На відміну від традиційних лінійних ІП, що передбачають гасіння зайвої нестабілізованої напруги на прохідному лінійному елементі, імпульсні ІП використовують інші методи та фізичні явища для генерації стабілізованої напруги, а саме: ефект накопичення енергії в котушках індуктивності, а також можливість високочастотної трансформації постійна напруга. Існує три типові схеми побудови імпульсних ІП (див. рис. 3.4-1): підвищуюча ( вихідна напругавище вхідного), що знижує (вихідна напруга нижче вхідного) та інвертує (вихідна напруга має протилежну по відношенню до вхідної полярність). Як видно з малюнка, відрізняються вони лише способом підключення індуктивності, в іншому принцип роботи залишається незмінним, а саме.

Ключовий елемент (зазвичай застосовують біполярні або МДП транзистори), що працює з частотою близько 20-100 кГц, періодично на короткий час (не більше 50% часу)

дає до котушки індуктивності повну вхідну нестабілізовану напругу. Імпульсний струм. протікає у своїй через котушку, забезпечує накопичення запасу енергії у її магнітному полі 1/2LI^2 кожному імпульсі. Запасена таким чином енергія з котушки передасться в навантаження (або безпосередньо, з використанням діода, що випрямляє, або через вторинну обмотку з подальшим випрямленням), конденсатор вихідного згладжуючого фільтра забезпечує сталість вихідної напруги і струму. Стабілізація вихідної напруги забезпечується автоматичним регулюваннямширини або частоти проходження імпульсів на ключовому елементі(Для спостереження за вихідною напругою призначений ланцюг зворотного зв'язку).

Така, хоч і досить складна, схема дозволяє суттєво підвищити ККД всього пристрою. Справа в тому, що, даному випадкукрім самого навантаження у схемі відсутні силові елементи, що розсіюють значну потужність. Ключові транзистори працюють у режимі насиченого ключа (тобто. падіння напруги ними мало) і розсіюють потужність лише у досить короткі часові інтервали (час подачі імпульсу). Крім цього, за рахунок підвищення частоти перетворення можна суттєво збільшити потужність та покращити масогабаритні характеристики.

Важливою технологічною перевагою імпульсних ІП є можливість побудови на їх основі малогабаритних мережевих ІП із гальванічною розв'язкою від мережі для живлення найрізноманітнішої апаратури. Такі ІП будуються без застосування громіздкого низькочастотного силового трансформатораза схемою високочастотного перетворювача. Це, власне, типова схемаімпульсного ІП з пониженням напруги, де як вхідна напруга використовується випрямлена мережна напруга, а як накопичувальний елемент - високочастотний трансформатор (малогабаритний і з високим ККД), з вторинної обмотки якого і знімається вихідна стабілізована напруга (цей трансформатор забезпечує також гальванічну розв'язку ).

До недоліків імпульсних ІП можна віднести: наявність високого рівня імпульсних шумів на виході, високу, складність і низьку надійність (особливо при кустарному виготовленні), необхідність застосування дорогих високовольтних високочастотних компонентів, які у разі найменшої несправності легко виходять з ладу "усім скопом" (при як правило, можна спостерігати вражаючі піротехнічні ефекти). Любителям покопатися у нутрощах пристроїв з викруткою і паяльником при конструюванні імпульсних мережних ІП доведеться бути вкрай обережними, так як багато елементів таких схем знаходяться під високою напругою.

3.4.1 Ефективний імпульсний стабілізатор низького рівня складності

На елементній базі, аналогічній лінійній стабілізаторі, що застосовувалася в описаному вище (рис. 3.3-3), можна побудувати імпульсний стабілізатор напруги. При таких же характеристиках він матиме значно менші габарити і кращий тепловий режим. Принципова схема такого стабілізатора наведена на рис. 3.4-2. Стабілізатор зібраний за типовою схемою зі зниженням напруги (рис. 3.4-1а).

При першому включенні, коли С4 конденсатор розряджений і до виходу підключена досить потужне навантаження, струм протікає через ІС лінійного стабілізатора DA1. Викликане цим струмом падіння напруги на R1 відмикає ключовий транзистор VT1, який тут-таки входить в режим насичення, так як індуктивний опір L1 велике і через транзистор протікає достатньо великий струм. Падіння напруги на R5 відкриває основний ключовий елемент – транзистор VT2. Струм. наростаючий L1, заряджає С4, при цьому через зворотний зв'язок на R8 відбувається запи-

поранення стабілізатора та ключового транзистора. Енергія, запасена в котушці, має навантаження. Коли напруга С4 падає нижче напруги стабілізації, відкривається DA1 і ключовий транзистор. Цикл повторюється із частотою 20-30 кГц.

Ланцюг R3. R4, С2 задасть рівень вихідної напруги. Його можна плавно регулювати в невеликих межах, від Ucт DA1 до Uвх. Однак якщо Uвых підняти близько до Uвх, з'являється деяка нестабільність при максимальному навантаженні підвищений рівеньпульсації. Для придушення високочастотних пульсацій на виході стабілізатора включений фільтр L2, С5.

Схема досить проста і максимально ефективна для рівня складності. Всі силові елементи VT1, VT2, VD1, DA1 мають невеликі радіатори. Вхідна напруга нс має перевищувати 30 В., що є максимальним для стабілізаторів КР142ЕН8. Випрямлювальні діоди застосовувати на струм не менше ніж 3 А.

3.4.2 Влаштування безперебійного живлення на основі імпульсного стабілізатора

На рис. 3.4-3 пропонується до розгляду пристрій для безперебійного живлення систем охорони та відеоспостереження на основі імпульсного стабілізатора, поєднаного із зарядним пристроєм. У стабілізатор введені системи захисту від навантаження, перегріву, кидків напруги на виході, короткого замикання.

Стабілізатор має такі параметри:

Вхідна напруга, Uвx - 20-30 В:

Вихідна стабілізована напруга, Uвиx-12B:

Номінальний струм навантаження,Інагр ном -5А;

Струм спрацьовування системи захисту від навантаження, Iзащ - 7А;.

Напруга спрацьовування системи захисту від перенапруги, Uвих зах - 13 В;

Максимальний струмзарядки АКБ, Iзар акб макс – 0,7 А;

Рівень пульсації. Uпульс – 100 мВ,

Температура спрацьовування системи захисту від перегріву, Тзащ – 120 С;

Швидкість перемикання харчування від АКБ, tперекл - 10мс (реле РЕМ-б РФО.452.112).

Принцип роботи імпульсного стабілізатора в описуваному пристрої такий самий, як і у стабілізатора, представленого вище.

Пристрій доповнено зарядним пристроєм, виконаним на елементах DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. ІС стабілізатора напруги DA2 з дільником струму R7. R8 обмежує максимальний початковий струм заряду, дільник R9, R10 задає вихідну напругу заряду, діод VD2 захищає АКБ від саморозряду за відсутності напруги живлення.

Захист від перегріву використовує як датчик температури терморезистор R16. При спрацьовуванні захисту включається звуковий сигналізатор, зібраний на ІС DD 1 і одночасно навантаження відключається від стабілізатора, переходячи на живлення від АКБ. Терморезистор монтують на радіаторі транзистора VT1. Точне підстроювання рівня спрацьовування температурного захисту здійснюється опором R18.

Датчик напруги зібраний на дільнику R13, R15. опором R15 встановлюють точний рівень спрацьовування захисту від перенапруги (13). При перевищенні напруги на виході стабілізатора (у разі виходу останнього з ладу) реле S1 відключає навантаження від стабілізатора і підключає до АКБ. У разі відключення напруги живлення, реле S1 переходить в стан "за замовчуванням" - тобто. підключає навантаження на АКБ.

