte din controlerul PWM, să mărească durata impulsului până când tensiunea de la prima ieșire se potrivește cu parametrii specificați. Când tensiunea scade, procesul este invers.

UPS-ul folosește 2 principii pentru implementarea circuitelor de urmărire - „direct” și „indirect”. Metoda descrisă mai sus se numește „directă”, deoarece tensiunea de feedback este preluată direct de la redresorul secundar. Cu urmărirea „indirectă”, tensiunea de feedback este eliminată din înfășurarea suplimentară a transformatorului de impulsuri:

O scădere sau creștere a tensiunii pe înfășurarea W2 va duce, de asemenea, la o modificare a tensiunii pe înfășurarea W3, care este aplicată și pinului 1 al controlerului PWM prin rezistența R2.
Cred că ne-am dat seama de circuitul de urmărire, acum să considerăm o astfel de situație ca un scurtcircuit (scurtcircuit) în sarcina UPS. În acest caz, toată energia dată circuitului secundar al UPS-ului se va pierde, iar tensiunea de ieșire va fi aproape zero. În consecință, circuitul controlerului PWM va încerca să mărească durata impulsului pentru a crește nivelul acestei tensiuni la valoarea corespunzătoare. Ca rezultat, tranzistorul VT1 va fi din ce în ce mai lung în starea deschisă, iar curentul care circulă prin el va crește. În cele din urmă, acest lucru va duce la defectarea acestui tranzistor. UPS-ul este proiectat pentru a proteja tranzistorul invertorului de supracurent în astfel de situații anormale. Se bazează pe rezistorul Rprotect, conectat în serie la circuitul prin care circulă curentul colectorului Ik. O creștere a curentului Ik care curge prin tranzistorul VT1 va crește căderea de tensiune pe acest rezistor și, în consecință, tensiunea furnizată pinului 2 al controlerului PWM va scădea și ea. Când această tensiune scade la un anumit nivel care corespunde maximului curent admisibil tranzistor, circuitul logic al controlerului PWM va înceta să genereze impulsuri la pinul 3 și sursa de alimentare va intra în modul de protecție sau, cu alte cuvinte, se va opri.
În concluzie, subiectul ar dori să descrie mai detaliat avantajele UPS-ului. După cum sa menționat deja, frecvența convertorului de impulsuri este destul de mare și, prin urmare, dimensiuni transformatoarele de impulsuri sunt reduse, ceea ce înseamnă, în mod paradoxal, costul unui UPS este mai mic decât al unui PSU tradițional, deoarece există un consum mai mic de metal pentru circuitul magnetic și cupru pentru înfășurări, chiar dacă numărul de piese din UPS este în creștere. Un alt avantaj al UPS-ului este capacitatea mică a condensatorului de filtru al redresorului secundar în comparație cu o sursă de alimentare convențională. Reducerea capacității a fost posibilă prin creșterea frecvenței. Și, în sfârșit, eficiența sursei de alimentare în comutație ajunge la 85%. Acest lucru se datorează faptului că UPS-ul consumă energie reteaua electrica numai în timpul tranzistorului deschis al convertorului, când acesta este închis, energia este transferată la sarcină datorită descărcării condensatorului de filtru al circuitului secundar.
Dezavantajele includ complicarea circuitului UPS și creșterea zgomotului de impuls emis de UPS-ul însuși. Creșterea zgomotului se datorează faptului că tranzistorul convertor funcționează în modul cheie. În acest mod, tranzistorul este o sursă de zgomot de impuls care apare în momentele proceselor tranzitorii ale tranzistorului. Acesta este un dezavantaj al oricărui tranzistor care funcționează în modul cheie. Dar dacă tranzistorul funcționează cu tensiuni joase (de exemplu, logica tranzistorului cu o tensiune de 5 volți), aceasta nu este o problemă, în cazul nostru, tensiunea aplicată la colectorul tranzistorului este de aproximativ 315 volți. Pentru a combate această interferență, UPS-ul utilizează circuite de filtrare de rețea mai sofisticate decât un PSU convențional.

Aproape fiecare dispozitiv electronic are o sursă de alimentare - element important schema de conexiuni. Blocurile sunt utilizate în dispozitivele care necesită putere redusă. Sarcina principală a sursei de alimentare este reducerea tensiunii rețelei. Primele surse de alimentare în comutație au fost proiectate după inventarea bobinei, care funcționa cu curent alternativ.

Utilizarea transformatoarelor a dat impuls dezvoltării surselor de alimentare. După redresor, se efectuează egalizarea tensiunii. În unitățile cu un convertor de frecvență, acest proces este diferit.

În blocul de impulsuri, baza este sistemul invertor. După redresarea tensiunii, se formează impulsuri dreptunghiulare cu o frecvență înaltă și se alimentează filtrul de ieșire de joasă frecvență. Sursele de alimentare comutatoare convertesc tensiunea, dau putere sarcinii.

