Η συσκευή των τροφοδοτικών υπολογιστών και μέθοδοι δοκιμής τους. Κατηγορία - Τροφοδοτικά μεταγωγής

Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά γραμμικά τροφοδοτικά, τα οποία περιλαμβάνουν την κατάσβεση της υπερβολικής μη σταθεροποιημένης τάσης σε ένα γραμμικό στοιχείο διέλευσης, τα παλμικά τροφοδοτικά χρησιμοποιούν άλλες μεθόδους και φυσικά φαινόμενα για να δημιουργήσουν μια σταθεροποιημένη τάση, συγκεκριμένα: την επίδραση της συσσώρευσης ενέργειας στους επαγωγείς, καθώς και τη δυνατότητα μετατροπής υψηλής συχνότητας και μετατροπής της συσσωρευμένης ενέργειας σε σταθερή πίεση. Υπάρχουν τρία τυπικά κυκλώματα για την κατασκευή παλμικών τροφοδοτικών (βλ. Εικ. 3.4-1): step up (η τάση εξόδου είναι υψηλότερη από την τάση εισόδου), βήμα προς τα κάτω (η τάση εξόδου είναι χαμηλότερη από την τάση εισόδου) και αναστροφή (η τάση εξόδου έχει την αντίθετη πολικότητα ως προς την είσοδο). Όπως φαίνεται από το σχήμα, διαφέρουν μόνο στον τρόπο σύνδεσης της αυτεπαγωγής· διαφορετικά, η αρχή λειτουργίας παραμένει αμετάβλητη, δηλαδή.

Το βασικό στοιχείο (συνήθως χρησιμοποιούνται διπολικά τρανζίστορ ή MOS), που λειτουργεί με συχνότητα της τάξης των 20-100 kHz, εφαρμόζεται περιοδικά για μικρό χρονικό διάστημα (όχι περισσότερο από το 50% του χρόνου)

δίνει την πλήρη μη σταθεροποιημένη τάση εισόδου στον επαγωγέα. Ρεύμα παλμού. ρέοντας μέσα από το πηνίο εξασφαλίζει τη συσσώρευση αποθεμάτων ενέργειας στο μαγνητικό του πεδίο 1/2LI^2 σε κάθε παλμό. Η ενέργεια που αποθηκεύεται με αυτόν τον τρόπο από το πηνίο μεταφέρεται στο φορτίο (είτε απευθείας, με χρήση διόδου ανόρθωσης είτε μέσω της δευτερεύουσας περιέλιξης με επακόλουθη ανόρθωση), ο πυκνωτής φίλτρου εξομάλυνσης εξόδου εξασφαλίζει σταθερή τάση και ρεύμα εξόδου. Η σταθεροποίηση της τάσης εξόδου εξασφαλίζεται με αυτόματη ρύθμιση του πλάτους ή της συχνότητας παλμού στο βασικό στοιχείο (ένα κύκλωμα ανάδρασης έχει σχεδιαστεί για την παρακολούθηση της τάσης εξόδου).

Αυτό το σχέδιο, αν και αρκετά περίπλοκο, μπορεί να αυξήσει σημαντικά την απόδοση ολόκληρης της συσκευής. Το γεγονός είναι ότι, σε αυτή την περίπτωση, εκτός από το ίδιο το φορτίο, δεν υπάρχουν στοιχεία ισχύος στο κύκλωμα που διαχέουν σημαντική ισχύ. Τα βασικά τρανζίστορ λειτουργούν σε λειτουργία κορεσμένου διακόπτη (δηλαδή, η πτώση τάσης μεταξύ τους είναι μικρή) και διαχέουν την ισχύ μόνο σε αρκετά μικρά χρονικά διαστήματα (χρόνος παλμού). Επιπλέον, αυξάνοντας τη συχνότητα μετατροπής, είναι δυνατό να αυξηθεί σημαντικά η ισχύς και να βελτιωθούν τα χαρακτηριστικά βάρους και μεγέθους.

Ένα σημαντικό τεχνολογικό πλεονέκτημα των παλμικών τροφοδοτικών είναι η δυνατότητα κατασκευής στη βάση τους τροφοδοτικών δικτύου μικρού μεγέθους με γαλβανική απομόνωση από το δίκτυο για την τροφοδοσία μεγάλης ποικιλίας εξοπλισμού. Τέτοια τροφοδοτικά κατασκευάζονται χωρίς τη χρήση ογκώδους μετασχηματιστή ισχύος χαμηλής συχνότητας που χρησιμοποιεί κύκλωμα μετατροπέα υψηλής συχνότητας. Αυτό είναι, στην πραγματικότητα, ένα τυπικό κύκλωμα τροφοδοσίας μεταγωγής με μείωση τάσης, όπου η ανορθωμένη τάση δικτύου χρησιμοποιείται ως τάση εισόδου και ένας μετασχηματιστής υψηλής συχνότητας (μικρού μεγέθους και υψηλής απόδοσης) χρησιμοποιείται ως στοιχείο αποθήκευσης, από το δευτερεύον τύλιγμα του οποίου αφαιρείται η σταθεροποιημένη τάση εξόδου (αυτός ο μετασχηματιστής παρέχει επίσης γαλβανική απομόνωση από το δίκτυο).

Τα μειονεκτήματα των παλμικών τροφοδοτικών περιλαμβάνουν: την παρουσία υψηλού επιπέδου παλμικού θορύβου στην έξοδο, υψηλή πολυπλοκότητα και χαμηλή αξιοπιστία (ειδικά στη βιοτεχνία), την ανάγκη χρήσης ακριβών εξαρτημάτων υψηλής συχνότητας υψηλής τάσης, τα οποία στην περίπτωση της παραμικρής δυσλειτουργίας αποτυγχάνει εύκολα «μαζικά» (με αυτό, κατά κανόνα, μπορεί κανείς να παρατηρήσει εντυπωσιακά πυροτεχνικά αποτελέσματα). Όσοι επιθυμούν να εμβαθύνουν στο εσωτερικό των συσκευών με ένα κατσαβίδι και ένα συγκολλητικό σίδερο θα πρέπει να είναι εξαιρετικά προσεκτικοί όταν σχεδιάζουν τροφοδοτικά μεταγωγής δικτύου, καθώς πολλά στοιχεία τέτοιων κυκλωμάτων βρίσκονται υπό υψηλή τάση.

3.4.1 Αποτελεσματικός ρυθμιστής μεταγωγής χαμηλής πολυπλοκότητας

Σε μια βάση στοιχείου παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιείται στον γραμμικό σταθεροποιητή που περιγράφεται παραπάνω (Εικ. 3.3-3), είναι δυνατό να κατασκευαστεί ένας σταθεροποιητής παλμικής τάσης. Με τα ίδια χαρακτηριστικά θα έχει σημαντικά μικρότερες διαστάσεις και καλύτερες θερμικές συνθήκες. Ένα σχηματικό διάγραμμα ενός τέτοιου σταθεροποιητή φαίνεται στο σχ. 3,4-2. Ο σταθεροποιητής συναρμολογείται σύμφωνα με ένα τυπικό σχήμα με πτώση τάσης (Εικ. 3.4-1a).

Όταν ενεργοποιηθεί για πρώτη φορά, όταν ο πυκνωτής C4 αποφορτιστεί και συνδεθεί ένα αρκετά ισχυρό φορτίο στην έξοδο, το ρεύμα ρέει μέσω του γραμμικού ρυθμιστή IC DA1. Η πτώση τάσης στο R1 που προκαλείται από αυτό το ρεύμα ξεκλειδώνει το τρανζίστορ κλειδιού VT1, το οποίο εισέρχεται αμέσως σε λειτουργία κορεσμού, καθώς η επαγωγική αντίδραση του L1 είναι μεγάλη και ένα αρκετά μεγάλο ρεύμα ρέει μέσω του τρανζίστορ. Η πτώση τάσης στο R5 ανοίγει το κύριο στοιχείο κλειδί - το τρανζίστορ VT2. Ρεύμα. μεγαλώνοντας στο L1, χρεώνει το C4, ενώ γράφει μέσω της ανατροφοδότησης στο R8

Ζημιά στον σταθεροποιητή και στο τρανζίστορ του κλειδιού. Η ενέργεια που αποθηκεύεται στο πηνίο τροφοδοτεί το φορτίο. Όταν η τάση στο C4 πέσει κάτω από την τάση σταθεροποίησης, το DA1 και το τρανζίστορ κλειδιού ανοίγουν. Ο κύκλος επαναλαμβάνεται με συχνότητα 20-30 kHz.

Κύκλωμα R3. Το R4, C2 θα ρυθμίσει το επίπεδο τάσης εξόδου. Μπορεί να ρυθμιστεί ομαλά εντός μικρών ορίων, από Uct DA1 έως Uin. Ωστόσο, εάν το Vout ανυψωθεί κοντά στο Vin, υπάρχει κάποια αστάθεια στο μέγιστο φορτίο και αυξημένο επίπεδο κυματισμού. Για την καταστολή των κυματισμών υψηλής συχνότητας, περιλαμβάνεται ένα φίλτρο L2, C5 στην έξοδο του σταθεροποιητή.

Το σχήμα είναι αρκετά απλό και πιο αποτελεσματικό για αυτό το επίπεδο πολυπλοκότητας. Όλα τα στοιχεία ισχύος VT1, VT2, VD1, DA1 είναι εξοπλισμένα με μικρά καλοριφέρ. Η τάση εισόδου δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 30 V, που είναι η μέγιστη για τους σταθεροποιητές KR142EN8. Χρησιμοποιήστε διόδους ανόρθωσης για ρεύμα τουλάχιστον 3 Α.

3.4.2 Συσκευή αδιάλειπτης τροφοδοσίας βασισμένη σε σταθεροποιητή μεταγωγής

Στο Σχ. 3.4-3 προτείνεται μια συσκευή για εξέταση αδιάκοπη παροχή ενέργειαςσυστήματα ασφαλείας και βιντεοεπιτήρησης που βασίζονται σε σταθεροποιητή παλμών σε συνδυασμό με φορτιστή. Ο σταθεροποιητής περιλαμβάνει συστήματα προστασίας από υπερφόρτωση, υπερθέρμανση, υπερτάσεις εξόδου, βραχυκυκλώματα.

Ο σταθεροποιητής έχει τις ακόλουθες παραμέτρους:

Τάση εισόδου, Uvx - 20-30 V:

Σταθεροποιημένη τάση εξόδου, Uvyx-12V:

Ονομαστικό ρεύμα φορτίου, Iload nom -5A;

Ρεύμα διακοπής του συστήματος προστασίας από υπερφόρτωση, Iprotect - 7A;.

Τάση λειτουργίας του συστήματος προστασίας από υπέρταση, προστασία Uout - 13 V;

Μέγιστο ρεύμα φόρτισης μπαταρίας, Μέγιστη φόρτιση μπαταρίας - 0,7 A;

Επίπεδο κυματισμού. Uppulse - 100 mV,

Θερμοκρασία λειτουργίας του συστήματος προστασίας από υπερθέρμανση, Tzasch - 120 C;

Ταχύτητα εναλλαγής σε ισχύ μπαταρίας, μεταγωγή - 10ms (ρελέ RES-b RFO.452.112).

Η αρχή λειτουργίας του σταθεροποιητή μεταγωγής στην περιγραφόμενη συσκευή είναι η ίδια με αυτή του σταθεροποιητή που παρουσιάζεται παραπάνω.

Η συσκευή συμπληρώνεται Φορτιστής, κατασκευασμένο σε στοιχεία DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Σταθεροποιητής τάσης IC DA2 με διαιρέτη ρεύματος στο R7. Το R8 περιορίζει το μέγιστο ρεύμα αρχικής φόρτισης, ο διαχωριστής R9, R10 ρυθμίζει την τάση εξόδου φόρτισης, η δίοδος VD2 ​​προστατεύει την μπαταρία από την αυτοεκφόρτιση απουσία τάσης τροφοδοσίας.

Η προστασία υπερθέρμανσης χρησιμοποιεί θερμίστορ R16 ως αισθητήρα θερμοκρασίας. Όταν ενεργοποιείται η προστασία, ο ηχητικός συναγερμός, που είναι συναρμολογημένος στο IC DD 1, ενεργοποιείται και, ταυτόχρονα, το φορτίο αποσυνδέεται από τον σταθεροποιητή, μεταβαίνοντας στην τροφοδοσία από την μπαταρία. Το θερμίστορ είναι τοποθετημένο στο ψυγείο του τρανζίστορ VT1. Η λεπτή ρύθμιση του επιπέδου απόκρισης προστασίας θερμοκρασίας πραγματοποιείται με την αντίσταση R18.

Ο αισθητήρας τάσης είναι συναρμολογημένος στο διαχωριστικό R13, R15. Η αντίσταση R15 ορίζει το ακριβές επίπεδο προστασίας από υπέρταση (13 V). Εάν η τάση στην έξοδο του σταθεροποιητή υπερβεί (εάν ο τελευταίος αποτύχει), το ρελέ S1 αποσυνδέει το φορτίο από τον σταθεροποιητή και το συνδέει με την μπαταρία. Εάν η τάση τροφοδοσίας είναι απενεργοποιημένη, το ρελέ S1 μεταβαίνει στην "προεπιλεγμένη" κατάσταση - δηλ. συνδέει το φορτίο με την μπαταρία.

Το κύκλωμα που φαίνεται εδώ δεν διαθέτει ηλεκτρονική προστασία βραχυκυκλώματος για την μπαταρία. Αυτός ο ρόλος εκτελείται από μια ασφάλεια στο κύκλωμα τροφοδοσίας φορτίου, σχεδιασμένη για τη μέγιστη κατανάλωση ρεύματος.

3.4.3 Τροφοδοτικά που βασίζονται σε μετατροπέα παλμών υψηλής συχνότητας

Πολύ συχνά, κατά το σχεδιασμό συσκευών, υπάρχουν αυστηρές απαιτήσεις για το μέγεθος της πηγής ενέργειας. Σε αυτήν την περίπτωση, η μόνη λύση είναι η χρήση τροφοδοτικού που βασίζεται σε μετατροπείς παλμών υψηλής τάσης και υψηλής συχνότητας. τα οποία συνδέονται σε δίκτυο ~220 V χωρίς τη χρήση μεγάλου μετασχηματιστή βαθμίδας χαμηλής συχνότητας και μπορούν να παρέχουν υψηλή ισχύ με μικρό μέγεθος και απαγωγή θερμότητας.

Μπλοκ διάγραμμα ενός τυπικού μετατροπέα παλμών που τροφοδοτείται από βιομηχανικό δίκτυοπαρουσιάζεται στο Σχήμα 34-4.

Το φίλτρο εισόδου έχει σχεδιαστεί για να αποτρέπει την είσοδο παλμικού θορύβου στο δίκτυο. Οι διακόπτες ισχύος παρέχουν παλμούς υψηλής τάσης στην κύρια περιέλιξη ενός μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας (μονό και

κυκλώματα push-pull). Η συχνότητα και η διάρκεια των παλμών ρυθμίζονται από μια ελεγχόμενη γεννήτρια (χρησιμοποιείται συνήθως έλεγχος του πλάτους παλμού, λιγότερο συχνά - συχνότητα). Σε αντίθεση με τους μετασχηματιστές ημιτονοειδούς σήματος χαμηλής συχνότητας, τα παλμικά τροφοδοτικά χρησιμοποιούν ευρυζωνικές συσκευές που παρέχουν αποτελεσματική μεταφορά ισχύος σε σήματα με γρήγορες ακμές. Αυτό επιβάλλει σημαντικές απαιτήσεις σχετικά με τον τύπο του μαγνητικού κυκλώματος που χρησιμοποιείται και τον σχεδιασμό του μετασχηματιστή. Από την άλλη πλευρά, με την αύξηση της συχνότητας, οι απαιτούμενες διαστάσεις του μετασχηματιστή (διατηρώντας τη μεταδιδόμενη ισχύ) μειώνονται (τα σύγχρονα υλικά καθιστούν δυνατή την κατασκευή ισχυρών μετασχηματιστών με αποδεκτή απόδοση σε συχνότητες έως 100-400 kHz). Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του ανορθωτή εξόδου είναι η χρήση διόδων Schottky υψηλής ταχύτητας αντί για συμβατικές διόδους ισχύος, γεγονός που οφείλεται στην υψηλή συχνότητα της ανορθωμένης τάσης. Το φίλτρο εξόδου εξομαλύνει τον κυματισμό της τάσης εξόδου. Η τάση ανάδρασης συγκρίνεται με μια τάση αναφοράς και στη συνέχεια ελέγχει τον ταλαντωτή. Σημειώστε την παρουσία γαλβανικής απομόνωσης στο κύκλωμα ανάδρασης, η οποία είναι απαραίτητη εάν θέλουμε να διασφαλίσουμε την απομόνωση της τάσης εξόδου από το δίκτυο.

Κατά την κατασκευή τέτοιων IP, προκύπτουν σοβαρές απαιτήσεις για τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται (πράγμα που αυξάνει το κόστος τους σε σύγκριση με τα παραδοσιακά). Πρώτον, αυτό αφορά την τάση λειτουργίας των διόδων ανορθωτή, των πυκνωτών φίλτρου και των τρανζίστορ κλειδιών, η οποία δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 350 V για αποφυγή βλαβών. Δεύτερον, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται βασικά τρανζίστορ υψηλής συχνότητας (συχνότητα λειτουργίας 20-100 kHz) και ειδικοί κεραμικοί πυκνωτές (οι συμβατικοί ηλεκτρολύτες οξειδίου θα υπερθερμανθούν σε υψηλές συχνότητες λόγω της υψηλής επαγωγής τους

δραστηριότητα). Και τρίτον, η συχνότητα κορεσμού του μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας, που καθορίζεται από τον τύπο του χρησιμοποιούμενου μαγνητικού πυρήνα (κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται σπειροειδείς πυρήνες) πρέπει να είναι σημαντικά υψηλότερη από τη συχνότητα λειτουργίας του μετατροπέα.

