Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Většina moderních elektronických zařízení prakticky nepoužívají analogové (transformátorové) zdroje, ale byly nahrazeny měniči pulzního napětí. Abychom pochopili, proč se to stalo, je nutné zvážit konstrukční prvky, stejně jako silné a slabé stránky těchto zařízení. Budeme také hovořit o účelu hlavních komponent pulzních zdrojů, uvedeme jednoduchý příklad implementace, který lze sestavit ručně.

Konstrukční prvky a princip činnosti

Z několika způsobů, jak převést napětí pro napájení elektronických součástek, je možné si vybrat ze dvou, které jsou nejrozšířenější:

  1. Analogový, jehož hlavním prvkem je kromě hlavní funkce také redukční transformátor, který zajišťuje galvanické oddělení.
  2. Princip impulsů.

Zvažte rozdíl mezi těmito dvěma možnostmi.

BP na základě výkonového transformátoru

Zvažte zjednodušené blokové schéma tohoto zařízení. Jak je vidět z obrázku, na vstupu je instalován transformátor, který převádí amplitudu napájecího napětí, například z 220 V získáme 15 V. Dalším blokem je usměrňovač, jehož úkolem je převést sinusový proud na puls (harmonický je zobrazen nad konvenčním obrazem). Pro tento účel se používají polovodičové usměrňovače (diody) propojené můstkovým obvodem. Jejich princip fungování naleznete na našich webových stránkách.

Zjednodušené blokové schéma analogové napájecí jednotky

Následující blok hraje dvě funkce: vyhlazuje napětí (pro tento účel se používá kondenzátor odpovídající kapacity) a stabilizuje ho. Ten je nutný, aby se napětí „nezdařilo“ se zvyšujícím se zatížením.

Uvedený blokový diagram je zpravidla ve zdroji tohoto typu značně zjednodušen, je zde vstupní filtr a ochranné obvody, ale pro vysvětlení činnosti zařízení to není podstatné.

Všechny nevýhody výše uvedené možnosti jsou přímo či nepřímo spojeny s hlavním prvkem konstrukce - transformátorem. Za prvé, její hmotnost a rozměry omezují miniaturizaci. Abychom nebyli neopodstatněni, jako příklad uvádíme redukční transformátor 220/12 V s jmenovitým výkonem 250 wattů. Hmotnost takové jednotky je asi 4 kg, rozměry 125x124x89 mm. Dokážete si představit, kolik zpoplatnění za notebook by bylo vážení.

Stupňový transformátor OCO-0, 25 220/12

Za druhé, cena těchto zařízení někdy překračuje mnohonásobek celkových nákladů zbývajících komponent.

Impulzní zařízení

Jak je patrné z blokového schématu znázorněného na obr. 3, princip činnosti těchto zařízení se významně liší od analogových převodníků, a to především absencí vstupního krokového transformátoru.

Obrázek 3. Blokové schéma spínacího zdroje

Zvažte algoritmus zdroje:

  • Napětí je napájeno přepěťovou ochranou, jejím úkolem je minimalizovat rušení sítě, jak příchozí, tak odchozí, vznikající z provozu.
  • Dále se uvede do provozu sinusová napěťová konverzní jednotka v pulzní konstantě a vyhlazovacím filtru.
  • V další fázi je střídač připojen k procesu, jeho úloha je spojena s tvorbou obdélníkových vysokofrekvenčních signálů. Zpětná vazba z měniče přes řídicí jednotku.
  • Dalším blokem je IT, je nutné pro režim automatického generování, dodávku napětí do obvodu, ochranu, řízení regulátoru a zátěže. Úkolem IT je navíc zajistit elektrickou izolaci mezi obvody vysokého a nízkého napětí.

Na rozdíl od step-down transformátoru, jádro tohoto zařízení je vyrobeno z ferrimagnetických materiálů, což přispívá k spolehlivému přenosu RF signálů, které mohou být v rozsahu 20-100 kHz. Charakteristickým rysem IT je, že když je připojen, je začátek a konec vinutí kritický. Malé rozměry tohoto zařízení umožňují vyrábět zařízení miniaturní velikosti, například elektronické potrubí (předřadník) LED nebo energeticky úsporné lampy.

Příklad miniaturních impulsních napájecích zdrojů
  • Následně vstupuje do provozu výstupní usměrňovač, protože pracuje s vysokofrekvenčním napětím, proces vyžaduje vysokorychlostní polovodičové prvky, proto se pro tento účel používají Schottkyho diody.
  • Na dokončené fázi se vyhlazování provádí na příznivém filtru, po kterém se na zátěž aplikuje napětí.

Nyní, jak jsem slíbil, uvažujeme o principu fungování hlavního prvku tohoto zařízení - měniče.

Jak funguje střídač?

RF modulaci lze provést třemi způsoby:

  • pulzní frekvence;
  • fázový puls;
  • šířka impulsu.

V praxi se tento postup uplatňuje. To je způsobeno jak jednoduchostí provedení, tak skutečností, že frekvence PWM komunikační frekvence je na rozdíl od ostatních dvou modulačních metod konstantní. Níže je uvedeno blokové schéma popisující práci regulátoru.

