Obsah
1. Obvodové složení spínaného zdroje
Hlavní obvod spínaného zdroje se skládá ze vstupního filtru elektromagnetického rušení (EMI), obvodu filtru usměrňovače, obvodu konverze výkonu, obvodu regulátoru PWM a obvodu filtru výstupního usměrňovače. Pomocné obvody zahrnují obvod ochrany proti vstupnímu přepětí, obvod ochrany proti výstupnímu přepětí, obvod ochrany proti výstupnímu nadproudu, obvod ochrany proti výstupnímu zkratu atd.
Blokové schéma spínaného zdroje je následující:
2. Principy a společná zapojení vstupních obvodů
2.1 Princip filtračního obvodu střídavého vstupního usměrňovače:
①. Obvod ochrany před bleskem: V případě úderu blesku a vzniku vysokého napětí, které se dostane do napájení přes rozvodnou síť, zajistí ochranu obvod složený z MOV1, MOV2, MOV3: F1, F2, F3 a FDG1. Když napětí přivedené na oba konce varistoru překročí jeho pracovní napětí, jeho odpor se sníží, což způsobí, že se na varistoru spotřebuje vysokonapěťová energie. Pokud je proud příliš velký, F1, F2 a F3 přepálí ochranný obvod.
②. Vstupní filtrační obvod: Síť dvojitého filtru π složená z C1, L1, C2 a C3 potlačuje především elektromagnetický šum a rušivé signály vstupního zdroje, aby se zabránilo rušení zdroje, a také zabraňuje vysokofrekvenčnímu šumu generovanému samotným zdrojem. Vlnové rušení do napájecí sítě. Při zapnutí napájení je třeba C5 nabít. Vzhledem k velkému okamžitému proudu může přidání RT1 (termistoru) účinně zabránit nárazovému proudu. Protože veškerá okamžitá energie je spotřebována na rezistoru RT1, odpor RT1 se po zvýšení teploty po určité době sníží (RT1 je součástka se záporným teplotním koeficientem). V této době je energie jím spotřebovaná velmi malá a následný obvod může normálně fungovat.
③. Obvod usměrňovače a filtru: Po usměrnění střídavého napětí obvodem BRG1 se toto napětí filtruje obvodem C5, čímž se získá relativně čisté stejnosměrné napětí. Pokud se kapacita C5 zmenší, zvlnění výstupního střídavého proudu se zvýší.
2.2 Princip stejnosměrného vstupního filtru:
①. Vstupní filtrační obvod: Vstupní filtrační obvod: Dvojitá π filtrační síť složená z C1, L1 a C2 potlačuje především elektromagnetický šum a rušivé signály vstupního napájení, aby se zabránilo rušení napájení. Zabraňuje také tomu, aby vysokofrekvenční rušení generované samotným napájecím zdrojem ovlivňovalo napájecí zdroj. Rušení v síti. C3 a C4 jsou bezpečnostní kondenzátory a L2 a L3 jsou induktory s diferenčním režimem.
②, R1, R2, R3, Z1, C6, Q1, Z2, R4, R5, Q2, RT1 a C7 tvoří obvod proti přepětí. V okamžiku spuštění Q2 nevede kvůli přítomnosti C6 a proud tvoří smyčku přes RT1. Q2 se zapne, když se napětí na C6 nabije na regulovanou hodnotu Z1. Pokud C8 uniká nebo je zkratován následný obvod, úbytek napětí generovaný proudem na RT1 se v okamžiku spuštění zvýší. Q1 se zapne a Q2 bez napětí na hradle nevede. RT1 v krátké době shoří. Chraňte následný obvod.
3. Obvod pro konverzi energie
3.1 Princip činnosti MOS trubice:
V současné době je nejpoužívanější trubicí s izolovaným hradlem MOSFET (MOS trubice), která využívá k práci elektroakustický efekt povrchu polovodiče. Nazývá se také zařízení s povrchovým efektem pole. Protože je její hradlo v nevodivém stavu, lze výrazně zvýšit vstupní odpor, a to až na 105 ohmů. MOS trubice využívá napětí hradlo-zdroj ke změně množství náboje indukovaného na povrchu polovodiče, čímž řídí odtokový proud.
