Κύκλωμα σταθεροποιητή τάσης SMPS

Το άρθρο εξηγεί ένα κύκλωμα σταθεροποιητή τάσης τροφοδοσίας σταθερής κατάστασης χωρίς ρελέ, χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα ενίσχυσης πυρήνα φερρίτη και μερικά κυκλώματα οδηγού mosfet μισής γέφυρας. Η ιδέα ζητήθηκε από τον κ. McAnthony Bernard.

Τεχνικές προδιαγραφές

Αργά άρχισα να κοιτάζω χρησιμοποιούνται σταθεροποιητές τάσης στο εσωτερικό για τη ρύθμιση της τροφοδοσίας , αυξάνοντας την τάση όταν το βοηθητικό πρόγραμμα είναι χαμηλό και παραιτείται όταν η χρησιμότητα είναι υψηλή.

Είναι χτισμένο γύρω από τον κεντρικό μετασχηματιστή (σιδερένιο πυρήνα) τυλιγμένο σε στυλ αυτόματου μετασχηματιστή με πολλές βρύσες 180v, 200v, 220v, 240v 260v κ.λπ.

το κύκλωμα ελέγχου με τη βοήθεια ενός ρελέ επιλέγει τη σωστή βρύση για έξοδο. υποθέτω ότι είστε εξοικειωμένοι με αυτήν τη συσκευή.

Άρχισα να σκέφτομαι να εφαρμόσω τη λειτουργία αυτής της συσκευής με SMPS. Ποιο θα έχει το πλεονέκτημα να παρέχει σταθερή 220vac και σταθερή συχνότητα 50hz χωρίς τη χρήση ρελέ.

Έχω επισυνάψει σε αυτό το ταχυδρομείο το μπλοκ διάγραμμα της έννοιας.

Παρακαλώ επιτρέψτε μου να ξέρω τι πιστεύετε, εάν έχει νόημα να ακολουθήσετε αυτή τη διαδρομή.

Θα λειτουργήσει πραγματικά και θα εξυπηρετήσει τον ίδιο σκοπό; .

Επίσης, θα χρειαστώ τη βοήθειά σας στην ενότητα μετατροπέα DC σε DC υψηλής τάσης.

Χαιρετισμοί
McAnthony Bernard

Ο σχεδιασμός

Το προτεινόμενο κύκλωμα σταθεροποιητή τάσης κεντρικού πυρήνα βασισμένο σε φερρίτη χωρίς ρελέ μπορεί να γίνει κατανοητό με αναφορά στο ακόλουθο διάγραμμα και την επακόλουθη εξήγηση.

RVCC = 1K.1watt, CVCC = 0.1uF / 400V, CBOOT = 1uF / 400V

Το παραπάνω σχήμα δείχνει την πραγματική διαμόρφωση για την εφαρμογή μιας σταθεροποιημένης εξόδου 220V ή 120V ανεξάρτητα από τις διακυμάνσεις εισόδου ή ένα υπερβολικό φορτίο χρησιμοποιώντας δύο μη απομονωμένα στάδια επεξεργαστή ενισχυτή.

Εδώ, δύο ICs οδηγού μισής γέφυρας mosfet γίνονται τα κρίσιμα στοιχεία ολόκληρου του σχεδιασμού. Τα IC που εμπλέκονται είναι το ευέλικτο IRS2153 που σχεδιάστηκε ειδικά για την οδήγηση mosfets σε λειτουργία μισής γέφυρας χωρίς την ανάγκη περίπλοκων εξωτερικών κυκλωμάτων.

Μπορούμε να δούμε δύο πανομοιότυπα στάδια οδηγού μισής γέφυρας ενσωματωμένα, όπου το αριστερό πρόγραμμα οδήγησης χρησιμοποιείται ως στάδιο οδήγησης ώθησης ενώ η δεξιά πλευρά έχει διαμορφωθεί για επεξεργασία της τάσης ώθησης σε έξοδο ημιτονοειδούς κύματος 50Hz ή 60Hz σε συνδυασμό με εξωτερικό έλεγχο τάσης κύκλωμα.

