Onu tek pençeyle tutmanın kesinlikle bir yolu yok ... Şey, kesinlikle bir ip üzerinde yanınızda sürüklemekten başka, kesinlikle bir yürüyüşe çıkamazsınız. İşte sizin için ilk eksi - çok zor. Sırada transistör var. Kararlı bir çıkış voltajı gibi süper-duper parametrelere ihtiyacımız varsa, böylece azaltılmış bir ağla ve artırılmış bir ağ ile çalışır, o zaman transistör kesinlikle en korkunç koşullarda olacağı bir radyatör üzerinde duracaktır. kendiniz için yumurta kızartmak ve balenli evcil hayvanlar için balıkları çözmek mümkün (Mrrr! .. bir şey duydum mu?) Yani, lineer güç kaynaklarının ikinci eksi düşük verimlilik ve güçlü ısıtma. Bu iki ana dezavantaj için, doğrusal güç kaynakları genellikle anahtarlamalı güç kaynaklarıyla değiştirilir.

Yani iki numara! Sırada biz var - impulse IP

Figür 3 Darbe PI

İlk bakışta şema daha karmaşık görünüyor. Evet, daha fazla detay var :) Hepsi 5x10cm küçük bir şal üzerinde küçültülmemiş ve 100 gr'dan daha ağır olmadıkça ama ne diyebilirim! Fotoğrafları gör! Aynı iki 60W güç kaynağı. Solda - doğrusal, sağda - dürtü.

Şekil 4 60W Doğrusal ve Anahtarlamalı Güç Kaynakları

“Peki, peki, peki ... müziği durdurun !!! Peki o dökme demir parçası nerede? " - sen sor. Radyatördeki transistör nereye gitti? Ah, kardeşim, her şeyin nasıl büküldüğü var ...
Açıklarım. Büyük bir dökme demir parçasını küçük bir transformatörle değiştirdik. Büyük bir soğutucu üzerinde bir transistöre hiç ihtiyaç duyulmaz - çıkış voltajı farklı bir şekilde stabilize edilir, bu da küçük bir soğutucu üzerinde küçük bir transistör gerektirir. Artı, küçük dürtü cihazında "ağabey" in sahip olmadığı kısa devre koruması var :) Peki, kimi yürüyüşe çıkaracağız? Tabii ki, küçük ama cüretkar!
Şimdi terminolojiye girelim.

Anahtarlama güç kaynağı (SMPS) - Elektrik enerjisini dönüştürme dürtü (anahtarlama) ilkesine dayanan güç kaynaklarının genel adı. SMPS sınıflandırması iki alt türe ayrılır:

- dönüştürücü- Birincil ve ikincil ayırmalı güç kaynağı. Yukarı, aşağı doğru olabilir ... her neyse. Girişte ve çıkışta da herhangi bir voltaj olabilir. Ancak, zorunlu olarak birincil ve ikincil parçaların kendi aralarında ortak bir teli yoktur. Yani galvanik izolasyon. Dönüştürücü stabilize edilebilir veya stabilize olmayabilir. Ama yine, cayma gerekli !!!

Şekilde bir dönüştürücü örneği gösterilmektedir:

Şekil 5 Genel dönüştürücü devresi

Çalışma prensibi basittir - anahtar transistör, kontrol ünitesinden gelen sinyallere göre enerjiyi transformatöre pompalar, transformatör onu dönüştürür, yani düşürür, artırır veya basitçe bire bir, ikincil diyot aktarır. dönüştürülen bu enerjiyi düzeltir, kapasitör onu düzeltir, böylece voltaj eşit ve dalgalanma olmaz. Dönüştürücü örnekleri ana güç kaynaklarıdır. Herşey. Güvenlik için, şebeke voltajının hiçbir durumda güç kaynağının çıkışına iletilmemesi gerekir, aksi takdirde birinin kuyruğu kızartılır, yün uçta durur ve bıyık bir düğüm halinde bağlanır.

- sabitleyici - Karışıklık burada başlayacak :) Bu, birincil ve ikincil parçalar arasında ortak bir teli olan bir güç kaynağıdır. Yani, bir girişi (artı ve toprak) ve bir çıkışı (artı ve toprak) vardır. Ve girişte ve çıkışta arazi aynı. Stabilizatörler, makalelerde bahsedeceğim üç türe ayrılır: buck, boost ve ters çevirme. Dengeleyiciler ayarlanabilir, düzensizdir. Evet, stabilizatörlerin türü, stabilizasyonu olmayan SMPS'yi içerir, ancak topraklama kablosu hala yaygındır. Planlarına da bakacağız :)

Stabilizatör örnekleri - bakınız:

Şekil 6 Genel stabilizatör devresi

Bu biraz farklı çalışıyor: Anahtar transistör hala enerjiyi transformatöre pompalıyor, nasıl yapılmalı - kontrol ünitesi bunu tavsiye ediyor, ama o zaman hiç de öyle değil. Bobin, transistör açıkken enerjiyi kendi içinde depolar. Transistör kapandığında, indüktörden geçen akım daha fazla akmak ister, buna dönüş diyot D1 tarafından yardım edilir. Akım azaldığında transistör tekrar açılır ve işlem devam eder. Kapasitör C2 hala dalgalanmayı düzeltir. Biraz belirsiz, ancak programları ve çalışma modlarını daha sonra ele alacağız. Şimdiye kadar - tamamen giriş niteliğinde bir teori.

Gördüğünüz gibi, girişteki ve çıkıştaki ortak kablo aynı ortak teldir. İfade yok. Örnekler - çok sayıda stabilizatör "24V / 12V", "12V / 5V" vb. Gerilimi minimum ısı kaybıyla ve olabildiğince küçük olacak şekilde düşürmeniz gereken her yerde.

