Do-it-yourself prekidač napajanja: načelo rada, sheme

• Osobine dizajna i princip rada
• Kako inverter radi?
• Snage i slabosti impulsnih izvora
• Opseg primjene
• Prikupljamo impulsno napajanje vlastitim rukama

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Većina modernih elektroničkih uređaja praktički ne koristi analogne (transformatorske) izvore napajanja, već su zamijenjeni impulsnim pretvaračima napona. Da bi se razumjelo zašto se to dogodilo, potrebno je uzeti u obzir značajke dizajna, kao i prednosti i nedostatke tih uređaja. Također ćemo reći o svrsi glavnih komponenti pulsirajućih izvora, dat ćemo jednostavan primjer implementacije koji se može sastaviti ručno.

Osobine dizajna i princip rada

Od nekoliko načina za pretvaranje napona za napajanje elektroničkih komponenti, mogu se izdvojiti dvije koje su najraširenije:

1. Analogni, čiji je glavni element step-down transformator, osim glavne funkcije, također pruža galvansku izolaciju.
2. Princip impulsa.

Razmotrite razliku između ove dvije opcije.

BP na temelju energetskog transformatora

Razmotrite pojednostavljeni blok-dijagram ovog uređaja. Kao što se može vidjeti iz slike, na ulazu je instaliran step-down transformator, koji pretvara amplitudu opskrbnog napona, na primjer, iz 220 V dobivamo 15 V. Sljedeći blok je ispravljač, njegova je zadaća pretvoriti sinusnu struju u impuls (harmonik je prikazan iznad konvencionalne slike). U tu svrhu koriste se poluvodički ispravljački elementi (diode) koji su povezani mostnim krugom. Njihov princip rada može se naći na našoj web stranici.

Sljedeći blok igra dvije funkcije: zaglađuje napon (za tu svrhu se koristi kondenzator odgovarajućeg kapaciteta) i stabilizira ga. Potonje je nužno kako napon ne bi “propao” s povećanim opterećenjem.

Dani blok dijagram je uvelike pojednostavljen, u pravilu u izvoru ove vrste postoji ulazni filtar i zaštitni krugovi, ali za objašnjenje rada uređaja to nije bitno.

Svi nedostaci gore navedene opcije su izravno ili neizravno povezani s glavnim elementom konstrukcije - transformatorom. Prvo, njegova težina i dimenzije ograničavaju minijaturizaciju. Da ne bude nepotkrijepljen, dajemo kao primjer transformacijski transformator 220/12 V s nazivnom snagom od 250 W. Težina takve jedinice je oko 4 kilograma, dimenzija 125x124x89 mm. Možete zamisliti koliko će punjenja za prijenosno računalo na njemu težiti.

Drugo, cijena takvih uređaja ponekad prelazi mnogo puta ukupnu cijenu preostalih komponenti.

Impulsni uređaji

Kao što se može vidjeti iz blok-dijagrama prikazanog na slici 3, princip rada ovih uređaja značajno se razlikuje od analognih pretvarača, prije svega odsutnošću ulaznog transformatora.

Razmotrite algoritam izvora:

• Napajanje se dovodi do prenaponskog zaštitnika, njegov zadatak je smanjiti mrežne smetnje, i ulazne i odlazne, koje proizlaze iz operacije.
• Zatim, sinusoidna jedinica za pretvorbu napona u pulsirajućoj konstanti i filtar za izglađivanje ulazi u rad.
• U sljedećoj fazi, pretvarač je spojen na proces, njegov zadatak je povezan s formiranjem pravokutnih visokofrekventnih signala. Povratna informacija od pretvarača preko upravljačke jedinice.
• Sljedeći blok je IT, potreban je za automatsko generiranje, napajanje kruga, zaštitu, upravljanje regulatorom, kao i opterećenje. Osim toga, IT zadatak je osigurati električnu izolaciju između krugova visokog i niskog napona.

Za razliku od step-down transformatora, jezgra ovog uređaja je izrađena od ferimagnetskih materijala, što doprinosi pouzdanom prijenosu RF signala, koji može biti u rasponu od 20-100 kHz. Karakteristično obilježje IT-a je da kada je spojen, uključivanje početka i kraja namota je kritično. Male dimenzije ovog uređaja omogućuju proizvodnju uređaja minijaturnih veličina, primjerice elektroničkih cjevovoda (balasta) LED ili štedne žarulje.

• Zatim dolazi do rada izlaznog ispravljača, budući da radi s visokofrekventnim naponom, a za proces su potrebni poluvodički elementi velike brzine, pa se u tu svrhu koriste Schottky diode.
• Na dovršenoj fazi, izglađivanje se provodi na pogodnom filtru, nakon čega se na opterećenje primjenjuje napon.

Sada, kao što je obećao, smatramo da je princip rada glavnog elementa ovog uređaja - pretvarača.

Kako inverter radi?

RF modulacija se može obaviti na tri načina:

• frekvencija pulsa;
• fazni puls;
• širina impulsa.

U praksi se ovo posljednje primjenjuje. To je zbog jednostavnosti izvršenja i činjenice da je frekvencija PWM komunikacijske frekvencije konstantna, za razliku od druge dvije metode modulacije. U nastavku je prikazan blok dijagram koji opisuje rad regulatora.

