Jak vyrobit spínací zdroj vlastníma rukama. Návrh spínaného zdroje s aktivním PFC. Epizoda I Transformátor pro spínaný napájecí obvod

Typ napájení, jak již bylo uvedeno, je spínací. Toto řešení dramaticky snižuje hmotnost a velikost konstrukce, ale nefunguje hůře než běžný síťový transformátor, na který jsme zvyklí. Obvod je sestaven na výkonném budiči IR2153. Pokud je mikroobvod v balíčku DIP, musí být nainstalována dioda. Co se týče diody, tak upozorňujeme, že nejde o obyčejnou, ale ultra rychlou, jelikož pracovní frekvence generátoru je desítky kilohertzů a běžné usměrňovací diody zde nebudou fungovat.

V mém případě byl celý obvod sestavován hromadně, protože jsem ho sestavil pouze pro otestování jeho funkčnosti. Sotva jsem musel seřídit obvod a hned to začalo fungovat jako švýcarské hodinky.

Transformátor— je vhodné vzít hotový, z počítačového zdroje (doslova každý, já jsem vzal transformátor s pigtailem z ATX 350 wattového zdroje). Na výstupu transformátoru můžete použít usměrňovač z diod SCHOTTTKY (lze najít i v počítačových zdrojích), nebo libovolné rychlé a ultrarychlé diody s proudem 10A a více, můžete použít i náš KD213A .

Zapojte obvod do sítě přes 220V 100W žárovku v mém případě byly všechny testy provedeny s měničem 12-220 s ochranou proti zkratu a přetížení a teprve po jemném doladění jsem se rozhodl jej připojit k síti; Síť 220V.

Jak by měl sestavený obvod fungovat?

• Klávesy jsou studené, bez výstupní zátěže (i při výstupní zátěži 50 wattů mi klávesy zůstaly ledové).
• Mikroobvod by se během provozu neměl přehřívat.
• Každý kondenzátor by měl mít napětí asi 150 voltů, ačkoli jmenovitá hodnota tohoto napětí se může lišit o 10-15 voltů.
• Obvod by měl fungovat tiše.
• Výkonový odpor mikroobvodu (47k) by se měl během provozu mírně přehřát;

Hlavní problémy, které vznikají po montáži

Problém 1. Sestavili jsme obvod, když je zapojen, kontrolka, která je připojena k výstupu transformátoru, bliká a samotný obvod vydává podivné zvuky.

Řešení. S největší pravděpodobností není dostatečné napětí pro napájení mikroobvodu, zkuste snížit odpor 47k odporu na 45, pokud to nepomůže, pak na 40 a tak dále (v krocích 2-3kOhm), dokud obvod nebude fungovat normálně.

Problém 2. Sestavili jsme obvod, když je připojeno napájení, nic se nezahřívá ani neexploduje, ale napětí a proud na výstupu transformátoru jsou zanedbatelné (téměř nulové)

Řešení. Vyměňte 400V 1uF kondenzátor za 2mH induktor.

Problém 3. Jeden z elektrolytů je velmi horký.

Řešení. S největší pravděpodobností nefunguje, vyměňte jej za nový a zároveň zkontrolujte diodový usměrňovač, možná je to kvůli nefunkčnímu usměrňovači, že kondenzátor dostává změnu.

Spínaný zdroj na ir2153 lze použít k napájení výkonných, kvalitních zesilovačů, nebo použít jako nabíječku výkonných olověných baterií, případně jako zdroj - vše dle vašeho uvážení.

Výkon jednotky může dosáhnout až 400 wattů, k tomu budete muset použít 450wattový ATX transformátor a vyměnit elektrolytické kondenzátory za 470 µF – a je to!

Obecně si můžete sestavit spínaný zdroj vlastníma rukama za pouhých 10-12 $, a to pokud vezmete všechny komponenty z obchodu s rádiem, ale každý radioamatér má více než polovinu rádiových komponentů použitých v obvodu.

Taky jsem s ní začínal.

Je to zcela funkční obvod, ale pokud jej trochu rozšíříte, získáte slušný spínaný zdroj pro začátečníky a další.
Něco takového:

Většina dílů byla připájena ze starých počítačových zdrojů a starých monitorů. Obecně jsem to sbíral z toho, co normální lidé vyhodí na skládku.
Takto vypadá sestavený SMPS:

A tady je napájecí zdroj se zátěží. 4 žárovky 24 voltů. Dva kusy v každém rameni.

Měřil jsem celkové napětí a proud v jednom rameni. Po půl hodině provozu se zátěží se radiátor zahřál na cca 50*.
Obecně byl výsledkem 400wattový napájecí zdroj. Je docela možné napájet 2 kanály zesilovače po 200 wattech.

