Оглавление
1. Состав схемы импульсного источника питания
Главная схема импульсного источника питания состоит из входного фильтра электромагнитных помех (EMI), схемы фильтра выпрямителя, схемы преобразования мощности, схемы ШИМ-контроллера и схемы фильтра выходного выпрямителя. Вспомогательные цепи включают в себя схему защиты от превышения напряжения на входе, схему защиты от превышения напряжения на выходе, схему защиты от перегрузки по току на выходе, схему защиты от короткого замыкания на выходе и т. д.
Блок-схема импульсного источника питания выглядит следующим образом:
2. Принципы и общие схемы входных цепей
2.1 Принцип работы схемы фильтра входного выпрямителя переменного тока:
①. Схема молниезащиты: Когда происходит удар молнии и высокое напряжение генерируется и поступает в источник питания через электросеть, схема, состоящая из MOV1, MOV2, MOV3: F1, F2, F3 и FDG1, обеспечивает защиту. Когда напряжение, приложенное к обоим концам варистора, превышает его рабочее напряжение, его сопротивление уменьшается, вызывая потребление варистором энергии высокого напряжения. Если ток слишком велик, F1, F2 и F3 перегорают в цепи защиты.
②. Схема входного фильтра: Двойная π-фильтровая сеть, состоящая из C1, L1, C2 и C3, в основном подавляет электромагнитные шумы и сигналы помех от входного источника питания, чтобы предотвратить помехи от источника питания, а также предотвращает высокочастотные шумы, генерируемые самим источником питания. Волновые помехи для электросети. При включении питания необходимо зарядить C5. Из-за большого мгновенного тока добавление RT1 (термистора) может эффективно предотвратить всплеск тока. Поскольку вся мгновенная энергия расходуется на резистор RT1, сопротивление RT1 уменьшается после повышения температуры через определенный промежуток времени (RT1 - компонент с отрицательным температурным коэффициентом). В это время потребляемая им энергия очень мала, и последующая схема может работать нормально.
③. Выпрямитель и схема фильтра: После выпрямления переменного напряжения с помощью BRG1, оно фильтруется C5 для получения относительно чистого постоянного напряжения. Если емкость C5 становится меньше, пульсации переменного тока на выходе увеличиваются.
2.2 Принцип работы входного фильтра постоянного тока:
①. Схема входного фильтра: Двойная π-фильтровая сеть, состоящая из C1, L1 и C2, в основном подавляет электромагнитные шумы и сигналы помех от входного источника питания, чтобы предотвратить помехи в работе источника питания. Она также предотвращает влияние высокочастотных помех, генерируемых самим источником питания. Сетевые помехи. C3 и C4 - защитные конденсаторы, а L2 и L3 - индуктивности дифференциального режима.
②, R1, R2, R3, Z1, C6, Q1, Z2, R4, R5, Q2, RT1 и C7 образуют противоразрядную цепь. В момент запуска Q2 не проводит ток из-за наличия C6, и ток образует петлю через RT1. Q2 включается, когда напряжение на C6 заряжается до регулируемого значения Z1. Если C8 негерметичен или цепь нижнего уровня замкнута накоротко, падение напряжения, создаваемое током на RT1, увеличивается в момент запуска. Q1 включается, а Q2 не проводит ток без напряжения на затворе. RT1 перегорит за короткое время. Защитите последующую цепь.
3. Схема преобразования мощности
3.1 Принцип работы МОП-трубки:
Наиболее широко используемой в настоящее время полевой трубкой с изолированным затвором является MOSFET (МОП-трубка), в которой для работы используется электроакустический эффект поверхности полупроводника. Его также называют поверхностным полевым транзистором. Поскольку его затвор находится в непроводящем состоянии, входное сопротивление может быть значительно увеличено, вплоть до 105 Ом. МОП-трубка использует напряжение затвор-исток для изменения количества заряда, индуцированного на поверхности полупроводника, тем самым управляя током стока.