Наведена тут схема не має електронного захистувід короткого замикання для АКБ. цю роль виконує плавкий запобіжник у ланцюзі живлення навантаження, розрахований на максимальний споживаний струм.

3.4.3 Джерела живлення на основі високочастотного імпульсного перетворювача

Досить часто при конструюванні пристроїв виникають жорсткі вимоги до джерел живлення. У цьому випадку єдиним виходом є застосування ІП на основі високочастотних високовольтних імпульсних перетворювачів. які підключаються до мережі ~220 без застосування габаритного низькочастотного понижуючого трансформатора і можуть забезпечити велику потужність при малих розмірах і тепловіддачі.

Структурна схема типового імпульсного перетворювача з живленням від промислової мережіпредставлений на рис 34-4.

Вхідний фільтр призначений для запобігання проникненню імпульсних перешкод у мережу. Силові ключі забезпечують подачу імпульсів високої напруги на первинну обмотку високочастотного трансформатора (можуть застосовуватися одно- та

двотактні схеми). Частота та тривалість імпульсів задаються керованим генератором (зазвичай застосовується керування шириною імпульсів, рідше – частотою). На відміну від трансформаторів синусоїдального сигналу низької частоти, імпульсних ІП застосовуються широкосмугові пристрої, що забезпечують ефективну передачу потужності на сигналах зі швидкими фронтами. Це накладає суттєві вимоги на тип магнітопроводу і конструкцію трансформатора. З іншого боку, зі збільшенням частоти необхідні розміри трансформатора (зі збереженням потужності, що передається) зменшуються (сучасні матеріали дозволяють будувати потужні трансформатори з прийнятним ККД на частоти до 100-400 кГц). Особливістю вихідного випрямляча є застосування в ньому не звичайних силових діодів, а швидкодіючих діодів Шоттки, що обумовлено високою частотою напруги, що випрямляється. Вихідний фільтр згладжує пульсацію вихідної напруги. Напруга зворотного зв'язку порівнюється з опорною напругою і потім керує генератором. Зверніть увагу на наявність гальванічної розв'язки у ланцюзі зворотного зв'язку, що необхідно, якщо ми хочемо забезпечити розв'язку вихідної напруги з мережею.

При виготовленні таких ІП виникають серйозні вимоги до компонентів, що застосовуються (що підвищує їх вартість у порівнянні з традиційними). По-перше, це стосується робочої напруги діодів випрямляча, конденсаторів фільтра і ключових транзисторів, яке не повинно бути менше 350 В, щоб уникнути пробоїв. По-друге, повинні застосовуватися високочастотні ключові транзистори ( робоча частота 20-100 кГц) і спеціальні керамічні конденсатори (звичайні оксидні електроліти на високих частотах будуть перегріватися через їх високу індукцію).

тивності). І. по-третє, частота насичення високочастотного трансформатора, що визначається типом застосовуваного магнітопроводу (як правило, використовуються тороїдальні сердечники) повинна бути значно вище робочої частоти перетворювача.

На рис. 3.4-5 наведено принципову схему класичного ІП на основі високочастотного перетворювача. Фільтр, що складається з ємностей С1, С2, СЗ і дроселів L1, L2, служить для захисту мережі живлення від високочастотних перешкод з боку перетворювача. Генератор побудований за автоколивальною схемою і поєднаний із ключовим каскадом. Ключові транзистори VT1 ​​і VT2 працюють у протифазі, відкриваючись та закриваючись по черзі. Запуск генератора та надійну роботу забезпечує транзистор VT3, що працює в режимі лавинного пробою. При наростанні напруги С6 через R3 транзистор відкривається і конденсатор розряджається на базу VT2, запускаючи роботу генератора. Напруга зворотного зв'язку знімається із додаткової (III) обмотки силового трансформатора Tpl.

Транзистори VT1. VT2 встановлюють на пластинчасті радіатори щонайменше 100 см^2. Діоди VD2-VD5 з бар'єром Шоттки ставляться на невеликий радіатор 5 см2. Дані дроселів та трансформаторів: L1-1. L2 намотують на кільцях з фериту 2000НМ К12х8х3 в два дроти дротом ПЕЛШО 0,25: 20 витків. ТР1 - на двох кільцях, складених разом, ферит 2000НН КЗ 1х18.5х7;

обмотка 1 - 82 витка проводом ПЕВ-2 0,5: обмотка II - 25+25 витків проводом ПЕВ-2 1,0: обмотка III - 2 витка проводом ПЕВ-2 0.3. ТР2 намотують на кільці з фериту 2000НН К10х6х5. всі обмотки виконані дротом ПЕВ-2 0.3: обмотка 1 - 10 витків:

обмотки II і III - по 6 витків, обидві обмотки (II і III) намотані так, що займають на кільці по 50% площі не торкаючись і не перекриваючи один одного, обмотка I намотана рівномірно по всьому кільцю та ізольована шаром лакоткані. Котушки фільтра випрямляча L3, L4 намотують на фериті 2000НМ До 12х8х3 проводом ПЕВ-2 1,0 кількість витків - 30. В якості ключових транзисторів VT1, VT2 можуть застосовуватися КТ809А. КТ812, КТ841.

Номінали елементів і намотувальні дані трансформаторів наведені для вихідної напруги 35 В. У разі коли потрібні інші робочі значення параметрів, слід відповідним чином змінити кількість витків в обмотці 2 Тр1.

Описана схема має суттєві недолікиЦе і низький рівень стабілізації вихідної напруги, і нестабільна ненадійна робота, і низький вихідний струм. Однак вона цілком придатна для живлення найпростіших конструкцій різної потужності (при застосуванні відповідних компонентів), таких як: калькулятори. освітлювальні прилади і т.п.

Ще одна схема ІП на основі високочастотного імпульсного перетворювача наведено на рис. 3.4-6. Основною відмінністю цієї схеми від стандартної структури, представленої на рис. 3.4-4 є відсутність ланцюга зворотного зв'язку. У зв'язку з цим стабільність напруги на вихідних обмотках ВЧ трансформатора Тр2 досить низька і потрібне застосування вторинних стабілізаторів (у схемі використовуються універсальні інтегральні стабілізатори на ІВ серії КР142).

3.4.4 Імпульсний стабілізатор з ключовим МДП-транзистором зі зчитуванням струму.

Мініатюризації та підвищення ККД при розробці та конструюванні імпульсних джерел живлення сприяє застосування нового класу напівпровідникових інверторів - МДП-транзисторів, а також: потужних діодів зі швидким зворотним відновленням, діодів Шоттки, надшвидкодіючих діодів, польових транзисторів з ізол. Всі ці елементи доступні на вітчизняному ринку і можуть використовуватись у конструюванні високоефективних джерел живлення, перетворювачів, систем запалювання двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), систем запуску ламп. денного світла(ЛДС). Великий інтерес у розробників може викликати клас силових приладів під назвою HEXSense - МДП-транзистори зі зчитуванням струму. Вони є ідеальними елементами, що перемикають, для імпульсних джерел живлення з готовим управлінням. Можливість зчитування струму ключового транзистора може бути використана в імпульсних ІП для зворотного зв'язку по струму, необхідної для контролера широтно-імпульсної модуляції. Цим досягається спрощення конструкції джерела живлення – виключення з нього струмових резисторів та трансформаторів.

На рис. 3.4-7 наведено схему імпульсного джерелаживлення потужністю 230 Вт. Його основні робочі характеристики такі:

Вхідна напруга: -110 В 60Гц:

Вихідна напруга: 48 В постійна:

Струм навантаження: 4.8 А:

Частота перемикання: 110 кГц:

ККДпри повному навантаженні : 78%;

ККД при навантаженні 1/3: 83%.