Hlavním problémem pro začátečníky je navíjení transformátoru.
Transformátor lze navinout na kroužky, nebo lze trans vytáhnout z napájení počítače.
Bral jsem trans ze starého monitoru a jelikož monitory mají trans s mezerou, vzal jsem hned dva.

Tyto transy hodím do zavařovací sklenice, naplním acetonem, zavíčkuji a kouřím.

Druhý den jsem sklenici otevřel, jeden trans se rozpadl sám od sebe, druhý se musel trochu pohnout rukama.

Protože ze dvou transů vznikne jeden, odmotal jsem jeden kotouč. Nic nevyhazuji, vše se bude hodit k navinutí nového transu.
Ferit můžete samozřejmě odříznout, abyste odstranili mezeru. Ale moje staré monitory jsou jako špína a neobtěžuji se s broušením mezery.
Okamžitě jsem přerovnal nohy, pinout byl stejný jako v počítačovém transu a přebytečné vyhodil.

Poté v programu Old Man spočítám napětí a proud, které potřebuji.
Výpočty přizpůsobuji drátu, který je k dispozici.
Délka cívky 26,5 mm. Mám drát 0,69. Uvažuji 0,69 x 2 (dvojitý drát) x 38 závitů / děleno 2 (vrstvy) = 26,22 mm.
Ukazuje se, že 2 dráty 0,69 budou ležet přesně ve dvou vrstvách.

Nyní si připravuji měděnou pásku pro navinutí sekundáru. Navíjení pásky je snadné, dráty se nezamotávají, nerozpadají se a leží otočení k otočení.
Namotávám to čtyřmi 0,8mm dráty najednou, 4 polovinutí.
Do kolejnice jsem zatloukl 2 hřebíky, vytáhl 4 dráty, natřel lepidlem.

Zatímco páska schne, navíjím primár. Zkusil jsem natočit dva stejné transy, v jednom jsem navinul celý primár, ve druhém jsem navinul polovinu primáru, pak sekundár a na konci druhou polovinu primáru (jelikož se navíjejí počítačové transy). Takže jsem nezaznamenal žádný rozdíl v práci obou transů. Už se neobtěžuji a natáčím primární neporušený.
Obecně to namotávám: navinul jsem jednu vrstvu primáru, protože nemám třetí ruku, která by ji podpírala, obalím ji úzkou páskou v jedné vrstvě. Když se trans zahřeje, páska se roztaví a pokud se někde uvolní otočení, páska se slepí jako lepidlo. Teď namotávám filmovou pásku, tu z rozloženého transu. a dokončit primární.

Primární jsem zaizoloval, dal clonu (měděnou folii) jen tak, aby nedošlo k úplnému otočení, nemělo by se sbíhat o 3-5mm.
Zapomněl jsem vyfotit obrazovku.
Páska zaschla a takto obaluji sekundární.

Navinul jsem vrstvu recyklátu, zarovnal řadu úzkými proužky z rozebraného trance, zaizoloval, navinul sekundární materiál, zaizoloval

Ferity jsem zapíchl, stáhl úzkou páskou (asi 10 vrstev), naplnil vrchní a spodní částí lakem z plechovky, aby trans necyklovala a ventilátor byl teplý. Nechte zaschnout.
Výsledkem je, že hotový transformátor:

Navinout trance trvalo asi 30 minut a připravit a odizolovat a pocínovat dráty. ARCHIV: Stáhnout Kapitola.

Spínaný zdroj je invertorový systém, ve kterém je usměrněno vstupní střídavé napětí a následně je výsledné stejnosměrné napětí přeměněno na vysokofrekvenční pulzy s nastaveným pracovním cyklem, které jsou obvykle přiváděny do pulzního transformátoru.

Pulzní transformátory jsou vyráběny na stejném principu jako nízkofrekvenční transformátory, pouze jádro není ocelové (ocelové pláty), ale feromagnetické materiály - feritová jádra.

Rýže. Jak funguje spínaný zdroj?

Spínané výstupní napětí napájecího zdroje stabilizovaný To se děje prostřednictvím záporné zpětné vazby, která umožňuje udržet výstupní napětí na stejné úrovni, i když se změní vstupní napětí a výkon zátěže na výstupu jednotky.

Negativní zpětnou vazbu lze realizovat pomocí jednoho z přídavných vinutí v pulzním transformátoru nebo pomocí optočlenu, který je připojen k výstupním obvodům napájecího zdroje. Použití optočlenu nebo jednoho z vinutí transformátoru umožňuje galvanické oddělení od sítě střídavého napětí.

Hlavní výhody spínaných zdrojů (SMPS):

• nízká hmotnost konstrukce;
• malé velikosti;
• vysoký výkon;
• vysoká účinnost;
• nízké náklady;
• vysoká stabilita;
• široký rozsah napájecích napětí;
• mnoho hotových komponentových řešení.

