|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Sự phát triển của nguồn cung cấp năng lượng xung flyback
Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Power Supplies Bài viết chúng tôi gửi đến bạn đọc là về bộ nguồn chuyển mạch flyback, được sử dụng rộng rãi trong các bộ nguồn cho tivi, máy tính và các thiết bị điện tử khác. Những nguồn như vậy cũng rất phổ biến đối với những người nghiệp dư trên đài phát thanh. Bài viết sẽ tập trung vào các bộ nguồn được lắp ráp trên vi mạch KR1033EU10 và VIPer-100A và tính toán chúng bằng gói phần mềm chuyên dụng. BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC KR1033EU10 (và C3842) Bộ nguồn chuyển mạch (SMPS) đã trở nên phổ biến vào giữa thế kỷ trước. Và ngày nay IIP trải qua những thay đổi tiến hóa hầu như hàng năm. Mỗi lớp IIP, sau khi chinh phục được vị trí thích hợp của mình, sẽ tồn tại trong đó mãi mãi hoặc ít nhất là trong một thời gian dài và chúng phát triển gần như độc lập. SMPS cầu nối thường được sử dụng như những SMPS mạnh mẽ (150 W trở lên). SMPS dòng điện ngược thường được sử dụng ở mức công suất thấp và trung bình (lên đến 150 W). Giờ đây, cơ sở thành phần của các nguồn như vậy được cập nhật nhanh đến mức các đài phát thanh nghiệp dư trung bình và ngành phát thanh trong nước theo dõi những thay đổi này trong quá trình phát triển của họ với độ trễ lớn. Bộ điều khiểnPWM tích hợp KR1033EU5 (tương tự nước ngoài - TDA4605), được mô tả trong bài viết [1], chưa có thời gian được đưa vào các thiết bị gia dụng trong nước, nhưng trong các thiết bị video của nước ngoài và đặc biệt là màn hình video, loại mới của chúng đã sẵn sàng được sử dụng rộng rãi - UC3842, KA3842 và UC3844 , KA3844 (tương tự trong nước lần lượt là KR1033EU10 và KR1033EU11). Bên ngoài và về cơ bản không khác biệt so với nguyên mẫu, các bộ điều khiểnPWM tương đối mới tuy nhiên đã trải qua một số cải tiến. Và nếu nhiều người nghiệp dư về radio đã làm quen với nguyên mẫu trên các trang của “Radio” trong [2], thì các mô tả về SMPS với bộ điều khiểnPWM của dòng UC384X vẫn chưa được xuất bản, ngoại trừ [3], trong đó vi mạch được chỉ định được sử dụng theo cách hơi khác thường - làm bộ điều chỉnh cho bộ ổn định điện áp xung giảm dần. Chúng ta hãy xem xét ngắn gọn các đặc tính chính và sự khác biệt giữa vi mạch KR1033EU10 (UC3842, KA3842), mà chúng ta sẽ gọi thêm là EU10 và KR1033EU5 (TDA4605), được gọi là EU5. Cả hai vi mạch đều được làm trong vỏ nhựa 2101.8-1 (theo thuật ngữ nước ngoài - DIP-8). Mục đích của các chân EU10 được nêu trong bảng.
Основные характеристики
Bộ điều khiển CPU EU10, giống như EU5, được thiết kế để kết nối bóng bán dẫn hiệu ứng trường kênh n với cổng cách điện và về cơ bản có chức năng tương tự. Chúng ta hãy lưu ý tính năng đầu tiên của EU10. Tần số chuyển đổi trong SMPS trên EU5 được đặt tự động tùy thuộc vào điện áp của nguồn điện chính, các thông số của vi mạch và bóng bán dẫn chuyển mạch, độ tự cảm của cuộn sơ cấp của máy biến áp xung, mức tiêu thụ điện trong tải, v.v. Do đó, khi tiếp xúc với các yếu tố gây mất ổn định, tần số chuyển đổi sẽ trở thành "nổi": đối với bất kỳ SMPS nào được sản xuất trên EU5, chỉ tùy thuộc vào công suất tải, nó có thể lấy giá trị tối đa từ 18 kHz và lên đến 70 kHz tại tải tối thiểu. Tính năng này gây khó khăn cho việc thiết kế một máy biến áp của SMPS như vậy, do đó, thông thường việc tính toán và tạo mẫu gần đúng trước tiên được thực hiện cho nó, sau đó, dựa trên kết quả thử nghiệm với tải thực, các điều chỉnh cần thiết sẽ được thực hiện. Trong vi mạch EU10, tần số chuyển đổi hoạt động được thiết lập bởi mạch RC cài đặt tần số bên ngoài được kết nối với chân 4. Do điện trở mạch RC được kết nối với nguồn điện áp tham chiếu chính xác bên trong là 5 V - chân 8, bất kể sự mất ổn định khác nhau các yếu tố, tần số chuyển đổi hoạt động được cố định nghiêm ngặt. Trong bộ lễ phục. 1, a thể hiện dạng hàm mũ của điện áp Uc trên tụ điện cài đặt tần số, tương ứng với các xung chuyển mạch ở đầu ra của bộ điều khiểnPWM (chân 6 Uout), như trên Hình 1. XNUMX, b.
Để mô tả chế độ hoạt động của bộ điều khiểnPWM, thuận tiện nhất là sử dụng chu kỳ làm việc của các xung chuyển mạch D - đây là tham số nghịch đảo của chu kỳ làm việc của chúng. Giá trị chu kỳ nhiệm vụ luôn nhỏ hơn một. Tuy nhiên không nên chọn quá 0,5 [3]. Một bộ kích hoạt đếm bổ sung bên trong đã được đưa vào mạch đầu ra của bộ điều khiểnPWM KR1033EU11 (UC3844), giúp giới hạn chu kỳ nhiệm vụ D<0,5, nhưng đồng thời, mạch RC cài đặt tần số được thiết kế cho tần số hoạt động gấp đôi tần số hoạt động của bộ tạo bên trong (so với tốc độ lặp lại của các xung chuyển mạch). Kết thúc phần mô tả ngắn gọn chung về bộ điều khiển PLC dòng UC384X, chúng tôi lưu ý rằng UC3843 tương tự như UC3842 và UC3845 tương tự như UC3844, nhưng chúng được thiết kế cho điện áp cung cấp thấp hơn. Đối với họ, mức ngưỡng của điện áp cung cấp khi chuyển sang trạng thái "Bật" là đối với từng mẫu 7,8...9 V (giá trị trung bình 8,4 V), "Tắt" - 7...8,2 V (giá trị trung bình - 7,6 V) ). Hãy để chúng tôi giải thích khái niệm về độ ổn định nhiễu của bộ điều khiểnPWM (Hình 1). Trong thời gian tắt, tụ điện cài đặt tần số được sạc từ điện áp khoảng 1,5 V, tương ứng với mức ngưỡng dưới của bộ so sánh bên trong, đến mức trên, khoảng 2,75 V. Tại thời điểm này, đầu ra của Bộ điều khiểnPWM ở mức thấp. Khi điện áp trên tụ Uc đạt đến ngưỡng trên, mạch phóng điện bên trong sẽ được bật và tụ điện được phóng điện đến khoảng 0,75 V. Điện áp ở đầu ra của bộ điều khiểnPWM lúc này sẽ chuyển sang trạng thái đơn. Sau đó trong thời gian tON. cho đến khi điện áp trên tụ đạt đến mức ngưỡng thấp hơn thì bóng bán dẫn chuyển mạch sẽ được bật. Hình vẽ cho thấy tín hiệu nhiễu Up với điện áp 0,1...0,5 V ở cuối chu kỳ sạc có thể khiến mạch phóng điện hoạt động sớm và khởi động sai máy phát bên trong, được biểu thị bằng các đường chấm. Thuộc tính này là nhược điểm chính của loại bộ điều khiểnPWM đang được xem xét, nhưng nó có thể bị suy yếu đáng kể theo một số cách. Đầu tiên, các tụ gốm (độ tự cảm thấp) có công suất khoảng 