Структурная схема импульсного источника питания: 2.3. Структурная схема. Импульсные блоки питания для IBM PC — Мир Антенн

Содержание

2.3. Структурная схема. Импульсные блоки питания для IBM PC

Читать «Импульсные блоки питания для IBM PC» — Куличков Александр Васильевич — Страница 2

• источники бестрансформаторного питания (ИБП) мощностью до 500 Вт имеют существенно более высокие массогабаритные характеристики по сравнению с аналогами, изготовленными на основе сетевых трансформаторов;

• обмотки трансформаторов ВЧ колебаний ИБП имеют более высокую плотность тока, при их изготовлении используется гораздо меньше цветного металла, что приводит к снижению затрат на производство и на исходные материалы;

• высокая индукция насыщения и малые удельные потери материалов сердечников ВЧ трансформаторов позволяют создавать ИБП с общим КПД, превышающим 80 %, что в обычных источниках недостижимо;

• широкие возможности по автоматической регулировке номиналов выходных вторичных напряжений посредством воздействия на первичные цепи ВЧ преобразователя.

Рассмотрим несколько примеров структурных схем построения ИБП с напряжением первичной сети 220 В, 50 Гц.

На рис. 1.1 представлена структурная схема импульсного источника питания, выполненного по достаточно традиционной схеме.

Рис. 1.1. Структурная схема нерегулируемого импульсного источника питания

Выпрямитель, фильтр и стабилизатор, имеющиеся во вторичной цепи данного источника питания, построены на основе узлов, встречающихся в обычных источниках электропитания. Названия этих узлов раскрывает их назначение и не нуждается в пояснении. Способ реализации стабилизатора (линейный или импульсный) в данном случае не так важен по сравнению с его присутствием в качестве отдельного функционального узла. Вторичная цепь электропитания в различных вариантах исполнения источника может быть дополнена еще одним фильтром, который устанавливается между стабилизатором и нагрузкой. Основными узлами первичной цепи являются: входной фильтр, выпрямитель сетевого напряжения и ВЧ преобразователь выпрямленного питающего напряжения с трансформатором TV.

Необходимость использования входного фильтра обусловлена тем, что, во-первых, этот фильтр должен устранять резкие кратковременные скачки питающего напряжения и импульсные помехи, вызванные работой расположенных поблизости импульсных устройств (ВЧ помехи) или возникающие в момент подключения или отключения от сети смежных нагрузок. Во-вторых, фильтр должен эффективно устранять помехи, проникающие в сеть непосредственно от используемого источника питания.

ВЧ трансформаторы, применяемые в ИБП, являются преобразователями импульсных колебаний с полосой частот до нескольких (если не выше) мегагерц. Передача энергии трансформатором имеет двухсторонний характер. В направлении сеть – нагрузка происходит передача колебаний ВЧ преобразователя. В обратном же направлении, то есть нагрузка – преобразователь – сеть, могут передаваться помехи, возникающие при работе нагрузочных цепей. Если, например, ИБП установлен в вычислительной системе, то эти помехи могут содержать элементы информационных составляющих обрабатываемых данных.

Причем, как правило, в направлении сеть – нагрузка трансформатор действует как понижающий, и, следовательно, в обратном направлении он работает как повышающий. Если входной фильтр не установлен, то помехи, возникающие непосредственно в устройстве, будут эффективно транслироваться в сеть с частью информационной составляющей. Таким образом, входной фильтр применяется не только для устранения паразитного эффекта обратной трансформации, но и для защиты от утечки информации.

В импульсном источнике питания (см. рис. 1.1) используется каскад ВЧ преобразователя автогенераторного типа, режим автоколебаний которого определяется только значением номиналов его собственных элементов и не регулируется.

Источник питания, выполненный по схеме, приведенной на рис. 1.1, может дополнительно включать в себя датчик перегрузки, который воздействует либо на стабилизатор, либо на ВЧ преобразователь, блокируя его работу до момента устранения причины неисправности.

При правильном подборе элементной базы источник, изготовленный по данной схеме, прост в реализации – в этом его главное преимущество, однако из-за сравнительно низкого КПД используется редко. Падение КПД будет происходить при увеличении числа вторичных каналов различных напряжений, так как для каждого из них потребуется отдельный стабилизатор напряжения. Существенным недостатком схемы может быть и очень высокая чувствительность автогенераторов, совмещенных с силовым каскадом ИБП, к величине нагрузки. Ее изменение может привести к срыву ВЧ колебаний и нестабильности работы источника питания подобного рода.

Структурная схема сетевого источника питания, построенного с учетом оптимальных принципов регулирования выходного напряжения, представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Структурная схема регулируемого импульсного источника питания

Принципиальное отличие данной структурной схемы от предыдущей заключается в отсутствии стабилизатора вторичного напряжения. Кроме того, в нее добавлены измерительная цепь, задающий генератор, схема управления, а также изменены функции каскада ВЧ преобразователя. Силовой каскад работает в режиме усилителя мощности колебаний, поступающих со схемы управления. Его нагрузкой является ВЧ трансформатор. Здесь ВЧ преобразователем можно назвать совокупность следующих узлов: задающий генератор, схема управления, ВЧ усилитель мощности, ВЧ трансформатор (TV). Источник, выполненный в соответствии со структурной схемой, приведенной на рис. 1.2, одновременно осуществляет две функции – преобразование и стабилизацию напряжения. Схема управления включает в себя широтно-импульсный модулятор и полностью определяет режим работы УМ. Выходное напряжение схемы управления имеет форму прямоугольных импульсов. Изменение длительности паузы между этими импульсами регулирует поступление энергии во вторичную цепь. Исходные параметры для работы схемы управления – это сигналы ошибки, поступающие от измерительной цепи, в которой производится сравнение эталонного значения напряжения с реальным, присутствующим в данный момент на нагрузке. По сигналу ошибки схема управления изменяет длительность паузы между импульсами в сторону ее увеличения или уменьшения, в зависимости от величины отклонения реального значения напряжения от номинального. В частности, в схему управления может входить узел защиты каскада УМ от перегрузки и короткого замыкания.

Наличие ШИМ передаваемого напряжения предъявляет определенные требования к параметрам и построению сглаживающего фильтра выпрямленного вторичного напряжения. Первым элементом данного фильтра после выпрямителя должна быть катушка индуктивности в каждом канале вторичного напряжения.

На схеме, показанной на рис. 1.2, представлена структура одноканальной системы питания, реальные же источники имеют, как правило, несколько вторичных каналов с различной нагрузочной способностью. Измерительная цепь в таких случаях подключается к каналу с самым большим потреблением. Стабилизация остальных каналов производится с помощью отдельных стабилизаторов или методов регулирования, основанных на взаимодействии магнитных потоков. В других случаях применяются схемы выходных фильтров, выполненных на общем для всех выходных каналов магнитопроводе. Подстройка напряжения по не основным каналам может производиться в небольшом диапазоне и при относительно малых изменениях нагрузки. При описании практических схем реализации БП вопросы стабилизации вторичных напряжений одновременно по нескольким каналам будут рассмотрены более подробно.

1.2. Принципы построения бестрансформаторных источников питания

Прежде чем перейти к обсуждению практических схем источников питания рассмотрим несколько возможных вариантов построения отдельных функциональных узлов импульсных источников питания. Это позволит читателям лучше понять, почему при проектировании реальных схем предпочтение отдается тому или иному схемотехническому решению.

Импульсные источники питания — Энциклопедия по машиностроению XXL

Импульсные системы. Наряду с рассмотренными выше квазистационарными системами ведутся работы по созданию импульсных систем, основанных на серии периодически повторяемых взрывов малой мощности с удержанием энергии и продуктов взрыва в специальных камерах. Основные достоинства таких систем в сравнении с квазистационарными—меньшая опасность накопления примесей в плазме, уменьшающих время ее удержания, а также нечувствительность к неустойчивостям плазмы, время развития которых больше периода импульса.

Основные проблемы создания таких систем— импульсный характер энерговыделения, а также необходимость разработки мощных импульсных источников питания. [c.258]
Применение в полуавтоматах для сварки легких металлов, легированных сталей и сплавов импульсных источников питания дуги. [c.179]

Описаны способы и схемы зажигания газоразрядных приборов, входящих в состав излучателей лазеров. Рассмотрены различные способы преобразования источников напряжения в источники тока, поскольку внешняя характеристика последних обеспечивает устойчивое питание газового разряда и минимальные потери мощности при зарядке емкостных накопителей энергии, которые используются в импульсных источниках питания. Приведены схемы и основные расчетные соотношения для выбора элементов разрядного контура импульсного излучателя, зарядных устройств емкостных накопителей энергии. [c.4]

Импульсный источник питания ИПИ-2 работает следующим образом. При замыкании выключателя В1 напряжение сети предварительно поступает на блок зажигания МТ-2ПЖ и систему управления СУМ-10. Подача напряжения на силовой трансформатор Тр1 осуществляется через магнитный пускатель Р в момент нажатия [c.67]

Конструктивно АЭ представляет собой цилиндрический герметичный диэлектрический корпус 1 (рис. 8.1) с электродными узлами 2, на которые напаяны лепестки для подключения к высоковольтному импульсному источнику питания, и концевыми стеклянными секциями 3 с оптическими окнами 4 для выхода лазерного излучения. Для устранения паразитной связи выходного излучения с активной средой угол [c.201]

Реализация системы регулирования МЭЗ, работающей в диск-кретном режиме, с использованием импульсных источников питания при обработке на зазорах менее 0,05 мм в соответствии с циклограммой (см. рис. 72) предъявляет более высокие требования к точности работы исполнительного привода, блоку индикации касания электродов, логическим элементам и другим звеньям системы управления. Практика показывает, что современный уровень техники позволяет успешно решать эти задачи. [c.141]

Источники технологического напряжения, выполненные на базе автономных инверторов. Среди различных схем получения импульсного технологического напряжения заслуживают внимания схемы инвертирования тока, которые являются перспективными для построения импульсных источников питания для размерной ЭХО. К преимуществам инверторных схем следует отнести возможность плавного изменения в широком диапазоне [c.167]

Институтом электросварки имени Е. О. Патона разработаны генераторы импульсов ГИ-1 и импульсные источники питания ИИП-1, ИИП-2., [c.109]

Импульсный источник питания ИИП-1 предназначен для управления плавлением электрода, химическим составом наплавленного металла, формой и размерами сварных швов. Принцип действия его заключается в подаче на дугу кратковременных импульсов тока большой величины. Аппарат ИИП-1 включается в цепь трехфазного переменного тока напряжением 380 В. Амплитуда тока — от 450 до 850 А длительность импульсов — 1,5—2 мс потребляемая мощность 5 кВА. [c.87]

Условием стабильного течения процесса является равенство скорости подачи и общей скорости плавления электрода за один цикл (импульс + пауза). Поэтому при импульсном источнике питания мелкокапельный перенос получается при меньших плотностях тока, чем для обычного процесса. При этом параметры импульсов, частота которых находится в пределах 90—100 Гц, обеспечивают перенос одной капли за импульс. [c.383]

Импульсные источники питания применяются для повышения устойчивости. сварочной дуги, облегчения зажигания дуги, ускорения переноса электродного металла в зону дуги и уменьшения размеров переносимых капель металла. [c.31]

Технические характеристики импульсных источников питания приведены [c. 31]

В чем заключаются преимущества импульсного источника питания сварочной дуги [c.108]

Неисправности импульсных источников питания определяются конструктивными особенностями исполнения их схем. [c.71]

В импульсных источниках питания (стабилизаторах) транзистор в ключевом режиме работает на цепь с индуктивной реакцией нагрузки и коммутирующим (обратным) диодом VD, обеспечивающим снабжение потребителя после размыкания VT энергией, запасенной в дросселе L (рис. 5.6, а). [c.192]

Приемлемы для работы в импульсных источниках питания конденсаторы алюминиевые оксидно-электролитические К50-33 (С = 470…22 ООО мкФ U = 160…6,3 В полное сопротивление = 0,03…0,1 Ом в диапазоне частот А/= 10…100 кГц) танталовые оксидно-полупроводниковые К53-25 (С = 0,65… 150 мкФ U = 40…6,3 В 2-с= 0,5…8 Ом на частоте 100 кГц) и К53—28 (С = 1…150 мкФ, U = 40…6,3 В, [c.197]

Импульсные источники питания сварочной дуги. Такие источники используются при сварке как плавящимся, так и неплавя-щимся электродом. [c.136]

Магнитные материалы. На рис. 3.19 — 3.21 приведены данные, иллюстрирующие влияние размера кристаллитов на магнитные свойства материалов различных типов. В последние годы благодаря изучению свойств наноматериалов, полученных контролируемой кристаллизацией из аморфного состояния, японскими учеными был открыт новый класс магнитомягких материалов с высоким уровнем статических и динамических магнитных свойств по сравнению с аналогичными по назначению кристаллическими и аморфными сплавами. Это сплавы на основе Ре —81 —В с небольшими добавками N6, Си, 2г и некоторых других переходных металлов (например, Р1пете1 в Германии сплавы этого типа называются Витроперм ). После закалки из расплава эти сплавы аморфны, а оптимальные параметры достигаются после частичной кристаллизации при температуре 530 —550 °С, когда выделяется упорядоченная нанокристаллическая фаза Ре —81 (18 — 20) % с размером частиц около 10 нм. Объемная доля наночастиц в аморфной матрице составляет 60 — 80 %. Сплавы обладают низкой коэрцитивной силой (5— 10 А/м) и высокой начальной магнитной проницаемостью при обычных и высоких частотах при малых потерях (200 кВт/м ) на перемагничивание, что обеспечивает их широкое применение в электротехнике и электронике в качестве трансформаторных сердечников, магнитных усилителей и импульсных источников питания, а также в технике магнитной записи и воспроизведения и т.д., обеспечивая значительную миниатюризацию этих устройств и стабильную работу в широком диапазоне частот и температур. Мировой выпуск сплавов оценивается на уровне 1000 т в год [39]. [c.162]

Схема рис. 1.9 специально предназначена для совместной работы в комплексе с исгочником для непрерывного питания ГРП. Однако двухступенчатое зажигание часто применяется и в импульсных-источниках электропитания, у которых имеется блок питания дежурной дуги.

В подобных случаях функции второй ступени выполняет сам импульсный источник питания, а блок дежурной дуги поддерживает непрерывный разряд. Для запуска такой системы сначала заряжают накопитель импульсного источника питания до 1 пит>1 заж,. затем включают блок питания дежурной дуги и одновременно подают на ГРП инициирующий сигнал от схемы зажигания. Инициирующий импульс пробивает ГРП, накопитель разряжается и переводит его в дуговой режим, после чего блок питания дежурной [c.17]

На выходе блока зажигания (см. рис. 3.11) обеспечивается импульс амплитудой 40 кВ и длительностью порядка 2 мкс. Макси-иальная частота повторения импульса зажигания до 10 Гц. Подобные блоки зажигания применеяы в импульсных источниках питания лазерных технологических установок .Квант-9 и Квант40 . [c.55]

Схемы зарядки емкостного накопителя энергии от сети переменного напряжения с нулевой фазой вклю-i чения зарядного коммутатора оказались весьма эконо мичными и удобными для построения зарядных устройств импульсных источников питания газоразрядных ламп с повышенной частотой повторения разрядных импульсов [57—59]. В схемах с нулевой фазой включения накопительный конденсатор начинает заряжаться при включении зарядного коммутатора в момент перехода синусоиды сетевого напряжения через нуль. Зарядный ток в этом случае ограничивается скоростью нара-чстания напряжения и имеет форму отрезка косинусоиды. В процессе зарядки используется менее четверти периода синусоиды. По этой причине потребление энергии от сети получается относительно неравномерным. Такие хемы целесообразно применять при небольших емкостях накопителя и небольших запасаемых энергиях до нескольких сотен джоулей). Однако схемы с нулевой )азой включения достаточно просты и могут применять-я, например, в системах питания твердотельных излу- ателей на итрий-алюминиевом гранате, оптимальные астоты повторения импульсов излучения которых 50— [c.79]

Группой специалистов ЗАО Материалы микроэлектроники создан двухканальный транзисторный источник питания для ЛПМ Ку-лон-15 на основе двух АЭ Кулон LT-lO u [218], работающих по схеме ЗГ — УМ. В каждом канале с двумя импульсными трансформаторами и тремя магнитными звеньями сжатия формируются импульсы напряжения с амплитудой 17 кВ и импульсы тока с амплитудой 250 А и длительностью около 100 не при ЧПИ 12-16 кГц. Мощность каждого канала 2,5 кВт. В работе [215] сообщается о создании импульсного источника питания на транзисторных ключах с коммутируемой мощностью до 25 кВт для накачки 280-ваттного гибридного лазера на парах меди ( u-Ne-HBr). [c.79]