3.2. Общие принципиальные схемы:
3.3. Принцип работы:
R4, C3, R5, R6, C4, D1 и D2 образуют буфер и подключены параллельно МОП-трубке переключателя для снижения напряжения на ней, уменьшения электромагнитных помех и предотвращения вторичного пробоя. Когда переключатель Q1 выключен, первичная обмотка трансформатора склонна генерировать пиковые напряжения и пиковые токи. Комбинация этих компонентов может хорошо поглощать пиковые напряжения и токи. Сигнал пикового тока, измеряемый с R3, участвует в управлении рабочим циклом тока и поэтому является предельным током рабочего цикла тока. Когда напряжение на R5 достигает 1 В, UC3842 прекращает работу и переключатель Q1 немедленно выключается. Емкости переходов CGS и CGD в R1 и Q1 вместе образуют RC-сеть. Зарядка и разрядка конденсатора напрямую влияет на скорость переключения лампы. Если R1 слишком мал, он легко вызовет колебания и электромагнитные помехи; если R1 слишком велик, он уменьшит скорость переключения коммутационной трубки. Z1 обычно ограничивает напряжение GS МОП-лампы ниже 18 В, тем самым защищая МОП-лампу. Управляющее напряжение затвора Q1 представляет собой пилообразную волну. Когда рабочий цикл больше, время проводимости Q1 больше, и энергия, накопленная в трансформаторе, больше; когда Q1 выключается, трансформатор проходит через D1, D2, R5, R4 и C3, высвобождая энергию, и в то же время достигается цель сброса магнитного поля, подготавливая трансформатор для следующего хранения и передачи энергии. ИС постоянно регулирует рабочий цикл пикообразной волны в соответствии с выходным напряжением и током, тем самым стабилизируя выходной ток и напряжение всей машины. C4 и R6 являются цепями поглощения скачков напряжения.
3.4 Схема преобразования мощности Push-pull:
Q1 и Q2 будут включаться поочередно.
3.5 Схема преобразования мощности с приводным трансформатором:
T2 - управляющий трансформатор, T1 - переключающий трансформатор, а TR1 - токовая петля.
4. Схема фильтра выходного выпрямителя:
4.1 Схема выпрямителя прямого хода:
T1 - переключающий трансформатор, у которого первичные и вторичные полюса находятся в одной фазе. D1 - выпрямительный диод, D2 - фрикулинг-диод, а R1, C1, R2 и C2 - пиковые цепи обрезания. L1 - индуктивность, а C4, L2 и C5 образуют цепь пиковой обрезки.
Фильтр π-типа.
4.2 Схема выпрямителя обратного хода:
T1 - переключающий трансформатор с первичными и вторичными полюсами в противоположных фазах. D1 - выпрямительный диод, R1 и C1 - пиковые цепи обрезания. L1 - свободно вибрирующий индуктор, R2 - фиктивная нагрузка, а C4, L2 и C5 образуют
Фильтр π-типа.
4.3 Схема синхронного выпрямителя:
Принцип работы: Когда верхний конец вторичной обмотки трансформатора положительный, ток проходит через C2, R5, R6 и R7, чтобы провести Q2, и цепь образует контур, а Q2 является выпрямителем. Затвор Q1 отрезан, поскольку он имеет обратное смещение. Когда нижний конец вторичной обмотки трансформатора положителен, ток проходит через C3, R4 и R2, проводя через Q1, и Q1 является лампой свободного хода. Затвор Q2 отрезан, поскольку он имеет обратное смещение. L2 - это индуктивность, а C6, L1 и C7 образуют
Фильтр π-типа. R1, C1, R9 и C4 представляют собой цепи обрезания пиков.
5. Принцип работы контура стабилизации напряжения
5.1 Принципиальная схема цепи обратной связи:
5.2 Принцип работы:
Когда выходной сигнал U0 увеличивается, после деления на резисторы выборки R7, R8, R10 и VR1 напряжение на выводе U1③ возрастает. Когда оно превышает опорное напряжение на выводе U1②, на вывод U1① подается высокий уровень, в результате чего Q1 начинает проводить ток, и оптопара OT1 излучает свет. Диод излучает свет, фототранзистор включается, и потенциал вывода UC3842 ① становится низким, соответственно, изменяя выходной рабочий цикл вывода U1 ⑥ и уменьшая U0. Когда выходное U0 уменьшается, напряжение на выводе U1③ снижается. Когда оно ниже опорного напряжения вывода U1②, вывод U1① выдает низкий уровень, Q1 не проводит, светоизлучающий диод оптопары OT1 не излучает свет, фототранзистор не проводит, а потенциал вывода UC3842① повышается. Высокий, тем самым изменяя рабочий цикл выхода U1⑥ на увеличение, а U0 - на уменьшение. Повторяясь, выходное напряжение остается стабильным. Регулировка VR1 может изменить значение выходного напряжения.
Цепь обратной связи - это важная схема, которая влияет на стабильность импульсного источника питания. Например, если конденсатор резистора обратной связи имеет ошибки, утечку или слабую пайку, он будет создавать самовозбуждающиеся колебания. Явления неисправности включают в себя: аномальную форму волны, колебания при пустой и полной нагрузке, нестабильное выходное напряжение и т.д.