7 μF được nối với chân 8 và 0,1 của vi mạch. Thứ hai, chúng đáp ứng các yêu cầu nhất định về cấu trúc liên kết của bảng mạch in và thiết kế của SMPS, giúp giảm biên độ của tín hiệu nhiễu, điều này sẽ được giải thích thêm. Thứ ba, điện dung của tụ điện điều chỉnh tần số được chọn ít nhất là 1000 pF. Và cách đáng tin cậy nhất để loại bỏ hoàn toàn nhược điểm này là đồng bộ hóa tần số hoạt động của bộ điều khiểnPWM với nguồn điện áp xung bên ngoài, được mô tả chi tiết trong [4]. Sự khác biệt chính thứ hai giữa EU10 là cách nó giám sát dòng điện hoạt động trong SMPS. Trong EU5, sự thay đổi dòng điện trong cuộn dây lưu trữ của máy biến áp được mô phỏng bằng mạch RC bên ngoài và nếu các phần tử này được chọn không chính xác, bóng bán dẫn chuyển mạch có thể bị lỗi. Vi mạch EU10 có bộ so sánh điều khiển dòng điện đặc biệt, có hai đầu vào - đảo ngược và không đảo ngược. Chân 3 được kết nối bên trong với đầu vào không đảo của bộ so sánh. Một cảm biến dòng điện trở hoặc máy biến áp được kết nối với nó bên ngoài trong mạch nguồn của bóng bán dẫn chuyển mạch. Ngay khi điện áp tín hiệu từ cảm biến dòng điện vượt quá giá trị ngưỡng 1 V, tương ứng với giá trị dòng điện cực đại trong mạch xả của bóng bán dẫn, bộ so sánh sẽ tắt bộ khuếch đại đầu ra của bộ điều khiểnPWM. Ví dụ, đối với một bóng bán dẫn có dòng xả tối đa là 4 A, giá trị cực đại tương ứng với mức đáp ứng bảo vệ được chọn là 3,7 A. Khi SMPS bị quá tải, việc tắt như vậy sẽ xảy ra ở mỗi xung, ngăn ngừa hư hỏng cho bóng bán dẫn. chuyển mạch Transistor. Mức đáp ứng bảo vệ dòng điện có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở của điện trở trong mạch thoát nước của bóng bán dẫn hoặc bằng cách thay đổi hệ số truyền của cảm biến dòng điện của máy biến áp. Và tính năng cuối cùng, thứ ba của EU10, tiếp nối tính năng thứ hai, là phương pháp điều chỉnh điện áp ở đầu ra của SMPS. Lưu ý rằng nguyên tắc điều chỉnh vẫn giữ nguyên - điều khiển độ rộng xung. Nếu EU5 kiểm soát thời điểm hoàn thành quá trình truyền phần năng lượng tiếp theo bằng cách chuyển điện áp trong cuộn thứ cấp về 10 và sau đó phát ra phần mới như vậy để duy trì điện áp không đổi ở đầu ra của giao tiếp phụ. cuộn dây, và do đó khi có tải, EUXNUMX hoạt động hơi khác. Để điều chỉnh điện áp đầu ra của SMPS, cũng như để vô hiệu hóa ảnh hưởng tiêu cực của các yếu tố gây mất ổn định, đầu vào của bộ khuếch đại tín hiệu lỗi được sử dụng - chân 2, nơi nối thêm cuộn dây phụ của máy biến áp, từ đó tạo thành một cuộn dây phụ bên ngoài. vòng phản hồi, gọi là vòng điều khiển chính. Bộ khuếch đại giám sát ảnh hưởng nhiễu của các yếu tố gây mất ổn định và điều chỉnh các thông số của xung chuyển mạch sao cho điện áp ở đầu ra của cuộn dây truyền thông và ở tải không đổi. Đặc tính tần số và pha của đặc tính truyền của bộ khuếch đại tín hiệu lỗi, xác định độ ổn định của nó, được điều chỉnh bởi mạch RC bên ngoài được kết nối với chân 1, được kết nối bên trong với đầu ra của bộ khuếch đại này. Nhờ kiến trúc vi mạch này, các nhà phát triển đã cung cấp khả năng sử dụng chân 1 để tắt SMPS từ xa hoặc khẩn cấp (chuyển sang CHẾ ĐỘ CHỜ - chế độ chờ), kết nối nó với một dây chung bằng bóng bán dẫn bên ngoài. Nếu một cảm biến quang điện tử, được kết nối điện với đầu ra, được kết nối với chân này, thì sẽ thu được mạch điều khiển điện áp đầu ra thứ hai, giúp cải thiện các đặc tính ổn định của SMPS và ngoài ra, cho phép khởi động SMPS “mềm”. Việc ổn định điện áp đầu ra của SMPS xảy ra như sau. Đầu ra của bộ khuếch đại tín hiệu lỗi bên trong vi mạch được kết nối thông qua các mạch khớp với đầu vào đảo ngược của bộ so sánh điều khiển dòng điện. Một cảm biến dòng điện được kết nối với đầu vào không đảo của bộ so sánh. Trong bộ so sánh dòng điện, kể từ thời điểm bắt đầu mỗi xung chuyển mạch, hai tín hiệu này sẽ được so sánh. Nếu các tín hiệu khớp nhau, mỗi xung chuyển mạch sẽ dừng tại thời điểm dòng điện trong cuộn dây lưu trữ đạt đến giá trị đỉnh yêu cầu. Ở chế độ bình thường, điều này sẽ xảy ra sớm hơn nhiều so với khi dòng điện cực đại đạt đến giá trị giới hạn của dòng xả của bóng bán dẫn chuyển mạch. Ngược lại, dòng điện cực đại quyết định công suất vận hành của máy biến áp. Năng lượng tích trữ trong cuộn dây tích trữ của máy biến áp có độ tự cảm L được xác định bởi đẳng thức W = LIP2/2, và nếu việc tích lũy năng lượng dừng lại tại thời điểm này, khi dòng điện tăng tuyến tính trong cuộn dây đạt đến giá trị đỉnh yêu cầu IP, thì mạch điện thứ cấp sẽ nhận được phần năng lượng cần thiết. Hơn nữa, nếu, ở điện áp không đổi của nguồn điện chính U0, chúng ta so sánh hai phiên bản của bộ chuyển đổi, chẳng hạn, khác nhau bởi hệ số hai về tần số chuyển đổi, thì độ tự cảm của cuộn dây lưu trữ cũng sẽ khác nhau bởi hệ số hai. Điều này là cần thiết để thay đổi tốc độ tăng của dòng điện răng cưa, được xác định bằng tỷ số U0/L. Do đó, ví dụ, nếu dòng điện trong cuộn dây ở tần số chuyển đổi 100 kHz tại thời điểm tác động của xung chuyển mạch đạt giá trị cực đại sau 2 μs, thì ở tần số 50 kHz do độ tự cảm tăng gấp đôi ở cùng điện áp U0 - sau 4 μs. Công suất cho cả hai tùy chọn vẫn giữ nguyên, vì trong biểu thức đặc trưng cho nó P=W/T (T=1/f là khoảng thời gian của tần số chuyển đổi), cả tử số và mẫu số sẽ thay đổi tỷ lệ. Nhưng kích thước của lõi từ máy biến áp đối với các tùy chọn này sẽ khác nhau đáng kể: tần số càng cao thì lõi từ cần thiết cho cùng một công suất càng nhỏ. Tương tự, với độ tự cảm L không đổi và điện áp thay đổi U0, khoảng thời gian tON sẽ thay đổi. trong thời gian đó năng lượng tích lũy trong cuộn sơ cấp của máy biến áp, vì nó tỷ lệ nghịch với tỷ số U0 / L. Do đó, năng lượng dự trữ trong mỗi xung vẫn không đổi và không phụ thuộc vào các yếu tố gây mất ổn định. Những người vô tuyến nghiệp dư muốn nghiên cứu sơ đồ khối, mô tả chức năng và đặc điểm thiết kế của vi mạch EU10 chi tiết hơn có thể tham khảo sách tham khảo [4]. NGUỒN ĐIỆN TRÊN CHIP KR1033EU10 Sơ đồ của phiên bản đơn giản nhất được đề xuất của SMPS. cơ sở của nó là bộ điều khiển PLC KR1033EU10 (UC3842, KA3842), được hiển thị trong Hình 2. XNUMX.