Разогрев и возбуждение АЭ, как и в предыдущем случае (п. 5.1), обеспечивал двухканальный синхронизированный импульсный источник питания, содержащий два высоковольтных выпрямителя 3 и два модулятора накачки 4 на базе водоохлаждаемых водородных тиратронов ТГИ1-2000/35. Модулятор ЗГ был выполнен по прямой схеме, УМ — по схеме трансформаторного удвоения напряжения с магнитным звеном сжатия импульсов. Запуск модуляторов осуществлялся от общего генератора задающих импульсов 5, снабженного регулируемой линией задержки 6, которая позволяла сдвигать по времени относительно друг друга импульсы ЗГ и УМ в пределах 50 не. ЧПИ составляла 8 кГц. Исследования были проведены в установившемся оптимальном температурном режиме АЭ, который для ЗГ обеспечивался при мощности питания от выпрямителя 2,5 кВт и напряжении на аноде тиратрона 17 кВ, для УМ — соответственно при 3,5 кВт и 21 кВ. [c.140]

Излучатель ЛПМ Кулон-15 аналогичен по конструкции, оптической схеме и режиму работы излучателю в технологической установке Каравелла-1 (см. гл. 9). В излучателе использованы два АЭ Кулон LT-lO u , работающие по схеме ЗГ-ПФК-УМ средняя мощность излучения каждого АЭ 10 Вт. В ЗГ применен телескопический HP с М — 200, формирующий пучок излучения с расходимостью 0,2 мрад. АЭ установлены в коаксиальные металлические теплосъемники с общим расходом воды около 5 л/мин. Накачка АЭ Кулон LT-lO u производится от двухканального высоковольтного импульсного источника питания с точностью синхронизации каналов в пределах 0,5 не. Такая синхронизация обеспечивает высокую стабильность характеристик выходного излучения (изменение мощности не более 2%). В качестве коммутаторов в источнике используются вакуумные модуляторные лампы ГМИ-32-Б с воздушным охлаждением. [c.276]

Проводимые в Тульском политехническом институте и в ряде других организаций работы по использованию шагового импульсного привода на станках для электрохимической обработки и кодо-во-импульсных систем управления, разработка управляемых импульсных источников питания создают реальную техническую базу для построения адаптивных систем, которые помогут в еще большей мере реализовать высокие потенциальные возможности, заложенные в методе размерной электрохимической обработки. [c.117]

Для импульсного источника питания, разработанного в Тульском политехническом институте, применяется несимметричный коммутатор в цепи переменного тока, который может быть включен на вход любого неуправляемого источника технологического напряжения (ИПП-5000/12, ВУ-12/600, ВСМР-5000/12). В импульсном режиме источник имеет следующие характеристики длительность импульса, изменяемая плавно, 1 6 мс частота следования импульсов, изменяемая ступенчато, 150, 75, 37,5 Гц. [c.166]

Основные тенденции в развитии оборудования для размерной ЭХО. Точность и производительность размерной ЭХО определяются следующими основными параметрами величиной межэлектродного зазора, величиной и формой напряжения на электродах, температурой, pH, электропроводностью, кинематической вязкостью электролита, степенью его загазованности и зашламленности, а также гидродинамическим режимом течения электролита в рабочем зазоре. Электрохимическое оборудование для размерной ЭХО на малых зазорах в импульсном режиме характеризуется применением специальных импульсных источников питания и специальных приводов подач катода. При электрохимическом формообразовании торцовых поверхностей деталей типа тел вращения целесообразно применять источники питания программного типа. [c.186]

Однако проволока ЭП-317 не позволяет производить сварку в потолочном положении. Поэтому вместо нее разработана аналогичная по производительности проволока ЭП-439.

Сварка этой проволокой выполняется во всех пространственных положениях. Для сварки в вертикальном и потолочном положениях рекомендуется применять импульсную приставку ИИП-1 к выпрямителю, обеспечивающую наложение кратковременных импульсов на дугу постоянного тока. Применение импульсного источника питания типа ИИП-1 позволяет управлять образованием каждой капли металла, а следовательно, размером и формой сварного шва во всех пространственных положениях. Повышая устойчивость горения дуги, этот метод позволяет упростить технику выполнения пото- [c.134]

Примечание 1. Схемы, помеченные, реализуются только при использовании импульсных источников питания типа ШГИ, ГКИ и т. п. Остальные схемы могут быть реализованы как с ГИ, так и с источниками постоянного тока ЭИ из материалов по табл. 18. 2. Рабочая жидкость — масло индустриальное И32А по ГОСТ 20799—75 и керосин. 3. На табличных рисунках обозначено непрерывное движение возвратно-поступательное —прерывистое 4. —скорость продольной подачи поперечной подачи —вертикальной подачи Уд —скорость врезання заготовки. [c.145]

В электронике больших мощностей в последнее время все чаще находят применение импульсные источники питания, работающие на частотах вплоть до 100 кГц. Сочетание высокого электрического сопротивления аморфных материалов микронных сечений с малыми гистерезисными потерями и высокой максимальной магйитной проницаемостью позволяет в значительной степени сократить время накопления энергии для нового импульса и создает весьма удачный комплекс свойств для использования в этой области частот. Например, для независимого контроля каждого из выходов такого источника можно применить дроссели с тороидальными сердечниками, позволяющими осуществить подобный контроль с использованием чисто магнитных эффектов. При этом, помимо низких потерь на перемагничивание, необходима также прямоугольная форма петли гистерезиса. В этом случае для достижения высокой эффективности (снижение потерь, увеличение КПД) целесообразно использовать материал с чрезвычайно низким значением коэрцитивной силы. Именно у аморфных материалов возможно достичь сочетания всех этих свойств. [c.609]

Импульсные источники питания. Применяются для повышения устойчивости сварочной дуги, облегчения зажигания дуги, ускорения переноса электродного металла в зону дуги и уме -ньшеиия размеров переносимых капель металла, В качестве источников питания импульсной дуги применяются генераторы импульсов (табл. 28). [c.28]

Полуавтоматы этой серии состоят из подающего механизма, источника пнтания постоянного тока или импульсного источника питания, [c.129]

Импульсные источники питания на основе трансформаторных ктивных накопителей с нелинейными элементами / М. Н. Быстров, Б. А. Ла ов, В. П. Силин и др. Доклад № 2 на семинаре СССР — США Индуктивш гопители энергии и коммутационная аппаратура для термоядерных ус вок . Л. НИИЭФА, 1974. [c.54]

В ИЭС им.Е.0Л1атона разработан и проверен в прошшленных условиях импульсный источник питания И-169, параметры которого плавно регулируются за счвт управляемой принудительной ком тации тиристоров его силовой час (рис. 1). В нем осуществляется програ> мирова-ние формы импульса тока, представленной на рис.2, иэ которого видно, что импульс тока можно разделить иа две части. Пе жая (от1 Дo t ) [c.40]

По сравнению с существующими импульсный источник питания И-169 обладает новыми возхюжноотями [c.43]

Каталог радиолюбительских схем. Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя.

Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя

Достаточно часто при конструировании устройств возникают жесткие требования к размерам источника питания. В этом случае единственным выходом является применение ИП на основе высоковольтных высокочастотных импульсных преобразователей. которые подключаются к сети ~220 В без применения габаритного низкочастотного понижающего трансформатора и могут обеспечить большую мощность при малых размерах и теплоотдаче.

Структурная схема типового импульсного преобразователя с питанием от промышленной сети представлена на рис 1.

Рис. 1. Структурная схема типового высокочастотного преобразователя с питанием от промышленной сети.

Входной фильтр предназначен для предотвращения проникновения импульсных помех в сеть. Силовые ключи обеспечивают подачу импульсов высокого напряжения на первичную обмотку высокочастотного трансформатора (могут применяться одно- и

двухтактные схемы). Частота и длительность импульсов задаются управляемым генератором (обычно применяется управление шириной импульсов, реже — частотой). В отличие от трансформаторов синусоидального сигнала низкой частоты, в импульсных ИП применяются широкополосные устройства, обеспечивающие эффективную передачу мощности на сигналах с быстрыми фронтами. Это накладывает существенные требования на тип применяемого магнитопровода и конструкцию трансформатора. С другой стороны, с увеличением частоты требуемые размеры трансформатора (с сохранением передаваемой мощности) уменьшаются (современные материалы позволяют строить мощные трансформаторы с приемлемым КПД на частоты до 100-400 кГц). Особенностью выходного выпрямителя является применение в нем не обычных силовых диодов, а быстродействующих диодов Шоттки, что обусловлено высокой частотой выпрямляемого напряжения. Выходной фильтр сглаживает пульсации выходного напряжения. Напряжение обратной связи сравнивается с опорным напряжением и затем управляет генератором. Обратите внимание на наличие гальванической развязки в цепи обратной связи, что необходимо, если мы хотим обеспечить развязку выходного напряжения с сетью.

При изготовлении таких ИП возникают серьезные требования к применяемым компонентам (что повышает их стоимость по сравнению с традиционными). Во-первых, это касается рабочего напряжения диодов выпрямителя, конденсаторов фильтра и ключевых транзисторов, которое не должно быть менее 350 В во избежание пробоев. Во-вторых, должны применяться высокочастотные ключевые транзисторы (рабочая частота 20-100 кГц) и специальные керамические конденсаторы (обычные оксидные электролиты на высоких частотах будут перегреваться ввиду их высокой индуктивности). И. в-третьих, частота насыщения высокочастотного трансформатора, определяемая типом применяемого магнитопро вода (как правило, используются тороидальные сердечники) должна быть значительно выше рабочей частоты преобразователя.

На рис. 2 приведена принципиальная схема классического ИП на основе высокочастотного преобразователя.

Рис. 2. Источник питания на основе импульсного ВЧ-преобразователя.

Фильтр, состоящий из емкостей С1, С2, С- и дросселей L1, L2, служит для зашиты питающей сети от высокочастотных помех со стороны преобразователя. Генератор построен по автоколебательной схеме и совмещен с ключевым каскадом. Ключевые транзисторы VT1 и VT2 работают в противофазе, открываясь и закрываясь по очереди. -апуск генератора и надежную работу обеспечивает транзистор VT3, работающий в режиме лавинного пробоя. При нарастании напряжения на С6 через R3 транзистор открывается и конденсатор разряжается на базу VT2, запуская работу генератора. 2. Данные дросселей и трансформаторов:L1-1. L2 наматывают на кольцах из феррита 2000НМ К12х8х3 в два провода проводом ПЭЛШО 0,25: 20 витков. ТР1 — на двух кольцах, сложенных вместе, феррит 2000НН К- 1х18.5х7;

обмотка 1 — 82 витка проводом ПЭВ-2 0,5: обмотка II — 25+25 витков проводом ПЭВ-2 1,0: обмотка III — 2 витка проводом ПЭВ-2 0.3. ТР2 наматывают на кольце из феррита 2000НН К10х6х5. все обмотки выполнены проводом ПЭВ-2 0.3: обмотка 1 — 10 витков:

обмотки II и III — по 6 витков, обе обмотки (II и III) намотаны так, что занимают на кольце по 50% площади не касаясь и не перекрывая друг друга, обмотка I намотана равномерно по всему кольцу и изолирована слоем лакоткани. Катушки фильтра выпрямителя L3, L4 наматывают на феррите 2000НМ К 12х8х3 проводом ПЭВ-2 1,0 , количество витков — 30. В качестве ключевых транзисторов VT1, VT2 могут применяться КТ809А. КТ812, КТ841.

Номиналы элементов и намоточные данные трансформаторов приведены для выходного напряжения 35 В. В случае, когда требуются иные рабочие значения параметров, следует соответству ющим образом изменить количество витков в обмотке 2 Тр1.

Описанная схема имеет существенные недостатки, обусловленные стремлением предельно уменьшить количество применяемых компонентов Это и низкий «уровень стабилизации выходного напряжения, и нестабильная ненадежная работа, и низкий выходной ток. Однако она вполне пригодна для питания простейших конструкций разной мощности (при применении соответствующих компонентов), таких как: калькуляторы. АОНы. осветительные приборы и т.п.

Рис. 3. Сетевой импульсный источник питания на основе ВЧ-преобразователя.

Еще одна схема ИП на основе высокочастотного импульсного преобразователя приведена на рис. 3. Основным отличием этой схемы от стандартной структуры, представленной на рис. 2 является отсутствие цепи обратной связи. В связи с этим, стабильность напряжения на выходных обмотках ВЧ трансформатора Тр2 достаточно низкая и требуется применение вторичных стабилизаторов (в схеме используются универсальные интегральные стабилизаторы на ИС серии КР142).

Источник материала

Магнитопроводы в импульсных источниках питания (ПАО «МСТАТОР»)

Тема: Источники питания для систем связи и радиотехники

Доклад Всероссийской научно-практической конференции «Электропитание-2021» в г. В.Новгород, посвященной 30-летию Ассоциации «Электропитание» – со 2 по 5 июня 2021 г. в Новгородском государственном университете имени Ярослава Мудрого (Россия, г. Великий Новгород, Антоново д.1)

Аннотация: В докладе рассматриваются технические особенности и преимущества магнитомягких материалов и магнитопроводов, выпускаемых ПАО «МСТАТОР» применительно к области импульсных источников питания. Даны рекомендации по выбору оптимальных материалов и магнитопроводов по их назначению в схеме на примере структурной схемы AC/DC многоканального источника питания. Более подробно рассмотрены магнитопроводы для синфазных помехоподавляющих дросселей, их отличительные особенности и проблемы, возникающие при реализации помехоподавляющих дросселей и фильтров ЭМС.

Сведения об авторе: Фоченков Эдуард Анатольевич. Ведущий инженер, нач. бюро механизации и автоматизации ПАО «МСТАТОР», г. Боровичи Новгородской обл. Разработчик технологического оборудования и контрольно-измерительной техники. Технический консультант и автор ряда статей/технических материалов по свойствам и применению аморфных и нанокристаллических магнитопроводов, аппаратуре для измерения динамических параметров петли гистерезиса.

Введение

ПАО «МСТАТОР» – одно из ведущих предприятий РФ в области аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов. Предприятие освоило и успешно развивает патентованные наработки ведущего научного центра СССР – Калужского НИИ материалов электронной техники. Выпускает более 20 наименований сплавов в виде тонких лент и законченные электромагнитные компоненты на их основе. Имеет 55 летний опыт производства электромагнитных компонентов. Изделия поставляются на внешний и внутренний (в т. ч. с приемкой 5 и 9) рынок. ПАО «МСТАТОР» обладает уникальными технологиями, позволяющими выпускать самую тонкую (от 16 мкм) ленту в РФ. Широкий размерный ряд тороидальных магнитопроводов от 3 мм до 200 мм по внешнему диаметру. Широкий диапазон по магнитной проницаемости (от 210 до 300 000) и индукции насыщения (от 0.55 до 1.4 Тл). Возможность работы в широком температурном диапазоне от –60 до 300 °С. Продукция ПАО «МСТАТОР» успешно конкурирует с изделиями ведущих мировых производителей – Vacuumschmelze, Magnetec, Hitachi и др.

Бытует мнение, что современные аморфные и нанокристаллические сплавы постепенно вытеснят ферриты с рынка. На самом деле это мнение ошибочно. Для каждого материала существует своя оптимальная область применения, в которой конкретный материал дает лучший результат. К тому же технические требования к ИИП и условия эксплуатации могут быть различны. По оценкам ЛЭПКОС тороидальные магнитопроводы занимают на рынке менее 30%, а это основная форма для аморфных и нанокристаллических материалов. Феррит имеет преимущество низкой цены, поэтому в недорогих устройствах, работающих в узком температурном диапазоне обычно нет смысла использовать другие материалы. В тоже время аморфные и нанокристаллические сплавы имеют ряд уникальных свойств, принципиально недостижимых для феррита. Поэтому правильно будет сказать, что доля аморфных и нанокристаллических материалов растет, и будет расти в дальнейшем в конкретных применениях, там, где эти материалы имеют явное преимущество перед ферритами.

Целью настоящего сообщения является показ потребителям, что именно можно ожидать от применения новых материалов и какие конкретно сплавы целесообразно применять в каждом конкретном случае. Помимо этого, у отечественных производителей на сегодня существует ряд проблем, не позволяющих освоить аналоги лучших импортных ферритов и магнитодиэлектриков. А это создает проблемы с импортозамещением. Продукция ПАО «МСТАТОР» включена в перечень ЭКБ и по своим техническим характеристикам, как правило, не уступает продукции мировых лидеров в области аморфных и нанокристаллических материалов. ПАО «МСТАТОР» поставляет магнитопроводы на внешний рынок с 1993 года, что позволило поднять уровень качества до мировых стандартов.

Так что же дает использование аморфных и нанокристаллических сплавов в ИИП?

Ответ известен только специалистам, которые профессионально углубились в проблему этого вопроса:

Улучшение функциональных характеристик;
Повышение КПД;
Решение проблем ЭМС;
Расширение температурного диапазона;
Снижение габаритов и массы;
Экологически чистое производство.

Область применения аморфных и нанокристаллических материалов весьма широкая. Ниже приведены рекомендации по выбору магнитопроводов применительно к разработке и производству импульсных источников питания.