Στο Σχ. Το σχήμα 3.4-5 δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα ενός κλασικού τροφοδοτικού που βασίζεται σε μετατροπέα υψηλής συχνότητας. Το φίλτρο, που αποτελείται από πυκνωτές C1, C2, SZ και τσοκ L1, L2, χρησιμεύει για την προστασία του δικτύου τροφοδοσίας από παρεμβολές υψηλής συχνότητας από τον μετατροπέα. Η γεννήτρια είναι κατασκευασμένη σύμφωνα με ένα αυτοταλαντούμενο κύκλωμα και συνδυάζεται με ένα βασικό στάδιο. Τα βασικά τρανζίστορ VT1 και VT2 λειτουργούν σε αντιφάση, ανοίγοντας και κλείνοντας με τη σειρά τους. Η εκκίνηση της γεννήτριας και η αξιόπιστη λειτουργία διασφαλίζονται από το τρανζίστορ VT3, που λειτουργεί σε λειτουργία κατάρρευσης χιονοστιβάδας. Όταν η τάση στο C6 αυξάνεται μέσω του R3, το τρανζίστορ ανοίγει και ο πυκνωτής αποφορτίζεται στη βάση του VT2, ξεκινώντας τη γεννήτρια. Η τάση ανάδρασης αφαιρείται από την πρόσθετη (III) περιέλιξη του μετασχηματιστή ισχύος Tpl.

Τρανζίστορ VT1. Το VT2 τοποθετείται σε καλοριφέρ πλάκας τουλάχιστον 100 cm^2. Οι δίοδοι VD2-VD5 με φράγμα Schottky τοποθετούνται σε ένα μικρό ψυγείο 5 cm^2. Στοιχεία τσοκ και μετασχηματιστών: L1-1. Το L2 τυλίγεται σε δακτυλίους φερρίτη 2000NM K12x8x3 σε δύο σύρματα χρησιμοποιώντας σύρμα PELSHO 0,25: 20 στροφές. TP1 - σε δύο δακτυλίους μαζί, φερρίτης 2000NN KZ 1x18,5x7.

περιέλιξη 1 - 82 στροφές με καλώδιο PEV-2 0,5 στροφές: περιέλιξη II - 25+25 στροφές με PEV-2 σύρμα 1,0: περιέλιξη III - 2 στροφές με καλώδιο PEV-2 0,3. Το TP2 τυλίγεται σε δακτύλιο φερρίτη 2000NN K10x6x5. όλες οι περιελίξεις γίνονται με καλώδιο PEV-2 0,3: περιέλιξη 1 - 10 στροφές:

περιελίξεις II και III - 6 στροφές η καθεμία, και οι δύο περιελίξεις (II και III) τυλίγονται έτσι ώστε να καταλαμβάνουν το 50% της επιφάνειας του δακτυλίου χωρίς να ακουμπούν ή να επικαλύπτονται μεταξύ τους, η περιέλιξη Ι τυλίγεται ομοιόμορφα σε όλο το δακτύλιο και μονώνεται με ένα στρώμα από βερνικωμένο ύφασμα. Τα πηνία φίλτρου ανορθωτή L3, L4 τυλίγονται σε φερρίτη 2000NM K 12x8x3 με καλώδιο PEV-2 1.0, αριθμός στροφών - 30. Το KT809A μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βασικά τρανζίστορ VT1, VT2. KT812, KT841.

Οι ονομασίες στοιχείων και τα δεδομένα περιέλιξης των μετασχηματιστών δίνονται για τάση εξόδου 35 V. Στην περίπτωση που απαιτούνται άλλες τιμές παραμέτρων λειτουργίας, ο αριθμός στροφών στην περιέλιξη 2 Tr1 θα πρέπει να αλλάξει ανάλογα.

Το περιγραφόμενο κύκλωμα έχει σημαντικά μειονεκτήματα λόγω της επιθυμίας να μειωθεί εξαιρετικά ο αριθμός των χρησιμοποιούμενων εξαρτημάτων. Αυτά περιλαμβάνουν χαμηλό επίπεδο σταθεροποίησης τάσης εξόδου, ασταθή αναξιόπιστη λειτουργία και χαμηλό ρεύμα εξόδου. Ωστόσο, είναι αρκετά κατάλληλο για την τροφοδοσία των απλούστερων σχεδίων διαφορετική ισχύ (εάν χρησιμοποιούνται κατάλληλα εξαρτήματα), όπως: αριθμομηχανές, καλούντες, φωτιστικά κ.λπ.

Ένα άλλο κύκλωμα IP που βασίζεται σε μετατροπέα παλμών υψηλής συχνότητας φαίνεται στο Σχ. 3,4-6. Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτού του κυκλώματος και της τυπικής δομής που φαίνεται στο Σχ. 3.4-4 είναι η έλλειψη βρόχου ανάδρασης. Από αυτή την άποψη, η σταθερότητα τάσης στις περιελίξεις εξόδου του μετασχηματιστή RF Tr2 είναι αρκετά χαμηλή και απαιτείται η χρήση δευτερευόντων σταθεροποιητών (το κύκλωμα χρησιμοποιεί ενσωματωμένους σταθεροποιητές γενικής χρήσης στα IC της σειράς KR142).

3.4.4 Ρυθμιστής μεταγωγής με τρανζίστορ κλειδιού MIS με ανίχνευση ρεύματος.

Η σμίκρυνση και η αύξηση της απόδοσης στην ανάπτυξη και το σχεδιασμό τροφοδοτικών μεταγωγής διευκολύνεται από τη χρήση μιας νέας κατηγορίας μετατροπέων ημιαγωγών - τρανζίστορ MOS, καθώς και: διόδους υψηλής ισχύος με γρήγορη ανάστροφη ανάκτηση, διόδους Schottky, εξαιρετικά γρήγορες διόδους , τρανζίστορ πεδίου με μονωμένη πύλη, ολοκληρωμένα κυκλώματα για τον έλεγχο βασικών στοιχείων. Όλα αυτά τα στοιχεία είναι διαθέσιμα στην εγχώρια αγορά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο σχεδιασμό τροφοδοτικών υψηλής απόδοσης, μετατροπέων, συστημάτων ανάφλεξης για κινητήρες εσωτερικής καύσης (ICE), συστημάτων εκκίνησης λαμπτήρων φως ημέρας(LDS). Μεγάλο ενδιαφέρον για τους προγραμματιστές μπορεί επίσης να είναι μια κατηγορία συσκευών ισχύος που ονομάζονται HEXSense - τρανζίστορ MIS με ανίχνευση ρεύματος. Είναι ιδανικά στοιχεία μεταγωγής για έτοιμα προς λειτουργία τροφοδοτικά μεταγωγής. Η δυνατότητα ανάγνωσης του ρεύματος του τρανζίστορ μεταγωγής μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε παλμικά τροφοδοτικά για την ανάδραση ρεύματος που απαιτείται από τον ελεγκτή PWM. Αυτό επιτυγχάνει μια απλοποίηση του σχεδιασμού του τροφοδοτικού - τον αποκλεισμό των αντιστάσεων ρεύματος και των μετασχηματιστών από αυτό.

Στο Σχ. Το σχήμα 3.4-7 δείχνει ένα διάγραμμα μιας τροφοδοσίας μεταγωγής 230 W. Τα κύρια χαρακτηριστικά απόδοσης του είναι τα εξής:

Τάση εισόδου: -110V 60Hz:

Τάση εξόδου: 48 V DC:

Ρεύμα φορτίου: 4,8 A:

Συχνότητα μεταγωγής: 110 kHz:

Αποδοτικότητα σε πλήρες φορτίο : 78%;

Απόδοση στο 1/3 φορτίο: 83%.

Το κύκλωμα βασίζεται σε διαμορφωτή πλάτους παλμού (PWM) με μετατροπέα υψηλής συχνότητας στην έξοδο. Η αρχή λειτουργίας είναι η εξής.

Το σήμα ελέγχου για το τρανζίστορ κλειδιού προέρχεται από την έξοδο 6 του ελεγκτή PWM DA1, ο κύκλος λειτουργίας περιορίζεται στο 50% από την αντίσταση R4, R4 και SZ είναι τα στοιχεία χρονισμού της γεννήτριας. Η τροφοδοσία DA1 παρέχεται από την αλυσίδα VD5, C5, C6, R6. Η αντίσταση R6 έχει σχεδιαστεί για να παρέχει τάση τροφοδοσίας κατά την εκκίνηση της γεννήτριας· στη συνέχεια, ενεργοποιείται η ανάδραση τάσης μέσω LI, VD5. Αυτή η ανάδραση λαμβάνεται από την πρόσθετη περιέλιξη του τσοκ εξόδου, το οποίο λειτουργεί σε αντίστροφη λειτουργία. Εκτός από την τροφοδοσία της γεννήτριας, η τάση ανάδρασης μέσω της αλυσίδας VD4, Cl, Rl, R2 παρέχεται στην είσοδο ανάδρασης τάσης DA1 (ακίδα 2). Μέσω των R3 και C2 παρέχεται αντιστάθμιση, η οποία εγγυάται τη σταθερότητα του βρόχου ανάδρασης.

Με βάση αυτό το κύκλωμα, είναι δυνατή η κατασκευή σταθεροποιητών παλμών με άλλες παραμέτρους εξόδου.

Γραμμικά και μεταγωγικά τροφοδοτικά

Ας ξεκινήσουμε με τα βασικά. Το τροφοδοτικό στον υπολογιστή εκτελεί τρεις λειτουργίες. Πρώτα, εναλλασσόμενο ρεύμααπό την οικιακή παροχή ρεύματος πρέπει να μετατραπεί σε άμεση. Το δεύτερο καθήκον του τροφοδοτικού είναι να μειώσει την τάση των 110-230 V, η οποία είναι υπερβολική για τα ηλεκτρονικά υπολογιστών, στις τυπικές τιμές που απαιτούνται από τους μετατροπείς ισχύος μεμονωμένων εξαρτημάτων υπολογιστή - 12 V, 5 V και 3,3 V (καθώς και αρνητικές τάσεις, για τις οποίες θα μιλήσουμε λίγο αργότερα) . Τέλος, το PSU παίζει το ρόλο του σταθεροποιητή τάσης.

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι τροφοδοτικών που εκτελούν τις παραπάνω λειτουργίες - γραμμική και μεταγωγή. Η απλούστερη γραμμική παροχή ρεύματος βασίζεται σε έναν μετασχηματιστή, στον οποίο η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος μειώνεται στην απαιτούμενη τιμή και στη συνέχεια το ρεύμα διορθώνεται από μια γέφυρα διόδου.

Ωστόσο, το PSU απαιτείται επίσης να σταθεροποιεί την τάση εξόδου, η οποία οφείλεται τόσο στην αστάθεια της τάσης στο οικιακό δίκτυο όσο και στην πτώση τάσης ως απόκριση σε αύξηση του ρεύματος στο φορτίο.

Για να αντισταθμιστεί η πτώση τάσης, σε ένα γραμμικό τροφοδοτικό οι παράμετροι του μετασχηματιστή υπολογίζονται ώστε να παρέχουν υπερβολική ισχύ. Στη συνέχεια, σε υψηλό ρεύμα στο φορτίο, θα παρατηρηθεί η απαιτούμενη τάση. Ωστόσο, η αυξημένη τάση που θα συμβεί χωρίς κανένα μέσο αντιστάθμισης σε χαμηλό ρεύμα στο ωφέλιμο φορτίο είναι επίσης απαράδεκτη. Η υπερβολική τάση εξαλείφεται με τη συμπερίληψη ενός μη χρήσιμου φορτίου στο κύκλωμα. Στην απλούστερη περίπτωση, πρόκειται για αντίσταση ή τρανζίστορ που συνδέεται μέσω μιας διόδου Zener. Σε ένα πιο προηγμένο, το τρανζίστορ ελέγχεται από ένα μικροκύκλωμα με έναν συγκριτή. Όπως και να έχει, η υπερβολική ισχύς απλώς διαχέεται με τη μορφή θερμότητας, η οποία επηρεάζει αρνητικά την απόδοση της συσκευής.

Στο κύκλωμα τροφοδοσίας μεταγωγής εμφανίζεται μια ακόμη μεταβλητή, από την οποία εξαρτάται η τάση εξόδου, εκτός από τις δύο ήδη υπάρχουσες: τάση εισόδου και αντίσταση φορτίου. Σε σειρά με το φορτίο υπάρχει ένα κλειδί (που στην περίπτωση που μας ενδιαφέρει είναι ένα τρανζίστορ), που ελέγχεται από έναν μικροελεγκτή σε λειτουργία διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM). Όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια των ανοιχτών καταστάσεων του τρανζίστορ σε σχέση με την περίοδό τους (αυτή η παράμετρος ονομάζεται κύκλος λειτουργίας, στη ρωσική ορολογία χρησιμοποιείται η αντίστροφη τιμή - ο κύκλος λειτουργίας), τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση εξόδου. Λόγω της παρουσίας ενός κλειδιού, ένα τροφοδοτικό μεταγωγής ονομάζεται επίσης Τροφοδοτικό με μεταγωγή (SMPS).

Δεν ρέει ρεύμα μέσω ενός κλειστού τρανζίστορ και η αντίσταση ενός ανοιχτού τρανζίστορ είναι ιδανικά αμελητέα. Στην πραγματικότητα, ένα ανοιχτό τρανζίστορ έχει αντίσταση και διαχέει μέρος της ισχύος με τη μορφή θερμότητας. Επιπλέον, η μετάβαση μεταξύ των καταστάσεων τρανζίστορ δεν είναι απολύτως διακριτή. Κι όμως, η απόδοση μιας πηγής παλμικού ρεύματος μπορεί να ξεπεράσει το 90%, ενώ η απόδοση ενός γραμμικού PSU με σταθεροποιητή φτάνει στην καλύτερη περίπτωση το 50%.

Ένα άλλο πλεονέκτημα της μεταγωγής τροφοδοτικών είναι η ριζική μείωση του μεγέθους και του βάρους του μετασχηματιστή σε σύγκριση με γραμμικά τροφοδοτικά ίδιας ισχύος. Είναι γνωστό ότι όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος στο πρωτεύον τύλιγμα ενός μετασχηματιστή, τόσο μικρότερο είναι το απαιτούμενο μέγεθος πυρήνα και ο αριθμός των στροφών περιέλιξης. Επομένως, το τρανζίστορ κλειδιού στο κύκλωμα τοποθετείται όχι μετά, αλλά πριν από τον μετασχηματιστή και, εκτός από τη σταθεροποίηση τάσης, χρησιμοποιείται για την παραγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος υψηλής συχνότητας (για τροφοδοτικά υπολογιστή αυτό είναι από 30 έως 100 kHz και άνω, και κατά κανόνα - περίπου 60 kHz). Ένας μετασχηματιστής που λειτουργεί σε συχνότητα τροφοδοσίας 50-60 Hz θα ήταν δεκάδες φορές πιο μαζικός για την ισχύ που απαιτείται από έναν τυπικό υπολογιστή.

Τα γραμμικά τροφοδοτικά σήμερα χρησιμοποιούνται κυρίως στην περίπτωση εφαρμογών χαμηλής ισχύος, όπου τα σχετικά πολύπλοκα ηλεκτρονικά που απαιτούνται για ένα τροφοδοτικό μεταγωγής αποτελούν ένα πιο ευαίσθητο στοιχείο κόστους σε σύγκριση με έναν μετασχηματιστή. Αυτά είναι, για παράδειγμα, τροφοδοτικά 9 V, τα οποία χρησιμοποιούνται για πεντάλ εφέ κιθάρας, και μία φορά για κονσόλες παιχνιδιών, κ.λπ. Αλλά οι φορτιστές για smartphone είναι ήδη εντελώς παλμικοί - εδώ το κόστος δικαιολογείται. Λόγω του σημαντικά χαμηλότερου εύρους κυματισμού τάσης στην έξοδο, χρησιμοποιούνται επίσης γραμμικά τροφοδοτικά σε εκείνες τις περιοχές όπου αυτή η ποιότητα είναι σε ζήτηση.

⇡ Γενικό διάγραμμα τροφοδοσίας ATX

Το τροφοδοτικό ενός επιτραπέζιου υπολογιστή είναι ένα τροφοδοτικό μεταγωγής, η είσοδος του οποίου τροφοδοτείται με οικιακή ηλεκτρική τάση με παραμέτρους 110/230 V, 50-60 Hz και η έξοδος έχει έναν αριθμό γραμμών συνεχές ρεύμα, τα κύρια είναι ονομαστικά 12, 5 και 3,3 V. Επιπλέον, το τροφοδοτικό παρέχει τάση -12 V και μερικές φορές επίσης τάση -5 V, που απαιτείται για το δίαυλο ISA. Αλλά το τελευταίο αποκλείστηκε κάποια στιγμή από το πρότυπο ATX λόγω του τερματισμού της υποστήριξης για το ίδιο το ISA.

Στο απλοποιημένο διάγραμμα μιας τυπικής τροφοδοσίας μεταγωγής που παρουσιάζεται παραπάνω, μπορούν να διακριθούν τέσσερα κύρια στάδια. Με την ίδια σειρά, εξετάζουμε τα εξαρτήματα των τροφοδοτικών στις αναθεωρήσεις, και συγκεκριμένα:

1. Φίλτρο EMI - ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (φίλτρο RFI);
2. πρωτεύον κύκλωμα - ανορθωτής εισόδου (ανορθωτής), τρανζίστορ κλειδιού (διακόπτης), δημιουργώντας εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής συχνότητας στην κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή.
3. κύριος μετασχηματιστής?
4. δευτερεύον κύκλωμα - ανορθωτές ρεύματος από τη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή (ανορθωτές), φίλτρα εξομάλυνσης στην έξοδο (φιλτράρισμα).