Схема побудована на базі широтно-імпульсного модулятора (ШІМ) з високочастотним перетворювачем на виході. Принцип роботи полягає в наступному.

Сигнал управління ключовим транзистором надходить з виходу 6 ШІМ контролера DA1, коефіцієнт заповнення обмежується 50% резистором R4, R4 і СЗ є елементами генератора, що час задають. Живлення DA1 забезпечується ланцюжком VD5, С5, С6, R6. Резистор R6 призначений для подачі напруги живлення під час запуску генератора, в подальшому діє зворотний зв'язок по напрузі через LI, VD5. Цей зворотний зв'язок виходить від додаткової обмотки вихідного дроселя, що працює в режимі зворотного ходу. Крім живлення генератора, напруга зворотного зв'язку через ланцюжок VD4, Cl, Rl, R2 подається на вхід зворотного зв'язку напруги DA1 (вив.2). Через R3 та С2 забезпечується компенсація, яка гарантує стабільність петлі зворотного зв'язку.

На основі даної схеми можливе побудова імпульсних стабілізаторів та з іншими вихідними параметрами.

Сфера застосування імпульсних блоків живлення у побуті постійно розширюється. Такі джерела застосовуються для живлення всієї сучасної побутової та комп'ютерної апаратури, для реалізації джерел безперебійного електроживлення, зарядних пристроївдля акумуляторів різного призначення, реалізації низьковольтних систем освітлення та інших потреб.

У деяких випадках покупка готового джерела живлення мало прийнятна з економічної або технічної точки зору та збирання імпульсного джерела. власними рукамиє оптимальним виходом із такої ситуації. Спрощує такий варіант та широка доступність сучасної елементної бази за низькими цінами.

Найбільш популярними в побуті є імпульсні джерела з живленням від стандартної мережі змінного струмута потужним низьковольтним виходом. Структурна схема такого джерела показано малюнку.

Мережевий випрямляч СВ перетворює змінну напругу мережі живлення в постійне і здійснює згладжування пульсацій випрямленої напруги на виході. Високочастотний перетворювач ВПП здійснює перетворення випрямленої напруги в змінну або однополярну, що має форму прямокутних імпульсів необхідної амплітуди.

Надалі така напруга або безпосередньо, або після випрямлення (ВН) надходить на фільтр, що згладжує, до виходу якого підключається навантаження. Управління ВПП здійснюється системою управління, що отримує сигнал зворотного зв'язку від випрямляча навантаження.

Така структура пристрою може бути піддана критиці через наявність кількох ланок перетворення, що знижує ККД джерела. Однак, при правильному виборі напівпровідникових елементівта якісному розрахунку та виготовленні моточних вузлів, рівень втрат потужності у схемі малий, що дозволяє отримувати реальні значення ККД вище 90%.

Принципові схеми імпульсних блоків живлення

Рішення структурних блоків включають як обґрунтування вибору варіантів схемної реалізації, а й практичні рекомендаціїна вибір основних елементів.

Для випрямлення мережної однофазної напруги використовують одну з трьох класичних схемзображених на малюнку:

• однонапівперіодну;
• нульову (двонапівперіодну із середньою точкою);
• двопівперіодну бруківку.

Кожній з них притаманні переваги та недоліки, які визначають сферу застосування.

Однонапівперіодна схемавідрізняється простотою реалізації та мінімальною кількістю напівпровідникових компонентів. Основними недоліками такого випрямляча є значна величина пульсації вихідної напруги (у випрямленому є лише одна напівхвиля мережевої напруги) та малий коефіцієнт випрямлення.

Коефіцієнт випрямлення Кввизначається співвідношенням середнього значення напруги на виході випрямляча Udкчинному значенню фазної мережевої напруги Uф.

Для однонапівперіодної схеми Кв = 0.45.

Для згладжування пульсації на виході такого випрямляча потрібні потужні фільтри.

Нульова, або двонапівперіодна схема із середньою точкою, хоч і вимагає подвоєного числа випрямних діодів, однак, цей недолік значною мірою компенсується більш низьким рівнемпульсацій випрямленої напруги та зростанням величини коефіцієнта випрямлення до 0.9.

Основним недоліком такої схеми для використання в побутових умовах є необхідність організації середньої точки напруги мережі, що передбачає наявність мережевого трансформатора. Його габарити та маса виявляються несумісними з ідеєю малогабаритного саморобного імпульсного джерела.

Двонапівперіодна бруківка схемавипрямлення має ті ж показники за рівнем пульсації та коефіцієнтом випрямлення, що й нульова схема, але не вимагає наявності мережевого. Це компенсує і головний недолік - подвоєна кількість випрямних діодів як з точки зору ККД, так і за вартістю.

Для згладжування пульсацій випрямленої напруги найкращим рішеннямє використання ємнісного фільтра. Його застосування дозволяє підняти величину випрямленої напруги до амплітудного мережевого значення (при Uф=220В Uфм=314В). Недоліками такого фільтра прийнято вважати великі величини імпульсних струмів випрямляючих елементів, але критичним цей недолік не є.

Вибір діодів випрямляча здійснюється за величиною середнього прямого струму Ia і максимальної зворотної напруги U BM.

Прийнявши величину коефіцієнта пульсації вихідної напруги Кп = 10%, отримаємо середнє значення напруги випрямленого Ud = 300В. З урахуванням потужності навантаження та ККД ВЧ перетворювача (для розрахунку приймається 80%, але на практиці вийде вище, це дозволить отримати певний запас).

Ia – середній струм діода випрямляча, Рн-потужність навантаження, η – ККД ВЧ перетворювача.

Максимальна зворотна напруга елемента випрямлення не перевищує амплітудного значення напруги мережі (314В), що дозволяє використовувати компоненти з величиною U BM =400В зі значним запасом. Використовувати можна дискретні діоди, так і готові випрямні мости від різних виробників.

Для забезпечення заданої (10%) пульсації на виході випрямляча ємність конденсаторів фільтра приймається з розрахунку 1мкФ на 1Вт вихідної потужності. Використовуються електролітичні конденсатори з максимальною напругою не менше ніж 350В. Ємності фільтрів для різних потужностейнаведено у таблиці.

Високочастотний перетворювач: його функції та схеми

Високочастотний перетворювач є однотактним або двотактним ключовим перетворювачем (інвертор) з імпульсним трансформатором. Варіанти схем ВЧ перетворювачів наведено малюнку.

Однотактна схема. При мінімальній кількості силових елементів та простоті реалізації має кілька недоліків.

1. Трансформатор у схемі працює по приватній петлі гістерези, що вимагає збільшення його розмірів та габаритної потужності;
2. Для забезпечення потужності на виході необхідно отримати значну амплітуду імпульсного струму, що протікає через напівпровідниковий ключ.

Схема знайшла найбільше застосування мало потужних пристроївах, де вплив зазначених недоліків не настільки значний.

Щоб самостійно змінити або встановити новий лічильник, не потрібні особливі навички. Вибір правильної забезпечить коректний облік споживаного струму та підвищить безпеку домашньої електромережі.

У сучасних умовахзабезпечення освітлення як усередині приміщень, і на вулиці дедалі частіше використовують датчики руху. Це надає не тільки комфорту та зручності в наші житла, а й дозволяє суттєво економити. Дізнатись практичні порадина вибір місця встановлення, схем підключення можна .

Двотактна схема із середньою точкою трансформатора (пушпульна). Отримала свою другу назву від англійського варіанта (push-pull) опис роботи. Схема вільна від недоліків однотактного варіанта, але має власні – ускладнена конструкція трансформатора (потрібне виготовлення ідентичних секцій первинної обмотки) та підвищені вимоги до максимальній напрузіключів. В іншому рішення заслуговує на увагу і широко застосовується в імпульсних джерелах харчування, що виготовляються своїми руками і не тільки.

