Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

2.3. Структурная схема. Импульсные блоки питания для IBM PC

Читайте также

1.7.4. Схема импульсного стабилизатора

1.7.4. Схема импульсного стабилизатора Схема импульсного стабилизатора ненамного сложней обычного (рис. 1.9), но она более сложная в настройке. Поэтому недостаточно опытным радиолюбителям, не знающим правил работы с высоким напряжением (в частности, никогда не работать в

3.1.1. Электрическая схема электронных часов на ЖКИ

3.1.1. Электрическая схема электронных часов на ЖКИ Жидкокристаллический индикатор представляет собой две плоские пластинки из стекла, склеенные по периметру таким образом, чтобы между стеклами оставался промежуток, его заполняют специальными жидкими кристаллами.На

3.

5.3. Расширенная схема акустического датчика

3.5.3. Расширенная схема акустического датчика Регулировка усиления слабых сигналов с микрофона ВМ1 осуществляется переменным резистором R6 (см. рис. 3.9). Чем меньше сопротивление данного резистора, тем больше усиление транзисторного каскада на транзисторе VT1. При

4.4.2. Электрическая схема таймера

4.4.2. Электрическая схема таймера При подключении ЭМТ к сети 220 В через ограничительный резистор R1 напряжение поступает на катушку К1 (имеющую сопротивление 3,9 кОм). С помощью системы шестеренок и приложенного к этой катушке напряжения (с помощью электромагнитной индукции)

2.6. Схема чувствительного видеоусилителя

2. 6. Схема чувствительного видеоусилителя Тем, кто занимается применением схем видеоконтроля на ограниченном участке, будет полезен этот материал. Касаясь возможных вариантов обеспечения охраны в замкнутых помещениях, еще раз хочу отметить, что не всегда рентабельно

Проект 2: Схема интерфейса

Проект 2: Схема интерфейса Основой схемы интерфейса является дешифратор 4028. ИС 4028 считывает двоично-десятичный код логики низкого уровня с выхода ИС 74LS373, расположенной на плате УРР, и выдает соответствующие сигналы высокого уровня (см. таблицу соответствий

Проект 3: общая схема интерфейса УРР

Проект 3: общая схема интерфейса УРР Интерфейс УРР для робота-передвижки является специализированной схемой, предназначенной для конкретной цели. Следующая схема интерфейса (см. рис. 7.8) представляет собой более универсальное устройство, дающее возможность управлять

Начальная схема управления

Начальная схема управления На рис. 10.10 показан первый тестовый вариант схемы управления ШД. Для буферизации выходных сигналов с шин PIC 16F84 использованы шестнадцатеричные буферы типа 4050. Сигнал с выхода каждого буфера подается на транзистор NPN типа. В качестве таких

Электрическая схема

Электрическая схема Электрическая схема представляет собой электронный ключ, управляемый интенсивностью светового потока. Когда уровень средней окружающей освещенности мал (возможна подстройка порогового значения), то схема отключает питание двигателя редуктора.

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

«Фрегат Экоджет»: новая схема самолета и новая бизнес-схема Авиасалон МАКС традиционно выступает смотровой площадкой новых идей в самолетостроении. ФПГ «Росавиаконсорциум» по собственной инициативе разрабатывает программу создания широкофюзеляжного

2.4. Принципиальная схема

2.4. Принципиальная схема Полная принципиальная схема бестрансформаторного источника питания с максимальной вторичной мощностью 200 Вт фирмы DTK представлена на рис. 2.2. Рис. 2.2. Принципиальная схема бестрансформаторного источника питания на 200 Вт фирмы DTKВсе элементы на

3.3. Структурная схема

3.3. Структурная схема Структурная схема импульсного блока питания для компьютеров типа AT/XT, содержащая типовой набор функциональных узлов, представлена на рис. 3.1. Модификации блоков питания могут иметь различия только в схемотехнической реализации узлов с сохранением

3.

4. Принципиальная схема

3.4. Принципиальная схема Импульсные источники питания данного класса имеют несколько различных модификаций схемотехнической реализации отдельных вспомогательных узлов. Принципиальных различий в их рабочих характеристиках нет, а разнообразие объясняется множеством

Общая схема электрооборудования

Общая схема электрооборудования Электрооборудование автомобилей представляет собой сложную систему соединенных между собой электроприборово сигнализации, зажигания, предохранителей, контрольно – измерительных приборов, соединительных проводов. Рис.

Схема, устройство работа

Схема, устройство работа В механизм газораспределения входят: распределительный вал и его привод. Передаточные детали – толкатели с направляющими втулками, а при верхнем расположении клапанов еще штанги и коромысла, клапаны, их направляющие втулки и пружины, опорные

7.1. Структурная организация и обязанности участников похода

7.1. Структурная организация и обязанности участников похода Для подготовки и проведения дальних шлюпочных походов командир части приказом по части назначает командира похода и походный штаб в составе начальника походного штаба, заместителя командира похода по

Читать “Импульсные блоки питания для IBM PC” – Куличков Александр Васильевич – Страница 2

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

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

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

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

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

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

Рис. 1.1. Структурная схема нерегулируемого импульсного источника питания

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 1.2. Структурная схема регулируемого импульсного источника питания

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

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

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

1.2. Принципы построения бестрансформаторных источников питания

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

Импульсные источники питания – Энциклопедия по машиностроению XXL

Импульсные системы. Наряду с рассмотренными выше квазистационарными системами ведутся работы по созданию импульсных систем, основанных на серии периодически повторяемых взрывов малой мощности с удержанием энергии и продуктов взрыва в специальных камерах. Основные достоинства таких систем в сравнении с квазистационарными—меньшая опасность накопления примесей в плазме, уменьшающих время ее удержания, а также нечувствительность к неустойчивостям плазмы, время развития которых больше периода импульса. Основные проблемы создания таких систем— импульсный характер энерговыделения, а также необходимость разработки мощных импульсных источников питания.  [c.258]
Применение в полуавтоматах для сварки легких металлов, легированных сталей и сплавов импульсных источников питания дуги.  [c.179]