Nevýhody SMPS zahrnují skutečnost, že takové napájecí zdroje jsou zdrojem rušení, což je způsobeno principem činnosti obvodu převodníku. K částečnému odstranění tohoto nedostatku je použito stínění obvodu. Také kvůli této nevýhodě je v některých zařízeních použití tohoto typu napájení nemožné.

Spínané zdroje se staly prakticky nepostradatelným atributem každé moderny domácí přístroje spotřeba energie ze sítě přesahující 100 W. Do této kategorie spadají počítače, televize a monitory.

K vytvoření spínaných zdrojů, jejichž příklady konkrétních implementací budou uvedeny níže, se používají speciální obvodová řešení.

Pro eliminaci průchozích proudů přes výstupní tranzistory některých spínacích zdrojů se tedy používá speciální forma impulsů, a to obdélníkové bipolární impulsy s časovým intervalem mezi nimi.

Doba trvání tohoto intervalu musí být větší než doba resorpce menšinových nosičů v bázi výstupních tranzistorů, jinak dojde k poškození těchto tranzistorů. Šířku řídicích impulsů lze měnit pomocí zpětné vazby pro stabilizaci výstupního napětí.

Typicky pro zajištění spolehlivosti používají spínané zdroje vysokonapěťové tranzistory, které kvůli technologické vlastnosti neliší se v lepší strana(mít nízké frekvence spínání, nízké koeficienty přenosu proudu, značné svodové proudy, velké úbytky napětí na kolektorovém přechodu v otevřeném stavu).

To platí zejména pro dnes již zastaralé modely domácích tranzistorů jako KT809, KT812, KT826, KT828 a mnoho dalších. Stojí za zmínku, že v posledních letech se objevila důstojná náhrada za bipolární tranzistory, které se tradičně používají ve výstupních fázích spínaných zdrojů.

Jedná se o speciální vysokonapěťové tranzistory s efektem pole domácí a především zahraniční výroby. Kromě toho existuje řada mikroobvodů pro spínání napájecích zdrojů.

Obvod generátoru impulzů s nastavitelnou šířkou

Bipolární symetrické impulsy nastavitelné šířky lze získat pomocí generátoru impulsů podle zapojení na obr. 1. Zařízení lze použít v obvodech pro automatickou regulaci výstupního výkonu spínaných zdrojů. Čip DD1 (K561LE5/K561 LAT) obsahuje obdélníkový pulzní generátor s pracovním cyklem 2.

Symetrie generovaných impulsů je dosaženo nastavením odporu R1. Pracovní frekvenci generátoru (44 kHz) lze v případě potřeby změnit volbou kapacity kondenzátoru C1.

Rýže. 1. Obvod tvarovače bipolárních symetrických impulzů nastavitelné délky.

Napěťové komparátory jsou sestaveny na prvcích DA1.1, DA1.3 (K561KTZ); na DA1.2, DA1.4 - výstupní klávesy. Na vstupy komparátorových spínačů DA1.1, DA1.3 jsou obdélníkové impulsy přiváděny v protifázi přes tvořící RC diodové řetězce (R3, C2, VD2 a R6, SZ, VD5).

Nabíjení kondenzátorů C2, SZ probíhá podle exponenciálního zákona přes R3 a R5, v tomto pořadí; vybití - téměř okamžitě přes diody VD2 a VD5. Když napětí na kondenzátoru C2 nebo SZ dosáhne provozního prahu spínačů komparátoru DA1.1 nebo DA1.3, jsou zapnuty a rezistory R9 a R10, stejně jako řídicí vstupy tlačítek DA1.2 a DA1.4, jsou napojeny na kladný pól zdrojové výživy.

Vzhledem k tomu, že spínače jsou zapínány v protifázi, dochází k takovému spínání striktně jeden po druhém, s pauzou mezi impulsy, což vylučuje možnost průchodu proudu spínači DA1.2 a DA1.4 a jimi řízenými tranzistory měniče, pokud je bipolární pulzní generátor se používá v spínaném napájecím obvodu.

Plynulé řízení šířky impulsu se provádí současným přivedením startovacího (počátečního) napětí na vstupy komparátorů (kondenzátory C2, SZ) z potenciometru R5 přes diodově odporové řetězce VD3, R7 a VD4, R8. Maximální úroveň řídicího napětí (maximální šířka výstupního impulsu) se nastavuje volbou rezistoru R4.

Zatěžovací odpor lze připojit pomocí můstkového obvodu - mezi bodem připojení prvků DA1.2, DA1.4 a kondenzátorů Ca, Cb. Impulzy z generátoru mohou být také přiváděny do tranzistorového výkonového zesilovače.

Při použití bipolárního pulzního generátoru v spínaném napájecím obvodu by měl odporový dělič R4, R5 obsahovat regulační prvek - tranzistor s řízeným polem, optočlenovou fotodiodu apod., který umožňuje při poklesu/zvýšení zatěžovacího proudu automaticky upraví šířku generovaného impulsu, čímž řídí výkon výstupního měniče.

