Índice
1. Composición del circuito de la fuente de alimentación conmutada
El circuito principal de la fuente de alimentación conmutada está compuesto por un filtro de interferencias electromagnéticas (EMI) de entrada, un circuito de filtro rectificador, un circuito de conversión de potencia, un circuito controlador PWM y un circuito de filtro rectificador de salida. Los circuitos auxiliares incluyen un circuito de protección contra sobretensión de entrada, un circuito de protección contra sobretensión de salida, un circuito de protección contra sobrecorriente de salida, un circuito de protección contra cortocircuito de salida, etc.
El diagrama de bloques del circuito de la fuente de alimentación conmutada es el siguiente:
2. Principios y circuitos comunes de los circuitos de entrada
2.1 Principio del circuito del filtro rectificador de entrada de CA:
①. Circuito de protección contra rayos: Cuando se produce un rayo y se genera alta tensión que se introduce en el suministro eléctrico a través de la red eléctrica, el circuito compuesto por MOV1, MOV2, MOV3: F1, F2, F3 y FDG1 proporcionará protección. Cuando la tensión aplicada a ambos extremos del varistor supera su tensión de trabajo, su resistencia disminuye, provocando el consumo de energía de alta tensión en el varistor. Si la corriente es demasiado grande, F1, F2 y F3 quemarán el circuito de protección.
②. Circuito de filtro de entrada: La red de filtro doble π compuesta por C1, L1, C2 y C3 suprime principalmente el ruido electromagnético y las señales de desorden de la fuente de alimentación de entrada para evitar interferencias con la fuente de alimentación, y también evita el ruido de alta frecuencia generado por la propia fuente de alimentación. Interferencia de onda a la red eléctrica. Cuando se conecta la alimentación, C5 necesita cargarse. Debido a la gran corriente instantánea, la adición de RT1 (termistor) puede prevenir eficazmente la sobrecorriente. Dado que toda la energía instantánea se consume en la resistencia RT1, la resistencia de RT1 disminuye después de que la temperatura aumente tras un cierto periodo de tiempo (RT1 es un componente de coeficiente de temperatura negativo). En este momento, la energía consumida por ella es muy pequeña, y el circuito subsiguiente puede funcionar normalmente.
③. Circuito rectificador y filtro: Después de que la tensión alterna es rectificada por BRG1, es filtrada por C5 para obtener una tensión continua relativamente pura. Si la capacidad de C5 se hace más pequeña, la ondulación de CA de salida aumentará.
2.2 Principio del circuito del filtro de entrada de CC:
①. Circuito de filtro de entrada: La red de filtro doble π compuesta por C1, L1 y C2 suprime principalmente el ruido electromagnético y las señales de desorden de la fuente de alimentación de entrada para evitar interferencias con la fuente de alimentación. También evita que las interferencias de alta frecuencia generadas por la propia fuente de alimentación afecten a la fuente de alimentación. Interferencias en la red. C3 y C4 son condensadores de seguridad, y L2 y L3 son inductores de modo diferencial.
②, R1, R2, R3, Z1, C6, Q1, Z2, R4, R5, Q2, RT1 y C7 forman un circuito anti-sobretensiones. En el momento del arranque, Q2 no conduce debido a la presencia de C6, y la corriente forma un bucle a través de RT1. Q2 se enciende cuando la tensión en C6 se carga hasta el valor regulado de Z1. Si C8 tiene una fuga o el circuito aguas abajo está cortocircuitado, la caída de tensión generada por la corriente en RT1 aumenta en el momento del arranque. Q1 se enciende y Q2 no conduce sin tensión de puerta. RT1 se quemará en poco tiempo. Proteja el circuito aguas abajo.