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

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

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

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

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


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

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

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

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

Технические характеристики импульсных источников питания приведены  [c. 31]

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

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

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

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

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

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


Схема рис. 1.9 специально предназначена для совместной работы в комплексе с исгочником для непрерывного питания ГРП. Однако двухступенчатое зажигание часто применяется и в импульсных-источниках электропитания, у которых имеется блок питания дежурной дуги. В подобных случаях функции второй ступени выполняет сам импульсный источник питания, а блок дежурной дуги поддерживает непрерывный разряд. Для запуска такой системы сначала заряжают накопитель импульсного источника питания до 1 пит>1 заж,. затем включают блок питания дежурной дуги и одновременно подают на ГРП инициирующий сигнал от схемы зажигания. Инициирующий импульс пробивает ГРП, накопитель разряжается и переводит его в дуговой режим, после чего блок питания дежурной  [c.17]

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

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

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

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

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

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

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

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


Однако проволока ЭП-317 не позволяет производить сварку в потолочном положении. Поэтому вместо нее разработана аналогичная по производительности проволока ЭП-439. Сварка этой проволокой выполняется во всех пространственных положениях. Для сварки в вертикальном и потолочном положениях рекомендуется применять импульсную приставку ИИП-1 к выпрямителю, обеспечивающую наложение кратковременных импульсов на дугу постоянного тока. Применение импульсного источника питания типа ИИП-1 позволяет управлять образованием каждой капли металла, а следовательно, размером и формой сварного шва во всех пространственных положениях. Повышая устойчивость горения дуги, этот метод позволяет упростить технику выполнения пото-  [c.134]

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

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

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

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

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

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

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


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

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

Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя

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

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


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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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


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

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

Источник материала





Структурная схема и принцип работы микросхемы управления импульсными источниками питания

Основной недостаток рассмотренных выше микросхем линейных стабилизаторов — это большая мощность, рассеиваемая на проходном транзисторе, что ограничивает область их применения. Основное достоинство импульсных источников питания заключается в их способности обеспечить большую мощность в нагрузке, имея при этом высокий коэффициент полезного действия (КПД) и малые габариты. В отличие от линейных стабилизаторов, в импульсных источниках питания проходной транзистор переключается с большой частотой (от 20 кГц до 5,0 МГц). Ключевой транзистор коммутирует индуктивный элемент (обмотку трансформатора либо дроссель), в котором накапливается энергия, пропорциональная времени открытого состояния транзистора. После закрытия ключевого транзистора энергия, накопленная в индуктивном элементе, передается в нагрузку. Благодаря тому, что на проходном транзисторе не происходит падения напряжения Um — t/bix, импульсные ИМС рассеивают гораздо меньшую мощность по сравнению с линейными стабилизаторами. Импульсные источники питания имеют более высокий КПД.

Большая частота переключения позволяет использовать индуктивные элементы малых значений и, соответственно, малых размеров. Кроме того, пульсирующее напряжение большой частоты можно «сгладить» емкостью небольшого значения. В качестве ключа обычно используется мощный, быстродействующий MOSFET, который по своим характеристикам предпочтительнее биполярного транзистора. Изменением времени включения MOSFET производится регулирование количества энергии, передаваемой во вторичную цепь так, что выходное напряжение источника питания остается независимым от изменения нагрузки.

Поскольку сигнал управления мощным транзистором, выдаваемый с микросхемы, представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с шириной, пропорциональной управляющему сигналу, то такие микросхемы называют еще ШИМ-контроллерами [19], или ИМС управления импульсными источниками питания [22]. Типовая структурная схема, поясняющая работу импульсного источника питания, приведена на рис. 3.23.

Блок выпрямителя сглаживает пульсации сетевого напряжения. Микросхема контроллера импульсным источником питания, как правило, включает в себя источник питания с блоками опорного напряжения (£/оп), усилитель сигнала ошибки (УСО), ШИМ-компаратор, генератор пилообразных напряжений, блок логики, формирователь управляющих напряжений, блок защиты от повышенной температуры кристалла t °С, повышенного выходного тока и тока короткого замыкания, повышенного и пониженного напряжения питания сети.

Источник питания ИМС содержит в своем составе источник опорного температуронезависимого напряжения. Служит источник питания для формирования напряжения питания всех блоков ИМС и для выработки опорного напряжения.

Рис. 3.23. Схема импульсного источника питания с использованием ШИМ-контроллера: УСО — усилитель сигнала ошибки; ГПН генератор пилообразного напряжения; ЛСН — линейный стабилизатор напряжения

Опорное термостабилизированное напряжение подается на усилитель сигнала ошибки, на второй вход которого подается выпрямленный сигнал со вторичной обмотки импульсного трансформатора. Усиленная разница сигналов поступает на ШИМ-компаратор. Это напряжение сравнивается с напряжением, вырабатываемым генератором пилообразных напряжений (ГПН). На выходе ШИМ-компаратора появляется прямоугольный сигнал в случае, если пилообразное напряжение превышает напряжение сигнала ошибки 1/ош. Таким образом, чем выше напряжение сигнала t/ouj, тем меньшая длительность импульса на выходе ШИМ- компаратора. Так происходит широтно-импульсная модуляция. Этот сигнал проходит блок логики, усиливается и подается на затвор мощного MOSFET-транзистора. MOSFET может быть отдельным полупроводниковым прибором или может входить в состав ИМС.

На блок логики поступает сигнал с блока защит. Как правило, в ИМС управления импульсными источниками питания имеются схемы защиты от повышенной температуры кристалла, от повышенного тока нагрузки и короткого замыкания в нагрузке, от скачков сетевого напряжения по верхней границе OVP и по нижней границе.

