Table des matières
1. Composition du circuit de l'alimentation à découpage
Le circuit principal de l'alimentation à découpage est composé d'un filtre d'interférence électromagnétique d'entrée (EMI), d'un circuit de filtre redresseur, d'un circuit de conversion de puissance, d'un circuit de contrôleur PWM et d'un circuit de filtre redresseur de sortie. Les circuits auxiliaires comprennent un circuit de protection contre les surtensions d'entrée, un circuit de protection contre les surtensions de sortie, un circuit de protection contre les surintensités de sortie, un circuit de protection contre les courts-circuits de sortie, etc.
Le schéma de principe de l'alimentation à découpage est le suivant :
2. Principes et circuits communs des circuits d'entrée
2.1 Principe du circuit de filtrage du redresseur d'entrée en courant alternatif :
①. Circuit de protection contre la foudre : Lorsqu'il y a un coup de foudre et qu'une haute tension est générée et introduite dans l'alimentation électrique par le réseau électrique, le circuit composé de MOV1, MOV2, MOV3 : F1, F2, F3 et FDG1 assurera la protection. Lorsque la tension appliquée aux deux extrémités de la varistance dépasse sa tension de fonctionnement, sa résistance diminue, ce qui entraîne une consommation d'énergie à haute tension sur la varistance. Si le courant est trop important, F1, F2 et F3 grillent le circuit de protection.
②. Circuit de filtrage d'entrée : Le double réseau de filtres π composé de C1, L1, C2 et C3 supprime principalement le bruit électromagnétique et les signaux d'encombrement de l'alimentation électrique d'entrée afin d'éviter les interférences avec l'alimentation électrique, et empêche également le bruit haute fréquence généré par l'alimentation électrique elle-même. Interférence des ondes avec le réseau électrique. Lorsque l'appareil est mis sous tension, C5 doit être chargé. En raison de l'importance du courant instantané, l'ajout de RT1 (thermistance) permet d'éviter efficacement les surintensités. Étant donné que toute l'énergie instantanée est consommée par la résistance RT1, la résistance de RT1 diminue lorsque la température augmente après un certain temps (RT1 est un composant à coefficient de température négatif). À ce moment-là, l'énergie consommée par la résistance RT1 est très faible et le circuit suivant peut fonctionner normalement.
③. Circuit de redressement et de filtrage : Après que la tension alternative a été redressée par le BRG1, elle est filtrée par C5 pour obtenir une tension continue relativement pure. Si la capacité de C5 diminue, l'ondulation de la tension alternative de sortie augmente.
2.2 Principe du circuit du filtre d'entrée CC :
①. Circuit de filtrage d'entrée : Le double réseau de filtres π composé de C1, L1 et C2 supprime principalement le bruit électromagnétique et les signaux parasites de l'alimentation d'entrée afin d'éviter les interférences avec l'alimentation. Il empêche également les parasites à haute fréquence générés par l'alimentation elle-même d'affecter l'alimentation. Interférence avec le réseau. C3 et C4 sont des condensateurs de sécurité, et L2 et L3 sont des inductances en mode différentiel.
②, R1, R2, R3, Z1, C6, Q1, Z2, R4, R5, Q2, RT1 et C7 forment un circuit anti-surtension. Au moment du démarrage, Q2 ne conduit pas en raison de la présence de C6, et le courant forme une boucle à travers RT1. Q2 s'allume lorsque la tension sur C6 atteint la valeur régulée de Z1. Si C8 fuit ou si le circuit en aval est court-circuité, la chute de tension générée par le courant sur RT1 augmente au moment du démarrage. Q1 s'allume et Q2 ne conduit pas sans tension de grille. RT1 grillera en peu de temps. Protéger le circuit en aval.