Jako příklad praktické realizace spínaných zdrojů uvádíme popisy a schémata některých z nich.

Spínaný napájecí obvod

Spínaný zdroj(obr. 2) sestává z usměrňovačů síťového napětí, hlavního oscilátoru, obdélníkového tvarovače impulsů s nastavitelnou dobou trvání, dvoustupňového zesilovače výkonu, výstupních usměrňovačů a obvodu stabilizace výstupního napětí.

Hlavní oscilátor je vyroben na mikroobvodu typu K555LAZ (prvky DDI .1, DDI .2) a produkuje obdélníkové impulsy o frekvenci 150 kHz. Na prvcích DD1.3, DD1.4 je namontován spouštěč RS, jehož výstupní frekvence je o polovinu nižší - 75 kHz. Řídicí jednotka doby trvání spínacího impulsu je implementována na mikroobvodu typu K555LI1 (prvky DD2.1, DD2.2) a doba trvání se nastavuje pomocí optočlenu U1.

Koncový stupeň tvarovače spínacích impulsů je sestaven pomocí prvků DD2.3, DD2.4. Maximální výstupní výkon tvarovače pulsů dosahuje 40 mW. Předběžný výkonový zesilovač je vyroben na tranzistorech VT1, VT2 typu KT645A a koncový zesilovač je vyroben na tranzistorech VT3, VT4 typu KT828 nebo modernějších. Výstupní výkon kaskád je 2 a 60...65 W, resp.

Pomocí tranzistorů VT5, VT6 a optočlenu U1 je sestaven obvod pro stabilizaci výstupního napětí. Pokud je napětí na výstupu zdroje pod normálem (12 V), jsou zenerovy diody VD19, VD20 (KS182+KS139) sepnuté, tranzistor VT5 je uzavřen, tranzistor VT6 je otevřený, LED protéká proud (U1 .2) optočlenu, omezeného odporem R14; Odpor fotodiody (U1.1) optočlenu je minimální.

Signál odebraný z výstupu prvku DD2.1 a přiváděný na vstupy koincidenčního obvodu DD2.2 přímo a přes nastavitelný zpožďovací prvek (R3 - R5, C4, VD2, U1.1), díky své malé časové konstantě , dorazí téměř současně na vstupy obvodových zápalek (prvek DD2.2).

Na výstupu tohoto prvku se tvoří široké řídicí impulsy. Na primárním vinutí transformátoru T1 (výstupy prvků DD2.3, DD2.4) se tvoří bipolární impulsy nastavitelné délky.

Rýže. 2. Spínaný napájecí obvod.

Pokud se z jakéhokoli důvodu napětí na výstupu napájecího zdroje zvýší nad normální hodnotu, proud začne protékat zenerovými diodami VD19, VD20, tranzistor VT5 se mírně otevře, VT6 se zavře, čímž se sníží proud přes LED optočlenu U1 .2.

V tomto případě se zvyšuje odpor fotodiody optočlenu U1.1. Doba trvání řídicích impulsů se snižuje a výstupní napětí (výkon) klesá. Při zkratu zátěže zhasne LED optočlenu, odpor fotodiody optočlenu je maximální a doba trvání řídicích impulsů je minimální. Tlačítko SB1 je určeno ke spuštění obvodu.

Při maximální době trvání se kladné a záporné řídicí impulsy časově nepřekrývají, protože mezi nimi existuje časová mezera v důsledku přítomnosti odporu R3 ve formovacím obvodu.

To snižuje pravděpodobnost průchozích proudů procházejících výstupními relativně nízkofrekvenčními tranzistory koncového stupně zesílení výkonu, kterým trvá dlouho absorbovat přebytečné nosiče na přechodu báze. Výstupní tranzistory jsou instalovány na žebrované chladiče o ploše nejméně 200 cm^2. Do obvodů báze těchto tranzistorů je vhodné instalovat odpory 10...51 Ohmů.

Výkonové zesilovací stupně a obvod pro generování bipolárních impulsů jsou napájeny usměrňovači vyrobenými na diodách VD5 - VD12 a prvcích R9 - R11, C6 - C9, C12, VD3, VD4.

Transformátory T1, T2 jsou vyrobeny na feritových kroužcích K10x6x4,5 ZOOOM; TZ - K28x16x9 ZOOONM. Primární vinutí transformátoru T1 obsahuje 165 závitů drátu PELSHO 0,12, sekundární vinutí obsahuje 2×65 závitů PEL-2 0,45 (vinutí ve dvou drátech).