Рис 1 – Упрощенная структурная схема многоканального импульсного источника питания АС/DC

Таблица 1 – Рекомендуемые серии магнитопроводов

Область применения	Материал	Обозначение серии
Синфазный дроссель L1, L15	Нанокристаллический АМАГ 200С	MSFN
Дифференциальный дроссель L2, L12, L13, L14	Аморфный АМАГ 202	MSC
	Нанокристаллический АМАГ 178N	MSCN-TH
	Аморфный прессованный	АРН
	Нанокристаллический прессованный	АРМ
Дроссель коррекции коэффициента мощности L3	Нанокристаллический АМАГ 200С	MSC-NGN
	Нанокристаллический АМАГ 178N	MSCN-TH
	Нанокристаллический прессованный	АРМ
Силовой трансформатор Тр. с	Нанокристаллический АМАГ 200С	MSTH-TH
	Аморфный АМАГ 186	MST
	Нанокристаллический АМАГ 178N (обратноходовый тр-р)	MSCN-TH
Дроссель магнитного усилителя (магнитный ключ) L4, L5	Аморфный АМАГ 172	MSSA
Дроссель магнитного усилителя (магнитный ключ) L4, L5	Нанокристаллический АМАГ 200	MSSN
Одновитковые помехоподавляющие L6…L8	Аморфный АМАГ 172	MSB
Многовитковые помехоподавляющие L6…L8	Аморфный АМАГ 172	MSK
Выходной дроссель (индуктор) L9, L10, L11	Аморфный АМАГ 202	MSC-NGA
	Нанокристаллический АМАГ 200C	MSC-NGN
	Нанокристаллический АМАГ 178N	MSCN-TH
	Аморфный прессованный	АРН
	Нанокристаллический прессованный	АРМ
Трансформатор тока	Аморфный АМАГ 186	MST
Трансформатор управления силовыми п/п приборами	Нанокристаллический АМАГ 200С Нанокристаллический АМАГ 201	MSTH-TH

1.

Синфазные дроссели / дроссели подавления ЭМП (L1, L15)

Рекомендуется серия MSFN из нанокристаллического сплава АМАГ 200С на основе железа. Сплав – функциональный аналог материалов NANOPERM (Magnetec), VITROPERM (Vacuumschmelze). Индукция насыщения 1.16 Тл. Температурный диапазон –60…+155 °С. Хорошая температурная стабильность – изменение проницаемости в указанном диапазоне около 15 %.

Рис.2 – Типовая петля гистерезиса для серии MSFN MSNF серия магнитопроводов

Аналог для спецтехники включен в перечень ЭКБ – серия КЛ из материала АМАГ 200С по КВШУ.684459.001ТУ
Широко применяется в синфазных дросселях серий ДС2 и ДС3

Типичная действительная начальная проницаемость (µ’) на частоте 1 кГц около 100 000. На частоте 10 кГц – 85 000. На 100 кГц – 26500. На 1 МГц – 4100. Проницаемость монотонно падает во всем диапазоне частот. Отсутствует характерный для ферритов резонанс в районе 2-4 МГц с подъемом проницаемости в 1. 5 раза, разворотом фазы и последующим быстрым спадом. Модуль импеданса в одновитковом дросселе непрерывно монотонно растет с ростом частоты (Рис.3). Резонанс на частоте 600 МГц связан с характеристиками измерительной обмотки (длинная линия). При увеличении числа витков и соответственно увеличении длины провода резонанс смещается влево. На основе серии MSFN разработана серия синфазных дросселей для однофазной и трехфазной сети. За счет высокой проницаемости материала дроссели имеют в 4-5 раз меньшее число витков обмотки относительно аналогов на феррите. Типичная частота резонанса дросселей в районе 1-3 МГц. Для ферритовых аналогов обычно частота резонанса в 4-5 раз ниже. Для широкополосных фильтров ЭМС рекомендуется применять двухзвенные фильтры c небольшим количеством витков.

Рис.3 – Частотная зависимость модуля и фазы импеданса для серии MSFN в сравнении с ферритом N87 для кольцевого магнитопровода 30-20-10 мм (одновитковая обмотка, I ×w =10 ма × вит).

Работа синфазного дросселя на основе нанокристаллического материала с высокой проницаемостью принципиально отличается от дросселя на основе феррита. На частотах до 30 кГц преобладает действительная (индуктивная составляющая проницаемости) µ’ (Рис.4). На частоте около 50 кГц действительная и мнимая составляющие примерно равны. И далее преобладает мнимая составляющая µ», определяемая потерями. Т.е. в высокочастотной области дроссель эффективно поглощает высокочастотные помехи, преобразуя их в тепло.

На Рис.5 представлены частотные зависимости составляющих импеданса. В высокочастотной области импеданс определяется в основном мнимой составляющей Z», т.е. сопротивлением потерь.

Рис. 4 – Зависимость проницаемости от частоты для серии MSFN (кольцо 30-20-10 мм, I × w =10 мА × вит.)
Рис. 5 – Зависимость составляющих импеданса от частоты для серии MSFN

Мировой лидер в области аморфных и нанокристаллических материалов – немецкая фирма Vacuumschmelze отмечает этот факт [1] как преимущество нанокристаллического материала Vitroperm (функциональный аналог АМАГ 200С) в применении к синфазным помехоподавляющим дросселям. В ВЧ области ферритовый дроссель работает на отражение помехи, а дроссель на основе Vitroperm работает на поглощение.

а)
б)

Рис. 6 – Сравнение модуля и фазы импеданса для различных материалов

На Рис. 6 представлены частотные зависимости модуля и фазы импеданса дросселей с одновитковой обмоткой на основе различных магнитомягких материалов. Величины модуля импеданса приведены к одному типоразмеру магнитопровода. Для трех марок ферритов N87, N95, M2000НМС9 проявляется характерный резонанс с резким изменением фазы импеданса. При этом индуктивный характер дросселя меняется на емкостной. Для аморфного материала АМАГ 186В (µ = 2200) и нанокристаллического АМАГ 200С (серия MSFN) выраженного резонанса не проявляется. В низкочастотной области, до 30 кГц, дроссель ведет себя как идеальная индуктивность (L – цепь), в высокочастотной как RL цепь с постепенным ростом потерь и снижением индуктивности. Все тестируемые дроссели имели второй выраженный резонанс на одинаковой частоте – 600 МГц. Как оказалось, этот резонанс определен длиной одного витка провода, а не свойствами материала.

Рис. 7. – Зависимость импеданса дросселя 11 мГн от частоты для серии MSFN (12 витков) и феррита (70 витков)

На Рис.7 представлена зависимость импеданса от частоты для дросселя с индуктивностью 11 мГн, выполненного на основе серии MSFN, и дросселя 11 мГн аналогичного размера на основе ферритового кольца с проницаемостью 3000. Получилось 12 витков на нанокристаллическом магнитопроводе и 70 витков на феррите. Количество витков на феррите и длина провода в 5.5 раза больше. В таком же соотношении сопротивление обмоток и потери в проводе. Ферритовый дроссель имеет резонанс на частоте 500 кГц, нанокристаллический – на частоте 3 МГц.

Рис.8 – Зависимость затухания от частоты в 50-омной линии (сравнение с ферритом)
Рис.9 – Зависимость проницаемости от температуры

На Рис. 8 представлено сравнение характеристик затухания в 50-омной линии для дросселя на основе феррита ЭМС и дросселя на основе магнитопровода MSFN близких габаритов. В НЧ области нанокристаллический дроссель обеспечивает большее затухание за счет высокой проницаемости, а в ВЧ области – за счет малого числа витков и соответственно малой длины провода.

На Рис.9 представлена характерная температурная зависимость для феррита Т46 (данные производителя Epcos) с высокой проницаемостью. Обратите внимание на резкую зависимость проницаемости от температуры. Изменение проницаемости в диапазоне от –60 до 110 °С в пять раз. При превышении температуры за 120 °С проницаемость резко падает и уже к 140 °С становится равной нулю. На этом же графике приведена аналогичная экспериментальная зависимость для серии MSFN в диапазоне от –60 до 180 °С. В диапазоне –60 °С ÷ 155°С изменение проницаемости всего около 15 %.

Рис. 10 – а) – Зависимость модуля импеданса дросселя от числа витков и частоты, в) – импеданс провода, с) – разность импеданса дросселя и провода

На Рис.10 а) показана зависимость импеданса дросселя (MSFN-30S-TH) от числа витков и частоты, на Рис. 10 в) – зависимость импеданса провода от частоты (провод намотан на пустом контейнере без сердечника), на Рис. 10 с) – разность импеданса дросселя и провода. Это не совсем корректно, т.к. не учитывается фаза, но позволяет понять, до каких частот материал сохраняет магнитные свойства. Сравнивая Рис. 10 а) и Рис. 10 в) можно заметить, что второй резонанс определяется самим проводом, в первую очередь его длиной. Причем характеристики отдельного прямого провода и провода, намотанного на пустой контейнер, отличаются незначительно. Из полученных данных следует, что предельная частота дросселя, на которой работает магнитный материал, зависит от длины провода. В данном случае для 1 витка материал работает до 450 МГц, для двух – до 300 МГц, для пяти – до 140 МГц, для 10 витков – до 95 МГц. Причем выяснилось, что характеристики провода мало зависят от материала провода, диаметра провода, числа витков и расположения их на сердечнике, но очень сильно зависят от длины. Поэтому для высокочастотных фильтров не имеет смысла использовать дроссели с большим количеством витков и большой длиной провода, они не будут работать на частотах в десятки мегагерц. Правильнее использовать два дросселя с небольшим количеством витков последовательно.

Рис. 11 – Влияние способа намотки

На Рис. 11 показано влияние способа намотки. Длина провода и число витков одинаковы. Намотка внавал дает худший результат по величине импеданса, самую низкую частоту первого резонанса и самую большую амплитуду колебания |Z| в точке второго резонанса (300 кГц). Равномерная намотка с разнесением витков по сердечнику дает средний результат. И самый лучший результат – секционная намотка – 3 секции по 3 вит. Минимизация емкости обмотки смещает вправо точку первого резонанса и снижает амплитуду колебания |Z| (снижает добротность) в точке второго резонанса.

Из сказанного следует несколько выводов. Для смещения резонанса дросселя вправо рационально:

использовать малогабаритные магнитопроводы с минимальным окном для обмотки;
использовать тонкие провода, исходя из требования допустимого перегрева;
использовать тороидальные магнитопроводы с круглым сечением;
для ленточных магнитопроводов использование магнитопроводов с квадратным сечением лучше, чем с прямоугольным.

2. Дифференциальные дроссели (L2, L12, L13, L14)

Малогабаритная серия MSC из недорогого аморфного сплава АМАГ 202 на основе железа. С распределенным зазором, получаемым в результате специального отжига. Типичная проницаемость 245. Максимальное поле смещения постоянным током до 35 Э. Индукция насыщения 1.4 Тл. Миниатюрные магнитопроводы в тонкостенных контейнерах из сплава на основе алюминия. Размерный ряд по внешнему диаметру от 3 до 20 мм.

Серия MSCN из нового нанокристаллического сплава АМАГ 178N. Индукция насыщения 1.05 Тл. Типичная проницаемость 210. Отличные частотные характеристики. Падение проницаемости на частоте 10 МГц (относительно 1 кГц) около 10%. Очень малые потери. Хорошая температурная стабильность. Максимальное поле смещения постоянным током до 35 Э. Широкий размерный ряд, наружный диаметр от 4 до 46 мм.

Рис.12 – Типовая петля гистерезиса для серии MSCN (АМАГ 178N)
Рис.

13 – Зависимость индуктивности от частоты для серии MSCN (АМАГ 178N)
Рис.14 – Зависимость индуктивности от температуры для серии MSCN (АМАГ 178N)

Серия АРН, АРМ. Недорогие прессованные магнитопроводы (магнитодиэлектрики) из соответственно измельченной аморфной (В_s = 1.4 Тл) и нанокристаллической ленты (Вs = 1.16 Тл). С покрытием эмалью. Выпускаются акционером МСТАТОР — из Южной Кореи фирмой Amogreentech. ПАО «МСТАТОР» – дистрибьютер в РФ. По потерям лучше известных материалов МП-140, МП-160, High Flux, Kool Mµ, MPP. Ряд по проницаемости: 26, 60, 75, 90, 125.

3. Дроссель корректора коэффициента мощности (L3)

Серия MSC—NGN. Тороидальные магнитопроводы с немагнитным зазором из нанокристаллического сплава АМАГ 200С с индукцией насыщения 1.16 Тл. Низкие потери. Поле смещения постоянным током до 40 Э.
Серия MSCN. Новый нанокристаллический сплав АМАГ 178N. Очень низкие потери. Примерно на 30% ниже серии MSC-NGN. Индукция насыщения 1.05 Тл. Поле смещения постоянным током до 35 Э.
Серия APH, APM. См. раздел 2 (дифференциальные дроссели).

4. Силовой трансформатор (Тр. с.)

Серия MSTN. Нанокристаллический материал АМАГ 200С с высокой проницаемостью и минимальными потерями. Улучшенный функциональный аналог известного материала FINEMET. Магнитострикция уменьшена в 4 раза. Специальный отжиг, оптимизированный по минимуму потерь. Индукция насыщения 1.16 Тл. Широкий температурный диапазон от –60 до 155 °С. Падающая зависимость потерь от температуры. При температуре 150 °С потери снижаются примерно на 10% относительно 30 °С. Улучшенная линейность ПГ относительно серии MSFN. Типичная проницаемость µ’ на частоте 1 кГц – 65 000, на 100 кГц – 30 000, на 1 МГц – 5000. На Рис.16 показано сравнение потерь с витым ленточным аналогом другого производителя (толщина ленты 25 мкм) и силовым ферритом с проницаемостью 2000. Максимальный выигрыш относительно феррита достигается при работе на средних частотах преобразования (50-100 кГц) с большим размахом индукции. Типичные потери в режиме 100 кГц, 0.3 Тл около 60 Вт/кг, в режиме 50 кГц, 0.6 Тл – 70 Вт/кг.

Рис. 15 – Типовая петля гистерезиса для серии MSTN (АМАГ 200С)
Рис. 16 – Сравнение потерь для серии MSTN
Рис. 17 – Зависимость потерь от температуры для серии MSTN

Серия MST. Рекомендуется в тех случаях, когда использование материала с высокой проницаемостью не желательно. Аморфный материал АМАГ 186А, В, С. Проницаемость соответственно 3300, 2200, 1400. Индукция насыщения соответственно: 0.85; 0.9; 1.0 Тл. Уникально линейная петля гистерезиса. Используется также в импульсных трансформаторах тока (схемы защиты ИИП по мощности), трансформаторах тока в промышленных сетях питания при наличии тока утечки, в системах телекоммуникации. Магнитострикция насыщения близка к нулевой. Хорошие результаты в повышающих импульсных трансформаторах с «чистыми» короткими фронтами импульсов. Низкие потери. Слабая зависимость проницаемости от частоты и амплитуды индукции. Линейные силовые индуктивности. Как вариант, используется в резонансных схемах.
В фильтрах ЭМС линейные индуктивности с малым разбросом и стабильностью проницаемости позволяют получить хорошее совпадение практических результатов с расчетными и стабильность характеристик фильтров в различных условиях эксплуатации.

Рис. 18 – Типовая петля гистерезиса для серии MST (АМАГ 186)

Серия MSCN. Нанокристаллический материал АМАГ 178N с низкой проницаемостью (210) и минимальными потерями. Хорошая альтернатива ферритам с зазором или магнитодиэлектрикам в обратноходовых преобразователях. За счет отсутствия зазоров имеет преимущество в плане ЭМС. Магнитное поле сконцентрировано внутри сердечника, наружу не выходит. Имеет малые потери при значительном размахе индукции. Индукция насыщения 1.05 Тл. Линейная петля гистерезиса, максимальное поле смещения постоянным током – 35Э, хорошая температурная стабильность. Диапазон температур от –60 до 155°С. Сам материал допускает работу при экстремально высоких температурах до 250 °С. Типовая ПГ см. Рис.10.

Рис. 19 – Зависимость потерь от изменения температуры для серии MSCN (АМАГ 178N)
Рис. 20 – Сравнение потерь серии MSCN (АМАГ 178N) с различными разрезными магнитопроводами из АМАГ 202 и АМАГ 200С на частоте 100 кГц

5. Дроссель магнитного усилителя (L4, L5)

Дроссели магнитных усилителей применяются в многоканальных источниках питания для организации раздельной локальной стабилизации напряжения/тока каждого канала. При этом напряжение в каждом канале становится независимым от нагрузки остальных каналов. Появляется возможность защиты (стабилизации) по выходному току и возможность внешнего независимого управления напряжением каждого канала с помощью внешнего аналогового сигнала. Подробнее [8].

Серия MSSA. Аморфный сплав на основе кобальта АМАГ 172. Индукция 0.6 Тл. Прямоугольная петля гистерезиса с отношением Br/Bm не менее 0.97 в режиме измерения 100 кГц, 80 А/м. Низкая коэрцитивная сила, менее 17 А/м в режиме измерения 100 кГц, 80 А/м. Низкая коэрцитивная сила обеспечивает малую величину тока управления и низкие потери в цепи управления. Диапазон температур от –60 до 100°С.
Серия MSSN. Нанокристаллический материал АМАГ 200 с отжигом в продольном магнитном поле. Прямоугольная петля гистерезиса с отношением Br/Bm не менее 0.97 в режиме измерения 100 кГц, 80 А/м. Коэрцитивная сила, менее 25 А/м в режиме измерения 100 кГц, 80 А/м. Высокая индукция насыщения (1.16 Тл) обеспечивает снижение габаритов дросселя. Диапазон температур от -60 до 155°С.

