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1. Composizione del circuito dell'alimentatore switching

Il circuito principale dell'alimentatore switching è composto da un filtro per le interferenze elettromagnetiche (EMI) in ingresso, un circuito di filtro raddrizzatore, un circuito di conversione di potenza, un circuito di controllo PWM e un circuito di filtro raddrizzatore in uscita. I circuiti ausiliari comprendono un circuito di protezione da sovratensione in ingresso, un circuito di protezione da sovratensione in uscita, un circuito di protezione da sovracorrente in uscita, un circuito di protezione da cortocircuito in uscita, ecc.

Lo schema a blocchi del circuito dell'alimentatore switching è il seguente:

2. Principi e circuiti comuni dei circuiti di ingresso

2.1 Principio del circuito del filtro raddrizzatore di ingresso CA:

①. Circuito di protezione dai fulmini: Quando si verifica un fulmine e l'alta tensione viene generata e introdotta nell'alimentazione attraverso la rete elettrica, il circuito composto da MOV1, MOV2, MOV3: F1, F2, F3 e FDG1 garantisce la protezione. Quando la tensione applicata a entrambe le estremità del varistore supera la sua tensione di lavoro, la sua resistenza diminuisce, causando il consumo di energia ad alta tensione sul varistore. Se la corrente è troppo elevata, F1, F2 e F3 bruciano il circuito di protezione.

②. Circuito di filtraggio in ingresso: La doppia rete di filtri π composta da C1, L1, C2 e C3 sopprime principalmente il rumore elettromagnetico e i segnali di disturbo dell'alimentazione in ingresso per evitare interferenze con l'alimentazione e previene anche il rumore ad alta frequenza generato dall'alimentazione stessa. Interferenze con la rete elettrica. Quando l'alimentazione viene attivata, C5 deve essere caricato. A causa della grande corrente istantanea, l'aggiunta di RT1 (termistore) può prevenire efficacemente le sovracorrenti. Poiché tutta l'energia istantanea viene consumata sul resistore RT1, la resistenza di RT1 diminuisce dopo che la temperatura è aumentata per un certo periodo di tempo (RT1 è un componente a coefficiente di temperatura negativo). A questo punto, l'energia consumata è molto ridotta e il circuito successivo può funzionare normalmente.

③. Circuito raddrizzatore e filtro: Dopo che la tensione CA è stata raddrizzata da BRG1, viene filtrata da C5 per ottenere una tensione CC relativamente pura. Se la capacità di C5 si riduce, l'ondulazione della corrente alternata in uscita aumenta.

2.2 Principio del circuito del filtro di ingresso CC:

①. Circuito di filtraggio in ingresso: La doppia rete di filtri π composta da C1, L1 e C2 sopprime principalmente il rumore elettromagnetico e i segnali di disturbo dell'alimentazione in ingresso per evitare interferenze con l'alimentazione. Inoltre, impedisce che i disturbi ad alta frequenza generati dall'alimentatore stesso influenzino l'alimentatore. Interferenze di rete. C3 e C4 sono condensatori di sicurezza, mentre L2 e L3 sono induttori di modalità differenziale.

②, R1, R2, R3, Z1, C6, Q1, Z2, R4, R5, Q2, RT1 e C7 formano un circuito anti-surge. Al momento dell'avvio, Q2 non conduce a causa della presenza di C6 e la corrente forma un anello attraverso RT1. Q2 si accende quando la tensione su C6 si carica al valore regolato di Z1. Se C8 perde o il circuito a valle è in cortocircuito, la caduta di tensione generata dalla corrente su RT1 aumenta al momento dell'avvio. Q1 si accende e Q2 non conduce senza tensione di gate. RT1 si brucia in breve tempo. Proteggere il circuito a valle.