Anahtarlama güç kaynağı türleri

Anahtarlama veya anahtar, güç kaynakları artık doğrusal voltaj regülatörlerinden daha az yaygın değildir. Başlıca avantajları şunlardır: yüksek verimlilik, küçük boyutlar ve ağırlık, yüksek güç yoğunluğu. Bu, güç elemanlarının anahtar çalışma modunun kullanılması nedeniyle mümkün hale geldi. Anahtar modunda, çalışma noktası çoğu zaman I - V karakteristiğinin doygunluk bölgesinde veya kesme bölgesinde bulunur ve aktif (doğrusal) mod bölgesi çok kısa bir anahtarlama süresinde yüksek bir hızda geçer. Doygunluk durumunda, transistör üzerindeki voltaj sıfıra yakındır ve kesme modunda, transistördeki kayıpların oldukça küçük olması nedeniyle akım yoktur. Bu nedenle, anahtarlama transistöründe dağıtılan anahtarlama süresi boyunca ortalama güç, doğrusal regülatörlerden çok daha azdır. Güç anahtarlarındaki küçük kayıplar, radyatörlerin azalmasına veya tamamen ortadan kaldırılmasına neden olur.

Güç kaynaklarının ağırlık ve boyut özelliklerindeki gelişme, öncelikle 50 Hz frekansta çalışan bir güç transformatörünün güç kaynağı devresinden hariç tutulmasından kaynaklanmaktadır. Bunun yerine devreye, boyutları ve ağırlığı düşük frekanslı bir güç transformatöründen çok daha küçük olan yüksek frekanslı bir transformatör veya jikle eklenir.

Güç kaynaklarının değiştirilmesinin dezavantajları şunları içerir: devrenin karmaşıklığı, yüksek frekanslı gürültü ve parazitin varlığı, çıkış voltaj dalgalanmasında bir artış, çalışma moduna ulaşmak için uzun bir süre. Konvansiyonel (yani düşük frekanslı bir güç transformatörü ile) ve anahtarlamalı güç kaynaklarının karşılaştırmalı özellikleri Tablo 2.1'de gösterilmektedir.

Bu özelliklerin karşılaştırılması, güç kaynaklarının anahtarlanmasının verimliliğinin geleneksel (doğrusal) güç kaynaklarına kıyasla 1: 2 oranında ve güç yoğunluğunun 1: 4 oranında arttığını göstermektedir. Dönüşüm frekansında 20 kHz'den 200 kHz'e bir artışla, güç yoğunluğu 1: \u200b\u200b8 oranında artar, yani. neredeyse iki katına çıktı. Anahtarlama güç kaynakları ayrıca ani bir elektrik kesintisi durumunda daha uzun bir çıkış voltajı tutma süresine sahiptir.

Bunun nedeni, anahtarlama kaynağının ana redresöründe yüksek çalışma voltajına (400 V'a kadar) sahip büyük kapasitörlerin kullanılmasıdır. Bu durumda, kondansatörlerin boyutları ürün CU ile orantılı olarak büyür ve kondansatörün enerjisi CU 2 ile orantılıdır. Bu kapasitör enerjisi, güç kaynağını yaklaşık 30 ms çalışır durumda tutmak için yeterlidir, bu da ani bir elektrik kesintisi durumunda bilgisayarlarda bilgi tasarrufu için çok önemlidir.

Tablo 2.1 - Darbe ve doğrusal kaynakların karşılaştırılması

Aynı zamanda, anahtarlamalı güç kaynaklarındaki çıkış voltajının dalgalanması, bir anahtarlamalı konvertörün çalışması sırasında kısa darbelerin bastırılmasının karmaşıklığından kaynaklanan doğrusal güç kaynaklarından daha büyüktür. Bu kaynakların diğer özellikleri pratikte aynıdır.

IWEP inşaat yapısı... Şekil 2.1 ... 2.8'deki tüm çeşitli yapısal diyagramlarda, bir güç kademesinin varlığı zorunludur,

sabit bir voltajın başka bir sabite dönüştürülmesini gerçekleştirirken, geleneksel olarak darbe dönüştürücülerin giriş ve çıkış devrelerinin elektriksel izolasyonu (galvanik izolasyon) işlevini yerine getirdiğini ve darbe stabilizatörlerinin olmadığını varsayacağız. Dönüştürücülerin ve dengeleyicilerin güç aşamalarının işlevsel amacı aynıdır.

Geri besleme ile yapılan kompanzasyon tipinin IVEP'si, Şekil 2.1, Güç aşaması 3, kontrol girişine belirli zaman parametreleriyle bir dizi palsın verildiği, yaygın olarak kullanılır, DC voltajının birincil kaynak Ep çıkış voltajına Uн (kalın çizgiler IVEP güç devrelerini gösterir).

Genel durumda, bir IVEP, Uн voltajlı birkaç çıkış devresine sahip olabilir. Darbe amplifikatörü 2, yalnızca transistörler 3 için güç açısından kontrol darbelerini yükseltme işlevini değil, aynı zamanda darbe şekillendirme işlevini de yerine getirebilir: örneğin, itme-çekme voltaj dönüştürücüler için darbelerin zaman bölüşümünü gerçekleştirir. akım trafoları veya özel tip güç transistörleri ve dr. ile devreler 3 için kısa kontrol darbeleri oluşturur.

Şekil 2.1 - Darbe telafisi IVEP'in blok şeması

IVEP'in çalışmasını senkronize eden darbeler, modülatör 1 tarafından üretilir. DC çıkış voltajı Uн, referans voltajı Uref ile karşılaştırıldığı karşılaştırma devresinin 4 girişine beslenir. Uyumsuzluk (hata) sinyali, senkronizasyon darbelerinin zamanlama parametrelerini ayarlayan modülatör girişine beslenir. Uн gerilimindeki bir artış veya azalma, çıkış 4'teki uyumsuzluk sinyalinde bir değişikliğe ve giriş 1'deki darbeleri senkronize etme zamanlama parametrelerinde bir değişikliğe yol açar, bu da önceki gerilim değerinin Uн geri yüklenmesine neden olur, yani. stabilizasyonu. Bu nedenle, Şekil 2.1'deki şemaya göre yapılan IWEP, çıkış akımı In, giriş voltajı Ep, ortam sıcaklığı ve etki olduğunda çıkış voltajının değişmezliğini koruyan kompanzasyon tipinde stabilize edici bir darbe voltaj dönüştürücüsüdür. diğer istikrarsızlaştırıcı faktörlerin oranı değişir.

Şekil 2.2'deki çıkış voltajının değişmez (bazen parametrik olarak adlandırılır) stabilizasyonuna sahip bir IWEP düşünün.