⇡ Φίλτρο EMF

Το φίλτρο στην είσοδο του τροφοδοτικού χρησιμοποιείται για την καταστολή δύο τύπων ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών: διαφορική (διαφορική λειτουργία) - όταν το ρεύμα παρεμβολής ρέει σε διαφορετικές κατευθύνσεις στις γραμμές τροφοδοσίας και κοινή λειτουργία - όταν το ρεύμα ρέει προς μία κατεύθυνση.

Ο διαφορικός θόρυβος καταστέλλεται από τον πυκνωτή CX (ο μεγάλος πυκνωτής κίτρινου φιλμ στην παραπάνω φωτογραφία) που συνδέεται παράλληλα με το φορτίο. Μερικές φορές ένα τσοκ προσαρμόζεται επιπλέον σε κάθε καλώδιο, το οποίο εκτελεί την ίδια λειτουργία (όχι στο διάγραμμα).

Το φίλτρο κοινής λειτουργίας σχηματίζεται από πυκνωτές CY (μπλε κεραμικοί πυκνωτές σε σχήμα σταγόνας στη φωτογραφία), που συνδέουν τα καλώδια ρεύματος με τη γείωση σε ένα κοινό σημείο κ.λπ. ένα τσοκ κοινής λειτουργίας (LF1 στο διάγραμμα), το ρεύμα στις δύο περιελίξεις του οποίου ρέει προς την ίδια κατεύθυνση, γεγονός που δημιουργεί αντίσταση για παρεμβολές κοινού τρόπου λειτουργίας.

Σε φθηνά μοντέλα, εγκαθίσταται ένα ελάχιστο σύνολο εξαρτημάτων φίλτρου· σε πιο ακριβά, τα περιγραφόμενα κυκλώματα σχηματίζουν επαναλαμβανόμενους (ολικά ή εν μέρει) συνδέσμους. Στο παρελθόν, δεν ήταν ασυνήθιστο να βλέπουμε τροφοδοτικά χωρίς καθόλου φίλτρο EMI. Τώρα αυτή είναι μάλλον μια περίεργη εξαίρεση, αν και αν αγοράσετε ένα πολύ φθηνό τροφοδοτικό, μπορείτε να αντιμετωπίσετε μια τέτοια έκπληξη. Ως αποτέλεσμα, όχι μόνο και όχι τόσο ο ίδιος ο υπολογιστής θα υποφέρει, αλλά και άλλος εξοπλισμός που είναι συνδεδεμένος στο οικιακό δίκτυο - τα τροφοδοτικά μεταγωγής είναι μια ισχυρή πηγή παρεμβολών.

Στην περιοχή φίλτρου ενός καλού τροφοδοτικού, μπορείτε να βρείτε πολλά εξαρτήματα που προστατεύουν την ίδια τη συσκευή ή τον ιδιοκτήτη της από ζημιά. Υπάρχει σχεδόν πάντα μια απλή ασφάλεια για προστασία από βραχυκύκλωμα (F1 στο διάγραμμα). Σημειώστε ότι όταν ενεργοποιείται η ασφάλεια, το προστατευμένο αντικείμενο δεν είναι πλέον το τροφοδοτικό. Εάν συμβεί βραχυκύκλωμα, σημαίνει ότι τα τρανζίστορ των κλειδιών έχουν ήδη σπάσει και είναι σημαντικό τουλάχιστον να αποτρέψετε την ανάφλεξη της ηλεκτρικής καλωδίωσης. Εάν μια ασφάλεια στο τροφοδοτικό καεί ξαφνικά, τότε η αντικατάστασή της με μια νέα είναι πιθανότατα άσκοπη.

Παρέχεται ξεχωριστή προστασία έναντι βραχυπρόθεσμαυπερτάσεις χρησιμοποιώντας βαρίστορ (MOV - Metal Oxide Varistor). Αλλά δεν υπάρχουν μέσα προστασίας από παρατεταμένες αυξήσεις τάσης στα τροφοδοτικά υπολογιστών. Αυτή η λειτουργία εκτελείται από εξωτερικούς σταθεροποιητές με δικό τους μετασχηματιστή μέσα.

Ο πυκνωτής στο κύκλωμα PFC μετά τον ανορθωτή μπορεί να διατηρήσει ένα σημαντικό φορτίο αφού αποσυνδεθεί από την τροφοδοσία. Για να μην υποστεί ηλεκτροπληξία ένα απρόσεκτο άτομο που βάζει το δάχτυλό του στην υποδοχή τροφοδοσίας, τοποθετείται μια αντίσταση εκκένωσης υψηλής αξίας (αντίσταση εξαέρωσης) μεταξύ των καλωδίων. Σε πιο εξελιγμένη έκδοση - μαζί με κύκλωμα ελέγχου που αποτρέπει τη διαρροή φορτίου όταν η συσκευή λειτουργεί.

Παρεμπιπτόντως, η παρουσία ενός φίλτρου στο τροφοδοτικό του υπολογιστή (και το τροφοδοτικό μιας οθόνης και σχεδόν οποιοσδήποτε εξοπλισμός υπολογιστή έχει επίσης) σημαίνει ότι η αγορά ενός ξεχωριστού "φίλτρου υπέρτασης" αντί για ένα κανονικό καλώδιο επέκτασης είναι, γενικά , άσκοπο. Όλα είναι ίδια μέσα του. Η μόνη προϋπόθεση σε κάθε περίπτωση είναι η κανονική καλωδίωση τριών ακίδων με γείωση. Διαφορετικά, οι πυκνωτές CY που είναι συνδεδεμένοι στη γείωση απλά δεν θα μπορούν να εκτελέσουν τη λειτουργία τους.

⇡ Ανορθωτής εισόδου

Μετά το φίλτρο, το εναλλασσόμενο ρεύμα μετατρέπεται σε συνεχές ρεύμα χρησιμοποιώντας μια γέφυρα διόδου - συνήθως με τη μορφή ενός συγκροτήματος σε ένα κοινό περίβλημα. Ένα ξεχωριστό ψυγείο για την ψύξη της γέφυρας είναι ιδιαίτερα ευπρόσδεκτο. Μια γέφυρα που συναρμολογείται από τέσσερις διακριτές διόδους είναι χαρακτηριστικό των φθηνών τροφοδοτικών. Μπορείτε επίσης να ρωτήσετε για ποιο ρεύμα έχει σχεδιαστεί η γέφυρα για να προσδιορίσετε αν ταιριάζει με την ισχύ του ίδιου του τροφοδοτικού. Αν και, κατά κανόνα, υπάρχει ένα καλό περιθώριο για αυτήν την παράμετρο.

⇡ Ενεργό μπλοκ PFC

Σε ένα κύκλωμα AC με γραμμικό φορτίο (όπως ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως ή μια ηλεκτρική κουζίνα), η ροή ρεύματος ακολουθεί το ίδιο ημιτονοειδές κύμα με την τάση. Αλλά αυτό δεν συμβαίνει με συσκευές που διαθέτουν ανορθωτή εισόδου, όπως εναλλαγή τροφοδοτικών. Η τροφοδοσία ρεύματος διέρχεται ρεύμα σε σύντομους παλμούς, που συμπίπτουν χρονικά περίπου με τις κορυφές του ημιτονοειδούς κύματος τάσης (δηλαδή τη μέγιστη στιγμιαία τάση) όταν επαναφορτίζεται ο πυκνωτής εξομάλυνσης του ανορθωτή.

Το παραμορφωμένο σήμα ρεύματος αποσυντίθεται σε πολλές αρμονικές ταλαντώσεις στο άθροισμα ενός ημιτονοειδούς δεδομένου πλάτους (το ιδανικό σήμα που θα εμφανιζόταν με ένα γραμμικό φορτίο).

Η ισχύς που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση χρήσιμης εργασίας (η οποία, στην πραγματικότητα, είναι η θέρμανση των εξαρτημάτων του υπολογιστή) υποδεικνύεται στα χαρακτηριστικά του τροφοδοτικού και ονομάζεται ενεργή. Η υπολειπόμενη ισχύς που παράγεται από τις αρμονικές ταλαντώσεις του ρεύματος ονομάζεται αντιδραστική. Δεν παράγει χρήσιμο έργο, αλλά θερμαίνει τα καλώδια και δημιουργεί φορτίο στους μετασχηματιστές και σε άλλο εξοπλισμό ισχύος.

Το διανυσματικό άθροισμα άεργου και ενεργού ισχύος ονομάζεται φαινόμενη ισχύς. Και ο λόγος της ενεργού ισχύος προς τη συνολική ισχύ ονομάζεται συντελεστής ισχύος - δεν πρέπει να συγχέεται με την απόδοση!

Ένα τροφοδοτικό μεταγωγής έχει αρχικά μάλλον χαμηλό συντελεστή ισχύος - περίπου 0,7. Για έναν ιδιώτη καταναλωτή η άεργη ισχύς δεν είναι πρόβλημα (ευτυχώς δεν λαμβάνεται υπόψη από τους μετρητές ρεύματος), εκτός αν χρησιμοποιεί UPS. Η αδιάλειπτη παροχή ρεύματος είναι υπεύθυνη για την πλήρη ισχύ του φορτίου. Στην κλίμακα ενός δικτύου γραφείων ή πόλεων, η υπερβολική άεργη ισχύς που δημιουργείται από την εναλλαγή τροφοδοτικών μειώνει ήδη σημαντικά την ποιότητα της τροφοδοσίας και προκαλεί κόστος, επομένως καταπολεμάται ενεργά.

Συγκεκριμένα, η συντριπτική πλειοψηφία των τροφοδοτικών υπολογιστών είναι εξοπλισμένα με κυκλώματα διόρθωσης ενεργού συντελεστή ισχύος (Active PFC). Μια μονάδα με ενεργό PFC αναγνωρίζεται εύκολα από έναν μόνο μεγάλο πυκνωτή και επαγωγέα που είναι εγκατεστημένοι μετά τον ανορθωτή. Στην ουσία, το Active PFC είναι ένας άλλος μετατροπέας παλμών που διατηρεί σταθερή φόρτιση στον πυκνωτή με τάση περίπου 400 V. Στην περίπτωση αυτή, το ρεύμα από το δίκτυο τροφοδοσίας καταναλώνεται σε βραχείς παλμούς, το πλάτος του οποίου επιλέγεται έτσι ώστε το σήμα προσεγγίζεται από ένα ημιτονοειδές κύμα - το οποίο απαιτείται για την προσομοίωση ενός γραμμικού φορτίου. Για να συγχρονίσετε το σήμα κατανάλωσης ρεύματος με το ημιτονοειδές τάσης, ο ελεγκτής PFC έχει ειδική λογική.

Το ενεργό κύκλωμα PFC περιέχει ένα ή δύο βασικά τρανζίστορ και μια ισχυρή δίοδο, τα οποία τοποθετούνται στην ίδια ψύκτρα με τα βασικά τρανζίστορ του κύριου μετατροπέα τροφοδοσίας. Κατά κανόνα, ο ελεγκτής PWM του κύριου κλειδιού μετατροπέα και το ενεργό κλειδί PFC είναι ένα τσιπ (PWM/PFC Combo).

Ο συντελεστής ισχύος των τροφοδοτικών μεταγωγής με ενεργό PFC φτάνει το 0,95 και άνω. Επιπλέον, έχουν ένα επιπλέον πλεονέκτημα - δεν απαιτούν διακόπτη δικτύου 110/230 V και αντίστοιχο διπλασιαστή τάσης μέσα στο τροφοδοτικό. Τα περισσότερα κυκλώματα PFC χειρίζονται τάσεις από 85 έως 265 V. Επιπλέον, μειώνεται η ευαισθησία του τροφοδοτικού σε βραχυπρόθεσμες βυθίσεις τάσης.

Παρεμπιπτόντως, εκτός από την ενεργή διόρθωση PFC, υπάρχει επίσης μια παθητική, η οποία περιλαμβάνει την εγκατάσταση ενός επαγωγέα υψηλής επαγωγής σε σειρά με το φορτίο. Η απόδοσή του είναι χαμηλή και είναι απίθανο να το βρείτε σε ένα σύγχρονο τροφοδοτικό.

⇡ Κύριος μετατροπέας

Η γενική αρχή λειτουργίας για όλα τα παλμικά τροφοδοτικά μιας απομονωμένης τοπολογίας (με μετασχηματιστή) είναι η ίδια: ένα βασικό τρανζίστορ (ή τρανζίστορ) δημιουργεί εναλλασσόμενο ρεύμα στην κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή και ο ελεγκτής PWM ελέγχει τον κύκλο λειτουργίας του την εναλλαγή τους. Τα συγκεκριμένα κυκλώματα, ωστόσο, διαφέρουν τόσο ως προς τον αριθμό των βασικών τρανζίστορ και άλλων στοιχείων, όσο και ως προς τα ποιοτικά χαρακτηριστικά: απόδοση, σχήμα σήματος, θόρυβος κ.λπ. Αλλά εδώ εξαρτώνται πάρα πολλά από τη συγκεκριμένη εφαρμογή, ώστε να αξίζει να εστιάσουμε. Για όσους ενδιαφέρονται, παρέχουμε ένα σύνολο διαγραμμάτων και έναν πίνακα που θα σας επιτρέψει να τα αναγνωρίσετε σε συγκεκριμένες συσκευές με βάση τη σύνθεση των εξαρτημάτων.

	Τρανζίστορ	Διόδους	Πυκνωτές	Πρωτεύοντα πόδια μετασχηματιστή
Εμπρός μονού τρανζίστορ	1	1	1	4
Εμπρός δύο τρανζίστορ	2	2	0	2
Μισή Γέφυρα	2	0	2	2
Πλήρης γέφυρα	4	0	0	2
Σπρώχνω τραβώ	2	0	0	3

Εκτός από τις αναφερόμενες τοπολογίες, σε ακριβά τροφοδοτικά υπάρχουν συντονισμένες εκδόσεις Half Bridge, οι οποίες αναγνωρίζονται εύκολα από έναν επιπλέον μεγάλο επαγωγέα (ή δύο) και έναν πυκνωτή που σχηματίζει ένα ταλαντευόμενο κύκλωμα.