3. Circuito di conversione di potenza

3.1 Principio di funzionamento del tubo MOS:

Il tubo a effetto di campo a gate isolato attualmente più utilizzato è il MOSFET (tubo MOS), che sfrutta l'effetto elettroacustico della superficie del semiconduttore per funzionare. Viene anche chiamato dispositivo a effetto di campo di superficie. Poiché il suo gate è in uno stato non conduttivo, la resistenza di ingresso può essere notevolmente aumentata, fino a 105 ohm. Il tubo MOS utilizza la tensione gate-source per modificare la quantità di carica indotta sulla superficie del semiconduttore, controllando così la corrente di drenaggio.

3.2. Schemi comuni:

3.3. Principio di funzionamento:

R4, C3, R5, R6, C4, D1 e D2 formano un buffer e sono collegati in parallelo con il tubo MOS di commutazione per ridurre lo stress di tensione del tubo di commutazione, ridurre le EMI e prevenire la rottura del secondario. Quando l'interruttore Q1 è spento, la bobina primaria del trasformatore è soggetta a generare tensioni e correnti di picco. La combinazione di questi componenti è in grado di assorbire bene i picchi di tensione e di corrente. Il segnale di picco di corrente misurato da R3 partecipa al controllo del duty cycle del ciclo di lavoro della corrente ed è quindi il limite di corrente del ciclo di lavoro della corrente. Quando la tensione su R5 raggiunge 1V, l'UC3842 smette di funzionare e l'interruttore Q1 si spegne immediatamente. Le capacità di giunzione CGS e CGD in R1 e Q1 formano una rete RC. La carica e la scarica del condensatore influisce direttamente sulla velocità di commutazione del tubo di commutazione. Se R1 è troppo piccolo, causerà facilmente oscillazioni e interferenze elettromagnetiche; se R1 è troppo grande, ridurrà la velocità di commutazione del tubo di commutazione. Z1 limita solitamente la tensione GS del tubo MOS al di sotto di 18 V, proteggendo così il tubo MOS. La tensione controllata dal gate di Q1 è un'onda a forma di sega. Quando il ciclo di lavoro è maggiore, il tempo di conduzione di Q1 è più lungo e l'energia immagazzinata nel trasformatore è maggiore; quando Q1 viene spento, il trasformatore passa attraverso D1, D2, R5 , R4 e C3 rilascia energia e allo stesso tempo raggiunge lo scopo di resettare il campo magnetico, preparando il trasformatore per il successivo immagazzinamento e trasmissione di energia. Il circuito integrato regola costantemente il ciclo di lavoro dell'onda a forma di sega in base alla tensione e alla corrente di uscita, stabilizzando così la corrente e la tensione di uscita dell'intera macchina. C4 e R6 sono circuiti di assorbimento della tensione di picco.

3.4 Circuito di conversione di potenza push-pull:

Q1 e Q2 si accendono a turno.

3.5 Circuito di conversione di potenza con trasformatore di comando:

T2 è il trasformatore di pilotaggio, T1 è il trasformatore di commutazione e TR1 è l'anello di corrente.

4. Circuito di filtro del raddrizzatore di uscita:

4.1 Circuito raddrizzatore in avanti:

T1 è un trasformatore di commutazione con i poli primario e secondario nella stessa fase. D1 è un diodo raddrizzatore, D2 è un diodo a ruota libera e R1, C1, R2 e C2 sono circuiti di clipping di picco. L1 è un induttore a ruota libera, mentre C4, L2 e C5 formano un circuito di ritenzione di picco.
Filtro di tipo π.

4.2 Circuito raddrizzatore Flyback:

T1 è un trasformatore di commutazione con i poli primario e secondario in fasi opposte. D1 è il diodo raddrizzatore, R1 e C1 sono circuiti di taglio dei picchi. L1 è un induttore a ruota libera, R2 è un carico fittizio, mentre C4, L2 e C5 formano un circuito di ritenzione.
Filtro di tipo π.