Bu stabilizasyon yönteminin özü, Uн voltaj değerinin verilen değerden sapmasına neden olabilecek herhangi bir faktörün etkisi altında, kontrol darbelerinin zaman parametrelerinin değişmesi ve Uн'nin değişmeden kalmasına yol açması gerçeğinde yatmaktadır. Bununla birlikte, dengeleme dengeleyicilerinin aksine, bu durumda kontrol darbelerinin zaman özelliklerindeki değişiklik, kararsızlaştırıcı etkinin kendisinin sapmasının büyüklüğüne bağlıdır.

Şekil 2.2 - Darbeli parametrik IVEP'in blok diyagramı

Şekil 2.2'de, bu tür bir işlevsel bağımlılığı sağlayan jeneratör, 1 ile gösterilmektedir. Burada, kesikli çizgi, En'den Uн'nin değişmezlik yasasını sağlamak için En'in jeneratörün kontrol girişi ile bağlantısını göstermektedir.

Çıkış voltajında \u200b\u200bstabilizasyon olmadan ikincil güç kaynağı kaynakları, Şekil 2.3'te gösterilen şemaya göre yapılır. Darbe üreteci 1, sabit zaman parametreleri ile darbeler üretir. Açıktır ki, Uн geriliminin sabit kalması için, kararlı bir Ep gerilimine sahip olmak gerekir.

Şekil 2.3 - Stabilize edilmemiş bir IVEP'in blok diyagramı

Şekil 2.4'te sunulan IVEP, DC enerjinin çift dönüşümünü gerçekleştirir. Birinci güç aşaması 1, kural olarak, bir anahtarlama regülatörü, Ep voltajını stabilize voltaj Ep1'e dönüştürür. İkinci güç aşaması 2, voltajın galvanik izolasyonunu ve gerekirse Uн'un ek stabilizasyonunu sağlar. Genel durumda, telafi ve değişmez stabilizasyon sadece 1'de değil, aynı zamanda negatif geri besleme devrelerinin kesikli çizgileriyle gösterilen her iki aşamada da gerçekleştirilebilir. 1. ve 2. güç aşamaları, herhangi bir IVEP'in güç aşamalarının farklı sürümleri olabilir.

Şekil 2.4 - IVEP çift dönüşümünün blok diyagramı

Kademeli güç artışı olan bir IVEP bloğunun blok diyagramı Şekil 2.5'te gösterilmektedir. Çıkış gücünü artırmak için, 3 ... 5 aşamalarının paralel bağlantısı kullanılır.

Şekil 2.5 - Modüler IVEP'in blok şeması

Geleneksel IVEP'in, her birinin gücünü eşitlemek için özel önlemler kullanılmadan paralel bağlanması imkansız olduğundan, bu durumda, IEWP'nin çok fazlı yapısı ilkesi kullanılır. Modülatör-şekillendirici MF'nin sadece SS hata sinyalini karşılık gelen darbe dizisine dönüştürmekle kalmayıp, aynı zamanda çeşitli güç aşamalarında darbe sinyallerinin faz dağılımı işlevini de yerine getirmesi gerçeğinden oluşur. IEWP'nin bu tür çalışmasının bir sonucu olarak, farklı güç aşamalarının transistörlerinin güç anahtarlarının açık ve kapalı durumlarının zaman aşamaları zaman içinde aralıklıdır.

Değerlendirilen tüm IVEP devreleri, çeşitli parametrelere göre karşılaştırılabilir - çıkış voltajlarının kararlılığı, ağırlık ve boyut özellikleri, enerji göstergeleri, üretilebilirlik ve maliyet ile birleştirme olasılığı. Aynı zamanda, belirtilen gereksinimlere bağlı olarak aynı şema, bir dizi gösterge açısından optimal olmayabilir. Önceden en etkili olarak belirli bir plan seçmek imkansızdır, bu nedenle sunulan programların en genel özelliklerini dikkate almanız önerilir. Güç aşamalarının güvenilirliği, enerjisi, ağırlığı ve boyutlarının aynı olduğunu ve güce, çıkış voltajına ve dönüştürme frekansına eşit derecede bağlı olduğunu varsayacağız.

Çıkış voltajının en yüksek kararlılığı, Şekil 2.1'deki şemaya göre uygulanan IEWP'ye aittir, çünkü kontrol darbelerinin zaman parametrelerini etkileyen geri bildirim, doğrudan IEWP'nin çıkışından alınır. Şekil 2.4'te gösterilen IVEP devresi, SS'ye geri bildirim çıkıştan - Un alınırsa, çıkış voltajının yüksek bir kararlılığına da sahiptir. IVEP, Şekil 2.2'deki şemaya göre yapılan biraz daha kötü stabilite, ancak daha basit bir kontrol şemasına sahiptir. Bununla birlikte, endüktif ve aktif elemanlar 3 boyunca voltaj düşüşündeki değişiklik, yük akımı In değiştirildiğinde burada dikkate alınmaz. Ep gerilimindeki dengesizleştirici değişiklikler, ek bir doğrudan bağlantı (kesikli çizgi) eklenerek telafi edilebilir. Sadece voltaj Ep üzerindeki rahatsız edici etkinin değil, aynı zamanda yük akımı In, ortam sıcaklığı vb. Üzerindeki rahatsız edici etkilerin de değişmez stabilizasyonuna sahip IVEP'ler vardır, ancak bunlar yaygın olarak kullanılmamıştır. Şekil 2.3'teki şemaya göre yapılan IWEP, istikrarsızlaştırıcı faktörlerin etkisi altında herhangi bir geri bildirim olmaması nedeniyle en kötü kararlılığa sahiptir. IVEP devresi, Şekil 2.4, yukarıda belirtildiği gibi, prensipte çıkış voltajının yüksek bir kararlılığına sahip olabilir, ancak değişmez veya kompanzasyon kontrol kanallarının yokluğunda göstergeleri Şekil 2.3'teki devre ile aynıdır.

Şekil 2.2'deki IVEP devrelerinin kullanılması, güç anahtarları 3'teki voltaj düşüşünden birçok kez daha yüksek olan nispeten yüksek voltajlarda tercih edilir, çünkü gerekli fonksiyon 1'i elde etmek zordur, bu da voltaj düşüşündeki değişiklikleri hesaba katar. yük akımında ve ortam sıcaklığında dalgalanmalar olan bu anahtarlar.