Двотактова напівмостова схема. За параметрами схема аналогічна схемою із середньою точкою, але не вимагає складної конфігурації обмоток трансформатора. Власним недоліком схеми є необхідність організації середньої точки фільтра випрямляча, що спричиняє чотириразове збільшення кількості конденсаторів.

Завдяки простоті реалізації схема найбільше широко використовується в імпульсних джерелах живлення потужністю до 3 кВт. При великих потужностях вартість конденсаторів фільтра стає неприйнятно високою в порівнянні з напівпровідниковими ключами інвертора і найбільш вигідною є мостова схема.

Двотактна бруківка схема. За параметрами аналогічна до інших двотактних схем, але позбавлена ​​необхідності створення штучних «середніх точок». Платою за це стає подвоєна кількість силових ключів, що вигідно з економічної та технічної точок зору для побудови потужних імпульсних джерел.

Вибір ключів інвертора здійснюється за амплітудою струму колектора (стоку) I КМАХ та максимальною напругою колектор-емітер U КЕМАХ. Для розрахунку використовуються потужність навантаження та коефіцієнт трансформації імпульсного трансформатора.

Однак, перш за все необхідно розрахувати сам трансформатор. Імпульсний трансформатор виконується на сердечнику з фериту, пермалою або крученого в кільце трансформаторного заліза. Для потужностей до одиниць кВт цілком підійдуть феритові осердя кільцевого або Ш-подібного типу. Розрахунок трансформатора ведеться виходячи з необхідної потужності та частоти перетворення. Для уникнення появи акустичного шуму частоту перетворення бажано винести за межі звукового діапазону(Зробити вище 20 кГц).

При цьому необхідно пам'ятати, що при частотах, близьких до 100 кГц, значно зростають втрати у феритових магнітопроводах. Сам розрахунок трансформатора нескладно і легко може бути знайдений у літературі. Деякі результати для різних потужностей джерел та магнітопроводів наведені у таблиці нижче.

Розрахунок зроблений для частоти перетворення 50 кГц. Варто звернути увагу, що при роботі на високій частоті має місце ефект витіснення струму до поверхні провідника, що призводить до зниження ефективної обмотки. Для запобігання подібним неприємностям і зниження втрат у провідниках необхідно виконувати обмотку з кількох жил меншого перерізу. При частоті 50 кГц допустимий діаметр обмотки не перевищує 0.85 мм.

Знаючи потужність навантаження та коефіцієнт трансформації можна розрахувати струм у первинній обмотці трансформатора та максимальний струм колектора силового ключа. Напруга на транзисторі в закритому стані вибирається вище, ніж випрямлена напруга, що надходить на вхід перетворювача ВЧ з деяким запасом (U КЕМАХ >=400В). За цими даними проводиться вибір ключів. В даний час найкращим варіантомє використання силових транзисторів IGBT чи MOSFET.

Для діодів випрямляча на вторинній стороні необхідно дотримуватись одного правила – їх максимальна робоча частота повинна перевищувати частоту перетворення. В іншому випадку ККД вихідного випрямляча та перетворювача в цілому значно знизяться.

Відео про виготовлення найпростішого імпульсного пристрою живлення

Вступ

Імпульсні джерела живлення нині впевнено змінюються застарілим лінійним. Причина - властиві даним джерелам живлення висока продуктивність, компактність та покращені показники стабілізації.

За тих стрімких змін, які зазнали принципів харчування електронної технікиза Останнім часом, інформація про розрахунок, побудову та використання імпульсних джерел живлення стає все більш актуальною.

Останнім часом у середовищі фахівців у галузі електроніки та радіотехніки, а також у промислове виробництвоОсобливу популярність завоювали імпульсні джерела живлення. Намітилася тенденція відмови від типових громіздких трансформаторних та перехід на малогабаритні конструкції імпульсних блоків живлення, перетворювачів напруги, конвертерів, інверторів.

Загалом, тема імпульсних джерел живлення є досить актуальною та цікавою, і є однією з найважливіших областей силової електроніки. Даний напрямок електроніки перспективний і стрімко розвивається. І його основною метою є розробка потужних пристроїв живлення, що відповідають сучасним вимогам надійності, якості, довговічності, мінімізації маси, розмірів, енерго- та матеріаломісткості. Практично вся сучасна електроніка, включаючи всілякі ЕОМ, аудіо-, відеотехніку та інші сучасні пристроїживиться від компактних імпульсних блоків живлення, що ще раз підтверджує актуальність подальшого розвитку зазначеної галузі джерел живлення.

Принцип функціонування імпульсних джерел живлення

Імпульсне джерело живлення є інверторною системою. В імпульсних джерелах живлення змінна вхідна напруга спочатку випрямляється. Отримана постійна напруга перетворюється на прямокутні імпульсипідвищеної частоти і певної шпаруватості, що подаються на трансформатор (у разі імпульсних БП з гальванічною розв'язкою від мережі живлення) або безпосередньо на вихідний ФНЧ (в імпульсних БП без гальванічної розв'язки). В імпульсних БП можуть застосовуватися малогабаритні трансформатори - це пояснюється тим, що зі зростанням частоти підвищується ефективність роботи трансформатора і зменшуються вимоги до габаритів (перетину) осердя, необхідних передачі еквівалентної потужності. У більшості випадків такий сердечник може бути виконаний з феромагнітних матеріалів, на відміну від низькочастотних сердечників трансформаторів, для яких використовується електротехнічна сталь.

Рисунок 1 – Структурна схема імпульсного джерела живлення

Напруга мережі надходить на випрямляч, після чого згладжується ємнісним фільтром. З конденсатора фільтра, напруга якого зростає, випрямлену напругу через обмотку трансформатора надходить на колектор транзистора, що виконує функцію ключа. Пристрій керування забезпечує періодичне включення та вимкнення транзистора. Для надійного запуску БП використовується генератор, що задає, виконаний на мікросхемі. Імпульси подаються на базу ключового транзистора та викликають запуск циклу роботи автогенератора. На пристрій керування покладається функція відстеження рівня вихідної напруги, вироблення сигналу помилки і, часто, безпосереднього управлінняключем. Живлення мікросхеми генератора, що задає, здійснюється ланцюжком резисторів безпосередньо з входу накопичувальної ємності, стабілізуючи напругу опорною ємністю. За роботу оптопари відповідає генератор, що задає, і ключовий транзистор. вторинного ланцюга. Чим сильніше відкриті транзистори, відповідальні за роботу оптрона, тим менше амплітуда імпульсів зворотного зв'язку, тим раніше вимкнеться силовий транзистор і тим менше енергії накопичиться в трансформаторі, що призведе до припинення зростання напруги на виході джерела. Настав робочий режим джерела живлення, де не малу роль відводиться оптопаре, як регулювальнику та управлінцю вихідними напругами.

Специфікація промислового джерела живлення жорсткіша, ніж у звичайного побутового джерела живлення. Це виявляється у тому, що у вході джерела живлення діє високе трифазна напруга, але ще й у тому, що промислові джерела живлення повинні зберігати працездатність при суттєвому відхиленні вхідної напруги від номінального значеннявключаючи провали та кидки напруги, а також пропадання однієї або декількох фаз.

Рисунок 2 – Принципова схема імпульсного джерела живлення.

Схема працює в такий спосіб. Трифазний вхід може бути виконаний за трипровідною, чотирипровідною схемою або навіть однофазним. Трифазний випрямляч складається з діодів D1 – D8.

Резистори R1 - R4 здійснюють захист від кидка напруги. Використання захисних резисторів з розмиканням при перевантаженні непотрібним використанняокремих вставок плавких. Вхідна випрямлена напруга фільтрується П-подібним фільтром, що складається з С5, С6, С7, С8 та L1.

