Sekundaarse toite rakendamise põhimõtet täiendavate seadmete abil, mis annavad vooluahelale energiat, on enamikus elektriseadmetes pikka aega kasutatud. Need seadmed on toiteallikad. Nende eesmärk on teisendada pinge vajalikule tasemele. PSU võib olla nii sisseehitatud kui ka eraldi elemendid. Elektrienergia muundamiseks on kaks põhimõtet. Esimene põhineb analoogtrafode kasutamisel ja teine ​​lülitustoiteallikate kasutamisel. Nende põhimõtete erinevus on üsna suur, kuid kahjuks ei mõista kõik seda. Selles artiklis selgitame välja, kuidas lülitustoiteallikas töötab ja kuidas see nii palju erineb analoogsest. Alustame. Mine!

Esimesena ilmusid trafo toiteallikad. Nende tööpõhimõte seisneb selles, et nad muudavad pingestruktuuri kasutades jõutrafot, mis on ühendatud 220 V võrku.Seal väheneb siinusharmooniku amplituud, mis läheb edasi alaldi. Seejärel tasandatakse pinge paralleelselt ühendatud mahtuvusega, mis valitakse vastavalt lubatud võimsusele. Pinge reguleerimine väljundklemmidel toimub häälestustakistite asendi muutmisega.

Liigume nüüd impulss-toiteallikate juurde. Need ilmusid veidi hiljem, kuid saavutasid kohe märkimisväärse populaarsuse mitmete positiivsete omaduste tõttu, nimelt:

• komplekteerimise võimalus;
• Töökindlus;
• Võimalused laiendada väljundpinge töövahemikku.

Kõik seadmed, milles on sätestatud impulssvõimsuse põhimõte, ei erine praktiliselt üksteisest.

Impulsstoiteallika elemendid on järgmised:

• Lineaarne toiteallikas;
• Toiteallikas Ooterežiim;
• Generaator (ZPI, juhtimine);
• Võtmetransistor;
• optronid;
• Juhtahelad.

Teatud parameetrite komplektiga toiteallika leidmiseks kasutage ChipHunti veebisaiti.

Mõelgem lõpuks välja, kuidas lülitustoiteallikas töötab. See kasutab inverteri ahela elementide interaktsiooni põhimõtteid ja tänu sellele saavutatakse stabiliseeritud pinge.

Esmalt antakse alaldi normaalpinge 220 V, seejärel tasandatakse amplituud mahtuvuslike filtrikondensaatorite abil. Pärast seda teostatakse läbivate sinusoidide alaldamine väljunddioodi silla abil. Seejärel muudetakse sinusoidid kõrgsageduslikeks impulssideks. Konversiooni saab teostada kas toiteallika galvaanilise eraldamisega väljundahelatest või ilma sellise isolatsioonita.

Kui toiteallikas on galvaaniliselt isoleeritud, saadetakse kõrgsageduslikud signaalid transformaatorisse, mis teostab galvaanilist isolatsiooni. Trafo efektiivsuse suurendamiseks suurendatakse sagedust.

Impulss-toiteallika töö põhineb kolme ahela koostoimel:

• PWM-kontroller (juhib impulsi laiusmodulatsiooni teisendamist);
• Toitelülitite kaskaad (koosneb transistoridest, mis on sisse lülitatud vastavalt ühele kolmest skeemist: sild, poolsild, keskpunktiga);
• Impulsstrafo (sellel on primaar- ja sekundaarmähised, mis on paigaldatud ümber magnetahela).

Kui toiteallikas on lahtisidumiseta, siis kõrgsageduslikku isolatsioonitrafot ei kasutata, samas kui signaal suunatakse otse madalpääsfiltrisse.

Võrreldes lülitustoiteallikaid analoogtoiteallikatega, näete esimeste ilmseid eeliseid. UPS-id on kaalult kergemad, samas kui nende efektiivsus on palju suurem. Neil on laiem toitepinge vahemik ja sisseehitatud kaitse. Selliste toiteallikate maksumus on tavaliselt madalam.

Puuduste hulgas võib välja tuua kõrgsageduslike häirete ja võimsuspiirangute olemasolu (nii kõrgel kui ka väikesel koormusel).

UPS-i saate kontrollida tavalise hõõglambiga. Pange tähele, et lampi ei tohiks ühendada kaugtransistori piluga, kuna primaarmähis ei ole ette nähtud alalisvoolu läbimiseks, seetõttu ei tohiks seda mingil juhul läbi lasta.