Các thông số chính của SMPS
Nguồn điện áp lưới, cũng như các bộ lọc nguồn điện lưới tần số thấp và tần số cao, được thiết kế tương tự như nguyên mẫu [2] và không có tính năng đặc biệt nào, ngoại trừ bộ phận hạn chế dòng điện tăng vọt khi bật SMPS là một điện trở nhiệt RK1 có TCR âm. Khi được bật, điện trở của nó là tối đa, và sau đó khi nó nóng lên dưới tác động của dòng điện mà thiết bị tiêu thụ, nó sẽ giảm đi. Điều này giúp bảo vệ cầu diode mạng VD1 khỏi bị hư hỏng trong quá trình khởi động. Tuy nhiên, khi khởi động lại nhanh, hiệu quả của việc bảo vệ đó sẽ thấp. Bộ chia điện áp R1 - R3 trong mạch khuếch đại tín hiệu lỗi cung cấp khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp đầu ra SMPS bằng vòng điều khiển chính. Điện trở R6 cung cấp năng lượng cho vi mạch ở chế độ khởi động, khi dòng điện mà nó tiêu thụ không vượt quá 1 mA. Sau khi bật SMPS, điện áp nguồn được chỉnh lưu thông qua điện trở giới hạn R6 được cung cấp cho tụ lọc C11 trong mạch nguồn của vi mạch. Khi điện áp trên tụ điện đạt đến mức ngưỡng để vi mạch chuyển sang trạng thái “bật” (giá trị điển hình - 16 V), bộ so sánh sẽ được kích hoạt và nguồn điện sẽ được cung cấp cho tất cả các phần tử của bộ điều khiểnPWM, sau đó bộ điều khiển bên trong sẽ nguồn điện áp tham chiếu được bật, sau đó là bộ tạo xung chuyển mạch và bộ khuếch đại đầu ra. SMPS chuyển từ chế độ khởi động sang chế độ vận hành, cung cấp năng lượng cho vi mạch từ cuộn dây giao tiếp phụ của máy biến áp thông qua diode VD5. Dòng điện tiêu thụ của vi mạch tăng lên 11...17 mA. Nếu điện áp trong mạng giảm, điện áp đầu ra của SMPS và điện áp cung cấp của vi mạch sẽ giảm dần. Tốc độ giảm điện áp đầu ra nhỏ hơn hàng trăm lần so với điện áp đầu vào do ổn định, nhưng sẽ đến lúc điện áp cung cấp của vi mạch đạt đến ngưỡng chuyển sang trạng thái “tắt” (giá trị điển hình - 10V). Tại thời điểm này, bộ so sánh sẽ hoạt động và nguồn từ tất cả các phần tử của bộ điều khiển sẽ bị tắt. Sự khác biệt (6 V) giữa các mức ngưỡng để bật và tắt vi mạch (độ trễ điện áp nguồn) là cần thiết để ngăn chặn sự chuyển mạch thất thường của mạch điện ở chế độ khởi động. Tốc độ lặp lại của xung chuyển mạch (tần số hoạt động của chuyển đổi sang SMPS) được xác định bởi các thông số của mạch R5C8. Để tần số chuyển đổi tương ứng với giá trị tính toán f = 30 kHz, có thể cần phải chọn thông số định mức của các phần tử cài đặt tần số. Cách xác định giá trị cần thiết của các phần tử cài đặt tần số cho tần số hoạt động khác sẽ được thảo luận sau. Khi thiết kế phiên bản SMPS được mô tả, người ta đặc biệt chú ý đến việc đảm bảo độ ổn định tiếng ồn của nó. Ở mức độ lớn, độ ổn định tổng thể của bộ khuếch đại tín hiệu lỗi bộ điều khiển và do đó là SMPS, được xác định bởi các tham số của mạch bù R4C5. Các phần tử sau đây phục vụ cùng một mục đích: diode VD2, loại bỏ các xung điện áp âm so với dây cấp nguồn chung của vi mạch khi các xung chuyển mạch bị suy giảm; Điốt Zener VD3. hạn chế sự tăng đột ngột của điện áp dương ở phía trước các xung chuyển mạch; cuộn cảm L2 và điện trở giới hạn dòng điện R7, ngăn chặn sự tự kích thích của bóng bán dẫn chuyển mạch ở tần số cao. Tụ gốm C9 và C10 được nối trực tiếp vào chân 7 và 8 của vi mạch giúp tăng đáng kể độ ổn định của bộ khuếch đại. Ở cảm biến dòng điện - điện trở R11 - các xung điện áp răng cưa được hình thành cho các mạch điều chỉnh và bảo vệ, giá trị cực đại của nó phụ thuộc vào dòng thoát của bóng bán dẫn chuyển mạch. Biên độ tín hiệu trở nên bằng 1 V ở dòng điện tiêu hao 3,7 A. Điều này đảm bảo sự bảo vệ đáng tin cậy của bóng bán dẫn khỏi bị hư hỏng. Tụ oxit C13 được mắc song song với điện trở giúp giảm đáng kể nhiễu chuyển mạch, ngăn chặn hoạt động sai của bộ so sánh điều khiển dòng điện. Tụ điện C7 phục vụ mục đích tương tự. Tụ điện C6 điều chỉnh độ dốc điện áp răng cưa ở chân 3 và 4 của vi mạch, giảm đáng kể nhiễu tần số cao, đồng thời đảm bảo độ ổn định cần thiết cho bộ điều khiển. Không cần có biện pháp kém hiệu quả hơn để giảm biên độ nhiễu tạo ra trong SMPS. Một vai trò rất quan trọng trong việc này là màn hình tĩnh điện được lắp đặt trên máy biến áp xung. Nhiễu mạnh cũng được phát ra từ tản nhiệt nơi lắp bóng bán dẫn chuyển mạch nếu tản nhiệt không được kết nối với dây chung và bóng bán dẫn không được cách ly với nó bằng tấm mica. Nhiễu đáng kể được tạo ra bởi dòng điện xung chạy trong dây dẫn nối với cực máng của bóng bán dẫn chuyển mạch và với cuộn dây đầu ra. Để làm suy yếu chúng, trong SMPS được mô tả, bóng bán dẫn được kết nối với máy biến áp bằng một đoạn cáp đồng trục ngắn và dây dẫn in nối diode chỉnh lưu và cuộn dây đầu ra được chọn có chiều dài tối thiểu và tiết diện lớn. Rõ ràng là sự đóng góp đáng kể vào việc tạo ra nhiễu được thực hiện bởi các quá trình chuyển mạch xảy ra khi bật và tắt bóng bán dẫn. Sự hiện diện của điện dung liên điện cực nguồn thoát trong bóng bán dẫn hiệu ứng trường, cũng như điện dung phân tán và điện cảm rò trong cuộn dây máy biến áp, dây dẫn, tại thời điểm bóng bán dẫn bị tắt, xuất hiện ở cống của nó, trước hết một sự đột biến “đột ngột” của điện áp đáng kể và sau đó là tín hiệu tần số cao bị suy giảm theo cấp số nhân. Tần số lấp đầy của tín hiệu này, trừ khi thực hiện các biện pháp đặc biệt, được xác định bởi độ tự cảm rò rỉ của máy biến áp và điện dung giữa các điện cực của bóng bán dẫn. Mạch giảm chấn VD4R10C12, được kết nối song song với cuộn dây lưu trữ của máy biến áp, triệt tiêu các dao động tự do trong tín hiệu này và “liên kết” xung điện áp với nguồn điện lưới. Thông thường, trong bộ chuyển đổi flyback, một tụ điện bổ sung có hoặc không có điện trở và diode mắc song song nối tiếp được nối với cực tiêu của bóng bán dẫn chuyển mạch so với dây chung (nguồn). Các phần tử này không chỉ ngăn chặn hiệu quả các quá trình chuyển mạch mà còn giúp giảm tốc độ tăng điện áp tại điểm tiêu hao của bóng bán dẫn tại thời điểm nó bị tắt, từ đó ngăn chặn sự tiêu tán điện tức thời nguy hiểm trên bóng bán dẫn và chuyển sự kết hợp của công suất hoạt động tối đa. dòng điện và điện áp hoạt động tối đa vào vùng chế độ vận hành an toàn. Trong SMPS được mô tả, chức năng này được thực hiện thành công bởi cuộn cảm L3. Điện áp đầu ra đã chỉnh lưu được cung cấp cho tải thông qua bộ lọc hình chữ U, nhờ đó độ gợn điện áp đầu ra được giảm xuống mức yêu cầu. Tụ điện C17 kết nối các mạch đầu ra và đầu vào của SMPS ở tần số cao, làm suy yếu hiệu quả nhiễu được tạo ra và cải thiện đáng kể khả năng tương thích điện từ của SMPS với các thiết bị được kết nối với mạch điện. Một bản vẽ của bảng mạch in SMPS được hiển thị trong Hình 3. 1,5. Nó được làm bằng tấm mỏng sợi thủy tinh một mặt với độ dày 2 mm và về cơ bản lặp lại thiết kế của nguyên mẫu [XNUMX]. Ngoại lệ là các vùng kim loại hóa liên tục lớn còn sót lại trên bo mạch, giúp tăng khả năng chống ồn của thiết bị.