Резистори R13 і R15 зрівнюють напругу на вхідних конденсаторах, що фільтрують.

Коли відкривається MOSFET мікросхеми U1, потенціал початку Q1 знижується, струм затвора забезпечується резисторами R6, R7 і R8, відповідно ємність переходів VR1… VR3 відмикає Q1. Діод Зенера VR4 обмежує напругу витік-затвор доданий Q1. Коли MOSFET U1 закривається, напруга стоку обмежується на рівні 450 вольт обмежувальним ланцюжком VR1, VR2, VR3. Будь-яка додаткова напруга на кінці обмотки розсіюватиметься на Q1. Таке підключення ефективно розподіляє сумарну випрямлену напругу на Q1 та U1.

Ланцюжок поглинання VR5, D9, R10 поглинає надмірну напругу на первинній обмотці, що виникає через індукцію розсіювання трансформатора під час зворотного ходу.

Вихідне випрямлення здійснюється діодом D1. C2 – вихідний фільтр. L2 і C3 формують другий ступінь фільтра зниження нестабільності вихідної напруги.

VR6 починає проводити, коли вихідна напруга перевищує падіння на VR6 та оптопарі. Зміна вихідної напруги викликає зміну струму, що тече через діод оптопари U2, який у свою чергу викликає зміну струму через транзистор оптопари U2. Коли цей струм перевищує поріг на виведенні мікросхеми FB U1, наступний робочий цикл пропускається. Заданий рівень вихідної напруги підтримується шляхом регулювання числа пропущених та скоєних робочих циклів. Коли робочий цикл почався, він закінчиться, коли струм через мікросхему U1 досягне встановленої внутрішньої межі. R11 обмежує струм через оптопару та встановлює коефіцієнт посилення зворотного зв'язку. Резистор R12 подає усунення на VR6.

Ця схема захищена від обриву петлі зворотного зв'язку, КЗ на виході, перевантаження завдяки функціям, вбудованим в U1 (LNK304). Так як мікросхема запитується прямо зі свого виведення стік, не потрібна окрема обмотка живлення.

В імпульсних блоках живлення стабілізація напруги забезпечується за допомогою негативного зворотного зв'язку. Зворотний зв'язок дозволяє підтримувати вихідну напругу на відносно постійному рівні незалежно від коливань вхідної напруги та величини навантаження. Зворотній зв'язок можна організувати різними способами. У випадку імпульсних джерел з гальванічною розв'язкою від мережі живлення найбільш поширеними способами є використання зв'язку за допомогою однієї з вихідних обмоток трансформатора або за допомогою оптрона. Залежно від величини сигналу зворотного зв'язку (що залежить від вихідної напруги), змінюється шпаруватість імпульсів на виході ШІМ-контролера. Якщо розв'язка не потрібна, то зазвичай використовується простий резистивний дільник напруги. Таким чином, блок живлення підтримує стабільну вихідну напругу.

• Вступ
• Висновок

Вступ

Імпульсні джерела живлення нині впевнено змінюються застарілим лінійним. Причина - властиві даним джерелам живлення висока продуктивність, компактність та покращені показники стабілізації.

За тих стрімких змін, які зазнали принципів живлення електронної техніки за останній час, інформація про розрахунок, побудову та використання імпульсних джерел живлення стає дедалі актуальнішою.

Останнім часом серед фахівців у галузі електроніки і радіотехніки, а також у промисловому виробництві особливу популярність завоювали імпульсні джерела живлення. Намітилася тенденція відмови від типових громіздких трансформаторних та перехід на малогабаритні конструкції імпульсних блоків живлення, перетворювачів напруги, конвертерів, інверторів.

Загалом, тема імпульсних джерел живлення є досить актуальною та цікавою, і є однією з найважливіших областей силової електроніки. Даний напрямок електроніки перспективний і стрімко розвивається. І його основною метою є розробка потужних пристроїв живлення, що відповідають сучасним вимогам надійності, якості, довговічності, мінімізації маси, розмірів, енерго- та матеріаломісткості. Необхідно відзначити, що практично вся сучасна електроніка, включаючи різноманітні ЕОМ, аудіо-, відеотехніку та інші сучасні пристрої живиться від компактних імпульсних блоків живлення, що ще раз підтверджує актуальність подальшого розвитку зазначеної галузі джерел живлення.

1. Принцип функціонування імпульсних джерел живлення

Імпульсне джерело живлення є інверторною системою. В імпульсних джерелах живлення змінна вхідна напруга спочатку випрямляється. Отримана постійна напруга перетворюється на прямокутні імпульси підвищеної частоти і певної шпаруватості, що подаються на трансформатор (у разі імпульсних БП з гальванічною розв'язкою від мережі живлення) або безпосередньо на вихідний ФНЧ (в імпульсних БП без гальванічної розв'язки). В імпульсних БП можуть застосовуватися малогабаритні трансформатори - це пояснюється тим, що зі зростанням частоти підвищується ефективність роботи трансформатора і зменшуються вимоги до габаритів (перетину) осердя, необхідних передачі еквівалентної потужності. У більшості випадків такий сердечник може бути виконаний з феромагнітних матеріалів, на відміну від низькочастотних сердечників трансформаторів, для яких використовується електротехнічна сталь.

Рисунок 1 – Структурна схема імпульсного джерела живлення

Напруга мережі надходить на випрямляч, після чого згладжується ємнісним фільтром. З конденсатора фільтра, напруга якого зростає, випрямлену напругу через обмотку трансформатора надходить на колектор транзистора, що виконує функцію ключа. Пристрій керування забезпечує періодичне включення та вимкнення транзистора. Для надійного запуску БП використовується генератор, що задає, виконаний на мікросхемі. Імпульси подаються на базу ключового транзистора та викликають запуск циклу роботи автогенератора. На пристрій керування покладається функція відстеження рівня вихідної напруги, вироблення сигналу помилки і часто безпосереднього керування ключем. Живлення мікросхеми генератора, що задає, здійснюється ланцюжком резисторів безпосередньо з входу накопичувальної ємності, стабілізуючи напругу опорною ємністю. За роботу оптопари відповідає генератор, що задає, і ключовий транзистор вторинного ланцюга. Чим сильніше відкриті транзистори, відповідальні за роботу оптрона, тим менше амплітуда імпульсів зворотного зв'язку, тим раніше вимкнеться силовий транзистор і тим менше енергії накопичиться в трансформаторі, що призведе до припинення зростання напруги на виході джерела. Настав робочий режим джерела живлення, де не малу роль відводиться оптопаре, як регулювальнику та управлінцю вихідними напругами.

Специфікація промислового джерела живлення жорсткіша, ніж у звичайного побутового джерела живлення. Це виявляється не тільки в тому, що на вході джерела живлення діє висока трифазна напруга, але ще й у тому, що промислові джерела живлення повинні зберігати працездатність при суттєвому відхиленні вхідної напруги від номінального значення, включаючи провали та кидки напруги, а також пропадання однієї або кількох фаз.

Рисунок 2 – Принципова схема імпульсного джерела живлення.

Схема працює в такий спосіб. Трифазний вхід може бути виконаний за трипровідною, чотирипровідною схемою або навіть однофазним. Трифазний випрямляч складається з діодів D1 – D8.

Резистори R1 - R4 здійснюють захист від кидка напруги. Використання захисних резисторів з розмиканням при перевантаженні робить непотрібним використання окремих плавких вставок. Вхідна випрямлена напруга фільтрується П-подібним фільтром, що складається з С5, С6, С7, С8 та L1.

Резистори R13 і R15 зрівнюють напругу на вхідних конденсаторах, що фільтрують.