Bu nedenle, IHEP'in çıkış geriliminin küçük olduğu (birkaç volt'u geçmediği) ve yük akımı, ortam sıcaklığı ve gerilim Ep'de önemli değişiklikler olduğu durumlarda, yapısal diyagramlara göre yapılan IHEP'in kullanılması gerekir (bkz. Şekiller 2.2,2.4,2.5) tazminat ilkesi düzenlemesi ile birlikte.

Şekil 2.2'deki devre, çıkış voltajının kararlılığı ve IHEP kontrol devresinin basitliği için değiş tokuş gereksinimlerini karşılamak için de kullanılabilir. Birincil voltaj sabitse ve SC'nin dahili elemanlarındaki voltaj düşüşündeki değişiklikler, Uн voltajını koruma doğruluğunu belirgin şekilde etkilemezse, daha basit IWEP kullanılır (Şekil 2.3 ve 2.5).

Verilen IVEP devreleri, bir ila yüzlerce volt arasında geniş bir birincil voltaj aralığında kullanılabilir. Bununla birlikte, yüksek birincil voltajlar için, elektrik enerjisinin çift dönüşümü, yüksek birincil DC voltajı Ep'nin CKI darbe dengeleyici tarafından Ep1'e düşürülmesini ve bunu birincil olarak kullanmayı mümkün kıldığı Şekil 2.4'teki IVEP devresi tavsiye edilebilir. CK2 darbe dönüştürücü. Bu durumda, CKI cihazına göre daha karmaşık bir cihaz olan CK2 dönüştürücü, eleman sayısında azalma, çalışma güvenilirliğinde artış ve enerjide iyileşme sağlayabilen hafif elektrik modlarında çalışır. dönüştürücünün performansı.

En büyük, en yoğun malzeme gerektiren ve mikrominiatürize edilmesi zor elemanlar, bobinler ve transformatörlerdir. IVEP programlarında, sayılarını en aza indirmek için çaba sarf etmek gerekir. Şekil 2.4'teki IVEP devresinde, çift enerji dönüşümü için, temelde gerekli endüktif elemanlara sahip iki güç kademesi gereklidir.

Aynı tip, birleşik IWEP'e dayalı olması gereken çeşitli güç kaynağı sistemleri oluşturmak için çıkış gücünde bir blok artış gerekir. Bu durumda, gerekli toplam çıkış gücünü elde etmek için paralel bağlantı olasılığı olan aynı tip üniteler kullanıldığında, elektronik ekipmanı besleyen IVEP'lerin geliştirilmesi ve üretilmesi tavsiye edilir. Sonuç olarak, ekonomik bir etki elde etmek mümkündür. Bu durumda, IVEP geliştirmenin ana hedeflerinden biri, mevcut güç kaynağı sistemlerinin tüm teknik ve ekonomik gereksinimlerini karşılaması gereken tek bir birimin gücünün ayrı bir değerinin seçilmesidir. Blok (çok fazlı) dönüştürücülerin bir başka avantajı, enerji aktarım işlemlerinin ayrı güç aşamalarının çıkışına zaman dağılımı ile açıklanan, çıkış filtrelerinin kapasitörlerinin toplam kapasitansındaki bir azalmadır. Ek olarak, çok fazlı dönüştürücüler, aynı birleşik bloklardan oluşan karmaşık güç kaynağı sistemleri için çeşitli seçenekler uygulamanıza izin verir.

Şekil 2.6, regüle edilmemiş bir ana şebeke doğrultucu 1 ve bir doğrultulmuş şebeke voltaj dönüştürücü içeren bir IVEP diyagramını gösterir. Dönüştürücü, artırılmış bir frekansta (genellikle 20 ... 100 kHz) çalışan ayarlanabilir bir eviriciden 2, bir transformatör doğrultucu biriminden 3 ve bir yüksek frekans filtresinden 4 oluşur. Çıkış voltajını stabilize etmek için, bir kontrol devresi 5 kullanılır.

Şekil 2.6 - Düzenlenmiş bir invertörlü darbeli bir IVEP'in blok diyagramı

Kontrol devresi, çıkış voltajı Uн ile referans kaynağı 6'nın voltajını karşılaştırır. Hata sinyali olarak adlandırılan bu voltajların farkı, kontrollü invertörün frekansını (f \u003d var) veya darbelerin görev döngüsünü ayarlamak için kullanılır. sabit frekanslarında (g \u003d var). Tek uçlu bir transformatör invertörüne dayanan bir dönüştürücü, tek uçlu bir transformatör dönüştürücü - TOK olarak adlandırılır. İtme-çekme transformatörü invertörüne dayanan bir dönüştürücü, itme-çekme transformatörü dönüştürücü - TDK olarak adlandırılır.

Şekil 2.7, ayarlanabilir bir ana şebeke doğrultucu 1 ve düzensiz bir invertör 2 ile IVEP'in bir diyagramını göstermektedir. Bu devrenin geri kalan düğümleri, önceki diyagramlarla aynı amaca sahiptir. Bu blok diyagramın ayırt edici bir özelliği, düzensiz bir invertörün (NI) kullanılmasıdır. Bu devrede çıkış voltajının stabilizasyonu, genellikle faz kontrollü tristörlerde gerçekleştirilen 1 kullanılarak dönüştürücü girişindeki voltajın düzenlenmesi ile sağlanır.

Şekil 2.7 - Ayarlanabilir ana şebeke doğrultuculu darbeli bir IVEP'in blok diyagramı

Şekil 2.6'da gösterilen devre için, eviricinin, tek fazlı bir ağ için yaklaşık 311 V ve üç fazlı bir ağ için yaklaşık 530 V'luk bir maksimum değere sahip olan doğrultulmuş şebeke voltajında \u200b\u200bçalışmak üzere tasarlanması gerektiği bir özelliktir. Ek olarak, eviricinin (2) darbelerinin frekansındaki veya görev döngüsündeki bir değişiklik, çıkış geriliminin filtrelenmesinde bir bozulmaya yol açar. Sonuç olarak, filtrenin (4) ağırlığı ve boyutları bozulur, çünkü parametreleri yükteki akımın sürekli olması koşuluyla minimum görev döngüsü g min esas alınarak hesaplanır.

