Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Väčšina moderných elektronických zariadení prakticky nepoužíva analógové (transformátorové) zdroje, ale boli nahradené pulznými meničmi napätia. Aby sme pochopili, prečo sa to stalo, je potrebné zvážiť konštrukčné prvky, ako aj silné a slabé stránky týchto zariadení. Budeme tiež hovoriť o účele hlavných komponentov pulzných zdrojov, poskytneme jednoduchý príklad implementácie, ktorý je možné zostaviť ručne.

Dizajnové prvky a princíp činnosti

Z niekoľkých spôsobov, ako previesť napätie na napájanie elektronických súčiastok, je možné si vybrať z dvoch, ktoré sú najčastejšie:

  1. Analógový, ktorého hlavnou zložkou je okrem hlavnej funkcie aj redukčný transformátor, ktorý zabezpečuje aj galvanické oddelenie.
  2. Princíp impulzov.

Zvážte rozdiel medzi týmito dvoma možnosťami.

BP na základe výkonového transformátora

Zvážte zjednodušenú blokovú schému tohto zariadenia. Ako je možné vidieť na obrázku, na vstupe je nainštalovaný transformátor, ktorý mení amplitúdu napájacieho napätia, napríklad z 220 V dostaneme 15 V. Ďalším blokom je usmerňovač, ktorého úlohou je previesť sínusový prúd na impulz (harmonická je zobrazená nad konvenčným obrazom). Na tento účel sa používajú polovodičové usmerňovacie prvky (diódy), spojené mostíkovým obvodom. Ich princíp fungovania nájdete na našich webových stránkach.

Zjednodušená bloková schéma analógového napájacieho zdroja

Prehrávanie nasledujúceho bloku vykonáva dve funkcie: vyhladzuje napätie (na tento účel sa používa kondenzátor príslušnej kapacity) a stabilizuje ho. Toto je potrebné, aby napätie pri „narastajúcom zaťažení“ ne- zlyhalo.

Uvedená bloková schéma je značne zjednodušená, spravidla v zdroji tohto typu je vstupný filter a ochranné obvody, ale na vysvetlenie činnosti zariadenia to nie je podstatné.

Všetky nevýhody uvedenej možnosti sú priamo alebo nepriamo spojené s hlavným prvkom konštrukcie - transformátorom. Po prvé, jeho hmotnosť a rozmery obmedzujú miniaturizáciu. Aby sme neboli nepodložené, uvádzame ako príklad redukčný transformátor 220/12 V s menovitým výkonom 250 wattov. Hmotnosť takejto jednotky je asi 4 kilogramy, rozmery 125x124x89 mm. Môžete si predstaviť, koľko poplatkov za prenosný počítač na základe toho by vážiť.

Redukčný transformátor OCO-0, 25 220/12

Po druhé, cena takýchto zariadení niekedy presahuje mnohonásobok celkových nákladov zostávajúcich komponentov.

Impulzné zariadenia

Ako je možné vidieť z blokovej schémy znázornenej na obr. 3, princíp činnosti týchto zariadení sa výrazne líši od analógových prevodníkov, predovšetkým tým, že nie je prítomný vstupný redukčný transformátor.

Obrázok 3. Bloková schéma spínacieho zdroja

Zvážte algoritmus zdroja:

  • Napájanie je privádzané na prepäťovú ochranu, jej úlohou je minimalizovať rušenie siete, prichádzajúce aj odchádzajúce, vznikajúce z prevádzky.
  • Potom sa uvedie do prevádzky jednotka sínusového napätia v pulznej konštante a vyhladzovací filter.
  • V ďalšom kroku je menič pripojený k procesu, jeho úloha je spojená s tvorbou pravouhlých vysokofrekvenčných signálov. Spätná väzba z meniča cez riadiacu jednotku.
  • Ďalším blokom je IT, je potrebné pre automatický režim generovania, napájanie obvodu, ochrana, riadenie regulátora, ako aj zaťaženie. Okrem toho je úlohou IT poskytovať elektrickú izoláciu medzi obvodmi vysokého a nízkeho napätia.

Na rozdiel od step-down transformátora, jadro tohto zariadenia je vyrobené z ferrimagnetických materiálov, čo prispieva k spoľahlivému prenosu RF signálov, ktoré môžu byť v rozsahu 20-100 kHz. Charakteristickým znakom IT je, že keď je zapojený, zahrnutie začiatku a konca vinutí je kritické. Malé rozmery tohto zariadenia umožňujú vyrábať zariadenia s miniatúrnou veľkosťou, napríklad elektronické potrubie (predradník) LED alebo energeticky úspornej lampy.

Príklad miniatúrnych impulzných napájacích zdrojov
  • Potom sa uvedie do činnosti výstupný usmerňovač, pretože pracuje s vysokofrekvenčným napätím, tento proces vyžaduje vysokorýchlostné polovodičové prvky, preto sa na tento účel používajú Schottkyho diódy.
  • Na ukončenej fáze sa vyhladenie vykonáva na priaznivom filtri, po ktorom sa na záťaž aplikuje napätie.

Teraz, ako sme sľúbili, berieme do úvahy princíp fungovania hlavného prvku tohto zariadenia - meniča.

Ako funguje invertor?

RF moduláciu možno vykonať tromi spôsobmi:

  • frekvencia impulzov;
  • fázový impulz;
  • šírka impulzu.

V praxi sa tento postup uplatňuje. Je to spôsobené jednoduchosťou vykonania a skutočnosťou, že frekvencia PWM komunikačnej frekvencie je na rozdiel od ostatných dvoch modulačných metód konštantná. Bloková schéma opisujúca prácu regulátora je znázornená nižšie.