Коли відкривається MOSFET мікросхеми U1, потенціал початку Q1 знижується, струм затвора забезпечується резисторами R6, R7 і R8, відповідно ємність переходів VR1… VR3 відмикає Q1. Діод Зенера VR4 обмежує напругу витік-затвор доданий Q1. Коли MOSFET U1 закривається, напруга стоку обмежується на рівні 450 вольт обмежувальним ланцюжком VR1, VR2, VR3. Будь-яка додаткова напруга на кінці обмотки розсіюватиметься на Q1. Таке підключення ефективно розподіляє сумарну випрямлену напругу на Q1 та U1.

Ланцюжок поглинання VR5, D9, R10 поглинає надмірну напругу на первинній обмотці, що виникає через індукцію розсіювання трансформатора під час зворотного ходу.

Вихідне випрямлення здійснюється діодом D1. C2 – вихідний фільтр. L2 і C3 формують другий ступінь фільтра зниження нестабільності вихідної напруги.

VR6 починає проводити, коли вихідна напруга перевищує падіння на VR6 та оптопарі. Зміна вихідної напруги викликає зміну струму, що тече через діод оптопари U2, який у свою чергу викликає зміну струму через транзистор оптопари U2. Коли цей струм перевищує поріг на виведенні мікросхеми FB U1, наступний робочий цикл пропускається. Заданий рівень вихідної напруги підтримується шляхом регулювання числа пропущених та скоєних робочих циклів. Коли робочий цикл почався, він закінчиться, коли струм через мікросхему U1 досягне встановленої внутрішньої межі. R11 обмежує струм через оптопару та встановлює коефіцієнт посилення зворотного зв'язку. Резистор R12 подає усунення на VR6.

Ця схема захищена від обриву петлі зворотного зв'язку, КЗ на виході, перевантаження завдяки функціям, вбудованим в U1 (LNK304). Так як мікросхема запитується прямо зі свого виведення стік, не потрібна окрема обмотка живлення.

В імпульсних блоках живлення стабілізація напруги забезпечується за допомогою негативного зворотного зв'язку. Зворотний зв'язок дозволяє підтримувати вихідну напругу на відносно постійному рівні незалежно від коливань вхідної напруги та величини навантаження. Зворотній зв'язок можна організувати у різний спосіб. У випадку імпульсних джерел з гальванічною розв'язкою від мережі живлення найбільш поширеними способами є використання зв'язку за допомогою однієї з вихідних обмоток трансформатора або за допомогою оптрона. Залежно від величини сигналу зворотного зв'язку (що залежить від вихідної напруги), змінюється шпаруватість імпульсів на виході ШІМ-контролера. Якщо розв'язка не потрібна, то зазвичай використовується простий резистивний дільник напруги. Таким чином, блок живлення підтримує стабільну вихідну напругу.

2. Основні параметри та характеристики імпульсних джерел живлення

Класифікація імпульсних джерел живлення (ІІП) проводиться за кількома основним критеріям:

По виду вхідної та вихідної напруги;

За типологією;

За формою вихідної напруги;

За типом живильного ланцюга;

за напругою на навантаженні;

за потужністю навантаження;

За родом струму навантаження;

За кількістю виходів;

За стабільністю напруги на навантаженні.

На вигляд вхідної та вихідної напруги

1. AC/DC – це перетворювачі змінної напругиу постійне. Такі перетворювачі застосовують у самих різних областях- це промислова автоматика, телекомунікаційне обладнання, контрольно-вимірювальне обладнання, обладнання промислового призначення для обробки даних, засоби безпеки, а також техніка спеціального призначення.

2. DC/DC – це перетворювачі постійної напруги. У таких DC/DC конверторах використовують імпульсні трансформатори з двома та більше обмотками, причому між вхідним та вихідним ланцюгом зв'язок відсутній. Імпульсні трансформатори мають велику різницю потенціалів між входом та виходом конвертора. Прикладом їх застосування може бути блок живлення (БП) для імпульсних спалахів з напругою на виході порядку 400 В.

3. DC/AC - це перетворювачі постійної напруги змінне (інвентор). Основна сфера застосування інверторів - робота в рухомому складі залізничних та інших транспортних засобів, що мають бортову електромережу постійної напруги. Також вони можуть бути застосовані як основні перетворювачі у складі джерел резервного харчування.

Висока перевантажувальна здатність дозволяє здійснювати живлення широкого спектру пристроїв та обладнання, включаючи конденсаторні двигуни компресорів холодильних установок та кондиціонерів.

За типологієюІІП класифікуються так:

зворотноходові імпульсні перетворювачі (flybackconverter);

прямоходові імпульсні перетворювачі (forwardconverter);

перетворювачі з двотактним виходом (push-pull);

перетворювачі з напівмостовим виходом (halfbridgeconverter);

перетворювачі з мостовим виходом (fullfbridgeconverter).

За формою вихідної напругиІІП класифікуються так:

1. C модифікованою синусоїдою

2. C синусоїдою правильної форми.

Малюнок 3 - Форми вихідного сигналу

За типом живильного ланцюга:

ІІП, що використовують електричну енергію, одержувану від однофазної мережізмінного струму;

ІІП, що використовують електричну енергію, одержувану від трифазної мережізмінного струму;

ІІП, що використовують електричну енергію автономного джерела постійного струму.

По напрузі на навантаженні:

За потужністю навантаження:

ІІП малої потужності (до 100 Вт);

ІІП середньої потужності (від 100 до 1000 Вт);

ІІП великої потужності (понад 1000 Вт).

За родом струму навантаження:

ІІП з виходом на змінному струмі;

ІІП з виходом на постійному струмі;

ІІП з виходом на змінному та постійному струмі.

За кількістю виходів:

одноканальні ІІП, що мають один вихід постійного або змінного струму;

багатоканальні ІІП, що мають дві або більше вихідних напруг.

За стабільністю напруги на навантаженні:

стабілізовані ІІП;

нестабілізовані ІІП.

3. Основні способи побудови імпульсних джерел живлення

На малюнку нижче буде представлено зовнішній виглядімпульсного джерела живлення.

Малюнок 4 - Імпульсне джерело живлення

Отже, для початку загальних рисахпозначимо, які основні модулі є у будь-якому імпульсному блоці електроживлення. У типовому варіантіімпульсний блок живлення умовно можна поділити на три функціональні частини. Це:

1. ШИМ-контролер (PWM), з урахуванням якого збирається задаючий генератор зазвичай із частотою близько 30…60 кГц;

2. Каскад силових ключів, роль яких можуть виконувати потужні біполярні, польові або транзистори IGBT (біполярні з ізольованим затвором); цей силовий каскад може включати додаткову схему управління цими самими ключами на інтегральних драйверах або малопотужних транзисторах; також важлива схема включення силових ключів: бруківка (фул-бридж), напівмостова (халф-бридж) або із середньою точкою (пуш-пул);

3. Імпульсний трансформатор з первинною (ими) та вторинною (ими) обмоткою (ами) і, відповідно, випрямляючими діодами, фільтрами, стабілізаторами та ін. на виході; як осердя зазвичай вибирається ферит або альсифер; загалом такі магнітні матеріали, які здатні працювати на високих частотах (у деяких випадках понад 100 кГц).

Існує три основних способи побудови імпульсних ІП (див. рис.3): підвищуюча (вихідна напруга вище вхідного), знижуюча (вихідна напруга нижче вхідного) та інвертуюча (вихідна напруга має протилежну по відношенню до вхідної полярність). Як видно з малюнка, відрізняються вони лише способом підключення індуктивності, в іншому принцип роботи залишається незмінним, а саме.