Şekil 2.7'deki devrenin olumlu özellikleri, gerilim dönüştürme işlevi ile Uн çıkış geriliminin dengelenmesinin birleşimidir. Bu, kontrol edilen tuşların sayısı azaldığından, kontrol devresinin 5 basitleştirilmesini mümkün kılar. Ek olarak, bir duraklama olması, inverter anahtarlarındaki geçiş akımlarını ortadan kaldırmanıza izin verir. Devrenin avantajı, invertörün düşük bir giriş voltajında \u200b\u200bçalışmasını sağlama yeteneğidir (genellikle 1.5 ... 2 kat, yani 130 ... 200V'a kadar azaltılır). Bu, transistör invertörünün tuşlarının çalışmasını büyük ölçüde kolaylaştırır. Bu devrenin bir başka avantajı, invertörün, çıkış voltajının filtrelenmesini büyük ölçüde basitleştiren, darbelerin maksimum görev döngüsü gmax ile çalışmasıdır. Her iki programın verimliliği ve güç yoğunluğunun incelenmesi, bu göstergelerin önemsiz bir şekilde farklı olduğunu gösterdi.

Düzenlenmemiş doğrultucu 1 ile çok kanallı IVEP'in diyagramları Şekil 2.8 ve 2.9'da gösterilmektedir. Şekil 2.8'deki devrede, ayrı kanallarda düzensiz bir invertör 2 ve bireysel stabilizatörler 5 ... 7 kullanılır. Bu blok diyagram, az sayıda çıkış kanalıyla kullanılabilir. Çıkış kanallarının sayısı arttıkça devre ekonomik olmaz.

Şekil 2.8 - Bireysel stabilizasyona sahip çok kanallı bir IVEP'in blok diyagramı

Şekil 2.9'da gösterilen devre, çıkış voltajının grup stabilizasyonu prensibine göre çalışır. Bunu yapmak için, kanalların en güçlülerinin voltajı tarafından kontrol edilen düzenlenmiş bir invertör kullanır. Bu durumda, diğer kanallardaki çıkış voltajlarının stabilizasyonu, negatif geri besleme kapsamında olmadıkları için bozulur. Diğer kanallarda voltaj stabilizasyonunu iyileştirmek için, Şekil 2.8'deki şemada olduğu gibi ek ayrı stabilizatörler kullanabilirsiniz.

Şekil 2.9 - Grup stabilizasyonu ile IVEP'in blok diyagramı

Makale, günümüzde tüm modern elektronik cihazlarda ve ev yapımı ürünlerde yaygın olarak kullanılan güç kaynaklarının (bundan sonra UPS olarak anılacaktır) değiştirilmesi hakkındadır.
KGK'nın çalışmasının altında yatan temel ilke, şebeke alternatif voltajını (50 Hertz) gerekli değerlere dönüştürülen, düzeltilen ve filtrelenen dikdörtgen şeklinde alternatif yüksek frekanslı bir voltaja dönüştürmektir.
Dönüşüm, birlikte bir RF dönüştürücü devresi oluşturan anahtar ve darbe transformatörü modlarında çalışan güçlü transistörler kullanılarak gerçekleştirilir. Devre tasarımına gelince, dönüştürücüler için iki seçenek vardır: Birincisi, bir darbe otomatik jeneratörünün şemasına göre gerçekleştirilir ve ikincisi, harici kontrolle yapılır (çoğu modern elektronik cihazda kullanılır).
Konvertörün frekansı genellikle ortalama olarak 20 ila 50 kilohertz arasında seçildiğinden, darbe transformatörünün boyutları ve sonuç olarak tüm güç kaynağı en aza indirgenmiştir, bu da modern ekipman için çok önemli bir faktördür.
Harici kontrole sahip bir darbe dönüştürücünün basitleştirilmiş bir diyagramı, aşağıya bakın:

Dönüştürücü, bir transistör VT1 ve bir transformatör T1 üzerinde yapılır. Şebeke filtresinden (SF) şebeke gerilimi, doğrultulduğu ana şebeke redresöre (SV) beslenir, filtre kondansatörü Cf tarafından filtrelenir ve T1 transformatörünün W1 sargısı vasıtasıyla transistör VT1 kollektörüne beslenir. Transistörün temel devresine dikdörtgen bir darbe beslendiğinde, transistör açılır ve içinden artan bir akım Ik akar. Aynı akım, T1 transformatörünün W1 sargısından geçecek ve bu, transformatörün çekirdeğindeki manyetik akının artmasına neden olurken, kendinden indüksiyonun EMF'si, transformatörün sekonder sargısında W2 indüklenir. Sonuçta, VD diyotunun çıkışında pozitif bir voltaj görünecektir. Üstelik transistör VT1'in tabanına uygulanan darbenin süresini arttırırsak sekonder devredeki gerilim artacaktır çünkü daha fazla enerji verilecek ve süreyi kısaltırsak gerilim buna göre azalacaktır. Böylece, transistörün temel devresindeki darbe süresini değiştirerek, ikincil sargı T1'in çıkış voltajlarını değiştirebilir ve dolayısıyla PSU'nun çıkış voltajlarını stabilize edebiliriz.
Bunun için gerekli olan tek şey, tetik darbeleri oluşturacak ve sürelerini (enlem) kontrol edecek bir devredir. Böyle bir devre olarak bir PWM kontrolörü kullanılır. PWM, Darbe Genişlik Modülasyonu anlamına gelir. PWM kontrolörü, bir ana darbe üreteci (dönüştürücü çalışmasının frekansını belirler), koruma ve kontrol devreleri ve darbe süresini kontrol eden bir mantık devresi içerir.
UPS'nin çıkış voltajlarını stabilize etmek için, PWM kontrolör devresi çıkış voltajlarının değerini "bilmelidir". Bu amaçlar için, bir optokuplör U1 ve bir direnç R2 üzerinde yapılan bir izleme devresi (veya bir geri besleme devresi) kullanılır. Transformatör T1'in ikincil devresindeki voltajdaki bir artış, LED'in radyasyon yoğunluğunda bir artışa ve dolayısıyla fototransistör bağlantısının (optocoupler U1'e dahil) direncinde bir azalmaya yol açacaktır. Bu da, fototransistör ile seri olarak bağlanan direnç R2 boyunca voltaj düşüşünde bir artışa ve PWM kontrol cihazının 1 pimindeki voltajda bir azalmaya yol açacaktır. Gerilimin düşürülmesi, PWM kontrol cihazının bir parçası olan mantık devresinin, 1. pimdeki gerilim belirtilen parametrelere karşılık gelene kadar darbe süresini artırmasına neden olur. Voltaj düşüşü ile süreç tersine çevrilir.
UPS, izleme devrelerinin 2 prensibini kullanır - "doğrudan" ve "dolaylı". Geri besleme voltajı doğrudan ikincil redresörden alındığından, yukarıda açıklanan yönteme "doğrudan" denir. "Dolaylı" izleme ile, geri besleme voltajı darbe transformatörünün ek sargısından çıkarılır:

Sargı W2'deki voltajdaki bir azalma veya artış, sargı W3'teki voltajda bir değişikliğe yol açacaktır, bu da direnç R2 aracılığıyla PWM kontrol cihazının pim 1'ine uygulanır.
Sanırım bunu izleme devresi ile anladık, şimdi UPS yükünde kısa devre (kısa devre) gibi bir duruma bakalım. Bu durumda, UPS'in sekonder devresine verilen tüm enerji kaybolacak ve çıkış voltajı pratikte sıfır olacaktır. Buna göre PWM kontrol devresi, bu voltajın seviyesini uygun değere yükseltmek için darbe süresini artırmaya çalışacaktır. Sonuç olarak, transistör VT1 açık durumda daha uzun süre kalacak ve içinden geçen akım artacaktır. Sonunda, bu, bu transistörün arızalanmasına yol açacaktır. UPS, bu tür anormal durumlarda aşırı akıma karşı dönüştürücünün transistörünü korur. Kollektör akımının Ik aktığı devreye seri olarak bağlanmış bir direnç R korumasına dayanır. Transistör VT1'den akan Ik akımındaki bir artış, bu direnç boyunca voltaj düşüşünde bir artışa yol açacaktır ve bu nedenle, PWM kontrol cihazının pim 2'sine sağlanan voltaj da azalacaktır. Bu voltaj, transistörün izin verilen maksimum akımına karşılık gelen belirli bir seviyeye düştüğünde, PWM kontrol cihazının mantık devresi, pim 3'te darbe üretmeyi durduracak ve güç kaynağı koruma moduna geçecek veya başka bir deyişle dönecektir. kapalı.
Konunun sonunda UPS'in avantajlarını daha detaylı anlatmak istiyorum. Daha önce de belirtildiği gibi, darbe dönüştürücünün frekansı oldukça yüksektir ve bu nedenle, darbe transformatörünün genel boyutları azalır, bu da kulağa paradoksal olarak gelse de, UPS'nin maliyetinin geleneksel güç kaynağı biriminden daha az olduğu anlamına gelir. Manyetik devre için metal ve sargılar için bakır sarfiyatı daha az olduğundan KGK içerisindeki parça sayısı artmaktadır. UPS'in avantajlarından bir diğeri, geleneksel bir güç kaynağına kıyasla, ikincil redresör filtresinin kapasitörünün kapasitansının küçük olmasıdır. Kapasitede azalma, frekansın artırılmasıyla mümkün olmuştur. Ve son olarak, anahtarlama güç kaynağının verimliliği% 85'e ulaşır. Bunun nedeni, UPS'in elektrik şebekesinden yalnızca dönüştürücünün açık transistörü sırasında güç tüketmesi, kapatıldığında, ikincil devre filtresinin kapasitörünün deşarjı nedeniyle yüke enerji verilmesidir.
Dezavantajlar, UPS devresinin karmaşıklığını ve UPS'in kendisi tarafından yayılan dürtü gürültüsündeki artışı içerir. Gürültüdeki artış, dönüştürücünün transistörünün anahtar modunda çalışmasından kaynaklanmaktadır. Bu modda, transistör, transistörün geçici işlemlerinin anlarında meydana gelen bir dürtü gürültüsü kaynağıdır. Bu, anahtar modunda çalışan herhangi bir transistörün dezavantajıdır. Ancak transistör düşük voltajlarla çalışıyorsa (örneğin, 5 voltluk bir voltajla transistör mantığı) bu korkutucu değildir, bizim durumumuzda transistörün kollektörüne uygulanan voltaj yaklaşık 315 volttur. Bu parazitle mücadele etmek için UPS, geleneksel bir güç kaynağına göre daha gelişmiş hat filtre devreleri kullanır.

Bir burçlu doğrusal eleman üzerindeki aşırı dengesiz voltajın sönümlenmesini varsayan geleneksel doğrusal güç kaynaklarından farklı olarak, darbeli güç kaynakları, stabilize bir voltaj oluşturmak için diğer yöntemleri ve fiziksel olayları kullanır, yani: endüktans bobinlerinde enerji depolamanın etkisi ve yüksek frekanslı dönüşüm olasılığı ve depolanan enerjinin sabit basınca dönüştürülmesi. Darbeli güç kaynakları oluşturmak için üç tipik şema vardır: artan (çıkış voltajı girişten daha yüksektir) şek. bir,

İncir. 1. Yükseltici anahtarlama güç kaynağı (Uout\u003e Uin).

düşürme (çıkış voltajı girişten daha düşüktür)

İncir. 2. Kademeli anahtarlama güç kaynağı (Uout

Kademeli anahtarlama güç kaynağı (Uout

İncir. 3. Anahtarlama güç kaynağını ters çevirme (Uout

Şekilden de görebileceğiniz gibi, sadece endüktansı bağlama şeklinde farklılık gösterirler, aksi takdirde çalışma prensibi değişmeden kalır.