Kui tuli põleb, siis PSU töötab normaalselt, kui see ei põle, siis toide ei tööta. Lühike vilkumine näitab, et UPS lülitub kohe pärast käivitamist välja. Väga ere kuma näitab väljundpinge stabiliseerumise puudumist.

Nüüd saate teada, millel põhineb impulss- ja tavapärase analoogtoiteallika tööpõhimõte. Igal neist on oma struktuuri ja töö omadused, mida tuleks mõista. UPSi tööd saate kontrollida ka tavalise hõõglambi abil. Kirjutage kommentaaridesse, et see artikkel oli teile kasulik, ja esitage arutatava teema kohta kõik küsimused.

Paljudes elektriseadmetes on pikka aega kasutatud sekundaarse toite rakendamise põhimõtet lisaseadmete abil, millele on usaldatud elektrivarustuse ülesanded ahelatele, mida tuleb toita teatud tüüpi pingete, sageduste, vooludega ...

Selleks luuakse täiendavad elemendid: mis muundavad ühte tüüpi pinget teiseks. Nad võivad olla:

sisseehitatud tarbija korpusesse, nagu paljudel mikroprotsessorseadmetel;

või valmistatud eraldi moodulitena koos ühendusjuhtmetega tavalise mobiiltelefoni laadija mudelil.

Kaasaegses elektrotehnikas eksisteerivad edukalt kaks elektritarbijate energia muundamise põhimõtet, mis põhinevad:

1. analoogtrafo seadmete kasutamine toite ülekandmiseks sekundaarahelasse;

2. lülitustoiteallikad.

Nende disainis on põhimõttelisi erinevusi, nad töötavad erinevatel tehnoloogiatel.

Trafo toiteallikad

Esialgu loodi ainult sellised struktuurid. Need muudavad pingestruktuuri 220-voldist majapidamisvõrgust toitava jõutrafo töö tõttu, mille puhul väheneb siinuse harmoonilise amplituud, mis suunatakse edasi jõudioodidest koosnevasse alaldi, mis on tavaliselt ühendatud sillaga. vooluring.

Pärast seda pulseerivat pinget tasandatakse paralleelselt ühendatud mahtuvusega, mis valitakse vastavalt lubatud võimsuse väärtusele ja stabiliseeritakse jõutransistoridega pooljuhtahelaga.

Muutes häälestustakistite asendit stabiliseerimisahelas, on võimalik reguleerida pinget väljundklemmidel.

Lülitavad toiteallikad (UPS)

Sellised konstruktiivsed arengud ilmusid suurtes kogustes mitu aastakümmet tagasi ja on muutunud elektriseadmetes üha populaarsemaks tänu:

omandamise kättesaadavus ühise elemendibaasiga;

täitmise usaldusväärsus;

väljundpingete töövahemiku laiendamise võimalus.

Peaaegu kõik lülitustoiteallikad erinevad veidi disaini poolest ja töötavad sama skeemi järgi, mis on tüüpiline teistele seadmetele.

Toiteallika põhiosade koostis sisaldab:

võrgualaldi, mis on kokku pandud: sisenddrossel, elektromehaaniline filter, mis võimaldab häiretest lahtihäälestust ja staatilise elektri lahtisidumist kondensaatoritest, võrgukaitsmest ja dioodsillast;

säilitusfiltri paak;

võtme toitetransistor;

põhiostsillaator;

transistoridele tehtud tagasisideahel;

optronid;

lülitustoiteallikas, mille sekundaarmähisest väljastatakse pinge toiteahelaks muundamiseks;

väljundahela alaldi dioodid;

väljundpinge juhtimisahelad, näiteks 12 volti optroni ja transistoride häälestusega;

filtrikondensaatorid;

toitedrosselid, mis täidavad võrgus pinge korrigeerimise ja selle diagnostika rolli;

väljundpistikud.

Sarnase lülitustoiteallika elektroonilise plaadi näide koos elemendi aluse lühikese tähistusega on näidatud pildil.

Kuidas lülitustoiteallikas töötab

Lülitustoiteallikas tagab stabiliseeritud toitepinge, kasutades inverteri ahela elementide interaktsiooni põhimõtteid.