6. Помехоподавляющие магнитопроводы (L6, L7, L8)

Эффективно блокируют высокочастотные колебания или выбросы тока. Изменяют характер переключения, делая его «мягким», устраняют причину возникновения помех ЭМС. Альтернатива традиционным RC демпферам, включаемым параллельно силовым диодам. Повышают КПД источника. Используются две серии из аморфного сплава АМАГ 172 на основе кобальта. Подробнее [9].

Серия MSB. Одновитковые миниатюрные дроссели. Одеваются на выводы компонентов. Вывод является обмоткой. Функциональные аналоги ферритовых бусинок, но за счет высокой проницаемости имеют лучшую эффективность.
Серия MSK. (Spike Killers – убийцы выбросов). Многовитковые дроссели. Обмотка представляет собой несколько витков (типично 3-5) толстого провода. Используются там, где необходимо иметь большую величину двойного (полного) потока.

7. Силовые выходные дроссели (индукторы) (L9, L10, L11)

Серия APH, APM. Недорогие порошковые прессованные магнитопроводы на основе измельченной аморфной (серия APH) и нанокристаллической (серия APM) ленты. Индукция насыщения соответственно 1.5; 1.2 Тл. Проницаемость из ряда 26, 60, 75, 90, 125. Высокая предельная величина смещения постоянным током (ток нагрузки). Низкие потери. Выпускаются акционером завода МСТАТОР (Amogreentech). ПАО «МСТАТОР» – дистрибьютор по РФ.
Серия MSC-NGA. Серия с немагнитным зазором. Аморфный сплав АМАГ 202 на основе железа, аналог известного 2НСР. Индукция 1.4 Тл. Средние потери, но высокая предельная величина смещения постоянным током (до 60 Э, в зависимости от проницаемости).
Серия MSC-NGN. Серия с немагнитным зазором. Нанокристаллический сплав АМАГ 200С на основе железа. Индукция 1.16 Тл. Низкие потери, ниже серии MSC-NGA, предельная величина смещения постоянным током до 40 Э.
Серия MSC. Миниатюрные магнитопроводы из недорогого аморфного сплава АМАГ 202 на основе железа. С распределенным зазором, получаемым в результате специального отжига. Типичная проницаемость 245. Максимальное поле смещения постоянным током до 35 Э. Индукция насыщения 1.4 Тл. Миниатюрные магнитопроводы в тонкостенных контейнерах из сплава на основе алюминия. Размерный ряд по внешнему диаметру от 3 до 20 мм.
Серия MSCN. Новый нанокристаллический сплав АМАГ 178N. Индукция насыщения 1.05 Тл. Типичная проницаемость 210. Очень малые потери. Хорошая температурная стабильность. Максимальное поле смещения постоянным током до 35 Э. Широкий размерный ряд, наружный диаметр от 4 до 46 мм.

Литература

VACUUMSCHMELZE. EMC products based on nanocrystalline VITROPERM // Edition 2016. www.vacuumschmelze.com
Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Устойчивость и электромагнитная совместимость устройств и систем электропитания // Горячая линия – Телеком, 2019.
Cuellar C., Idir N., Benabou A. High Frequency Behavioral Ring Core Inductor Model // IEEE Transactions on Power Electronics, Volume: 31, Issue: 5, May 2016. С. 3763 – 3772.
Стародубцев Ю.Н., Белозеров В.Я. Магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов // Екатеринбург: Изд-во Уральского ин-та, 2002. 384 с.
Michael E. McHenry, Matthew A. Willard, David E. Laughlin. Amorphous and nanocrystalline materials for applications as soft magnets // Carnegie Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania 15213, USA Received 30 November 1998.
Стародубцев Ю.Н. Магнитомягкие материалы. Энциклопедический словарь-справочник // Техносфера, 2011. – 664 с.
Дмитриков В.Ф., Петроченко А.Ю., Исаев В.М., Шушпанов Д.В. Особенности проектирования сетевых фильтров радиопомех в широком диапазоне частот с учетом эквивалентного сопротивления конденсаторов и дросселей // https://mstator.ru/ru/publications
Э.А. Фоченков. Применение аморфных магнитопроводов насыщения серии MSSA в многоканальных импульсных источниках питания // https://mstator.ru/ru/publications
Фоченков Э.А. Применение малогабаритных помехоподавляющих магнитопроводов из аморфных металлических сплавов // https://mstator.ru/ru/publications
Фоченков Э. А. Аморфные и нанокристаллические сплавы в импульсных источниках питания. Программы расчета моточных компонентов // https://mstator.ru/ru/publications

Э.Фоченков, edf01@yandex.ru.

Скачать презентацию к статье.pdf

Скачать статью.pdf

Серии источников питания с несколькими выходами – RD, RT, RQ от компании MEAN WELL

07.06.2021

Для решения задач электропитания различных устройств в ряде случаев требуется несколько питающих напряжений, например, питание контроллера должно осуществляться источником 5В, а исполнительной части – источником 12В. Есть несколько возможных способов обеспечить такое электропитание – можно взять несколько источников питания на разные напряжения и объединить их подходящим образом, что получить требуемые номиналы; либо можно использовать основной источник питания AC/DC преобразователь наибольшего номинала напряжения и мощности, и затем уже с помощью DC/DC преобразователей получить меньшие напряжения.

Но есть и третий путь – это использование готовых AC/DC преобразователей источников питания, имеющих несколько выходов на различные напряжения (различной мощности) из стандартного ряда номиналов напряжений. Для удобства выбора и эксплуатации инженеры компании MEAN WELL создали ряд серий источников питания на два, три и четыре выхода наиболее популярных напряжений, причем как однополярных разных номиналов, так и разнополярных относительно общего провода.

Второй отличительной особенностью для большинства моделей многовыводных блоков питания от компании MEAN WELL стало снятие ограничения на наличие минимальной нагрузки по всем выходным каналам с середины 2019 года (следует уточнять по Спецификации для конкретной модели).

Отмена ограничения по минимальному току

То есть, фактически теперь допускается использовать многовыводной блок питания даже при условии, если один или несколько каналов остаются без нагрузки, например, при полном ее отключении. До момента такой модернизации все выходы блока питания обязательно должны были быть нагружены, и иметь выходной ток не ниже установленных значений, для корректной работы блока питания и предотвращения выхода его из строя.

Номиналы выходных напряжений для многовыходных блоков питания указываются в порядке следования выходов. Практически для всех серий многовыходных источников питания (кроме серии RD-125) первым выходом (каналом) является +5В, и он является основным. Также именно по первому каналу выдается максимальная мощность источника питания, и допускается регулировка его выходного напряжения в небольших пределах.

Важным свойством многовыходных источников питания является то, что все выходы образованы самостоятельными обмотками импульсного трансформатора в составе блока питания, но при этом выходы имеют один общий провод, поэтому блоки питания серий RD, RT, RQ не имеют гальванической развязки между выходами:

Структурная схема блока питания с двумя выходами без гальванической развязки

Блоки питания серий RD представляют собой блоки питания с двумя выходами, и бывают суммарной (полной) мощностью до 35, 50, 65, 85, 125 Вт. Блоки питания серии RD для мощностей до 35, 50, 65, 85 Вт имеют основной выход на +5В и дополнительный выход на +12В или +24В. Серия RD-125 имеет ряд дополнительных модификаций, где есть выход и на +48В, а также изменена очередность следования каналов – первым каналом может быть +12В, +24В или +48В.

Блоки питания с тремя выходами серий RT бывают суммарной мощностью до 50, 65, 85, 125 Вт. В ряде выходных напряжений есть +5В, +12В, +24В, а также могут быть -5В и -12В, в зависимости от выбранной модели. Так, например, в серии RT-65 есть четыре модели:

RT-65A – выходы +5В, +12В, -5В
RT-65B – выходы +5В, +12В, -12В
RT-65C – выходы +5В, +15В, -15В
RT-65D – выходы +5В, +24В, +12В

Блоки питания с четырьмя выходами серий RQ бывают также суммарной мощностью до 50, 65, 85, 125 Вт и имеют в своем составе выходы, аналогичные сериям RT одинаковой мощности, а также включают в дополнительный выход на -5В или -12В. На примере серии RQ-65:

RQ-65B – выходы +5В, +12В, -5В, -12В
RQ-65C – выходы +5В, +15В, -5В, -15В
RQ-65D – выходы +5В, +12В, +24В, -12В

Для уточнения информации по выходам – номиналам напряжений и максимальным токам для многовыходных блоков питания следует смотреть Спецификацию на конкретную серию блоков питания, а по вопросам, связанным с выбором и использованием продукции компании MEAN WELL, следует обращаться по адресу электронной почты Meanwell@chipdip. ru.

Импульсные источники питания

4.5. Импульсные блоки питания

В настоящее время широко применяются импульсные (ключевые) источники электропитания (например, в современных телевизорах и персональных компьютерах), обеспечивающие стабилизацию напряжения. Эти источники характеризуются высоким коэффициентом полезного действия, имеют малые размеры и массу. Уменьшение массы источника обусловлено исключением из схемы силового трансформатора, работающего на частоте 50 Гц, и введением высокочастотного трансформатора, работающего на частоте 20 – 50 кГц. Высокочастотный трансформатор устраняет гальваническую связь между выходом источника питания и питающей сетью. Структурная схема импульсного источника питания приведена на рисунке 4.27. Сетевое напряжение выпрямляется и подается на импульсный преобразователь, который вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения частотой 20-50 кГц. К выходу импульсного преобразователя подключается обмотка 1 трансформатора Т1. Импульсный преобразователь за счет наличия обратной связи обеспечивает стабилизацию выходного напряжения импульсного источника питания. Напряжение обратной связи снимается с вторичных обмоток трансформатора Т1. Регулирующий транзистор в импульсном преобразователе работает в ключевом режиме: он либо полностью открыт, либо полностью закрыт. По этой причине потери мощности в регулирующем транзисторе незначительны и коэффициент полезного действия импульсных источников питания получается существенно больше по сравнению со стабилизаторами, у которых регулирующие транзисторы работают в линейном режиме. Обычно ставят два ключевых транзистора, работающих поочередно. В коллекторные цепи ключевых транзисторов включается обмотка I трансформатора через конденсатор. Мощность, передаваемая во вторичную цепь трансформатора Т1, определяется временем открытого состояния ключевых транзисторов. Переменное напряжение высокой частоты с вторичных обмоток трансформатора выпрямляется полупроводниковыми диодами VD5, VD6. На выходе выпрямителей ставят индуктивно-емкостные фильтры (на рис. 4.27 не показаны). Импульсные источники питания обычно имеют защиту от перегрузок по току и от короткого замыкания в нагрузке. Основными недостатками импульсных источников

питания являются сложность схемы и наличие высокочастотных помех. Уменьшению высокочастотных помех, проникающих в сеть питания, способствует фильтр C1, C2, C3, L1, L2.

В ключевых стабилизаторах постоянного напряжения, структурная схема одного из которых приведена на рисунке 4.28, в качестве накопителя энергии используется катушка индуктивности L на ферритовом магнитопроводе. Ключевой транзистор VT1 открывается прямоугольными импульсами напряжения, вырабатываемыми генератором импульсов. За время открытого состояния транзистора ток в катушке индуктивности нарастает. После закрытия транзистора ток через катушку индуктивности поддерживается за счет ЭДС самоиндукции и протекает по цепи: правый вывод катушки индуктивности, резистор нагрузки, диод VD1, левый вывод катушки индуктивности. За счет энергии катушки индуктивности конденсатор С1 продолжает заряжаться и после закрытия транзистора.

На рисунке 4.29 приведена практическая схема стабилизатора постоянного напряжения с выходным напряжением 5 В. Ключевым транзистором является транзистор VT3. При подключении к источнику постоянного напряжения конденсатор С2 первоначально разряжен и транзистор VT4 будет закрыт. Следовательно, транзистор VT1 будет также закрыт, а транзисторы VT2, VT3 будут открыты. Конденсатор С2 начнет заряжаться через катушку индуктивности L1. При определенном напряжении на конденсаторе С2 откроются транзисторы VT4, VT1, а транзисторы VT2, VT3 закроются. После закрытия транзистора VT3 конденсатор С2 еще некоторое время будет заряжаться за счет энергии, накопленной катушкой индуктивности L1. Этот ток будет протекать по цепи: правый вывод катушки индуктивности, конденсатор С2, диод VD1, левый вывод катушки индуктивности. При уменьшении напряжения на конденсаторе транзистор VT4 закроется, и процесс будет периодически повторяться. Частота переключения транзистора VT3 будет зависеть от тока нагрузки. Точное значение напряжения стабилизации подбирается резистором R6. На вход стабилизатора подается постоянное напряжение 8-12 В.

Для уменьшения потерь в ключевых транзисторах во время перехода их из открытого состояния в закрытое и наоборот необходимо использовать высокочастотные транзисторы. Ключевые стабилизаторы постоянного напряжения иногда используют на входе компенсационных стабилизаторов. Это позволяет получить большой коэффициент полезного действия и небольшие пульсации напряжения на выходе стабилизатора.

Что такое импульсный источник питания (SMPS)? Типы, блок-схема, работа и применение SMPS

Определение : SMPS, аббревиатура от S witch M ode P ower S upply — это тип блока питания, который выдает регулируемый выход постоянного тока. с использованием методов переключения полупроводников. По сути, здесь регулируемый выходной сигнал постоянного тока преобразуется в нерегулируемый входной сигнал переменного или постоянного тока. Иногда его также называют импульсным источником питания или импульсным источником питания.

Этот блок питания предназначен для подачи энергии на нагрузку от источника с помощью коммутирующих устройств. Прежде чем более подробно остановиться на SMPS, позвольте нам иметь представление о —

Что такое блок питания?

Блок питания или блок питания — это электрическое устройство, которое берет энергию от источника и подает ее на нагрузку. Иногда люди используют термины «источник питания» и «источник питания» как синонимы. Так это правильно?

Очевидно, нет. Источник питания — это объект, который хранит энергию с целью подачи ее на различные блоки, когда это необходимо, например, батарея .Однако источник питания — это устройство, которое преобразует энергию, полученную от любого источника питания, в форму, которая может использоваться для работы электрических или электронных схем. Таким образом, он образует связь между источником и нагрузкой.

Хотя источники электроэнергии имеют энергию в форме таких величин, как напряжение или ток, использование источника питания необходимо. Это так, потому что он изменяет эти электрические величины в форме, подходящей для работы нагрузки.

В основном источники питания подразделяются на две категории, а именно ,

Линейный источник питания
Импульсный источник питания

Линейный источник питания — это тот, который используется для преобразования нерегулируемого входного сигнала переменного или постоянного тока в регулируемый выходной сигнал постоянного тока.Но принцип работы LPS и SMPS разный. Кроме того, это считается менее эффективным подходом, при котором непрерывное тепловыделение вызывает потери мощности. Он включает в себя последовательно включенный регулятор напряжения, который подходит для приложений с низкой выходной мощностью.

В линейном источнике питания приложенное входное переменное напряжение сначала понижается с помощью трансформатора. Дополнительный диодный выпрямитель используется для выпрямления переменного сигнала.

После выпрямления сигнал фильтруется с помощью конденсаторного фильтра.Несмотря на фильтрацию, нерегулируемый сигнал постоянного тока затем подается в схему линейного регулятора напряжения, которая выдает на выходе регулируемый сигнал постоянного тока.

По сути, SMPS был изобретен, чтобы преодолеть недостаток LPS, поскольку он очень эффективен. Кроме того, в отличие от линейного источника питания, он подходит для приложений, где требуется более высокий выходной ток или напряжение, поскольку включает в себя импульсные стабилизаторы. По этой причине импульсный источник питания назван так.

Введение в SMPS

Различные электрические и электронные нагрузки получают питание от батарей.Но батареи не обеспечивают регулируемую мощность, поскольку они предлагают очень высокое или очень низкое напряжение. Итак, для получения регулируемого выхода постоянного тока используется SMPS.

В отличие от линейного источника питания, в котором используется стандартный линейный метод регулирования напряжения, импульсный источник питания представляет собой устройство, которое выполняет регулирование напряжения нерегулируемого сигнала с использованием методов полупроводниковой коммутации . Он считается высокоэффективным, поскольку снижает энергопотребление, тем самым демонстрируя уменьшение количества рассеиваемого тепла.Таким образом, были заменены традиционные линейные блоки питания.

SMPS включает переключающий транзистор (силовой MOSFET) для регулирования напряжения. Во время работы транзистор переключается между включенным состоянием и выключенным состоянием таким образом, что когда он включен, он полностью проводит ток с незначительным падением напряжения на нем. Когда он выключен, он пытается полностью заблокировать ток. Таким образом, переключение между состоянием включения (насыщение) и состоянием выключения (отключение) происходит на высокой частоте, и, таким образом, устройство действует как идеальный переключатель .

Здесь следует отметить, что если трансформатор работает на высокой частоте, то размер устройства уменьшается. Следовательно, общий размер ИИП невелик и имеет меньший вес, что является еще одним преимуществом перед линейными источниками питания.