Τα ICs είναι εσωτερικά προγραμματισμένα για να παράγουν έναν σταθερό κύκλο λειτουργίας 50% σε όλες τις εξόδους εξόδου μέσω μιας τοπολογίας πόλου τοτέμ. Αυτά τα pinouts συνδέονται με το mosfets ισχύος για την εφαρμογή των προβλεπόμενων μετατροπών. Τα IC διαθέτουν επίσης έναν εσωτερικό ταλαντωτή για την ενεργοποίηση της απαιτούμενης συχνότητας στην έξοδο, ο ρυθμός της συχνότητας καθορίζεται από ένα εξωτερικά συνδεδεμένο δίκτυο Rt / Ct.

Χρήση της δυνατότητας τερματισμού λειτουργίας

Το IC διαθέτει επίσης μια δυνατότητα τερματισμού λειτουργίας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σταματήσει την έξοδο σε περίπτωση υπερβολικού ρεύματος, υπερβολικής τάσης ή οποιασδήποτε ξαφνικής καταστροφικής κατάστασης.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την ου είναι IC οδηγού μισής γέφυρας, μπορείτε να ανατρέξετε σε αυτό το άρθρο: Half-Bridge Mosfet Driver IC IRS2153 (1) D - Pinouts, Επεξήγηση σημειώσεων εφαρμογής

Οι έξοδοι από αυτά τα IC είναι εξαιρετικά ισορροπημένες λόγω ενός πολύ εξελιγμένου εσωτερικού bootstrap και επεξεργασίας νεκρού χρόνου που εξασφαλίζουν την τέλεια και ασφαλή λειτουργία των συνδεδεμένων συσκευών.

Στο κύκλωμα σταθεροποιητή τάσης δικτύου SMPS που συζητήθηκε, το αριστερό στάδιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή περίπου 400V από μια είσοδο 310V που προέρχεται από τη διόρθωση της εισόδου δικτύου 220V.

Για είσοδο 120V, το στάδιο μπορεί να ρυθμιστεί για παραγωγή περίπου 200V μέσω του εικονιζόμενου επαγωγέα.

Ο επαγωγέας μπορεί να τυλιχτεί πάνω σε οποιοδήποτε τυποποιημένο συγκρότημα πυρήνα / μπομπίνας ΕΕ χρησιμοποιώντας 3 παράλληλους (δισδιάστατους) κλώνους από χαλκό σύρματος 0,3 mm από σμάλτο και περίπου 400 στροφές.

Επιλογή της συχνότητας

Η συχνότητα θα πρέπει να ρυθμιστεί επιλέγοντας σωστά τις τιμές του Rt / Ct έτσι ώστε να επιτυγχάνεται υψηλή συχνότητα περίπου 70kHz για το αριστερό στάδιο μετατροπέα ώθησης, κατά μήκος του απεικονιζόμενου επαγωγέα.

Το δεξί χέρι IC οδηγού είναι τοποθετημένο για να λειτουργεί με τα παραπάνω 400V DC από τον μετατροπέα ώθησης μετά από κατάλληλη διόρθωση και φιλτράρισμα, όπως φαίνεται στο διάγραμμα.

Εδώ οι τιμές των Rt και Ct επιλέγονται για απόκτηση περίπου 50Hz ή 60Hz (σύμφωνα με τις προδιαγραφές της χώρας) σε όλη την έξοδο των συνδεδεμένων mosfets

Ωστόσο, η έξοδος από το στάδιο του οδηγού της δεξιάς πλευράς μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 550V, και αυτό πρέπει να ρυθμιστεί στα επιθυμητά επίπεδα ασφαλείας, στα 220V ή 120V περίπου

Για αυτό περιλαμβάνεται μια απλή διαμόρφωση ενισχυτή σφάλματος opamp, όπως απεικονίζεται στο παρακάτω διάγραμμα.

Κύκλωμα διόρθωσης υπέρτασης

Όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα, το στάδιο διόρθωσης τάσης χρησιμοποιεί έναν απλό συγκριτή opamp για την ανίχνευση της κατάστασης υπέρτασης.

Το κύκλωμα πρέπει να ρυθμιστεί μόνο μία φορά για να απολαμβάνει μόνιμη σταθεροποιημένη τάση στο επίπεδο ρύθμισης ανεξάρτητα από τις διακυμάνσεις εισόδου ή την υπερφόρτωση, ωστόσο αυτά δεν μπορούν να ξεπεραστούν πέρα ​​από ένα καθορισμένο ανεκτό όριο του σχεδιασμού.