Võrgupinge 220 volti antakse ühendatud juhtmete kaudu alaldi. Selle amplituudi tasandab mahtuvuslik filter, kasutades kondensaatoreid, mis taluvad suurusjärgus 300 volti tippe, ja eraldatakse mürafiltriga.

Lülitustoiteallikas (SMPS) on praegu kõige laialdasemalt kasutatav ja seda kasutatakse edukalt kõigis kaasaegsetes elektroonikaseadmetes.

Joonisel 3 on kujutatud traditsioonilise skeemi järgi valmistatud lülitustoiteploki plokkskeem Sekundaaralaldid on valmistatud poollaine skeemi järgi. Nende sõlmede nimed näitavad nende eesmärki ja ei vaja selgitust. Primaarahela põhisõlmed on: sisendfilter, võrgupinge alaldi ja alaldatud toitepinge RF-muundur koos trafoga.

Võrgu alaldi filter

Trafo

RF-muundur

Sekundaarsed alaldid

Sisendfilter

Joonis 3 – impulss-toiteallika ehitusskeem

SMPS-i tööpõhimõtteks on võrgu vahelduvpinge 220 volti ja sagedust 50 Hz teisendamine ristkülikukujuliseks kõrgsageduslikuks vahelduvpingeks, mis muundatakse vajalikele väärtustele, alaldatakse ja filtreeritakse.

Teisendamine toimub võtmerežiimis töötava võimsa transistori ja impulsstrafo abil, mis koos moodustavad RF-muunduri ahela. Mis puutub vooluahela ülesehitusse, siis muundurite jaoks on kaks võimalust: esimene teostatakse impulss-iseostsillaatori skeemi järgi (näiteks seda kasutati telerite UPS-is) ja teine ​​​​välise juhtimisega (kasutatakse kõige kaasaegsemad elektroonikaseadmed).

Kuna muunduri sagedus valitakse tavaliselt vahemikus 18 kuni 50 kHz, on impulsstrafo ja sellest tulenevalt ka kogu toiteallika mõõtmed üsna kompaktsed, mis on tänapäevaste seadmete jaoks oluline parameeter.Väliselt juhitava lihtsustatud skeem impulsi muundur on näidatud joonisel 4.

Joonis 4 – VU-ga impulss-toiteploki skemaatiline diagramm.

Muundur on valmistatud transistoril VT1 ja trafol T1. Võrgufiltri (SF) läbiv võrgupinge suunatakse võrgualaldi (CB), kus see alaldatakse, filtreeritakse filtri kondensaatoriga (CF) ja trafo T1 mähise W1 kaudu juhitakse transistori kollektorisse. VT1. Kui transistori baasahelale rakendatakse ristkülikukujulist impulssi, avaneb transistor ja sellest voolab läbi kasvav vool I j. Sama vool voolab läbi ka trafo T1 mähise W1, mis toob kaasa asjaolu, et trafo südamikus suureneb magnetvoog, samas kui iseinduktsiooni EMF indutseeritakse trafo sekundaarmähises W2. trafo. Lõpuks ilmub VD-dioodi väljundisse positiivne pinge. Veelgi enam, kui suurendame transistori VT1 alusele antud impulsi kestust, suureneb sekundaarahela pinge, kuna. energiat antakse rohkem ära ja kui kestust vähendada, siis pinge vastavalt väheneb. Seega, muutes transistori baasahelas impulsi kestust, saame muuta sekundaarmähise T1 väljundpingeid ja seega stabiliseerida PSU väljundpingeid. Ainus asi, mida selleks vaja on, on vooluahel, mis genereerib käivitusimpulsse ja kontrollib nende kestust (laiust). Sellise vooluahelana kasutatakse PWM-kontrollerit. PWM - impulsi laiuse modulatsioon.

UPS-i väljundpingete stabiliseerimiseks peab PWM-kontrolleri ahel "teadma" väljundpingete väärtust. Nendel eesmärkidel kasutatakse jälgimisahelat (või tagasisideahelat), mis on valmistatud optronil U1 ja takistil R2. Pinge suurendamine trafo T1 sekundaarahelas toob kaasa LED-kiirguse intensiivsuse suurenemise ja sellest tulenevalt fototransistori (mis on optroni U1 osa) üleminekutakistuse vähenemise. Mis omakorda toob kaasa fototransistoriga järjestikku ühendatud takisti R2 pingelanguse suurenemise ja PWM-kontrolleri viigu 1 pinge vähenemise. Pinge vähendamine põhjustab PWM-kontrolleri osaks oleva loogikaahela impulsi kestuse suurendamise, kuni pinge 1. väljundis vastab määratud parameetritele. Kui pinge langeb, on protsess vastupidine.