Δευτερεύον κύκλωμα Το δευτερεύον κύκλωμα είναι ό,τι έρχεται μετά τη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή. Στα περισσότερα σύγχρονα τροφοδοτικά, ο μετασχηματιστής έχει δύο περιελίξεις: 12 V αφαιρείται από το ένα από αυτά και 5 V από το άλλο. Το ρεύμα διορθώνεται πρώτα χρησιμοποιώντας ένα συγκρότημα δύο διόδων Schottky - μία ή περισσότερες ανά δίαυλο (στο υψηλότερο φορτωμένο λεωφορείο - 12 V - σε ισχυρά τροφοδοτικά υπάρχουν τέσσερα συγκροτήματα). Πιο αποτελεσματικοί όσον αφορά την απόδοση είναι οι σύγχρονοι ανορθωτές, οι οποίοι χρησιμοποιούν τρανζίστορ φαινομένου πεδίου αντί για διόδους. Αλλά αυτό είναι το προνόμιο των πραγματικά προηγμένων και ακριβών τροφοδοτικών που διεκδικούν το πιστοποιητικό 80 PLUS Platinum. Η ράγα 3,3 V συνήθως κινείται από την ίδια περιέλιξη με τη ράγα 5 V, μόνο η τάση μειώνεται χρησιμοποιώντας έναν κορεσμένο επαγωγέα (Mag Amp). Μια ειδική περιέλιξη σε μετασχηματιστή για τάση 3,3 V είναι μια εξωτική επιλογή. Από τις αρνητικές τάσεις στο τρέχον πρότυπο ATX, απομένουν μόνο -12 V, τα οποία αφαιρούνται από τη δευτερεύουσα περιέλιξη κάτω από το δίαυλο 12 V μέσω ξεχωριστών διόδων χαμηλού ρεύματος. Ο έλεγχος PWM του κλειδιού μετατροπέα αλλάζει την τάση στην κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή και επομένως σε όλες τις δευτερεύουσες περιελίξεις ταυτόχρονα. Ταυτόχρονα, η τρέχουσα κατανάλωση του υπολογιστή σε καμία περίπτωση δεν κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ των διαύλων τροφοδοσίας. Στο σύγχρονο υλικό, ο πιο φορτισμένος δίαυλος είναι 12-V. Για τη χωριστή σταθεροποίηση των τάσεων σε διαφορετικούς διαύλους, απαιτούνται πρόσθετα μέτρα. Η κλασική μέθοδος περιλαμβάνει τη χρήση τσοκ σταθεροποίησης ομάδας. Τρεις κύριοι δίαυλοι περνούν από τις περιελίξεις του και ως αποτέλεσμα, αν το ρεύμα αυξηθεί σε έναν δίαυλο, η τάση πέφτει στους άλλους. Ας υποθέσουμε ότι το ρεύμα στο δίαυλο 12 V έχει αυξηθεί και για να αποφευχθεί η πτώση τάσης, ο ελεγκτής PWM μείωσε τον κύκλο λειτουργίας των βασικών τρανζίστορ. Ως αποτέλεσμα, η τάση στο δίαυλο 5 V θα μπορούσε να υπερβεί τα επιτρεπτά όρια, αλλά κατεστάλη από το τσοκ σταθεροποίησης ομάδας. Η τάση στο δίαυλο 3,3 V ρυθμίζεται επιπλέον από άλλο κορεσμένο επαγωγέα. Μια πιο προηγμένη έκδοση παρέχει ξεχωριστή σταθεροποίηση των διαύλων 5 και 12 V λόγω κορεσμένων τσοκ, αλλά τώρα αυτός ο σχεδιασμός έχει δώσει τη θέση του στους μετατροπείς DC-DC σε ακριβά τροφοδοτικά υψηλής ποιότητας. Στην τελευταία περίπτωση, ο μετασχηματιστής έχει ένα μόνο δευτερεύον τύλιγμα με τάση 12 V και οι τάσεις 5 V και 3,3 V λαμβάνονται χάρη στους μετατροπείς DC-DC. Αυτή η μέθοδος είναι πιο ευνοϊκή για τη σταθερότητα της τάσης. Φίλτρο εξόδου Το τελικό στάδιο σε κάθε δίαυλο είναι ένα φίλτρο που εξομαλύνει τον κυματισμό τάσης που προκαλείται από τα βασικά τρανζίστορ. Επιπλέον, οι παλμοί του ανορθωτή εισόδου, του οποίου η συχνότητα είναι ίση με τη διπλάσια συχνότητα του δικτύου τροφοδοσίας, διεισδύουν στον ένα ή τον άλλο βαθμό στο δευτερεύον κύκλωμα του τροφοδοτικού. Το φίλτρο κυματισμού περιλαμβάνει τσοκ και μεγάλους πυκνωτές. Τα υψηλής ποιότητας τροφοδοτικά χαρακτηρίζονται από χωρητικότητα τουλάχιστον 2.000 uF, αλλά οι κατασκευαστές φθηνών μοντέλων έχουν αποθέματα εξοικονόμησης όταν εγκαθιστούν πυκνωτές, για παράδειγμα, της μισής ονομαστικής αξίας, η οποία αναπόφευκτα επηρεάζει το πλάτος κυματισμού. ⇡ Ισχύς αναμονής +5VSB Μια περιγραφή των εξαρτημάτων του τροφοδοτικού θα ήταν ελλιπής χωρίς να αναφέρεται η πηγή τάσης αναμονής 5 V, η οποία καθιστά δυνατή τη λειτουργία αναστολής λειτουργίας υπολογιστή και διασφαλίζει τη λειτουργία όλων των συσκευών που πρέπει να είναι πάντα ενεργοποιημένες. Το «θάλαμο εργασίας» τροφοδοτείται από έναν ξεχωριστό μετατροπέα παλμών με μετασχηματιστή χαμηλής ισχύος. Σε ορισμένα τροφοδοτικά, υπάρχει επίσης ένας τρίτος μετασχηματιστής, ο οποίος χρησιμοποιείται στο κύκλωμα ανάδρασης για την απομόνωση του ελεγκτή PWM από το πρωτεύον κύκλωμα του κύριου μετατροπέα. Σε άλλες περιπτώσεις, αυτή η λειτουργία εκτελείται από οπτικούς συζεύκτες (ένα LED και ένα φωτοτρανζίστορ σε ένα πακέτο). ⇡ Μεθοδολογία δοκιμής τροφοδοτικών Μία από τις κύριες παραμέτρους του τροφοδοτικού είναι η σταθερότητα της τάσης, η οποία αντανακλάται στο λεγόμενο. χαρακτηριστικό διασταυρούμενου φορτίου. Το KNH είναι ένα διάγραμμα στο οποίο το ρεύμα ή η ισχύς στον δίαυλο 12 V απεικονίζεται σε έναν άξονα και το συνολικό ρεύμα ή η ισχύς στους διαύλους 3,3 και 5 V απεικονίζεται στον άλλο. Στα σημεία τομής στο διαφορετικές έννοιεςΚαι οι δύο μεταβλητές καθορίζουν την απόκλιση τάσης από την ονομαστική τιμή σε έναν συγκεκριμένο δίαυλο. Αντίστοιχα, δημοσιεύουμε δύο διαφορετικά KNH - για το δίαυλο 12 V και για το δίαυλο 5/3,3 V. Το χρώμα της κουκκίδας δείχνει το ποσοστό απόκλισης: πράσινο: ≤ 1%; ανοιχτό πράσινο: ≤ 2%; κίτρινο: ≤ 3%; πορτοκαλί: ≤ 4%; κόκκινο: ≤ 5%. λευκό: > 5% (δεν επιτρέπεται από το πρότυπο ATX). Για την απόκτηση KNH, χρησιμοποιείται ένας εξατομικευμένος πάγκος δοκιμής τροφοδοσίας ρεύματος, ο οποίος δημιουργεί φορτίο διαχέοντας θερμότητα σε ισχυρά τρανζίστορ φαινομένου πεδίου. Μια άλλη εξίσου σημαντική δοκιμή είναι ο προσδιορισμός του πλάτους κυματισμού στην έξοδο του τροφοδοτικού. Το πρότυπο ATX επιτρέπει κυματισμό εντός 120 mV για δίαυλο 12 V και 50 mV για δίαυλο 5 V. Γίνεται διάκριση μεταξύ κυματισμού υψηλής συχνότητας (με διπλάσια συχνότητα από τον κύριο διακόπτη μετατροπέα) και χαμηλής συχνότητας (στο διπλάσιο του συχνότητα του δικτύου τροφοδοσίας). Μετράμε αυτήν την παράμετρο χρησιμοποιώντας έναν παλμογράφο Hantek DSO-6022BE USB στο μέγιστο φορτίο στο τροφοδοτικό που καθορίζεται από τις προδιαγραφές. Στον παλμογράφο παρακάτω, το πράσινο γράφημα αντιστοιχεί στον δίαυλο 12 V, το κίτρινο γράφημα αντιστοιχεί σε 5 V. Φαίνεται ότι οι κυματισμοί είναι εντός κανονικών ορίων, και μάλιστα με περιθώριο. Για σύγκριση, παρουσιάζουμε μια εικόνα κυματισμών στην έξοδο του τροφοδοτικού ενός παλιού υπολογιστή. Αυτό το μπλοκ δεν ήταν εξαιρετικό στην αρχή, αλλά σίγουρα δεν βελτιώθηκε με την πάροδο του χρόνου. Κρίνοντας από το μέγεθος του κυματισμού χαμηλής συχνότητας (σημειώστε ότι η διαίρεση σάρωσης τάσης αυξάνεται στα 50 mV για να ταιριάζει στις ταλαντώσεις στην οθόνη), ο πυκνωτής εξομάλυνσης στην είσοδο έχει ήδη καταστεί άχρηστος. Ο κυματισμός υψηλής συχνότητας στον δίαυλο 5 V είναι στα όρια των επιτρεπόμενων 50 mV. Η ακόλουθη δοκιμή προσδιορίζει την απόδοση της μονάδας σε φορτίο από 10 έως 100% της ονομαστικής ισχύος (συγκρίνοντας την ισχύ εξόδου με την ισχύ εισόδου που μετρήθηκε χρησιμοποιώντας ένα οικιακό βατόμετρο). Για σύγκριση, το γράφημα δείχνει τα κριτήρια για τις διάφορες κατηγορίες 80 PLUS. Ωστόσο, αυτό δεν προκαλεί ιδιαίτερο ενδιαφέρον στις μέρες μας. Το γράφημα δείχνει τα αποτελέσματα του κορυφαίου PSU Corsair σε σύγκριση με το πολύ φθηνό Antec, και η διαφορά δεν είναι τόσο μεγάλη. Ένα πιο πιεστικό ζήτημα για τον χρήστη είναι ο θόρυβος από τον ενσωματωμένο ανεμιστήρα. Είναι αδύνατο να το μετρήσουμε απευθείας κοντά στη βάση δοκιμής τροφοδοσίας βρυχηθμού, επομένως μετράμε την ταχύτητα περιστροφής της πτερωτής με στροφόμετρο λέιζερ - επίσης σε ισχύ από 10 έως 100%. Το παρακάτω γράφημα δείχνει ότι όταν το φορτίο σε αυτό το τροφοδοτικό είναι χαμηλό, ο ανεμιστήρας 135 mm παραμένει σε χαμηλή ταχύτητα και δεν ακούγεται σχεδόν καθόλου. Στο μέγιστο φορτίο ο θόρυβος μπορεί ήδη να διακριθεί, αλλά το επίπεδο εξακολουθεί να είναι αρκετά αποδεκτό.

Master class για τη δημιουργία ενός σπιτικού τροφοδοτικού δικτύου μεταγωγής με τα χέρια σας.

Ο συγγραφέας του σχεδίου (Sergey Kuznetsov, ο ιστότοπός του είναι classd.fromru.com) ανέπτυξε αυτό το σπιτικό τροφοδοτικό δικτύου
για την τροφοδοσία ενός ισχυρού UMZCH (Audio Frequency Power Amplifier). Πλεονεκτήματα της μεταγωγής τροφοδοτικώνπριν είναι εμφανή τα συμβατικά τροφοδοτικά μετασχηματιστή:

• Το βάρος του προϊόντος που προκύπτει είναι πολύ μικρότερο
• Οι διαστάσεις του τροφοδοτικού διακόπτη είναι πολύ μικρότερες.
• Η απόδοση του προϊόντος και, κατά συνέπεια, η απαγωγή θερμότητας είναι χαμηλότερη
• Το εύρος των τάσεων τροφοδοσίας (κυμάνσεις τάσης στο δίκτυο) στις οποίες μπορεί να λειτουργεί σταθερά η παροχή ρεύματος είναι πολύ ευρύτερο.

Ωστόσο, η κατασκευή ενός τροφοδοτικού δικτύου μεταγωγής απαιτεί πολύ περισσότερη προσπάθεια και γνώση σε σύγκριση με την κατασκευή ενός συμβατικού τροφοδοτικού χαμηλής συχνότητας 50 Hz. Ένα τροφοδοτικό χαμηλής συχνότητας αποτελείται από έναν μετασχηματιστή δικτύου, μια γέφυρα διόδου και πυκνωτές φίλτρου εξομάλυνσης, ενώ ένα παλμικό έχει πολύ πιο περίπλοκη δομή.

Το κύριο μειονέκτημα των τροφοδοτικών δικτύου μεταγωγής είναι η παρουσία παρεμβολών υψηλής συχνότητας, οι οποίες θα πρέπει να ξεπεραστούν σε περίπτωση εσφαλμένης ανίχνευσης της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος ή εάν η βάση του εξαρτήματος έχει επιλεγεί εσφαλμένα. Όταν ενεργοποιείτε το UPS, κατά κανόνα, υπάρχει ένας ισχυρός σπινθήρας στην πρίζα. Αυτό οφείλεται στο μεγάλο ρεύμα αιχμής εκκίνησης του τροφοδοτικού, λόγω της φόρτισης των πυκνωτών του φίλτρου εισόδου. Για την εξάλειψη τέτοιων τρεχουσών αυξήσεων, οι προγραμματιστές σχεδιάζουν διάφορα συστήματα«soft start», που στην πρώτη φάση λειτουργίας φορτίζει τους πυκνωτές του φίλτρου με χαμηλό ρεύμα και στο τέλος της φόρτισης οργανώνουν την παροχή πλήρους τάσης δικτύου στο UPS. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται μια απλοποιημένη έκδοση ενός τέτοιου συστήματος, η οποία είναι μια αντίσταση και θερμίστορ συνδεδεμένη σε σειρά που περιορίζει το ρεύμα φόρτισης των πυκνωτών.

Το κύκλωμα βασίζεται στον ελεγκτή IR2153 PWM σε ένα τυπικό κύκλωμα σύνδεσης. Τα τρανζίστορ πεδίου IRFI840GLC μπορούν να αντικατασταθούν με IRFIBC30G· ο συγγραφέας δεν συνιστά την εγκατάσταση άλλων τρανζίστορ, καθώς αυτό θα συνεπάγεται την ανάγκη μείωσης των χαρακτηριστικών R2, R3 και, κατά συνέπεια, αύξηση της παραγόμενης θερμότητας. Η τάση στον ελεγκτή PWM πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 Volt. Είναι επιθυμητό το μικροκύκλωμα να λειτουργεί σε τάση 11-14 Volt. Τα εξαρτήματα L1 C13 R8 βελτιώνουν τον τρόπο λειτουργίας των τρανζίστορ.

Τα τσοκ που βρίσκονται στην έξοδο της πηγής ισχύος 10 μg τυλίγονται με σύρμα 1 mm σε αλτήρες φερρίτη με μαγνητική διαπερατότητα 600 NN. Μπορείτε να το τυλίξετε σε καλάμια από παλιούς δέκτες, αρκούν 10-15 στροφές. Οι πυκνωτές στο τροφοδοτικό πρέπει να είναι χαμηλής σύνθετης αντίστασης προκειμένου να μειωθεί ο θόρυβος ραδιοσυχνοτήτων.

Ο μετασχηματιστής υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα Transformer 2. Η επαγωγή θα πρέπει να επιλέγεται όσο το δυνατόν χαμηλότερη, κατά προτίμηση όχι μεγαλύτερη από 0,25. Η συχνότητα είναι περίπου 40-80k. Ο συγγραφέας δεν συνιστά τη χρήση δακτυλίων εγχώριας παραγωγής, λόγω της μη ταυτότητας των παραμέτρων φερρίτη και των σημαντικών απωλειών στον μετασχηματιστή. Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος σχεδιάστηκε για μετασχηματιστή τυπικού μεγέθους 30x19x20. Κατά τη ρύθμιση της τροφοδοσίας, απαγορεύεται η σύνδεση της γείωσης του παλμογράφου στο σημείο σύνδεσης των τρανζίστορ. Συνιστάται να ξεκινήσετε την τροφοδοσία για πρώτη φορά με μια λάμπα 220V με ισχύ 25-40W συνδεδεμένη σε σειρά με την πηγή και το UPS δεν πρέπει να είναι πολύ φορτωμένο. Μπορείτε να κατεβάσετε την πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος της μονάδας σε μορφή LAY

ΕΝΟΤΗΤΑ 3.

Κεφάλαιο 4. Λειτουργικές μονάδες και κυκλώματα
μετατροπείς παλμικής τάσης IVEP

Αρκετά συχνά όταν σχεδιάζετε ηλεκτρονικές συσκευέςΠροκύπτουν αυστηρές απαιτήσεις για τις παραμέτρους βάρους και μεγέθους της δευτερεύουσας πηγής τροφοδοσίας (SPS). Σε αυτή την περίπτωση, η μόνη λύση είναι η χρήση IVEP που βασίζεται σε μετατροπείς παλμικής τάσης υψηλής τάσης υψηλής τάσης, οι οποίοι συνδέονται σε δίκτυο ~ 220 V με συχνότητα ρεύματος 50 Hz ή 115 V και συχνότητα ρεύματος 400 Hz χωρίς η χρήση ενός μεγάλου μετασχηματιστή χαμηλών συχνοτήτων και η μετατροπή τάσης πραγματοποιείται από έναν μετατροπέα υψηλής συχνότητας σε συχνότητες 20-400 kHz και μπορεί να παρέχει υψηλή ισχύ με μικρό μέγεθος και απαγωγή θερμότητας. Τέτοια τροφοδοτικά έχουν μια τάξη μεγέθους καλύτερα χαρακτηριστικά βάρους και μεγέθους σε σύγκριση με τα γραμμικά. Το IVEP με παλμικό μετατροπέα υψηλής συχνότητας βελτιώνει σημαντικά πολλά χαρακτηριστικά των συσκευών που τροφοδοτούνται από αυτές τις πηγές. Οι λόγοι για τη χρήση παλμικής πηγής ισχύος που βασίζεται σε μετατροπέα υψηλής συχνότητας μπορεί να είναι: η πιθανότητα διακυμάνσεων της τάσης εισόδου εντός ~100-300 V, η δυνατότητα δημιουργίας πηγής ισχύος με ισχύ από δεκάδες watt έως εκατοντάδες κιλοβάτ για οποιαδήποτε τάση εξόδου, η εμφάνιση προσιτών λύσεων υψηλής τεχνολογίας που βασίζονται σε IC και άλλα σύγχρονα εξαρτήματα.

Η μετάβαση στη χρήση κυρίως μεταγωγικών τροφοδοτικών οφείλεται σε μια σειρά τεχνικών και οικονομικών παραγόντων, οι σημαντικότεροι από τους οποίους είναι οι ακόλουθοι:

· Τα τροφοδοτικά χωρίς μετασχηματιστή (UPS) με ισχύ έως και 500 W έχουν σημαντικά υψηλότερα χαρακτηριστικά βάρους και μεγέθους σε σύγκριση με τα ανάλογα που κατασκευάζονται με βάση μετασχηματιστές δικτύου.

· Οι περιελίξεις των μετασχηματιστών ταλάντωσης UPS HF έχουν υψηλότερη πυκνότητα ρεύματος· πολύ λιγότερο μη σιδηρούχο μέταλλο χρησιμοποιείται στην κατασκευή τους, γεγονός που οδηγεί σε χαμηλότερο κόστος παραγωγής και πρώτων υλών.

· Η υψηλή επαγωγή κορεσμού και οι χαμηλές ειδικές απώλειες των υλικών πυρήνα του μετασχηματιστή HF καθιστούν δυνατή τη δημιουργία UPS με συνολική απόδοση άνω του 80%, η οποία είναι ανέφικτη στις συμβατικές πηγές.

· άφθονες ευκαιρίες για αυτόματη ρύθμιση των τιμών δευτερεύουσας τάσης εξόδου επηρεάζοντας τα πρωτεύοντα κυκλώματα του μετατροπέα ραδιοσυχνοτήτων.