Источник: Белоус А.И., Ефименко С. А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.

Ремонт импульсных источников питания

ИИП – это импульсный источник питания. Сейчас они применяются везде. Компьютерный блок питания, зарядка мобильного телефона или планшета, зарядное устройство ноутбука или источник питания телевизора, монитора и т.д. Этот список можно долго продолжать. Преимуществ применения ИИП довольно много: это и уменьшение размеров трансформатора за счет применения более высокой частоты преобразования, и получение более высокой выходной мощности при небольших габаритах. Недостаток у них только один – сложная, по сравнению с трансформаторными источниками питания, схема. Схемы импульсных источников питания разные, но принцип их работы один. В этой статье попробуем с ним разобраться. Ниже приведена структурная схема импульсного источника питания.


Принцип работы его такой: входное переменное напряжение поступает на диодный мост, где выпрямляется и поступает далее на конденсатор. Далее через ключ оно поступает на обмотку трансформатора. Ключом управляет драйвер с частотой переключения около 50-60KHz. На вторичной обмотке находится выпрямитель (это может быть диодный мост или полумост) и сглаживающий конденсатор. Во всех без исключения импульсных источниках питания имеется обратная связь. Если выходное напряжение будет отсутствовать или будет ниже нормы, то драйвер не будет генерировать импульсы для ключа. На этом принципе основана также и защита от КЗ.

Есть также драйверы с защитой по температуре. В схему вводится датчик температуры и при ее превышении заданной границы – драйвер отключает генерацию. Вот вкратце о принципе работы ИИП. Теперь поговорим о ремонте. Чаще всего неисправности в импульсных источниках питания возникают в силовой высоковольтной цепи. Если вам попался ИИП с сгоревшим предохранителем не спешите его менять. Прозвоните основные элементы в силовой цепи, убедитесь в их исправности. Нередко вышедший из строя ключ (которым является биполярный или полевой транзистор или даже мост из транзисторов), тянет за собой управляющий драйвер. Еще одной довольно частой причиной являются поврежденные электролиты как в силовой высоковольтной цепи, так и в низковольтной. Визуально осмотрите электролиты. Если есть вздувшиеся – меняйте. В идеале в проблемных блоках они меняются все, так как все равно имеют довольно ограниченный срок эксплуатации. Если поменять все нет возможности, помочь выявить дефектный конденсатор можно с помощью тестера, прочитать о котором можно здесь.

Магнитопроводы в импульсных источниках питания (ПАО “МСТАТОР”)

Тема: Источники питания для систем связи и радиотехники

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


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

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


 

Введение

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

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

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

 

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

 

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

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

 

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

 

 

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

 

Таблица 1 – Рекомендуемые серии магнитопроводов

Область применения

Материал

Обозначение серии

Синфазный дроссель

L1, L15

Нанокристаллический АМАГ 200С

MSFN

Дифференциальный дроссель

L2, L12, L13, L14

Аморфный АМАГ 202

MSC

Нанокристаллический АМАГ 178N

MSCN-TH

Аморфный прессованный

АРН

Нанокристаллический прессованный

АРМ

Дроссель коррекции коэффициента мощности

L3

Нанокристаллический АМАГ 200С

MSC-NGN

Нанокристаллический АМАГ 178N

MSCN-TH

Нанокристаллический прессованный

АРМ

Силовой трансформатор

Тр. с

Нанокристаллический АМАГ 200С

MSTH-TH

Аморфный АМАГ 186

MST

Нанокристаллический АМАГ 178N (обратноходовый тр-р)

MSCN-TH

Дроссель магнитного усилителя (магнитный ключ)

L4, L5

Аморфный АМАГ 172

MSSA

Нанокристаллический АМАГ 200

MSSN

Одновитковые помехоподавляющие

L6…L8

Аморфный АМАГ 172

MSB

Многовитковые помехоподавляющие

L6…L8

Аморфный АМАГ 172

MSK

Выходной дроссель (индуктор)

L9, L10, L11

 

Аморфный АМАГ 202

MSC-NGA

Нанокристаллический АМАГ 200C

MSC-NGN

Нанокристаллический АМАГ 178N

MSCN-TH

Аморфный прессованный

АРН

Нанокристаллический прессованный

АРМ

Трансформатор тока

Аморфный АМАГ 186

MST

Трансформатор управления силовыми п/п приборами

Нанокристаллический АМАГ 200С

Нанокристаллический АМАГ 201

MSTH-TH

 

 

1.

Синфазные дроссели / дроссели подавления ЭМП (L1, L15)

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

 


Рис.2 – Типовая петля гистерезиса для серии MSFN MSNF серия магнитопроводов
  • Аналог для спецтехники включен в перечень ЭКБ – серия КЛ из материала АМАГ 200С по КВШУ.684459.001ТУ
  • Широко применяется в синфазных дросселях серий ДС2 и ДС3

 

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

 

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

 

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

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

 


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

 

 

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

 


а)
б)

 

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

 

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

 

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

 

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

 


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

 

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

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

 

 

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

 

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

Рис. 11 – Влияние способа намотки

 

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

 

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

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

 

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

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

 

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

 


Рис.12 – Типовая петля гистерезиса для серии MSCN (АМАГ 178N)
Рис. 13 – Зависимость индуктивности от частоты для серии MSCN (АМАГ 178N)
Рис.14 – Зависимость индуктивности от температуры для серии MSCN (АМАГ 178N)

 

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

 

3. Дроссель корректора коэффициента мощности (L3)

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

 

4. Силовой трансформатор (Тр. с.)

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

 


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

 

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

 

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

 

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

 


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

 

5. Дроссель магнитного усилителя (L4, L5)

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

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

 

6. Помехоподавляющие магнитопроводы (L6, L7, L8)

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

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

 

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

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

 

Литература

 

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

 

Э.Фоченков, edf[email protected]yandex.ru.