Типы импульсных источников питания

Линейные регуляторы всегда обеспечивают понижающий тип регулирования напряжения. Однако это не относится к импульсному источнику питания, поскольку он может обеспечивать как повышающий, так и понижающий тип регулирования напряжения.Это приводит к дальнейшей классификации SMPS как:

Понижающий импульсный источник питания : Он состоит из схемы понижающего регулятора, которая выполняет преобразование постоянного тока в постоянный. Слово « баксов» соответствует вычитанию или вычитанию . Он в основном выполняет преобразование высокого напряжения постоянного тока в низкое значение той же полярности.
Импульсный импульсный источник питания : Он имеет схему регулятора повышающего типа для преобразования сигнала постоянного тока низкого уровня в сигнал высокого уровня. Слово « boost» означает , чтобы сложить или увеличить , таким образом, импульсный импульсный стабилизатор увеличивает уровень напряжения питания, сохраняя полярность такой же, как у входного сигнала.
Импульсный источник питания с понижающим и повышающим режимами : Этот импульсный импульсный источник питания выполняет комбинированную работу понижающего и повышающего стабилизаторов. В этой топологии выходной сигнал имеет инвертированный характер, напряжение которого может быть больше или меньше входного напряжения питания в зависимости от рабочего цикла.

Наряду с этими тремя, еще два типа значительных smps — это обратный преобразователь и прямой преобразователь.

Известно, что это три основные операции переключения, обычно называемые топологиями коммутационных схем .

Блок-схема и работа SMPS

Основными компонентами ИИП являются следующие :

Входной выпрямитель и фильтр (диодный выпрямитель и конденсаторный фильтр)
Высокочастотный переключатель (силовой транзистор или полевой МОП-транзистор)
Трансформатор силовой
Выходной выпрямитель и фильтр (Диодный выпрямитель и конденсаторный фильтр)
Цепь управления (компаратор и широтно-импульсный модулятор)

На приведенном ниже рисунке представлена функциональная блок-схема SMPS :

Первоначально нерегулируемый входной сигнал переменного тока от источника подается на входной выпрямитель и схему фильтра.Здесь входной сигнал переменного тока выпрямляется для генерации сигнала постоянного тока и дополнительно сглаживается, чтобы удалить из него высокочастотную составляющую шума. Выход постоянного тока (все еще в нерегулируемом виде) подается на силовой транзистор, который действует как высокочастотный переключатель.

Здесь сигнал постоянного тока претерпевает прерывание (переключение). Эта схема действует как идеальный переключатель, т. Е. Когда силовой транзистор (схема прерывателя) находится во включенном состоянии, через него проходит ток с незначительным падением напряжения, и на выходе транзистора получается сигнал постоянного тока.Однако в выключенном состоянии силового транзистора через него не проходит ток, что приводит к максимальному падению напряжения внутри него. Таким образом, на выходе не будет напряжения.

Следовательно, в соответствии с действием переключения силового транзистора на его выходной стороне будет получено постоянное напряжение. Частота прерывания играет решающую роль в поддержании желаемого уровня постоянного напряжения .

Полученный сигнал постоянного тока на выходе схемы прерывателя подается на первичную обмотку высокочастотного силового трансформатора.Здесь понижающий трансформатор преобразует сигнал высокого напряжения в сигнал низкого напряжения, который дополнительно подается на вход блока выходного выпрямителя и фильтра. Это просто отфильтровывает нежелательные остатки из сигнала, чтобы обеспечить регулируемый сигнал постоянного тока на выходе.

Схема управления, представленная здесь, действует как цепь обратной связи для всего устройства. Это включает в себя компаратор и широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Выходной сигнал постоянного тока выпрямителя и фильтра подается в схему управления, где усилитель ошибки, который действует как компаратор, сравнивает полученное постоянное напряжение с опорным значением.

Если выходное напряжение постоянного тока больше заданного значения, то необходимо уменьшить частоту прерывания. Уменьшение частоты прерывания приведет к уменьшению выходной мощности и, следовательно, выходного напряжения постоянного тока. Однако, если выход постоянного тока меньше эталонного значения, частота прерывания увеличивается. При увеличении частоты прерывания возрастает выходное напряжение постоянного тока.

Широтно-импульсный модулятор в приведенной выше схеме отвечает за генерацию сигнала с фиксированной частотой с широтно-импульсной модуляцией, рабочий цикл которого определяет частоту прерывания.

По сути, коэффициент заполнения — это отношение продолжительности включения к общему времени цикла (то есть времени включения + выключения). Следовательно, путем внесения необходимых корректировок в ширину импульсов, частота прерывания регулируется, следовательно, может быть получен регулируемый выход постоянного тока.

Преимущества

Он более эффективен, чем линейные источники питания. Обычно КПД ИИП составляет 60% — 95% .
Из-за высокочастотной работы устройства габаритные размеры небольшие и менее громоздкие.Таким образом, компактно.
Недорого, потому что меньше тепловыделение.
Полученное выходное напряжение может быть больше или меньше входного напряжения питания.

Недостатки

Возникновение переходных всплесков из-за переключающего действия — одна из основных проблем. Это может вызвать радиочастотные помехи, поэтому изоляция является обязательной.
Схема сложная. Кроме того, регулирование (управление) напряжения является сложной задачей.
Надлежащая фильтрация необходима для устранения шума и всплесков.

Применение ИИП

Устройства, изобретенные с использованием новейших технологий, требуют высокоэффективного источника питания, предлагаемого SMPS. Таким образом, он находит применение в различных усилителях мощности, персональных компьютерах, системах безопасности и железнодорожных системах, телевизорах, моторных приводах и т. Д.

Импульсный источник питания

с общими топологиями

Для приложений малой мощности, таких как бортовые источники питания, часто используется линейный источник питания из-за его простоты и низкой стоимости.Однако, когда возникает потребность в конструкциях с высокой плотностью мощности, линейный источник питания просто исчезает на картинке. Это потому, что линейный источник питания очень менее эффективен. Поставляется импульсный блок питания. Импульсный источник питания исправил недостаток линейного источника питания с точки зрения эффективности и высокой удельной мощности. Однако это сложнее и может стоить дорого. Я не совсем говорю, что импульсный источник питания по умолчанию стоит дороже, чем линейный источник питания, это зависит от обстоятельств.В приложениях с низким энергопотреблением, таких как бортовая сеть, да и коммутационное решение стоит дорого. Однако для применения с высокой мощностью, например, 500 Вт, стоимость трансформатора 50/60 Гц может быть выше стоимости импульсного источника питания.

Блок-схема линейного источника питания постоянного тока

Типичный линейный источник питания переменного тока постоянного тока имеет понижающий трансформатор, выпрямитель, фильтр и регулятор. Понижающий трансформатор 50/60 Гц является громоздким и дорогим для приложений с большой мощностью.Требуется понижающий трансформатор рядом с линией переменного тока, потому что диапазон напряжения линейных регуляторов обычно ниже 50 В. Секция выпрямителя преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный ток. Секция фильтра приводила пульсирующий выход постоянного тока выпрямителя к форме волны с низким уровнем пульсаций. Регулятор сделает последнюю работу по точной настройке формы волны, чтобы она стала прямой.

Линейный регулятор поддерживает уровень выходного напряжения, поглощая разницу между входным и выходным напряжениями.Например, на приведенной выше диаграмме отфильтрованное напряжение, которое подается на вход регулятора, составляет 17 В, а выходное напряжение регулятора поддерживается на уровне 12 В, это означает, что на регуляторе будет измеряться падение напряжения 5 В. Это падение напряжения, умноженное на ток нагрузки, представляет собой рассеиваемую мощность линейного регулятора. Таким образом, чем выше разница между входом и выходом, это означает огромные потери для регулятора.

Линейный DCDC Блок-схема источника питания

Схема линейного источника питания постоянного тока постоянного тока прямая и очень простая.Он будет состоять только из входных и выходных конденсаторов и самого регулятора.

Как работает импульсный источник питания?

Сердце и душа импульсных блоков питания — это импульсные преобразователи. Существует несколько типов импульсных преобразователей, которые можно использовать в зависимости от области применения. Некоторые из них мы обсудим позже.

Импульсный преобразователь работает либо в режиме насыщения, либо в режиме отключения полупроводникового переключателя. При насыщении в идеале имеется нулевое сопротивление, что приводит к нулевым потерям мощности.Когда переключатель отключен, в идеале возникает бесконечное сопротивление, приводящее к нулевому току, а затем снова к нулевым потерям мощности. Переключатель в переключающем преобразователе модулируется ШИМ-сигналом и управляется специальной ИС. Работа этой ИС усложняется тем, что линейный регулятор.

Блок-схема импульсного источника питания переменного тока постоянного тока

Выше представлена базовая схема импульсного источника питания переменного тока постоянного тока. Фильтр EMI является обязательным для соответствия международным стандартам (для личного или некоммерческого использования им можно пренебречь).Он также имеет мостовой выпрямитель для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Он также имеет фильтр для обработки формы сигнала, так что на вход преобразователя постоянного тока постоянного тока подается почти чистый постоянный ток. Конвертер DCDC преобразует постоянный ток высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения. Как вы заметили, в этом отсеке ставится трансформатор, в отличие от линейного режима, который находится рядом с линией переменного тока. Благодаря такому расположению трансформатор может работать на очень высокой частоте, что делает его физический размер очень маленьким и более дешевым. Q1 — это переключатель с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), поэтому он будет работать только в режиме насыщения и отсечки.В насыщении идеальные потери равны нулю, так как сопротивление в идеале равно нулю. С другой стороны, при отключении также отсутствуют потери, поскольку ток в идеале равен нулю. Преобразователь DCDC выдает напряжение прямоугольной или прямоугольной формы, а выходной выпрямитель обрабатывает его, чтобы преобразовать его в постоянный ток. Конкретная диаграмма выше на самом деле представляет собой импульсный источник питания ACDC с обратноходовой топологией.

Базовая топология импульсного преобразователя постоянного тока

Существует несколько топологий построения импульсного источника питания.Топология означает, какой тип коммутирующего преобразователя используется. Например, на приведенной выше блок-схеме; это обратный ход, используемый в секции преобразователя постоянного тока постоянного тока. Можно выбрать несколько топологий, и мы разберемся с каждым приложением.

1. Повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь состоит из катушки индуктивности, переключателя (MOSFET, BJT или IGBT), диода и выходного накопительного конденсатора. Коммутатор модулируется ШИМ-сигналом, чтобы генерировать желаемое выходное напряжение таким образом, чтобы переключатель имел в идеале нулевые потери.

Повышающий преобразователь — это повышающий преобразователь постоянного тока. Другими словами, его выход выше, чем его вход. Выход и вход связаны коэффициентом заполнения. Идеальный рабочий цикл для повышающего преобразователя —

Рабочий цикл, наддув = 1 — (Vin / Vout)

Например, выход составляет 20 В, а вход — 5 В, рабочий цикл составляет 75%.

Повышающий преобразователь Работа при включенном переключателе

Когда переключатель находится в положении ON, индуктор заряжается.Диод будет смещен в обратном направлении. Выходной конденсатор будет обеспечивать потребляемую нагрузку мощность.

Работа повышающего преобразователя при выключенном выключателе

Когда переключатель находится в положении ВЫКЛ, катушка индуктивности меняет свою полярность, что приводит к прямому смещению диода. Это позволит конденсатору перезарядиться. Потребляемая мощность нагрузки будет обеспечиваться вводом в это время.

2. Понижающий преобразователь

Понижающий преобразователь — это понижающий преобразователь.Другими словами, выход ниже, чем вход. Понижающий преобразователь — это обычно используемый DCDC, особенно тот, который установлен на борту. Он состоит из переключателя (MOSFET, BJT или IGBT), диода, катушки индуктивности и выходного накопительного конденсатора. Коммутатор модулируется ШИМ-сигналом для достижения целевого выходного напряжения с идеально нулевыми потерями на части переключателя.

Как и в случае повышающего преобразователя, входное и выходное напряжение понижающего преобразователя связаны коэффициентом заполнения. Идеальный коэффициент продолжительности включения:

Рабочий цикл, buck = Vout / Vin

Предположим, что входное напряжение составляет 20 В, а выходное — 5 В, рабочий цикл составляет 25%.

Понижающий преобразователь Работа при включенном переключателе

Когда переключатель находится в положении ON, диод имеет обратное смещение. Индуктор зарядится. Конденсатор тоже будет заряжаться. На этот раз потребляемая мощность нагрузки обеспечивается входным источником.

Понижающий преобразователь Работа при выключенном выключателе

Когда переключатель находится в положении ВЫКЛ, катушка индуктивности меняет полярность и переключает диод в прямое смещение.На этот раз потребляемая мощность нагрузки будет обеспечиваться за счет энергии, накопленной в катушке индуктивности и конденсаторе.

3. Бак — буст

Понижающий-повышающий преобразователь представляет собой комбинацию повышающего и понижающего преобразователей. Он может работать как на выходе выше, так и ниже, чем на входе. Есть два способа получить функцию повышения-понижения; первый инвертирующий, а второй не инвертирующий. Инвертирование повышающего понижения имеет меньшее количество деталей и дешевле. С другой стороны, неинвертирующий понижающий импульс требует большего количества деталей и требует больших затрат.Анализ неинвертирующего понижающего и повышающего топологий может быть таким же, как для понижающей и повышающей топологий, когда вы разбиваете операцию на понижение или повышение. С другой стороны, инвертирующий понижающий сигнал будет анализироваться по-другому.

4. Обратный преобразователь

Обратный преобразователь

— это очень распространенное решение для использования в автономном импульсном источнике питания. Это очень распространено для адаптеров и зарядных устройств для ноутбуков. Это обычно используемая топология для зарядных устройств для телефонов и планшетов. Он может работать с высоким диапазоном входного напряжения, поскольку доступные контроллеры обратного хода рассчитаны на очень высокое напряжение.Обратный преобразователь эффективен в диапазоне мощностей менее 150-200 Вт. Более высокая частота обратного хода может вообще не подходить. Топология обратного хода обеспечивает изоляцию между входом (сторона переменного тока) и выходом.

Обратный трансформатор

Fly Back Transformer не является обычным трансформатором. Обычный трансформатор передает мощность или энергию от первичной обмотки к вторичной в идеальном режиме в реальном времени и идеально. Обратный трансформатор накапливает энергию в первичном магнитном поле и по прошествии определенного периода времени подает на вторичную сторону.

Переключатель

Переключатель обеспечивает время включения и выключения, что позволяет намагничивать и размагничивать трансформатор.

Выпрямитель и фильтр

Выпрямитель и фильтр сглаживают сигнал вторичной обмотки. Конденсатор служит элементом накопления энергии.

Выпрямитель и фильтр приводят к тому, что на выходе получается чистый постоянный ток.

Обратный преобразователь Основные операции

Переключатель включен

Когда переключатель находится в положении ON (состояние насыщения), первичная обмотка трансформатора обратного хода будет просто действовать как индуктор, и он будет заряжаться.Через переключатель S, который на этот раз действует как путь короткого замыкания, протекает ток от Vin к земле. Диод на вторичной стороне смещен в обратном направлении, открывая вторичную обмотку. Нагрузка питается энергией, запасенной в выходном конденсаторе Cout.

Выключатель выключен

Когда переключатель выключается, энергия, накопленная в первичной обмотке обратного трансформатора, будет передана нагрузке. Полная доставка будет достигнута, если обратный ход работает в режиме постоянного тока или прерывистой проводимости.Частичная передача энергии будет наблюдаться, если обратный ход работает в режиме CCM или просто в режиме непрерывной проводимости. Практически в DCM работает обратный ход. В этот период времени будет наблюдаться обратное движение в первичной обмотке, особенно на стоке коммутатора, как указано Vds. Диод на вторичной стороне будет проводить, поскольку вторичная обмотка меняет свою полярность. На этот раз Cout будет перезаряжаться, и нагрузка будет питаться от вторичной обмотки.

5. Прямой преобразователь

Прямой преобразователь также обычно используется для автономного источника питания переменного тока постоянного тока.Для прямого преобразователя существует несколько подходов, например, с одним переключателем вперед, с двумя переключателями вперед или с чередованием с одним переключателем или с двумя переключателями вперед. Мы не будем вдаваться в подробности каждого, так как основные принципы общие. На схеме ниже показан простой прямой преобразователь с одним переключателем. Взгляните на точку на обмотке трансформатора; они находятся в фазе, в отличие от обратного хода.

Зажим УЗО

В простом и маломощном прямом преобразователе зажима УЗО достаточно для разряда трансформатора в каждый период переключения.В прямом преобразователе обязательно должен быть механизм для разряда пустого сердечника трансформатора в каждый период переключения, чтобы избежать явления, называемого «блужданием потока», которое приведет к насыщению трансформатора и приведет к катастрофическому отказу.

В приложениях с более высокой мощностью требуется обмотка сброса трансформатора, что приводит к громоздкому и дорогому трансформатору. Другой подход — использовать метод с двумя переключателями, чтобы избавиться от обмотки сброса.

Flyback также нуждается в зажиме УЗО для сброса энергии утечки, которая вызовет выбросы высокого напряжения на переключающем МОП-транзисторе.Впрочем, это неплохо, так как вперед нужен разгрузочный тракт.