Όπως απεικονίζεται, η τροφοδοσία στον ενισχυτή σφάλματος προέρχεται από την έξοδο μετά από κατάλληλη διόρθωση του AC σε καθαρό σταθερό χαμηλό ρεύμα 12V DC για το κύκλωμα.

Ο πείρος # 2 ορίζεται ως είσοδος αισθητήρα για το IC ενώ ο μη αναστρέψιμος πείρος # 3 αναφέρεται σε σταθερό 4,7V μέσω δικτύου διόδων σύσφιξης.

Η είσοδος ανίχνευσης εξάγεται από ένα μη σταθεροποιημένο σημείο στο κύκλωμα και η έξοδος του IC συνδέεται με τον ακροδέκτη Ct του IC του δεξιού πλευράς του προγράμματος οδήγησης.

Αυτός ο πείρος λειτουργεί ως πείρος τερματισμού λειτουργίας για το IC και μόλις βιώσει χαμηλότερο από το 1/6 του Vcc του, αδειάζει αμέσως τις τροφοδοσίες εξόδου στα mosfets κλείνοντας τη διαδικασία σε στάση.

Η προεπιλογή που σχετίζεται με τον πείρο # 2 του opamp προσαρμόζεται κατάλληλα έτσι ώστε το ρεύμα εξόδου AC να καταλήγει στα 220V από τη διαθέσιμη έξοδο 450V ή 500V ή στα 120V από έξοδο 250V.

Όσο ο πείρος # 2 βιώνει μια υψηλότερη τάση σε σχέση με τον πείρο # 3, συνεχίζει να διατηρεί την έξοδο χαμηλή, η οποία με τη σειρά του δίνει εντολή στο IC του προγράμματος οδήγησης να κλείσει, ωστόσο το «κλείσιμο» διορθώνει αμέσως την είσοδο opamp, αναγκάζοντάς την για να αποσύρει το χαμηλό σήμα εξόδου του και ο κύκλος συνεχίζει να διορθώνει την έξοδο στα ακριβή επίπεδα, όπως καθορίζεται από την προεπιλεγμένη ρύθμιση ακίδων # 2.

Το κύκλωμα ενισχυτή σφάλματος σταθεροποιεί αυτήν την έξοδο και δεδομένου ότι το κύκλωμα έχει το πλεονέκτημα ενός σημαντικού περιθωρίου 100% μεταξύ της τάσης πηγής εισόδου και των ρυθμιζόμενων τιμών τάσης, ακόμη και υπό εξαιρετικά χαμηλές συνθήκες τάσης, οι έξοδοι καταφέρνουν να παρέχουν τη σταθερή σταθερή τάση στο φορτίο ανεξάρτητα από την τάση, το ίδιο ισχύει και σε περίπτωση που ένα απαράμιλλο φορτίο ή υπερφόρτωση συνδέεται στην έξοδο.

Βελτίωση του παραπάνω Σχεδίου:

Μια προσεκτική έρευνα δείχνει ότι ο παραπάνω σχεδιασμός μπορεί να τροποποιηθεί και να βελτιωθεί σημαντικά για να αυξήσει την αποδοτικότητα και την ποιότητα εξόδου του:

1. Ο επαγωγέας στην πραγματικότητα δεν απαιτείται και μπορεί να αφαιρεθεί
2. Η έξοδος πρέπει να αναβαθμιστεί σε κύκλωμα πλήρους γέφυρας έτσι ώστε η ισχύς να είναι η βέλτιστη για το φορτίο
3. Η έξοδος πρέπει να είναι καθαρό κυματοειδές κύμα και όχι τροποποιημένο όπως αναμένεται στον παραπάνω σχεδιασμό

Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά έχουν εξεταστεί και ληφθεί υπόψη στην ακόλουθη αναβαθμισμένη έκδοση του κυκλώματος σταθεροποιητή στερεάς κατάστασης:

Λειτουργία κυκλώματος

1. Το IC1 λειτουργεί σαν ένα κανονικό κύκλωμα ταλαντωτή πολλαπλών δονητών, του οποίου η συχνότητα μπορεί να ρυθμιστεί αλλάζοντας κατάλληλα την τιμή του R1. Αυτό αποφασίζει τον αριθμό των «πυλώνων» ή «τεμαχισμού» για την έξοδο SPWM.
2. Η συχνότητα από το IC 1 στον ακροδέκτη # 3 τροφοδοτείται στον ακροδέκτη # 2 του IC2 που είναι ενσύρματο ως γεννήτρια PWM.
3. Αυτή η συχνότητα μετατρέπεται σε τριγωνικά κύματα στον πείρο # 6 του IC2, το οποίο συγκρίνεται με μια τάση δείγματος στον πείρο # 5 του IC2
4. Ο ακροδέκτης # 5 του IC2 εφαρμόζεται με δείγμα κύματος σε συχνότητα 100 Hz που αποκτήθηκε από τον ανορθωτή γέφυρας, αφού κατεβεί κατάλληλα το δίκτυο στα 12V.
5. Αυτά τα δείγματα κυματοειδούς κύματος συγκρίνονται με τα κύματα τριγώνου πείρου # 7 του IC2, το οποίο οδηγεί σε ένα αναλογικά διακεκομμένο SPWM στον πείρο # 3 του IC2.
6. Τώρα, το πλάτος παλμού αυτού του SPWM εξαρτάται από το πλάτος των δειγμάτων κύματος από τον ανορθωτή γέφυρας. Με άλλα λόγια, όταν η τάση δικτύου AC είναι υψηλότερη παράγει ευρύτερα SPWM και όταν η τάση δικτύου AC είναι χαμηλότερη, μειώνει το πλάτος SPWM και το καθιστά στενότερο αναλογικά.
7. Το παραπάνω SPWM ανεστραμμένο από ένα τρανζίστορ BC547, και εφαρμόστηκε στις πύλες των χαμηλών πλευρικών κουνουπιών ενός δικτύου οδηγού πλήρους γέφυρας.
8. Αυτό συνεπάγεται ότι όταν το επίπεδο δικτύου AC θα πέσει η απόκριση στις πύλες mosfet θα έχει τη μορφή αναλογικά ευρύτερων SPWM, και όταν η τάση δικτύου AC αυξάνεται, οι πύλες θα βιώσουν ένα αναλογικά επιδεινούμενο SPWM.
9. Η παραπάνω εφαρμογή θα έχει ως αποτέλεσμα μια αναλογική αύξηση τάσης σε όλο το φορτίο που συνδέεται μεταξύ του δικτύου H-γέφυρας κάθε φορά που μειώνεται το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος και αντίστροφα το φορτίο θα περάσει από μια πτώση τάσης αναλογικής ποσότητας εάν το AC τείνει να ανέβει πάνω από το επίπεδο κινδύνου.

Πώς να ρυθμίσετε το κύκλωμα

Προσδιορίστε το κατά προσέγγιση σημείο μετάβασης στο κέντρο όπου η απόκριση SPWM μπορεί να είναι ακριβώς ίδια με το επίπεδο εναλλασσόμενου ρεύματος.

Ας υποθέσουμε ότι επιλέγετε να είναι στα 220V και, στη συνέχεια, ρυθμίστε την προεπιλογή 1K έτσι ώστε το φορτίο που είναι συνδεδεμένο στη γέφυρα H να λαμβάνει περίπου 220V.

Αυτό είναι όλο, η εγκατάσταση έχει ολοκληρωθεί τώρα και τα υπόλοιπα θα φροντιστούν αυτόματα.

Εναλλακτικά, μπορείτε να διορθώσετε την παραπάνω ρύθμιση προς το κατώτατο όριο τάσης με τον ίδιο τρόπο.

Ας υποθέσουμε ότι το χαμηλότερο κατώφλι είναι 170V, σε αυτήν την περίπτωση τροφοδοτήστε ένα 170V στο κύκλωμα και προσαρμόστε την προεπιλογή 1K μέχρι να βρείτε περίπου 210V στο φορτίο ή ανάμεσα στους βραχίονες της γέφυρας H.

Αυτά τα βήματα ολοκληρώνουν τη διαδικασία ρύθμισης και τα υπόλοιπα θα προσαρμόζονται αυτόματα σύμφωνα με τις αλλαγές στάθμης AC εισόδου.

Σπουδαίος : Συνδέστε έναν πυκνωτή υψηλής αξίας της τάξης των 500uF / 400V κατά μήκος της διορθωμένης γραμμής AC που τροφοδοτείται στο δίκτυο H-bridge, έτσι ώστε το διορθωμένο DC να μπορεί να φτάσει έως τα 310V DC κατά μήκος των γραμμών BUS H-bridge.