Nu există nicio disipare a energiei din blocul de impuls. Dintr-o sursă liniară, există disipare pe semiconductori (tranzistori). Compactitatea și greutatea redusă oferă, de asemenea, superioritate față de unitățile transformatoare cu aceeași putere, astfel încât acestea sunt adesea înlocuite cu cele de impuls.

Principiul de funcționare

Funcționarea unui UPS cu design simplu este după cum urmează. Dacă curentul de intrare este variabil, ca în majoritatea aparate electrocasnice, apoi tensiunea este mai întâi convertită în DC. Unele modele de bloc au comutatoare care dublează tensiunea. Acest lucru se face pentru a vă conecta la o rețea cu tensiuni nominale diferite, de exemplu, 115 și 230 de volți.

Redresorul egalizează tensiunea alternativă și cedează la ieșire DC., care intră în filtrul condensatorului. Curentul de la redresor iese sub forma unor impulsuri mici de inalta frecventa. Semnalele au energie mare, ceea ce reduce factorul de putere al transformatorului de impulsuri. Din acest motiv, dimensiunile unității de impuls sunt mici.

Pentru a corecta scăderea puterii în noile surse de alimentare, se folosește un circuit în care curentul de intrare este obținut sub formă de sinus. Conform acestei scheme, blocurile sunt montate în computere, camere video și alte dispozitive. Blocul de impuls funcționează de la o tensiune constantă care trece prin bloc fără schimbare. Un astfel de bloc se numește bloc de retur. Dacă este utilizat pentru 115 V, sunt necesari 163 de volți pentru a funcționa la o tensiune constantă, aceasta se calculează ca (115 × √2).

Pentru un redresor, un astfel de circuit este dăunător, deoarece jumătate dintre diode nu sunt utilizate în funcțiune, acest lucru provoacă supraîncălzirea părții de lucru a redresorului. În acest caz, durabilitatea este redusă.

După redresarea tensiunii de rețea, invertorul intră în acțiune, care transformă curentul. După trecerea printr-un comutator cu o energie de ieșire mare, din constantă rezultă curent alternativ. Cu o înfășurare a transformatorului de câteva zeci de spire și o frecvență de sute de herți, sursa de alimentare funcționează ca un amplificator de joasă frecvență, se dovedește a fi mai mare de 20 kHz, nu este accesibilă auzului uman. Comutatorul se face pe tranzistoare cu semnal în mai multe etape. Astfel de tranzistori au rezistență scăzută, capacitate mare de curgere a curentului.

Diagrama de funcționare a UPS

LA blocuri de rețea intrarea și ieșirea sunt izolate una de cealaltă, în blocuri de impulsuri, curentul este folosit pentru înfăşurare primară frecventa inalta. Pe înfășurarea secundară, transformatorul creează tensiunea dorită.

Diodele de siliciu sunt utilizate pentru tensiuni de ieșire mai mari de 10 V. Pe Voltaj scazut puneți diode Schottky, care au următoarele avantaje:

1. Recuperare rapidă, ceea ce face posibilă pierderi mici.
2. Cădere mică de tensiune. Pentru a reduce tensiunea de ieșire, se folosește un tranzistor, partea principală a tensiunii este redresată în el.

Schema blocului de impuls de dimensiunea minimă

Într-un circuit UPS simplu, în locul unui transformator se folosește o șoke. Acestea sunt convertoare pentru scăderea sau creșterea tensiunii, aparțin clasei celei mai simple, se folosesc un comutator și un șoc.

Tipuri de UPS

• UPS simplu pe IR2153, comun în Rusia.
• UPS pe TL494.
• UPS pe UC3842.
• Tip hibrid, dintr-o lampă de economisire a energiei.
• Pentru un amplificator cu date crescute.
• Din balast electronic.
• UPS reglabil, dispozitiv mecanic.
• Pentru UMZCH, o sursă de alimentare foarte specializată.
• UPS puternic, are caracteristici ridicate.
• Pentru 200 V - pentru o tensiune de cel mult 220 de volți.
• UPS de rețea 150 wați, numai pentru rețea.
• Pentru 12 volți, funcționează bine la 12 volți.
• Pentru 24 V - funcționează doar la 24 volți.
• Pod - se aplică o schemă de pod.
• Pentru un amplificator cu tuburi, caracteristicile pentru tuburi.
• Pentru LED-uri - sensibilitate ridicată.
• UPS bipolar, distins prin calitate.
• Revers, are tensiune crescută si putere.

Particularități

Un UPS simplu poate fi compus din transformatoare de dimensiuni mici, deoarece pe măsură ce frecvența crește, eficiența transformatorului este mai mare, cerințele pentru dimensiunea miezului sunt mai mici. Un astfel de miez este realizat din aliaje feromagnetice, iar oțelul este folosit pentru frecvență joasă.

Tensiunea din sursa de alimentare este stabilizată prin feedback negativ. Tensiunea de ieșire este menținută la același nivel, nu depinde de sarcina și fluctuațiile de intrare. Feedback-ul este generat într-o varietate de moduri. Dacă blocul are izolație galvanică de rețea, atunci se folosește conectarea unei înfășurări a transformatorului la ieșire sau cu ajutorul unui optocupler. Dacă decuplarea nu este necesară, atunci se utilizează un simplu divizor rezistiv. Din acest motiv, tensiunea de ieșire este stabilizată.