Трансформатор

Это обычный трансформатор, который передает всю энергию из первичной обмотки во вторичную в режиме реального времени, в отличие от обратного тока, который сохраняет энергию до того, как она будет доставлена во вторичную. Трансформатор прямого преобразователя может быть громоздким (но достаточно маленьким по сравнению с трансформатором 50/60 Гц в линейном источнике питания, поскольку частота переключения высока), если в качестве механизма разряда используется обмотка сброса.

Переключатель

Это может быть MOSFET, BJT или IGBT. Он управляется ШИМ-сигналом для генерации прямоугольного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Прямой диод

Это называется прямым диодом, поскольку этот диод будет следовать за действием первичной стороны. Если первичный переключатель включен, трансформатор будет включен, и этот диод будет проводить.

Диод свободного хода

Диод свободного хода проводит только тогда, когда переключатель находится в положении ВЫКЛ, так что ток будет продолжать течь через индуктор к нагрузке.

Прямой преобразователь также может использоваться при высоком входном напряжении, таком как обратный ход, поскольку имеющиеся контроллеры рассчитаны на высокое напряжение. Прямой преобразователь более эффективен, чем обратный преобразователь, поскольку его трансформатор не накапливает энергию намеренно, как обратный преобразователь. При мощности более 150 Вт обратная связь является хорошей топологией. Его по-прежнему можно использовать для мощности менее 150 Вт, но обратный ход по-прежнему эффективен ниже этого уровня мощности, а обратный ход проще и дешевле, поэтому лично я выберу обратно для номинальной мощности до 150 Вт и выше этой мощности.Прямой преобразователь также обеспечивает изоляцию между входом (сторона переменного тока) и выходом.

Работа прямого преобразователя при включенном переключателе

Когда переключатель находится в положении ON, ток будет течь от входного напряжения VIN к первичной обмотке трансформатора и к переключателю. Прямой диод D5 на этот раз будет смещен в прямом направлении. Диод свободного хода с другой стороны, имеет обратное смещение. Дроссель L1 и выходной конденсатор C2 будут заряжаться, и на выход будет подаваться ток от вторичной обмотки.

Работа прямого преобразователя при выключенном переключателе

Во время выключения ток не будет поступать со входа, но ток первичной обмотки будет продолжать течь по зажиму УЗО до тех пор, пока энергия на сердечнике не исчезнет. Когда сердечник пуст от энергии утечки, диод на УЗО (D2) будет иметь обратное смещение. Поскольку от VIN источника входного сигнала не поступает ток, прямой диод будет иметь обратное смещение.Напротив, обратный диод будет направлять смещение. Как индуктор L1, так и конденсатор C2 будут обеспечивать потребляемую мощность нагрузки, используя свою энергию заряда.

Существует больше топологий для использования в коммутационных преобразователях постоянного тока постоянного тока, таких как полумост, полный мост, резонансный (например, LLC) или двухтактный. Все эти топологии обладают высокой эффективностью за счет переключения. Импульсный источник питания может быть выполнен из нескольких переключающих преобразователей, объединяющих описанные выше преобразователи.

Связанные

Что такое импульсный блок питания против линейного, как он работает?

Когда нам нужен высокоэффективный блок питания небольшого размера.Многие выбирают импульсный блок питания. Раньше мне нравились линейные блоки питания. Но иногда я должен пробовать другие способы.

В этом посте мы узнаем, что такое импульсный источник питания по сравнению с линейным, как он работает?

Тебе, может быть, он нравится так же, как и мне. После прочтения этой статьи.

Какие бывают типы блоков питания

Блок питания является источником энергии для различных схем. Он преобразует сеть переменного тока в напряжение постоянного тока. Это постоянное или переменное напряжение, применяемое в вашей работе.

Существует 2 основных типа источников питания:

Обычно используется линейный источник питания.
Это простые схемы не сложные. Но они большие и низкий КПД всего около 50% и более. При их работе наблюдаются потери в виде сильного нагрева.

Импульсный блок питания В настоящее время
Многие работы выбирают этот тип блока питания. Потому что маленький Высокий КПД составляет около 85% и более. Представьте, что мы вводим 100% электроэнергии. Его можно преобразовать в 85% энергии.И 15% теряется в виде тепла.

А вот схема коммутации питания довольно сложная. Раньше я старался избегать этого, потому что не был уверен, смогу ли я это легко объяснить.

Готовы начать?

Для начала рассмотрим блок-схему импульсного блока питания. Хотя конструкция выглядит сложной. Но если схему можно разделить на части, это будет проще для понимания.

Блок-схема импульсного блока питания

Изюминкой этой схемы является работа с высокой частотой.Поэтому имеет трансформатор меньшего размера. Имеется система переключения с высокими частотами.

Входная и выходная цепи включают выпрямительную и фильтрующую цепи. и детектор напряжения ошибки для контроля стабильного напряжения.

Конечно, сейчас можно не понять. Но когда вы прочтете следующий раздел, друзья поймут больше.

Что еще?

В импульсном блоке питания есть 4 типа выпрямительных цепей.

Встречайте Выпрямитель переменного тока в постоянный, простой, но очень полезный.

Импульсный источник питания будет иметь выпрямительную схему как на входе, так и на выходе.По большей части это схема мостового выпрямителя.

Части преобразователя переменного тока в постоянный — выпрямитель. В линейной схеме эта схема важна. В схеме импульсного питания также важна выпрямительная схема.

Важным устройством является диод, который представляет собой полупроводниковое устройство, позволяющее току течь только в одном направлении. Затем через фильтр будет протекать постоянное напряжение, сглаживая ток.

Рекомендуется: Как работает схема выпрямителя

В импульсном блоке питания имеется 4 типа схем выпрямителя:

1 #

Импульсный мост переменного тока к постоянному току Мостовой выпрямитель

Обычно мы сначала находим схему выпрямителя.Входная сторона импульсного источника питания, как на схеме ниже.

Вход переменного тока в импульсное напряжение постоянного тока с использованием мостового выпрямителя.

Входное напряжение переменного тока 220 В RMS или 311 В пик выпрямляется до импульсного напряжения постоянного тока 160 В пик. Затем мы переходим к принципиальной схеме радиочастотного переключателя.

2 #

Однополупериодный выпрямитель из РЧ-сигнала переменного тока

В импульсном источнике питания входной сигнал постоянного тока будет переключаться на высокочастотный РЧ-сигнал. Затем понижающий трансформатор преобразует его в переменный ток низкого напряжения. Затем он также поступает на полуволновой выпрямитель в импульс постоянного тока.

3 # Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводным трансформатором

Он разработан на основе однополупериодного выпрямителя. Мы часто будем видеть такой выпрямитель. И обратите внимание, что он использует центральный отвод вторичного трансформатора. Это ссылка на землю.

4 # Двухполупериодный мостовой выпрямитель с понижающим трансформатором

Для этой схемы не нужен центральный трансформатор отвода, но нам нужно использовать еще 2 диода.

Выбор диодов для схемы выпрямителя

Есть 2 важных фактора:

Пиковое обратное напряжение — PIV

Это максимальное напряжение, которое выдерживает диод.Пока он получает обратный уклон. Или когда диод выключен.

Значение PIV используемого диода должно выдерживать как минимум 2-кратное рабочее напряжение. И при расчете безопасность тоже нужно увеличить на 50%.

При входном переменном напряжении 220 В среднеквадратичное пиковое напряжение составляет 1,414 x В среднеквадратического значения = 311 В пик.

Мы должны выбрать диод со значением:

Piv = (311Vpkx2) + (311Vpkx0,5)
= 777,5Vpiv

Прямой ток-IF

Это ток, который диод пропускает через себя при получении форвард без повреждений.И что еще более важно, не забудьте добавить значение безопасности 50%.

Например, входной выпрямитель с током 1А. Мы должны выбрать диод с током пересылки:
IF = 1+ (1 × 0,5) = 1,5A

Насколько важен фильтр

Напряжение с выпрямителя постоянное. Но мы не можем его использовать. Нам нужно сгладить его конденсатором фильтра. Его необходимо использовать как в линейном, так и в импульсном блоке питания.

Конденсатор — это устройство, используемое для хранения энергии. Он заряжает энергию внутри себя, пока не достигнет максимального значения импульсного напряжения.И отпустит при загрузке.

Эффект фильтрации импульсного сигнала постоянного тока и ответный ток нагрузки

На изображении показан эффект фильтрации конденсатора в ритме зарядки и разрядки. При подключении к нагрузке. Пульсации напряжения на конденсаторе называются пульсациями.

Имеется высокая пульсация. Если ток нагрузки высокий
Напротив, пульсации низкие. Если это низкий ток нагрузки.

А если посмотреть на блок-схему работы.В цепи фильтра на переменное напряжение 50-60 Гц. Мы будем использовать конденсатор довольно большого размера.

Обычно в диапазоне от 1000 до 2000 мкФ. Это зависит от тока нагрузки.

Читать далее: Как спроектировать нерегулируемый источник питания

Увеличение его значения (параллельно) сокращает время разряда между импульсами, что приводит к меньшим значениям пульсаций напряжения

Норма рабочего напряжения
Важно отметить, что нам нужно использовать номинальное рабочее напряжение конденсатора, более высокое напряжение при рабочем токе составляет примерно 50%

Высокочастотный трансформатор

Трансформатор — это устройство, которое используется для преобразования высокого напряжения на первичной обмотке в низкое напряжение на вторичной обмотке, как показано на рисунке ниже.

RF Высокочастотные трансформаторы соединяют вход и выход.

Это форма соединения трансформатора между входом и выходом. Мы используем его импульсный источник питания для переключения на высоких частотах 20 кГц и более.

Обычно широко используемые трансформаторы 50 Гц не могут использоваться на высоких частотах.

Хотя размер и форма переключающих трансформаторов отличаются от трансформаторов 50 Гц. Но в работе по-прежнему используются те же основные принципы связи магнитного поля.

Это высокое напряжение, подключенное к первичной катушке. И он будет накапливать энергию и создавать магнитные поля, чередующиеся между фазами включения и выключения.

Какой сердечник трансформатора действует как магнитное поле, наведенное на вторичную обмотку в виде трансформатора связи.

Что такое импульсный регулятор RF

Сердце импульсного источника питания — RF-регулятор. Также известен как импульсный регулятор.

Импульсный стабилизатор с широтно-импульсной модуляцией

Хотя существует множество различных схем переключения.Но обычно используется ШИМ-широтно-импульсная модуляция.

Это базовая блок-схема импульсного регулятора с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Он поддерживает уровень напряжения с замкнутым контуром.

Чтобы получить постоянное выходное напряжение. Эта схема обнаружит ошибку напряжения. Этот сигнал ошибки используется для управления шириной импульса схемы переключения. Это изменение ширины импульса в цепи генератора в регуляторе.

Ширина импульсов, изменяемых генератором, отправляется для управления транзистором, действующим как переключатель.В котором изменение ширины импульса вызывает соответствующее изменение среднего выходного напряжения.

Высокочастотные трансформаторы понижают напряжение в сигнал переменного тока, затем он выпрямляется и снова фильтруется.

Для конечного вывода постоянного напряжения. Результат снова будет рандомизирован. И отрегулирует последующий сигнал ошибки. До получения постоянного напряжения по мере необходимости.

Это означает, что схема будет работать в замкнутом контуре. Выходное напряжение постоянно контролируется до нормальной работы.

Теперь мы можем узнать основной принцип работы импульсного регулятора. Как это работает? Так, что дальше? Возможно, нам пора применить его.

Читайте также: Схема импульсного источника питания постоянного тока 0-45 В, 8 А

Гибридный импульсный регулятор Принцип работы

Не всегда необходимо использовать высокочастотный трансформатор для разработки импульсного источника питания.

Обычно трансформатор используется для изменения напряжения импульса с высокого на более низкое напряжение.

Если входное напряжение постоянного тока близко к фактическому рабочему напряжению. Высокочастотный трансформатор не нужен.

Мы можем использовать понижающий трансформатор напряжения 50 Гц, чтобы снизить напряжение до более низкого значения. Перед подачей его на вход выпрямительной схемы.

Посмотрите на схему гибридного импульсного регулятора, вход схемы имеет характеристики, аналогичные характеристикам линейного источника питания. Но это повышает производительность.

Гибридный импульсный стабилизатор 5 В, 500 мА

Посмотрите на реальные примеры использования гибридного импульсного регулятора 5 В, 500 мА.В схеме используется LM341 NS. Как правило, это трехконтактный стабилизатор положительного напряжения.

Не люблю читать текст. Но мне нравится изучать его работу по принципиальным и структурным схемам. Ты такой же, как я? Давайте посмотрим на схему. Мы еще разберемся.

Но это служит генератору. Частота генератора в цепи определяется соотношением сопротивлений R2 и R3.

Выходное напряжение возвращается через дроссель L1. Транзистор Q1 служит реальным переключающим устройством в схеме.

Также ознакомьтесь с этими статьями:

Изучите обратный импульсный регулятор работает

Если вам нужен импульсный регулятор, который использует несколько компонентов. А вашей нагрузке требуется мощность менее 100 Вт.

Посмотрите на приведенную ниже блок-схему.

Это схема импульсного источника питания с обратным ходом.

В этой схеме очень важен высокочастотный трансформатор. Потому что он имеет 3 основные функции:

Снижение напряжения.
Разделите входную и выходную цепи.
Ограничьте также линейный ток переменного тока.

В котором первичная и вторичная обмотки намотаны в противоположных направлениях.

При наличии импульсного сигнала управления смещением транзистор работает. Ток будет проходить через высокочастотный трансформатор. Но выходной выпрямитель не проводит ток.

Напротив, когда транзистор выключен. Первичное напряжение меняется на противоположное. И этот результат вызывает обратный ток, протекающий через выход выпрямителя и выход фильтра.Мы можем контролировать ширину импульса через трансформатор. Для поддержания постоянного выходного напряжения.

Импульсный источник питания с обратным ходом имеет ограниченную номинальную мощность 100 Вт. Из-за тока трансформатора. И ограничение на пиковое значение тока переключения транзистора.

Для приложений мощностью более 100 Вт. Мы будем использовать другие схемы импульсного регулятора. Это будет объяснено в следующей схеме.

Отобранные вручную связанные схемы, которые вы можете прочитать:

Схема прямого импульсного регулятора мощностью от 80 до 200 Вт

Посмотрите на прямой импульсный регулятор на блок-схеме ниже.Это высокая мощность от 80 Вт до 200 Вт. Мы можем улучшить пульсацию, чтобы уменьшить ее. Потому что мы используем схему мостового выпрямителя. У которого пульсация ниже, чем у однополупериодного выпрямителя импульсного регулятора обратного хода.

Кроме того, мы можем еще больше уменьшить пульсации, подключив дроссель индуктивности последовательно с конденсаторным фильтром.

Когда транзистор работает (ВКЛ). Выход схемы будет проводить ток и иметь напряжение на себе.

А при остановке транзистора (ВЫКЛ).Ток перестанет течь в выходном выпрямителе. Напряжение на дросселе изменит полярность. И поставляет в нагрузку. Вот почему он снижает пульсацию.

Имеется небольшое отличие в цепи импульсного управления регулятора прямого включения.

На практике необходимо изменить синхронизацию импульсов выхода, чтобы она соответствовала разным размерам выхода. Для наилучшего результата.

Вот несколько связанных сообщений, которые вы, возможно, захотите прочитать:

Двухтактный импульсный источник питания

Если вам нужна мощность более 200 Вт.Эта схема рассчитана на мощность до 600 Вт.

Посмотрите на блок-схему. Он состоит из 2-х регуляторов с широтно-импульсной модуляцией, работающих вместе для управления переключающим транзистором с каждой стороны.

Этот тип подключения цепи позволяет пропускать больший ток.

Пульсации в двухтактной схеме переключения можно уменьшить. Обеспечивая балансировку схемы для каждой широтно-импульсной модуляции.

Обычно цепи двухтактной коммутации имеют наименьшую пульсацию.По сравнению с другими схемами импульсного питания.

И выпрямители, и схемы фильтрации импульсов импульсной модуляции одинаковы. С точкой получить ошибку напряжения на выходе такая же точка.

Заключение

Импульсный источник питания имеет недостаток — сигнал РЧ-шума. Которая может распространяться и мешать работе других цепей. Если не хорошо экранирован.

Значения стабилизации и пульсации аналогичны линейным цепям.

Таким образом, импульсный источник питания подходит для приложений, требующих небольшого размера, высокой эффективности и низкого тепловыделения.

Кроме того, вот пара связанных сообщений, которые вы тоже должны прочитать:

Импульсные источники питания 10884 схематическая диаграмма. Блок-схема импульсных источников питания

Еще он сделал инвертор, чтобы он питался от 12 В, то есть автомобильный вариант. После того, как все было сделано по УНЧ, встал вопрос: а как его теперь кормить? Даже для тех же тестов или просто послушать? Я думал, что это будет стоить всего АТН БП, но при попытке «нагромождения» БП надежно уходит в защиту, и переделывать как-то не очень хочется… И тут меня осенило сделать свой БП (кроме защиты). Я начал с поиска схем, посмотрел на относительно несложные для меня схемы. В итоге остановился на этом:

Нагрузка держится на отлично, но замена некоторых деталей на более мощные позволит выжать из нее 400 Вт и более. Микросхема IR2153 — автодрайвер, который был разработан специально для использования в балластах энергосберегающих ламп. Он имеет очень низкое потребление тока и может питаться через ограничительный резистор.