UPS kasutab jälgimisahelate rakendamiseks kahte põhimõtet - "otsene" ja "kaudne". Ülalkirjeldatud meetodit nimetatakse "otseseks", kuna tagasiside pinge võetakse otse sekundaaralaldist. "Kaudse" jälgimise korral eemaldatakse impulsstrafo lisamähisest tagasiside pinge (joonis 5).

Joonis 5 – VU-ga impulss-toiteploki skemaatiline diagramm.

Pinge vähenemine või suurenemine mähisel W2 toob kaasa ka pinge muutuse mähisel W3, mis rakendatakse ka PWM-kontrolleri kontaktile 1 läbi takisti R2.

SMPS lühisekaitse.

Lühis (lühis) UPS-i koormuses. Sel juhul kaob kogu UPS-i sekundaarahelale antud energia ja väljundpinge on peaaegu null. Sellest lähtuvalt proovib PWM-kontrolleri ahel suurendada impulsi kestust, et tõsta selle pinge taset sobiva väärtuseni. Selle tulemusena on transistor VT1 avatud olekus aina pikem ja seda läbiv vool suureneb. Lõpuks viib see selle transistori rikkeni. UPS on loodud kaitsma inverteri transistori ülevoolu eest sellistes ebatavalistes olukordades. See põhineb takistil Rprotect, mis on jadamisi ühendatud ahelaga, mille kaudu voolab kollektorivool Ik. Transistori VT1 läbiva voolu Ik suurenemine suurendab selle takisti pingelangust ja seetõttu väheneb ka PWM-kontrolleri kontaktile 2 antav pinge. Kui see pinge langeb teatud tasemeni, mis vastab transistori maksimaalsele lubatavale voolule, lõpetab PWM-kontrolleri loogikalülitus kontakti 3 impulsside genereerimise ja toiteallikas läheb kaitserežiimi või teisisõnu lülitub välja.

Kokkuvõtteks on vaja täpsustada UPS-i eeliseid. Nagu juba mainitud, on impulssmuunduri sagedus üsna kõrge ja seetõttu vähenevad impulsstrafo üldmõõtmed, mis tähendab paradoksaalsel kombel, et UPS-i maksumus on väiksem kui traditsioonilisel toiteallikal. vähem metallikulu magnetahelale ja vaske mähistele, kuigi osade arv UPS-is suureneb. UPS-i eeliseks on ka sekundaaralaldi filterkondensaatori väike mahtuvus võrreldes tavapärase toiteallikaga. Mahtuvuse vähendamine sai võimalikuks sageduse suurendamisega. Ja lõpuks jõuab lülitustoiteallika efektiivsus 80% -ni. Selle põhjuseks on asjaolu, et UPS tarbib elektrivõrgu energiat ainult muunduri avatud transistori ajal, kui see on suletud, kandub energia sekundaarahela filtrikondensaatori tühjenemise tõttu koormusele.

Puudusteks on UPS-i vooluahela keerukus ja UPS-i tekitatava impulssmüra suurenemine. Müra suurenemine on tingitud asjaolust, et muunduri transistor töötab võtmerežiimis. Selles režiimis on transistor impulssmüra allikas, mis tekib transistori siirdeprotsesside hetkedel. See on kõigi võtmerežiimis töötavate transistorite puuduseks. Kuid kui transistor töötab madala pingega (näiteks transistori loogika pingega 5 V), pole see hirmutav, meie puhul on transistori kollektorile rakendatav pinge ligikaudu 315 V. Nende häirete vastu võitlemiseks on UPS kasutab keerukamaid võrguahelate filtreid kui tavalises PSU-s.

Enamikus kaasaegsetes elektroonikaseadmetes analoog- (trafo) toiteallikaid praktiliselt ei kasutata, need on asendatud impulsspingemuunduritega. Et mõista, miks see juhtus, on vaja kaaluda nende seadmete disainifunktsioone, samuti tugevaid ja nõrku külgi. Räägime ka impulssallikate põhikomponentide otstarbest, toome lihtsa teostusnäite, mida saab käsitsi kokku panna.