3. Circuito de conversión de potencia
3.1 Principio de funcionamiento del tubo MOS:
El tubo de efecto de campo de puerta aislada más utilizado en la actualidad es el MOSFET (tubo MOS), que utiliza el efecto electroacústico de la superficie del semiconductor para funcionar. También se denomina dispositivo de efecto de campo superficial. Como su puerta está en un estado no conductor, la resistencia de entrada puede aumentar mucho, hasta 105 ohmios. El tubo MOS utiliza la tensión puerta-fuente para cambiar la cantidad de carga inducida en la superficie del semiconductor, controlando así la corriente de drenaje.
3.2. Diagramas esquemáticos comunes:
3.3. Principio de funcionamiento:
R4, C3, R5, R6, C4, D1 y D2 forman un amortiguador y están conectados en paralelo con el tubo MOS del conmutador para reducir la tensión del tubo del conmutador, reducir la EMI y evitar la rotura del secundario. Cuando el interruptor Q1 está apagado, la bobina primaria del transformador es propensa a generar picos de tensión y picos de corriente. La combinación de estos componentes puede absorber bien los picos de tensión y corriente. La señal de pico de corriente medida desde R3 participa en el control del ciclo de trabajo de la corriente y es, por tanto, el límite de corriente del ciclo de trabajo de la corriente. Cuando la tensión en R5 alcanza 1V, el UC3842 deja de funcionar y el interruptor Q1 se apaga inmediatamente. Las capacitancias de unión CGS y CGD en R1 y Q1 forman juntas una red RC. La carga y descarga del condensador afecta directamente a la velocidad de conmutación del tubo de conmutación. Si R1 es demasiado pequeño, causará fácilmente oscilaciones y las interferencias electromagnéticas serán grandes; si R1 es demasiado grande, reducirá la velocidad de conmutación del tubo de conmutación. Z1 normalmente limita el voltaje GS del tubo MOS por debajo de 18V, protegiendo así el tubo MOS. La tensión controlada por la puerta de Q1 es una onda en forma de sierra. Cuando el ciclo de trabajo es mayor, el tiempo de conducción de Q1 es más largo, y la energía almacenada en el transformador es mayor; cuando Q1 se apaga, el transformador pasa a través de D1, D2, R5 , R4, y C3 liberan energía, y al mismo tiempo logran el propósito de resetear el campo magnético, preparando el transformador para el siguiente almacenamiento y transmisión de energía. El CI ajusta constantemente el ciclo de trabajo de la onda en forma de sierra de espiga en función de la tensión y la corriente de salida, estabilizando así la corriente y la tensión de salida de toda la máquina. C4 y R6 son circuitos de absorción de picos de tensión.
3.4 Circuito de conversión de potencia Push-pull:
Q1 y Q2 se encenderán sucesivamente.
3.5 Circuito de conversión de potencia con transformador de accionamiento:
T2 es el transformador de accionamiento, T1 es el transformador de conmutación y TR1 es el bucle de corriente.
4. Circuito de filtro rectificador de salida:
4.1 Circuito rectificador hacia delante:
T1 es un transformador de conmutación con los polos primario y secundario en la misma fase. D1 es un diodo rectificador, D2 es un diodo libre y R1, C1, R2 y C2 son circuitos de recorte de picos. L1 es un inductor en vacío y C4, L2 y C5 forman un circuito de corte de picos.
Filtro tipo π.
4.2 Circuito rectificador flyback:
T1 es un transformador de conmutación con los polos primario y secundario en fases opuestas. D1 es el diodo rectificador, R1 y C1 son circuitos de recorte de picos. L1 es un inductor en vacío, R2 es una carga ficticia y C4, L2 y C5 forman un circuito de corte de picos.
Filtro tipo π.