Primární vinutí transformátoru T2 obsahuje 165 závitů drátu PEV-2 0,15 mm, sekundární vinutí obsahuje 2x40 závitů stejného drátu. Primární vinutí transformátoru TZ obsahuje 31 závitů drátu MGShV se závitem do cambric o průřezu 0,35 mm^2, sekundární vinutí má 3 × 6 závitů drátu PEV-2 1,28 mm (paralelní zapojení). Při připojování vinutí transformátoru je nutné je správně nafázovat. Začátky vinutí jsou na obrázku znázorněny hvězdičkami.

Zdroj pracuje v rozsahu síťového napětí 130…250 V. Maximální výstupní výkon při symetrické zátěži dosahuje 60…65 W (stabilizované napětí kladné a záporné polarity 12 S a stabilizované střídavé napětí o frekvenci 75 kHz, odstraněny ze sekundárního vinutí transformátoru T3) . Zvlnění napětí na výstupu napájecího zdroje nepřesahuje 0,6 V.

Při nastavování napájecího zdroje je k němu přiváděno síťové napětí přes oddělovací transformátor nebo ferorezonanční stabilizátor s výstupem izolovaným od sítě. Veškeré přepájení ve zdroji lze provést pouze při úplném odpojení zařízení od sítě.

Při nastavování zařízení se doporučuje zapnout žárovku 60 W 220 V v sérii s koncovým stupněm Tato žárovka ochrání výstupní tranzistory v případě chyb instalace. Optočlen U1 musí mít izolační průrazné napětí minimálně 400 V. Provoz zařízení bez zátěže není povolen.

Síťový spínaný zdroj

Síťový spínaný zdroj (obr. 3) je určen pro telefonní přístroje s automatickou identifikací volajícího nebo pro jiná zařízení o příkonu 3...5W, napájená napětím 5...24V.

Napájecí zdroj je chráněn proti zkratu na výstupu. Nestabilita výstupního napětí nepřesahuje 5 % při změně napájecího napětí ze 150 na 240 V a zatěžovacím proudu v rozmezí 20...100 % jmenovité hodnoty.

Řízený pulzní generátor poskytuje signál o frekvenci 25...30 kHz na bázi tranzistoru VT3.

Tlumivky L1, L2 a L3 jsou navinuty na magnetických jádrech typu K10x6x3 z lisované permalloy MP140. Vinutí induktoru L1, L2 obsahuje 20 závitů 0,35 mm PETV drátu a každé je umístěno na vlastní polovině prstence s mezerou mezi vinutími minimálně 1 mm.

Tlumivka L3 je navinuta 0,63 mm PETV drátem na otočení v jedné vrstvě podél vnitřního obvodu prstence. Transformátor T1 je vyroben na magnetickém jádru B22 z feritu M2000NM1.

Rýže. 3. Schéma síťového spínaného zdroje.

Jeho vinutí jsou navinuta na skládacím rámečku, který se otáčí PETV drátem a napuštěný lepidlem. První vinutí I je navinuto v několika vrstvách, obsahujících 260 závitů drátu 0,12 mm. Stejným drátem se navine stínící vinutí s jednou svorkou (na obr. 3 znázorněno tečkovanou čarou), poté se nanese lepidlo BF-2 a obalí se jednou vrstvou Lakot-kani.

Vinutí III je navinuto drátem 0,56 mm. Pro výstupní napětí 5V obsahuje 13 závitů. Vinutí II se navíjí jako poslední. Obsahuje 22 závitů drátu 0,15...0,18 mm. Mezi misky je vytvořena nemagnetická mezera.

Vysokonapěťový zdroj konstantního napětí

Pro vytvoření vysokého napětí (30...35 kV při zatěžovacím proudu do 1 mA) pro napájení elektroefluviálního lustru (lustr A.L. Chiževského) je navržen stejnosměrný napájecí zdroj založený na specializovaném mikroobvodu typu K1182GGZ.

Zdroj se skládá z usměrňovače síťového napětí na diodovém můstku VD1, filtračního kondenzátoru C1 a vysokonapěťového polomůstkového oscilátoru na čipu DA1 typu K1182GGZ. Čip DA1 spolu s transformátorem T1 převádí přímé usměrněné síťové napětí na vysokofrekvenční (30...50 kHz) pulzní napětí.

Usměrněné síťové napětí je přivedeno do mikroobvodu DA1 a spouštěcí obvod R2, C2 spustí samooscilátor mikroobvodu. Řetězce R3, SZ a R4, C4 nastavují frekvenci generátoru. Rezistory R3 a R4 stabilizují dobu trvání půlcyklů generovaných impulsů. Výstupní napětí je zvýšeno vinutím L4 transformátoru a přivedeno do násobiče napětí pomocí diod VD2 - VD7 a kondenzátorů C7 - C12. Usměrněné napětí je přiváděno do zátěže přes omezovací rezistor R5.