3. Circuit de conversion de puissance
3.1 Principe de fonctionnement du tube MOS :
Le tube à effet de champ à grille isolée le plus utilisé actuellement est le MOSFET (tube MOS), qui utilise l'effet électroacoustique de la surface du semi-conducteur pour fonctionner. Il est également appelé dispositif à effet de champ de surface. Comme sa grille est dans un état non conducteur, la résistance d'entrée peut être considérablement augmentée, jusqu'à 105 ohms. Le tube MOS utilise la tension porte-source pour modifier la quantité de charge induite sur la surface du semi-conducteur, contrôlant ainsi le courant de drain.
3.2. Schémas communs :
3.3. Principe de fonctionnement :
R4, C3, R5, R6, C4, D1 et D2 forment un tampon et sont connectés en parallèle avec le tube MOS de commutation afin de réduire la tension du tube de commutation, de réduire les interférences électromagnétiques et d'empêcher le claquage du secondaire. Lorsque le commutateur Q1 est désactivé, la bobine primaire du transformateur est susceptible de générer des tensions et des courants de pointe. La combinaison de ces composants peut absorber les pics de tension et de courant. Le signal de crête de courant mesuré à partir de R3 participe au contrôle du rapport cyclique du cycle de travail en cours et constitue donc la limite de courant du cycle de travail en cours. Lorsque la tension sur R5 atteint 1V, l'UC3842 s'arrête de fonctionner et l'interrupteur Q1 est immédiatement désactivé. Les capacités de jonction CGS et CGD dans R1 et Q1 forment ensemble un réseau RC. La charge et la décharge du condensateur affectent directement la vitesse de commutation du tube de commutation. Si R1 est trop petit, il provoquera facilement des oscillations et des interférences électromagnétiques importantes ; si R1 est trop grand, il réduira la vitesse de commutation du tube de commutation. Z1 limite généralement la tension GS du tube MOS en dessous de 18V, protégeant ainsi le tube MOS. La tension commandée par la grille de Q1 est une onde en forme de scie. Lorsque le rapport cyclique est plus élevé, le temps de conduction de Q1 est plus long et l'énergie stockée dans le transformateur est plus importante ; lorsque Q1 est éteint, le transformateur passe par D1, D2, R5, R4 et C3 pour libérer de l'énergie et, en même temps, atteindre l'objectif de réinitialisation du champ magnétique, préparant le transformateur pour le prochain stockage et la prochaine transmission d'énergie. Le circuit intégré ajuste en permanence le rapport cyclique de l'onde en forme de scie à picots en fonction de la tension et du courant de sortie, stabilisant ainsi le courant et la tension de sortie de l'ensemble de la machine. C4 et R6 sont des circuits d'absorption de la tension de pointe.
3.4 Circuit de conversion de puissance push-pull :
Q1 et Q2 s'allument à tour de rôle.
3.5 Circuit de conversion de puissance avec transformateur de commande :
T2 est le transformateur de commande, T1 est le transformateur de commutation et TR1 est la boucle de courant.
4. Circuit de filtrage du redresseur de sortie :
4.1 Circuit de redressement à terme :
T1 est un transformateur de commutation dont les pôles primaire et secondaire sont dans la même phase. D1 est une diode de redressement, D2 est une diode de roue libre et R1, C1, R2 et C2 sont des circuits d'écrêtage. L1 est une inductance en roue libre et C4, L2 et C5 forment un circuit d'écrêtage.
Filtre de type π.
4.2 Circuit de redressement à rebours :
T1 est un transformateur de commutation dont les pôles primaire et secondaire sont en opposition de phase. D1 est la diode de redressement, R1 et C1 sont des circuits d'écrêtage. L1 est une inductance de roue libre, R2 est une charge fictive et C4, L2 et C5 forment un circuit d'écrêtage.
Filtre de type π.
4.3 Circuit redresseur synchrone :
Principe de fonctionnement : lorsque l'extrémité supérieure du secondaire du transformateur est positive, le courant passe par C2, R5, R6 et R7 pour conduire Q2, et le circuit forme une boucle, et Q2 est un redresseur. La grille Q1 est coupée parce qu'elle est polarisée en sens inverse. Lorsque l'extrémité inférieure du secondaire du transformateur est positive, le courant passe par C3, R4 et R2 pour conduire Q1, et Q1 est un tube en roue libre. La grille Q2 est coupée parce qu'elle est polarisée en sens inverse. L2 est une inductance en roue libre, et C6, L1 et C7 forment un circuit imprimé.
Filtre de type π. R1, C1, R9 et C4 sont des circuits d'écrêtage.
5. Principe de la boucle de stabilisation de la tension
5.1 Schéma du circuit de rétroaction :
5.2 Principe de fonctionnement :
Lorsque la sortie U0 augmente, après avoir été divisée par les résistances d'échantillonnage R7, R8, R10 et VR1, la tension de la broche U1③ augmente. Lorsqu'elle dépasse la tension de référence de la broche U1②, la broche U1① émet un niveau élevé, ce qui entraîne la conduction de Q1 et l'émission de lumière par l'optocoupleur OT1. La diode émet de la lumière, le phototransistor est activé et le potentiel de la broche UC3842 ① devient faible en conséquence, ce qui modifie le rapport cyclique de sortie de la broche U1 ⑥ et réduit U0. Lorsque la sortie U0 diminue, la tension de la broche U1③ diminue. Lorsqu'elle est inférieure à la tension de référence de la broche U1②, la broche U1① émet un niveau bas, Q1 ne conduit pas, la diode électroluminescente de l'optocoupleur OT1 n'émet pas de lumière, le phototransistor ne conduit pas et le potentiel de la broche UC3842① augmente. Le potentiel de la broche UC3842① augmente jusqu'à atteindre un niveau élevé, ce qui entraîne une augmentation du rapport cyclique de la broche U1⑥ et une diminution du rapport cyclique de la broche U0. De manière répétée, la tension de sortie reste stable. Le réglage de VR1 peut modifier la valeur de la tension de sortie.
La boucle de rétroaction est un circuit important qui affecte la stabilité de l'alimentation à découpage. Par exemple, si le condensateur de la résistance de rétroaction présente des erreurs, des fuites ou une mauvaise soudure, il produira une oscillation auto-excitée. Les phénomènes de défaillance comprennent : une forme d'onde anormale, une oscillation à vide et à pleine charge, une tension de sortie instable, etc.
6. Circuit de protection contre les courts-circuits
1. Dans le cas d'un court-circuit à la borne de sortie, le circuit de contrôle PWM peut limiter le courant de sortie dans une plage sûre. Il peut utiliser diverses méthodes pour mettre en œuvre le circuit de limitation du courant. Lorsque la limitation du courant de puissance ne fonctionne pas pendant un court-circuit, seule une autre Ajouter quelques circuits.
2. Il existe généralement deux types de circuits de protection contre les courts-circuits. La figure ci-dessous montre un circuit de protection contre les courts-circuits de faible puissance. Son principe est brièvement décrit comme suit :
Lorsque le circuit de sortie est court-circuité, la tension de sortie disparaît, l'optocoupleur OT1 ne conduit pas, la tension de la broche ① de l'UC3842 augmente jusqu'à environ 5V, la tension divisée de R1 et R2 dépasse la référence TL431, ce qui la fait conduire, le potentiel VCC de la broche ⑦ de l'UC3842 est tiré vers le bas, et le circuit intégré s'arrête de fonctionner. Après l'arrêt de l'UC3842, le potentiel de la broche ① disparaît, TL431 ne conduit pas, le potentiel de la broche ⑦ de l'UC3842 augmente, l'UC3842 redémarre et le cycle recommence. Lorsque le court-circuit disparaît, le circuit peut automatiquement revenir à un état de fonctionnement normal.
3. La figure ci-dessous représente un circuit de protection contre les courts-circuits de moyenne puissance. Son principe est brièvement décrit comme suit :
Lorsque la sortie est court-circuitée et que la tension de la broche ① de l'UC3842 augmente, et que le potentiel de la broche ③ de U1 est supérieur à celui de la broche ②, le comparateur fait basculer la broche ① et délivre un potentiel élevé pour charger C1. Lorsque la tension aux deux extrémités de C1 dépasse la tension de référence de la broche ⑤, la broche U1 ⑦ délivre un potentiel bas, et la broche ① de l'UC3842 est inférieure à 1V, l'UCC3842 s'arrête de fonctionner, la tension de sortie est de 0V, et le cycle recommence. Lorsque le court-circuit disparaît, le circuit fonctionne normalement. R2 et C1 sont des constantes de temps de charge et de décharge. Si la valeur de la résistance est incorrecte, la protection contre les courts-circuits ne fonctionnera pas.
4. La figure ci-dessous représente un circuit courant de limitation de courant et de protection contre les courts-circuits. Son principe de fonctionnement est brièvement décrit comme suit :
Lorsque le circuit de sortie est court-circuité ou en surintensité, le courant primaire du transformateur augmente, la chute de tension dans R3 augmente, la tension à la broche ③ augmente et le rapport cyclique de sortie de la broche ⑥ de l'UC3842 augmente progressivement. Lorsque la tension à la broche ③ dépasse 1V, l'UC3842 s'éteint et n'a pas de sortie. .
5. La figure ci-dessous représente un circuit de protection qui utilise un transformateur de courant pour échantillonner le courant. Il consomme peu d'énergie, mais son coût est élevé et son circuit est compliqué. Son principe de fonctionnement est brièvement décrit comme suit :
Si le circuit de sortie est court-circuité ou si le courant est trop important, la tension induite par la bobine secondaire de TR1 sera plus élevée. Lorsque la broche ③ de l'UC3842 dépasse 1 volt, l'UC3842 s'arrête de fonctionner et recommence sans cesse. Lorsque le court-circuit ou la surcharge disparaît, le circuit se rétablit de lui-même.
7. Protection contre la limitation du courant aux bornes de sortie
L'image ci-dessus représente un circuit de protection de limitation du courant de sortie courant. Son principe de fonctionnement est brièvement décrit comme suit : lorsque le courant de sortie est trop élevé, la tension aux deux extrémités de RS (fil de cuivre au manganèse) augmente, et la tension de la broche U1③ est supérieure à la tension de référence de la broche ②. U1① pin Haute tension de sortie, Q1 est activé, l'effet photoélectrique se produit dans l'optocoupleur, la tension à la broche 1 de UC3842 diminue, et la tension de sortie diminue, réalisant ainsi l'objectif de limitation du courant de surcharge de sortie.
8. Principe du circuit de protection contre les surtensions de sortie
La fonction du circuit de protection contre les surtensions de sortie est de limiter la tension de sortie à une valeur sûre lorsque la tension de sortie dépasse la valeur de conception. Lorsque la boucle interne de stabilisation de la tension de l'alimentation à découpage tombe en panne ou que la surtension de sortie se produit en raison d'une opération incorrecte de l'utilisateur, le circuit de protection contre les surtensions protège l'équipement électrique en aval contre les dommages. Les circuits de protection contre les surtensions les plus couramment utilisés sont les suivants :
1. Circuit de protection du déclencheur SCR :
Comme le montre la figure ci-dessus, lorsque la sortie de Uo1 augmente, le tube régulateur de tension (Z3) se décompose et s'allume, et la borne de commande du redresseur commandé au silicium (SCR1) reçoit la tension de déclenchement, de sorte que le thyristor s'allume. Lorsque la tension Uo2 est court-circuitée à la terre, le circuit de protection contre les surintensités ou le circuit de protection contre les courts-circuits fonctionne et arrête le fonctionnement de l'ensemble du circuit d'alimentation. Lorsque le phénomène de surtension de sortie est éliminé, la tension de déclenchement de la borne de commande du thyristor est déchargée à la terre par R, et le thyristor revient à l'état d'arrêt.
