Obseg uporabe impulznih napajalnih enot v vsakdanjem življenju se nenehno širi. Takšni viri se uporabljajo za oskrbo z električno energijo vse sodobne gospodinjske in računalniške opreme, za realizacijo virov neprekinjenega napajanja, polnilnike za baterije različnih namenov, izvajanje nizkonapetostnih sistemov razsvetljave in za druge potrebe.
V nekaterih primerih nakup končnega električnega napajanja ni ekonomsko ali tehnično izvedljiv in je izdelava vira impulzov z lastnimi rokami najboljši izhod iz te situacije. Poenostavi to možnost in široko razpoložljivost sodobne elementne baze po nizkih cenah.
- 1 Blokovna shema impulznega napajalnika
- 2 Glavna vezja impulznih enot2.1 Omrežni usmernik s filtrom 2.2 Visokofrekvenčni pretvornik: njegove funkcije in vezja
- 2.1 Omrežni usmernik s filtrom
- 2.2 Visokofrekvenčni pretvornik: njegove funkcije in vezja
- 3 Video o izdelavi najenostavnejše impulzne naprave za hranjenje
Blokovna shema impulznega napajanja
V vsakdanjem življenju so najbolj priljubljeni pulzni viri, ki jih napaja standardno omrežje z izmeničnim tokom in močan nizkonapetostni izhod. Blok diagram takšnega vira je prikazan na sliki.
Omrežni usmernik SV pretvarja izmenično napetost napajalnega omrežja v konstanto in izravnava pulziranje popravljene napetosti na izhodu.Visokofrekvenčni pretvornik vzletno-pristajalne steze izvaja pretvorbo popravljene napetosti v spremenljivo ali unipolarno napetost, ki ima obliko pravokotnih impulzov zahtevane amplitude.
Taka napetost bodisi neposredno bodisi po ravnanju (VH) v prihodnosti prihaja na izravnalni filter, na katerega je priključena obremenitev. Krmiljenje vzletno-pristajalne steze izvaja nadzorni sistem, prejema povratni signal od obremenitve usmernika.
Takšno strukturo naprave je mogoče kritizirati zaradi prisotnosti več pretvorbenih enot, kar zmanjšuje učinkovitost vira. Vendar pa je s pravilno izbiro polprevodniških elementov in kvalitativnim izračunom in izdelavo vozliščnih zank raven izgub pri moči v tokokrogu majhna, kar vam omogoča, da dobite realne vrednosti učinkovitosti nad 90%.
Načelni tokokrogi za impulzne napajalne enote
Rešitev za strukturne bloke vključuje ne samo utemeljitev izbire možnosti za izvajanje sheme, temveč tudi praktična priporočila za izbiro glavnih elementov.
Omrežni usmernik s filtrom
Za izravnavo enofazne napetosti omrežja uporabite eno od treh klasičnih shem, prikazanih na sliki:
- monopropionska;
- nič (polupereodnoy s povprečno točko);
- dvonadstropni cestni pločnik.
Vsaka od njih ima posebne prednosti in slabosti, ki določajo področje uporabe.
Shema z enim polarnim vezjemse razlikuje po enostavnosti izvedbe in najmanjšem številu polprevodniških komponent. GlavneSlabosti tega usmernika so velika količina pulziranja izhodne napetosti (v rektificiranem je samo en polavt omrežne napetosti) in majhen usmerjevalni faktor.
Koeficient usmernikaKvje določen z razmerjem med povprečno napetostjo na izhodu iz usmernikaUdkvrednosti aktivne fazne napetostiUf .
Za shemo kroga v enem nadstropju, Kv = 0,45.
Da bi zmanjšali pulziranje na izhodu takšnega usmernika, so potrebni močni filtri.
Ničelno ali dvofazno vezje z vmesno točko , čeprav zahteva dvojno usmerniško diodo, pa je ta pomanjkljivost v veliki meri izravnana z nižjo stopnjo pulzacij napetostnih usmernikov in povečanjem vrednosti koeficienta usmernika na 0,9.
Glavna pomanjkljivost takega sistema za uporabo v domačih razmerah je potreba po organizaciji povprečne napetosti, ki pomeni prisotnost omrežnega transformatorja. Njegove dimenzije in masa so nezdružljive z zamislijo o majhnem samodejnem impulznem viru.
Poligonalno mostno vezjepopravka ima enake vrednosti za stopnjo pulziranja in koeficient usmernika kot ničelna shema, vendar ne zahteva omrežnega transformatorja. To izravnava glavno pomanjkljivost - podvojiti število usmerniških diod, tako z vidika učinkovitosti kot stroškov.
Za zmanjšanje nihanj popravljene napetosti je najboljša rešitev uporaba kapacitivnega filtra. Njegova uporaba omogoča povečanje vrednosti popravljene napetosti naamplitudna vrednost omrežja (pri Uf = 220V Ufm = 314V).Slabosti takega filtra se štejejo za velike količine reaktivnih elementov pulzirajočih tokov, vendar to ni kritična pomanjkljivost.
Izbira usmerniških diod temelji na velikosti srednjega enosmernega toka Ia in največji povratni napetosti UBM.
Če upoštevamo vrednost koeficienta pulzacije izhodne napetosti Кп = 10%, dobimo povprečno vrednost popravljene napetosti Ud = 300V.Glede na moč obremenitve in učinkovitost HF pretvornika (80% je sprejet za izračun, v praksi pa se bo povečal, omogočil bo nekaj zalog).