Ας εξετάσουμε πολλά παραδείγματα μπλοκ διαγραμμάτων για την κατασκευή ενός UPS με τάση πρωτεύοντος δικτύου 220 V, 50 Hz.

Στο Σχ. 74, ΕΝΑπαρουσιάζει ένα μπλοκ διάγραμμα ενός τροφοδοτικού μεταγωγής, κατασκευασμένο σύμφωνα με ένα αρκετά παραδοσιακό σχήμα.

Ανορθωτής, φίλτρο και σταθεροποιητής διαθέσιμα στο δευτερεύον κύκλωμααυτού του τροφοδοτικού κατασκευάζονται με βάση εξαρτήματα που βρίσκονται σε συμβατικά τροφοδοτικά. Τα ονόματα αυτών των κόμβων αποκαλύπτουν τον σκοπό τους και δεν χρειάζονται επεξήγηση. Η μέθοδος υλοποίησης του σταθεροποιητή (γραμμική ή παλμική) σε αυτή την περίπτωση δεν είναι τόσο σημαντική σε σύγκριση με την παρουσία του ως ξεχωριστή λειτουργική μονάδα. Δευτερεύον κύκλωμα τροφοδοσίας μέσα διάφορες επιλογέςΟ σχεδιασμός της πηγής μπορεί να συμπληρωθεί με ένα άλλο φίλτρο, το οποίο είναι εγκατεστημένο μεταξύ του σταθεροποιητή και του φορτίου. Τα κύρια εξαρτήματα του πρωτεύοντος κυκλώματος είναι: ένα φίλτρο εισόδου, ένας ανορθωτής τάσης δικτύου και ένας μετατροπέας RF της διορθωμένης τάσης τροφοδοσίας με μετασχηματιστή τηλεόρασης.

Η ανάγκη χρήσης φίλτρου εισόδου οφείλεται στο γεγονός ότι, πρώτον, αυτό το φίλτρο πρέπει να εξαλείφει τις ξαφνικές βραχυπρόθεσμες υπερτάσεις στην τάση τροφοδοσίας και τον θόρυβο παλμού που προκαλούνται από τη λειτουργία κοντινών παλμικές συσκευές(παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων) ή συμβαίνει όταν γειτονικά φορτία συνδέονται ή αποσυνδέονται από το δίκτυο. Δεύτερον, το φίλτρο πρέπει να εξαλείφει αποτελεσματικά τις παρεμβολές που εισέρχονται στο δίκτυο απευθείας από την πηγή ενέργειας που χρησιμοποιείται.

Σε ένα τροφοδοτικό μεταγωγής (Εικ. 74, ΕΝΑ) χρησιμοποιείται ένας καταρράκτης μετατροπέα ραδιοσυχνοτήτων τύπου αυτοταλαντωτή, ο τρόπος αυτοταλάντωσης του οποίου καθορίζεται μόνο από την τιμή των χαρακτηρισμών των δικών του στοιχείων και δεν ρυθμίζεται.

Τροφοδοσία ρεύματος σύμφωνα με το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχ. 74, ΕΝΑ, μπορεί επιπλέον να περιλαμβάνει έναν αισθητήρα υπερφόρτωσης, ο οποίος δρα είτε στον σταθεροποιητή είτε στον μετατροπέα ραδιοσυχνοτήτων, εμποδίζοντας τη λειτουργία του μέχρι να εξαλειφθεί η αιτία της δυσλειτουργίας.

Με τη σωστή επιλογή της βάσης στοιχείων, μια πηγή που κατασκευάζεται σύμφωνα με αυτό το σχήμα είναι εύκολο να εφαρμοστεί - αυτό είναι το κύριο πλεονέκτημά της, ωστόσο, λόγω της σχετικά χαμηλής απόδοσης της, χρησιμοποιείται σπάνια. Η μείωση της απόδοσης θα συμβεί με αύξηση του αριθμού των δευτερευόντων καναλιών διαφορετικών τάσεων, καθώς καθένα από αυτά θα απαιτεί ξεχωριστό σταθεροποιητή τάσης. Ένα σημαντικό μειονέκτημα του κυκλώματος μπορεί να είναι η πολύ υψηλή ευαισθησία των αυτοταλαντωτών σε συνδυασμό με τον καταρράκτη ισχύος του τροφοδοτικού στην τιμή του φορτίου. Η αλλαγή του μπορεί να οδηγήσει σε διακοπή των ταλαντώσεων HF και αστάθεια της πηγής ισχύος αυτού του είδους.

Το μπλοκ διάγραμμα ενός τροφοδοτικού δικτύου, που έχει κατασκευαστεί λαμβάνοντας υπόψη τις βέλτιστες αρχές ρύθμισης της τάσης εξόδου, φαίνεται στο Σχ. 74, σι.

Εικ.74, σι

Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ αυτού του μπλοκ διαγράμματος και του προηγούμενου είναι η απουσία δευτερεύοντος σταθεροποιητή τάσης. Επιπλέον, ένα κύκλωμα μέτρησης, ένας κύριος ταλαντωτής, ένα κύκλωμα ελέγχου έχουν προστεθεί σε αυτό και οι λειτουργίες του καταρράκτη μετατροπέα RF έχουν αλλάξει. Το στάδιο ισχύος λειτουργεί ως ενισχυτής ισχύος για ταλαντώσεις που προέρχονται από το κύκλωμα ελέγχου. Το φορτίο του είναι ένας μετασχηματιστής RF. Εδώ, ένας μετατροπέας ραδιοσυχνοτήτων μπορεί να ονομαστεί ένα σύνολο από τα ακόλουθα στοιχεία: ένας κύριος ταλαντωτής, ένα κύκλωμα ελέγχου, ένας ενισχυτής ισχύος RF, ένας μετασχηματιστής ραδιοσυχνοτήτων ( τηλεόραση). Μια πηγή κατασκευασμένη σύμφωνα με το μπλοκ διάγραμμα που φαίνεται στο Σχ. 74, σι, εκτελεί ταυτόχρονα δύο λειτουργίες - μετατροπή τάσης και σταθεροποίηση. Το κύκλωμα ελέγχου περιλαμβάνει έναν διαμορφωτή πλάτους παλμού και καθορίζει πλήρως τον τρόπο λειτουργίας του PA. Τάση εξόδουΤο κύκλωμα ελέγχου έχει τη μορφή ορθογώνιων παλμών. Η αλλαγή της διάρκειας της παύσης μεταξύ αυτών των παλμών ρυθμίζει τη ροή ενέργειας στο δευτερεύον κύκλωμα. Οι αρχικές παράμετροι για τη λειτουργία του κυκλώματος ελέγχου είναι σήματα σφάλματος που προέρχονται από το κύκλωμα μέτρησης, στο οποίο η τιμή της τάσης αναφοράς συγκρίνεται με την πραγματική που υπάρχει επί του παρόντος στο φορτίο. Με βάση ένα σήμα σφάλματος, το κύκλωμα ελέγχου αλλάζει τη διάρκεια της παύσης μεταξύ των παλμών για να την αυξήσει ή να τη μειώσει, ανάλογα με το μέγεθος της απόκλισης της πραγματικής τιμής τάσης από την ονομαστική. Συγκεκριμένα, το κύκλωμα ελέγχου μπορεί να περιλαμβάνει μια μονάδα για την προστασία του καταρράκτη PA από υπερφόρτωση και βραχυκύκλωμα.

Η παρουσία PWM της μεταδιδόμενης τάσης επιβάλλει ορισμένες απαιτήσεις στις παραμέτρους και την κατασκευή ενός φίλτρου εξομάλυνσης για την ανορθωμένη δευτερεύουσα τάση. Το πρώτο στοιχείο αυτού του φίλτρου μετά τον ανορθωτή θα πρέπει να είναι ένας επαγωγέας σε κάθε δευτερεύον κανάλι τάσης.

Εμφανίζεται στο Σχ. 74, σιΤο κύκλωμα αντιπροσωπεύει τη δομή ενός συστήματος τροφοδοσίας μονού καναλιού· οι πραγματικές πηγές, κατά κανόνα, έχουν πολλά δευτερεύοντα κανάλια με διαφορετική χωρητικότητα φορτίου.

Στο Σχ. Το Σχήμα 75 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα ενός παλμικού πολυκαναλικού μετατροπέα τάσης. Σε τέτοιες περιπτώσεις, το κύκλωμα μέτρησης συνδέεται με το κανάλι με τη μεγαλύτερη κατανάλωση. Η σταθεροποίηση των υπόλοιπων καναλιών πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ξεχωριστούς σταθεροποιητές ή μεθόδους ελέγχου που βασίζονται στην αλληλεπίδραση των μαγνητικών ροών.

Σε άλλες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται κυκλώματα φίλτρων εξόδου, κατασκευασμένα σε μαγνητικό κύκλωμα κοινό για όλα τα κανάλια εξόδου. Η ρύθμιση της τάσης μέσω μη κύριων καναλιών μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μικρό εύρος και με σχετικά μικρές αλλαγές φορτίου. Κατά την περιγραφή πρακτικά σχήματαυλοποίηση IP, θα εξεταστούν λεπτομερέστερα θέματα σταθεροποίησης δευτερευουσών τάσεων ταυτόχρονα μέσω πολλών καναλιών.

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του ανορθωτή εξόδου είναι η χρήση διόδων Schottky υψηλής ταχύτητας αντί για συμβατικές διόδους ισχύος, γεγονός που οφείλεται στην υψηλή συχνότητα της ανορθωμένης τάσης. Το φίλτρο εξόδου εξομαλύνει τον κυματισμό της τάσης εξόδου. Η τάση ανάδρασης συγκρίνεται με την τάση αναφοράς χρησιμοποιώντας ένα σύστημα μέτρησης και στη συνέχεια το σήμα διαφοράς τροφοδοτείται σε έναν ελεγκτή πλάτους παλμού (διαμορφωτή). Η τάση με τη μορφή ορθογώνιων παλμών υψηλής συχνότητας από την έξοδο του ρυθμιστή PWM παρέχεται στην είσοδο των τρανζίστορ της συσκευής αντιστοίχισης, η οποία ελέγχει τη λειτουργία του ενισχυτή ισχύος υψηλής συχνότητας. Ο διαμορφωτής PWM εφαρμόζεται επί του παρόντος σε ένα τσιπ, το οποίο τροφοδοτείται από ένα πρόσθετο τροφοδοτικό. Κατά κανόνα, οι μετατροπείς δικτύου έχουν γαλβανική απομόνωση στο κύκλωμα ανάδρασης. Είναι απαραίτητο εάν είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η αποσύνδεση της τάσης εξόδου από το δίκτυο.

Η κύρια μονάδα του μετατροπέα τάσης είναι το τμήμα ισχύος του (ισχυρό στάδιο εξόδου - ενισχυτής ισχύος).

Τα στάδια εξόδου όλων των μετατροπέων τάσης μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες με βάση τον αριθμό των παλμών που μεταδίδονται στο φορτίο σε μία περίοδο: ενός κύκλου και ώθησης-έλξης. Εάν εκπέμπεται ένας παλμός, τότε ο μετατροπέας ονομάζεται μονοκύκλος, εάν δύο, τότε ώθηση-έλξη. Η απόδοση του πρώτου είναι χαμηλότερη από αυτή του δεύτερου, επομένως χρησιμοποιούνται μονοκύκλων για τη δημιουργία IVEP με ισχύ μικρότερη από 10...200 W. Οι μετατροπείς push-pull παρέχουν υψηλή ισχύ εξόδου με υψηλή απόδοση. Οι μετατροπείς ενός άκρου μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα εμπρόσθιας ροής (με απευθείας σύνδεση της διόδου) ή κύκλωμα flyback (με αντίστροφη σύνδεση της διόδου). Οι μετατροπείς ώθησης μπορούν να είναι γέφυρες, μισογέφυρες ή με κύρια περιέλιξη στο μέσο του μετασχηματιστή.

Είπα ότι θα συνεχίσω την ιστορία για την εργασία με αισθητήρες ρεύματος εφέ Hall. Έχει περάσει πολύς χρόνος από εκείνη τη στιγμή, η κυκλοφορία του σίκουελ καθυστέρησε και δεν είμαι λάτρης της συγγραφής της «βαρετής θεωρίας», οπότε περίμενα μια πρακτική εργασία.

Ένας άλλος λόγος για την έλλειψη άρθρων ήταν η δουλειά μου σε μια "σύγχρονη επιτυχημένη εταιρεία IT-hardware", τώρα τελικά την άφησα και τελικά μεταπήδησε στον ελεύθερο επαγγελματία, οπότε υπήρχε χρόνος για ένα άρθρο))

Πρόσφατα, ο παλιός μου μέντορας επικοινώνησε μαζί μου και πραγματικά καλός άνθρωπος. Φυσικά, δεν μπορούσα να αρνηθώ βοήθεια, αλλά όλα αποδείχθηκαν αρκετά απλά - μου ζητήθηκε να φτιάξω μια τροφοδοσία για τον πομποδέκτη HF FT-450, ο οποίος θα ήταν πιο σταθερός στη λειτουργία, ειδικά σε χαμηλότερη τάση εισόδου, από τον υπάρχον Mean Well. Λάβετε υπόψη ότι δεν λέω ότι η Mean Well είναι κακή εταιρεία, απλώς σε αυτήν την περίπτωση το φορτίο είναι αρκετά συγκεκριμένο και τα προϊόντα της είναι αρκετά καλά.

Η διάγνωση είναι κάπως έτσι:

- Το ρεύμα εξόδου δηλώνεται ότι είναι 40A, αλλά στην πραγματικότητα, με κατανάλωση 30-35A (σε ταχύτητα), η μονάδα μπαίνει σε προστασία.
- Ισχυρή θέρμανση παρατηρείται όταν μακροπρόθεσμο φορτίο;
- Γίνεται πολύ κακό όταν το χρησιμοποιείτε στη ντάκα, όπου η τάση του δικτύου είναι 160-180V.
- Η μέγιστη τάση είναι 13,2-13,4V, αλλά θα ήθελα 13,8-14V με δυνατότητα ρύθμισης +-20%.

Η ιδιαιτερότητα αυτού του άρθρου θα είναι ότι το έργο προχωρά μαζί του. Μόλις ξεκίνησα να το δουλεύω και ως εκ τούτου μπορώ να μιλήσω για όλα τα στάδια ανάπτυξης: από τις τεχνικές προδιαγραφές μέχρι το τελικό πρωτότυπο. Δεν βρήκα κανένα άρθρο σε αυτή τη μορφή με βιασύνη, συνήθως οι άνθρωποι γράφουν αφού έχουν ήδη κάνει όλη τη δουλειά και έχουν ξεχάσει τα μισά από τα μικρά πράγματα, που συχνά φέρουν το κύριο ενδιαφέρον. Θέλω επίσης να γράψω αυτό το άρθρο σε μια γλώσσα που είναι προσβάσιμη σε αρχάριους, επομένως οι ντόπιοι γκουρού θα πρέπει να είναι λίγο πιο εύκολοι σχετικά με τη «μη ακαδημαϊκή» φύση του στυλ μου.

Τεχνικές απαιτήσεις

Κάθε έργο ξεκινά πάντα με τεχνικές προδιαγραφές και συζητήσεις. Περάσαμε τις συζητήσεις, μένουν οι τεχνικές προδιαγραφές. Το έργο μου δεν είναι εμπορικό, αλλά ανοιχτού κώδικα, ας το πω έτσι, οπότε δεν θα ξοδέψω ένας μεγάλος αριθμός απόχρόνο και περιοριστώ στη λίστα τεχνικές απαιτήσεις.

Σε τι χρησιμεύει; Όσοι εργάζονται σε εταιρείες που σχετίζονται με την ανάπτυξη κάτι θα με καταλάβουν - "χωρίς τεχνικές προδιαγραφές το έργο δεν απογειώνεται", αλλά για άτομα που δεν σχετίζονται με τη βιομηχανική ανάπτυξη αυτό το σημείο μπορεί να μην είναι προφανές. Θα εξηγήσω λοιπόν λίγο…

Κατά τη διαδικασία ανάπτυξης, αν δεν βασιστείτε σε τεχνικές προδιαγραφές, τότε με πιθανότητα περίπου 100% θα απομακρυνθείτε από το αρχικά επιθυμητό αποτέλεσμα. Για παράδειγμα, στην αρχή θέλατε να λάβετε ισχύ 1000 W από το τροφοδοτικό, αλλά δεν βρήκατε τον κατάλληλο μετασχηματιστή και εγκαταστήσατε αυτόν που σας ήρθε. Ως αποτέλεσμα, το υλικό έγινε 700 W και σχεδιάζατε για 1000! Για έναν ερασιτέχνη, αυτό δεν είναι μοιραίο, απλά θα σπαταλήσει πολλά χρήματα και χρόνο χωρίς να έχει αποτελέσματα. Για τον εργοδότη του μηχανικού, αυτό είναι μια οικονομική καταστροφή, ένα καθυστερημένο έργο, αλλά για τον μηχανικό είναι συχνά απλώς μια κλωτσιά στο δρόμο. Και θα υπάρχει μια θάλασσα από τέτοιες αποχρώσεις, δεν θα υπάρχει τίποτα άλλο εκτός από τον μετασχηματιστή, ένα μήλο θα πέσει στο κεφάλι σας και θα αποφασίσετε να προσθέσετε μερικά "φώτα" και ούτω καθεξής.