3.2. Společná schémata:
3.3. Princip fungování:
R4, C3, R5, R6, C4, D1 a D2 tvoří vyrovnávací paměť a jsou připojeny paralelně ke spínací MOS trubici, aby se snížilo napěťové namáhání spínací trubice, omezilo elektromagnetické rušení a zabránilo se sekundárnímu průrazu. Když je spínací elektronka Q1 vypnutá, primární cívka transformátoru je náchylná ke generování špičkových napětí a proudů. Kombinace těchto součástek dokáže dobře absorbovat špičková napětí a proudy. Proudový špičkový signál měřený z R3 se podílí na regulaci pracovního cyklu proudu, a je tedy proudovým omezením pracovního cyklu proudu. Když napětí na R5 dosáhne 1 V, UC3842 přestane pracovat a spínač Q1 se okamžitě vypne. Přechodové kapacity CGS a CGD v R1 a Q1 společně tvoří síť RC. Nabíjení a vybíjení kondenzátoru přímo ovlivňuje rychlost spínání spínací elektronky. Pokud je R1 příliš malý, snadno způsobí oscilace a elektromagnetické rušení bude velké; pokud je R1 příliš velký, sníží rychlost spínání spínací trubice. Z1 obvykle omezuje GS napětí MOS trubice pod 18 V, čímž chrání MOS trubici. Napětí řízené hradlem Q1 má tvar pilovité vlny. Když je pracovní cyklus větší, doba vedení Q1 je delší a energie uložená v transformátoru je větší; když se Q1 vypne, transformátor prochází D1, D2, R5 , R4 a C3 uvolní energii a zároveň dosáhne účelu resetování magnetického pole, čímž se transformátor připraví na další ukládání a přenos energie. Integrovaný obvod neustále upravuje pracovní cyklus pilové vlny podle výstupního napětí a proudu, čímž stabilizuje výstupní proud a napětí celého stroje. C4 a R6 jsou obvody pro absorpci špičkového napětí.
3.4 Push-pull obvod pro převod výkonu:
Q1 a Q2 se postupně zapnou.
3.5 Napájecí převodní obvod s hnacím transformátorem:
T2 je řídicí transformátor, T1 je spínací transformátor a TR1 je proudová smyčka.
4. Výstupní filtrační obvod usměrňovače:
4.1 Obvod přímého usměrňovače:
T1 je spínací transformátor s primárním a sekundárním pólem ve stejné fázi. D1 je usměrňovací dioda, D2 je volnoběžná dioda a R1, C1, R2 a C2 jsou obvody špičkového ořezu. L1 je volnoběžná indukční cívka a C4, L2 a C5 vytvářejí proudový obvod.
Filtr typu π.
4.2 Obvod zpětného usměrňovače:
T1 je spínací transformátor s primárním a sekundárním pólem v opačných fázích. D1 je usměrňovací dioda, R1 a C1 jsou obvody špičkového ořezu. L1 je volnoběžná indukční cívka, R2 je fiktivní zátěž a C4, L2 a C5 vytvářejí proudový obvod.
Filtr typu π.
4.3 Synchronní usměrňovací obvod:
Princip činnosti: Když je horní konec sekundáru transformátoru kladný, proud prochází přes C2, R5, R6 a R7 a vede Q2, obvod tvoří smyčku a Q2 je usměrňovač. Hradlo Q1 je odpojeno, protože je zpětně předpjaté. Když je spodní konec sekundáru transformátoru kladný, proud prochází přes C3, R4 a R2 a vede Q1 a Q1 je volnoběžka. Hradlo Q2 je odříznuto, protože je zpětně vychýlené. L2 je volnoběžná indukční cívka a C6, L1 a C7 vytvářejí
Filtr typu π. R1, C1, R9 a C4 jsou obvody pro ořezávání špiček.
5. Princip smyčky stabilizace napětí
5.1 Schéma zapojení zpětné vazby:
5.2 Princip fungování:
Když výstup U0 po rozdělení vzorkovacími odpory R7, R8, R10 a VR1 stoupne, stoupne napětí na vývodu U1③. Když překročí referenční napětí na vývodu U1②, vývod U1① vyvede vysokou úroveň, což způsobí, že Q1 vede a optočlen OT1 vyzařuje světlo. Dioda vyzařuje světlo, fototranzistor se zapne a potenciál vývodu UC3842 ① se odpovídajícím způsobem sníží, čímž se změní pracovní cyklus výstupu vývodu U1 ⑥ a sníží se U0. Když se sníží výstupní napětí U0, sníží se i napětí na vývodu U1③. Když je nižší než referenční napětí na vývodu U1②, výstupní napětí vývodu U1① je nízké, Q1 nevede, světelná dioda optočlenu OT1 nevysílá světlo, fototranzistor nevede a potenciál vývodu UC3842① stoupá. High, čímž se změní pracovní cyklus výstupu kolíku U1⑥ na vyšší a U0 na nižší. Opakovaně zůstává výstupní napětí stabilní. Nastavením VR1 lze změnit hodnotu výstupního napětí.
Zpětnovazební smyčka je důležitý obvod, který ovlivňuje stabilitu spínaného zdroje. Pokud má například kondenzátor zpětnovazebního odporu chyby, úniky nebo slabé pájení, způsobí samobuzené oscilace. Mezi poruchové jevy patří: abnormální průběh, kmitání naprázdno a při plné zátěži, nestabilní výstupní napětí atd.
