מעגל מייצב מתח SMPS

המאמר מסביר מעגל מייצב מתח במצב מתג במצב מוצק ללא ממסרים, באמצעות ממיר דחיפת ליבת פריטה וכמה מעגלי דרייבר של מוספט למחצה. את הרעיון ביקש מר מקנתוני ברנרד.

מפרט טכני

בסוף התחלתי להסתכל מייצבי מתח משתמשים באחזקת הבית כדי לווסת את אספקת השירות , הגברת המתח כאשר השירות נמוך והירידה כאשר השירות גבוה.

הוא בנוי סביב שנאי רשת (ליבת ברזל) הפצוע בסגנון שנאי אוטומטי עם ברזים רבים של 180v, 200v, 220v, 240v 260v וכו '.

מעגל הבקרה בעזרת ממסרים בוחר את הברז הנכון לפלט. אני מניח שאתה מכיר את המכשיר הזה.

התחלתי לחשוב ליישם את הפונקציה של מכשיר זה באמצעות SMPS. מה שיהיה לו היתרון של הוצאת 220 וואט קבוע ותדירות יציבה של 50 הרץ ללא שימוש בממסרים.

צירפתי בדואר זה את דיאגרמת החסימה של הרעיון.

אנא יידע אותי מה אתה חושב, אם יש טעם ללכת בדרך זו.

האם זה באמת יעבוד וישרת את אותה מטרה? .

כמו כן אצטרך את עזרתך בסעיף ממיר מתח DC ל DC מתח גבוה.

בברכה
מקנתוני ברנרד

העיצוב

ניתן להבין את המעגל המייצב של ליבת פרייט במצב מוצק ללא ממסרים בהתייחס לדיאגרמה הבאה ולהסבר הבא.

RVCC = 1K.1 וואט, CVCC = 0.1uF / 400V, CBOOT = 1uF / 400V

האיור לעיל מציג את התצורה בפועל ליישום פלט מיוצב של 220 וולט או 120 וולט ללא קשר לתנודות הקלט או עומס יתר על ידי שימוש בכמה שלבי מעבד ממיר דחיפה שאינם מבודדים.

כאן שני מכשירי IC-mosfet של נהג חצי גשר הופכים לאלמנטים המכריעים של כל התכנון. מכשירי ה- IC המעורבים הם ה- IRS2153 הרב-תכליתי שתוכננו במיוחד להנעת מוספטים במצב חצי גשר ללא צורך במעגלים חיצוניים מורכבים.

אנו יכולים לראות שני שלבי נהג חצי גשר זהים משולבים, כאשר הנהג בצד שמאל משמש כשלב נהג ההגברה ואילו הצד הימני מוגדר לעיבוד מתח הדחיפה לפלט גלי סינוס 50Hz או 60Hz בשילוב עם בקרת מתח חיצונית. מעגל חשמלי.

המעגלים המשולבים מתוכנתים באופן פנימי לייצר מחזור חובה קבוע של 50% על פינות הפלט באמצעות טופולוגיית מוט טוטם. Pinouts אלה מחוברים עם mosfets כוח ליישום ההמרות המיועדות. ה- IC כולל גם מתנד פנימי המאפשר את התדר הנדרש ביציאה, קצב התדר נקבע על ידי רשת Rt / Ct המחוברת חיצונית.

שימוש בתכונת הכיבוי

ה- IC כולל גם מתקן כיבוי שבו ניתן להשתמש כדי לעצור את הפלט במקרה של זרם יתר, מתח יתר או כל מצב קטסטרופלי פתאומי.

למידע נוסף על ה הוא ICs של נהג חצי גשר, אתה יכול להתייחס למאמר זה: Driver-Mosfet Half-Bridge IC IRS2153 (1) D - Pinouts, הסברים על הערות יישום

התפוקות ממכשירי IC אלה מאוזנות ביותר עקב איתחול פנימי מתוחכם מאוד ועיבוד זמן מת, המבטיחים הפעלה מושלמת ובטוחה של המכשירים המחוברים.

במעגל מייצב מתח הרשת של SMPS הנדון, השלב הצדדי השמאלי משמש להפקת כ -400 וולט מכניסת 310 וולט הנגזרת על ידי תיקון כניסת הרשת 220 וולט.

עבור קלט של 120 וולט, ניתן להגדיר את הבמה ליצירת כ- 200 וולט באמצעות המשרן המוצג.

המשרן עשוי להתפרש על כל מכלול ליבת / סליל EE רגיל באמצעות 3 קווצות מקבילות (דו-כיווניות) של חוט נחושת סופר אמייל בעל 0.3 מ'מ, וכ -400 סיבובים.

בחירת התדר

יש לקבוע את התדר על ידי בחירה נכונה של ערכי ה- Rt / Ct כך שתושג תדר גבוה של כ- 70 קילו-הרץ עבור שלב הממיר הדחיפה השמאלי, על פני המשרן המוצג.

IC הנהג של הצד הימני ממוקם לעבודה עם 400V DC הנ'ל מממיר הדחיפה לאחר תיקון וסינון מתאימים, כפי שניתן לראות בתרשים.

כאן נבחרים הערכים של ה- Rt ו- Ct לרכישת כ- 50Hz או 60Hz (בהתאם למפרט המדינה) על פני פלט ה- mosfets המחובר.

עם זאת, התפוקה משלב הנהג בצד ימין יכולה להיות גבוהה עד 550 וולט, ויש לווסת את זה לרמות הבטוחות הרצויות, בסביבות 220 וולט או 120 וולט.

לשם כך כלולה תצורת מגבר שגיאה אופמית פשוטה, כמתואר בתרשים הבא.

מעגל תיקון יתר מתח

כפי שמוצג בתרשים לעיל, שלב תיקון המתח משתמש במשווה אופמפ פשוט לזיהוי מצב מתח יתר.

המעגל צריך להיות מוגדר פעם אחת בלבד על מנת ליהנות ממתח מיוצב קבוע ברמה הקבועה ללא תלות בתנודות הקלט או בעומס יתר, אולם לא ניתן יהיה לחרוג מאלה מגבול נסבל מוגדר של התכנון.

כפי שמודגם, האספקה ​​למגבר השגיאה נגזרת מהפלט לאחר תיקון מתאים של זרם חילופין לזרם נמוך ונקי התייצב 12 וולט DC למעגל.

סיכה מס '2 מיועדת ככניסה לחיישן עבור ה- IC בעוד שהסיכה הלא-הפוכה מס' 3 מתייחסת ל -4.7 V קבועה דרך רשת דיודות זנר מהודקת.

קלט החישה מופק מנקודה לא יציבה במעגל, ופלט ה- IC מחובר לסיכת ה- Ct של ה- IC של הנהג בצד ימין.

סיכה זו מתפקדת כסיכת כיבוי עבור ה- IC וברגע שהיא חווה שפל מתחת ל 1/6 מהסמ'ק שלה, היא מוציאה מיד את הזנת הפלט למוספטים ומכבה את ההליכים לעמידה במקום.

הקביעה המוגדרת מראש המשויכת לסיכה מס '2 של האופמפ מותאמת כראוי כך שזרם החשמל של הפלט מתייצב ל -220 וולט מהפלט הזמין 450 וולט או 500 וולט, או ל -120 וולט מפלט 250 וולט.

כל עוד הסיכה מס '2 חווה מתח גבוה יותר בהתייחס לסיכה מס' 3, היא ממשיכה לשמור על תפוקתו נמוכה, מה שמצווה על כיבוי ה- IC של הנהג, אולם ה'כיבוי 'מתקן באופן מיידי את כניסת ה- opamp, מכריח אותו כדי למשוך את אות הפלט הנמוך שלו, והמחזור שומר על תיקון עצמי של הפלט לרמות המדויקות, כפי שנקבע על ידי ההגדרה הקבועה מראש של סיכה מספר 2.

מעגל מגבר השגיאות ממשיך לייצב את הפלט הזה ומכיוון שלמעגל יש יתרון של מרווח משמעותי של 100% בין וולט המתח המקורי לבין ערכי המתח המווסתים, אפילו בתנאי מתח נמוכים במיוחד, הפלטים מצליחים לספק את המתח המיוצב הקבוע לעומס. ללא קשר למתח, הדבר נכון גם במקרה בו מחובר עומס ללא תחרות או עומס יתר ביציאה.

שיפור העיצוב שלעיל:

חקירה מדוקדקת מראה כי ניתן לשנות ולשפר את העיצוב הנ'ל בכדי להגביר את יעילותו ואיכות הפלט שלו:

1. המשרן למעשה אינו נדרש וניתן להסירו
2. יש לשדרג את הפלט למעגל גשר מלא כך שההספק יהיה אופטימלי לעומס
3. הפלט חייב להיות גלי סינוס טהור ולא שונה כפי שניתן לצפות בתכנון לעיל

כל התכונות הללו נשקלו וטופלו בגרסה המשודרגת הבאה של מעגל מייצב מצב מוצק:

מבצע מעגל

1. IC1 עובד כמו מעגל מתנד רב-ויברטורי רגיל, שניתן לכוונן את תדירותו על ידי שינוי מתאים של R1. זה מחליט על מספר 'העמודים' או 'הקיצוץ' עבור פלט ה- SPWM.
2. התדר מ- IC 1 בסיכה 3 שלו מועבר לסיכה מס '2 של IC2 המחובר כגנרטור PWM.
3. תדר זה מומר לגלי משולש בסיכה 6 של IC2, המושווה באמצעות מתח מדגם בסיכה מס '5 של IC2
4. סיכה מס '5 של IC2 מוחלת עם גל סינוס לדוגמא בתדר של 100 הרץ שנרכש ממיישר הגשר, לאחר שהוריד כראוי את הרשת לרמה של 12V.
5. דגימות גל סינוס אלה מושוות לסיכה מס '7 משולש של IC2, מה שמביא ל- SPWM dimesnioned באופן פרופורציונלי בסיכה מס' 3 של IC2.
6. כעת, רוחב הדופק של SPWM זה תלוי במשרעת של גושי הדגימה ממיישר הגשר. במילים אחרות כאשר מתח AC מתח גבוה יותר מייצר SPWM רחבים יותר וכאשר מתח רשת החשמל נמוך יותר, זה מקטין את רוחב ה- SPWM והופך אותו לצמצם יחסית.
7. ה- SPWM הנ'ל הופך על ידי טרנזיסטור BC547, והוחל על שערי המוסגים הצדדיים הנמוכים של רשת נהגי גשר מלאה.
8. זה מרמז שכאשר מפלס זרם החשמל יורד התגובה בשערי המוספט תהיה בצורת SPWM רחבה יותר באופן יחסי, וכאשר מתח זרם ה- AC יגדל השערים יחוו SPWM מידרדר יחסית.
9. היישום הנ'ל יביא להגברת מתח פרופורציונאלי על פני העומס המחובר בין רשת גשר H בכל פעם שרשת החשמל של הכניסה יורדת, ולהפך העומס יעבור ירידת מתח כמותית אם ה- AC נוטה לעלות מעל רמת הסכנה.

כיצד להגדיר את המעגל

קבע את נקודת המעבר המרכזית המשוערת שבה תגובת ה- SPWM עשויה להיות זהה לרמת זרם הרשת.

נניח שאתה בוחר בו להיות ב -220 וולט ואז מכוון את הגדרת ההגדרה המוקדמת 1K כך שהעומס המחובר לגשר H יקבל כ -220 וולט.

זה הכל, ההגדרה הושלמה כעת, והשאר יטופל אוטומטית.

לחלופין, אתה יכול לתקן את ההגדרה שלעיל לרמת סף המתח התחתונה באותו אופן.

נניח שהסף התחתון הוא 170 וולט, במקרה זה הזן 170 וולט למעגל והתאם את הגדרת ההגדרה המוקדמת 1K עד שתמצא כ -210 וולט על פני העומס או בין זרועות גשר H.

צעדים אלה מסיימים את הליך ההגדרה, והשאר יסתגלו באופן אוטומטי בהתאם לשינויים ברמת AC.

חָשׁוּב : אנא חבר קבלים בעלי ערך גבוה בסדר גודל של 500uF / 400V לאורך הקו המתוקן AC המוזן לרשת H-bridge, כך שה- DC המתוקן יוכל להגיע עד 310V DC על פני קווי BUS של גשר H.