Πώς να το αποφύγετε αυτό; Αυτός ακριβώς είναι ο λόγος που σκέφτηκε η ζοφερή σοβιετική ιδιοφυΐα "GOST 34. Ανάπτυξη ενός αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου (ACS)". Αρκεί απλώς να κάνετε τις τεχνικές προδιαγραφές σύμφωνα με αυτό το GOST, το οποίο θα διαρκέσει 30-50 σελίδες και το έργο σας στο στάδιο της ιδέας θα αντιστοιχεί στο τελικό αποτέλεσμα με τη μορφή ενός εξαρτήματος υλικού, απλά πρέπει να προχωρήσετε στο σημείο σημείο. Αν λέει "1000 W μετασχηματιστής", τότε τον ψάχνετε/παίρνετε στα 1000 W και όχι τυχαία παίρνοντας "λίγο μικρότερο". Εργάστηκα τόσο στο στρατιωτικό-βιομηχανικό συγκρότημα όσο και σε ιδιωτικές εταιρείες: οι πρώτες προσεύχονται για επαρκείς τεχνικές προδιαγραφές και τεχνικές απαιτήσεις. έργα που συνήθως μοιάζουν με έναν τόμο Πολέμου και Ειρήνης, γι' αυτό τα τανκς μας είναι τα καλύτερα. Οι τελευταίοι παραμελούν «την παράλογη ζημιά στο δάσος», επομένως η παραγωγή πολιτικών ηλεκτρονικών προϊόντων στη Ρωσία στις περισσότερες περιπτώσεις είναι «γουάνο σε ένα Arduino».

Και έτσι, για να αποφύγουμε τα «σκουπίδια» στην έξοδο, θα καταρτίσουμε μια λίστα τεχνικών απαιτήσεων που πρέπει να έχει το πρωτότυπό μας. Μέχρι να τα πετύχει, το έργο θεωρείται ημιτελές. Όλα φαίνονται απλά.

Απαιτήσεις για τροφοδοτικό μεταγωγής:

- Ρυθμιζόμενη τάση εξόδου σε 10-15V DC.
- Τάση εισόδου: 160-255V AC;
- Ρεύμα δευτερεύοντος κυκλώματος: 40A
- Διαθεσιμότητα ενός φίλτρου κοινής λειτουργίας.
- Διαθεσιμότητα διορθωτή συντελεστή ισχύος (PFC).
- Συνημίτονο phi: όχι λιγότερο από 0,9.
- Γαλβανική απομόνωση εισόδου και εξόδου.
- Προστασία από βραχυκύκλωμα στο δευτερεύον κύκλωμα.
- Τρέχων χρόνος απόκρισης προστασίας: όχι περισσότερο από 1 ms.
- Σταθερότητα τάσης εξόδου: όχι χειρότερη από 0,1%.
- Θερμοκρασία των στοιχείων ισχύος της συσκευής: όχι μεγαλύτερη από 55 μοίρες σε 100% φορτίο.
- Συνολική απόδοση της συσκευής: όχι λιγότερο από 90%.
- Διαθεσιμότητα ένδειξης τάσης και ρεύματος.

Θα ήθελα επίσης να σημειώσω ένα χαρακτηριστικό του σχεδιασμένου SMPS - είναι εντελώς αναλογικό. Αυτή ήταν μια πολύ σημαντική απαίτηση, γιατί... Εγώ τα τελευταία χρόνιακυρίως σχεδιασμένο χρησιμοποιώντας DSPεπεξεργαστές ως τον έλεγχο «εγκέφαλο», αλλά αυτό τρομάζει τον «πελάτη». Επειδή αυτή τη στιγμή μένει 2500 χλμ από εμένα και σε περίπτωση βλάβης, οι επισκευές θα διαρκέσουν πολύ, οπότε είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί μια συσκευή με μέγιστη δυνατότητα συντήρησης. Ο πελάτης είναι έμπειρο άτομο σε αναλογικά κυκλώματα και θα το επισκευάσει σε περίπτωση προβλημάτων χωρίς καμία προώθηση, το πολύ θα πρέπει να τηλεφωνήσετε και να συζητήσετε το πρόβλημα.

Ας συνοψίσουμε: όταν αναπτύσσω, κατασκευάζω και στη συνέχεια δοκιμάζω το SMPS και αποκτώ χαρακτηριστικά απόδοσης ως αποτέλεσμα δοκιμών που δεν είναι τουλάχιστον χειρότερες από αυτές που περιγράφονται παραπάνω, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι το έργο είναι επιτυχές, η μονάδα μπορεί να δοθεί στον ιδιοκτήτης, και εγώ ο ίδιος μπορούμε να χαρούμε για ένα ακόμη επιτυχημένο κομμάτι υλικού. Αλλά όλα αυτά είναι πολύ μπροστά…

Λειτουργικό διάγραμμα

Συνήθως μάλωνα με τους ανωτέρους μου για το θέμα ότι τα λειτουργικά διαγράμματα είναι για ανδρείκελα και αρνιόμουν να σχεδιάσω, αλλά επειδή... Το άρθρο εξακολουθεί να προορίζεται για αρχάριους στα ηλεκτρονικά και για να είναι ενδιαφέρον για όλους να το διαβάσουν, θα το σχεδιάσω και θα περιγράψω τι κάνει κάθε μπλοκ. Και ακόμη και ελλείψει πλήρους τεχνικής προδιαγραφής, αυτό το σχέδιο θα μου επιτρέψει να μην αποκλίνω από την αρχική ιδέα στη διαδικασία της εργασίας.

Εικόνα 1 - Λειτουργικό διάγραμμα του SMPS

Τώρα θα εξετάσω εν συντομία κάθε μπλοκ και θα εξετάσουμε αυτές τις λύσεις με περισσότερες λεπτομέρειες στο στάδιο του σχεδιασμού του κυκλώματος. Και έτσι οι ίδιες οι ενότητες:

1) Φίλτρο κοινής λειτουργίας - έχει σχεδιαστεί για να εξοικονομεί το δίκτυο και τις οικιακές συσκευές που είναι συνδεδεμένες σε αυτό από τις παρεμβολές που δημιουργούνται από το τροφοδοτικό μας. Μην ανησυχείτε - οποιοδήποτε τροφοδοτικό διακόπτη τα παράγει, γι' αυτό το 90% των SMPS έχουν κοινό φίλτρο λειτουργίας. Προστατεύει επίσης τη μονάδα μας από παρεμβολές που προέρχονται από το δίκτυο. Πρόσφατα συνάντησα την εργασία κάποιου πτυχιούχου σε αυτό το θέμα, όλα εξηγούνται εκεί με σαφήνεια -. Ο συγγραφέας του διπλώματος είναι ο Kurinkov A.V., για τον οποίο τον ευχαριστούμε ειλικρινά, τουλάχιστον ένα πτυχίο πανεπιστημίου σε αυτόν τον κόσμο θα είναι χρήσιμο))

2) Η τροφοδοσία αναμονής είναι «κλασική» στο τσιπ TOP227, το κύκλωμα πιθανότατα θα ληφθεί απευθείας από το φύλλο δεδομένων με την προσθήκη γαλβανικής απομόνωσης από το δίκτυο μέσω ενός οπτικού συζεύκτη. Η έξοδος θα υλοποιηθεί με τη μορφή 2 περιελίξεων απομονωμένων μεταξύ τους με τάση 15V και 1Α το καθένα. Ο ένας θα τροφοδοτήσει τον ελεγκτή PWM του διορθωτή, ο δεύτερος ελεγκτής PWM της μισής γέφυρας.

3) Ο ανορθωτής γίνεται σε γέφυρα διόδου. Αρχικά ήθελα να χρησιμοποιήσω το σύγχρονο Mosfet N-καναλιών, αλλά σε τέτοιες τάσεις και σε ρεύμα 3-4Α θα ήταν σπατάλη πόρων.

4) Διορθωτής ενεργού ισχύος - δεν μπορείτε να το κάνετε χωρίς αυτό μόλις μιλάμε για καλή απόδοση και σύμφωνα με τις νομικές απαιτήσεις, η χρήση PFC είναι υποχρεωτική. Ένα PFC είναι στην πραγματικότητα ένας κανονικός ενισχυτής μετατροπέας που θα λύσει 2 προβλήματα: χαμηλή τάση εισόδου, επειδή στην έξοδό του θα βγάζει σταθερά 380V και θα σας επιτρέψει να λαμβάνετε ομοιόμορφα ρεύμα από το δίκτυο. Χρησιμοποίησα ένα πολύ δημοφιλές μικροκύκλωμα· στους Κινέζους (και όχι μόνο) αρέσει να το βάζουν μετατροπέας συγκόλλησηςγια τους ίδιους σκοπούς - ICE2PCS01. Δεν θα το κρύψω - το πήρα ως μια δοκιμασμένη στο χρόνο λύση, συναρμολόγησα μια ταμειακή μηχανή 6 kVA για ένα ημιαυτόματο μηχάνημα σε αυτό και δεν υπάρχουν προβλήματα εδώ και αρκετά χρόνια, η αξιοπιστία με αιχμαλωτίζει.

5) Ο ίδιος ο μετατροπέας τάσης υλοποιείται χρησιμοποιώντας μια τοπολογία "μισής γέφυρας"· για να εξοικειωθείτε με αυτήν, σας συμβουλεύω να διαβάσετε το κεφάλαιο στο βιβλίο του Semenov "Ηλεκτρονική ισχύος: Από απλή σε σύνθετη". Ο ελεγκτής μισής γέφυρας εφαρμόζεται σε ένα «κλασικό» μικροκύκλωμα TL494 που μοιάζει με τον Τσαϊκόφσκι: φθηνό, λειτουργικό, αξιόπιστο, δοκιμασμένο στο χρόνο - τι άλλο χρειάζεται; Όσοι το θεωρούν παλιό μπορούν να στρέψουν την προσοχή τους σε κάτι από το Τέξας από τη σειρά UCC38xxx. Αυτή η μονάδα εφαρμόζει ανάδραση τάσης στο TL431 + PC817, καθώς και προστασία ρεύματος στον αισθητήρα εφέ Hall - .

6) Σκοπεύω να εφαρμόσω τον μετασχηματιστή ισχύος σε πυρήνα Epcos τύπου ETD44/22/15 από υλικό N95. Ίσως η επιλογή μου να αλλάξει περαιτέρω όταν υπολογίσω τα δεδομένα περιέλιξης και τη συνολική ισχύ.

7) Δίστασα για μεγάλο χρονικό διάστημα μεταξύ της επιλογής του τύπου ανορθωτή στη δευτερεύουσα περιέλιξη μεταξύ μιας διπλής διόδου Schottky και ενός σύγχρονου ανορθωτή. Μπορείτε να εγκαταστήσετε μια διπλή δίοδο Schottky, αλλά αυτή είναι P = 0,6V * 40A = 24 W σε θερμότητα, με ισχύ SMPS περίπου 650 W, επιτυγχάνεται απώλεια 4%! Όταν χρησιμοποιείτε το πιο κοινό IRF3205 σε έναν σύγχρονο ανορθωτή, η αντίσταση του καναλιού θερμότητας θα απελευθερωθεί P = 0,008 Ohm * 40A * 40A = 12,8 W. Αποδεικνύεται ότι κερδίζουμε 2 φορές ή 2% αποτελεσματικότητα! Όλα ήταν εντάξει μέχρι που συναρμολόγησα μια λύση βασισμένη στο IR11688S σε ένα breadboard. Στις στατικές απώλειες στο κανάλι προστέθηκαν δυναμικές απώλειες μεταγωγής και τελικά αυτό έγινε. Η ικανότητα των εργαζομένων στον αγρό για υψηλά ρεύματα είναι ακόμα μεγάλη. Αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί με προγράμματα οδήγησης όπως το HCPL3120, αλλά αυτό αυξάνει την τιμή του προϊόντος και περιπλέκει υπερβολικά τη σχεδίαση του κυκλώματος. Στην πραγματικότητα, για αυτούς τους λόγους, αποφασίστηκε να εγκατασταθεί ένα διπλό Schottky και να κοιμηθεί ήσυχος.

8) Το κύκλωμα LC στην έξοδο, πρώτον, θα μειώσει τον κυματισμό του ρεύματος και, δεύτερον, θα σας επιτρέψει να "κόψετε" όλες τις αρμονικές. Το τελευταίο πρόβλημα είναι εξαιρετικά σημαντικό όταν τροφοδοτούνται συσκευές που λειτουργούν στην περιοχή ραδιοσυχνοτήτων και ενσωματώνουν αναλογικά κυκλώματα υψηλής συχνότητας. Στην περίπτωσή μας, μιλάμε για έναν πομποδέκτη HF, επομένως ένα φίλτρο είναι απλώς ζωτικής σημασίας εδώ, διαφορετικά η παρεμβολή θα «σέρνεται» στον αέρα. Στην ιδανική περίπτωση, μπορείτε επίσης να βάλετε έναν γραμμικό σταθεροποιητή στην έξοδο και να λάβετε ελάχιστους κυματισμούς μονάδων mV, αλλά στην πραγματικότητα, η ταχύτητα του λειτουργικού συστήματος θα σας επιτρέψει να λάβετε κυματισμούς τάσης εντός 20-30 mV ακόμη και χωρίς "λέβητα". ο πομποδέκτης, οι κρίσιμοι κόμβοι τροφοδοτούνται μέσω των LDO τους, επομένως ο πλεονασμός του είναι προφανής.

Λοιπόν, εξετάσαμε τη λειτουργικότητα και αυτή είναι μόνο η αρχή)) Αλλά δεν πειράζει, τότε θα πάει πιο δυναμικά γιατί ξεκινά το πιο ενδιαφέρον μέρος - οι υπολογισμοί των πάντων!

Υπολογισμός μετασχηματιστή ισχύος για μετατροπέα τάσης μισής γέφυρας

Τώρα αξίζει να σκεφτούμε λίγο το σχεδιασμό και την τοπολογία. Σκοπεύω να χρησιμοποιήσω τρανζίστορ πεδίου αντί για IGBT, ώστε να μπορώ να επιλέξω υψηλότερη συχνότητα λειτουργίας, ενώ σκέφτομαι τα 100 ή 125 kHz· παρεμπιπτόντως, η ίδια συχνότητα θα είναι και στο PFC. Η αύξηση της συχνότητας θα καταστήσει δυνατή την ελαφρά μείωση των διαστάσεων του μετασχηματιστή. Από την άλλη, δεν θέλω να ανεβάζω πολύ τη συχνότητα, γιατί... Χρησιμοποιώ το TL494 ως ελεγκτή, μετά τα 150 kHz δεν αποδίδει πλέον τόσο καλά και οι δυναμικές απώλειες θα αυξηθούν.

Με βάση αυτές τις εισόδους, ας υπολογίσουμε τον μετασχηματιστή μας. Έχω πολλά σετ ETD44/22/15 σε απόθεμα και έτσι προς το παρόν εστιάζω σε αυτό, Η λίστα των πηγών δεδομένων είναι η εξής:

1) Υλικό N95.
2) Τύπος πυρήνα ETD44/22/15;
3) Συχνότητα λειτουργίας - 100 kHz.
4) Τάση εξόδου - 15V;
5) Ρεύμα εξόδου - 40A.

Για τον υπολογισμό μετασχηματιστών έως 5 kW, χρησιμοποιώ το πρόγραμμα "Old Man", είναι βολικό και υπολογίζει αρκετά με ακρίβεια. Μετά από 5 kW, αρχίζει η μαγεία, οι συχνότητες αυξάνονται για να μειωθεί το μέγεθος και οι πυκνότητες πεδίου και ρεύματος φτάνουν σε τέτοιες τιμές που ακόμη και το εφέ δέρματος μπορεί να αλλάξει τις παραμέτρους σχεδόν 2 φορές, οπότε για υψηλές ισχύς χρησιμοποιώ το παλιομοδίτικο μέθοδος "με τύπους και σχέδιο με μολύβι σε χαρτί." Με την εισαγωγή των δεδομένων εισόδου σας στο πρόγραμμα, προέκυψε το ακόλουθο αποτέλεσμα:

Σχήμα 2 - Αποτέλεσμα υπολογισμού μετασχηματιστή για ημιγέφυρα

Το σχήμα στην αριστερή πλευρά δείχνει τα δεδομένα εισόδου, τα οποία περιέγραψα παραπάνω. Στο κέντρο τα αποτελέσματα που μας ενδιαφέρουν περισσότερο τονίζονται με μωβ. Θα τις αναλύσω εν συντομία:

1) Η τάση εισόδου είναι 380V DC, είναι σταθεροποιημένη, γιατί Η μισή γέφυρα τροφοδοτείται από το PFC. Μια τέτοια ισχύς απλοποιεί το σχεδιασμό πολλών εξαρτημάτων, επειδή Ο κυματισμός ρεύματος είναι ελάχιστος και ο μετασχηματιστής δεν χρειάζεται να τραβήξει τάση όταν η τάση δικτύου εισόδου είναι 140 V.

2) Η ισχύς που καταναλώθηκε (αντλήθηκε μέσω του πυρήνα) ήταν 600 W, που είναι 2 φορές μικρότερη από τη συνολική ισχύ (αυτή που μπορεί να αντλήσει ο πυρήνας χωρίς να περάσει σε κορεσμό), πράγμα που σημαίνει ότι όλα είναι καλά. Δεν βρήκα το υλικό N95 στο πρόγραμμα, αλλά στον ιστότοπο Epcos στο φύλλο δεδομένων παρατήρησα ότι τα N87 και N95 θα δώσουν πολύ παρόμοια αποτελέσματα, ελέγχοντας στο χαρτί διαπίστωσα ότι η διαφορά των 50 W στη συνολική ισχύ δεν είναι τρομερό λάθος.

3) Δεδομένα για την κύρια περιέλιξη: τυλίγουμε 21 μετατρέπεται σε 2 καλώδια με διάμετρο 0,8 mm, νομίζω ότι όλα είναι ξεκάθαρα εδώ; Η πυκνότητα ρεύματος είναι περίπου 8A/mm2, πράγμα που σημαίνει ότι οι περιελίξεις δεν θα υπερθερμανθούν - όλα είναι καλά.