6. Схема защиты от короткого замыкания
1. В случае короткого замыкания на выходной клемме схема управления ШИМ может ограничить выходной ток в безопасном диапазоне. Для реализации схемы ограничения тока можно использовать различные методы. Когда ограничение тока питания не работает при коротком замыкании, достаточно добавить еще одну схему.
2. Обычно существует два типа схем защиты от короткого замыкания. На рисунке ниже показана маломощная схема защиты от короткого замыкания. Ее принцип кратко описывается следующим образом:
При замыкании выходной цепи выходное напряжение исчезает, оптопара OT1 не проводит, напряжение на выводе UC3842 ① повышается примерно до 5 В, разделенное напряжение R1 и R2 превышает опорное напряжение TL431, вызывая его проведение, потенциал VCC на выводе UC3842 ⑦ подтягивается вниз, и ИС прекращает работу. После прекращения работы UC3842 потенциал вывода ① исчезает, TL431 не проводит, потенциал вывода ⑦ UC3842 повышается, UC3842 перезапускается, и цикл начинается снова. Когда короткое замыкание исчезает, схема может автоматически вернуться в нормальное рабочее состояние.
3. На рисунке ниже представлена схема защиты от короткого замыкания средней мощности. Ее принцип кратко описывается следующим образом:
Когда выход замкнут накоротко и напряжение на выводе ① UC3842 повышается, а потенциал вывода ③ U1 выше потенциала вывода ②, компаратор переключает вывод ① и выдает высокий потенциал для заряда C1. Когда напряжение на обоих концах C1 превышает опорное напряжение на выводе ⑤, вывод U1 ⑦ выдает низкий потенциал, а вывод ① UC3842 Ниже 1 В, UCC3842 прекращает работу, выходное напряжение равно 0 В, и цикл начинается снова. Когда короткое замыкание исчезает, схема работает нормально. R2 и C1 - постоянные времени заряда и разряда. Если значение сопротивления неверно, защита от короткого замыкания не сработает.
4. На рисунке ниже представлена общая схема ограничения тока и защиты от короткого замыкания. Принцип ее работы кратко описывается следующим образом:
При коротком замыкании или перегрузке выходной цепи первичный ток трансформатора увеличивается, падение напряжения на R3 увеличивается, напряжение на выводе ③ увеличивается, и рабочий цикл выходного сигнала на выводе ⑥ UC3842 постепенно увеличивается. Когда напряжение на выводе ③ превышает 1 В, UC3842 выключается и не имеет выхода. .
5. На рисунке ниже представлена схема защиты, в которой для отбора тока используется трансформатор тока. Она имеет низкое энергопотребление, но высокую стоимость и сложную схему. Принцип ее работы кратко описывается следующим образом:
Если выходная цепь замкнута накоротко или ток слишком велик, напряжение, индуцируемое вторичной обмоткой TR1, будет выше. Когда напряжение на выводе ③ UC3842 превысит 1 вольт, UC3842 перестанет работать и начнет работать снова и снова. Когда короткое замыкание или перегрузка исчезнут, схема восстановится сама по себе.
7. Защита от ограничения тока выходной клеммы
На рисунке выше показана обычная схема защиты от ограничения выходного тока. Принцип ее работы кратко описан выше: когда выходной ток слишком велик, напряжение на обоих концах RS (провод из марганцевой меди) повышается, и напряжение на выводе U1③ выше, чем опорное напряжение на выводе ②. U1① pin Выходное высокое напряжение, Q1 включается, в оптопаре возникает фотоэлектрический эффект, напряжение на контакте 1 UC3842 уменьшается, и выходное напряжение снижается, тем самым достигается цель ограничения выходного тока перегрузки.
8. Принцип работы схемы защиты от перенапряжения на выходе
Функция схемы защиты от перенапряжения на выходе заключается в ограничении выходного напряжения до безопасного значения, когда выходное напряжение превышает расчетное значение. Когда внутренний контур стабилизации напряжения импульсного источника питания выходит из строя или выходное перенапряжение возникает из-за неправильной работы пользователя, схема защиты от перенапряжения защищает последующее электрооборудование от повреждения. Наиболее часто используемые схемы защиты от перенапряжения следующие:
1. Схема защиты триггера SCR:
Как показано на рисунке выше, при повышении напряжения на выходе Uo1 лампа регулятора напряжения (Z3) пробивается и включается, а на управляющую клемму кремниевого управляемого выпрямителя (SCR1) подается напряжение запуска, в результате чего включается тиристор. Когда напряжение Uo2 замыкается на землю, срабатывает схема защиты от перегрузки по току или короткого замыкания и останавливает работу всей силовой цепи. Когда явление перенапряжения на выходе устранено, напряжение срабатывания управляющей клеммы тиристора разряжается на землю через R, и тиристор возвращается в выключенное состояние.