імпульсне джерело живлення напруга

Рисунок 5 - Типові структурні схеми імпульсних джерел живлення

Ключовий елемент (зазвичай застосовують біполярні або МДП транзистори), що працює з частотою близько 20-100 кГц, періодично на короткий час (не більше 50% часу) прикладає до котушки індуктивності повну нестабілізовану вхідну напругу. Імпульсний струм, що протікає у своїй через котушку, забезпечує накопичення запасу енергії у її магнітному полі 1/2LI^2 кожному імпульсі. Запасена таким чином енергія з котушки передасться в навантаження (або безпосередньо, з використанням діода, що випрямляє, або через вторинну обмотку з подальшим випрямленням), конденсатор вихідного згладжуючого фільтра забезпечує сталість вихідної напруги і струму. Стабілізація вихідної напруги забезпечується автоматичним регулюванням ширини або частоти проходження імпульсів на ключовому елементі (для стеження за вихідною напругою призначений ланцюг зворотного зв'язку).

Така, хоч і досить складна, схема дозволяє суттєво підвищити ККД всього пристрою. Справа в тому, що, в даному випадку, крім самого навантаження у схемі відсутні силові елементи, що розсіюють значну потужність. Ключові транзистори працюють у режимі насиченого ключа (тобто. падіння напруги ними мало) і розсіюють потужність лише у досить короткі часові інтервали (час подачі імпульсу). Крім цього, за рахунок підвищення частоти перетворення можна суттєво збільшити потужність та покращити масогабаритні характеристики.

Важливою технологічною перевагою імпульсних ІП є можливість побудови на їх основі малогабаритних мережевих ІП із гальванічною розв'язкою від мережі для живлення найрізноманітнішої апаратури. Такі ІП будуються без застосування громіздкого низькочастотного силового трансформатора за схемою високочастотного перетворювача. Це, власне, типова схема імпульсного ІП зі зниженням напруги, де як вхідна напруга використовується випрямлена мережева напруга, а як накопичувальний елемент - високочастотний трансформатор (малогабаритний і з високим ККД), з вторинної обмотки якого і знімається вихідна стабілізована напруга (цей трансформатор забезпечує також гальванічну розв'язку з мережею).

До недоліків імпульсних ІП можна віднести: високого рівняімпульсних шумів на виході, високу, складність і низьку надійність (особливо при кустарному виготовленні), необхідність застосування дорогих високовольтних високочастотних компонентів, які у разі найменшої несправності легко виходять з ладу "усім скопом" (при цьому, як правило, можна спостерігати вражаючі піротехнічні ефекти ). Любителям покопатися у нутрощах пристроїв з викруткою і паяльником при конструюванні імпульсних мережних ІП доведеться бути вкрай обережними, так як багато елементів таких схем знаходяться під високою напругою.

4. Різновиди схемотехнічних рішень імпульсних джерел живлення

Схема ІІП 90-х показана на рис.6. Джерело живлення містить мережевий випрямляч VD1-VD4, помехоподавляющий фільтр L1C1-СЗ, перетворювач на комутуючому транзисторі VT1 і імпульсному трансформаторі Т1, вихідний випрямляч VD8 з фільтром C9C10L2 і вузол стабілізації, виконаний на стабілізаторі DA.

Малюнок 6 - Імпульсне джерело живлення 1990-х років

Схема ІІП показано на рис.7. Запобіжник FU1 захищає елементи від аварійних ситуацій. Терморезистор RK1 обмежує імпульс зарядного струмуконденсатора С2 до безпечного для діодного мосту VD1 значення, а спільно з конденсатором С1 утворює RC-фільтр, що служить зменшення імпульсних перешкод, проникаючих з ИИП в мережу. Діодний міст VD1 випрямляє мережну напругу, конденсатор С2 - згладжує. Викиди напруги первинної обмотки трансформатора Т1 зменшує демпфуючий ланцюг R1C5VD2. Конденсатор С4 є фільтром живлення, якого запитані внутрішні елементи мікросхеми DA1.

Вихідний випрямляч зібраний на діоді Шотки VD3, пульсації вихідної напруги згладжує LC-фільтр C6C7L1C8. Елементи R2, R3, VD4 та U1 забезпечують спільно з мікросхемою DA1 стабілізацію вихідної напруги при зміні струму навантаження та напруги мережі. Ланцюг індикації включення виконана на світлодіоді HL1 і струмообмежувальному резисторі R4.

Малюнок 7 - Імпульсне джерело живлення 2000-х років

На рис.8 двотактний імпульсний блок живлення з напівмостовим включенням силового каскаду, що складається з двох потужних MOSFET IRFP460. Як ШІМ-контролера вибрали мікросхему К1156ЕУ2Р.

Додатково за допомогою реле та обмежуючого резистора R1 на вході реалізований плавний пуск, що дозволяє уникнути різких кидків струму. Реле можна застосувати на напругу як 12, так і 24 вольти з підбором резистора R19. Варистор RU1 захищає вхідний ланцюг від імпульсів надмірної амплітуди. Конденсатори С1-С4 і двообмотувальний дросель L1 утворюють мережевий перешкододавляющий фільтр, що запобігає проникненню високочастотних пульсацій, створюваних перетворювачем, в мережу живлення.

Підстроювальний резистор R16 і конденсатор С12 визначають частоту перетворення.

Для зменшення ЕРС самоіндукції трансформатора Т2 паралельно до каналів транзисторів включені демпферні діоди VD7 і VD8. Діоди Шоттки VD2 і VD3 захищають комутують транзистори та виходи мікросхеми зворотної напруги DA2 від імпульсів.

Малюнок 8 - Сучасне імпульсне джерело живлення

Висновок

У ході виконаної науково-дослідної роботи мною проведено дослідження імпульсних джерел живлення, що дозволило проаналізувати існуючу схемотехніку даних пристроїв та зробити відповідні висновки.

Імпульсні джерела живлення мають набагато великими перевагамив порівнянні з іншими - у них більше високий ККД, вони мають істотно менші масу і обсяг, крім того вони мають набагато меншу собівартість, що в кінцевому підсумку призводить до їх порівняно невеликої ціни для споживачів і, відповідно, високого попиту на ринку.

Багато сучасних електронних компонентів, що використовуються в сучасних електронних пристроях і системах, потребують високої якості живлення. Крім того, вихідна напруга (струм) має бути стабільною, мати необхідну форму (наприклад, для інверторів), а також мінімальний рівень пульсацій (наприклад, для випрямлячів).

Таким чином, імпульсні джерела живлення є невід'ємною частиною будь-яких електронних пристроїв та систем, що живляться як від промислової мережі 220, так і інших джерел енергії. При цьому надійність роботи електронного пристроюбезпосередньо залежить від якості джерела живлення.

Таким чином, розробка нових удосконалених схем імпульсних джерел живлення дозволить покращити технічні та експлуатаційні характеристикиелектронних пристроїв та систем.

Список використаної літератури

1. Гуревич В.І. Надійність мікропроцесорних пристроїв релейного захисту: міфи та реальність. – Проблеми енергетики, 2008, № 5-6, с.47-62.

2. Джерело живлення [Електронний ресурс] // Вікіпедія. - Режим доступу: http://ua. wikipedia.org/wiki/Джерело_живлення

3. Вторинний джерело живлення [Електронний ресурс] // Вікіпедія. - Режим доступу: http://ua. wikipedia.org/wiki/Вторинний_джерело_ харчування

4. Високовольтні джерела живлення [Електронний ресурс] // ТОВ "Оптосистеми" - Режим доступу: http://www.optosystems.ru/power_supplies_about. php

5. Єфімов І.П. Джерела харчування – Ульяновський Державний Технічний Університет, 2001, с.3-13.