Disaini omadused ja tööpõhimõte

Mitmetest viisidest pinge muundamiseks toiteks elektroonilisteks komponentideks saab eristada kahte kõige laialdasemalt kasutatavat:

1. Analoog, mille põhielemendiks on astmeline trafo, lisaks põhifunktsioonile tagab see ka galvaanilise isolatsiooni.
2. impulsi põhimõte.

Vaatame nende kahe valiku erinevust.

Toiteallikas toitetrafol

Mõelge selle seadme lihtsustatud plokkskeemile. Nagu jooniselt näha, on sisendisse paigaldatud astmeline trafo, mille abil muundatakse toitepinge amplituud, näiteks 220 V-lt saame 15 V. Järgmine plokk on alaldi, selle ülesandeks on siinusvoolu muutmine impulssvooluks (harmooniline on näidatud sümboolse pildi kohal). Selleks kasutatakse sildahelasse ühendatud alaldi pooljuhtelemente (dioode). Nende tööpõhimõttega saab tutvuda meie kodulehel.

Järgmine plokk täidab kahte funktsiooni: tasandab pinget (selleks kasutatakse vastava mahutavusega kondensaatorit) ja stabiliseerib. Viimane on vajalik selleks, et pinge suureneva koormuse korral "läbi ei kukuks".

Antud plokkskeem on oluliselt lihtsustatud, reeglina on seda tüüpi allikatel sisendfilter ja kaitseahelad, kuid see pole seadme töö selgitamiseks hädavajalik.

Kõik ülaltoodud valiku puudused on otseselt või kaudselt seotud peamise konstruktsioonielemendiga - trafoga. Esiteks piiravad selle kaal ja mõõtmed miniatuursust. Et mitte olla alusetu, toome näitena 220/12 V alandustrafo nimivõimsusega 250 W. Sellise seadme kaal on umbes 4 kilogrammi, mõõtmed 125x124x89 mm. Võite ette kujutada, kui palju sellel põhinev sülearvuti laadija kaaluks.

Teiseks ületab selliste seadmete hind mõnikord mitu korda teiste komponentide kogumaksumust.

Impulssseadmed

Nagu joonisel 3 kujutatud plokkskeemist näha, erineb nende seadmete tööpõhimõte oluliselt analoogmuunduritest, esiteks sisend-alandustrafo puudumise tõttu.

Joonis 3. Lülitustoiteallika ehitusskeem

Mõelge sellise allika algoritmile:

• Toide antakse liigpingekaitsele, selle ülesanne on minimeerida tööst tulenevaid võrguhäireid, nii sissetulevaid kui ka väljuvaid.
• Järgmisena hakkavad tööle sinusoidse pinge impulsskonstandiks muutmise seade ja silumisfilter.
• Järgmises etapis ühendatakse protsessiga inverter, mille ülesanne on moodustada ristkülikukujulisi kõrgsageduslikke signaale. Tagasiside inverterile toimub juhtseadme kaudu.
• Järgmine plokk on IT, see on vajalik automaatse generaatori režiimi, ahelate toitepinge, kaitse, kontrolleri juhtimise, aga ka koormuse jaoks. Lisaks on IT ülesandeks tagada kõrge- ja madalpingeahelate vahel galvaaniline isolatsioon.

Erinevalt alandavast trafost on selle seadme südamik valmistatud ferrimagnetilistest materjalidest, mis aitab kaasa RF-signaalide usaldusväärsele edastamisele, mis võib olla vahemikus 20-100 kHz. IT-le on iseloomulik, et kui see on ühendatud, on kriitilise tähtsusega sisse lülitada mähiste algus ja lõpp. Selle seadme väikesed mõõtmed võimaldavad valmistada miniatuurseid seadmeid, näiteks võib tuua LED- või säästulambi elektroonilise torustiku (liiteseadise).

• Järgmisena hakkab tööle väljundalaldi, kuna see töötab kõrgsagedusliku pingega, nõuab protsess kiireid pooljuhtelemente, seetõttu kasutatakse selleks Schottky dioode.
• Lõppfaasis teostatakse soodsal filtril silumine, misjärel rakendatakse koormusele pinge.

Nüüd, nagu lubatud, kaalume selle seadme põhielemendi - inverteri - tööpõhimõtet.

Kuidas inverter töötab?

RF-modulatsiooni saab teha kolmel viisil:

• sagedus-impulss;
• faas-impulss;
• impulsi laius.