Blokové schéma regulátoru PWM a oscilogramů hlavních signálů

Algoritmus zařízení je následující:

Generátor kmitočtu tvoří sérii obdélníkových signálů, jejichž frekvence odpovídá referenční hodnotě. Na základě tohoto signálu je vytvořena forma tvaru písmene U, která je vstupem do komparátoru K PWM . Do druhého vstupu tohoto zařízení je přiváděn signál U US, přicházející z řídicího zesilovače. Signál generovaný tímto zesilovačem je úměrný rozdílu U U (referenční napětí) a U RS (regulační signál od obvodu zpětné vazby). To znamená, že řídicí signál U US je ve skutečnosti chybovým napětím na úrovni, která závisí na proudu na zátěži a na napětí na něm (U OUT ).

Tato metoda implementace vám umožňuje uspořádat uzavřený okruh, který vám umožní ovládat výstupní napětí, to znamená ve skutečnosti hovoříme o lineárně diskrétním funkčním uzlu. Na jeho výstupu jsou vytvářeny impulsy s trváním v závislosti na rozdílu mezi referenčními a řídicími signály. Na jeho základě je vytvořeno napětí pro řízení tranzistoru klíče střídače.

Proces stabilizace napětí na výstupu se provádí sledováním jeho hladiny, kdy se mění napětí regulačního signálu U RS úměrně, což vede ke zvýšení nebo snížení doby trvání pulzů.

V důsledku toho dochází ke změně výkonu sekundárních obvodů, čímž se stabilizuje napětí na výstupu.

Pro zajištění bezpečnosti je nezbytné galvanické oddělení mezi napájecí sítí a zpětnou vazbou. Pro tento účel se zpravidla používají optočleny.

Silné a slabé stránky impulsních zdrojů

Porovnáme-li analogová a pulzní zařízení stejného výkonu, budou mít následující výhody:

  • Malé rozměry a hmotnost vzhledem k nedostatku nízkofrekvenčního transformátoru a řídicích prvků, které vyžadují odvod tepla pomocí velkých radiátorů. Díky použití technologie vysokofrekvenčního převodu signálu je možné snížit kapacitu kondenzátorů používaných ve filtrech, což umožňuje instalovat prvky menších rozměrů.
  • Vyšší účinnost, protože hlavní ztráty způsobují pouze přechodné jevy, zatímco v analogových obvodech dochází během elektromagnetické přeměny ke ztrátě velkého množství energie. Výsledek hovoří sám o sobě, zvýšení účinnosti až na 95-98%.
  • Nižší náklady v důsledku použití méně výkonných polovodičových prvků.
  • Širší rozsah vstupního napětí. Tento typ zařízení nevyžaduje frekvenci a amplitudu, proto je možné připojení k různým standardním sítím.
  • Přítomnost spolehlivé ochrany před zkratem, přetížením a jinými abnormálními situacemi.

Nevýhody pulzní technologie zahrnují:

Přítomnost vysokofrekvenčního rušení, to je důsledek činnosti vysokofrekvenčního měniče. Tento faktor vyžaduje instalaci filtru, který potlačuje rušení. Jeho práce bohužel není vždy účinná, což ukládá určitá omezení týkající se používání zařízení tohoto typu ve vysoce přesných zařízeních.

Zvláštní požadavky na zatížení by neměly být spouštěny ani zvyšovány. Jakmile aktuální úroveň překročí horní nebo dolní prahovou hodnotu, charakteristiky napětí na výstupu se začnou významně lišit od běžných. Výrobci (v poslední době dokonce i čínští výrobci) takové situace zpravidla předpokládají a zavádějí odpovídající ochranu svých výrobků.

Oblast působnosti 1. \ T

Prakticky veškerá moderní elektronika je poháněna bloky tohoto typu, například

  • různé typy nabíječek;
    Nabíjení a externí napájení
  • externí zdroje napájení;
  • Elektronické předřadníky pro osvětlovací zařízení;
  • BP monitory, televizory a jiná elektronická zařízení.
Napájecí modul Pulse Monitor

Sbíráme pulzní napájení vlastníma rukama

Zvažte schéma jednoduchého zdroje energie, kde platí výše popsaný princip provozu.

Schéma pulsu BP

Legenda:

  • Rezistory: R1 - 100 Ohm, R2 - od 150 kΩ do 300 kΩ (vybrané), R3 - 1 kΩ.
  • Kapacity: C1 a C2 - 0, 01 μF x 630 V, C3 -22 μF x 450 V, C4 - 0, 22 μF x 400 V, C5 - 6800 -15000 pF (vybrané), 012 μF, C6 - 10 μF x 50 V, C7 - 220 microfarad x 25 V, C8 - 22 mikrofarad x 25 V.
  • Diody: VD1-4 - КД258В, VD5 a VD7 - КД510А, VD6 - КС156А, VD8-11 - КД258А.
  • Tranzistor VT1 - KT872A.
  • Stabilizátor napětí D1 - KR142 mikroobvod s indexem ЕН5 - 8Н8 (v závislosti na požadovaném výstupním napětí).
  • Transformátor T1 - používá se 5x5 feritové jádro tvaru W. Primární vinutí se navíjí o 600 otáček s drátem o průměru 0, 1 mm, sekundární (svorky 3-4) obsahuje 44 závitů o průměru 0, 25 mm a poslední - 5 závitů o průměru 0, 1 mm.
  • Pojistka FU1 - 0, 25A.

Ladění je sníženo na výběr jmenovitých hodnot R2 a C5, které poskytují buzení generátoru při vstupním napětí 185-240 V.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Elektrikář