El alcance del uso de unidades de alimentación por impulsos en la vida cotidiana está en constante expansión. Dichas fuentes se utilizan para la alimentación de todos los equipos domésticos y de computación modernos, para la realización de fuentes de alimentación ininterrumpida, cargadores para baterías de diferentes propósitos, implementación de sistemas de iluminación de bajo voltaje y para otras necesidades.
En algunos casos, la compra de una fuente de alimentación terminada no es económica o técnicamente viable, y la compilación de una fuente de pulsos con las propias manos es la mejor manera de salir de esta situación. Simplifica esta opción y la amplia disponibilidad de una base de elementos modernos a precios bajos.
- 1 Diagrama de bloques de la fuente de alimentación de impulsos
- 2 circuitos principales de unidades de potencia de pulso2.1 Red rectificador con filtro 2.2 Convertidor de alta frecuencia: sus funciones y circuitos.
- 2.1 Rectificador de red con filtro
- 2.2 Convertidor de alta frecuencia: sus funciones y circuitos
- 3 Vídeo sobre la producción del dispositivo de alimentación por pulsos más simple
Diagrama de bloques de la fuente de alimentación pulsada
Las más populares en la vida cotidiana son las fuentes pulsadas alimentadas por una red de CA estándar y una potente salida de bajo voltaje. El diagrama de bloques de tal fuente se muestra en la figura.
El rectificador de red SV convierte la tensión alterna de la red de suministro en una constante y suaviza las pulsaciones de la tensión rectificada en la salida.El convertidor de alta frecuencia de la pista realiza la transformación de la tensión rectificada en una tensión variable o unipolar, que tiene la forma de los impulsos rectangulares de la amplitud requerida.
En el futuro, una tensión de este tipo, ya sea directamente o después del enderezamiento (VH), viene en un filtro de suavizado, al cual se conecta la salida. El control de la pista se lleva a cabo mediante el sistema de control, recibe una señal de realimentación de la carga del rectificador.
Tal estructura del dispositivo puede ser criticada por la presencia de varias unidades de conversión, lo que reduce la eficiencia de la fuente. Sin embargo, con la elección correcta de los elementos semiconductores y el cálculo cualitativo y la fabricación de nudos de bucle, el nivel de pérdidas de potencia en el circuito es pequeño, lo que le permite obtener valores reales de eficiencia superiores al 90%.
Principales circuitos para fuentes de alimentación de impulsos
La solución a los bloques estructurales incluye no solo la justificación de la elección de opciones para la implementación del esquema, sino también recomendaciones prácticas para elegir los elementos principales.
Red rectificador con filtro
Para enderezar el voltaje monofásico de la red, use uno de los tres esquemas clásicos que se muestran en la figura:
- monopropiónico;
- cero (polupereodnoy con un punto promedio);
- Pavimento vial de dos pisos.
Cada uno de ellos tiene ventajas y desventajas particulares que determinan el alcance de la aplicación.
El esquema del circuito polar únicodifiere en la simplicidad de la implementación y el número mínimo de componentes semiconductores. Los principalesLas desventajas de este rectificador son una importante cantidad de pulsaciones de la tensión de salida (en la rectificación solo hay una media onda de la tensión de red) y un pequeño factor rectificador.
El coeficiente del rectificadorКvse determina por la relación del voltaje promedio en la salida del rectificadorUdkdel valor del voltaje de la fase activaUf .
Para un esquema de círculo de un solo piso, Кv = 0.45.
Para suavizar la pulsación en la salida de un rectificador de este tipo, se requieren filtros potentes.
Un circuito de cero o de dos períodos con un punto intermedio , aunque requiere un diodo rectificador duplicado, sin embargo, esta deficiencia se ve compensada en gran medida por un nivel inferior de pulsaciones de voltaje del rectificador y un aumento en el valor del coeficiente del rectificador a 0.9.
La principal desventaja de este esquema para uso en condiciones domésticas es la necesidad de organizar un punto de voltaje promedio, lo que implica la presencia de un transformador de red. Sus dimensiones y masa son incompatibles con la idea de una fuente de impulsos hecha a sí misma de pequeño tamaño.
El circuito de puente poligonalde la rectificación tiene los mismos valores para el nivel de pulsación y el coeficiente del rectificador que el esquema cero, pero no requiere un transformador de red. Esto compensa el principal inconveniente: el doble del número de diodos rectificadores, tanto en términos de eficiencia como de costo.
Para suavizar las fluctuaciones de voltaje rectificadas, la mejor solución es usar un filtro capacitivo. Su aplicación permite aumentar el valor del voltaje rectificado avalor de amplitud de la red (a Uf = 220V Ufm = 314V). Las desventajas de dicho filtro se consideran grandes cantidades de elementos rectificadores de corrientes pulsadas, pero esto no es un inconveniente crítico.
La elección de los diodos rectificadores se basa en la magnitud de la corriente continua media Ia y la tensión de retorno máxima UBM.
Tomando el valor del coeficiente de pulsación de la tensión de salida Кп = 10%, obtenemos el valor promedio de la tensión rectificada Ud = 300В. Dada la potencia de carga y la eficiencia del convertidor HF (se acepta el 80% para el cálculo, pero en la práctica aumentará, permitirá algunas existencias).
Ia es la corriente promedio del diodo rectificador, Rn es la potencia de carga ,? - Eficiencia del convertidor HF.
