lightanddesign.ru
You might also like
Аналоговые источники питания (с трансформаторами) редко используются в большинстве современного электронного оборудования. На смену им приходят импульсные трансформаторы напряжения. Чтобы понять, почему это так, необходимо рассмотреть особенности конструкции, а также преимущества и недостатки этих устройств. В ней также будет объяснено назначение основных компонентов импульсного источника питания и приведены простые примеры применения, которые вы сможете собрать самостоятельно.
Конструктивные особенности и принцип работы
Среди различных методов преобразования напряжения для подачи питания на электронные компоненты различают два наиболее распространенных
- Аналог. Основным элементом является понижающий трансформатор, который, помимо своей основной функции, также обеспечивает гальваническую развязку.
- Инициация импульса.
Давайте рассмотрим различия между ними.
Блоки питания на основе силовых трансформаторов.
Давайте рассмотрим упрощенную схему этого устройства. Как показано на схеме, на входе находится понижающий трансформатор, через который преобразуется амплитуда напряжения питания. Например, с 220 В до 15 В. Следующий блок — выпрямитель, задача которого заключается в преобразовании синусоидальный ток в импульсах (гармоники указаны над символом). Для этого используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), соединенные в мостовую схему. Принцип их работы можно найти на нашем сайте.
Упрощенная схема аналогового блока питания
Следующие блоки имеют две функции Сглаживание (для этого используются конденсаторы подходящей емкости) и стабилизация напряжения. Последнее необходимо для того, чтобы напряжение не "падало" при увеличении нагрузки.
Принципиальная схема очень упрощена, и, как правило, этот тип источника имеет входной фильтр и схему защиты, но это не важно при описании работы устройства.
Все недостатки этой версии прямо или косвенно связаны с трансформатором, который является основным элементом конструкции. Во-первых, его вес и размеры ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным, в качестве примера приведен понижающий трансформатор 220/12В с номинальной мощностью 250 Вт. Это устройство весит около 4 кг и имеет размеры 125 x 124 x 89 мм. Вы можете себе представить, насколько его основание подходит для зарядного устройства для ноутбука.
Понижающий трансформатор OSO-0.25220/12
Во-вторых, цена этих устройств может значительно превышать общую стоимость других компонентов.
Импульсные устройства
Как видно из блок-схемы на рисунке 3, принцип работы этих устройств сильно отличается от принципа работы аналоговых преобразователей, во-первых, потому что отсутствует входной понижающий трансформатор.
Рисунок 3: Блок-схема импульсного источника питания
Рассмотрим алгоритм работы такого источника питания: питание подается на сетевой фильтр.
- Питание подается на сетевой фильтр. Роль сетевого фильтра заключается в минимизации как входящих, так и исходящих сетевых помех, возникающих в результате работы.
- Затем включается преобразователь синусоидального напряжения в импульсное постоянное напряжение и сглаживающий фильтр.
- На следующем этапе инвертор подключается к процессу. Задача процесса — генерировать высокочастотный квадратурный сигнал. Обратная связь с преобразователем обеспечивается блоком управления.
- Следующий блок — блок IT, который необходим для автоматической работы генератора, подачи напряжения в цепь, защиты, управления контроллером и нагрузки. Кроме того, ИТ отвечает за электрическую изоляцию между цепями высокого и низкого напряжения.
В отличие от понижающих трансформаторов, сердечники этих устройств изготовлены из ферромагнитного материала и способствуют надежной передаче радиочастотных сигналов в диапазоне 20-100 кГц. Особенностью ИТ является критическое соединение начальной и конечной точек обмоток. Небольшой размер устройства позволяет производить компактные устройства, например, электронные пускорегулирующие аппараты для светодиодных ламп или энергосберегающих ламп.
- Далее работает выходной выпрямитель. Для этой цели используются диоды Шоттки, поскольку процесс требует быстрых полупроводниковых элементов для работы при высокочастотных напряжениях.
- На последнем этапе происходит сглаживание в фильтре усиления, после чего напряжение подается на нагрузку.
Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы инвертора, который является основным элементом этого устройства.
Как работает инвертор?
ВЧ-модуляция может быть выполнена тремя способами
- Частота импульсов,.
- фазовые импульсы, и
- Широтно-импульсная модуляция.
На практике используется последний вариант. Это объясняется как его простотой, так и тем, что, в отличие от двух других методов модуляции, частота связи ШИМ фиксирована. Схема, показывающая работу контроллера, приведена ниже.
Структурная схема ШИМ-контроллера и основные формы сигналов
Алгоритм следующий.
Генератор опорной частоты генерирует серию квадратурных сигналов, частоты которых соответствуют опорной частоте. Основываясь на этих сигналах, UP пилообразная волна, подаваемая на вход K компаратора.PWM. На второй вход этого устройства подается сигнал UСША.поступающего от управляющего усилителя. Сигнал, производимый этим усилителем, соответствует пропорциональной разнице между UP (опорное напряжение) и UПК (управляющий сигнал от контура обратной связи). Это означает, что управляющий сигнал UСША.по сути, является напряжением выключения на уровне, который зависит как от тока нагрузки, так и от напряжения нагрузки (U)на выходе (U).
Этот метод реализации позволяет схемам с замкнутым контуром управлять выходным напряжением. Другими словами, мы, по сути, говорим о линейной дискретной функциональной единице. На его выходе генерируется импульс, длительность которого зависит от разницы между опорным и управляющим сигналом. Это генерирует напряжение для управления базовым транзистором инвертора.
Процесс стабилизации выходного напряжения осуществляется путем контроля его уровня; при изменении выходного напряжения изменяется напряжение регулирующего сигнала U.ПКи увеличивая или уменьшая длительность между импульсами.
В результате мощность во вторичной цепи изменяется, а выходное напряжение стабилизируется.
Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между сетью и обратной связью. Для этой цели обычно используются фотопары.