 

​ Скачать презентацию к статье.pdf

​ Скачать статью.pdf

 

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

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

Этот блок питания предназначен для подачи энергии на нагрузку от источника с помощью коммутирующих устройств. Прежде чем подробнее остановиться на SMPS, давайте сначала разберемся, что это за –

.

Что такое блок питания?

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

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

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

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

  • Линейный источник питания
  • Импульсный источник питания

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

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

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

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

Введение в SMPS

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

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

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

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

Типы импульсных источников питания

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

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

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

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

Блок-схема и работа SMPS

Основными компонентами ИИП являются следующие :

  1. Входной выпрямитель и фильтр (диодный выпрямитель и конденсаторный фильтр)
  2. Высокочастотный переключатель (силовой транзистор или MOSFET)
  3. Силовой трансформатор
  4. Выходной выпрямитель и фильтр (диодный выпрямитель и конденсаторный фильтр)
  5. Цепь управления (компаратор и широтно-импульсный модулятор)

На приведенном ниже рисунке представлена ​​функциональная блок-схема SMPS :

.

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

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

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

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

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

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

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

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

Преимущества

  1. Он более эффективен, чем линейные источники питания. Обычно КПД ИИП составляет 60% – 95% .
  2. Из-за высокочастотной работы устройства габариты устройства меньше и меньше габаритов.Таким образом, компактно.
  3. Недорогое, потому что тепловыделение меньше.
  4. Полученное выходное напряжение может быть больше или меньше входного напряжения питания.

Недостатки

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

Применение ИИП

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

Импульсный источник питания

с общими топологиями

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

Блок-схема линейного источника питания постоянного тока

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

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

Линейный DCDC Блок-схема источника питания

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

Как работает импульсный источник питания?

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



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

Блок-схема импульсного источника питания переменного тока постоянного тока

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

Базовая топология импульсного преобразователя постоянного тока

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

1. Повышающий преобразователь

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

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

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

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

Повышающий преобразователь Работа при включенном переключателе

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

Работа повышающего преобразователя при выключенном выключателе

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

2. Понижающий преобразователь

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

Как и в случае повышающего преобразователя, входное и выходное напряжение понижающего преобразователя связаны коэффициентом заполнения. Идеальная продолжительность включения:

Рабочий цикл, buck = Vout / Vin

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

Понижающий преобразователь Работа при включенном переключателе

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

Понижающий преобразователь Работа при выключенном выключателе

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

3. Бак – буст

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

4. Обратный преобразователь

Обратный преобразователь

– это очень распространенное решение для использования в автономных импульсных источниках питания. Это очень распространено для адаптеров и зарядных устройств для ноутбуков. Это обычно используемая топология для зарядных устройств для телефонов и планшетов. Он может работать с высоким диапазоном входного напряжения, поскольку доступные контроллеры обратного хода рассчитаны на очень высокое напряжение.Обратный преобразователь эффективен в диапазоне мощностей менее 150-200 Вт. При более высоких значениях обратный ход может вообще не подходить. Топология обратного хода обеспечивает изоляцию между входом (сторона переменного тока) и выходом.

Обратный трансформатор

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

Переключатель

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

Выпрямитель и фильтр

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

Выпрямитель и фильтр приводят к тому, что выходной сигнал является чистым постоянным током.

Обратный преобразователь Основные операции

Переключатель включен

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

Выключатель выключен

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

5. Прямой преобразователь

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



Зажим УЗО

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

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

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

Трансформатор

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

Переключатель

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

Прямой диод

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

Диод свободного хода

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

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

Работа прямого преобразователя при включенном переключателе

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

Работа прямого преобразователя при выключенном переключателе

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

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

Связанные

Импульсные источники питания 10884 принципиальная схема.Блок-схема импульсных источников питания

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

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

Устройство в сборе

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



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


Кстати сетевой фильтр полностью удален из БП с проигрывателя дисков:





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


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

Производство трансформаторов

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


Кольцо с первичной обмоткой еще раз обматываем изолентой.


Потом сверху наматываем вторичную обмотку, правда здесь немного сложнее.


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


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

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



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

  1. Если мощность составляет всего около 200 Вт, то резистор, который устанавливает порог защиты R10, должен быть равен 0.33 Ом 5 ​​Вт. Если он сломан или сгорел, все транзисторы, а также микросхема сгорят.
  2. Сетевой конденсатор выбирается из расчета: 1-1,5 мкФ на 1 Вт мощности блока.
  3. В данной схеме частота преобразования около 63 кГц, а в процессе работы, наверное, лучше для кольца 2000НМ, частота снижена до 40-50 кГц, так как предельная частота, на которой кольцо работает без нагрева, составляет 70- 75 кГц. За высокой частотой гнаться не надо, для этой схемы кольцо марки 2000НМ будет оптимально 40-50 кГц.Слишком высокая частота приведет к коммутационным потерям на транзисторах и значительным потерям на трансформаторе, что вызовет его значительный нагрев.
  4. Если вы работаете на холостом ходу при правильной сборке, трансформатор и ключи нагреваются, попробуйте уменьшить емкость демпфера C10 с 1 нФ до 100-220 пФ. Ключи необходимо изолировать от радиатора. Вместо R1 можно использовать термистор с БП ATX.