Praktikas kasutatakse viimast võimalust. Selle põhjuseks on nii täitmise lihtsus kui ka asjaolu, et erinevalt kahest teisest modulatsioonimeetodist on PWM-il konstantne sidesagedus. Allpool on näidatud kontrolleri tööd kirjeldav plokkskeem.

Seadme tööalgoritm on järgmine:

Põhisagedusgeneraator genereerib rea ristkülikukujulisi signaale, mille sagedus vastab võrdlussignaalile. Selle signaali põhjal moodustub saehamba kujuline U P, mis suunatakse komparaatori K PWM sisendisse. Selle seadme teine ​​sisend on varustatud signaaliga U US, mis tuleb juhtvõimendilt. Selle võimendi genereeritud signaal vastab U P (võrdluspinge) ja U PC (tagasisideahela juhtsignaal) proportsionaalsele erinevusele. See tähendab, et juhtsignaal U US on tegelikult mittevastavuspinge tasemega, mis sõltub nii koormuse voolust kui ka sellel olevast pingest (U OUT).

See rakendusmeetod võimaldab teil korraldada suletud vooluringi, mis võimaldab teil juhtida väljundpinget, see tähendab, et tegelikult räägime lineaar-diskreetsest funktsionaalsest üksusest. Selle väljundis moodustuvad impulsid, mille kestus sõltub võrdlus- ja juhtsignaali erinevusest. Selle põhjal luuakse pinge inverteri võtmetransistori juhtimiseks.

Väljundpinge stabiliseerimise protsess viiakse läbi selle taseme jälgimisega, selle muutumisel muutub reguleerimissignaali U PC pinge proportsionaalselt, mis viib impulsside vahelise kestuse suurenemiseni või vähenemiseni.

Selle tulemusena toimub sekundaarahelate võimsuse muutus, mis tagab väljundpinge stabiliseerumise.

Ohutuse tagamiseks on vajalik galvaaniline isolatsioon toitevõrgu ja tagasiside vahel. Reeglina kasutatakse selleks optroneid.

Impulsiallikate tugevused ja nõrkused

Kui võrrelda sama võimsusega analoog- ja impulssseadmeid, on viimastel järgmised eelised:

• Väike suurus ja kaal, mis on tingitud madala sagedusega alandava trafo ja juhtelementide puudumisest, mis nõuavad soojuse hajumist suurte radiaatorite abil. Läbi kõrgsagedusliku signaali muundamise tehnoloogia kasutamise on võimalik vähendada filtrites kasutatavate kondensaatorite mahtuvust, mis võimaldab paigaldada väiksemaid elemente.
• Suurem kasutegur, kuna peamised kaod on põhjustatud ainult siirdetest, samas kui analoogahelates läheb elektromagnetilise muundamise käigus pidevalt palju energiat kaduma. Tulemus räägib enda eest, efektiivsuse tõus kuni 95-98%.
• Madalamad kulud tänu vähem võimsate pooljuhtelementide kasutamisele.
• Laiem sisendpinge vahemik. Seda tüüpi seadmed ei ole sageduse ja amplituudi suhtes nõudlikud, seetõttu on lubatud ühendus erinevate standarditega võrkudega.
• Usaldusväärse kaitse olemasolu lühise, ülekoormuse ja muude hädaolukordade eest.

Impulsstehnoloogia puudused hõlmavad järgmist:

RF-häirete olemasolu, see on kõrgsagedusmuunduri töö tagajärg. Selline tegur nõuab häireid summutava filtri paigaldamist. Kahjuks ei ole selle töö alati efektiivne, mis seab teatud piirangud seda tüüpi seadmete kasutamisele ülitäpsetes seadmetes.

Erinõuded koormusele, seda ei tohiks vähendada ega suurendada. Niipea, kui voolutase ületab ülemise või alumise läve, hakkavad väljundpinge omadused oluliselt erinema standardsetest. Reeglina näevad tootjad (hiljuti isegi hiinlased) selliseid olukordi ette ja paigaldavad oma toodetele vastava kaitse.

Kohaldamisala

Peaaegu kogu kaasaegne elektroonika töötab seda tüüpi plokkidega, näitena võime tuua:

Impulss-toiteploki paneme kokku oma kätega

Mõelge lihtsale toiteahelale, kus rakendatakse ülaltoodud tööpõhimõtet.