Kondenzátor síťového filtru C1 je určen pro provozní napětí 450 V (K50-29), C2 - libovolného typu pro napětí 30 V. Kondenzátory C5, C6 se volí v rozsahu 0,022...0,22 μF pro napětí minimálně 250 V (K71-7, K73 -17). Násobičové kondenzátory C7 - C12 typ KVI-3 pro napětí 10 kV. Je možné jej nahradit kondenzátory typů K15-4, K73-4, POV a dalšími s provozním napětím 10 kV nebo vyšším.

Rýže. 4. Schéma zapojení vysokonapěťového stejnosměrného zdroje.

Vysokonapěťové diody VD2 - VD7 typ KTs106G (KTs105D). Omezovací rezistor R5 typ KEV-1. Lze jej nahradit třemi odpory typu MLT-2 po 10 MOhm.

Jako transformátor se používá televizní linkový transformátor, například TVS-110LA. Vysokonapěťové vinutí se ponechá, zbytek se odstraní a na jejich místo se umístí vinutí nová. Každé vinutí L1, L3 obsahuje 7 závitů 0,2 mm PEL drátu a vinutí L2 obsahuje 90 závitů stejného drátu.

Do „záporného“ vodiče, který je připojen k lustru, se doporučuje zařadit řetězec odporů R5, který omezuje zkratový proud. Tento vodič musí mít vysokonapěťovou izolaci.

Korektor účiníku

Zařízení, nazývané korektor účiníku (obr. 5), je sestaveno na základě specializovaného mikroobvodu TOP202YA3 (Power Integration) a poskytuje účiník minimálně 0,95 při zatěžovacím výkonu 65 W. Korektor přibližuje tvar proudu spotřebovaného zátěží sinusovému tvaru.

Rýže. 5. Obvod korektoru účiníku založený na čipu TOP202YA3.

Maximální vstupní napětí je 265 V. Průměrná frekvence měniče je 100 kHz. Účinnost korektoru je 0,95.

Spínaný zdroj s mikroobvodem

Schéma napájecího zdroje s mikroobvodem od stejné firmy Power Integration je na Obr. 6. Zařízení používá polovodičový omezovač napětí- 1,5KE250A.

Převodník zajišťuje galvanické oddělení výstupního napětí od napětí sítě. S jmenovitými hodnotami a prvky uvedenými ve schématu vám zařízení umožňuje připojit zátěž, která spotřebuje 20 W při napětí 24 V. Účinnost převodníku se blíží 90 %. Frekvence převodu - 100 Hz. Zařízení je chráněno před zkraty pod zátěží.

Rýže. 6. Schéma zapojení spínaného zdroje 24V na mikroobvodu od Power Integration.

Výstupní výkon měniče je určen typem použitého mikroobvodu, jehož hlavní charakteristiky jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1. Charakteristika mikroobvodů řady TOP221Y - TOP227Y.

Jednoduchý a vysoce účinný měnič napětí

Na základě jednoho z mikroobvodů TOP200/204/214 od Power Integration, jednoduchý a vysoce účinný měnič napětí(obr. 7) s výstupním výkonem až 100 W.

Rýže. 7. Obvod pulzního Buck-Boost měniče na bázi mikroobvodu TOP200/204/214.

Převodník obsahuje síťový filtr (C1, L1, L2), můstkový usměrňovač (VD1 - VD4), vlastní převodník U1, obvod stabilizace výstupního napětí, usměrňovače a výstupní LC filtr.

Vstupní filtr L1, L2 je navinut ve dvou vodičích na feritovém kroužku M2000 (2×8 závitů). Indukčnost výsledné cívky je 18...40 mH. Transformátor T1 je vyroben na feritovém jádru se standardním rámem ETD34 od Siemens nebo Matsushita, ačkoli lze použít i jiná importovaná jádra jako EP, EC, EF nebo domácí feritová jádra ve tvaru W M2000.

Vinutí I má 4×90 závitů PEV-2 0,15 mm; II - 3x6 stejného drátu; III - 2×21 závitů PEV-2 0,35 mm. Všechna vinutí jsou navíjena otočením za druhým. Mezi vrstvami musí být zajištěna spolehlivá izolace.

Rozsah použití spínaných zdrojů v každodenním životě se neustále rozšiřuje. Tyto zdroje se používají k napájení veškerého moderního domácího a počítačového vybavení, k realizaci nepřerušitelných zdrojů energie, nabíječky pro baterie pro různé účely, realizace slaboproudých osvětlovacích soustav a pro další potřeby.

V některých případech není nákup hotového zdroje z ekonomického nebo technického hlediska příliš přijatelný a montáž spínaného zdroje vlastníma rukama je nejlepší cesta z této situace. Tato možnost je také zjednodušena širokou dostupností moderních komponentů za nízké ceny.

Nejoblíbenější v každodenním životě jsou spínané zdroje napájené standardní střídavou sítí a výkonným nízkonapěťovým výstupem. Blokové schéma takového zdroje je na obrázku.