Устройство в сборе

Начнем с травления платы (травление, зачистка, сверление). Архив с пп.

Сначала купил недостающие детали (транзисторы, ирка, мощные резисторы).

Кстати сетевой фильтр полностью удален из БП с проигрывателя дисков:

Теперь самое интересное в ИИП — это трансформатор, хотя ничего сложного здесь нет, нужно только понять, как его правильно намотать и все такое.Для начала нужно узнать, что и сколько накручивать, для этого существует множество программ, но самая распространенная и популярная у радиолюбителей — ExcellentIT . В нем посчитаем наш трансформатор.

Как видите, у нас 49 витков первичной обмотки и две обмотки по 6 витков каждая (вторичная). Будем качать!

Производство трансформаторов

Так как у нас есть кольцо, скорее всего, его края будут под углом 90 градусов, и если провод наматывать прямо на кольцо, возможно повреждение.лаковая изоляция, и как следствие межвитковое замыкание и тому подобное. Чтобы исключить этот момент, можно аккуратно обрезать края напильником, либо обмотать лентой X / B. После этого можно наматывать первичный.

Кольцо с первичной обмоткой еще раз обматываем изолентой.

Потом сверху наматываем вторичную обмотку, правда тут немного сложнее.

Как видно в программе, вторичная обмотка имеет 6 + 6 витков и 6 сердечников.То есть нам нужно намотать две обмотки по 6 витков по 6 проводов по 0,63 (можно выбрать, написав в поле с нужным диаметром провода). Или еще проще, нужно намотать 1 обмотку, 6 витков с 6 проводниками, а потом снова то же самое. Чтобы упростить этот процесс, можно и даже нужно наматывать две шины (шина-6 жила на одной обмотке), поэтому мы избегаем перекоса напряжения (хотя он может быть, но небольшой и часто не критичный).

Опционально вторичная обмотка может быть изолирована, но не обязательно.Теперь, после этого, припаиваем трансформатор с первичной обмоткой к плате, которая вторична выпрямителю, а у меня выпрямитель используется однополярный со средней точкой.

Расход меди конечно больше, но потери меньше (соответственно меньше нагрев) и можно использовать всего одну диодную сборку с блоком питания АТН, отслужившим свой срок, либо просто нерабочим. Первое включение обязательно проводить при включенной в электросети лампочке. В моем случае я просто вытащил предохранитель и вилка от лампы отлично входит в ее розетку.

Если лампа мигает и гаснет, это нормально, так как сетевой конденсатор был заряжен, но у меня этого явления не было, либо из-за термистора, либо из-за того, что я временно установил конденсатор всего на 82 мкФ, а может и так. обеспечивает плавный запуск всего. В итоге, если проблем нет, можно включить SMPS сеть. При нагрузке 5-10 А я не опустился ниже 12 В, что нужно для питания автоусилителей!

Если мощность всего около 200 Вт, то резистор, который устанавливает порог защиты R10, должен быть равен 0.33 Ом 5 Вт. Если он сломан или сгорел, сгорят все транзисторы, а также микросхема.
Сетевой конденсатор выбирается из расчета: 1-1,5 мкФ на 1 Вт мощности блока.
В данной схеме частота преобразования около 63 кГц, а при работе, наверное, лучше для кольца 2000НМ, частота снижена до 40-50 кГц, так как предельная частота, на которой кольцо работает без нагрева, составляет 70- 75 кГц. За высокой частотой гнаться не надо, для этой схемы кольцо марки 2000НМ будет оптимально 40-50 кГц.Слишком высокая частота приведет к коммутационным потерям на транзисторах и значительным потерям на трансформаторе, что вызовет его значительный нагрев.
Если при правильной сборке на холостом ходу трансформатор и ключи нагреваются, попробуйте уменьшить емкость демпфера С10 с 1 нФ до 100-220 пФ. Ключи необходимо изолировать от радиатора. Вместо R1 можно использовать термистор с БП ATX.

Вот окончательные фото проекта блока питания:

Обсудить статью БИПОЛЯРНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ МОЩНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СЕТИ

ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

В отличие от традиционных линейных ИС, которые подавляют чрезмерное нестабилизированное напряжение на линейном элементе, импульсные ИП используют другие методы и физические явления для генерирования стабилизированного напряжения, а именно эффект накопления энергии в индукторах и возможность высокочастотное преобразование и преобразование накопленной энергии в постоянное давление. Существуют три типовые схемы построения импульсных источников питания (см. Рис.3.4-1): повышающий (выходное напряжение выше входного), понижающий (выходное напряжение ниже входного) и инвертирующий (выходное напряжение имеет противоположную полярность входному). Как видно из рисунка, они отличаются только способом подключения индуктивности, в остальном принцип работы остается неизменным, а именно.

Ключевой элемент (обычно используются биполярные или МДП транзисторы), работающий с частотой около 20-100 кГц, периодически на короткое время (не более 50% времени) стыкуется

полное входное нестабилизированное напряжение доставляется в индуктор.2 на каждый импульс. Накопленная таким образом энергия от катушки передается нагрузке (либо напрямую, с помощью выпрямительного диода, либо через вторичную обмотку с последующим выпрямлением), конденсатор выходного сглаживающего фильтра обеспечивает постоянство выходного напряжения и тока. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается автоматической регулировкой ширины или частоты импульса на ключевом элементе (для контроля выходного напряжения используется цепь обратной связи).

Такая, хоть и довольно сложная, схема позволяет существенно повысить КПД всего устройства.Дело в том, что в этом случае, кроме самой нагрузки, в схеме отсутствуют силовые элементы, рассеивающие значительную мощность. Ключевые транзисторы работают в насыщенном ключевом режиме (т.е. падение напряжения на них мало) и рассеивают мощность только через достаточно короткие промежутки времени (время подачи импульса). Кроме того, увеличив частоту преобразования, можно значительно увеличить мощность и улучшить весогабаритные характеристики.

Важным технологическим преимуществом импульсных источников питания является возможность построения на их основе малогабаритных сетей электроснабжения с гальванической развязкой от сети для питания самого разнообразного оборудования.Такие ИП строятся без применения громоздкого силового низкочастотного трансформатора по схеме высокочастотного преобразователя. По сути, это типичная схема импульсного источника питания с падением напряжения, где выпрямленное сетевое напряжение используется в качестве входного напряжения, и высокочастотный трансформатор (малый и высокоэффективный) со вторичной обмоткой, выход которой стабилизируется. снимается напряжение (этот трансформатор также обеспечивает гальваническую развязку от сети).

К недостаткам импульсных источников питания можно отнести: наличие высокого уровня импульсных шумов на выходе, высокую сложность и низкую надежность (особенно при кустарном производстве), необходимость использования дорогостоящих высоковольтных высокочастотных компонентов, которые в случае малейшей неисправности легко выйти из строя (обычно можно увидеть впечатляющие пиротехнические эффекты).Любителям копаться во внутренностях устройств отверткой и паяльником при проектировании сетевого импульсного ИП следует быть предельно осторожными, так как многие элементы таких схем находятся под высоким напряжением.

Фотография:

Эффективный импульсный стабилизатор низкого уровня

На элементной базе, аналогично линейному стабилизатору, используемому в описанном выше (Рис. 3.3-3), может быть построен импульсный стабилизатор напряжения. При тех же характеристиках он будет иметь значительно меньшие габариты и лучший тепловой режим.Принципиальная схема такого стабилизатора представлена на рис. 3.4-2. Стабилизатор собран по типовой схеме с понижением напряжения (рис. 3.4-1а).

При первом включении, когда конденсатор C4 разряжен и достаточно подключен к выходу, мощный ток нагрузки протекает через линейный стабилизатор DA1. Падение напряжения на R1, вызванное этим током, открывает ключевой транзистор VT1, который также входит в режим насыщения, поскольку индуктивное сопротивление L1 велико и через транзистор протекает достаточно большой ток.Падение напряжения на R5 открывает главный ключевой элемент — транзистор VT2. Текущий. увеличиваясь в L1, заряжает C4, а через обратную связь на R8 записывает

ранний стабилизатор и ключевой транзистор. Энергия, запасенная в катушке, питает нагрузку. Когда напряжение на C4 падает ниже напряжения стабилизации, DA1 и ключевой транзистор открываются. Цикл повторяется с частотой 20-30 кГц.

Цепь R3. R4, C2 установят уровень выходного напряжения.Его можно плавно регулировать в небольших пределах, от Uct DA1 до Uin. Однако, если Uout поднят близко к Uin, возникает некоторая нестабильность при максимальной нагрузке и повышенный уровень пульсации. Для подавления высокочастотных пульсаций на выходе стабилизатора включается фильтр L2, C5.

Схема достаточно простая и максимально эффективная для заданного уровня сложности. Все силовые элементы VT1, VT2, VD1, DA1 снабжены небольшими радиаторами. Входное напряжение нс должно превышать 30 В.что максимально для стабилизаторов КР142ЕН8. Применять выпрямительные диоды на ток не менее 3 А.

Фотография:

Устройство бесперебойного питания на базе импульсного стабилизатора

На рис. 3.4-3 предлагается рассмотреть устройство бесперебойного питания систем безопасности и видеонаблюдения на базе импульсного стабилизатора, совмещенного с зарядным устройством. В систему стабилизатора введена защита от перегрузок, перегрева, скачков напряжения на выходе, короткого замыкания.

Стабилизатор имеет следующие параметры:

Входное напряжение, Uinx — 20-30 В:

Выходное стабилизированное напряжение, Uvyx-12B:

Номинальный ток нагрузки Iагр-число -5А;

Система максимальной токовой защиты от перегрузки, Изащ — 7А;.

Напряжение срабатывания системы защиты от перенапряжения, Uвых защиты — 13 В;

Максимальный ток зарядки АКБ, Изар Акб max — 0,7 А;

Уровень пульсации Импульс — 100 мВ

Температура системы защиты от перегрева, Тзащ — 120 С;

Скорость переключения на питание от АКБ, ttransfer — 10мс (реле РЭС-б РФО.452.112).

Принцип работы импульсного стабилизатора в описываемом устройстве такой же, как и у представленного выше стабилизатора.

Устройство дополнено зарядным устройством, выполненным на элементах DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Стабилизатор напряжения DA2 с делителем тока R7. R8 ограничивает максимальный начальный ток заряда, делитель R9, R10 задает выходное напряжение заряда, диод VD2 защищает аккумулятор от саморазряда при отсутствии напряжения питания.

Защита от перегрева использует термистор R16 в качестве датчика температуры. При срабатывании защиты включается зуммер, собранный на микросхеме DD 1 и при этом отключается нагрузка от стабилизатора, переходя на питание от аккумулятора. Термистор установлен на радиаторе транзистора VT1. Точная регулировка уровня срабатывания температурной защиты осуществляется сопротивлением R18.

Датчик напряжения собран на делителе R13, R15.сопротивление R15 задает точный уровень защиты от перенапряжения (13 В). При превышении напряжения на выходе стабилизатора (в случае последней неисправности) реле S1 отключает нагрузку от стабилизатора и подключает ее к аккумулятору. В случае отключения напряжения питания реле S1 переходит в состояние «по умолчанию», т.е. подключает нагрузку на аккумулятор.

Схема, показанная здесь, не имеет электронной защиты от короткого замыкания для аккумулятора. Эту роль выполняет предохранитель в цепи питания нагрузки, рассчитанный на максимальное потребление тока.

Фотография:

Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя

Довольно часто при проектировании устройств предъявляются жесткие требования к размеру источника питания. В этом случае единственный выход — использование ИП на основе высоковольтных высокочастотных импульсных преобразователей. которые подключаются к сети ~ 220 В без использования габаритного низкочастотного понижающего трансформатора и могут обеспечить большую мощность при малых габаритах и теплоотдаче.

Блок-схема типичного импульсного преобразователя с питанием от промышленной сети представлена на рисунке 34-4.

Входной фильтр предназначен для предотвращения попадания импульсных помех в сеть. Силовые выключатели подают импульсы высокого напряжения на первичную обмотку высокочастотного трансформатора (одна и

двухтактные схемы). Частота и длительность импульсов задаются управляемым генератором (обычно используется для управления шириной импульсов, реже — частотой).В отличие от синусоидальных низкочастотных трансформаторов, в импульсных источниках питания используются широкополосные устройства для обеспечения эффективной передачи мощности для сигналов с быстрыми фронтами. Это накладывает существенные требования на тип используемой магнитной цепи и конструкцию трансформатора. С другой стороны, с увеличением частоты требуемый размер трансформатора (с сохранением передаваемой мощности) уменьшается (современные материалы позволяют строить мощные трансформаторы с приемлемым КПД на частотах до 100-400 кГц).Особенностью выходного выпрямителя является использование в нем не обычных силовых диодов, а быстродействующих диодов Шоттки, что связано с высокой частотой выпрямленного напряжения. Выходной фильтр сглаживает пульсации выходного напряжения. Напряжение обратной связи сравнивается с опорным напряжением и затем управляет генератором. Обратите внимание на наличие гальванической развязки в цепи обратной связи, которая необходима, если мы хотим отвязать выходное напряжение от сети.

При изготовлении таких ИП предъявляются серьезные требования к используемым комплектующим (что увеличивает их стоимость по сравнению с традиционными).Во-первых, это касается рабочего напряжения диодов выпрямителя, конденсаторов фильтров и ключевых транзисторов, которое во избежание пробоев должно быть не менее 350 В. Во-вторых, высокочастотные ключевые транзисторы (рабочая частота 20–100 кГц) и специальные керамические конденсаторы (обычные оксидные электролиты на высоких частотах будут перегреваться из-за их высокой индуктивной способности). I. в-третьих, частота насыщения высокочастотного трансформатора, определяемая типом используемого магнитопровода (как правило, используются тороидальные сердечники), должна быть существенно выше рабочей частоты преобразователя.

На рис. 3.4-5 дана принципиальная схема классического ИП на основе высокочастотного преобразователя. Фильтр, состоящий из конденсаторов C1, C2, NW и дросселей L1, L2, используется для защиты сети от высокочастотных помех от преобразователя. Генератор построен по автоколебательной схеме и совмещен с ключевым каскадом. Ключевые транзисторы VT1 и VT2 работают в противофазе, по очереди открывая и закрываясь. Пуск генератора и надежную работу обеспечивает транзистор VT3, работающий в режиме лавинного пробоя.2. Данные дросселей и трансформаторов: Л1-1. L2 намотан на кольцах из феррита 2000НМ К12х8х3 в два провода с проводом ПЭЛШО 0,25: 20 витков. ТП1 — на двух кольцах, собранных, феррит 2000НН КЗ 1х18,5х7;

обмотка 1 — 82 витка провода sew-2 0,5: обмотка II — 25 + 25 витков провода sew-2 1.0: обмотка III — 2 витка провода sew-2 0,3. ТП2 намотан на кольцо из феррита 2000НН К10х6х5. все обмотки выполнены проволокой sew-2 0,3: обмотка 1 — 10 витков:

обмотки II и III — по 6 витков; обе обмотки (II и III) намотаны так, чтобы занимать 50% площади кольца, не касаясь и не перекрывая друг друга, обмотка I намотана равномерно по всему кольцу и изолирована слоем лакированной ткани.Катушки выпрямительного фильтра L3, L4 намотаны на феррите 2000НМ К 12х8х3 с проводом СЭВ-2 1.0, количество витков 30. КТ809А можно использовать в качестве ключевых транзисторов VT1, VT2. КТ812, КТ841.

Номиналы элементов и характеристики обмоток трансформаторов даны для выходного напряжения 35 В. В случае, если требуются другие рабочие параметры, количество витков в обмотке 2 Tr1 следует соответственно изменить.

Описанная схема имеет существенные недостатки, вызванные стремлением минимизировать количество используемых компонентов.Это и «низкий» уровень стабилизации выходного напряжения, и нестабильная, и ненадежная работа, и низкий выходной ток. Однако он вполне подходит для питания простейших структур разной мощности (с использованием соответствующих компонентов), таких как: калькуляторы. Идентификатор вызывающего абонента. . освещение и т. д.

Импульсный стабилизатор с ключевым МОП-транзистором со считыванием тока

Миниатюризация и повышение эффективности при разработке и проектировании импульсных источников питания способствуют использованию нового класса полупроводниковых инверторов — МОП-транзисторов. а также: мощные диоды с быстрым обратным восстановлением, диоды Шоттки, сверхбыстрые диоды, полевые транзисторы с изолированными затворными интегральными схемами управления ключевыми элементами.Все эти элементы доступны на отечественном рынке и могут быть использованы при проектировании высокоэффективных источников питания, преобразователей, систем зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), систем запуска люминесцентных ламп (ЛДС). Большой интерес у разработчиков может вызвать также класс силовых устройств под названием HEXSense — MIS-транзисторы с текущим считыванием. Они являются идеальными переключающими элементами для импульсных источников питания с готовыми элементами управления. Возможность считывать ток ключевого транзистора может использоваться в импульсных источниках питания для обратной связи по току, необходимой для контроллера широтно-импульсной модуляции.Это достигается за счет упрощения конструкции источника питания — исключения из него резисторов тока и трансформаторов.