La tensión inversa máxima del elemento rectificador no excede el valor de amplitud de la tensión de red (314 V), lo que permite el uso de componentes con un valor de UBM = 400 V con una reserva significativa. Puede utilizar diodos discretos y puentes rectificadores prefabricados de diferentes fabricantes.
Para proporcionar una pulsación dada (10%) en la salida del rectificador, la capacitancia de los condensadores del filtro se toma a una velocidad de 1 μF por 1 vatios de potencia de salida. Se utilizan condensadores electrolíticos con una tensión máxima de al menos 350V. Los filtros de capacidad para diferentes capacidades se dan en la tabla.
Convertidor de alta frecuencia: sus funciones y circuitos
El convertidor de alta frecuencia es un transformador de llave de un solo paso o de dos tiempos (inversor) con un transformador de pulso. Variantes de circuitos de radiofrecuencia.Los convertidores se muestran en la imagen.
Esquema de un golpe . Con una cantidad mínima de elementos de poder y la facilidad de implementación tiene varias desventajas.
El esquema ha encontrado la mayor aplicación en dispositivos de baja potencia, donde el impacto de estas desventajas no es tan significativo.
Circuito de dos tiempos con un punto promedio del transformador (pulsante) . Recibió su segundo nombre de la versión en inglés (push-pull) de la descripción del trabajo. El esquema está libre de las desventajas de las variantes de un solo paso, pero tiene su propia construcción complicada del transformador (se requiere la producción de secciones idénticas del devanado primario) y mayores requisitos para el voltaje máximo de las llaves. El resto de la solución merece atención y se usa ampliamente en las fuentes de alimentación por impulso que se hacen con sus propias manos y no solo.
Circuito de media ranura de dos tiempos . Por parámetros, el esquema es similar al circuito con el punto medio, pero no requiere una configuración compleja de transformador de bobinas. El inconveniente real del circuito es la necesidad de organizar el punto medio del filtro rectificador, lo que resulta en un aumento de cuatro veces en el número de condensadores.
Debido a la simplicidad de la implementación, el circuito se usa más ampliamente en suministros de alimentación por pulsos de hasta 3 kW. Para los grandescapacidades El costo de los condensadores de filtro se vuelve inaceptablemente alto en comparación con las llaves semiconductoras del inversor y la más ventajosa es el circuito de puente.
Esquema de puente de dos tiempos . Por parámetros es similar a otros esquemas de dos tiempos, pero sin la necesidad de crear "puntos medios" artificiales. La tarifa por esto es una duplicación del número de teclas de energía que se benefician de los puntos de vista económico y técnico para la construcción de potentes fuentes de pulsos.
La elección de los inversores se realiza por la amplitud de la corriente de colector (escurrimiento) de ICMAC y la tensión máxima del colector-emisor UKEMAK. Para calcular la potencia de la carga y el coeficiente de transformación del transformador de pulso se utilizan.
Sin embargo, en primer lugar, es necesario calcular el transformador en sí. El transformador de pulso se ejecuta en un núcleo hecho de ferrita, permalloy o torcido en un anillo de hierro de transformador. Para capacidades a unidades de kw, los núcleos de ferrita de anillo o en forma de Sh son perfectamente adecuados. El cálculo del transformador se basa en la potencia requerida y la frecuencia de conversión. Para eliminar la aparición de ruido acústico, la tasa de conversión es deseable fuera del rango de audio (por encima de 20 kHz).
Debe recordarse que a frecuencias cercanas a 100 kHz, las pérdidas en la magnetoplastia de ferrita aumentan significativamente. El cálculo del transformador en sí no es difícil y se puede encontrar fácilmente en la literatura. Algunos resultados para diferentes fuentes de potencia y circuitos magnéticos.se enumeran en la tabla de abajo.
El cálculo se realiza para la conversión de la frecuencia de 50 kHz.Vale la pena observar que cuando se trabaja a alta frecuencia, se produce el efecto de desplazamiento de la corriente a la superficie del conductor, lo que conduce a una disminución en el área efectiva de la sección de los cables del devanado.Para evitar este tipo de problemas y reducir las pérdidas en los conductores, es necesario realizar un devanado de varias secciones más pequeñas en vivo.A una frecuencia de 50 kHz, el diámetro permisible del cable de bobinado no excede de 0,85 mm.
Parámetros de transformadores de pulso y claves de un convertidor de RF
Conociendo la potencia de la carga y el factor de transformación, se puede calcular la corriente en el devanado del transformador primario y el máximollave de encendido del colector actual.La tensión en el transistor en estado cerrado se elige más alta que la tensión enderezada que ingresa a la entrada del convertidor de RF con cierta reserva (UKEMAH> = 400 V).Según estos datos, se realiza una elección de claves.Actualmente, la mejor opción es utilizar transistores de potencia IGBT o MOSFET.
Para los diodos rectificadores en el lado secundario, se debe seguir una regla: su frecuencia de operación máxima debe exceder la tasa de conversión.De lo contrario, la eficiencia del rectificador de salida y del convertidor en general disminuirá significativamente.
Las siguientes recomendaciones hacen posible, en el menor tiempo posible y con un mínimo de problemas y costos, recolectar la parte de potencia del convertidor de pulso de alta frecuencia para las necesidades domésticas.