2. Circuit de protection du couplage photoélectrique :
Comme le montre la figure ci-dessus, lorsque Uo présente un phénomène de surtension, le tube régulateur de tension se décompose et conduit, et un courant circule à travers l'optocoupleur (OT2) R6 jusqu'à la terre. La diode électroluminescente de l'optocoupleur émet de la lumière, ce qui fait passer le phototransistor de l'optocoupleur. La base de Q1 est électriquement conductrice et la tension de la broche ③ de 3842 est réduite, ce qui éteint le circuit intégré et arrête le fonctionnement de l'ensemble de l'alimentation. Uo est nul, et le cycle se répète.
3. Circuit de protection limitant la tension de sortie :
Le circuit de protection de limitation de la tension de sortie est illustré ci-dessous. Lorsque la tension de sortie augmente, le tube régulateur de tension est activé et l'optocoupleur est activé. La base de Q1 a une tension de commande et le canal est connecté. La tension de UC3842③ augmente, la sortie diminue et le tube régulateur de tension ne conduit pas. UC3842③ Au fur et à mesure que la tension diminue, la tension de sortie augmente. De manière répétée, la tension de sortie se stabilise dans une certaine plage (en fonction de la valeur de régulation de la tension du tube régulateur de tension).
4. Circuit de blocage de la surtension de sortie :
Le principe de fonctionnement de la figure A est le suivant : lorsque la tension de sortie Uo augmente, le tube régulateur de tension est activé, l'optocoupleur est activé et la base de Q2 est électriquement conductrice. En raison de la conduction de Q2, la tension de base de Q1 est réduite et ce dernier est également mis en marche. La tension Vcc passe par R1, Q1 et R2, ce qui rend Q2 toujours conducteur, et la broche ③ de l'UC3842 est toujours à un niveau élevé et cesse de fonctionner. Dans la figure B, lorsque UO augmente, la tension de la broche U1 ③ augmente et la broche ① produit un niveau élevé. En raison de l'existence de D1 et R1, la broche U1 ① produit toujours un niveau élevé. Q1 est toujours activé. La broche ① de UC3842 est toujours au niveau bas et cesse de fonctionner. . Rétroaction positive ?
9. Circuit de correction du facteur de puissance (PFC)
1. Schéma de principe :
2. Principe de fonctionnement :
La tension d'entrée passe par le filtre EMI composé de L1, L2, L3, etc., et le BRG1 redresse un chemin et l'envoie à l'inducteur PFC. L'autre chemin est divisé par R1 et R2 et envoyé au contrôleur PFC en tant qu'échantillon de la tension d'entrée pour ajuster l'obligation du signal de commande. Le rapport, c'est-à-dire la modification des temps d'activation et de désactivation de Q1 pour stabiliser la tension de sortie du PFC. L4 est l'inductance du PFC, qui stocke l'énergie lorsque Q1 est activé et la libère lorsque Q1 est désactivé. D1 est la diode de démarrage. D2 est la diode de redressement PFC, C6 et C7 le filtre. Un canal de la tension PFC est envoyé au circuit en aval, et l'autre canal est divisé par R3 et R4, puis envoyé au contrôleur PFC en tant qu'échantillon de la tension de sortie PFC pour ajuster le rapport cyclique du signal de commande et stabiliser la tension de sortie PFC.
10. Protection contre les surtensions et les sous-tensions d'entrée
1. Schéma de principe :
2. Principe de fonctionnement :
Les principes de protection contre les surtensions et les sous-tensions d'entrée des alimentations à découpage à entrée CA et à entrée CC sont à peu près les mêmes. La tension d'échantillonnage du circuit de protection provient de la tension filtrée d'entrée. La tension d'échantillonnage est divisée en deux canaux. Si la tension d'échantillonnage est supérieure à la tension de référence de la broche 2, la broche 1 du comparateur émet un niveau élevé pour contrôler le contrôleur principal afin de l'arrêter, l'alimentation n'a pas de sortie. L'autre canal est divisé par R7, R8, R9, et R10 et entre ensuite dans la broche 6 du comparateur. Si la tension d'échantillonnage est inférieure à la tension de référence de la broche 5, la broche 7 du comparateur émet un niveau élevé pour commander l'arrêt du contrôleur principal, et l'alimentation n'a pas de sortie.