Yaklaşık 20-100 kHz frekansta çalışan anahtar eleman (genellikle iki kutuplu veya MOS transistörler kullanılır), kısa bir süre için periyodik olarak (sürenin% 50'sinden fazla olmamak üzere), indüktöre tam bir giriş dengesiz voltajı uygular. Darbe akımı. Bobinden aynı anda akan, her darbede manyetik alanında 1 / 2LI ^ 2 enerji birikimi sağlar. - bobinden bu şekilde tasarruf edilen enerji yüke aktarılır (doğrudan, bir doğrultucu diyot kullanılarak veya müteakip düzeltme ile ikincil sargı yoluyla), çıkış yumuşatma filtresinin kondansatörü, çıkış voltajının ve akımının sabitliğini sağlar. . Çıkış voltajının stabilizasyonu, anahtar eleman üzerindeki genişliğin veya darbe tekrarlama oranının otomatik olarak ayarlanmasıyla sağlanır (çıkış voltajını izlemek için bir geri besleme devresi kullanılır).

Bu, oldukça karmaşık olsa da, şema tüm cihazın verimliliğini önemli ölçüde artırabilir. Gerçek şu ki, bu durumda, yükün kendisine ek olarak, devrede önemli gücü dağıtan hiçbir güç elemanı yoktur. Anahtar transistörler doymuş bir anahtar modunda çalışır (yani, üzerlerindeki voltaj düşüşü küçüktür) ve gücü yalnızca oldukça kısa zaman aralıklarında (darbe süresi) dağıtır. Ayrıca dönüştürme sıklığını artırarak gücü önemli ölçüde artırmak, ağırlık ve boyut özelliklerini iyileştirmek mümkündür.

Darbeli güç kaynaklarının önemli bir teknolojik avantajı, çok çeşitli ekipmanlara güç sağlamak için ağdan galvanik izolasyonlu küçük boyutlu ağ güç kaynaklarını temel alarak inşa etme yeteneğidir. Bu tür güç kaynakları, yüksek frekans dönüştürücü devresine göre hacimli bir düşük frekanslı güç transformatörü kullanılmadan inşa edilir. Bu, aslında, giriş voltajı olarak rektifiye edilmiş bir şebeke voltajının ve bir depolama olarak yüksek frekanslı bir transformatörün (küçük boyutlu ve yüksek verimli) kullanıldığı, voltaj düşüşü olan tipik bir darbeli MT devresidir. çıkış stabilize voltajı uzaklaştırılan sekonder sargısından eleman (bu transformatör ayrıca şebekeden galvanik izolasyon sağlar).

Darbeli güç kaynaklarının dezavantajları şunları içerir: çıkışta yüksek düzeyde darbe gürültüsü, yüksek karmaşıklık ve düşük güvenilirlik (özellikle el sanatları üretiminde), pahalı yüksek voltajlı yüksek frekanslı bileşenlerin kullanılması ihtiyacı, en ufak bir arıza durumunda, kolayca "hep birlikte" başarısız olur (Bu genellikle etkileyici piroteknik etkilerle birlikte görülür). Ağ darbeli güç kaynaklarını tasarlarken bir tornavida ve bir lehim havyası ile cihazların içine girme hayranları, bu tür devrelerin birçok elemanı yüksek voltaj altında olduğundan son derece dikkatli olmalıdır.

Giriş

Güç kaynaklarının değiştirilmesi artık kendinden emin bir şekilde eski doğrusal güç kaynaklarının yerini alıyor. Bunun nedeni, doğal yüksek performansları, kompaktlıkları ve gelişmiş stabilizasyon performanslarıdır.

Son yıllarda elektronik ekipmanın güç kaynağı ilkelerinden geçen bu hızlı değişikliklerle, anahtarlamalı güç kaynaklarının hesaplanması, yapımı ve kullanımı hakkındaki bilgiler gittikçe daha alakalı hale geliyor.

Son zamanlarda, elektronik ve radyo mühendisliği alanındaki ve endüstriyel üretimdeki uzmanlar arasında, anahtarlama güç kaynakları özel bir popülerlik kazanmıştır. Tipik hacimli transformatörü terk etme ve küçük boyutlu anahtarlamalı güç kaynakları, voltaj dönüştürücüleri, dönüştürücüler, invertörler tasarımlarına geçme eğilimi vardır.

Genel olarak, güç kaynaklarının değiştirilmesi konusu oldukça alakalı ve ilginçtir ve güç elektroniğinin en önemli alanlarından biridir. Bu elektronik alanı umut verici ve hızla gelişiyor. Ve ana hedefi, güvenilirlik, kalite, dayanıklılık, ağırlık, boyut, enerji ve malzeme tüketiminin en aza indirilmesi için modern gereksinimleri karşılayan güçlü güç kaynağı cihazlarının geliştirilmesidir. Her türlü bilgisayar, ses, video ekipmanı ve diğer modern cihazlar da dahil olmak üzere hemen hemen tüm modern elektroniklerin, bu güç alanının daha da gelişmesinin uygunluğunu bir kez daha teyit eden kompakt anahtarlama güç kaynakları tarafından çalıştırıldığı unutulmamalıdır. gereçler.

Anahtarlama güç kaynaklarının çalışma prensibi

Anahtarlama güç kaynağı bir inverter sistemidir. Güç kaynaklarının değiştirilmesinde, önce AC giriş voltajı düzeltilir. Elde edilen sabit voltaj, ya transformatöre (şebekeden galvanik izolasyonlu darbeli güç kaynakları olması durumunda) veya doğrudan çıkış düşük geçiş filtresine (darbeli olarak) beslenen, artan frekanslı dikdörtgen darbelere ve belirli bir görev döngüsüne dönüştürülür. galvanik izolasyonsuz güç kaynakları). Darbeli güç kaynaklarında, küçük boyutlu transformatörler kullanılabilir - bunun nedeni, frekansın artmasıyla birlikte, transformatörün verimliliğinin artması ve çekirdeğin boyutları (enine kesit) için gerekenlerin iletilmesidir. eşdeğer güç azalması. Çoğu durumda, bu tür bir çekirdek, elektrik çeliğinin kullanıldığı düşük frekanslı transformatörlerin çekirdeklerinin aksine, ferromanyetik malzemelerden yapılabilir.