Bloková schéma regulátora PWM a oscilogramov hlavných signálov

Algoritmus zariadenia je nasledovný:

Generátor hlavného kmitočtu tvorí sériu pravouhlých signálov, ktorých frekvencia zodpovedá referencii. Na základe tohto signálu sa vytvorí U S pílovitého tvaru, ktorý sa privádza na vstup komparátora K PWM . Na druhý vstup tohto zariadenia je napájaný signál U US, prichádzajúci z riadiaceho zosilňovača. Signál generovaný týmto zosilňovačom je úmerný rozdielu U U (referenčné napätie) a U RS (regulačný signál zo spätnoväzbového obvodu). To znamená, že riadiaci signál U US je v skutočnosti chybné napätie s úrovňou, ktorá závisí od prúdu na záťaži a od napätia na ňom (U OUT ).

Táto metóda implementácie vám umožňuje usporiadať uzavretý okruh, ktorý vám umožní ovládať výstupné napätie, to znamená, že v skutočnosti hovoríme o lineárno-diskrétnom funkčnom uzle. Na jeho výstupe sa vytvárajú impulzy s trvaním v závislosti od rozdielu medzi referenčnými a riadiacimi signálmi. Na jeho základe je vytvorené napätie na riadenie tranzistora kľúča invertora.

Proces stabilizácie napätia na výstupe sa vykonáva sledovaním jeho úrovne, keď sa mení, napätie regulačného signálu U RS sa mení proporcionálne, čo vedie k nárastu alebo poklesu doby trvania impulzov.

V dôsledku toho dochádza k zmene výkonu sekundárnych obvodov, čím sa stabilizuje napätie na výstupe.

Pre zaistenie bezpečnosti je potrebné galvanické oddelenie medzi napájacou sieťou a spätnou väzbou. Na tento účel sa spravidla používajú optočleny.

Silné a slabé stránky impulzných zdrojov

Ak porovnáme analógové a pulzné zariadenia s rovnakým výkonom, tieto budú mať nasledujúce výhody:

  • Malé rozmery a hmotnosť kvôli chýbajúcemu nízkofrekvenčnému transformátoru a regulačným prvkom, ktoré vyžadujú odvod tepla pomocou veľkých radiátorov. Vďaka použitiu vysokofrekvenčnej technológie konverzie signálu je možné znížiť kapacitu kondenzátorov používaných vo filtroch, čo umožňuje inštalovať prvky menších rozmerov.
  • Vyššia účinnosť, pretože hlavné straty spôsobujú len prechodné javy, zatiaľ čo v analógových obvodoch sa počas elektromagnetickej konverzie neustále stráca veľa energie. Výsledok hovorí sám za seba, zvýšenie účinnosti až na 95-98%.
  • Nižšie náklady v dôsledku použitia menej výkonných polovodičových prvkov.
  • Širší rozsah vstupného napätia. Tento typ zariadenia nevyžaduje frekvenciu a amplitúdu, preto je možné pripojiť sa k rôznym štandardným sieťam.
  • Prítomnosť spoľahlivej ochrany pred skratom, preťažením a inými abnormálnymi situáciami.

Nevýhody pulznej technológie zahŕňajú:

Prítomnosť RF rušenia, to je dôsledok činnosti vysokofrekvenčného meniča. Tento faktor vyžaduje inštaláciu filtra, ktorý potláča rušenie. Bohužiaľ, jeho práca nie je vždy účinná, čo ukladá určité obmedzenia na používanie zariadení tohto typu vo vysoko presných zariadeniach.

Zvláštne požiadavky na zaťaženie by sa nemali znižovať ani zvyšovať. Akonáhle aktuálna úroveň prekročí hornú alebo dolnú hranicu, charakteristiky napätia na výstupe sa začnú významne líšiť od bežných. Výrobcovia (nedávno aj čínski) takéto situácie spravidla predvídajú a zabezpečujú primeranú ochranu svojich výrobkov.

Rozsah uplatňovania

Prakticky všetka moderná elektronika je poháňaná takýmito blokmi, napr.

  • rôzne typy nabíjačiek;
    Nabíjanie a externé napájanie
  • externé napájacie zdroje;
  • Elektronický predradník pre osvetľovacie zariadenia;
  • Monitory BP, televízory a iné elektronické zariadenia.
Napájací modul Pulse Monitor

Zhromažďujeme pulzné napájanie vlastnými rukami

Zvážte schému jednoduchého zdroja energie, kde platí vyššie popísaný princíp činnosti.

Schematický diagram impulzu BP

Legenda:

  • Rezistory: R1 - 100 Ohm, R2 - od 150 kΩ do 300 kΩ (vybrané), R3 - 1 kΩ.
  • Kapacita: 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 mikrofarad x 25 V, C8 - 22 mikrofarad x 25 V.
  • Diódy: VD1-4 - КД258В, VD5 a VD7 - КД510А, VD6 - КС156А, VD8-11 - КД258А.
  • Tranzistor VT1 - KT872A.
  • Stabilizátor napätia D1 - KR142 mikroobvod s indexom ЕН5 - 8Н8 (v závislosti od požadovaného výstupného napätia).
  • Transformátor T1 - používa sa 5x5 feritové jadro tvaru W. Primárne vinutie je navinuté 600 otáčkami s drôtom Ø 0, 1 mm, sekundárne (svorky 3-4) obsahuje 44 závitov Ø 0, 25 mm a posledné - 5 závitov Ø 0, 1 mm.
  • Poistka FU1 - 0, 25A.

Ladenie je redukované na výber menovitých hodnôt R2 a C5, ktoré poskytujú budenie generátora pri vstupnom napätí 185-240 V.

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Kategórie: