Обхватът на използването на импулсни блокове за захранване в ежедневието постоянно се разширява. Такива източници се използват за захранване на цялото модерно битово и компютърно оборудване, за реализация на източници на непрекъснато захранване, зарядни устройства за батерии от различно предназначение, внедряване на осветителни системи с ниско напрежение и за други нужди.
В някои случаи закупуването на готово захранване не е икономически или технически осъществимо, а съставянето на импулсен източник със собствени ръце е най-добрият изход от тази ситуация. Опростява тази възможност и широката достъпност на модерна елементна база на ниски цени.
- 1 Структурна схема на импулсно захранване
- 2 Основни схеми на импулсни блокове2.1 Мрежови токоизправител с филтър 2.2 Високочестотен преобразувател: неговите функции и схеми
- 2.1 Мрежови токоизправител с филтър
- 2.2 Високочестотен преобразувател: неговите функции и вериги
- 3 Видеозапис за производството на най-простото импулсно захранващо устройство
Структурна схема на импулсно захранване
Най-популярни в ежедневието са импулсни източници, захранвани от стандартна променлива мрежа и мощен изход за ниско напрежение. На фигурата е показана блоковата схема на такъв източник.
Мрежовият изправител SV преобразува променливото напрежение на захранващата мрежа в константа и изглажда пулсациите на изправеното напрежение на изхода.Високочестотният преобразувател на пистата извършва преобразуването на изправеното напрежение в променливо или еднополюсно напрежение, което има формата на правоъгълни импулси с необходимата амплитуда.
В бъдеще такова напрежение или директно, или след изправяне (VH) идва върху изглаждащ филтър, към който се свързва товарът. Управлението на пистата се извършва от системата за управление, получава сигнал за обратна връзка от товара на токоизправителя.
Такава структура на устройството може да бъде критикувана за наличието на няколко преобразуващи единици, което намалява ефективността на източника. Въпреки това, с правилния избор на полупроводникови елементи и качественото изчисление и производството на контурни възли, нивото на загубите на мощност във веригата е малко, което ви позволява да получите реални стойности на ефективността над 90%.
Принципни схеми за импулсни захранващи устройства
Решението за структурните блокове включва не само обосновка на избора на варианти за прилагане на схемата, но и практически препоръки за избор на основните елементи.
Мрежови токоизправител с филтър
За изправяне на мрежовото еднофазно напрежение използвайте една от трите класически схеми, изобразени на фигурата:
- монопропионова;
- нула (полупереодно със средна точка);
- двуетажна пътна настилка.
Еднополярната схема на схематасе различава по простотата на изпълнение и минималния брой полупроводникови компоненти. ОсновнитеНедостатъците на този токоизправител са значително количество пулсации на изходното напрежение (в ректифицираното има само една полу-вълна на мрежовото напрежение) и малък коефициент на токоизправител.
Коефициентът на токоизправителяКvсе определя от съотношението на средната стойност на напрежението на изхода на изправителяUdkна ефективната стойност на фазовото напрежениеUf .
За схема с едновълнов кръг, Кv = 0.45.
За да се изгладят вълните на изхода на този токоизправител, се изискват мощни филтри.
Схема с нула или две полукръга със средна точка , въпреки че изисква удвояване на номера на токоизправителния диод, обаче, този дефицит до голяма степен се компенсира от по-ниско ниво на пулсации на напрежението на изправителя и увеличаване на стойността на коефициента на токоизправителя до 0,9.
Основният недостатък на такава схема за използване в домашни условия е необходимостта от организиране на средна точка на напрежение, която предполага наличието на мрежов трансформатор.Неговите размери и маса са несъвместими с идеята за малък самоизготвен импулсен източник.
Многоъгълната мостова веригана коригирането има същите стойности за нивото на пулсация и коефициента на токоизправителя като нулевата схема, но не изисква мрежов трансформатор.Това компенсира основния недостатък - удвояване на броя на изправителните диоди както по отношение на ефективност, така и по отношение на разходите.
За да се изгладят импулсите на токоизправителя, най-доброто решение е да се използва капацитивен филтър.Прилагането му позволява да се увеличи стойността на коригираното напрежениеамплитудна стойност на мрежата (при Uf = 220V Ufm = 314V). Недостатъците на такъв филтър се считат за големи количества токоизправителни елементи на импулсни токове, но това не е критичен недостатък.
Изборът на изправителни диоди се основава на величината на средния постоянен ток Ia и на максималното възвратно напрежение UBM.
Като се вземе предвид стойността на коефициента на пулсация на изходното напрежение Кп = 10%, получаваме средната стойност на изправеното напрежение Ud = 300В. Като се има предвид силата на натоварване и ефективността на ВЧ конвертора (80% се приема за изчисление, но на практика тя ще се повиши, ще позволи някои запаси).
Ia е средният ток на диода на токоизправителя, Rn е мощността на натоварване ,? - Ефективност на ВЧ преобразувателя.
Максималното обратно напрежение на елемента на изправителя не надвишава амплитудната стойност на напрежението на мрежата (314V), което позволява използването на компоненти със стойност UBM = 400V със значителен резерв. Можете да използвате както дискретни диоди, така и готови мостови токоизправители от различни производители.
За да се осигури определена (10%) пулсация на изхода на изправителя, капацитетът на филтърните кондензатори се взема със скорост от 1 μF на 1 ват изходна мощност. Използват се електролитни кондензатори с максимално напрежение най-малко 350V. В таблицата са дадени филтри за капацитет за различни капацитети.
Високочестотен преобразувател: неговите функции и вериги
Високочестотният преобразувател е едностъпален или двутактов ключов трансформатор (инвертор) с импулсен трансформатор. Варианти на RF веригиконвертори са показани на снимката.
Едноетапна схема .С минимално количество енергийни елементи и лекота на изпълнение има няколко недостатъка.
Схемата е най-широко използвана в устройства с ниска мощност, където влиянието на тези недостатъци не е толкова значително.
Двутактов контур със средна точка на трансформатора (пулсиращ) .Получи второто си име от английската версия (push-pull) на описанието на работата.Схемата е свободна от недостатъците на едноетапните варианти, но има своя собствена - сложна конструкция на трансформатора (изисква се производство на идентични секции на първичната намотка) и повишени изисквания за максимално напрежение на ключовете.Останалата част от решението заслужава внимание и се използва широко в импулсните захранвания, които се правят от собствените си ръце и не само.
Двустепенна верига на половин канал .По параметри схемата е подобна на схемата със средната точка, но не изисква сложна конфигурация на трансформатор на намотки.Реалният недостатък на веригата е необходимостта от организиране на средната точка на филтъра на изправителя, което води до четирикратно увеличение на броя на кондензаторите.
Поради простотата на прилагане схемата е най-широко използвана в импулсни захранващи устройства до 3 kW.За големикапацитет цената на филтърните кондензатори става неприемливо висока в сравнение с полупроводниковите ключове на инвертора и най-изгодно е мостовата верига.
Двутактова мостова схема . По параметри е подобно на други двутактови схеми, но без да е необходимо да се създават изкуствени "средни точки". Таксата за това е удвояване на броя на ключовете за захранване, които се ползват от икономическа и техническа гледна точка за изграждане на мощни импулсни източници.
Изборът на инвертори се извършва чрез амплитудата на тока на колектора (отток) на ICMAC и максималното напрежение на колектора-емитер UKEMAK. За изчисляване на мощността на товара и коефициента на трансформация на импулсния трансформатор се използват.
Преди всичко обаче е необходимо да се изчисли самият трансформатор. Импулсният трансформатор се изпълнява върху сърцевина, направена от ферит, пермалои или усукана в пръстен от трансформаторно желязо. За капацитета на единици от kw, феритни сърцевини от пръстен или Sh-образен тип са напълно подходящи. Изчислението на трансформатора се основава на необходимата мощност и честота на преобразуване. За да се елиминира появата на акустичен шум, скоростта на превръщане е желателна извън обхвата на звука (над 20 kHz).
Трябва да се помни, че при честоти, близки до 100 kHz, загубите в феритовата магнитопластика се увеличават значително. Изчисляването на самия трансформатор не е трудно и може лесно да бъде намерено в литературата. Някои резултати за различни източници на мощност и магнитни веригиса изброени в таблицата по-долу.
Изчислението се прави за преобразуване на честотата на 50 kHz. Заслужава си да се отбележи, че при работа с висока честота възниква ефектът на изместване на тока към повърхността на проводника, което води до намаляване на ефективната площ на участъка от жиците на намотката. За да се предотврати този вид проблеми и да се намалят загубите в проводниците, е необходимо да се извърши навиване на няколко живи малки секции. При честота 50 kHz допустимият диаметър на кабела за навиване не надвишава 0,85 mm.
Параметри на импулсни трансформатори и превключватели на РЧ преобразувател
Знаейки силата на товара и коефициента на преобразуване, може да се изчисли тока в намотката на първичния трансформатор и максималния ток на колектора на захранващия ключ. Напрежението в транзистора в затворено състояние се избира по-високо от изправеното напрежение, постъпващо във входа на RF преобразувателя с определен запас (UKEMAH> 400V). Според тези данни се прави избор на ключове. В момента най-добрият вариант е да се използват IGBT или MOSFET транзистори.
За изправителните диоди от вторичната страна трябва да се спазва едно правило - максималната им работна честота трябва да надвишава скоростта на преобразуване. В противен случай ефективността на изходния изправител и преобразувателя като цяло ще намалее значително.
Следните препоръки дават възможност в най-кратки срокове и с минимални проблеми и разходи да се събере енергийната част на високочестотния импулсен преобразувател за битови нужди.