Algoritam uređaja je sljedeći:

Generator glavne frekvencije formira niz pravokutnih signala čija frekvencija odgovara referentnoj vrijednosti. Na temelju tog signala formira se U _S oblik zubaca, koji ulazi u komparator K _PWM . Na drugi ulaz ovog uređaja ulazi se signal U _US, koji dolazi iz upravljačkog pojačala. Signal koji generira ovo pojačalo proporcionalan je razlici U _U (referentni napon) i U _RS (regulacijski signal iz kruga povratne veze). To jest, upravljački signal U _US, zapravo, naponski napon s razinom koja ovisi i od struje na opterećenju i od napona na njemu (U _OUT ).

Ovaj način implementacije omogućuje organiziranje zatvorenog kruga koji vam omogućuje kontrolu izlaznog napona, to jest, u stvari, govorimo o linearno-diskretnom funkcionalnom čvoru. Na svom izlazu se stvaraju impulsi, s trajanjem ovisno o razlici između referentnih i kontrolnih signala. Na temelju toga stvara se napon za upravljanje tranzistorom ključa invertera.

Proces stabilizacije napona na izlazu provodi se praćenjem njegove razine, a kada se promijeni, napon regulacijskog signala U _{RS se} mijenja proporcionalno, što dovodi do povećanja ili smanjenja trajanja između impulsa.

Kao rezultat, dolazi do promjene snage sekundarnih krugova, čime se stabilizira napon na izlazu.

Kako bi se osigurala sigurnost, potrebna je galvanska izolacija između opskrbne mreže i povratne informacije. U tu se svrhu u pravilu koriste optički sprežnici.

Snage i slabosti impulsnih izvora

Ako usporedimo analogne i pulsne uređaje iste snage, potonje će imati sljedeće prednosti:

• Male veličine i težine zbog nedostatka niskofrekventnog transformatora i upravljačkih elemenata koji zahtijevaju odvođenje topline pomoću velikih radijatora. Korištenjem tehnologije pretvorbe visokofrekventnih signala moguće je smanjiti kapacitivnost kondenzatora koji se koriste u filterima, što omogućuje ugradnju elemenata manjih dimenzija.
• Veća učinkovitost, budući da glavni gubici uzrokuju samo prijelazne pojave, dok se u analognim krugovima stalno gubi mnogo energije tijekom elektromagnetske pretvorbe. Rezultat govori sam za sebe, povećanje učinkovitosti do 95-98%.
• Niži troškovi zbog uporabe manje snažnih poluvodičkih elemenata.
• Širi raspon ulaznog napona. Ova vrsta opreme ne zahtijeva frekvenciju i amplitudu, stoga je dopušteno spajanje na različite standardne mreže.
• Prisutnost pouzdane zaštite od kratkog spoja, preopterećenja i drugih abnormalnih situacija.

Nedostaci pulsirajuće tehnologije uključuju:

Prisutnost RF smetnji posljedica je rada visokofrekventnog pretvarača. Taj faktor zahtijeva instalaciju filtra koji sprječava smetnje. Nažalost, njegov rad nije uvijek djelotvoran, što nameće određena ograničenja u korištenju uređaja ove vrste u visokopreciznoj opremi.

Posebni zahtjevi za teret, ne bi se trebali smanjivati ili povećavati. Čim trenutna razina prijeđe gornji ili donji prag, karakteristike napona na izlazu će se značajno razlikovati od uobičajenih. Proizvođači (nedavno i kineski) u pravilu predviđaju takve situacije i uspostavljaju odgovarajuću zaštitu u svojim proizvodima.

Opseg primjene

Gotovo sva moderna elektronika se napaja blokovima ovog tipa, na primjer,

• razne vrste punjača;

  

• vanjski izvori napajanja;
• elektronički balast za uređaje za rasvjetu;
• BP monitore, televizore i drugu elektroničku opremu.

Prikupljamo impulsno napajanje vlastitim rukama

Razmotrite shemu jednostavnog izvora energije, gdje se primjenjuje gore opisani princip rada.

legenda:

• Otpornici: R1 - 100 Ohm, R2 - od 150 kΩ do 300 kΩ (odabrano), R3 - 1 kΩ.
• Kapaciteti: C1 i C2 - 0, 01 μF x 630 V, C3 - 22 μF x 450 V, C4 - 0, 22 μF x 400 V, C5 - 6800 - 15000 pF (odabrano), 012 μF, C6 - 10 μF x 50 V, C7 - 220 mikrofarada x 25 V, C8 - 22 mikrofarada x 25 V.
• Diode: VD1-4 - KD258V, VD5 i VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
• Tranzistor VT1 - KT872A.
• Stabilizator napona D1 - KR142 mikrokontroler s indeksom EN5 - EN8 (ovisno o željenom izlaznom naponu).
• Transformator T1 - 5x5 feritna jezgra W oblika. Primarni namot je namotan 600 okretaja žicom Ø 0, 1 mm, sekundarni (stezaljke 3-4) sadrže 44 zavoja Ø 0, 25 mm, a posljednji - 5 zavoja Ø 0, 1 mm.
• Osigurač FU1 - 0, 25A.

Ugađanje se svodi na odabir nominalnih vrijednosti R2 i C5 koje osiguravaju pobudu generatora pri ulaznom naponu od 185-240 V.

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!