Şekil 1 - Anahtarlamalı bir güç kaynağının blok şeması

Şebeke gerilimi redresöre verilir ve ardından kapasitif bir filtre ile düzeltilir. Gerilimi artan filtre kapasitöründen, transformatör sargısı boyunca doğrultulmuş gerilim, bir anahtar görevi gören transistörün toplayıcısına beslenir. Kontrol cihazı, transistörün periyodik olarak açılıp kapanmasını sağlar. Güç kaynağı ünitesinin güvenilir bir şekilde başlatılması için, bir mikro devre üzerinde yapılmış bir ana osilatör kullanılır. Darbeler, anahtar transistörün tabanına beslenir ve osilatör döngüsünün başlamasına neden olur. Kontrol cihazı, çıkış voltajı seviyesinin izlenmesinden, bir hata sinyali üretilmesinden ve çoğu zaman doğrudan anahtarı kontrol etmekten sorumludur. Ana osilatör mikro devresinin güç kaynağı, doğrudan depolama kapasitörünün girişinden bir direnç zinciri tarafından gerçekleştirilir ve voltajı referans kapasitans ile stabilize eder. Ana osilatör ve ikincil devrenin anahtar transistörü, optocoupler'ın çalışmasından sorumludur. Optokuplörün çalışmasından sorumlu transistörler ne kadar açıksa, geri besleme darbelerinin genliği o kadar küçük, güç transistörü o kadar erken kapanacak ve transformatörde o kadar az enerji birikecek ve bu da kaynak çıkışındaki voltaj artışına neden olacaktır. durdurmak için. Optokuplörün çıkış voltajlarının regülatörü ve kontrolörü olarak önemli bir rol oynadığı güç kaynağının çalışma modu geldi.

Endüstriyel bir güç kaynağının özellikleri, geleneksel bir ev güç kaynağına göre daha katıdır. Bu, yalnızca güç kaynağının girişinde yüksek üç fazlı bir voltajın hareket ettiği gerçeğinde değil, aynı zamanda endüstriyel güç kaynaklarının, giriş voltajının nominal değerden önemli bir sapma ile çalışır durumda kalması gerektiği gerçeğinde de ifade edilir. voltaj düşüşleri ve dalgalanmalarının yanı sıra bir veya birkaç fazın kaybı.

Şekil 2 - Anahtarlamalı bir güç kaynağının şematik diyagramı.

Şema aşağıdaki gibi çalışır. Üç fazlı giriş, üç telli, dört telli veya hatta tek fazlı olabilir. Üç fazlı doğrultucu, D1 ila D8 diyotlarından oluşur.

Dirençler R1 - R4 aşırı gerilim koruması sağlar. Aşırı yük koruma dirençlerinin kullanılması, ayrı sigorta bağlantılarının kullanılmasını gereksiz kılar. Düzeltilmiş giriş voltajı, C5, C6, C7, C8 ve L1'den oluşan U-şekilli bir filtre ile filtrelenir.

Dirençler R13 ve R15, giriş filtresi kapasitörlerindeki voltajı eşitler.

U1 mikro devresinin MOSFET'i açıldığında, Q1'in kaynak potansiyeli azalır, kapı akımı sırasıyla R6, R7 ve R8 dirençleri tarafından sağlanır, VR1 ... VR3 geçişlerinin kapasitansı Q1'i açar. Zener diyot VR4, Q1'e uygulanan kaynak kapısı voltajını sınırlar. MOSFET U1 kapandığında, boşaltma voltajı sınırlama devresi VR1, VR2, VR3 tarafından 450 volt ile sınırlandırılır. Sargının sonundaki herhangi bir ek voltaj Q1 boyunca dağılacaktır. Bu bağlantı, toplam düzeltilmiş gerilimi Q1 ve U1 arasında etkin bir şekilde dağıtır.

Absorpsiyon zinciri VR5, D9, R10, geri dönüş sırasında transformatörün kaçak indüksiyonu nedeniyle oluşan birincil sargıdaki aşırı gerilimi emer.

Çıkış düzeltme, D1 diyotu tarafından gerçekleştirilir. C2 - çıkış filtresi. L2 ve C3, çıkış voltajı seğirmesini azaltmak için ikinci bir filtre aşaması oluşturur.

Çıkış voltajı, VR6 ve optocoupler arasındaki düşüşü aştığında VR6 iletmeye başlar. Çıkış voltajındaki bir değişiklik, optocoupler U2'nin diyotundan geçen akımda bir değişikliğe neden olur ve bu da optocoupler transistor U2 yoluyla akımda bir değişikliğe neden olur. Bu akım U1'in FB pinindeki eşiği aştığında, bir sonraki görev döngüsü atlanır. Çıkış voltajının ayarlanan seviyesi, kaçırılan ve mükemmel çalışma döngülerinin sayısı ayarlanarak korunur. Görev döngüsü başladığında, U1 mikro devresinden geçen akım ayarlanan dahili limite ulaştığında sona erecektir. R11, optokuplör aracılığıyla akımı sınırlar ve geri besleme kazancını ayarlar. Direnç R12, VR6 önyargılıdır.

Bu devre, U1 (LNK304) içerisine yerleşik fonksiyonlar sayesinde açık döngü geri beslemesine, çıkışta kısa devreye, aşırı yüke karşı korumalıdır. Mikro devreye doğrudan tahliye piminden güç verildiğinden, ayrı bir güç sargısına gerek yoktur.

Güç kaynaklarının anahtarlanmasında, negatif geri besleme ile voltaj stabilizasyonu sağlanır. Geri bildirim, giriş voltajındaki dalgalanmalardan ve yükün büyüklüğünden bağımsız olarak çıkış voltajının nispeten sabit bir seviyede tutulmasına izin verir. Geri bildirim çeşitli şekillerde organize edilebilir. Şebekeden galvanik izolasyonlu güç kaynaklarının anahtarlanması durumunda, en yaygın yöntemler, transformatörün çıkış sargılarından biri aracılığıyla iletişim kullanmak veya bir optokuplör kullanmaktır. Geri besleme sinyalinin değerine bağlı olarak (çıkış voltajına bağlı olarak), PWM kontrol cihazının çıkışındaki palsların görev döngüsü değişir. İzolasyon gerekmiyorsa, genellikle basit bir dirençli voltaj bölücü kullanılır. Böylece, güç kaynağı sabit bir çıkış voltajı sağlar.