Вот окончательные фото проекта блока питания:



Обсудить статью БИПОЛЯРНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ МОЩНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СЕТИ

ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

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

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

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

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

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

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

Фотография:

Эффективный импульсный стабилизатор низкого уровня

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

При первом включении, когда конденсатор С4 разряжен и достаточно подключен к выходу, мощный ток нагрузки протекает через ИС линейного стабилизатора DA1. Падение напряжения на R1, вызванное этим током, открывает ключевой транзистор VT1, который также входит в режим насыщения, поскольку индуктивное сопротивление L1 велико и через транзистор протекает достаточно большой ток.Падение напряжения на R5 открывает главный ключевой элемент – транзистор VT2. Текущий. увеличиваясь в L1, заряжает C4, а через обратную связь на R8 записывает



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

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

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

Фотография:

Устройство бесперебойного питания на базе импульсного стабилизатора

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

Стабилизатор имеет следующие параметры:

Входное напряжение, Uinx – 20-30 В:

Выходное стабилизированное напряжение, Uvyx-12B:

Номинальный ток нагрузки Iагр-число -5А;

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

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

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

Уровень пульсации Импульс – 100 мВ

Температура системы защиты от перегрева, Тзащ – 120 С;

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

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

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

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

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

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


Фотография:

Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя

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

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

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



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

При изготовлении таких ИП предъявляются серьезные требования к используемым комплектующим (что увеличивает их стоимость по сравнению с традиционными).Во-первых, это касается рабочего напряжения диодов выпрямителя, конденсаторов фильтра и ключевых транзисторов, которое во избежание пробоев должно быть не менее 350 В. Во-вторых, высокочастотные ключевые транзисторы (рабочая частота 20–100 кГц) и специальные керамические конденсаторы (обычные оксидные электролиты на высоких частотах будут перегреваться из-за их высокой индуктивности


). I. в-третьих, частота насыщения высокочастотного трансформатора, определяемая типом используемого магнитопровода (как правило, используются тороидальные сердечники), должна быть существенно выше рабочей частоты преобразователя.

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

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

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

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

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

Импульсный стабилизатор с ключевым МОП-транзистором со считыванием тока

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

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

Входное напряжение: -110 В 60 Гц:

Выходное напряжение: 48 В, постоянное:

Ток нагрузки: 4,8 A:

Частота переключения: 110 кГц:

Емкость при полной нагрузке : 78%;

КПД под нагрузкой 1/3: 83%.


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

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

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

МОДУЛЬ 3.

Глава 4.Функциональные узлы и схемотехника
импульсные преобразователи напряжения ИВЭП

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


Рис.74 b

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

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

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

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


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

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

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

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

ОСНОВНАЯ СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ
КОМПЬЮТЕРЫ

СТАТЬЯ ПОДГОТОВЛЕНА НА ОСНОВЕ А.КНИГА В. ГОЛОВКОВА, В. Б. ЛУБИЦКОГО “БЛОКИ ПИТАНИЯ СИСТЕМНЫХ МОДУЛЕЙ IBM PC-XT / AT” ИЗДАТЕЛЬСТВО

Обобщая все вышесказанное, для полноты картины приведем в качестве примера полное описание концепции одного из 200-ваттных импульсных блоков питания (Тайвань PS6220C) (рис. 56). Напряжение сети переменного тока
поступает через силовой выключатель PWR SW через сетевой предохранитель F101 4А, помехоподавляющие фильтры, образованные элементами С101, R101, L101, С104, С103, С102 и дросселями И02, L103 на: выход
трехконтактный. разъем, к которому можно состыковать кабель питания дисплея;
двухконтактный разъем JP1, ответная часть которого находится на плате.
От разъема JP1 напряжение переменного тока в сеть поступает на:
Схема выпрямительного моста BR1 через термистор THR1;
первичная обмотка пускового трансформатора Т1.

Рисунок 56. Принципиальная электрическая схема импульсного блока питания ИБП PS-6220C

.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ IBM Рассмотрены основные параметры импульсного блока питания, распиновка разъема, принцип работы от 110 и 220 вольт,
Микросхема TL494 подробно описана, схема переключения и варианты использования для управления переключателями питания импульсных источников питания.
УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ С TL494 Описывает основные способы управления базовыми цепями. силовые транзисторы импульсные блоки питания, варианты построения выпрямителей вторичной мощности.
СТАБИЛИЗАЦИЯ ВЫХОДНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОБЛОКОВ Описывает использование усилителей ошибок TL494 для стабилизации выходного напряжения, описывает принцип работы дроссельной группы стабилизации.
СХЕМЫ ЗАЩИТЫ Описано несколько вариантов построения систем защиты блока питания импульсными болтами
СХЕМА «МЕДЛЕННОГО СТАРТА» Описывает принципы формирования плавного пуска и выработки электроэнергии POWER GOOD
ПРИМЕР СОЗДАНИЯ ОДНОГО ИЗ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ Полное описание концепции и принципа работы импульсного источника питания.

Блок-схема источника питания (процесс преобразования переменного тока в постоянный)

Многие электронные схемы нуждаются в источнике напряжения постоянного тока (DC), но обычно мы находим источники напряжения переменного тока (AC). Чтобы получить источник напряжения постоянного тока, вход переменного тока должен следовать процессу преобразования, подобному показанному на блок-схеме источника питания ниже.

На изображении показаны основные компоненты базовой схемы электропитания и формы сигналов в начале (вход переменного тока), в конце (выход постоянного тока) и между блоками.

Входной сигнал, который поступает на первичную обмотку трансформатора, представляет собой синусоидальную волну, амплитуда которой зависит от системы распределения электроэнергии в стране (110/220 В переменного тока или другой). См. Основные единицы измерения в электронике.

Блок-схема блока питания, детали

Электрический трансформатор

Электрический трансформатор получает на первичную обмотку переменное напряжение и подает на вторичную обмотку другое переменное напряжение (более низкое).Это выходное напряжение переменного тока должно соответствовать напряжению постоянного тока, которое мы хотим получить в конце.

Например: если нам нужен выход 12 В постоянного тока, вторичная обмотка трансформатора должна иметь переменное напряжение не менее 9 вольт.

Электротрансформатор

Пиковое значение на вторичной обмотке трансформатора составляет Vp = 1,41 x 9 = 12,69 вольт. Несмотря на то, что это значение очень близко к тому, которое мы хотели получить, не рекомендуется, потому что нам нужно учитывать падения напряжения на разных этапах (блоках) источника питания.