Síťový usměrňovač CB převádí střídavé napětí napájecí sítě na stejnosměrné napětí a vyhlazuje zvlnění usměrněného napětí na výstupu. Vysokofrekvenční měnič VChP převádí usměrněné napětí na střídavé nebo unipolární napětí, které má podobu obdélníkových impulsů požadované amplitudy.

Následně je toto napětí buď přímo nebo po usměrnění (VN) přivedeno na vyhlazovací filtr, na jehož výstup je připojena zátěž. VChP je řízen řídicím systémem, který přijímá zpětnovazební signál z usměrňovače zátěže.

Tato struktura zařízení může být kritizována kvůli přítomnosti několika konverzních stupňů, což snižuje účinnost zdroje. Při správné volbě polovodičových prvků a vysoce kvalitním výpočtu a výrobě vinutých jednotek je však úroveň ztrát výkonu v obvodu nízká, což umožňuje získat skutečné hodnoty účinnosti nad 90%.

Schémata spínaných zdrojů

Řešení pro konstrukční bloky zahrnují nejen zdůvodnění výběru možností implementace obvodu, ale také praktická doporučení výběrem hlavních prvků.

K usměrnění napětí v jednofázové síti použijte jeden ze tří klasická schémata zobrazeno na obrázku:

• půlvlna;
• nula (plná vlna se středem);
• půlvlnný most.

Každý z nich má výhody a nevýhody, které určují rozsah použití.

Půlvlnný okruh Vyznačuje se snadnou implementací a minimálním počtem polovodičových součástek. Hlavní nevýhodou takového usměrňovače je značné zvlnění výstupního napětí (v usměrněném je pouze jedna půlvlna síťového napětí) a nízký koeficient usměrnění.

Rektifikační faktor Kv určeno poměrem průměrného napětí na výstupu usměrňovače Udk efektivní hodnota fázového síťového napětí Uph.

Pro půlvlnný obvod je Kv = 0,45.

K vyhlazení zvlnění na výstupu takového usměrňovače jsou zapotřebí výkonné filtry.

Nulový nebo celovlnný obvod se středem, vyžaduje sice dvojnásobný počet usměrňovacích diod, nicméně tato nevýhoda je z velké části kompenzována nižší úrovní zvlnění usměrněného napětí a zvýšením koeficientu usměrnění na 0,9.

Hlavní nevýhodou takového schématu pro použití v životní podmínky je potřeba organizovat střed síťového napětí, což znamená přítomnost síťového transformátoru. Jeho rozměry a hmotnost se ukazují jako neslučitelné s myšlenkou malého domácího pulzního zdroje.

Celovlnný můstkový obvod usměrnění má stejné ukazatele z hlediska úrovně zvlnění a koeficientu usměrnění jako nulový okruh, ale nevyžaduje připojení k síti. Toto kompenzuje hlavní nevýhoda– zdvojnásobil počet usměrňovacích diod jak z hlediska účinnosti, tak nákladů.

K vyhlazení usměrněného zvlnění napětí nejlepší řešení je použít kapacitní filtr. Jeho použití umožňuje zvednout hodnotu usměrněného napětí na hodnotu amplitudy sítě (při Uph = 220V Ufm = 314V). Nevýhody takového filtru jsou považovány za velké hodnoty pulzních proudů prvků usměrňovače, ale tato nevýhoda není kritická.

Výběr usměrňovacích diod se provádí podle průměrného propustného proudu Ia a maximálního zpětného napětí U BM.

Vezmeme-li hodnotu koeficientu zvlnění výstupního napětí Kp = 10 %, získáme průměrnou hodnotu usměrněného napětí Ud = 300V. S přihlédnutím k výkonu zátěže a účinnosti RF převodníku (pro výpočet se bere 80 %, ale v praxi to bude vyšší, to umožní určitou rezervu).

Ia je průměrný proud usměrňovací diody, Рн je výkon zátěže, η je účinnost vf převodníku.

Maximální zpětné napětí usměrňovacího prvku nepřesahuje hodnotu amplitudy síťového napětí (314V), což umožňuje použití součástek s hodnotou U BM =400V s výraznou rezervou. Můžete použít jak diskrétní diody, tak hotové usměrňovací můstky od různých výrobců.

Pro zajištění daného (10%) zvlnění na výstupu usměrňovače se kapacita filtračních kondenzátorů odebírá rychlostí 1 μF na 1 W výstupního výkonu. Používají se elektrolytické kondenzátory s maximálním napětím minimálně 350V. Kapacity filtrů pro různé výkony jsou uvedeny v tabulce.

Vysokofrekvenční měnič: jeho funkce a zapojení

Vysokofrekvenční měnič je jednocyklový nebo push-pull spínací měnič (střídač) s pulzním transformátorem. Varianty obvodů RF převodníku jsou na obrázku.

Jednostranný obvod. Na minimální kvantita pevnostní prvky a snadná implementace má několik nevýhod.