4.3 Circuito rectificador síncrono:
Principio de funcionamiento: Cuando el extremo superior del secundario del transformador es positivo, la corriente pasa a través de C2, R5, R6 y R7 para conducir Q2, y el circuito forma un bucle, y Q2 es un rectificador. La puerta de Q1 se corta porque tiene polarización inversa. Cuando el extremo inferior del secundario del transformador es positivo, la corriente pasa a través de C3, R4 y R2 para conducir Q1, y Q1 es una válvula de rueda libre. La puerta de Q2 está cortada porque tiene polarización inversa. L2 es un inductor en vacío, y C6, L1 y C7 forman un inductor en vacío.
Filtro tipo π. R1, C1, R9 y C4 son circuitos de recorte de picos.
5. Principio del bucle de estabilización de tensión
5.1 Esquema del circuito de realimentación:
5.2 Principio de funcionamiento:
Cuando la salida U0 sube, tras ser dividida por las resistencias de muestreo R7, R8, R10 y VR1, la tensión de la patilla U1③ sube. Cuando supera la tensión de referencia de la patilla U1②, la patilla U1① emite un nivel alto, provocando la conducción de Q1, y el optoacoplador OT1 emite luz. El diodo emite luz, el fototransistor se enciende, y el potencial del pin UC3842 ① se vuelve bajo en consecuencia, cambiando así el ciclo de trabajo de salida del pin U1 ⑥ y reduciendo U0. Cuando la salida U0 disminuye, el voltaje del pin U1③ disminuye. Cuando es inferior a la tensión de referencia del pin U1②, el pin U1① emite un nivel bajo, Q1 no conduce, el diodo emisor de luz optoacoplador OT1 no emite luz, el fototransistor no conduce y el potencial del pin UC3842① sube. Alto, cambiando así el ciclo de trabajo de salida del pin U1⑥ para aumentar y U0 para disminuir. Repetidamente, el voltaje de salida permanece estable. Ajustando VR1 puede cambiar el valor de la tensión de salida.
El bucle de realimentación es un circuito importante que afecta a la estabilidad de la fuente de alimentación conmutada. Por ejemplo, si el condensador de la resistencia de realimentación tiene errores, fugas o soldaduras débiles, producirá una oscilación autoexcitada. Los fenómenos de fallo incluyen: forma de onda anormal, oscilación en vacío y a plena carga, tensión de salida inestable, etc.
6. Circuito de protección contra cortocircuitos
1. En caso de cortocircuito en el terminal de salida, el circuito de control PWM puede limitar la corriente de salida dentro de un rango seguro. Puede utilizar una variedad de métodos para implementar el circuito limitador de corriente. Cuando la limitación de corriente de potencia no funciona durante un cortocircuito, sólo otro Añadir algunos circuitos.
2. Suele haber dos tipos de circuitos de protección contra cortocircuitos. La figura siguiente muestra un circuito de protección contra cortocircuitos de baja potencia. Su principio se describe brevemente a continuación:
Cuando se cortocircuita el circuito de salida, desaparece la tensión de salida, el optoacoplador OT1 no conduce, la tensión de la patilla ① del UC3842 sube a unos 5 V, la tensión dividida de R1 y R2 supera la referencia TL431, lo que provoca que conduzca, el potencial VCC de la patilla ⑦ del UC3842 se tira hacia abajo, y el CI deja de funcionar . Después de que el UC3842 deja de funcionar, el potencial del pin ① desaparece, el TL431 no conduce, el potencial del pin ⑦ del UC3842 sube, el UC3842 se reinicia, y el ciclo comienza de nuevo. Cuando el cortocircuito desaparece, el circuito puede volver automáticamente a la condición normal de trabajo.
3. La figura siguiente es un circuito de protección contra cortocircuitos de potencia media. Su principio se describe brevemente a continuación:
Cuando la salida está cortocircuitada y la tensión del pin ① de UC3842 sube, y el potencial del pin ③ de U1 es mayor que el del pin ②, el comparador invierte el pin ① y emite potencial alto para cargar C1. Cuando la tensión en ambos extremos de C1 supera la tensión de referencia del pin ⑤, el pin U1 ⑦ emite potencial bajo, y el pin ① del UC3842 Por debajo de 1V, el UCC3842 deja de funcionar, la tensión de salida es 0V, y el ciclo vuelve a empezar. Cuando desaparece el cortocircuito, el circuito funciona normalmente. R2 y C1 son constantes de tiempo de carga y descarga. Si el valor de la resistencia es incorrecto, la protección contra cortocircuitos no funcionará.