В данном случае мы можем выбрать трансформатор с вторичной обмоткой 12 вольт переменного тока. С этим напряжением переменного тока мы можем получить пиковое напряжение: Vp = 12 x 1,41 = 16,92 вольт.

Примечание: Vpeak = Vrms x 1,41

Выпрямительный мост (выпрямительные диоды)

Выпрямительный мост преобразует переменное напряжение вторичной обмотки в пульсирующее постоянное напряжение. (смотрите схему). В нашем случае мы используем ½ волновой выпрямитель, затем мы устраняем отрицательную часть волны.

Выпрямительный диод

Фильтр (конденсаторы)

Фильтр – это один или несколько параллельно включенных электролитических конденсаторов, которые выравнивают или сглаживают предыдущую волну, устраняя составляющую переменного тока, подаваемую выпрямителем.

Эти конденсаторы заряжаются до максимального значения напряжения, которое может выдать выпрямитель, и разряжаются, когда пульсирующий сигнал исчезает. Посмотрите на картинку выше.

Электролитический конденсатор

Регулятор напряжения

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

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

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

LM7805 Регулятор напряжения

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

Захария Петерсон

| & nbsp Создано: 19 мая 2021 г.

Источники питания и регуляторы бывают любых форм и размеров.Хотя обычно они рассматриваются как разные продукты, они электрически эквивалентны, в частности, импульсные регуляторы. С точки зрения системы высокого уровня, секция импульсного регулятора в источнике питания и фактическая схема регулятора выполняют одни и те же функции в рамках одной и той же блок-схемы.

Для источника питания это просто вопрос масштаба и того, как регулятор интегрируется с другими блоками преобразования мощности в системе. Секция импульсного регулятора в источнике питания и схема импульсного регулятора на печатной плате должны быть расположены в соответствии с одними и теми же общими рекомендациями для обеспечения работы с низким уровнем шума.

В следующих разделах я хочу вкратце остановиться на различиях источников питания и регуляторов, хотя это уже должно быть ясно большинству разработчиков. Источник питания будет (или должен) включать в себя регулятор мощности, но регулятор может быть отдельной схемой, которая не является частью того, что мы могли бы назвать источником питания. Для источника питания и для печатной платы со встроенным регулятором компоновка импульсного регулятора будет основным фактором, определяющим общую производительность системы. Поэтому мы подробно рассмотрим некоторые рекомендации по компоновке импульсных источников питания с точки зрения компоновки регуляторов.

Рекомендации по компоновке системы для импульсных источников питания

Прежде чем рассматривать секцию регулятора импульсного источника питания, мы должны сначала взглянуть на блок-схему высокого уровня всей системы. Если вы разрабатываете блок питания, то весь блок будет иметь топологию, показанную ниже. Это особенно важно для блока питания, который потребляет переменный ток от сетевой розетки.

Блок-схема высокого уровня для импульсного источника питания.

Приведенная выше блок-схема может быть реализована на нескольких платах, хотя обычно все размещают на одной плате, чтобы оставить место для больших трансформаторов, радиаторов, вентиляторов и механических креплений, особенно для источников питания высокого напряжения / тока.Если вы разрабатываете небольшой регулятор для платы, которая будет подключаться к блоку питания, то вы в любом случае будете работать в указанной выше топологии, у вас просто будет заземление между выходным регулятором и вашим новым регулятором. Опять же, это обычное явление для сильноточных источников питания.

На диаграмме выше есть еще несколько моментов:

Гальваническая развязка

На приведенной выше блок-схеме у нас есть три отдельных области заземления, связанных вместе заглушками.Не слепо следуйте этому руководству с крышками: не существует единой техники заземления печатной платы, которая устраняла бы все источники шума, и вы должны быть осторожны с вышеуказанным использованием крышек. Это показано, чтобы проиллюстрировать один метод обеспечения постоянного потенциала земли во всех регионах земли; это один из рекомендуемых методов заземления в промышленных системах Ethernet. Идея здесь состоит в том, чтобы заблокировать любой потенциал постоянного тока, который может возникнуть между двумя заземляющими частями

Опасность здесь заключается в создании контуров заземления и синфазных помех, которые затем необходимо фильтровать.Связывание заземления таким образом – это в основном то, что делается, когда у вас есть металлическое шасси, в то время как пластиковые корпуса оставляют землю изолированной. Это становится непросто и требует тщательного проектирования схемы и компоновки печатной платы, чтобы пройти все тесты на ЭМС.

Выходной каскад

Гальваническая развязка на выходном каскаде не требуется; это зависит от топологии регулятора постоянного тока (см. наглядный пример обратноходового преобразователя). Также часто на выходе устанавливают цепь фильтра кондуктивных электромагнитных помех или дроссель синфазного сигнала для подавления синфазных токов, достигающих цепей нагрузки.Помимо этих пунктов, каскад регулятора выходной мощности будет построен с использованием лучших практик для конкретной топологии регулятора. Я расскажу об этих более широких идеях компоновки регулятора ниже.

Выходной каскад блока питания не может быть конечным регулятором в системе. Вместо этого можно было бы питать другой регулятор или серию регуляторов, каждый из которых будет обеспечивать заданное напряжение при некотором максимальном токе для группы компонентов. Опять же, это можно сделать на одной плате или на нескольких платах (одна для блока питания, другая для ступеней регулятора):

Схема распределения питания импульсного блока питания.

На приведенном выше дереве мощности показаны регуляторы, подключенные параллельно (в гирляндной цепи), но они также могут быть включены в каскадную топологию дерева. Такое отображение тока в вашей PDN весьма полезно, поскольку оно помогает вам быстро определить, сколько тока каждая последующая ступень регулятора будет вносить вклад в общий ток в PDN. Затем общий ток и отдельные токи будут определять размер шин питания или силовой панели, необходимых для передачи достаточного тока в каждую секцию системы.