На рис. 3.4-7 — схема импульсного блока питания 230 Вт. Его основные рабочие характеристики:

Входное напряжение: -110 В 60 Гц:

Выходное напряжение: 48 В, постоянное:

Ток нагрузки: 4,8 A:

Частота переключения: 110 кГц:

Емкость при полной нагрузке : 78%;

КПД под нагрузкой 1/3: 83%.

В основе схемы лежит широтно-импульсный модулятор (ШИМ) с высокочастотным преобразователем на выходе. Принцип работы следующий.

Управляющий сигнал ключевого транзистора поступает с выхода 6 ШИМ-контроллера DA1, коэффициент заполнения ограничен до 50% резистором R4, R4 и СЗ являются синхронизирующими элементами генератора. Питание DA1 обеспечивается цепочкой VD5, C5, C6, R6. Резистор R6 предназначен для подачи питающего напряжения при пуске генератора, последующей обратной связи по напряжению через LI, VD5.Эта обратная связь получается от дополнительной обмотки выходного дросселя, который работает в реверсивном режиме. Помимо мощности генератора на вход обратной связи по напряжению DA1 (v.2) подается напряжение обратной связи по цепочке VD4, Cl, Rl, R2. Через R3 и C2 обеспечивается компенсация, гарантирующая стабильность контура обратной связи.

На основе данной схемы можно построить импульсные стабилизаторы с другими выходными параметрами.

МОДУЛЬ 3.

Глава 4.Функциональные узлы и схемотехника
преобразователи напряжения импульсные ИВЭП

Нередко при проектировании электронных устройств предъявляются жесткие требования к массогабаритным показателям вторичного источника питания (ИФВЭ). В этом случае единственным выходом является использование источников питания на основе высоковольтных высокочастотных импульсных преобразователей напряжения, которые подключаются к сети ~ 220 В с частотой 50 Гц или 115 В и частотой 400 Гц без общий низкочастотный понижающий трансформатор, и напряжение преобразуется в высокочастотный преобразователь частоты 20-400 кГц, и может обеспечить большую мощность при небольших размерах и теплопередаче.Такие источники питания имеют на порядок лучшие массогабаритные показатели по сравнению с линейными. ИВЭП с импульсным высокочастотным преобразователем значительно улучшает многие характеристики устройств, питающихся от этих источников. Основанием для использования импульсных источников питания на основе высокочастотного преобразователя могут быть: вероятность колебаний входного напряжения в пределах ~ 100-300 В, возможность создания источников питания мощностью от десятков ватт до сотен киловатт на любой выход. напряжение, появление доступных высокотехнологичных решений на базе IP и других современных компонентов.

Переход на использование преимущественно импульсных источников питания обусловлен рядом технико-экономических факторов, наиболее важными из которых являются следующие:

· Источники бестрансформаторного питания (ИБП) мощностью до 500 Вт имеют существенно более высокие массогабаритные характеристики по сравнению с аналогами, изготовленными на основе сетевых трансформаторов;

· Обмотки высокочастотных колебаний ИБП имеют более высокую плотность тока, и при их изготовлении используется гораздо меньше цветных металлов, что приводит к снижению затрат на производство и сырье;

· Высокая индукция насыщения и низкие удельные потери материалов сердечников высокочастотных трансформаторов позволяют создавать ИБП с общим КПД более 80%, что недостижимо в обычных источниках;

· Широкие возможности автоматической регулировки выходных вторичных напряжений путем воздействия на первичную цепь ВЧ преобразователя.

Рассмотрим несколько примеров блок-схем построения ИБП с напряжением первичной сети 220 В, 50 Гц.

На рис. 74, а представлена блок-схема импульсного источника питания, выполненного по довольно традиционной схеме.

Выпрямитель, фильтр и стабилизатор, присутствующие во вторичной цепи этого источника питания, построены на основе узлов, имеющихся в обычных источниках питания. Названия этих узлов раскрывают их назначение и не нуждаются в объяснении.Способ выполнения стабилизатора (линейный или импульсный) в данном случае не так важен по сравнению с его наличием как отдельного функционального блока. Вторичный источник питания в разных вариантах исполнения источника может быть дополнен другим фильтром, который устанавливается между стабилизатором и нагрузкой. Основными узлами первичной цепи являются: входной фильтр, выпрямитель сетевого напряжения и ВЧ преобразователь напряжения выпрямителя с ТВ-трансформатором.

Необходимость использования входного фильтра обусловлена тем, что, во-первых, этот фильтр должен устранять резкие кратковременные скачки напряжения питания и импульсные помехи, вызванные работой расположенных поблизости импульсных устройств (ВЧ-помехи) или возникающие во время подключения или отключение от сети соседних нагрузок.Во-вторых, фильтр должен эффективно устранять помехи, которые проникают в сеть непосредственно от используемого источника питания.

В импульсном источнике питания (рис. 74, а ) используется каскад высокочастотного преобразователя автогенераторного типа, автоколебательный режим которого определяется только величиной номиналов. собственных элементов и не регулируется.

Источник питания, выполненный по схеме, показанной на рис. 74, , но , может дополнительно включать в себя датчик перегрузки, который воздействует либо на стабилизатор, либо на ВЧ преобразователь, блокируя его работу до тех пор, пока причина неисправности не будет устранена.

При правильном подборе элементной базы источник, выполненный по данной схеме, прост в реализации — это его главное преимущество, однако из-за относительно невысокого КПД используется редко. Снижение КПД будет происходить с увеличением количества вторичных каналов разного напряжения, так как для каждого из них потребуется отдельный стабилизатор напряжения. Существенным недостатком схемы может быть очень высокая чувствительность автогенераторов, совмещенных с силовым каскадом источника питания, к величине нагрузки.Его изменение может привести к нарушению ВЧ колебаний и нестабильности работы такого источника питания.

Блок-схема сетевого источника питания, построенная с учетом оптимальных принципов регулирования выходного напряжения, представлена на рис. 74, b .

Рис.74 b

Принципиальным отличием данной структурной схемы от предыдущей является отсутствие вторичного стабилизатора напряжения. Кроме того, он добавил измерительную схему, задающий генератор, схему управления, а также изменил функции каскада ВЧ преобразователя.Силовой каскад работает в режиме усилителя мощности колебаний, исходящих от цепи управления. Его нагрузка — ВЧ трансформатор. Здесь ВЧ преобразователем можно назвать набор из следующих компонентов: задающий генератор, цепь управления, ВЧ усилитель мощности, ВЧ трансформатор ( Tv ). Источник выполнен в соответствии с блок-схемой, показанной на рис. 74, б, , одновременно выполняет две функции — преобразование напряжения и стабилизацию. Схема управления включает в себя широтно-импульсный модулятор и полностью определяет режим работы УМ.Выходное напряжение схемы управления имеет форму прямоугольных импульсов. Изменение длительности паузы между этими импульсами регулирует поток энергии во вторичный контур. Исходными параметрами для работы схемы управления являются сигналы ошибок от измерительной схемы, в которых значение опорного напряжения сравнивается с действительным напряжением, имеющимся в данный момент. По сигналу ошибки схема управления изменяет длительность паузы между импульсами в сторону ее увеличения или уменьшения в зависимости от отклонения фактического значения напряжения от номинального.В частности, в схему управления может входить узел защиты каскада УМ от перегрузки и короткого замыкания.

Наличие передаваемого напряжения ШИМ предъявляет определенные требования к параметрам и конструкции сглаживающего фильтра выпрямленного вторичного напряжения. Первым элементом этого фильтра после выпрямителя должна быть катушка индуктивности в каждом канале вторичного напряжения.

Показано на рис. 74, b Схема представляет собой одноканальную структуру энергосистемы, но реальные источники обычно имеют несколько вторичных каналов с разной нагрузочной способностью.

На рис. 75 — блок-схема импульсного многоканального преобразователя напряжения. В таких случаях измерительная цепь подключается к каналу с наибольшим потреблением. Остальные каналы стабилизируются отдельными стабилизаторами или методами регулирования, основанными на взаимодействии магнитных потоков.

В остальных случаях используются схемы выходных фильтров, выполненные на общем магнитопроводе для всех выходных каналов. Регулировка напряжения для непервичных каналов может производиться в небольшом диапазоне и с относительно небольшими изменениями нагрузки.При описании практических схем реализации ИП более подробно будут рассмотрены вопросы стабилизации вторичных напряжений одновременно по нескольким каналам.

Особенностью выходного выпрямителя является использование в нем не обычных силовых диодов, а быстродействующих диодов Шоттки, что связано с высокой частотой выпрямленного напряжения. Выходной фильтр сглаживает пульсации выходного напряжения. Напряжение обратной связи с использованием измерительной системы сравнивается с опорным напряжением, а затем разностный сигнал подается на широтно-импульсный контроллер (модулятор).Напряжение в виде высокочастотных прямоугольных импульсов с выхода ШИМ-регулятора поступает на вход транзисторов согласующего устройства, управляющего работой высокочастотного усилителя мощности. Модулятор ШИМ в настоящее время работает на микросхеме, которая питается от дополнительного источника питания. Как правило, в сетевых преобразователях присутствует гальваническая развязка в цепи обратной связи. Это необходимо, если необходимо обеспечить развязку выходного напряжения с сетью.

Основным узлом преобразователя напряжения является его силовая часть (мощный выходной каскад — усилитель мощности).

Выходные каскады всех преобразователей напряжения по количеству импульсов, передаваемых на нагрузку за один период, можно разделить на два больших класса: однотактные и двухтактные. Если передается один импульс, то преобразователь называется однотактным, если два — двухтактным. КПД первых ниже, чем у вторых, поэтому для создания блока питания используются несимметричные, мощностью менее 10 … 200 Вт. Двухтактные преобразователи обеспечивают высокую выходную мощность при высоком КПД.Несимметричные преобразователи могут быть построены по прямолинейной (с прямым включением диода) или обратноходовой схеме (с обратным включением диода). Двухтактные преобразователи могут быть мостовыми, полумостовыми или со средней точкой первичной обмотки трансформатора.

ОСНОВНАЯ СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ КОМПЬЮТЕРЫ СТАТЬЯ ПОДГОТОВЛЕНА НА ОСНОВЕ А.КНИГА В. ГОЛОВКОВА, В. Б. ЛУБИЦКОГО «БЛОКИ ПИТАНИЯ СИСТЕМНЫХ МОДУЛЕЙ IBM PC-XT / AT» ИЗДАТЕЛЬСТВО Обобщая все вышесказанное, для полноты картины приведем в качестве примера полное описание концепции одного из 200-ваттных импульсных блоков питания (Тайвань PS6220C) (рис. 56). Напряжение сети переменного тока поступает через силовой выключатель PWR SW через сетевой предохранитель F101 4А, помехоподавляющие фильтры, образованные элементами С101, R101, L101, С104, С103, С102 и дросселями И 02, L103 на: выход трехконтактный. разъем, к которому можно состыковать кабель питания дисплея; двухконтактный разъем JP1, ответная часть которого находится на плате. От разъема JP1 напряжение переменного тока в сеть поступает: Схема выпрямительного моста BR1 через термистор THR1; первичная обмотка пускового трансформатора Т1. Рисунок 56. Принципиальная электрическая схема импульсного блока питания ИБП PS-6220C .
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ IBM		Рассмотрены основные параметры импульсного блока питания, распиновка разъема, принцип работы от 110 и 220 вольт,

		Микросхема TL494 подробно описана, схема переключения и варианты использования для управления переключателями питания импульсных источников питания.

УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ С TL494		Описывает основные способы управления базовыми цепями. силовые транзисторы импульсные блоки питания, варианты построения выпрямителей вторичной мощности.

СТАБИЛИЗАЦИЯ ВЫХОДНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ		Описывает использование усилителей ошибок TL494 для стабилизации выходного напряжения, описывает принцип работы дроссельной группы стабилизации.

СХЕМЫ ЗАЩИТЫ		Описано несколько вариантов построения систем защиты блока питания импульсными болтами

СХЕМА «МЕДЛЕННОГО СТАРТА»		Описывает принципы формирования плавного пуска и выработки электроэнергии POWER GOOD

ПРИМЕР СОЗДАНИЯ ОДНОГО ИЗ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ		Полное описание концепции и принципа работы импульсного источника питания.

Электролитический конденсатор

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения принимает сигнал от фильтра и выдает постоянное напряжение (скажем, 12 вольт постоянного тока) независимо от изменений нагрузки или напряжения питания.

Регулятор напряжения может быть реализован несколькими способами.Это может быть транзисторный регулятор напряжения или монолитный регулятор напряжения.

На изображении ниже показан регулятор напряжения LM7805 (выход 5 В постоянного тока). Вы также можете найти стабилизатор напряжения LM7812 (выход 12 В постоянного тока).

LM7805 Регулятор напряжения

% PDF-1.7 % 962 0 объект > эндобдж xref 962 74 0000000016 00000 н. 0000002466 00000 н. 0000002625 00000 н. 0000003940 00000 н. 0000004560 00000 н. 0000004994 00000 н. 0000005746 00000 н. 0000006310 00000 н. 0000006836 00000 н. 0000006928 00000 н. 0000007559 00000 н. 0000007624 00000 н. 0000007788 00000 н. 0000008325 00000 н. 0000008750 00000 н. 0000008834 00000 н. 0000008946 00000 н. 0000009060 00000 н. 0000009511 00000 п. 0000009901 00000 н. 0000010182 00000 п. 0000010797 00000 п. 0000012405 00000 п. 0000013626 00000 п. 0000014258 00000 п. 0000014286 00000 п. 0000014792 00000 п. 0000014941 00000 п. 0000015310 00000 п. 0000016758 00000 п. 0000018987 00000 п. 0000019100 00000 п. 0000021287 00000 п. 0000022322 00000 п. 0000023321 00000 п. 0000036034 00000 п. 0000038054 00000 п. 0000038349 00000 п. 0000052473 00000 п. 0000054900 00000 п. 0000055000 00000 н. 0000055071 00000 п.

2.3. Структурная схема. Импульсные блоки питания для IBM PC

Читайте также

1.7.4. Схема импульсного стабилизатора

3.1.1. Электрическая схема электронных часов на ЖКИ

3.

4.4.2. Электрическая схема таймера

2.6. Схема чувствительного видеоусилителя

Проект 2: Схема интерфейса

Проект 3: общая схема интерфейса УРР

Начальная схема управления

Электрическая схема

«Фрегат Экоджет»: новая схема самолета и новая бизнес-схема

2.4. Принципиальная схема

3.3. Структурная схема

3.

Общая схема электрооборудования

Схема, устройство работа

7.1. Структурная организация и обязанности участников похода

Читать «Импульсные блоки питания для IBM PC» — Куличков Александр Васильевич — Страница 2

Импульсные источники питания — Энциклопедия по машиностроению XXL

Каталог радиолюбительских схем. Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя.

Магнитопроводы в импульсных источниках питания (ПАО «МСТАТОР»)

Тема: Источники питания для систем связи и радиотехники

Введение

Так что же дает использование аморфных и нанокристаллических сплавов в ИИП?

1.

2. Дифференциальные дроссели (L2, L12, L13, L14)

3. Дроссель корректора коэффициента мощности (L3)

4. Силовой трансформатор (Тр. с.)

5. Дроссель магнитного усилителя (L4, L5)

6. Помехоподавляющие магнитопроводы (L6, L7, L8)

7. Силовые выходные дроссели (индукторы) (L9, L10, L11)

Литература

Серии источников питания с несколькими выходами – RD, RT, RQ от компании MEAN WELL

Отмена ограничения по минимальному току

Структурная схема блока питания с двумя выходами без гальванической развязки

Импульсные источники питания

Что такое импульсный источник питания (SMPS)? Типы, блок-схема, работа и применение SMPS

Что такое блок питания?

Введение в SMPS

Типы импульсных источников питания

Блок-схема и работа SMPS

Преимущества

Недостатки

Применение ИИП

с общими топологиями

Блок-схема линейного источника питания постоянного тока

Что такое импульсный блок питания против линейного, как он работает?

Какие бывают типы блоков питания

Встречайте Выпрямитель переменного тока в постоянный, простой, но очень полезный.

1 #

2 #

Выбор диодов для схемы выпрямителя

Пиковое обратное напряжение — PIV

Насколько важен фильтр

Высокочастотный трансформатор

Что такое импульсный регулятор RF

Импульсный стабилизатор с широтно-импульсной модуляцией

Гибридный импульсный регулятор Принцип работы

Гибридный импульсный стабилизатор 5 В, 500 мА

Изучите обратный импульсный регулятор работает

Схема прямого импульсного регулятора мощностью от 80 до 200 Вт

Двухтактный импульсный источник питания

Заключение

Импульсные источники питания 10884 схематическая диаграмма. Блок-схема импульсных источников питания

Устройство в сборе

Производство трансформаторов

Рекомендации по компоновке печатных плат для импульсных источников питания и регуляторов | Блог

Рекомендации по компоновке системы для импульсных источников питания

Гальваническая развязка

Выходной каскад

Расположение каждого блока схемы

Советы по компоновке импульсного регулятора источника питания

Что мы не освещали?

(процесс преобразования переменного тока в постоянный)

Блок-схема блока питания, детали

Электрический трансформатор

Выпрямительный мост (выпрямительные диоды)

Фильтр (конденсаторы)

Регулятор напряжения