4) Δεδομένα για τη δευτερεύουσα περιέλιξη: τυλίγουμε 2 περιελίξεις των 2 στροφών το καθένα με το ίδιο καλώδιο 0,8 mm, αλλά ήδη στα 14 - ακόμα το ρεύμα είναι 40A! Στη συνέχεια, συνδέουμε την αρχή μιας περιέλιξης και το τέλος της άλλης, θα εξηγήσω πώς να το κάνουμε αυτό αργότερα, για κάποιο λόγο οι άνθρωποι συχνά πέφτουν σε λήθαργο κατά τη συναρμολόγηση αυτή τη στιγμή. Ούτε εδώ φαίνεται να υπάρχει μαγεία.

5) Η αυτεπαγωγή του τσοκ εξόδου είναι 4,9 μH, το ρεύμα είναι 40Α, αντίστοιχα. Το χρειαζόμαστε για να μην υπάρχουν τεράστιοι κυματισμοί ρεύματος στην έξοδο του μπλοκ μας.Κατά τη διαδικασία εντοπισμού σφαλμάτων, θα δείξω σε έναν παλμογράφο πώς να δουλεύεις με και χωρίς αυτόν, όλα θα γίνουν ξεκάθαρα.

Ο υπολογισμός διήρκεσε 5 λεπτά, αν κάποιος έχει ερωτήσεις, ρωτήστε στα σχόλια ή στο PM - θα σας πω. Για να αποφύγετε την αναζήτηση του ίδιου του προγράμματος, προτείνω να το κατεβάσετε από το cloud χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο. Και τη βαθιά μου ευγνωμοσύνη στον Γέρο για το έργο του!

Το επόμενο λογικό βήμα θα είναι ο υπολογισμός του τσοκ εξόδου για τη μισή γέφυρα, αυτή ακριβώς είναι στα 4,9 μH.

Υπολογισμός παραμέτρων περιέλιξης για το τσοκ εξόδου

Λάβαμε τα δεδομένα εισόδου στην προηγούμενη παράγραφο κατά τον υπολογισμό του μετασχηματιστή, Αυτό:

1) Επαγωγή - 4,9 µH;
2) Ονομαστικό ρεύμα - 40A;
3) Πλάτος πριν από το γκάζι - 18V.
4) Τάση μετά τον επαγωγέα - 15V.

Χρησιμοποιούμε επίσης το πρόγραμμα από το Old Man (όλα αυτά βρίσκονται στον παραπάνω σύνδεσμο) και λαμβάνουμε τα ακόλουθα δεδομένα:

Σχήμα 3 - Υπολογισμένα δεδομένα για την περιέλιξη του τσοκ εξόδου

Ας δούμε τώρα τα αποτελέσματα:

1) Σύμφωνα με τα δεδομένα εισόδου, υπάρχουν 2 αποχρώσεις: η επιλεγμένη συχνότητα είναι η ίδια με την οποία λειτουργεί ο μετατροπέας, νομίζω ότι αυτό είναι λογικό. Το δεύτερο σημείο σχετίζεται με την πυκνότητα ρεύματος, θα σημειώσω αμέσως - το γκάζι πρέπει να ζεσταθεί! Αυτό ακριβώς είναι το πόσο ισχυρό προσδιορίζουμε ήδη, επέλεξα πυκνότητα ρεύματος 8A/mm 2 για να πάρω θερμοκρασία 35 βαθμών, αυτό φαίνεται στα δεδομένα εξόδου (με πράσινο χρώμα). Άλλωστε, όπως θυμόμαστε, σύμφωνα με τις απαιτήσεις στην έξοδο, χρειάζεται ένα «κρύο SMPS». Θα ήθελα επίσης να σημειώσω ένα ίσως όχι εντελώς προφανές σημείο για αρχάριους - ο επαγωγέας θα θερμανθεί λιγότερο εάν το ρέει μεγάλο ρεύμα, δηλαδή, με ονομαστικό φορτίο 40Α, ο επαγωγέας θα έχει ελάχιστη θέρμανση. Όταν το ρεύμα είναι μικρότερο από το ονομαστικό ρεύμα, τότε για μέρος της ενέργειας αρχίζει να λειτουργεί ως ενεργό φορτίο (αντίσταση) και μετατρέπει όλη την περίσσεια ενέργειας σε θερμότητα.

2) Μέγιστη επαγωγή, αυτή είναι μια τιμή που δεν μπορεί να ξεπεραστεί, διαφορετικά το μαγνητικό πεδίο θα κορεστεί τον πυρήνα και όλα θα είναι πολύ άσχημα. Αυτή η παράμετρος εξαρτάται από το υλικό και τις συνολικές του διαστάσεις. Για σύγχρονους ψεκασμένους πυρήνες σιδήρου, η τυπική τιμή είναι 0,5-0,55 T.

3) Δεδομένα περιέλιξης: 9 στροφές τυλίγονται με λοξό 10 νήματα σύρματος με διάμετρο 0,8 mm. Το πρόγραμμα υποδεικνύει έστω και κατά προσέγγιση πόσα επίπεδα θα χρειαστούν για αυτό. Θα κουρδίσω με 9 πυρήνες, γιατί... τότε θα είναι βολικό να χωρίσετε τη μεγάλη πλεξούδα σε 3 "πλεξούδες" από 3 σύρματα το καθένα και να τα κολλήσετε στον πίνακα χωρίς κανένα πρόβλημα.

4) Ουσιαστικά το ίδιο το δαχτυλίδι που θα το κουρδίσω έχει διαστάσεις 40/24/14,5 mm, φτάνει με ρεζέρβα. Υλικό Νο. 52, νομίζω ότι πολλοί άνθρωποι έχουν δει κίτρινους-μπλε δακτυλίους σε μπλοκ ATX· χρησιμοποιούνται συχνά σε τσοκ σταθεροποίησης ομάδας (GS).

Υπολογισμός του μετασχηματιστή τροφοδοσίας σε κατάσταση αναμονής

Το λειτουργικό διάγραμμα δείχνει ότι θέλω να χρησιμοποιήσω το "κλασικό" flyback στο TOP227 ως τροφοδοτικό σε κατάσταση αναμονής· όλοι οι ελεγκτές PWM, οι ενδείξεις και οι ανεμιστήρες του συστήματος ψύξης θα τροφοδοτούνται από αυτό. Συνειδητοποίησα ότι οι ανεμιστήρες θα τροφοδοτούνταν από το δωμάτιο ελέγχου μόνο μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, επομένως αυτή η στιγμή δεν εμφανίζεται στο διάγραμμα, αλλά δεν πειράζει, αυτή είναι ανάπτυξη σε πραγματικό χρόνο))

Ας προσαρμόσουμε λίγο τα δεδομένα εισόδου μας για να δούμε τι χρειαζόμαστε:

1) Περιελίξεις εξόδου για PWM: 15V 1A + 15V 1A;
2) Περιέλιξη εξόδου αυτοτροφοδοσίας: 15V 0,1A;
3) Περιέλιξη εξόδου για ψύξη: 15V 1A.

Έχουμε την ανάγκη για τροφοδοτικό με συνολική ισχύ - 2*15W + 1,5W + 15W = 46,5 W. Αυτή είναι η κανονική ισχύς για το TOP227, το χρησιμοποιώ σε μικρά SMPS έως 75 W για κάθε είδους φόρτιση μπαταριών, κατσαβίδια και άλλα σκουπίδια, εδώ και πολλά χρόνια είναι περίεργο που δεν έχει καεί ούτε ένα ακόμη.

Ας πάμε σε ένα άλλο πρόγραμμα του Γέρου και ας υπολογίσουμε τον μετασχηματιστή για flyback:

Σχήμα 4 - Στοιχεία υπολογισμού για μετασχηματιστή ισχύος σε κατάσταση αναμονής

1) Η επιλογή του πυρήνα δικαιολογείται απλά - τον έχω σε ποσότητα κουτιού και τραβάει τα ίδια 75 W)) Δεδομένα στον πυρήνα. Είναι κατασκευασμένο από υλικό N87 και έχει κενό 0,2 mm σε κάθε μισό ή 0,4 mm το λεγόμενο full gap. Αυτός ο πυρήνας προορίζεται άμεσα για τσοκ και για μετατροπείς flyback αυτή η επαγωγή είναι ακριβώς το τσοκ, αλλά δεν θα μπω στα ζιζάνια ακόμα. Εάν δεν υπήρχε κενό στον μετασχηματιστή μισής γέφυρας, τότε απαιτείται για τον μετατροπέα flyback, διαφορετικά, όπως κάθε επαγωγέας, απλά θα πάει σε κορεσμό χωρίς κενό.

2) Τα δεδομένα σχετικά με τον διακόπτη πηγής αποστράγγισης 700 V και την αντίσταση καναλιού 2,7 Ohm λαμβάνονται από το φύλλο δεδομένων του TOP227· αυτός ο ελεγκτής έχει έναν διακόπτη τροφοδοσίας ενσωματωμένο στο ίδιο το μικροκύκλωμα.

3) Πήρα λίγο την ελάχιστη τάση εισόδου με περιθώριο - 160V, αυτό έγινε για να κλείσει το ίδιο το τροφοδοτικό, η λειτουργία και η ένδειξη θα παραμείνει σε λειτουργία, θα αναφέρουν ασυνήθιστα χαμηλή τάση τροφοδοσίας.

4) Η κύρια περιέλιξή μας αποτελείται από 45 στροφές σύρματος 0,335 mm σε έναν πυρήνα. Οι δευτερεύουσες περιελίξεις ισχύος έχουν 4 στροφές και 4 πυρήνες με σύρμα 0,335 mm (διάμετρος), η περιέλιξη αυτοτροφοδοσίας έχει τις ίδιες παραμέτρους, επομένως όλα είναι ίδια, μόνο 1 πυρήνας, επειδή το ρεύμα είναι μια τάξη μεγέθους χαμηλότερο.

Υπολογισμός του τσοκ ισχύος του διορθωτή ενεργού ισχύος

Νομίζω ότι το πιο ενδιαφέρον μέρος αυτού του έργου είναι ο διορθωτής συντελεστή ισχύος, επειδή... Υπάρχουν αρκετές πληροφορίες για αυτά στο Διαδίκτυο και υπάρχουν ακόμη λιγότερα προγράμματα που λειτουργούν και περιγράφονται.

Επιλέγουμε το πρόγραμμα για υπολογισμό - PFC_ring (το PFC είναι KKM στα Βασουρμανικά), χρησιμοποιούμε τις ακόλουθες εισόδους:

1) Τάση τροφοδοσίας εισόδου - 140 - 265V;
2) Ονομαστική ισχύς - 600 W;
3) Τάση εξόδου - 380V DC;
4) Συχνότητα λειτουργίας - 100 kHz, λόγω επιλογής ελεγκτή PWM.

Εικόνα 5 - Υπολογισμός του τσοκ ισχύος ενός ενεργού PFC

1) Στα αριστερά, ως συνήθως, εισάγουμε τα αρχικά δεδομένα, ορίζοντας 140V ως ελάχιστο όριο, παίρνουμε ένα μπλοκ που μπορεί να λειτουργήσει με τάση δικτύου 140V, οπότε παίρνουμε έναν "ενσωματωμένο σταθεροποιητή τάσης".

Το κύκλωμα του εξαρτήματος τροφοδοσίας και του ελέγχου είναι αρκετά τυπικό· εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, μη διστάσετε να ρωτήσετε στα σχόλια ή σε προσωπικά μηνύματα. Θα προσπαθήσω να απαντήσω και να εξηγήσω σε όλους αν είναι δυνατόν.

Σχεδιασμός PCB τροφοδοτικού μεταγωγής

Έφτασα λοιπόν στη σκηνή που παραμένει για πολλούς κάτι ιερό - σχεδιασμός/ανάπτυξη/ιχνηλάτηση πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος. Γιατί προτιμώ τον όρο «σχεδιασμός»; Είναι πιο κοντά στην ουσία αυτής της λειτουργίας· για μένα, η «καλωδίωση» ενός πίνακα είναι πάντα μια δημιουργική διαδικασία, όπως ένας καλλιτέχνης που ζωγραφίζει μια εικόνα, και θα είναι ευκολότερο για τους ανθρώπους από άλλες χώρες να καταλάβουν τι κάνετε.

Η ίδια η διαδικασία σχεδιασμού της πλακέτας δεν περιέχει παγίδες· περιέχονται στη συσκευή για την οποία προορίζεται. Στην πραγματικότητα, τα ηλεκτρονικά ισχύος δεν προβάλλουν κανέναν άγριο αριθμό κανόνων και απαιτήσεων στο πλαίσιο των ίδιων αναλογικών μικροκυμάτων ή ψηφιακών λεωφορείων δεδομένων υψηλής ταχύτητας.

Θα απαριθμήσω τις βασικές απαιτήσεις και κανόνες που σχετίζονται ειδικά με τα κυκλώματα ισχύος, αυτό θα επιτρέψει την υλοποίηση του 99% των ερασιτεχνικών σχεδίων. Δεν θα σας πω για τις αποχρώσεις και τα "κόλπα" - ο καθένας πρέπει να πάρει τις δικές του μπριζόλες, να αποκτήσει εμπειρία και στη συνέχεια να λειτουργήσει με αυτό. Και έτσι πήγαμε:

Λίγα λόγια για την πυκνότητα ρεύματος σε τυπωμένους αγωγούς

Οι άνθρωποι συχνά δεν σκέφτονται αυτήν την παράμετρο και έχω συναντήσει καταστάσεις όπου το εξάρτημα ισχύος είναι κατασκευασμένο από αγωγούς 0,6 mm, με το 80% της επιφάνειας της πλακέτας απλώς να είναι άδειο. Το γιατί να το κάνω αυτό είναι ένα μυστήριο για μένα προσωπικά.

Ποια είναι λοιπόν η πυκνότητα ρεύματος που μπορεί να ληφθεί υπόψη; Για ένα κανονικό καλώδιο, η τυπική τιμή είναι 10A/mm 2, αυτός ο περιορισμός συνδέεται με την ψύξη του σύρματος. Μπορείτε να περάσετε περισσότερο ρεύμα, αλλά πρώτα βάλτε το σε υγρό άζωτο. Επίπεδοι αγωγοί, όπως αυτοί σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, για παράδειγμα, έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια, η οποία τους καθιστά ευκολότερο να ψύχονται, πράγμα που σημαίνει ότι μπορείτε να αντέξετε οικονομικά υψηλότερες πυκνότητες ρεύματος. Για κανονικές συνθήκες με παθητική ή ψύξη αέρα, συνηθίζεται να λαμβάνεται υπόψη το 35-50 A/mm 2, όπου το 35 είναι για παθητική ψύξη, το 50 είναι παρουσία τεχνητής κυκλοφορίας αέρα (η περίπτωσή μου). Υπάρχει και άλλος αριθμός - 125 A/mm 2, αυτός είναι ένας πραγματικά μεγάλος αριθμός, δεν μπορούν να το αντέξουν όλοι οι υπεραγωγοί, αλλά είναι εφικτός μόνο με υποβρύχια ψύξη υγρού.

Συνάντησα το τελευταίο ενώ δούλευα με μια εταιρεία που ασχολείται με τις επικοινωνίες μηχανικής και το σχεδιασμό διακομιστών· ήταν το σχέδιο που έπεσε στην τύχη μου μητρική πλακέτα, δηλαδή το εξάρτημα με πολυφασική τροφοδοσία και μεταγωγή. Ήμουν πολύ έκπληκτος όταν είδα μια πυκνότητα ρεύματος 125 A/mm 2, αλλά μου εξήγησαν αυτή τη δυνατότητα και μου έδειξαν αυτή τη δυνατότητα στο περίπτερο - τότε κατάλαβα γιατί ολόκληρα ράφια διακομιστών είναι βυθισμένα σε τεράστιες δεξαμενές λαδιού)) )

Στο κομμάτι του υλικού μου όλα είναι πιο απλά, 50 A/mm 2 είναι αρκετά επαρκής αριθμός, με πάχος χαλκού 35 microns, τα πολύγωνα θα παρέχουν την απαιτούμενη διατομή χωρίς κανένα πρόβλημα. Τα υπόλοιπα ήταν για γενική ανάπτυξηκαι κατανόηση του ζητήματος.

2) Μήκος αγωγών - σε αυτό το σημείο δεν χρειάζεται να ευθυγραμμιστούν οι γραμμές με ακρίβεια 0,1 mm, όπως γίνεται, για παράδειγμα, κατά την "διάταξη" του διαύλου δεδομένων DDR3. Αν και εξακολουθεί να είναι ιδιαίτερα σκόπιμο να κάνετε το μήκος γραμμές σήματοςπερίπου ίσο σε μήκος. +-30% του μήκους θα είναι αρκετό, το κύριο πράγμα είναι να μην κάνετε το HIN 10 φορές μεγαλύτερο από το LIN. Αυτό είναι απαραίτητο για να μην μετατοπίζονται τα μέτωπα του σήματος το ένα σε σχέση με το άλλο, επειδή ακόμη και σε συχνότητα μόνο εκατό kilohertz, μια διαφορά 5-10 φορές μπορεί να προκαλέσει διέλευση ρεύματος στους διακόπτες. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν η τιμή "νεκρού χρόνου" είναι χαμηλή, ακόμη και στο 3% για το TL494 αυτό ισχύει.