4. La figura siguiente es un circuito común de limitación de corriente y protección contra cortocircuitos. Su principio de funcionamiento se describe brevemente a continuación:
Cuando el circuito de salida sufre un cortocircuito o una sobrecorriente, la corriente primaria del transformador aumenta, la caída de tensión a través de R3 aumenta, la tensión en el pin ③ aumenta y el ciclo de trabajo de salida del pin ⑥ del UC3842 aumenta gradualmente. Cuando la tensión en el pin ③ supera 1V, el UC3842 se apaga y no tiene salida. .
5. La figura siguiente es un circuito de protección que utiliza un transformador de corriente para muestrear la corriente. Tiene un bajo consumo, pero un coste elevado y un circuito complicado. Su principio de funcionamiento se describe brevemente a continuación:
Si el circuito de salida está cortocircuitado o la corriente es demasiado grande, la tensión inducida por la bobina secundaria de TR1 será mayor. Cuando la patilla ③ del UC3842 supere 1 voltio, el UC3842 dejará de funcionar, y se pondrá en marcha una y otra vez. Cuando desaparezca el cortocircuito o la sobrecarga, el circuito se recuperará por sí solo.
7. Protección limitadora de corriente del terminal de salida
La imagen anterior es un circuito de protección limitador de corriente de salida común. Su principio de funcionamiento se describe brevemente como arriba: cuando la corriente de salida es demasiado grande, la tensión en ambos extremos de RS (alambre de cobre de manganeso) se eleva, y la tensión del pin U1③ es superior a la tensión de referencia del pin ②. U1① pin Salida alta tensión, Q1 se enciende, se produce el efecto fotoeléctrico en el optoacoplador, la tensión en el pin 1 de UC3842 disminuye, y la tensión de salida disminuye, con lo que se consigue el propósito de limitar la corriente de sobrecarga de salida.
8. Principio del circuito de protección contra sobretensiones de salida
La función del circuito de protección de sobretensión de salida es limitar la tensión de salida a un valor seguro cuando la tensión de salida supera el valor de diseño. Cuando falla el bucle interno de estabilización de tensión de la fuente de alimentación conmutada o se produce una sobretensión de salida debido a un funcionamiento incorrecto por parte del usuario, el circuito de protección contra sobretensión protege de daños a los equipos eléctricos situados aguas abajo. Los circuitos de protección contra sobretensiones más utilizados son los siguientes:
1. Circuito de protección de disparo SCR:
Como se muestra en la figura anterior, cuando la salida de Uo1 sube, el tubo regulador de tensión (Z3) se rompe y se enciende, y el terminal de control del rectificador controlado de silicio (SCR1) recibe la tensión de disparo, por lo que el tiristor se enciende. Cuando la tensión de Uo2 se cortocircuita a masa, el circuito de protección contra sobrecorriente o el circuito de protección contra cortocircuito funcionarán y detendrán el funcionamiento de todo el circuito de potencia. Cuando se elimina el fenómeno de sobretensión de salida, la tensión de disparo del terminal de control del tiristor se descarga a tierra a través de R, y el tiristor vuelve al estado de apagado.
2. Circuito de protección de acoplamiento fotoeléctrico:
Como se muestra en la figura anterior, cuando Uo tiene un fenómeno de sobretensión, el tubo regulador de tensión se rompe y conduce, y una corriente fluye a través del optoacoplador (OT2) R6 a tierra. El diodo emisor de luz del optoacoplador emite luz, provocando así que el fototransistor del optoacoplador conduzca el paso. La base de Q1 es eléctricamente conductora, y el voltaje del pin ③ de 3842 se reduce, lo que apaga el IC y detiene el funcionamiento de toda la fuente de alimentación. Uo es cero, y el ciclo se repite.