Caracteristicile blocurilor de laborator

Principiul de funcționare se bazează pe conversia activă a tensiunii. Pentru a elimina interferențele, filtrele sunt plasate la sfârșitul și începutul circuitului. Saturația tranzistoarelor are un efect pozitiv asupra diodelor, există o ajustare a tensiunii. Protecția încorporată blochează scurtcircuite. Cablurile de alimentare sunt aplicate în serie non-modulară, puterea ajunge la 500 de wați.

În carcasă este instalat un ventilator de răcire, viteza ventilatorului este reglabilă. Sarcina maximă a blocului este de 23 de amperi, rezistența este de 3 ohmi, cea mai mare frecvență este de 5 herți.

Aplicarea blocurilor de impulsuri

Domeniul de utilizare a acestora este în continuă creștere atât în ​​viața de zi cu zi, cât și în producția industrială.

Sursele de alimentare comutatoare sunt utilizate în surse sursă de alimentare neîntreruptibilă, amplificatoare, receptoare, televizoare, încărcătoare, pentru linii de iluminat de joasă tensiune, computer, echipamente medicale și alte diverse dispozitive și dispozitive de uz general.

Avantaje și dezavantaje

UPS-ul are următoarele avantaje și dezavantaje:

1. Greutate ușoară.
2. Eficiență crescută.
3. Cost mic.
4. Gama tensiunii de alimentare este mai larg.
5. Interblocuri de siguranță încorporate.

Greutatea și dimensiunile reduse se datorează utilizării elementelor cu radiatoare de răcire în mod liniar, reglare a impulsurilor în locul transformatoarelor grele. Capacitatea condensatoarelor este redusă prin creșterea frecvenței. Schema de rectificare a devenit mai simplă, cel mai mult circuit simplu- o jumătate de val.

Transformatoarele de joasă frecvență pierd multă energie, căldura este disipată în timpul transformărilor. Într-un UPS, pierderile maxime apar în timpul comutării tranzitorii. Alteori, tranzistoarele sunt stabili, sunt închise sau deschise. Au fost create condiții pentru conservarea energiei, eficiența ajunge la 98%.

Costul UPS-ului este redus datorită unificării unei game largi de elemente în întreprinderile robotice. Elementele de putere de la tastele controlate constau din semiconductori de putere mai mică.

Tehnologiile Pulse fac posibilă utilizarea unei rețele de alimentare cu frecvențe diferite, ceea ce extinde utilizarea surselor de alimentare în diferite rețele de energie. Modulele semiconductoare cu dimensiuni reduse cu tehnologie digitală sunt protejate împotriva scurtcircuitelor și a altor accidente.

Pentru blocurile simple cu transformatoare de protecție, acestea sunt realizate pe o bază de releu, pe care nu are sens în tehnologiile digitale. Numai în unele cazuri sunt utilizate tehnologii digitale:

• Pentru circuite de control cu ​​putere redusă.
• Dispozitive cu un curent mic de control de înaltă precizie, în tehnologie de măsurare, voltmetre, contoare de energie, în metrologie.

dezavantaje

UPS-urile funcționează prin conversia impulsurilor de înaltă frecvență, creează interferențe care intră în mediu inconjurator. Este necesar să se suprima și să se ocupe de interferență prin diferite metode. Uneori, suprimarea zgomotului nu funcționează, iar utilizarea blocurilor de impuls devine imposibilă pentru unele tipuri de dispozitive.

Sursele de alimentare în comutație nu se recomandă să fie conectate atât cu o sarcină mică, cât și cu una mare. Dacă curentul de ieșire scade brusc sub limita setată, este posibil să nu fie posibilă pornirea, iar puterea va fi cu o distorsiune a datelor care nu este potrivită pentru domeniul de funcționare.

Cum să alegi sursele de alimentare comutatoare

Mai întâi trebuie să decideți cu privire la lista de echipamente și să o împărțiți în grupuri:

• Consumatori permanenți fără sursă proprie de energie.
• Consumatorii cu sursa lor.
• Dispozitive cu conexiune ocazională.

În fiecare grupă, este necesar să se adună consumul de curent pentru toate elementele. Dacă se obține mai mult de 2 A, atunci este mai bine să conectați mai multe surse.

Al doilea și al treilea grup pot fi conectate la surse de alimentare ieftine. În continuare, stabilim timpul necesar de rezervare. Pentru a calcula capacitatea bateriei pentru a asigura funcționarea autonomă, înmulțim curentul echipamentelor din grupele 1 și 2 cu ore.

Din această figură selectăm surse de alimentare comutatoare. Când cumpărați, nu puteți neglija valoarea sursei de alimentare din sistem. Funcționarea și stabilitatea echipamentului depind de aceasta.