4.3 Circuito raddrizzatore sincrono:

Principio di funzionamento: quando l'estremità superiore del secondario del trasformatore è positiva, la corrente passa attraverso C2, R5, R6 e R7 per condurre Q2; il circuito forma un anello e Q2 è un raddrizzatore. Il gate di Q1 è tagliato fuori perché è polarizzato inversamente. Quando l'estremità inferiore del secondario del trasformatore è positiva, la corrente passa attraverso C3, R4 e R2 per condurre Q1, e Q1 è un tubo a ruota libera. Il gate di Q2 è tagliato fuori perché è invertito. L2 è un induttore a ruota libera, mentre C6, L1 e C7 formano un
Filtro di tipo π. R1, C1, R9 e C4 sono circuiti di taglio dei picchi.

5. Principio dell'anello di stabilizzazione della tensione

5.1 Schema del circuito di retroazione:

5.2 Principio di funzionamento:

Quando l'uscita U0 sale, dopo essere stata divisa dalle resistenze di campionamento R7, R8, R10 e VR1, la tensione del pin U1③ sale. Quando supera la tensione di riferimento del pin U1②, il pin U1① emette un livello alto, causando la conduzione di Q1 e l'emissione di luce da parte dell'optoaccoppiatore OT1. Il diodo emette luce, il fototransistor si accende e il potenziale del pin UC3842 ① diventa di conseguenza basso, modificando così il duty cycle di uscita del pin U1 ⑥ e riducendo U0. Quando l'uscita U0 diminuisce, la tensione del pin U1③ diminuisce. Quando è inferiore alla tensione di riferimento del pin U1②, il pin U1① emette un livello basso, Q1 non conduce, il diodo ad emissione luminosa OT1 non emette luce, il fototransistor non conduce e il potenziale del pin UC3842① sale. Alto, modificando così il duty cycle di uscita del pin U1⑥ in aumento e U0 in diminuzione. Ripetutamente, la tensione di uscita rimane stabile. Regolando VR1 è possibile modificare il valore della tensione di uscita.

L'anello di retroazione è un circuito importante che influisce sulla stabilità dell'alimentatore switching. Ad esempio, se il condensatore della resistenza di retroazione presenta errori, perdite o saldature deboli, produrrà un'oscillazione autoeccitata. I fenomeni di guasto includono: forma d'onda anomala, oscillazione a vuoto e a pieno carico, tensione di uscita instabile, ecc.

6. Circuito di protezione da cortocircuito

1. In caso di cortocircuito sul terminale di uscita, il circuito di controllo PWM può limitare la corrente di uscita entro un intervallo di sicurezza. Il circuito di limitazione della corrente può essere implementato con diversi metodi. Quando la limitazione della corrente di alimentazione non funziona durante un cortocircuito, solo un altro Aggiungi alcuni circuiti.

2. Di solito esistono due tipi di circuiti di protezione dai cortocircuiti. La figura seguente mostra un circuito di protezione da cortocircuito a bassa potenza. Il suo principio è descritto brevemente come segue:

Quando il circuito di uscita è cortocircuitato, la tensione di uscita scompare, l'optoaccoppiatore OT1 non conduce, la tensione del pin UC3842 ① sale a circa 5 V, la tensione divisa di R1 e R2 supera il riferimento TL431, causandone la conduzione, il potenziale VCC del pin UC3842 ⑦ viene abbassato e il circuito integrato smette di funzionare. Dopo che l'UC3842 ha smesso di funzionare, il potenziale del pin ① scompare, TL431 non conduce, il potenziale del pin UC3842 ⑦ sale, l'UC3842 si riavvia e il ciclo ricomincia. Quando il cortocircuito scompare, il circuito può tornare automaticamente alla condizione di funzionamento normale.

3. La figura seguente rappresenta un circuito di protezione da cortocircuito di media potenza. Il suo principio è descritto brevemente come segue:

Quando l'uscita è in cortocircuito e la tensione del pin ① dell'UC3842 aumenta e il potenziale del pin ③ di U1 è superiore a quello del pin ②, il comparatore commuta il pin ① ed emette un potenziale alto per caricare C1. Quando la tensione ad entrambe le estremità di C1 supera la tensione di riferimento del pin ⑤, il pin U1 ⑦ emette un potenziale basso e il pin ① di UC3842 è inferiore a 1V, l'UCC3842 smette di funzionare, la tensione di uscita è 0V e il ciclo ricomincia. Quando il cortocircuito scompare, il circuito funziona normalmente. R2 e C1 sono costanti di tempo di carica e scarica. Se il valore della resistenza non è corretto, la protezione da cortocircuito non funziona.

4. La figura seguente mostra un comune circuito di limitazione della corrente e di protezione dai cortocircuiti. Il suo principio di funzionamento è descritto brevemente come segue:

Quando il circuito di uscita è in cortocircuito o in sovracorrente, la corrente primaria del trasformatore aumenta, la caduta di tensione su R3 aumenta, la tensione sul pin ③ aumenta e il duty cycle di uscita del pin ⑥ dell'UC3842 aumenta gradualmente. Quando la tensione sul pin ③ supera 1V, l'UC3842 si spegne e non ha alcuna uscita. .

5. La figura seguente mostra un circuito di protezione che utilizza un trasformatore di corrente per campionare la corrente. Ha un basso consumo energetico, ma un costo elevato e un circuito complicato. Il suo principio di funzionamento è descritto brevemente come segue:

Se il circuito di uscita è in cortocircuito o la corrente è troppo elevata, la tensione indotta dalla bobina secondaria di TR1 sarà maggiore. Quando il pin ③ dell'UC3842 supera 1 volt, l'UC3842 smette di funzionare e ricomincia a funzionare. Quando il cortocircuito o il sovraccarico scompaiono, il circuito si ripristina da solo.

7. Protezione di limitazione della corrente del terminale di uscita

L'immagine precedente rappresenta un comune circuito di protezione con limitazione della corrente di uscita. Il suo principio di funzionamento è brevemente descritto come segue: quando la corrente di uscita è troppo elevata, la tensione alle due estremità di RS (filo di rame al manganese) aumenta e la tensione del pin U1③ è superiore alla tensione di riferimento del pin ②. Pin U1① Tensione di uscita elevata, Q1 viene attivato, l'effetto fotoelettrico si verifica nell'optoaccoppiatore, la tensione sul pin 1 di UC3842 diminuisce e la tensione di uscita diminuisce, raggiungendo così lo scopo di limitare la corrente di sovraccarico in uscita.

8. Principio del circuito di protezione da sovratensione in uscita

La funzione del circuito di protezione da sovratensione in uscita è quella di limitare la tensione di uscita a un valore sicuro quando la tensione di uscita supera il valore di progetto. Quando il circuito interno di stabilizzazione della tensione dell'alimentatore switching si guasta o si verifica una sovratensione in uscita a causa di un funzionamento improprio da parte dell'utente, il circuito di protezione da sovratensione protegge le apparecchiature elettriche a valle da eventuali danni. I circuiti di protezione da sovratensione più comunemente utilizzati sono i seguenti:

1. Circuito di protezione dell'innesco SCR:

Come mostrato nella figura precedente, quando l'uscita di Uo1 sale, il tubo regolatore di tensione (Z3) si rompe e si accende, e il terminale di controllo del raddrizzatore controllato al silicio (SCR1) riceve la tensione di attivazione, quindi il tiristore si accende. Quando la tensione Uo2 viene cortocircuitata a terra, il circuito di protezione da sovracorrente o da cortocircuito entra in funzione e arresta il funzionamento dell'intero circuito di alimentazione. Quando il fenomeno della sovratensione in uscita viene eliminato, la tensione di attivazione del terminale di controllo del tiristore viene scaricata a terra attraverso R e il tiristore torna allo stato di spento.

2. Circuito di protezione dell'accoppiamento fotoelettrico:

Come mostrato nella figura precedente, quando Uo presenta un fenomeno di sovratensione, il tubo regolatore di tensione si rompe e conduce, e una corrente scorre attraverso l'optoaccoppiatore (OT2) R6 verso terra. Il diodo a emissione luminosa dell'optoaccoppiatore emette luce, causando così la conduzione del fototransistor dell'optoaccoppiatore Pass. La base di Q1 è elettricamente conduttiva e la tensione del pin ③ del 3842 si riduce, spegnendo il circuito integrato e interrompendo il funzionamento dell'intero alimentatore. Uo è pari a zero e il ciclo si ripete.

3. Circuito di protezione con limitazione della tensione di uscita:

Il circuito di protezione con limitazione della tensione di uscita è illustrato di seguito. Quando la tensione di uscita aumenta, il tubo regolatore di tensione viene acceso e l'optoaccoppiatore viene attivato. La base di Q1 ha una tensione di pilotaggio e il canale è collegato. La tensione di UC3842③ aumenta, l'uscita diminuisce e il tubo regolatore di tensione non conduce. UC3842③ Quando la tensione diminuisce, la tensione di uscita aumenta. Ripetutamente, la tensione di uscita si stabilizza entro un intervallo (a seconda del valore di regolazione della tensione del tubo regolatore di tensione).

4. Circuito di blocco della sovratensione in uscita:

Il principio di funzionamento della Figura A è che quando la tensione di uscita Uo aumenta, il tubo regolatore di tensione si accende, l'optoaccoppiatore si accende e la base di Q2 è elettricamente conduttiva. A causa della conduzione di Q2, la tensione di base di Q1 si riduce e anch'esso si accende. La tensione Vcc passa attraverso R1, Q1 e R2, rendendo Q2 sempre conduttivo e il pin ③ dell'UC3842 è sempre a livello alto e smette di funzionare. Nella Figura B, quando UO aumenta, la tensione del pin U1 ③ aumenta e il pin ① emette un livello alto. Grazie all'esistenza di D1 e R1, il pin U1 ① emette sempre un livello alto. Q1 è sempre acceso. Il pin UC3842 ① è sempre a livello basso e smette di funzionare. . Feedback positivo?

9. Circuito di correzione del fattore di potenza (PFC)

1. Schema di principio:

2. Principio di funzionamento:

La tensione di ingresso passa attraverso il filtro EMI composto da L1, L2, L3, ecc. e il BRG1 raddrizza un percorso e lo invia all'induttore PFC. L'altro percorso viene diviso da R1 e R2 e inviato al controllore PFC come campione della tensione d'ingresso per regolare la frequenza del segnale di controllo. Rapporto, ovvero modifica dei tempi di accensione e spegnimento di Q1 per stabilizzare la tensione di uscita del PFC. L4 è l'induttore del PFC, che accumula energia quando Q1 è acceso e la rilascia quando Q1 è spento. D1 è il diodo di avvio. D2 è il diodo raddrizzatore PFC, C6 e C7 il filtro. Un canale della tensione PFC viene inviato al circuito a valle, mentre l'altro canale viene diviso da R3 e R4 e quindi inviato al controllore PFC come campione della tensione di uscita PFC per regolare il duty cycle del segnale di controllo e stabilizzare la tensione di uscita PFC.

10. Protezione da sovratensione e sottotensione in ingresso

1. Schema:

2. Principio di funzionamento:

I principi di protezione contro le sovratensioni e le sottotensioni in ingresso degli alimentatori switching con ingresso in CA e con ingresso in CC sono più o meno gli stessi. La tensione di campionamento del circuito di protezione proviene dalla tensione filtrata in ingresso. La tensione di campionamento è suddivisa in due canali. Un canale viene diviso da R1, R2, R3 e R4 e quindi immesso nel pin 3 del comparatore. Se la tensione di campionamento è superiore alla tensione di riferimento del pin 2, il pin 1 del comparatore emette un livello alto per controllare il controllore principale e farlo spegnere; l'alimentatore non ha alcuna uscita. L'altro canale viene diviso da R7, R8, R9 e R10 e quindi immesso nel pin 6 del comparatore. Se la tensione di campionamento è inferiore alla tensione di riferimento del pin 5, il pin 7 del comparatore emette un livello alto per controllare l'arresto del controllore principale e l'alimentazione non ha uscita.