6. Області застосування силових джерел живлення [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://www.power2000.ru/apply_obl.html

7. Комп'ютерні блокихарчування [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://offline.computerra.ru/2002/472/22266/

8. Еволюція імпульсних джерел живлення [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://www.power-e.ru/2008_4_26. php

9. Принцип роботи імпульсних джерел живлення [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://radioginn. ucoz.ru/publ/1-1-0-1

Подібні документи

Поняття, призначення та класифікація вторинних джерел живлення. Структурна та принципова схемивторинного джерела живлення, що працює від мережі постійного струму та видає змінну напругу на виході. Розрахунок параметрів джерела живлення.

курсова робота , доданий 28.01.2014


Джерела вторинного живлення як невід'ємна частина будь-якого електронного пристрою. Розгляд напівпровідникових перетворювачів, що зв'язують системи змінного та постійного струму. Аналіз принципів побудови схем імпульсних джерел.

дипломна робота , доданий 17.02.2013


Джерело живлення як пристрій, призначений для постачання апаратури електричною енергією. Перетворення змінної напруги промислової частоти в пульсуючу постійну напругу за допомогою випрямлячів. Стабілізатори постійної напруги.

реферат, доданий 08.02.2013


Стабілізація середнього значення вихідної напруги вторинного джерела живлення. Мінімальний коефіцієнт стабілізації напруги. Компенсаційний стабілізатор напруги. Максимальний струм колектора транзистора. Коефіцієнт фільтра, що згладжує.

контрольна робота , доданий 19.12.2010


Поєднання функцій випрямлення з регулюванням або стабілізацією вихідної напруги. Розробка схеми електричного структурного джерела живлення. Знижувальний трансформатор та вибір елементної бази блока живлення. Розрахунок малопотужного трансформатора.

курсова робота , доданий 16.07.2012


Розрахунок трансформатора та параметрів інтегрального стабілізатора напруги. Принципова електрична схемаблок живлення. Розрахунок параметрів некерованого випрямляча та фільтра, що згладжує. Підбір випрямних діодів, вибір розмірів магнітопроводу.

курсова робота , доданий 14.12.2013


Аналіз системи вторинних джерел електроживлення зенітного ракетного комплексу "Стріла-10" Характеристика схематичних стабілізаторів імпульсних. Аналіз роботи модернізованого стабілізатора напруги. Розрахунок його елементів та основних параметрів.

дипломна робота , доданий 07.03.2012


Принцип роботи інверторного джерела живлення зварювальної дуги, його переваги та недоліки, схеми та конструкції. Ефективність експлуатації інверторних джерел живлення з погляду енергозбереження. Елементна базавипрямлячів з інвертором.

курсова робота , доданий 28.11.2014


Послідовність збору підсилювача, що інвертує, містить функціональний генераторта вимірювач амплітудно-частотних характеристик. Осцилограма вхідного та вихідного сигналів на частоті 1 кГц. Схема вимірювання вихідної напруги, її відхилення.

лабораторна робота , доданий 11.07.2015


Аналіз електричного ланцюга: позначення вузлів, струмів. Визначення вхідного та вихідного сигналів, передавальної характеристики чотириполюсника. Структурна схема системи керування. Реакції системи на одиничний ступінчастий вплив за нульових умов.

Принцип реалізації вторинної потужності рахунок застосування додаткових пристроїв, Що забезпечують енергією схеми, вже досить давно використовується здебільшого електроприладів. Цими пристроями є блоки живлення. Вони служать для перетворення напруги до необхідного рівня. БП можуть бути як вбудованими, так і окремими елементами. Принципів перетворення електроенергії є два. Перший заснований на застосуванні аналогових трансформаторів, а другий на основі використання імпульсних блоків живлення. Різниця між цими принципами є досить великою, але, на жаль, не всі її розуміють. У цій статті розберемося, як працює імпульсний блок живлення і чим він так відрізняється від аналогового. Давайте почнемо. Поїхали!

Першими з'явилися саме трансформаторні БП. Їх принцип роботи полягає в тому, що вони змінюють структуру напруги за допомогою силового трансформатора, який підключений до мережі 220 В. Там знижується амплітуда синусоїдальної гармоніки, яка прямує далі до випрямляючого пристрою. Потім відбувається згладжування напруги паралельно підключеною ємністю, яка підбирається за допустимою потужністю. Регулювання напруги на вихідних клемах забезпечується завдяки зміні положення підстроювальних резисторів.

Тепер перейдемо до імпульсних БП. Вони з'явилися дещо пізніше, проте відразу завоювали чималу популярність за рахунок ряду позитивних особливостей, а саме:

• Доступність комплектування;
• надійності;
• Можливості розширити робочий діапазон для вихідної напруги.

Усі пристрої, у яких закладено принцип імпульсного харчуванняпрактично нічим не відрізняються один від одного.

Елементами імпульсного БП є:

• Лінійне джерело живлення;
• Джерело живлення Standby;
• Генератор (ЗПІ, керування);
• Ключовий транзистор;
• Оптопара;
• Ланцюги управління.

Щоб підібрати блок живлення з певним набором параметрів, скористайтесь сайтом ChipHunt.

Давайте розберемося, як працює імпульсний блок живлення. У ньому застосовуються принципи взаємодії елементів інверторної схеми і саме завдяки цьому досягається стабілізована напруга.

Спочатку на випрямляч надходить нормальна напруга 220 В, далі відбувається згладжування амплітуди за допомогою конденсаторів ємнісного фільтра. Після цього виконується випрямлення проходять синусоїд вихідним діодним мостом. Потім відбувається перетворення синусоїд на імпульси високих частот. Перетворення може виконуватися або з гальванічним відділенням мережі від вихідних ланцюгів, або без виконання такої розв'язки.

Якщо БП з гальванічною розв'язкою, то сигнали високої частоти спрямовуються на трансформатор, який здійснює гальванічну розв'язку. Для підвищення ефективності трансформатора підвищується частота.

Робота імпульсного БП заснована на взаємодії трьох ланцюжків:

• ШІМ-контролера (керує перетворенням широтно-імпульсної модуляції);
• Каскада силових ключів (складається з транзисторів, що включаються по одній із трьох схем: бруківка, напівмостовий, із середньою точкою);
• Імпульсного трансформатора (має первинну та вторинну обмотки, які монтуються навколо магнітопроводу).

Якщо блок живлення без розв'язки, то ВСЧ розділовий трансформатор не використовується, при цьому сигнал подається відразу на фільтр низьких частот.

Порівнюючи імпульсні блокихарчування з аналоговими, можна побачити очевидні переваги перших. ДБЖ мають меншу вагу, при цьому їх ККД значно вищий. Вони мають більше широкий діапазоннапруги живлення і вбудований захист. Вартість таких БП, як правило, нижча.

З недоліків можна виділити наявність високочастотних перешкод та обмежень за потужністю (як при високих, так і при низьких навантаженнях).

Перевірити ДБЖ можна за допомогою звичайної лампирозжарювання. Зверніть увагу, що не слід підключати лампу в розрив дистанційного транзистора, оскільки первинна обмотка не розрахована на те, щоб пропускати постійний струм, тому в жодному разі не можна допускати його пропускання.

Якщо лампа світиться, то БП працює нормально, якщо ж не світиться, то блок живлення не працює. Короткий спалах говорить про те, що ДБЖ блокується відразу після запуску. Дуже яскраве свічення свідчить про відсутність стабілізації вихідної напруги.

Тепер ви знатимете на чому заснований принцип роботи імпульсного та звичайного аналогового блоків живлення. Кожен з них має свої особливості будови та роботи, які слід розуміти. Також ви зможете перевірити працездатність ДБЖ за допомогою звичайної лампи розжарювання. Пишіть у коментарях була корисною для вас ця стаття і ставте будь-які питання, що цікавлять, по розглянутій темі.