1. Transformátor v obvodu pracuje v soukromé hysterezní smyčce, což vyžaduje zvýšení jeho velikosti a celkového výkonu;
2. Pro zajištění výstupního výkonu je nutné získat významnou amplitudu pulzního proudu procházejícího polovodičovým spínačem.

Našel schéma největší uplatnění v zařízeních s malým výkonem, kde vliv těchto nedostatků není tak výrazný.

Chcete-li změnit nebo nainstalovat sami nové počítadlo, nejsou vyžadovány žádné speciální dovednosti. Správný výběr zajistí správné měření odběru proudu a zvýší bezpečnost vaší domácí elektrické sítě.

V moderních podmínkách poskytování osvětlení v interiéru i exteriéru se stále více uplatňují pohybová čidla. To nejen dodává komfort a pohodlí našim domovům, ale také nám umožňuje výrazně ušetřit. Vědět praktické rady v závislosti na volbě místa instalace a schématech připojení můžete.

Push-pull obvod se středním bodem transformátoru (push-pull). Své druhé jméno obdržel od anglická verze(push-pull) popisy práce. Obvod je oproštěn od nevýhod jednocyklové verze, má však své vlastní - komplikovanou konstrukci transformátoru (je nutná výroba identických sekcí primárního vinutí) a zvýšené požadavky na maximální napětí spínačů. Jinak si řešení zaslouží pozornost a je široce používáno ve spínaných zdrojích, vyrobených ručně a nejenom.

Polomůstkový okruh push-pull. Parametry obvodu jsou podobné obvodu se středem, ale nevyžaduje složitou konfiguraci vinutí transformátoru. Inherentní nevýhodou obvodu je potřeba organizovat střední bod usměrňovacího filtru, což znamená čtyřnásobné zvýšení počtu kondenzátorů.

Pro snadnost implementace je obvod nejrozšířenější u spínaných zdrojů s výkonem do 3 kW. Při vysokých výkonech jsou náklady na filtrační kondenzátory nepřijatelně vysoké ve srovnání s polovodičovými invertorovými spínači a můstkový obvod se ukazuje jako nejziskovější.

Push-pull můstkový obvod. Parametry jsou podobné jako u ostatních push-pull obvodů, ale není potřeba vytvářet umělé „středy“. Cena za to je dvojnásobný počet výkonových spínačů, což je výhodné z ekonomického i technického hlediska pro stavbu výkonných pulzních zdrojů.

Volba invertorových spínačů se provádí podle amplitudy kolektorového (odtokového) proudu I KMAX a maximálního napětí kolektor-emitor U KEMAKH. Pro výpočet je použit výkon zátěže a transformační poměr pulzního transformátoru.

Nejprve je však nutné vypočítat samotný transformátor. Pulsní transformátor je vyroben na jádru z feritu, permalloy nebo transformátorového železa stočeného do prstence. Pro výkony do několika kW jsou docela vhodná feritová jádra prstencového nebo W tvaru. Transformátor je vypočítán na základě požadovaného výkonu a převodní frekvence. Chcete-li eliminovat výskyt akustického šumu, je vhodné posunout převodní kmitočet mimo rozsah zvuku (udělejte jej nad 20 kHz).

Je třeba mít na paměti, že při frekvencích blízkých 100 kHz se ztráty ve feritových magnetických jádrech výrazně zvyšují. Výpočet samotného transformátoru není obtížný a lze jej snadno nalézt v literatuře. Některé výsledky pro různé výkony zdrojů a magnetické obvody jsou uvedeny v tabulce níže.

Výpočet byl proveden pro převodní kmitočet 50 kHz. Stojí za zmínku, že při provozu na vysokých frekvencích dochází k účinku proudového posunu na povrch vodiče, což vede ke snížení efektivní plochy vinutí. Aby se předešlo tomuto druhu potíží a snížily se ztráty ve vodičích, je nutné vyrobit vinutí několika vodičů menšího průřezu. Při frekvenci 50 kHz nepřesahuje přípustný průměr drátu vinutí 0,85 mm.

Znáte-li zatěžovací výkon a transformační poměr, můžete vypočítat proud v primárním vinutí transformátoru a maximální kolektorový proud výkonového spínače. Napětí na tranzistoru v sepnutém stavu je voleno vyšší než usměrněné napětí přiváděné na vstup vf převodníku s určitou rezervou (U KEMAKH >=400V). Na základě těchto údajů se vybírají klíče. V současné době nejlepší možnost je použití výkonových tranzistorů IGBT nebo MOSFET.

U usměrňovacích diod na sekundární straně je třeba dodržet jedno pravidlo - jejich maximální pracovní frekvence musí překročit frekvenci převodu. V opačném případě se výrazně sníží účinnost výstupního usměrňovače a měniče jako celku.

Video o výrobě jednoduchého pulzního napájecího zařízení