3) Το κενό μεταξύ των αγωγών - είναι απαραίτητο να μειωθούν τα ρεύματα διαρροής, ειδικά για αγωγούς όπου ρέει σήμα RF (PWM), επειδή το πεδίο στους αγωγούς αναδύεται έντονα και το σήμα RF, λόγω του φαινομένου δέρματος, τείνει να διαφύγει τόσο στην επιφάνεια του αγωγού όσο και πέρα ​​από τα όριά του. Συνήθως ένα κενό 2-3 mm είναι αρκετό.

4) Το κενό γαλβανικής απομόνωσης είναι το κενό μεταξύ γαλβανικά απομονωμένων τμημάτων της σανίδας, συνήθως η απαίτηση διάσπασης είναι περίπου 5 kV. Για να διαπεράσετε 1 mm αέρα χρειάζεστε περίπου 1-1,2 kV, αλλά στην περίπτωσή μας η διάσπαση είναι δυνατή όχι μόνο μέσω αέρα, αλλά και μέσω PCB και μάσκας. Στο εργοστάσιο χρησιμοποιούνται υλικά που υποβάλλονται σε ηλεκτρολογικές δοκιμές και μπορείς να κοιμηθείς ήσυχος. Επομένως, το κύριο πρόβλημα είναι ο αέρας και από τις συνθήκες που περιγράφονται παραπάνω μπορούμε να συμπεράνουμε ότι περίπου 5-6 mm διάκενου θα είναι αρκετό. Βασικά, ο διαχωρισμός των πολυγώνων κάτω από τον μετασχηματιστή, επειδή είναι το κύριο μέσο γαλβανικής απομόνωσης.

Τώρα ας περάσουμε κατευθείαν στο σχεδιασμό του πίνακα, δεν θα μπω σε σούπερ λεπτομέρειες σε αυτό το άρθρο και γενικά δεν έχω μεγάλη επιθυμία να γράψω ολόκληρο βιβλίο κειμένου. Αν υπάρχουν αρκετά ΜΕΓΑΛΗ ομαδαΑν κάποιος ενδιαφέρεται (θα κάνω μια έρευνα στο τέλος), θα κάνω απλώς βίντεο για την "καλωδίωση" αυτής της συσκευής, θα είναι πιο γρήγορη και πιο κατατοπιστική.

Στάδια δημιουργίας πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος:

1) Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να αποφασίσετε για τις κατά προσέγγιση διαστάσεις της συσκευής. Εάν έχετε μια έτοιμη θήκη, τότε θα πρέπει να μετρήσετε το κάθισμα σε αυτό και να βασίσετε τις διαστάσεις της σανίδας σε αυτό. Σκοπεύω να φτιάξω μια ειδική θήκη από αλουμίνιο ή ορείχαλκο, οπότε θα προσπαθήσω να φτιάξω την πιο συμπαγή συσκευή χωρίς να χάσω τα χαρακτηριστικά ποιότητας και απόδοσης.

Εικόνα 9 - Δημιουργία κενού για τον μελλοντικό πίνακα

Θυμηθείτε - οι διαστάσεις της σανίδας πρέπει να είναι πολλαπλάσιο του 1 mm! Ή τουλάχιστον 0,5 χιλιοστά, διαφορετικά θα θυμάστε ακόμα τη διαθήκη μου από τον Λένιν όταν συναρμολογείτε τα πάντα σε ένα πάνελ και κάνετε κενά για παραγωγή και οι σχεδιαστές που θα δημιουργήσουν μια θήκη για την σανίδα σας θα σας βρέξουν με κατάρες. Δεν χρειάζεται να δημιουργήσετε μια σανίδα με διαστάσεις ala “208,625 mm” εκτός αν είναι απολύτως απαραίτητο!
ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ. ευχαριστώ σύντροφε Lunkov για το γεγονός ότι μου μετέφερε ακόμα αυτή τη φωτεινή σκέψη))

Εδώ έκανα 4 επεμβάσεις:

Α) Έφτιαξα τον ίδιο τον πίνακα με συνολικές διαστάσεις 250x150 mm. Αν και αυτό είναι ένα κατά προσέγγιση μέγεθος, τότε νομίζω ότι θα συρρικνωθεί αισθητά.
β) Στρογγυλεμένες οι γωνίες, γιατί κατά τη διαδικασία παράδοσης και συναρμολόγησης, τα αιχμηρά θα σκοτωθούν και θα τσαλακωθούν + η σανίδα φαίνεται πιο ωραία.
γ) Τοποθετημένες οπές στερέωσης, μη επιμεταλλωμένες, με διάμετρο οπής 3 mm για τυπικούς συνδετήρες και σχάρες.
δ) Δημιούργησα μια κλάση «NPTH», στην οποία όρισα όλες τις μη επιμεταλλωμένες τρύπες και δημιούργησα έναν κανόνα για αυτήν, δημιουργώντας ένα κενό 0,4 mm μεταξύ όλων των άλλων στοιχείων και στοιχείων της κατηγορίας. Αυτή είναι η τεχνολογική απαίτηση της Rezonit για την τυπική κατηγορία ακρίβειας (4η).

Εικόνα 10 - Δημιουργία κανόνα για μη επιμεταλλωμένες τρύπες

2) Το επόμενο βήμα είναι να τακτοποιήσετε τα εξαρτήματα λαμβάνοντας υπόψη όλες τις απαιτήσεις· θα πρέπει να είναι ήδη πολύ κοντά στην τελική έκδοση, επειδή Τις περισσότερες φορές, οι τελικές διαστάσεις του πίνακα και ο συντελεστής μορφής του θα καθοριστούν τώρα.

Εικόνα 11 - Ολοκληρώθηκε η κύρια τοποθέτηση των εξαρτημάτων

Εγκατέστησα τα κύρια εξαρτήματα, πιθανότατα δεν θα μετακινηθούν και επομένως διαστάσειςΟι σανίδες τελικά καθορίζονται - 220 x 150 mm. Ο ελεύθερος χώρος στην πλακέτα έχει μείνει για κάποιο λόγο· εκεί θα τοποθετηθούν μονάδες ελέγχου και άλλα μικρά εξαρτήματα SMD. Για να μειωθεί το κόστος της πλακέτας και η ευκολία εγκατάστασης, όλα τα εξαρτήματα θα βρίσκονται μόνο στο επάνω στρώμα και κατά συνέπεια θα υπάρχει μόνο ένα στρώμα μεταξοτυπίας.

Εικόνα 13 - τρισδιάστατη όψη της πλακέτας μετά την τακτοποίηση των εξαρτημάτων

3) Τώρα, έχοντας καθορίσει την τοποθεσία και γενική δομήΤακτοποιούμε τα υπόλοιπα εξαρτήματα και «χωρίζουμε» την πλακέτα. Ο σχεδιασμός της πλακέτας μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: χειροκίνητα και χρησιμοποιώντας έναν αυτόματο δρομολογητή, έχοντας προηγουμένως περιγράψει τις ενέργειές του με μερικές ντουζίνες κανόνες. Και οι δύο μέθοδοι είναι καλές, αλλά θα συνεχίσω να φτιάξω αυτόν τον πίνακα με το χέρι, γιατί... Υπάρχουν λίγα εξαρτήματα και δεν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις για ευθυγράμμιση γραμμής και ακεραιότητα σήματος και δεν πρέπει να υπάρχουν. Αυτό θα είναι σίγουρα πιο γρήγορο, το autoouting είναι καλό όταν υπάρχουν πολλά εξαρτήματα (από 500 και μετά) και το κύριο μέρος του κυκλώματος είναι ψηφιακό. Αν και αν ενδιαφέρεται κάποιος, μπορώ να σας δείξω πώς να "διαχωρίζετε" τις σανίδες αυτόματα σε 2 λεπτά. Αλήθεια, πριν από αυτό θα πρέπει να γράφεις τους κανόνες όλη μέρα, χε.

Μετά από 3-4 ώρες «μάγιας» (τις μισές φορές που ζωγράφιζα τα μοντέλα που έλειπαν) με τη θερμοκρασία και ένα φλιτζάνι τσάι, τελικά καλώδιο την πλακέτα. Δεν σκέφτηκα καν να εξοικονομήσω χώρο· πολλοί θα πουν ότι οι διαστάσεις θα μπορούσαν να είχαν μειωθεί κατά 20-30% και θα είχαν δίκιο. Έχω ένα μονοκόμματο αντίγραφο και το χάσιμο του χρόνου μου, που είναι σαφώς πιο ακριβό από 1 dm2 για μια σανίδα δύο στρώσεων, ήταν απλά κρίμα. Μιλώντας για την τιμή της σανίδας - όταν παραγγέλνετε από τη Rezonit, το 1 dm 2 μιας τυπικής σανίδας δύο επιπέδων κατηγορίας κοστίζει περίπου 180-200 ρούβλια, επομένως δεν μπορείτε να εξοικονομήσετε πολλά εδώ εκτός αν έχετε μια παρτίδα 500+ τεμαχίων, σειρά μαθημάτων. Με βάση αυτό, μπορώ να συμβουλεύσω - μην παραπλανηθείτε με τη μείωση της περιοχής εάν είναι κατηγορίας 4 και δεν υπάρχουν απαιτήσεις για διαστάσεις. Και αυτό είναι το αποτέλεσμα:

Εικόνα 14 - Σχεδιασμός πλακέτας για τροφοδοτικό μεταγωγής

Στο μέλλον, θα σχεδιάσω μια θήκη για αυτήν τη συσκευή και πρέπει να μάθω τις πλήρεις διαστάσεις της, καθώς και να μπορώ να τη «δοκιμάζω» μέσα στη θήκη, ώστε στο τελικό στάδιο να μην είναι ξεκάθαρο, π.χ. ότι η κύρια πλακέτα παρεμβαίνει στους συνδέσμους στη θήκη ή στην οθόνη. Για να το κάνω αυτό, προσπαθώ πάντα να σχεδιάζω όλα τα στοιχεία σε τρισδιάστατη μορφή, η έξοδος είναι αυτό το αποτέλεσμα και ένα αρχείο σε μορφή .step για το δικό μου Autodesk Inventor:

Εικόνα 15 - Τρισδιάστατη όψη της συσκευής που προκύπτει

Εικόνα 16 - Τρισδιάστατη όψη της συσκευής (κάτοψη)

Η τεκμηρίωση είναι τώρα έτοιμη. Τώρα πρέπει να δημιουργήσω το απαραίτητο πακέτο αρχείων για να παραγγείλω εξαρτήματα, έχω όλες τις ρυθμίσεις ήδη καταχωρημένες στο Altium, οπότε όλα μεταφορτώνονται με ένα κουμπί. Χρειαζόμαστε αρχεία Gerber και ένα αρχείο NC Drill, το πρώτο αποθηκεύει πληροφορίες σχετικά με τα στρώματα και το δεύτερο αποθηκεύει τις συντεταγμένες διάτρησης. Μπορείτε να δείτε το αρχείο για τη λήψη τεκμηρίωσης στο τέλος του άρθρου στο έργο, όλα μοιάζουν κάπως έτσι:

Εικόνα 17 - Σχηματισμός πακέτου τεκμηρίωσης για παραγγελία πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων

Μόλις τα αρχεία είναι έτοιμα, μπορείτε να παραγγείλετε τους πίνακες. Δεν θα προτείνω συγκεκριμένους κατασκευαστές· πιθανώς υπάρχουν καλύτεροι και φθηνότεροι για πρωτότυπα. Παραγγέλνω όλες τις σανίδες της τυπικής κατηγορίας 2,4,6 στρώσεων από την Rezonit, όπου παραγγέλνω σανίδες 2 και 4 επιπέδων της 5ης τάξης. Οι πλακέτες κατηγορίας 5, όπου υπάρχουν 6-24 στρώματα στην Κίνα (για παράδειγμα, το pcbway), αλλά οι πλακέτες HDI και κατηγορίας 5 με 24 ή περισσότερα στρώματα βρίσκονται ήδη μόνο στην Ταϊβάν, τελικά, η ποιότητα στην Κίνα είναι ακόμα χλιαρή και όπου το τίμημα δεν είναι κουτό δεν είναι τόσο ωραίο. Είναι όλα για πρωτότυπα!

Ακολουθώντας τις πεποιθήσεις μου, πηγαίνω στο Rezonit, ω, πόσα νεύρα χάλασαν και πόσο αίμα ήπιαν... αλλά στο ΠρόσφαταΦαίνεται ότι διορθώθηκαν και άρχισαν να δουλεύουν πιο επαρκώς, έστω και με κλωτσιές. Κάνω παραγγελίες μέσω του προσωπικού μου λογαριασμού, εισάγω στοιχεία πληρωμής, ανεβάζω αρχεία και στέλνω. Προσωπικός ΧώροςΜου αρέσει το δικό τους, με την ευκαιρία, υπολογίζουν αμέσως την τιμή και μπορούν να το πετύχουν αλλάζοντας τις παραμέτρους καλύτερες τιμέςχωρίς απώλεια ποιότητας.

Για παράδειγμα, τώρα ήθελα μια πλακέτα σε PCB 2 mm με χαλκό 35 micron, αλλά αποδείχθηκε ότι αυτή η επιλογή είναι 2,5 φορές πιο ακριβή από την επιλογή με PCB 1,5 mm και 35 micron - έτσι επέλεξα το δεύτερο. Για να αυξήσω την ακαμψία της σανίδας, πρόσθεσα πρόσθετες τρύπες για τις βάσεις - το πρόβλημα λύθηκε, η τιμή βελτιστοποιήθηκε. Παρεμπιπτόντως, αν ο πίνακας μπήκε σε σειρά, τότε κάπου 100 κομμάτια εξαφανίστηκε αυτή η διαφορά των 2,5 φορές και οι τιμές έγιναν ίσες, γιατί τότε αγοράστηκε ένα μη τυποποιημένο φύλλο για εμάς και ξοδεύτηκε χωρίς κανένα υπόλοιπο.

Εικόνα 18 - Τελική όψη του υπολογισμού του κόστους σανίδας

Το τελικό κόστος καθορίζεται: 3618 ρούβλια. Από αυτά, τα 2100 είναι προετοιμασία, πληρώνονται μόνο μία φορά ανά έργο, όλες οι επόμενες επαναλήψεις της παραγγελίας προχωρούν χωρίς αυτό και θα πληρώσετε μόνο για την περιοχή. Σε αυτή την περίπτωση, 759 ρούβλια για μια σανίδα με εμβαδόν 3,3 dm2, όσο μεγαλύτερη είναι η σειρά, τόσο χαμηλότερο θα είναι το κόστος, αν και τώρα είναι 230 ρούβλια/dm2, κάτι που είναι αρκετά αποδεκτό. Φυσικά, ήταν δυνατό να γίνει επείγουσα παραγωγή, αλλά παραγγέλνω συχνά, συνεργάζομαι με έναν διευθυντή και η κοπέλα προσπαθεί πάντα να προωθήσει την παραγγελία γρηγορότερα εάν η παραγωγή δεν είναι απασχολημένη - τελικά, ακόμη και με τη «μικρή σειρά ” επιλογή, ο χρόνος διεκπεραίωσης είναι 5-6 ημέρες, αρκεί απλώς να επικοινωνείτε ευγενικά και να μην είστε αγενείς με τους ανθρώπους. Και δεν βιάζομαι, οπότε αποφάσισα να εξοικονομήσω περίπου 40%, που είναι τουλάχιστον ωραίο.

Επίλογος

Λοιπόν, κατέληξα στο λογικό συμπέρασμα του άρθρου - απόκτηση σχεδίασης κυκλώματος, σχεδίασης πλακέτας και παραγγελίας πλακών στην παραγωγή. Θα υπάρχουν 2 μέρη συνολικά, το πρώτο είναι μπροστά σας και στο δεύτερο θα σας πω πώς εγκατέστησα, συναρμολόγησα και διόρθωση σφαλμάτων στη συσκευή.

Όπως υποσχέθηκα, μοιράζομαι τον πηγαίο κώδικα του έργου και άλλα προϊόντα:

1) Πηγή έργου στο Altium Designer 16 - ;
2) Αρχεία παραγγελίας πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων - . Τι γίνεται αν θέλετε να επαναλάβετε και να παραγγείλετε, για παράδειγμα, από την Κίνα, αυτό το αρχείο είναι περισσότερο από αρκετό.
3) Διάγραμμα συσκευής σε pdf - . Για όσους δεν θέλουν να ξοδέψουν χρόνο εγκαθιστώντας το Altium από τηλέφωνο ή για έλεγχο (υψηλής ποιότητας).
4) Και πάλι, για όσους δεν θέλουν να εγκαταστήσουν βαρύ λογισμικό, αλλά ενδιαφέρονται να στροβιλίσουν το υλικό, δημοσιεύω ένα τρισδιάστατο μοντέλο σε pdf - . Για να το προβάλετε, πρέπει να κάνετε λήψη του αρχείου· όταν το ανοίξετε, κάντε κλικ στην επιλογή «εμπιστεύστε το έγγραφο μόνο μία φορά» στην επάνω δεξιά γωνία και, στη συνέχεια, κάντε κλικ στο κέντρο του αρχείου και η λευκή οθόνη μετατρέπεται σε μοντέλο.

Θα ήθελα να ρωτήσω και τη γνώμη των αναγνωστών... Τώρα έχουν παραγγελθεί και οι πλακέτες, όπως και τα εξαρτήματα -μάλιστα είναι 2 εβδομάδες, για τι να γράψω άρθρο; Εκτός από τέτοια "μεταλλαγμένα" όπως αυτό, μερικές φορές θέλετε να σμιλέψετε κάτι μινιατούρα αλλά χρήσιμο, παρουσίασα αρκετές επιλογές στις δημοσκοπήσεις ή ίσως προτείνω την επιλογή σας σε ιδιωτικό μήνυμα, για να μην μπερδεύετε τα σχόλια.

Τι θέμα να επιλέξω για το επόμενο άρθρο μου;