Thiết bị sử dụng các bộ phận và thành phần không thiếu. Tụ điện C1 - K73-17 cho điện áp định mức 630 V, C2, C3 - K15-5, C12 và C17 - K78-2 hoặc K15-5 cho điện áp định mức ít nhất 1000 V. Tụ điện oxit C4 - K50-32 . Được phép thay thế nó bằng K50-35B trong nước hoặc loại tương tự nhập khẩu. Đối với tụ điện C9 và STO - KM-5 - các dây dẫn được rút ngắn đến mức tối ưu và được hàn trực tiếp vào các chân 5,7, 8 và 13 của vi mạch từ phía của dây dẫn được in. Tụ oxit C53 - K14-11 hoặc tantalum khác, tụ C50 - K35-14. Tụ oxit C16 - C50 được nhập khẩu. Bạn có thể sử dụng những cái trong nước, nhưng kích thước của chúng lớn hơn một chút. Tất cả các tụ điện khác là bất kỳ tụ gốm nào có điện áp danh định ít nhất là XNUMX V. Có thể thay thế một điện trở nhiệt SCK105 nhập khẩu, trong đó ba ký tự chữ cái đầu tiên biểu thị chuỗi, ký tự kỹ thuật số thứ tư và thứ năm biểu thị điện trở danh định tính bằng ohm ở nhiệt độ 25 ° C và chữ số cuối cùng biểu thị dòng điện hoạt động tối đa tính bằng ampe với một chiếc trong nước có thông số tương tự. Tất cả các điện trở đều là OMLT, ngoại trừ điện trở R11 nhập khẩu, có kích thước gần tương ứng với OMLT-1 trong nước. Điện trở tông đơ R2 - SPZ-38b. Chúng tôi sẽ thay thế cầu chỉnh lưu KTs405A (VD1) bằng các điốt riêng có điện áp ngược cho phép ít nhất là 400 V và dòng điện ít nhất là 1 A. Diode D310 (VD2) có dòng điện thuận cho phép là 0,5 A và điện áp ngược là 20 A. 0,5 V có thể được thay thế bằng một loại hiện đại có hàng rào Schottky, có điện áp chuyển tiếp giảm ở dòng điện tối đa không vượt quá 3 V. Chúng tôi sẽ thay thế diode Zener (VD16) bằng bất kỳ diode công suất thấp nào khác có điện áp ổn định là 18. ..4 V. Diode xung thay thế cho VD257 (KD50D) phải được thiết kế cho tần số hoạt động ít nhất là 1000 kHz, điện áp ngược tối đa 3 V và dòng điện tối đa 220 A. Diode KD5B (VD220) sẽ được thay thế bằng KD213A hoặc khác có thông số tương tự. Diode chỉnh lưu KD6B (VD100) có tần số hoạt động lên đến 200 kHz có thể chịu được điện áp ngược 10 V và dòng điện tối đa XNUMX A. Cho phép kết nối song song các điốt tương tự, được thiết kế cho dòng điện thấp hơn, không có dòng điện điện trở cân bằng. Cũng có thể sử dụng điốt hiện đại. Chúng tôi sẽ thay thế bóng bán dẫn KP707V2 bằng các thiết bị tương tự nhập khẩu có điện áp nguồn tối đa ít nhất là 700 V và dòng xả cho phép ít nhất là 4 A. Nó được lắp đặt trên một tản nhiệt có diện tích làm mát hiệu quả là 100.. 200 cm2 thông qua một tấm mica được phủ keo dẫn nhiệt KPT-8 trên cả hai mặt. Đầu cực thoát của bóng bán dẫn ở phía bên của dây dẫn in của bảng được kết nối với máy biến áp bằng một đoạn cáp đồng trục ngắn có đường kính ngoài khoảng 5 mm, trước đó đã luồn lõi trung tâm qua ống ferit. Trong bộ lễ phục. Hình 3 thường hiển thị điểm bắt đầu và điểm kết thúc để kết nối cuộn cảm L3, nhưng hình ảnh của đoạn cáp không được hiển thị. Để loại bỏ nhiễu bổ sung, dây bện cáp phải được kết nối với dây chung ở những nơi được xác định nghiêm ngặt: một mặt, ở gần điểm kết nối của diode VD4 và đầu 3 của máy biến áp, mặt khác, ở điểm chung của điện thế bằng 11 R13C11. Ống ferrite được dán qua một miếng đệm cách điện vào bảng ở mặt bên của dây dẫn được in dưới các phần tử R13, CXNUMX. Được phép thay thế cuộn cảm công nghiệp của bộ lọc dòng L1 bằng cuộn cảm tự chế. Nó được quấn thành hai dây dẫn MGTF 0,35 trên máy ghi băng vô tuyến vòng ferit 1500NM-2000NM với đường kính ngoài khoảng 20 mm cho đến khi đầy. Cuộn cảm L2 và L3 là các đoạn ống dài lần lượt là 5...7 và 10...12 mm, được làm bằng ferrite tần số cao, được sử dụng trong cuộn cảm DM-1,0, v.v. Để đạt được các giá trị điện cảm được chỉ ra trong sơ đồ, đối với cuộn cảm L2, bạn sẽ cần một vòng dây PEVT là 0,41 và đối với L3 - hai vòng. Trong phiên bản của tác giả, các sản phẩm nhập khẩu tương tự đã được sử dụng và mỗi cuộn cảm cần một vòng (đi qua). Cuộn cảm L4 được quấn trên một đoạn thanh có đường kính 10, dài 35...40 mm làm từ ferrite 400NN. Cuộn dây của nó chứa 30 vòng dây PEV-2 1,5. Lõi từ của máy biến áp T1 được ghép từ hai nửa Ш12x20x21 của ferrite M3000NMS2, dùng trong bộ nguồn tivi cho TV 3(4)USCT, v.v., có khe hở không từ tính trên thanh trung tâm là 2,4 mm. Các cuộn dây được quấn trên một khung tiêu chuẩn với các đầu tiếp xúc, việc đánh số tương ứng với số được thể hiện trên sơ đồ. Chúng được thực hiện như sau. Đầu tiên, phần đầu tiên của cuộn sơ cấp được quấn - 26 vòng PEVT 0,41 thành hai dây. Nó được cách nhiệt bằng hai lớp vải đánh bóng dày 0,05 mm. Một cuộn dây đầu ra gồm 25 vòng dây PEV-2 1,5 được quấn trên lớp cách điện. Trong trường hợp này, các đầu 10, 12 và 14 trên khung được tháo ra và một dây quấn được sử dụng làm đầu cuối, đi qua các khe giữa các đầu 10 và 12, 12 và 14 tương ứng. Trong sơ đồ, các số đầu cuối thường được ký hiệu là 10a và 12a. Sau đó, hai lớp cách điện được đặt và phần thứ hai của cuộn sơ cấp gồm 44 vòng được quấn lên trên. Cuối cùng, cuộn dây truyền thông phụ được quấn từ 12 vòng dây PEVT có đường kính 0,15...0,21 mm, phân bổ đều trên toàn bộ chiều rộng của khung và phủ một lớp cách điện khác lên trên. Sau khi dán các tấm ferit của máy biến áp, các cuộn dây cùng với lõi từ được phủ một màn tĩnh điện làm bằng một lớp lá đồng. Số vòng dây trong cuộn dây được xác định bởi lõi từ và khe hở không từ tính nên cần tính toán lại cho lõi từ khác. SMPS được kết nối với mạng bằng cáp hai dây, trong đó công tắc PKn41 hoặc công tắc bật tắt TV2-1 được kết nối, cũng như cầu chì 2 A. Nếu trong quá trình sản xuất máy biến áp, pha của cuộn dây không bị xáo trộn và sử dụng các bộ phận có thể sử dụng được thì việc thiết lập thiết bị sẽ giảm xuống mức đặt điện áp đầu ra với điện trở cắt R2. Việc sử dụng các phần tử của mạch cài đặt tần số R5C8 mà không có lựa chọn sơ bộ có thể dẫn đến sai lệch nhỏ về tần số hoạt động so với giá trị tính toán. Loại và xếp hạng của hầu hết các phần tử được sử dụng trong SMPS được xác định theo kết quả thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính, điều này sẽ được thảo luận thêm. ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ FLYBACK SMPS Có lẽ IIP được mô tả sẽ hoàn toàn làm hài lòng một số đài nghiệp dư và anh ấy sẽ quyết định lặp lại nó mà không thay đổi bất cứ điều gì. Nhưng xác suất xảy ra một sự kiện như vậy là rất rất nhỏ: tùy thuộc vào phạm vi quan tâm của đài nghiệp dư và chúng luôn có nhiều mặt, bạn có thể cần một nguồn có các thông số sẽ khác biệt đáng kể so với các thông số đã cho. Do đó, trong hầu hết các trường hợp thực tế, sẽ cần phải sửa đổi thiết bị được mô tả và một số thay đổi nhất định. Tập đoàn STMicroelectronics gồm các công ty sản xuất linh kiện điện tử vô tuyến đã phát triển và bán một dòng vi mạch dưới tên thương mại VIPer trên thị trường toàn cầu, bao gồm cả thị trường Nga. Không đi sâu vào chi tiết về từ viết tắt được sử dụng, chúng tôi chỉ lưu ý rằng sản phẩm này là phiên bản tích hợp của phần chính của SMPS, bao gồm bóng bán dẫn chuyển mạch và bộ điều khiển PLC. Theo các nhà phát triển, các vi mạch như vậy sẽ tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho công việc của các nhà thiết kế và vận hành SMPS. Một số (2...4 lần - tùy thuộc vào vi mạch đã chọn) tăng chi phí của cơ sở phần tử của SMPS chuyển mạch VIPer, so với thiết kế rời rạc của nó, cũng được bù đắp hoàn toàn bằng khả năng thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính. như khôi phục nhanh chóng chức năng bằng cách thay thế vi mạch trong trường hợp xảy ra trục trặc. Để thiết kế tự động SMPS dựa trên vi mạch VIPer, công ty này đã phát triển gói phần mềm được phân phối miễn phí VIPer Design Software. Có thể tải xuống phiên bản mới nhất của chương trình (v2.12) với dung lượng 4 MB từ trang web của nhà phát triển . Gói phần mềm này, sau đây gọi là DS (Phần mềm thiết kế), có thể được sử dụng thành công để thiết kế phiên bản SMPS được mô tả dựa trên bộ điều khiển UC3842PWM. Giao diện thân thiện với người dùng cho phép bạn hoàn thành một nhiệm vụ phức tạp như vậy chỉ trong vài phút. Trước khi sử dụng DS, chúng tôi sẽ làm rõ một số tính năng thiết kế liên quan đến việc lựa chọn các phần tử và thiết lập tần số hoạt động chuyển đổi trong SMPS. Cần phải nhớ rằng trong máy biến áp flyback dạng xung, mạch từ luôn được tạo ra với một khe hở không từ tính trên thanh trung tâm (lõi). Chúng ta đang nói về máy biến áp có tấm hình chữ W, cũng như lõi từ KB (tương tự nước ngoài của RM) hiện đại [5, 6]. Chúng ta cũng hãy chú ý đến việc ưu tiên sử dụng ferrite cho máy biến áp xung, ví dụ: nhãn hiệu