Ia - povprečni tokovni tok usmernika, Rn - moč obremenitve ,?- Učinkovitost VF pretvornika.
Najvišja obratna napetost usmerjevalnega elementa ne presega amplitudne vrednosti omrežne napetosti (314V), kar omogoča uporabo komponent z vrednostjo UBM = 400V s pomembno rezervo.Uporabljate lahko diskretne diode in gotove mostičke različnih proizvajalcev.
Da bi zagotovili dano (10%) pulzacijo na izhodu usmernika, se kapacitivnost filtrirnih kondenzatorjev vzame s hitrostjo 1 μF na 1 vat izhodne moči.Uporabljajo se elektrolitski kondenzatorji z največjo napetostjo najmanj 350V.V tabeli so navedeni filtri zmogljivosti za različne zmogljivosti.
Visokofrekvenčni pretvornik: njegove funkcije in vezja
Visokofrekvenčni pretvornik je enostopenjski ali dvotaktni pretvornik ključev (pretvornik) s pulznim transformatorjem.Variante RF vezijpretvorniki so prikazani na sliki.
Enotaktni sistem . Z minimalno količino moči elementov in enostavnost izvajanja ima več slabosti.
Sistem je našel največjo uporabo v napravah z nizko porabo, kjer učinek teh slabosti ni tako pomemben.
Dvotaktni krog s povprečno točko transformatorja (pulzirajoče) . Prejel je drugo ime iz angleške različice (push-pull) opisa dela. Shema je brez slabosti enostopenjskih variant, vendar ima svojo - zapleteno konstrukcijo transformatorja (potrebna je izdelava enakih delov primarnega navitja) in povečane zahteve za maksimalno napetost ključev. Preostanek rešitve si zasluži pozornost in se široko uporablja v impulznih napajalnikih, ki so izdelani z lastnimi rokami in ne samo.
Dvotaktni poltrajni krog . S parametri je shema podobna vezju s srednjo točko, vendar ne zahteva kompleksne konfiguracije transformatorjev navitij. Dejanska pomanjkljivost tokokroga je, da je treba organizirati srednjo točko usmerjevalnega filtra, kar povzroči štirikratno povečanje števila kondenzatorjev.Zaradi enostavnosti izvedbe je vezje najbolj razširjeno v impulznih napajalnih sistemih do 3 kW. Za velikezmogljivost, stroški filtra kondenzatorjev postanejo nesprejemljivo visoki v primerjavi s polprevodniškimi ključi razsmernika in najbolj ugoden je mostni krog.
Dvotaktni mostni sistem
. S parametri je podoben drugim dvotaktnim shemam, vendar brez potrebe po ustvarjanju umetnih "srednjih točk". Pristojbina za to je podvojitev števila ključev za napajanje, ki imajo koristi od gospodarskih in tehničnih vidikov za izgradnjo močnih pulzirajočih virov.Izbira pretvornikov se opravi z amplitudo toka zbiralnika (odtok) ICMAC in največjo napetostjo zbiralnika UKEMAK. Za izračun moči obremenitve in koeficienta transformacije uporabimo impulzni transformator.
Najprej pa je treba izračunati samo transformator. Impulzni transformator je izveden na jedru iz ferita, permalloja ali zvitka v obroču transformatorskega železa. Za kapacitete kw, so feritna jedra iz obroča ali Sh-oblike popolnoma primerna. Izračun transformatorja temelji na zahtevani moči in frekvenci pretvorbe. Da bi odpravili pojav akustičnega šuma, je stopnja pretvorbe zaželena zunaj zvočnega območja (nad 20 kHz).
Ne smemo pozabiti, da so pri frekvencah blizu 100 kHz občutno povečane izgube feritne magnetoplastike. Sam izračun transformatorja ni težaven in ga je mogoče zlahka najti v literaturi. Nekateri rezultati za različne vire moči in magnetnih vezijso navedene v spodnji tabeli.
Izračun se izvede za pretvorbo frekvence na 50 kHz. Treba je omeniti, da pri delu pri visoki frekvenci nastopi učinek premika toka na površino prevodnika, kar vodi do zmanjšanja efektivne površine odseka žic navitja. Da bi preprečili tovrstne težave in zmanjšali izgube vodnikov, je potrebno izvesti navijanje več manjših manjših delov. Pri frekvenci 50 kHz dopustni premer navijalne žice ne presega 0,85 mm.
Parametri impulznih transformatorjev in stikal RF pretvornika
Poznavanje moči bremena in faktorja pretvorbe omogoča izračun toka v navitju primarnega transformatorja in največjega toka kolektorja ključa za vklop /izklop. Napetost na tranzistorju v zaprtem stanju je izbrana višje od napetosti, ki vstopa na vhod RF pretvornika z določeno zalogo (UKEMAH> 400V). Glede na te podatke je na voljo izbira tipk. Trenutno je najboljša možnost uporaba tranzistorjev moči IGBT ali MOSFET.
Za referenčne diode na sekundarni strani je treba upoštevati eno pravilo - njihova največja delovna frekvenca mora presegati menjalno razmerje. V nasprotnem primeru se bo učinkovitost izhodnega usmernika in pretvornika na splošno bistveno zmanjšala.
Naslednja priporočila omogočajo, da se v najkrajšem možnem času in z najmanj težavami in stroški zbere močnostni del visokofrekvenčnega pulznega pretvornika za gospodinjske potrebe.