Nimetused:

• Takistid: R1 - 100 oomi, R2 - 150 kOhm kuni 300 kOhm (valitud), R3 - 1 kOhm.
• Mahutavused: C1 ja C2 - 0,01 uF x 630 V, C3 -22 uF x 450 V, C4 - 0,22 uF x 400 V, C5 - 6800 -15 000 pF (valitud), 012 uF, C6 - 10 V,7 uF - 220 uF x 25 V, C8 - 22 uF x 25 V.
• Dioodid: VD1-4 - KD258V, VD5 ja VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
• Transistor VT1 - KT872A.
• Pingeregulaator D1 on KR142 kiip indeksiga EH5 - EH8 (olenevalt nõutavast väljundpingest).
• Trafo T1 - kasutatakse w-kujulist ferriitsüdamikku mõõtmetega 5x5. Primaarmähis on keritud 600 keerdu traadiga Ø 0,1 mm, sekundaarmähis (klemmid 3-4) sisaldab 44 pööret Ø 0,25 mm ja viimane - 5 pööret Ø 0,1 mm.
• Kaitsme FU1 - 0,25A.

Seade on taandatud R2 ja C5 nimiväärtuste valikule, mis pakuvad generaatori ergastamist sisendpingel 185–240 V.

Artikkel käsitleb lülitustoiteallikaid (edaspidi UPS), mida tänapäeval kasutatakse laialdaselt kõigis kaasaegsetes elektroonikaseadmetes ja omatehtud toodetes.
UPSi töö põhiprintsiip on võrgu vahelduvpinge (50 Hertz) teisendamine ristkülikukujuliseks kõrgsageduslikuks vahelduvpingeks, mis muundatakse vajalikele väärtustele, alaldatakse ja filtreeritakse.
Teisendamine toimub võimsate transistoride abil, mis töötavad võtme ja impulsstrafo režiimis, moodustades koos RF-muunduri ahela. Mis puutub vooluahela ülesehitusse, siis muundurite jaoks on kaks võimalikku varianti: esimene teostatakse impulss-iseostsillaatori ahela järgi ja teine ​​on välise juhtimisega (kasutatakse enamikes kaasaegsetes raadioelektroonilistes seadmetes).
Kuna muunduri sagedus valitakse tavaliselt keskmiselt 20–50 kilohertsi, on impulsstrafo ja sellest tulenevalt ka kogu toiteallika mõõtmed piisavalt minimeeritud, mis on tänapäevaste seadmete puhul väga oluline tegur.
Väliselt juhitava impulssmuunduri lihtsustatud diagramm, vt allpool:

Muundur on valmistatud transistoril VT1 ja trafol T1. Võrgupinge läbi võrgufiltri (SF) suunatakse võrgualaldi (CB), kus see alaldatakse, filtreeritakse filtrikondensaatori Cf abil ja trafo T1 mähise W1 kaudu juhitakse transistori VT1 kollektorisse. Kui transistori baasahelale rakendatakse ristkülikukujulist impulssi, avaneb transistor ja läbi selle voolab kasvav vool Ik. Sama vool liigub ka läbi trafo T1 mähise W1, mis toob kaasa asjaolu, et trafo südamikus suureneb magnetvoog, samas kui trafo sekundaarmähises W2 indutseeritakse iseinduktsiooni EMF. . Lõpuks ilmub VD-dioodi väljundisse positiivne pinge. Veelgi enam, kui suurendame transistori VT1 alusele antud impulsi kestust, siis sekundaarahelas pinge tõuseb, sest energiat antakse rohkem ära ja kui kestust vähendame, siis pinge vastavalt väheneb. Seega, muutes transistori baasahelas impulsi kestust, saame muuta sekundaarmähise T1 väljundpingeid ja seega stabiliseerida PSU väljundpingeid.
Ainus asi, mida selleks vaja on, on vooluahel, mis genereerib käivitusimpulsse ja kontrollib nende kestust (laiust). Sellise vooluahelana kasutatakse PWM-kontrollerit. PWM tähistab impulsi laiuse modulatsiooni. PWM-kontroller sisaldab peamist impulsi generaatorit (mis määrab muunduri sageduse), kaitse- ja juhtimisahelaid ning loogikaahelat, mis juhib impulsi kestust.
UPS-i väljundpingete stabiliseerimiseks peab PWM-kontrolleri ahel "teadma" väljundpingete väärtust. Nendel eesmärkidel kasutatakse jälgimisahelat (või tagasisideahelat), mis on valmistatud optronil U1 ja takistil R2. Pinge tõus trafo T1 sekundaarahelas toob kaasa LED-kiirguse intensiivsuse suurenemise ja sellest tulenevalt fototransistori (mis on optroni U1 osa) ülemineku takistuse vähenemise. Mis omakorda toob kaasa fototransistoriga järjestikku ühendatud takisti R2 pingelanguse suurenemise ja PWM-kontrolleri viigu 1 pinge vähenemise. Pinge vähendamine põhjustab PWM-kontrolleri osaks oleva loogikaahela impulsi kestuse suurendamise, kuni pinge 1. väljundis vastab määratud parameetritele. Kui pinge langeb, on protsess vastupidine.
UPS kasutab jälgimisahelate rakendamiseks kahte põhimõtet - "otsene" ja "kaudne". Ülalkirjeldatud meetodit nimetatakse "otseseks", kuna tagasiside pinge võetakse otse sekundaaralaldist. "Kaudse" jälgimise korral eemaldatakse impulsstrafo lisamähisest tagasiside pinge:

Pinge vähenemine või suurenemine mähisel W2 toob kaasa ka pinge muutuse mähisel W3, mis rakendatakse ka PWM-kontrolleri kontaktile 1 läbi takisti R2.
Arvan, et leidsime jälgimisahela välja, nüüd kaalume sellist olukorda kui UPS-i koormuse lühis (lühis). Sel juhul kaob kogu UPS-i sekundaarahelale antud energia ja väljundpinge on peaaegu null. Sellest lähtuvalt proovib PWM-kontrolleri ahel suurendada impulsi kestust, et tõsta selle pinge taset sobiva väärtuseni. Selle tulemusena on transistor VT1 avatud olekus aina pikem ja seda läbiv vool suureneb. Lõpuks viib see selle transistori rikkeni. UPS on loodud kaitsma inverteri transistori ülevoolu eest sellistes ebatavalistes olukordades. See põhineb takistil Rprotect, mis on jadamisi ühendatud ahelaga, mille kaudu voolab kollektorivool Ik. Transistori VT1 läbiva voolu Ik suurenemine suurendab selle takisti pingelangust ja seetõttu väheneb ka PWM-kontrolleri kontaktile 2 antav pinge. Kui see pinge langeb teatud tasemeni, mis vastab transistori maksimaalsele lubatavale voolule, lõpetab PWM-kontrolleri loogikalülitus kontakti 3 impulsside genereerimise ja toiteallikas läheb kaitserežiimi või teisisõnu lülitub välja.
Kokkuvõtteks sooviks teema täpsemalt kirjeldada UPSi eeliseid. Nagu juba mainitud, on impulssmuunduri sagedus üsna kõrge ja seetõttu vähenevad impulsstrafo üldmõõtmed, mis tähendab paradoksaalsel kombel, et UPS-i maksumus on väiksem kui traditsioonilisel toiteallikal, kuna vähem metallikulu magnetahela jaoks ja vaske mähiste jaoks, isegi mitte hoolimata sellest, et UPS-i osade arv suureneb. UPS-i eeliseks on ka sekundaaralaldi filterkondensaatori väike mahtuvus võrreldes tavapärase toiteallikaga. Mahtuvuse vähendamine sai võimalikuks sageduse suurendamisega. Ja lõpuks jõuab lülitustoiteallika efektiivsus 85% -ni. Selle põhjuseks on asjaolu, et UPS tarbib elektrivõrgu energiat ainult muunduri avatud transistori ajal, kui see on suletud, kandub energia sekundaarahela filtrikondensaatori tühjenemise tõttu koormusele.
Puudusteks on UPS-i vooluahela keerukus ja UPS-i enda poolt tekitatava impulssmüra suurenemine. Müra suurenemine on tingitud asjaolust, et muunduri transistor töötab võtmerežiimis. Selles režiimis on transistor impulssmüra allikas, mis tekib transistori siirdeprotsesside hetkedel. See on kõigi võtmerežiimis töötavate transistorite puuduseks. Kuid kui transistor töötab madala pingega (näiteks transistori loogika pingega 5 volti), pole see probleem, meie puhul on transistori kollektorile rakendatav pinge umbes 315 volti. Nende häirete vastu võitlemiseks kasutab UPS keerukamaid võrgufiltriahelaid kui tavaline PSU.