M3000NMS-2, tên của nó có ký hiệu C. Đây là dấu hiệu cho thấy khả năng hoạt động của dây từ làm bằng vật liệu này trong từ trường mạnh, không giống như các từ trường khác, do hệ số nhiệt độ âm của tổn thất riêng. Mặc dù hiệu suất giảm và khả năng tương thích điện từ của máy biến áp với các bộ phận khác bị suy giảm, nhưng vẫn không thể loại bỏ khe hở không từ tính. Thứ nhất, trong từ trường mạnh, khe hở ngăn cản sự bão hòa của mạch từ, và thứ hai, với sự lựa chọn chính xác chế độ hoạt động của bóng bán dẫn chuyển mạch, sự hiện diện của khe hở sẽ ngăn chặn sự gia tăng quá mức giá trị biên độ của các xung dòng điện trong mạch thoát nước của nó. Do đó, chúng ta phải chấp nhận tổn thất và tính đến thực tế là cường độ bức xạ giao thoa liên quan đến sóng hài cơ bản và cao hơn của tần số chuyển đổi hoạt động tăng tương đối nhanh sau 100 kHz. Tất nhiên, có những vật liệu từ tính trong đó các miền được phân tách với nhau bằng một chất không từ tính (ví dụ: từ điện môi dựa trên các loại molypden permalloy MP-60, MP-140, MP-160, MP-250, v.v.), có một khoảng trống trong chúng, vì nó được phân bố trong toàn bộ khối làm việc của lõi từ và do đó, về nguyên tắc, có thể sử dụng lõi từ đặc mà không có khoảng trống. Nguồn tổn thất thứ hai trong SMPS là điện trở của dây dẫn cuộn dây ngày càng tăng do độ sâu thâm nhập trường giảm ở tần số cao hơn. Vì vậy, để giảm tổn thất do hiện tượng này gây ra, nên làm cuộn dây từ nhiều dây dẫn song song, diện tích mặt cắt ngang bằng diện tích ban đầu nhưng mặt bên dọc theo chu vi của mặt cắt ngang. của dây dẫn lớn hơn nhiều lần. Chính xác hơn, sự gia tăng bề mặt bên trong trường hợp này tỷ lệ thuận với căn bậc hai của số dây dẫn song song. Nguồn tổn thất thứ ba liên quan đến sự đảo chiều từ hóa của mạch từ. Và cuối cùng, nguồn tổn thất cuối cùng, thứ tư là do nhu cầu sử dụng các mạch tụ điện trở khác nhau để triệt tiêu các quá trình chuyển mạch nhất thời và tốc độ giới hạn của các nguyên tố vô tuyến được sử dụng trong SMPS - tụ oxit, bóng bán dẫn hiệu ứng trường, điốt chỉnh lưu . Điện áp không hình sin (xung) trên các phần tử này và biên độ dòng điện lớn (lên đến vài ampe) dẫn đến một phần tổn thất đáng kể trong chúng. Tất cả những tổn thất này phải được tính đến khi thiết kế SMPS sử dụng DS. Do tổn thất trong máy biến áp dẫn đến nóng lên cuộn dây và lõi từ của nó, nên một trong những tiêu chí được sử dụng để đánh giá chúng: độ tăng nhiệt cho phép của máy biến áp mà không làm mát cưỡng bức, thường được chọn trong khoảng 30... 50°C, hoặc trọng lượng riêng của tổn thất lấy bằng 1 ...5 % công suất máy biến áp. Hiệu suất tổng thể của SMPS được đánh giá trên cơ sở hiệu quả. Trong trường hợp tốt nhất, giá trị của nó có thể đạt tới 92...95%, trong trường hợp xấu nhất - 60...65%. LỰA CHỌN ĐIỆN TỬ CHUYỂN ĐỔI VÀ ĐÈN CHỈNH LƯU Bóng bán dẫn chuyển mạch có thể được chọn mà không cần bất kỳ tính toán nào với nhiều biên độ. Nhưng vấn đề này có thể được giải quyết một cách hợp lý hơn. Làm thế nào để xác định các thông số mà bóng bán dẫn chuyển mạch phải tuân thủ tùy thuộc vào đặc tính kỹ thuật của SMPS được thiết kế? Thật không may, gói DS không trả lời trực tiếp câu hỏi được đặt ra. Vì vậy, trước tiên chúng ta xét dạng xung điện áp ở cực máng của Transistor Uc (Hình 4).
Theo dữ liệu ban đầu, ở điện áp mạng định mức 220 V ở đầu ra của bộ chỉnh lưu mạng, không tính đến sụt áp trên các điốt chỉnh lưu và nhiệt điện trở, chúng ta thu được [7] U0 = 220√2 = 310 V. Ngoài ra, tại cực thoát của bóng bán dẫn có một số điện áp bổ sung Uadd vào điện áp nguồn được chỉnh lưu. Trong văn học nước ngoài và trong DS nó gọi là UR (phản ánh - phản ánh, cảm ứng). Như kết quả thiết kế thử nghiệm của một số biến thể xung cho thấy, giá trị của nó luôn rất gần với 80 V mặc định được đề xuất trong DS. Chúng tôi sẽ chỉ ra cách xác định giá trị thực của điện áp bổ sung. Điện áp trên cuộn cảm tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của dòng điện trong nó: U = LΔI/Δt hoặc U·Δt = L·ΔI. Vì dòng điện thay đổi khi bật và tắt bóng bán dẫn là như nhau đối với quá trình ở trạng thái ổn định, nên diện tích của các hình chữ nhật được ký hiệu là S+ và S- trong Hình. 4. Tính diện tích của chúng, chúng ta thu được phương trình Uo·D·T = Uadd(1-D)T hoặc sau khi biến đổi Uadd = Uo·D /(1-D). Mặt khác, theo cách giải thích hình học của quá trình truyền năng lượng, điện áp đầu ra trên cuộn thứ cấp chính là điện áp bổ sung được biến đổi trên cuộn sơ cấp: Uadd = k·Uout, trong đó k = wl/wout là hệ số biến đổi (wl, wout lần lượt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn dây đầu ra). Nói một cách chính xác, giả định rằng mỗi phần năng lượng lấy từ mạng trong chu kỳ đầu tiên sẽ được truyền hoàn toàn sang tải trong chu kỳ thứ hai, như trong Hình 4. XNUMX dưới dạng một đường liền nét và quá trình truyền kết thúc chính xác vào thời điểm bóng bán dẫn được bật, ở một mức độ nào đó có điều kiện. Trong thực tế, SMPS có thể hoạt động ở hai chế độ: chế độ từ thông liên tục và chế độ từ thông gián đoạn. Trong thực tế, điều này có nghĩa là nếu tại thời điểm bóng bán dẫn chuyển mạch được bật, dòng điện trong cuộn dây bằng XNUMX thì chế độ này tương ứng với chế độ dòng chảy không liên tục. Ngược lại, chế độ dòng chảy liên tục sẽ xảy ra. Trong bộ lễ phục. Hình 5 thể hiện sơ đồ điện áp và dòng điện trong các phần tử SMPS: Uc - điện áp ở cực máng của bóng bán dẫn; lc - dòng xả của bóng bán dẫn chuyển mạch; lw out - dòng điện trong cuộn thứ cấp; UH là điện áp trên tải.
Chế độ dòng điện liên tục tương ứng với hình. 5, A. Tính năng chính của nó là bóng bán dẫn bật ở một dòng điện nhất định. Ưu điểm của chế độ này là dòng điện cực đại thấp nhất trong các phần tử SMPS so với các chế độ khác và độ gợn sóng điện áp đầu ra thấp nhất. Nếu, khi điện áp nguồn giảm xuống mức tối thiểu, chu kỳ làm việc có thể tăng trên 50%, DS sẽ cảnh báo người dùng về sự cần thiết phải điều chỉnh các tính toán. Điều này là do đặc thù của từ hóa của mạch từ ở chế độ xung một chu kỳ và khả năng tăng biên độ dòng thoát của bóng bán dẫn vượt quá giới hạn cho phép. Chế độ dòng điện không liên tục được hiển thị trong Hình. 5, c. Sau khi quá trình truyền năng lượng hoàn tất, diode sẽ đóng lại. Trong cuộn dây, khi điện áp xung giảm, sẽ xuất hiện dao động tắt dần. Chế độ này được đặc trưng bởi biên độ dòng điện cao nhất trong các phần tử SMPS và độ gợn sóng điện áp đầu ra tối đa. Chế độ tối ưu là sự chuyển đổi giữa hai chế độ được đặt tên, được hiển thị trong Hình 5. XNUMX B. Chương trình DS cho phép bạn điều khiển biên độ, dạng dòng điện và điện áp trên bóng bán dẫn, cũng như xác định chế độ hoạt động của SMPS được thiết kế và giá trị của chu kỳ nhiệm vụ xung ở bất kỳ điện áp mạng nào có thể. Một sự bổ sung đáng kể cho điện áp tác động tại cực tiêu hao của bóng bán dẫn được tạo ra bởi điện cảm rò rỉ (trong DS nó được gọi là Điện cảm rò rỉ). Nó liên quan trực tiếp đến trường rò rỉ trong máy biến áp. Trong quá trình chuyển mạch xung, khi bóng bán dẫn mở, năng lượng được tích lũy không chỉ trong cuộn dây lưu trữ mà còn trong điện cảm rò. Khi bóng bán dẫn tắt, năng lượng này dẫn đến sự xuất hiện của một xung điện áp bổ sung ở cực máng của nó, như trong Hình 4. đường XNUMX chấm. Để hạn chế, người ta sử dụng xích giảm chấn. Trong chương trình DS, bạn có thể chọn mạch điện trở-tụ điện (RC Kẹp) hoặc một diode zener giới hạn (Transil Kẹp). Tính toán độ tự cảm rò rỉ và xung điện áp liên quan là một công việc rất phức tạp, vì cần phải tính đến độ tự cảm và điện dung động xen kẽ của cuộn dây, khe hở không từ tính trong lõi từ của máy biến áp, mặt cắt của cuộn dây, các thông số thiết kế thiết kế của họ và nhiều yếu tố khác. Chương trình DS sử dụng một giá trị trung bình nhất định của điện cảm rò rỉ mà người dùng có thể buộc phải thay đổi nếu cần. Mức giới hạn tăng điện áp trong từng trường hợp cụ thể của thiết kế SMPS có thể được theo dõi trong cửa sổ Dạng sóng (biểu đồ dao động) và được tính đến khi chọn bóng bán dẫn dựa trên điện áp nguồn thoát tối đa cho phép. Việc chọn một diode chỉnh lưu trong DS rất đơn giản. Cửa sổ OUT (đầu ra) cung cấp thông tin cần thiết về các tham số của nó: dòng thuận và dòng ngược, sụt áp thuận và điện áp ngược tối đa cho phép. THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG CỦA FLYBACK SMPS Vì vậy, hãy bật máy tính và khởi chạy chương trình DS. Màn hình giật gân xuất hiện trên màn hình điều khiển trong vài giây, sau đó một cửa sổ sẽ mở ra (Hình 6). Theo mặc định, chương trình tải một dự án “trống” dưới tên “Default.vpa”.
Chúng ta di chuyển con trỏ chuột đến nút Nhập liệu màu xanh lam trên màn hình và một chú giải công cụ xuất hiện trên màn hình điều khiển: Phiên bản Thông số Đường dây AC (chỉnh sửa thông số mạng AC). Chúng tôi nhấn nút. Cửa sổ Thông số đầu vào xuất hiện trên màn hình điều khiển, như trong Hình 7. XNUMX.
Trong phần Tần số dòng (tần số điện lưới), chúng tôi đặt 50 Hz, trong phần Phạm vi đầu vào AC (khoảng điện áp xoay chiều đầu vào) bằng thanh trượt hoặc sau khi đặt con trỏ vào cửa sổ thích hợp - bằng cách gõ từ bàn phím - chúng tôi đặt Điện áp tối thiểu (điện áp tối thiểu) và Điện áp tối đa (điện áp tối đa), điện áp đầu tiên - với độ chính xác 5 V, thứ hai -10 V. Bạn có thể đặt bất kỳ điện áp nào từ bàn phím với độ chính xác 1 V. Đối với hầu hết các thiết bị, thay đổi cho phép của điện áp mạng được coi là -10...+5% giá trị danh nghĩa hoặc sau khi làm tròn theo hướng tăng khoảng - 195...240 V. Bạn có thể đặt khoảng rộng hơn một chút, nhưng trong mọi trường hợp, bạn không nên để nó được đặt theo mặc định, vì nó càng lớn thì các yêu cầu đối với cơ sở phần tử được sử dụng càng nghiêm ngặt. Sau đó, trong cùng một cửa sổ, chúng ta đi đến phần Ripple đầu vào (biên độ gợn sóng điện áp đầu vào) và đặt giá trị cần thiết của nó. Điện dung của tụ lọc chỉnh lưu mạng và biên độ gợn sóng điện áp đầu ra sẽ phụ thuộc vào thông số này, thông số này cũng phụ thuộc vào dòng điện tải và vào điện dung của tụ lọc đầu ra. Giá trị gợn sóng có thể chấp nhận được là 10...30 V. Đặt 30 V và nhấp vào nút Xong - xong (bạn có thể sử dụng nút Hủy để hủy các thay đổi đã thực hiện, nếu cần). Cửa sổ Thông số đầu vào sẽ tự động đóng và hệ thống sẽ thực hiện một số điều chỉnh: ví dụ: điện dung của tụ lọc bộ chỉnh lưu nguồn điện sẽ thay đổi. Ở giai đoạn thiết kế tiếp theo, chúng tôi tiến hành thiết lập tần số chuyển đổi hoạt động và lựa chọn sơ bộ bóng bán dẫn chuyển mạch mà chúng tôi nhấn nút VIPer. Trong cửa sổ Thông số quy định và VIPer xuất hiện (Hình 8), trong cửa sổ Chọn VIPer của bạn, mở danh sách sản phẩm thả xuống và chọn VIPer 100A. Lúc này, ngay bên dưới tên của nó sẽ hiển thị các thông số chính: Rdson: 2,8 Ohm (điện trở của phần nguồn xả khi bật); Idlim: 3,0 A (giới hạn dòng xả); Vdmax: 700 V (điện áp xả tối đa). Trong phần Xung quanh VIPer, giá trị Điện áp phản xạ được hệ thống đặt lại và tần số chuyển đổi được đặt thành 30 kHz. Điều này sẽ giảm tổn thất và không có các bộ phận khan hiếm, mặc dù để giảm thiểu kích thước của máy biến áp, tốt hơn là sử dụng tần số cao hơn - lên đến 100 kHz. Phần Quy định vẫn không hoạt động và không thể chỉnh sửa. Điều này chỉ có thể được thực hiện sau khi giới thiệu vòng điều khiển thứ cấp. Bấm vào nút Xong. Cửa sổ sẽ tự động đóng lại.
Sau đó, đi đến nút Out màu xanh lá cây. Trong cửa sổ Parameters Main Output mở ra (thông số của nguồn điện áp đầu ra chính) (Hình 9), tiến hành chỉnh sửa phần Output Power: trong cửa sổ Điện áp, đặt 27 V; trong cửa sổ Hiện tại, chúng tôi quay số 3 A; trong cửa sổ Dòng điện tối thiểu, chúng tôi để chương trình được đặt ở mức 0 mA, giả sử khả năng hoạt động ở chế độ không tải.
Tiếp theo chỉnh sửa phần Loại đầu ra (bộ lọc đầu ra). Bạn có thể cài đặt bộ lọc LC hình chữ U mặc định. Nếu bạn chọn Trực tiếp (bộ lọc là tụ điện được mắc song song với tải), có thể cần một tụ điện rất lớn. Khi chọn Vreg (bộ điều chỉnh điện áp), một bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính tích hợp bổ sung sẽ được lắp đặt ở đầu ra. Trong trường hợp này, bạn phải chỉ định giá trị Dropout (sụt điện áp trên bộ ổn định). Có các lựa chọn Tiêu chuẩn (tiêu chuẩn), Tỷ lệ bỏ học thấp (thấp) và Tỷ lệ bỏ học bán thấp (trung bình). Để bộ lọc đầu ra cho Tự. Chúng ta chuyển sang chỉnh sửa giá trị gợn sóng điện áp đầu ra - phần Ripple đầu ra: trong cửa sổ First Cell Ripple (gợn sóng ở giai đoạn đầu) đặt 0,3 V, Ripple tế bào thứ hai (gợn sóng ở giai đoạn thứ hai) - 0,1 V. Sau tất cả các thao tác trên nhấn vào nút Apply. Chương trình sẽ tính ngay các thông số của các phần tử mạch ra và đưa ra kết quả tính toán cho diode chỉnh lưu: Vdrop: 906 mV - sụt áp thuận, Vrmax: 150 V - điện áp ngược tối đa (rất tiếc là lỗi render phần mềm hiện có tại thời điểm đó). bằng văn bản cho phép bạn chỉ nhìn thấy phần trên của pixel của phần tử được chỉ định), Ploss: 3 W - tổn thất trên diode; Thông số kỹ thuật Max@125 ° C - thông số của diode STPR520 ở nhiệt độ quy định: Vf: 990 mV - sụt áp chuyển tiếp, Nếu: 5 A - dòng chuyển tiếp cho phép, Vr: 200 V - điện áp ngược tối đa; Ir: 50 uA @ 25 °C - dòng ngược tối đa ở nhiệt độ quy định. Sử dụng sách tham khảo, chúng tôi chọn một loại tương tự trong nước gần giống KD213B. Cần lưu ý rằng do hình dạng của điện áp xung rất khác so với điện áp uốn khúc, nên diode chỉnh lưu tham gia vào việc hình thành điện áp tương đối thấp 27 V, chịu điện áp ngược cao hơn đáng kể - khoảng 150 V - và tính đến thực tế này khi chọn điốt. Sau khi hoàn thành giai đoạn thiết kế này, hãy nhấp vào nút OK của cửa sổ Tham số Chính đang mở, sau đó nó sẽ đóng lại. Và giai đoạn thiết kế cuối cùng gắn liền với việc chỉnh sửa các thông số của máy biến áp xung. Nhấp vào nút Transformer màu xám, sau đó cửa sổ Transformer Design sẽ mở ra, như trong Hình. 10.
Cửa sổ chứa hai phần chính: Thông số máy biến áp và Outlook máy biến áp, nội dung tương ứng với máy biến áp có kích thước được chỉ định trong phần Kích thước lõi. Chương trình sử dụng kích thước lõi từ tối thiểu cho phép, phù hợp với tiêu chí đánh giá tổn thất mặc định Tăng nhiệt độ trong phần Tiêu chí lựa chọn lõi. Đối diện với tiêu chí này có một hộp kiểm, trong một dòng có ghi các giá trị của nó: Mục tiêu 40°С (cho phép) và Thực tế 34,8°С (thực tế). Trong trường hợp này, các giá trị của tiêu chí phụ Công suất tiêu tán tương ứng với Mục tiêu 2%, Thực tế 2,2%. Cái sau, vượt quá định mức đã thiết lập, được hiển thị trong cửa sổ trên nền đỏ. Nếu bạn chọn tiêu chí thứ hai làm tiêu chí chính (di chuyển hộp kiểm bên cạnh tên của nó), sau đó nhấp vào nút Áp dụng, các thông số của máy biến áp sẽ ngay lập tức thay đổi Trong cửa sổ Hình học của phần Kích thước lõi, kích thước của mỗi tấm được hiển thị theo thứ tự sau: chiều rộng/chiều cao/độ dày E36/18/11 E serie (hình học cho dòng E - một dạng tương tự nước ngoài của tấm hình chữ W) . Mẫu tương tự nội địa W 10x10 có kích thước gần như giống nhau. Nếu bạn sử dụng nó, bạn có thể chuyển sang phần tiếp theo. Nếu không có lõi từ như vậy mà có Ш12x20x21 làm bằng ferit M3000NMS2, dùng trong bộ nguồn cho 3(4) TV USCT và các loại khác thì cần phải tính toán lại các thông số của máy biến áp. Để thực hiện việc này, trong phần Kích thước lõi, hãy chọn hộp trong cửa sổ Cố định và nhấp vào nút Chỉnh sửa, sau đó cửa sổ Kích thước lõi sẽ xuất hiện (Hình 11).
Chúng tôi giữ nguyên hình dạng của lõi từ dòng E (nếu cần, trong cùng một cửa sổ, bạn có thể chọn một lõi từ khác từ danh sách được cung cấp, ví dụ: dòng RM10). Tiếp theo, trong cửa sổ Hình học, chọn kích thước tiêu chuẩn gần với E42/21/20 hiện có. Nhấp vào nút OK, sau đó cửa sổ Core Size sẽ đóng lại. Bây giờ trong phần Core Size bạn có thể đọc các thông số của lõi từ đã chọn: Ae 236 mm2 (diện tích tiết diện); Le 98 mm (chiều dài đường dây từ tính trung bình); Lm 85 mm (chiều dài cuộn dây trung bình); W 200 mm2 (diện tích mặt cắt cửa sổ); Ve 23100 mm3 (thể tích lõi từ). Xin lưu ý: sau khi tăng kích thước, biểu ngữ màu đỏ tương ứng với tiêu chí không chính là Năng lượng tiêu tán đã biến mất - trước đây giá trị Thực tế của nó là 2,2% vượt quá yêu cầu, nhưng bây giờ nó đã trở lại bình thường và là 1,4%. Chúng ta cùng chuyển sang nội dung phần Core Material (vật liệu lõi từ). Theo mặc định, chương trình cung cấp: Loại N27, Nhà cung cấp SIEMENS (nhãn hiệu ferrite N27 của SIEMENS). So sánh các thông số của nó với các đặc tính của ferrite M3000NMS2 trong nước được nêu trong sách tham khảo [8], chúng tôi nhận thấy chúng có sự thống nhất tốt. Nếu bạn phải sử dụng một số ferrite khác, bạn nên chọn hộp trong cửa sổ do người dùng xác định và nhấp vào nút Chỉnh sửa, sau đó cửa sổ Vật liệu lõi biến áp sẽ xuất hiện, như trong Hình 12. XNUMX.
Nó cho phép bạn chọn nhà sản xuất và nhãn hiệu ferrite, các thông số được hiển thị trong cùng một cửa sổ. Điều quan trọng cần lưu ý là cho dù bạn chọn loại ferit nào thì giá trị của thông số Độ tự cảm sơ cấp (xem Hình 10) vẫn không thay đổi. Chúng ta hãy chuyển sang phần Transformer Outlook (thông số đầu ra của máy biến áp), phần này cung cấp thông tin về cuộn dây máy biến áp. Bây giờ bạn có thể viết lại chúng (hoặc in chúng trên máy in, có một tùy chọn như vậy) và bắt đầu triển khai thực tế. Một số lỗi tính toán, giống như bất kỳ yếu tố gây mất ổn định nào khác, sẽ được bộ điều khiển tự động của bộ điều khiển xung điều chỉnh mức độ, nhưng điều này sẽ làm giảm giới hạn ổn định của SMPS đối với các ảnh hưởng đáng lo ngại khác. Vì vậy, tốt hơn hết bạn nên dành thời gian và điều chỉnh kết quả thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính, khiến chúng càng gần với kết quả thực tế càng tốt. ĐIỀU CHỈNH KẾT QUẢ THIẾT KẾ Chúng ta hãy nhìn lại cửa sổ Transformer Design, được hiển thị trong Hình. 10. Trong phần Dây dẫn song song chọn dây, chúng ta sẽ để hộp kiểm mặc định của chương trình ở mục Dây đơn, mục này sẽ tương ứng với việc sử dụng dây dẫn đơn trong cuộn dây. Nếu bạn chọn mục //Dây dẫn (dây dẫn song song) và trong cửa sổ tương ứng sửa 10 dây dẫn được hệ thống lắp đặt thành một con số ước tính khác, tùy thuộc vào tần số hoạt động, chương trình sẽ tính toán lại cuộn dây máy biến áp với các giá trị ban đầu mới. Có thể sử dụng dây dẫn có cùng đường kính cho tất cả các cuộn dây. Để thực hiện việc này, chỉ cần chọn hộp trong cửa sổ Đường kính đơn và nhấn nút Áp dụng. Chúng tôi sẽ hạn chế sử dụng các dây dẫn đơn có đường kính khác nhau. Bây giờ trong phần Transformer Outlook bạn có thể đọc thông tin tham khảo về tất cả các cuộn dây: Đầu vào AWG20 75T 1W (chính - dây số 20 theo tiêu chuẩn AWG, 75 vòng dây đơn), AWG42 phụ 13T 1W (phụ - dây số 42) , 13 vòng), Out AWG 13 26T 1W (đầu ra - dây số 13, 26 vòng). Để biết đường kính dây tính bằng milimét, hãy chuyển đến phần Chi tiết AWG và nhấp vào một trong ba nút màu, màu của nút này tương ứng với màu của cuộn dây. Tên tương ứng của cuộn dây xuất hiện trong tiêu đề Chi tiết AWG và các thông số hình học và điện của nó xuất hiện bên dưới. Ví dụ, đối với cuộn dây phụ (Aux) Ø64 um Iso 76 um; Rdc=6,9 R; Rac = 6,9 R (đường kính - 64 µm = 0,064 mm, có lớp cách điện - 0,076 mm; điện trở DC - 6,9 Ohm; điện trở AC - 6,9 Ohm). Phần Sử dụng Máy biến áp cung cấp các tiêu chuẩn cơ bản mô tả một số dự trữ phải được cung cấp khi thiết kế máy biến áp. Chúng bao gồm Sử dụng hệ số cửa sổ (hệ số lấp đầy của mặt cắt cửa sổ), theo mặc định không được vượt quá 80% và Biên độ Bsat (lề cho cảm ứng tối đa trong mạch từ) liên quan đến cảm ứng ở chế độ bão hòa Bsat 380 mT - không kém hơn 25%. Giá trị tính toán của cảm ứng từ của Mật độ thông lượng 116 mT chỉ bằng khoảng 30% mức tối đa có thể, tức là biên độ là 70% và đáp ứng biên độ yêu cầu. Cảm ứng từ thấp như vậy là do Khe hở không khí không từ tính được chỉ ra ở đây, bằng 2,28 mm. Theo thuật toán thiết kế, chương trình đã tính toán rằng độ tự cảm của cuộn sơ cấp Độ tự cảm sơ cấp phải là 0,73 mH. Nhưng nếu bạn thực hiện một cách tiếp cận quan trọng đối với kết quả thiết kế, thì cần phải tính đến sai số trong tính toán trước. Sách tham khảo về các sản phẩm ferrite chỉ ra rằng các thông số điện từ của chúng có thể khác với các giá trị đã cho khoảng ±25%. Vì vậy, tốt hơn hết là không nên dựa vào sự ngẫu nhiên và không làm quá tải phức hợp các yếu tố gây mất ổn định với những ảnh hưởng đáng lo ngại bổ sung mà hãy điều chỉnh kết quả thiết kế. Điều này trước hết liên quan đến độ tự cảm của cuộn sơ cấp của máy biến áp. Vì khi phát triển SMPS, một người vô tuyến nghiệp dư có thể tùy ý sử dụng một mạch từ có khe hở không từ tính khác với mạch được tính toán. Trường hợp này cũng cho thấy cần phải tính đến độ tự cảm thực của cuộn sơ cấp. Các công thức toán học đã biết không cho phép tính toán độ tự cảm của cuộn sơ cấp với độ chính xác cao, vì chúng không tính đến ảnh hưởng mạnh mẽ của khe hở không từ đến khả năng thấm từ hiệu dụng của vật liệu lõi từ. Do đó, cách dễ nhất là quấn cuộn dây thử nghiệm với số vòng lớn nhất trên mạch từ hiện có. đo độ tự cảm của nó Lprobe, rồi tính số vòng w cần thiết cho một độ tự cảm L cho trước: w = wprobe√ mẫu L/L. Rõ ràng độ tự cảm của cuộn dây phụ thuộc rất ít vào đường kính của dây dẫn. Có thể xảy ra trường hợp người vô tuyến nghiệp dư không có sẵn các loại dây quấn theo yêu cầu của hệ thống, nhưng có một bộ dây có đường kính khác có thể được sử dụng để chế tạo máy biến áp. Ví dụ, đối với cuộn sơ cấp, chương trình khuyến nghị sử dụng dây có đường kính 0,812 mm. Hơn nữa, ở tần số chuyển đổi 30 kHz, bạn sẽ không thể “ép buộc” chương trình chuyển sang dây dẫn song song. Tuy nhiên, trong hầu hết các máy biến áp xung dùng cho nguồn điện truyền hình, cuộn dây được làm từ nhiều dây dẫn song song. Hãy thực hiện thao tác này bên ngoài hệ thống thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính. Từ điều kiện bề mặt bên bằng nhau, tính chu vi của dây dẫn đơn và song song, ta xác định được đường kính của chúng: d2 = d1/2 -0,41 mm. Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của máy biến áp, gồm 26 vòng của hai dây dẫn PEV-2 0,41, được quấn trên lõi từ từ các tấm máy biến áp Ш12x20x21 với khe hở không từ tính trên thanh trung tâm là 2,4 mm, hóa ra bằng 103 µH. Để đạt được độ tự cảm yêu cầu là 730 µH, cuộn dây phải có khoảng 70 vòng. Chúng ta hãy điều chỉnh tương ứng các cuộn dây còn lại mà chương trình đề xuất: w2 = (70/75)·13 -12 vòng; wvyx = (70/75) 26 - 24 lượt. Độ tự cảm thực tế của cuộn sơ cấp của máy biến áp được chế tạo theo các thông số đã cho xấp xỉ bằng 770 μH, rất phù hợp với tính toán. Đối với cuộn dây đầu ra, chương trình khuyến nghị sử dụng dây có đường kính 1,8 mm và điện trở cuộn dây đối với dòng điện một chiều sẽ là 25 mOhm và đối với dòng điện xoay chiều - 38 mOhm. Thật không may, tác giả không có sẵn sợi dây cần thiết nên nó phải được thay thế bằng một sợi dây hiện có có đường kính khác - 1,5 mm. Sự gia tăng không thể tránh khỏi của điện trở cuộn dây và sự giảm điện áp đầu ra tương ứng sẽ phải được bù bằng cách tăng số vòng dây lên 25. Một biên độ đáng kể của độ tăng nhiệt độ tính toán của máy biến áp (15,5 ° C so với mức cho phép 40 ° C) mang lại cho quyền hy vọng vào tính hợp lệ của sự điều chỉnh đó. Hoàn thành tính toán của máy biến áp, chúng tôi xác định điện áp bổ sung Uadd = (70/25) 27 = 75,6 V và có tính đến hiệu suất - 81,6 V, rất gần với giá trị do chương trình đặt ra và do đó đối với VIPer cửa sổ (xem Hình 8), bạn không cần phải quay lại. Hãy chuyển sang việc chọn một bóng bán dẫn chuyển mạch. Trên thanh công cụ DS, nhấp vào nút Waveform (biểu đồ dao động), sau đó cửa sổ hiển thị trong Hình. 13, trong đó có thể quan sát đồng thời tối đa bốn thông số SMPS khác nhau theo lựa chọn.
Chúng tôi để lại hai cửa sổ do hệ thống cung cấp để xem biểu đồ dao động và trong cửa sổ đầu tiên, chúng tôi hiển thị sự phụ thuộc Idrain = f(Vin)@Pmax (sự phụ thuộc của dòng thoát vào điện áp đầu vào ở mức tiêu thụ điện năng tối đa) và trong cửa sổ thứ hai - Vdrain = f(Vin)@Pmax (phụ thuộc điện áp xả vào điện áp đầu vào khi tiêu thụ điện năng tối đa). Bằng cách thay đổi điện áp đầu vào bằng thanh trượt trên thanh cuộn, bạn có thể khám phá bản chất của việc chuyển đổi các tham số đã chỉ định. Từ các sơ đồ này, chúng ta có thể rút ra kết luận sau: với tất cả các thay đổi cho phép về thông số tải và điện áp nguồn, SMPS được thiết kế hoạt động ở chế độ dòng điện không liên tục - điều này được chứng minh thêm bằng dòng chữ ở góc trên bên phải của cửa sổ có biểu đồ dao động; biên độ dòng thoát của bóng bán dẫn chuyển mạch ở điện áp nguồn tối đa là 2,7 A; ở điện áp tối thiểu, biên độ dòng điện không đổi và chu kỳ làm việc của các xung chuyển mạch tăng từ 0,18 lên 0,24; điện áp tối đa ở cực máng của bóng bán dẫn (ở điện áp nguồn tối đa) đạt 640 V. Kết quả thu được cho phép chúng tôi kết luận rằng đối với SMPS được thiết kế, được phép sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường KP707V2 hoặc loại khác, có dòng xả tối đa là 4 A và điện áp nguồn xả tối đa là 700 V. Để có được kết quả thiết kế SMPS có sự hỗ trợ của máy tính, chỉ cần nhấp vào nút BOM (Bill Of Materials - danh sách các phần tử) trên thanh công cụ DS (xem Hình 6), sau đó cửa sổ Danh sách BOM sẽ xuất hiện (Hình 14). Nếu danh sách các phần tử cần in thì nhấn nút Print.
Chúng ta hãy nhớ lại rằng phép tính được thực hiện cho SMPS giao hoán VIPer, nhưng trên thực tế, nó được lắp ráp trên cơ sở bộ điều khiển UC3842PWM. Bất chấp tất cả những điểm tương đồng và tương đồng của chúng, vẫn có một sự khác biệt đáng kể không thể bỏ qua trong mọi trường hợp. Điều này là do trong trường hợp đầu tiên, điện trở cài đặt tần số được kết nối trực tiếp với nguồn điện của vi mạch +15 V và trong trường hợp thứ hai - với nguồn điện áp ổn định +5 V bên trong. Để đảm bảo tần số yêu cầu của các xung chuyển mạch f = 30 kHz ở chu kỳ làm việc giá trị trung bình D = (0,18 + 0,24)/2 = 0,21, cần điều chỉnh định mức của mạch RC cài đặt tần số. Tần số dao động trong chip UC3842 được xác định tùy thuộc vào định mức của mạch RC theo tỷ số f-1,72/RC. Thời gian tOFF, trong đó bóng bán dẫn chuyển mạch vẫn tắt (xem Hình 1), có liên quan đến chu kỳ xung T và chu kỳ nhiệm vụ D bởi đẳng thức tOFF = T(1-D). Mặt khác, thời gian này còn được xác định bởi các tham số của mạch RC: tOFF = RCIn[(0,00063R-2,7)/(0,00063R-4)]. Thay thế các công thức này và nhân đẳng thức cuối cùng, chúng ta thu được phương trình R = {2,7-4exp[(1-D)/1,72]}/ /{0,00063[1-exp[(1-D)/1,72 ,XNUMX]] }. Dựa trên chu kỳ nhiệm vụ trung bình yêu cầu D = 0,21, chúng ta thu được R = 9,889 kOhm và C = 5798 pF. Có lẽ việc bật thử SMPS sẽ cho thấy rằng chúng cần một số điều chỉnh để loại bỏ sai lệch đáng kể về tần số và chu kỳ nhiệm vụ của các xung chuyển mạch so với các xung được tính toán, tôi khuyên bạn nên sử dụng thiết bị đo kỹ thuật số để chọn điện trở và tụ điện có. các giá trị cần thiết. Ví dụ, thiết bị được phát triển có thể được cải thiện bằng cách thêm đồng bộ hóa tần số hoạt động của bộ điều khiểnPWM với nguồn điện áp xung bên ngoài, tắt SMPS từ xa, mạch điều khiển điện áp đầu ra thứ cấp và khởi động “mềm”, sử dụng molybdenum-permalloy. , cũng như lõi từ GAMMAMET hiện đại [9]. Văn chương
Tác giả: S. Kosenko, Voronezh
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Mô hình giấc ngủ thay đổi đáng kể theo độ tuổi ▪ Điều khiển từ xa kết hợp TV và loa di động ▪ Bộ cộng hưởng thạch anh thu nhỏ mới trong gói SMD ▪ Sự nóng lên toàn cầu làm tăng tốc độ chu kỳ mưa
▪ phần của trang web Bộ sạc, pin, pin. Lựa chọn bài viết ▪ Bài viết Chế độ cũ. biểu hiện phổ biến ▪ bài viết Ai là người đầu tiên đặt chân lên mặt trăng? đáp án chi tiết ▪ bài Phương pháp thí nghiệm máy biến áp. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện ▪ bài Tập trung lực. thí nghiệm vật lý
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này