2. Схема защиты фотоэлектрической муфты:
Как показано на рисунке выше, когда в Uo возникает явление перенапряжения, трубка регулятора напряжения выходит из строя и проводит ток, и ток течет через оптопару (OT2) R6 на землю. Светоизлучающий диод оптопары излучает свет, тем самым заставляя фототранзистор оптопары проводить пас. База Q1 становится электропроводящей, и напряжение на выводе ③ микросхемы 3842 уменьшается, что выключает микросхему и прекращает работу всего источника питания. Uo становится равным нулю, и цикл повторяется.
3. Схема защиты от ограничения выходного напряжения:
Схема защиты от ограничения выходного напряжения показана ниже. При повышении выходного напряжения включается лампа стабилизатора напряжения и включается оптопара. На базу Q1 подается управляющее напряжение, и канал подключается. Напряжение на UC3842③ увеличивается, выходное уменьшается, а лампа регулятора напряжения не проводит. По мере уменьшения напряжения UC3842③ выходное напряжение увеличивается. При многократном повторении выходное напряжение стабилизируется в пределах диапазона (в зависимости от величины регулирования напряжения на трубке регулятора напряжения).
4. Схема блокировки выходного перенапряжения:
Принцип работы рисунка A заключается в том, что при увеличении выходного напряжения Uo включается лампа регулятора напряжения, включается оптопара, и база Q2 становится электропроводящей. Благодаря проводимости Q2 напряжение на базе Q1 уменьшается, и он также включается. Напряжение Vcc, проходящее через R1, Q1 и R2, делает Q2 всегда проводящим, и вывод ③ UC3842 всегда находится на высоком уровне и перестает работать. На рисунке B, когда UO повышается, напряжение на выводе U1 ③ увеличивается, и вывод ① выдает высокий уровень. Благодаря наличию D1 и R1 вывод U1 ① всегда выдает высокий уровень. Q1 всегда включен. UC3842 ① вывод всегда имеет низкий уровень и перестает работать. . Положительная обратная связь?
9. Схема коррекции коэффициента мощности (PFC)
1. Принципиальная схема:
2. Принцип работы:
Входное напряжение проходит через фильтр EMI, состоящий из L1, L2, L3 и т. д., и BRG1 выпрямляет один канал и направляет его на индуктор КРМ. Другой путь делится R1 и R2 и отправляется на контроллер КРМ в качестве выборки входного напряжения для регулировки скважности управляющего сигнала. Коэффициент, то есть изменение времени включения и выключения Q1 для стабилизации выходного напряжения КРМ. L4 - индуктор КРМ, который накапливает энергию, когда Q1 включен, и отдает энергию, когда Q1 выключен. D1 - диод запуска. D2 - диод выпрямителя PFC, C6 и C7 - фильтр. Один канал напряжения КРМ направляется в цепь нижнего уровня, а другой канал делится на R3 и R4 и затем направляется в контроллер КРМ в качестве образца выходного напряжения КРМ для регулировки рабочего цикла управляющего сигнала и стабилизации выходного напряжения КРМ.
10. Защита от повышенного и пониженного напряжения на входе
1. Схематическая диаграмма:
2. Принцип работы:
Принципы защиты от перенапряжения и понижения напряжения на входе импульсных источников питания переменного и постоянного тока примерно одинаковы. Напряжение выборки схемы защиты берется из входного отфильтрованного напряжения. Напряжение выборки делится на два канала. Один канал делится на R1, R2, R3 и R4, а затем поступает на вывод 3 компаратора. Если напряжение выборки выше опорного напряжения на выводе 2, вывод 1 компаратора выдает высокий уровень для управления главным контроллером, чтобы он выключился, а источник питания не имел выхода. Другой канал делится на R7, R8, R9 и R10, а затем подается на вывод 6 компаратора. Если напряжение выборки ниже опорного напряжения на выводе 5, то на вывод 7 компаратора подается высокий уровень для управления главным контроллером, чтобы он выключился, а источник питания не имел выхода.