Расположение каждого блока схемы

Теперь, когда мы видим общую архитектуру системы, мы можем понять, как расположить каждый схемный блок в импульсном источнике питания и в системе в целом, чтобы обеспечить низкий уровень электромагнитных помех и безопасность.При создании макета печатной платы подумайте о всей блок-схеме:

  • Разметка по секциям: Как и другие платы с несколькими функциональными блоками, попробуйте разложить плату источника питания по секциям. Это нормально делать это линейно, переходя от входа к выходу на блок-диаграмме.
  • План компоновки с обратной связью: Иногда, например, в прецизионных сильноточных регуляторах, у вас будет некоторая обратная связь между секциями. Используйте оптопары, чтобы перекрыть разрыв в земле между каждой секцией.
  • Следуйте обратным путям заземления: Если есть какие-либо рекомендации, которые являются универсальными в конструкции печатных плат, то, вероятно, это «следуйте обратному пути заземления». Для источников питания это очень важно для определения мест, где могут развиваться синфазные токи, и для обеспечения низких индуктивностей контура в каждой секции источника питания.
  • Обратите внимание на шины высокого и высокого напряжения: Конструкция для высокого напряжения и высокого тока иногда смешивают. Максимальная разность потенциалов между двумя проводниками будет определять их минимальное расстояние (см. IPC-2221), а ток, проводимый проводником, будет определять его ширину, необходимую для обеспечения низкой температуры (см. IPC-2152 для внутренних слоев или для внешних слоев).
Оптопары – это небольшие ИС, которые можно использовать для передачи данных или считывания сигналов через две гальванически изолированные области заземления. Эта оптопара (U4) используется в LLC-резонансном преобразователе как часть контура обратной связи с усилителем считывания тока для точной настройки частоты переключения преобразователя.

Работая над частью проектирования PDN, вы также должны подумать о том, как каждая секция будет заземлена и как заземления могут быть связаны вместе, чтобы обеспечить постоянный опорный потенциал.Как я уже упоминал выше, это очень важно для предотвращения электромагнитных помех. Это нужно сделать до того, как вы начнете работать над разводкой печатной платы.

Советы по компоновке импульсного регулятора источника питания

После того, как вы выбрали компоненты для регулятора, создали схемы и разработали стратегию заземления / распределения питания, вы можете начать продумывать компоновку печатной платы. Компоновка печатной платы для импульсного регулятора мощности – это все о компромиссах: вам нужно сбалансировать размер проводника и требования к зазору, но вам нужно, чтобы все было компактно.

Мы разместили в этом блоге несколько руководств по определению топологий конкретных регуляторов. Вместо того, чтобы перебирать все эти возможности, в приведенном ниже списке показаны некоторые общие рекомендации, которые будут применяться в вашей системе.

  1. Всегда соблюдайте правила минимального зазора и ширины дорожки для вашей системы.
  2. Делайте все линии обратной связи для измерения напряжения / тока короткими с максимально прямой разводкой.
  3. Вам, вероятно, придется сгруппировать некоторые управляющие и сенсорные компоненты вокруг ИС драйвера и контроллера, поэтому убедитесь, что между ними установлено короткое соединение; эти компоненты можно сгруппировать в ограниченном пространстве (см. ниже).
  4. Рассмотрите толстую медь или даже печатную плату с металлическим сердечником, если вы проектируете на большой ток.
  5. Не бойтесь использовать многоугольники в качестве монтажных площадок для компонентов или разъемов. Будьте осторожны с привязкой непосредственно к плоскости, так как вам могут понадобиться термостаты.
  6. Несмотря на то, что регуляторы могут иметь очень высокий КПД, они все равно могут нагреваться. Не забудьте освободить место на схеме для любых радиаторов (если они есть) на ИС. Другой вариант – использовать термоинтерфейсный материал.
Некоторые части схемы импульсного источника питания могут быть очень плотными и иметь более широкие направляющие / многоугольники.Не бойтесь использовать эти элементы, чтобы обеспечить работу при безопасной температуре и создать схему с низкой индуктивностью.

Конкретные рекомендации по компоновке вашего импульсного регулятора будут зависеть от топологии, количества компонентов, наличия обратной связи и стратегии заземления. Надеюсь, вы подумали о заземлении, чтобы предотвратить электромагнитные помехи и обеспечить необходимую изоляцию, прежде чем приступили к разводке печатной платы. Чтобы увидеть некоторые более конкретные рекомендации для вашего конкретного регулирующего органа, взгляните на некоторые из этих других ресурсов:

Что мы не освещали?

Очевидно, что в приведенном выше списке рекомендаций по компоновке импульсных источников питания и схем регуляторов есть что учесть.Так чего же не хватает? Есть несколько важных аспектов регулирования и доставки мощности, которые не представлены в приведенном выше обсуждении:

  • Импеданс PDN: Если вы проектируете не с использованием высокоскоростных / высокочастотных компонентов, вам, вероятно, не нужно беспокоиться об импедансе PDN. Просто убедитесь, что вы используете толстые рельсы питания и много засыпки земли. Если вы проектируете для высокой скорости / высокой частоты, то низкий импеданс PDN очень важен для подавления пульсаций, что обычно достигается за счет большого количества развязывающих конденсаторов и высокой межплоскостной емкости.
  • Источник питания EMI: Я уже упоминал об этом выше. Каждый раз, когда вы создаете разводку печатной платы, вы должны думать об обеспечении низкого уровня электромагнитных помех, но многое нужно сделать для подавления электромагнитных помех и прохождения тестов на электромагнитную совместимость, помимо маршрутизации с низкой индуктивностью контура. Я расскажу о некоторых из этих моментов в статье, посвященной электромагнитным помехам в источниках питания.
  • Аналоговая мощность: Здесь мы рассматриваем импульсные преобразователи, обычно обсуждаемые в контексте цифровых ИС. А как насчет аналоговых компонентов? Их энергетические потребности могут быть самыми разными.Цифровые ИС, которые являются источниками аналогового / радиосигнала, обычно делают это изнутри. Однако существуют специализированные LDO (например, NCP161BMX280TBG) или импульсные регуляторы (например, LTC3388IMSE-1).