3. Circuito de protección limitador de la tensión de salida:
El circuito de protección limitador de la tensión de salida es el que se muestra a continuación. Cuando la tensión de salida sube, el tubo regulador de tensión se enciende y el optoacoplador se conecta. La base de Q1 tiene una tensión de conducción y el canal está conectado. La tensión de UC3842③ aumenta, la salida disminuye y el tubo regulador de tensión no conduce. UC3842③ A medida que la tensión disminuye, la tensión de salida aumenta. Repetidamente, el voltaje de salida se estabilizará dentro de un rango (dependiendo del valor de regulación de voltaje del tubo regulador de voltaje).
4. Circuito de bloqueo por sobretensión de salida:
El principio de funcionamiento de la figura A es que cuando aumenta la tensión de salida Uo, se enciende el tubo regulador de tensión, se enciende el optoacoplador y la base de Q2 es conductora de electricidad. Debido a la conducción de Q2, la tensión de base de Q1 se reduce y también se enciende. La tensión Vcc pasa a través de R1 , Q1 y R2 hace que Q2 sea siempre conductor, y el pin ③ del UC3842 está siempre en nivel alto y deja de funcionar. En la Figura B, cuando UO sube, el voltaje del pin ③ de U1 aumenta, y el pin ① sale a nivel alto. Debido a la existencia de D1 y R1, la patilla ① de U1 siempre emite nivel alto. Q1 siempre está encendido. La patilla ① de UC3842 siempre tiene nivel bajo y deja de funcionar. . ¿Retroalimentación positiva?
9. Circuito de corrección del factor de potencia (PFC)
1. Diagrama de principio:
2. Principio de funcionamiento:
La tensión de entrada pasa por el filtro EMI compuesto por L1, L2, L3, etc., y el BRG1 rectifica un camino y lo envía al inductor PFC. El otro camino se divide por R1 y R2 y se envía al controlador PFC como una muestra de la tensión de entrada para ajustar el deber de la señal de control. Ratio, es decir, cambiar los tiempos de encendido y apagado de Q1 para estabilizar la tensión de salida PFC. L4 es el inductor PFC, que almacena energía cuando Q1 está encendido y libera energía cuando Q1 está apagado. D1 es el diodo de arranque. D2 es el diodo rectificador PFC, C6 y C7 filtran. Un canal de la tensión PFC se envía al circuito aguas abajo, y el otro canal se divide por R3 y R4 y luego se envía al controlador PFC como una muestra de la tensión de salida PFC para ajustar el ciclo de trabajo de la señal de control y estabilizar la tensión de salida PFC.
10. Protección contra sobretensión y subtensión de entrada
1. Diagrama esquemático:
2. Principio de funcionamiento:
Los principios de protección contra sobretensión y subtensión de entrada de las fuentes de alimentación conmutadas de entrada de CA y de entrada de CC son prácticamente los mismos. La tensión de muestreo del circuito de protección procede de la tensión filtrada de entrada. La tensión de muestreo se divide en dos canales. Un canal se divide por R1, R2, R3 y R4 y luego se introduce en el pin 3 del comparador. Si la tensión de muestreo es superior a la tensión de referencia del pin 2, el pin 1 del comparador emite un nivel alto para controlar el controlador principal para que se apague, la fuente de alimentación no tiene salida. El otro canal se divide por R7, R8, R9 y R10 y luego se introduce en el pin 6 del comparador. Si la tensión de muestreo es inferior a la tensión de referencia del pin 5, el pin 7 del comparador emite un nivel alto para controlar que el controlador principal se apague, y la fuente de alimentación no tiene salida.