6. Ochranný obvod proti zkratu
1. V případě zkratu na výstupní svorce může řídicí obvod PWM omezit výstupní proud v bezpečném rozsahu. K realizaci obvodu pro omezení proudu může použít různé metody. Když omezení výkonového proudu při zkratu nefunguje, pouze další Přidat některé obvody.
2. Obvykle existují dva typy zkratových ochranných obvodů. Na obrázku níže je znázorněn obvod ochrany proti zkratu s nízkým výkonem. Jeho princip je stručně popsán následovně:
Když je výstupní obvod zkratován, výstupní napětí zmizí, optočlen OT1 nevede, napětí na vývodu UC3842 ① stoupne na přibližně 5 V, dělené napětí R1 a R2 překročí referenční napětí TL431, což způsobí jeho vedení, potenciál VCC vývodu UC3842 ⑦ je stažen dolů a IC přestane pracovat. Poté, co UC3842 přestane pracovat, potenciál kolíku ① zmizí, TL431 nevede, potenciál kolíku UC3842 ⑦ stoupne, UC3842 se znovu spustí a cyklus začne znovu. Když zkrat zmizí, obvod se může automaticky vrátit do normálního pracovního stavu.
3. Na obrázku níže je znázorněn obvod ochrany proti zkratu středního výkonu. Jeho princip je stručně popsán takto:
Když je výstup zkratován a napětí na vývodu ① UC3842 stoupne a potenciál vývodu ③ U1 je vyšší než potenciál vývodu ②, komparátor překlopí vývod ① a vyvede vysoký potenciál pro nabití C1. Když napětí na obou koncích C1 překročí referenční napětí vývodu ⑤, vývod U1 ⑦ vyvede nízký potenciál a vývod ① UC3842 klesne pod 1 V, UCC3842 přestane pracovat, výstupní napětí je 0 V a cyklus začne znovu. Když zkrat zmizí, obvod pracuje normálně. R2 a C1 jsou časové konstanty nabíjení a vybíjení. Pokud je hodnota odporu nesprávná, ochrana proti zkratu nebude fungovat.
4. Na obrázku níže je běžný obvod proudového omezení a ochrany proti zkratu. Jeho princip činnosti je stručně popsán následovně:
Při zkratu nebo nadproudu ve výstupním obvodu se zvyšuje primární proud transformátoru, zvyšuje se úbytek napětí na R3, zvyšuje se napětí na vývodu ③ a postupně se zvyšuje pracovní cyklus výstupu ⑥ UC3842. Když napětí na vývodu ③ překročí 1 V, UC3842 se vypne a nemá žádný výstup. .
5. Na následujícím obrázku je ochranný obvod, který používá proudový transformátor ke vzorkování proudu. Má nízkou spotřebu energie, ale vysoké náklady a složité zapojení. Jeho princip činnosti je stručně popsán následovně:
Pokud je výstupní obvod zkratován nebo je proud příliš velký, bude napětí indukované sekundární cívkou TR1 vyšší. Když napětí na vývodu ③ UC3842 překročí 1 V, UC3842 přestane pracovat a začne pracovat znovu a znovu. Když zkrat nebo přetížení zmizí, obvod se sám obnoví.
7. Ochrana proti proudovému omezení výstupních svorek
Na výše uvedeném obrázku je běžný ochranný obvod omezující výstupní proud. Jeho princip činnosti je stručně popsán výše: když je výstupní proud příliš velký, napětí na obou koncích RS (manganový měděný vodič) vzroste a napětí na vývodu U1③ je vyšší než referenční napětí na vývodu ②. Vývod U1① Výstupní napětí je vysoké, Q1 se zapne, v optočlenu nastane fotoelektrický jev, napětí na vývodu 1 UC3842 se sníží a výstupní napětí se sníží, čímž se dosáhne účelu omezení výstupního proudu při přetížení.
8. Princip obvodu výstupní přepěťové ochrany
Úkolem obvodu výstupní přepěťové ochrany je omezit výstupní napětí na bezpečnou hodnotu, pokud výstupní napětí překročí návrhovou hodnotu. Při selhání vnitřní smyčky stabilizace napětí spínaného zdroje nebo při vzniku výstupního přepětí v důsledku nesprávné obsluhy uživatelem chrání obvod přepěťové ochrany navazující elektrické zařízení před poškozením. Nejčastěji používané obvody přepěťové ochrany jsou následující:
1. Ochranný obvod spouště SCR:
Jak je znázorněno na obrázku výše, když výstup Uo1 stoupne, elektronka regulátoru napětí (Z3) se přeruší a zapne a na řídicí svorku křemíkového řízeného usměrňovače (SCR1) se dostane spouštěcí napětí, takže se zapne tyristor. Při zkratu napětí Uo2 na zem sepne obvod nadproudové ochrany nebo obvod zkratové ochrany a zastaví činnost celého napájecího obvodu. Po odstranění jevu výstupního přepětí se spouštěcí napětí řídicí svorky tyristoru vybije přes R do země a tyristor se vrátí do vypnutého stavu.
2. Ochranný obvod fotoelektrické vazby:
Jak je znázorněno na výše uvedeném obrázku, když dojde k přepětí Uo, elektronka regulátoru napětí se rozbije a vede a přes optočlen (OT2) R6 teče proud do země. Světelná dioda optočlenu vyzařuje světlo, čímž způsobí, že fototranzistor optočlenu vede průchod. Báze Q1 je elektricky vodivá a napětí na vývodu ③ obvodu 3842 se sníží, čímž se vypne integrovaný obvod a zastaví se činnost celého napájecího zdroje. Uo je nulové a cyklus se opakuje.
3. Ochranný obvod omezující výstupní napětí:
Ochranný obvod pro omezení výstupního napětí je znázorněn níže. Při zvýšení výstupního napětí se zapne elektronkový regulátor napětí a zapne se optočlen. Báze Q1 má řídicí napětí a kanál je připojen. Napětí UC3842③ se zvýší, výstupní napětí se sníží a elektronka regulátoru napětí se nevede. Jak napětí UC3842③ klesá, výstupní napětí se zvyšuje. Opakovaně se výstupní napětí ustálí v určitém rozsahu (v závislosti na hodnotě regulace napětí elektronky regulátoru napětí).
4. Obvod blokování přepětí na výstupu:
Princip činnosti na obrázku A spočívá v tom, že při zvýšení výstupního napětí Uo se zapne elektronka regulátoru napětí, zapne se optočlen a báze Q2 je elektricky vodivá. V důsledku vodivosti Q2 se sníží napětí báze Q1 a ten se rovněž zapne. Napětí Vcc prochází přes R1 , Q1 a R2, takže Q2 je vždy vodivý a vývod ③ UC3842 je vždy na vysoké úrovni a přestane pracovat. Na obrázku B se při zvýšení UO zvýší napětí na vývodu ③ U1 a vývod ① vyvede vysokou úroveň. Vzhledem k existenci D1 a R1 vystupuje vývod U1 ① vždy na vysokou úroveň. Q1 je vždy zapnutý. Vývod UC3842 ① má vždy nízkou úroveň a přestane pracovat. . Kladná zpětná vazba?
9. Obvod korekce účiníku (PFC)
1. Principiální schéma:
2. Princip fungování:
Vstupní napětí prochází filtrem EMI složeným z L1, L2, L3 atd. a BRG1 usměrňuje jednu cestu a posílá ji do induktoru PFC. Druhá cesta je rozdělena pomocí R1 a R2 a odeslána do regulátoru PFC jako vzorek vstupního napětí pro nastavení stupně řídicího signálu. Poměr, tj. změna doby zapnutí a vypnutí Q1, aby se stabilizovalo výstupní napětí PFC. L4 je induktor PFC, který ukládá energii při zapnutém Q1 a uvolňuje energii při vypnutém Q1. D1 je spouštěcí dioda. D2 je usměrňovací dioda PFC, C6 a C7 jsou filtry. Jeden kanál napětí PFC se posílá do následného obvodu a druhý kanál se dělí pomocí R3 a R4 a poté se posílá do regulátoru PFC jako vzorek výstupního napětí PFC pro nastavení pracovního cyklu řídicího signálu a stabilizaci výstupního napětí PFC.
10. Vstupní přepěťová a podpěťová ochrana
1. Schéma:
2. Princip fungování:
Principy ochrany proti vstupnímu přepětí a podpětí u spínaných zdrojů se střídavým a stejnosměrným vstupem jsou zhruba stejné. Vzorkovací napětí ochranného obvodu pochází ze vstupního filtrovaného napětí. Vzorkovací napětí je rozděleno do dvou kanálů. Jeden kanál je rozdělen pomocí R1, R2, R3 a R4 a poté je přiveden na vývod komparátoru 3. Pokud je vzorkovací napětí vyšší než referenční napětí vývodu 2, vývod komparátoru 1 vyvede vysokou úroveň, aby řídil hlavní regulátor a přiměl jej k Vypnutí, zdroj nemá žádný výstup. Druhý kanál je rozdělen pomocí R7, R8, R9 a R10 a poté vstupem na pin 6 komparátoru. Pokud je vzorkovací napětí nižší než referenční napětí na vývodu 5, vývod 7 komparátoru vyvede vysokou úroveň pro řízení hlavního regulátoru, aby se vypnul, a napájecí zdroj nemá žádný výstup.