Существует также вопрос выбора компонентов, таких как выбор катушки индуктивности для обеспечения низких электромагнитных помех и связи синфазного шума, а также для обеспечения низкого тока пульсаций. Последний пункт в приведенном выше списке также очень важен, потому что чисто аналоговые схемы не будут иметь такой же стиль компоновки, как регулятор мощности или встроенный источник питания для цифровых систем.Когда вы работаете на чрезвычайно высоких частотах, с проблемами источника питания RF справиться труднее из-за паразитной емкости, аналогичной той, что наблюдается в нестабильных схемах усилителя. Это еще одна тема, которая мне нравится, но я оставлю для другого поста в блоге.

Этот простой регулятор может работать с умеренной мощностью на двухслойной печатной плате. Прочтите статью Марка Харриса, чтобы продолжить работу над этим проектом.

Используя лучшие инструменты проектирования печатных плат в Altium Designer®, вы можете реализовать рекомендации по компоновке для импульсных источников питания, которые я обрисовал здесь.У вас также будут инструменты, необходимые для поиска микросхем регуляторов, компонентов для более крупных схем регуляторов и других компонентов для вашей системы. Для более сложных расчетов, связанных с кондуктивными или излучаемыми электромагнитными помехами, пользователи Altium Designer могут использовать расширение EDB Exporter для импорта своего проекта в решатели поля ANSYS. Эта пара решателей полей и приложений для проектирования поможет вам проверить макет перед тем, как начать создание прототипа.

Когда вы закончите проектирование и захотите передать файлы производителю, платформа Altium 365 ™ облегчит совместную работу и обмен вашими проектами.Мы лишь коснулись поверхности того, что можно делать с Altium Designer на Altium 365. Вы можете проверить страницу продукта, чтобы получить более подробное описание функций или один из вебинаров по запросу.

% PDF-1.7 % 962 0 объект > эндобдж xref 962 74 0000000016 00000 н. 0000002466 00000 н. 0000002625 00000 н. 0000003940 00000 н. 0000004560 00000 н. 0000004994 00000 н. 0000005746 00000 н. 0000006310 00000 н. 0000006836 00000 н. 0000006928 00000 н. 0000007559 00000 н. 0000007624 00000 н. 0000007788 00000 н. 0000008325 00000 н. 0000008750 00000 н. 0000008834 00000 н. 0000008946 00000 н. 0000009060 00000 н. 0000009511 00000 н. 0000009901 00000 н. 0000010182 00000 п. 0000010797 00000 п. 0000012405 00000 п. 0000013626 00000 п. 0000014258 00000 п. 0000014286 00000 п. 0000014792 00000 п. 0000014941 00000 п. 0000015310 00000 п. 0000016758 00000 п. 0000018987 00000 п. 0000019100 00000 п. 0000021287 00000 п. 0000022322 00000 п. 0000023321 00000 п. 0000036034 00000 п. 0000038054 00000 п. 0000038349 00000 п. 0000052473 00000 п. 0000054900 00000 п. 0000055000 00000 н. 0000055071 00000 п. 0000055128 00000 п. 0000058529 00000 п. 0000058613 00000 п. 0000058845 00000 п. 0000081552 00000 п. 0000081953 00000 п. 0000086378 00000 п. 0000088578 00000 п. 00000
00000 п. 0000094365 00000 п. 0000096287 00000 п. 0000096589 00000 п. 0000098309 00000 п. 0000098620 00000 п. 0000099705 00000 п. 0000099746 00000 н. 0000101162 00000 н. 0000101203 00000 н. 0000102619 00000 п. 0000102660 00000 н. 0000104076 00000 н. 0000104117 00000 н. 0000105533 00000 п. 0000105574 00000 н. 0000106848 00000 н. 0000114697 00000 н. 0000115462 00000 н. 0000116623 00000 н. 0000118667 00000 н. 0000161715 00000 н. 0000002265 00000 н. 0000001812 00000 н. трейлер ] / Назад 412656 / XRefStm 2265 >> startxref 0 %% EOF 1035 0 объект > поток hb“c`a`g`Pwab @

Учебное пособие по источникам питания – Блок-схемы – Электронная схема и учебные пособия

Большинство электронных схем нужен источник постоянного тока, такой как аккумулятор для их питания.

С питанием от сети AC это должно быть преобразован в постоянный ток, чтобы быть пригодится в электронике.

Вот что такое сила поставка.

Первая сеть переменного тока поставка проходит через разъединитель и предохранитель перед ним входит в блок питания Ед. изм.

В большинстве случаев высокий напряжение питания от сети слишком высоко для электронная схема.

Поэтому ступенчатый вниз до более низкого значения на средствами Трансформатора.

Напряжение сети может быть активизировался там, где высокий постоянный ток напряжения обязательны.

От трансформатора Напряжение переменного тока подается на выпрямительная схема состоящий из одного или больше диодов.

Выпрямитель преобразует Напряжение переменного тока в постоянный Напряжение.

Этот постоянный ток неустойчив, поскольку от батареи. это пульсирующий.

Пульсации сглаживается проходом их через сглаживание Схема называется фильтром.

В простейшем виде фильтр – конденсатор и резистор.

Любые оставшиеся мелкие вариации могут, если необходимо, быть удаленным схема регулятора что дает очень постоянное напряжение.

Этот регулятор также удаляет любые вариации на выходе постоянного напряжения вызвано сетью переменного тока изменение напряжения в ценить.

Регуляторы в наличии в виде Интегральные схемы с всего три подключения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *