Krug stabilizatora napona SMPS

Članak objašnjava krug stabilizatora mrežnog stabilizatora napona s preklopnim načinom rada bez releja, koristeći pretvarač pojačavanja feritne jezgre i nekoliko sklopnih pogonskih sklopova MOSFET-a. Ideju je zatražio gospodin McAnthony Bernard.

Tehničke specifikacije

Odnedavno sam počeo gledati naponski stabilizatori koriste se u kućnom držanju za regulaciju opskrbe komunalnim uređajima , pojačavajući napon kada je komunalna snaga niska i odstupajući kad je korisna struja velika.

Izgrađen je oko mrežnog transformatora (željezne jezgre) namotanog u stilu automatskog transformatora s mnogo slavina od 180v, 200v, 220v, 240v 260v itd.

upravljački krug uz pomoć releja odabire desnu slavinu za izlaz. pretpostavljam da ste upoznati s ovim uređajem.

Počeo sam razmišljati kako implementirati funkciju ovog uređaja s SMPS-om. Što će imati prednost davanja konstantnih 220vac i stabilne frekvencije od 50Hz bez upotrebe releja.

U ovu poštu pošaljem blok dijagram koncepta.

Molim vas, javite mi što mislite ako ima smisla ići tim putem.

Hoće li to doista raditi i služiti u istu svrhu? .

Također trebat će mi vaša pomoć u odjeljku pretvarača za istosmjerni i istosmjerni napon.

Pozdrav
McAnthony Bernard

Dizajn

Predloženi krug mrežnog stabilizatora napona na bazi feritne jezgre bez releja može se razumjeti pozivanjem na sljedeći dijagram i objašnjenje koje slijedi.

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

Gornja slika prikazuje stvarnu konfiguraciju za implementaciju stabiliziranog izlaza od 220 V ili 120 V bez obzira na fluktuacije ulaza ili preopterećenje korištenjem nekoliko neizoliranih stupnjeva procesora pojačivača pretvorbe.

Ovdje dva IC-a mosfet-a s pola mosta postaju presudni elementi cijelog dizajna. Uključene IC su svestrani IRS2153 koji su dizajnirani posebno za vožnju MOSFET-ova u načinu polumosta bez potrebe za složenim vanjskim krugom.

Možemo vidjeti dvije identične stupnjeve pokretača na pola mosta, gdje se lijevi pokretački pogon koristi kao stupanj pogonskog pojačala, dok je desna strana konfigurirana za obradu pojačanog napona u izlazni sinusni val od 50 Hz ili 60 Hz zajedno s vanjskom regulacijom napona sklop.

IC su interno programirani da proizvode fiksni radni ciklus od 50% preko izlaznih pinouta kroz topologiju totemskog pola. Ti su izvodi povezani s mrežnim MOSFET-ovima za provođenje predviđenih pretvorbi. IC-ovi su također opremljeni unutarnjim oscilatorom za omogućavanje potrebne frekvencije na izlazu, a brzina frekvencije određena je vanjsko povezanom Rt / Ct mrežom.

Korištenje značajke isključivanja

IC također ima isključen uređaj koji se može koristiti za zaustavljanje izlaza u slučaju prekomjerne struje, prenapona ili bilo koje iznenadne katastrofalne situacije.

Za više informacija o th je IC-ovi s pola mosta, možete se obratiti na ovaj članak: Mostovski upravljački program s pola mosta IC IRS2153 (1) D - Pinouts, objašnjene primjene

Izlazi s ovih IC-a izuzetno su uravnoteženi zahvaljujući visoko sofisticiranom unutarnjem pokretanju sustava i obradi mrtvih vremena koji osiguravaju savršen i siguran rad povezanih uređaja.

U razmatranom krugu stabilizatora mrežnog napona SMPS, lijevi bočni stupanj koristi se za generiranje oko 400V od ulaza 310V izvedenog ispravljanjem mrežnog ulaza 220V.

Za ulaz od 120 V stupanj se može postaviti za generiranje oko 200 V kroz prikazanu prigušnicu.

Prigušnica se može namotati na bilo koji standardni EE sklop jezgre / špulice pomoću 3 paralelna (bifilarna) lanca od 0,3 mm super emajlirane bakrene žice i približno 400 zavoja.

Odabir frekvencije

Frekvenciju treba podesiti pravilnim odabirom vrijednosti Rt / Ct tako da se postigne visoka frekvencija od oko 70 kHz za lijevi stupanj pretvarača pojačanja, preko prikazanog induktora.

IC desne strane pogonskog sklopa postavljen je za rad s gornjim istosmjernim naponom od 400 V iz pretvarača pojačanja nakon odgovarajućeg ispravljanja i filtriranja, što se može vidjeti na dijagramu.

Ovdje su vrijednosti Rt i Ct odabrane za postizanje približno 50Hz ili 60Hz (prema specifikacijama za zemlju) na povezanim izlazima MOSFET-a.

Međutim, izlaz s desne strane upravljačkog stupnja može biti i do 550 V, a to treba regulirati na željene sigurne razine, oko 220 V ili 120 V

Za to je uključena jednostavna konfiguracija pojačala s greškom opampa, kao što je prikazano na sljedećem dijagramu.

Krug za korekciju prenapona

Kao što je prikazano na gornjem dijagramu, stupanj korekcije napona koristi jednostavnu usporedbu opampa za otkrivanje stanja prenapona.

Krug je potrebno postaviti samo jednom kako bi se uživao trajni stabilizirani napon na postavljenoj razini, bez obzira na ulazne fluktuacije ili preopterećenje, međutim, one se ne smiju prekoračiti preko određene dopuštene granice projekta.

Kao što je ilustrirano, napajanje pojačala za pogreške izvedeno je iz izlaza nakon odgovarajućeg ispravljanja izmjeničnog napona u 12 V DC istosmjerno stabiliziranog kruga.

pin # 2 označen je kao ulaz senzora za IC, dok je neinvertirajući pin # 3 referenciran na fiksnih 4,7V kroz steznu mrežu zener dioda.

Ulaz osjetnika izvlači se iz nestabilizirane točke u krugu, a izlaz IC-a spojen je Ct-pinom desne strane IC-upravljačkog programa.

Ovaj pin funkcionira kao isključeni pin za IC i čim doživi nisku vrijednost ispod 1/6 od svog Vcc-a, on trenutno isprazni izlazne feedove na MOSFET-ove, čime se postupak zaustavlja.

Unaprijed postavljena postavka povezana s pinom br. 2 opampera prikladno je podešena tako da se izmjenična snaga izlaza smiri na 220 V s raspoloživih 450 V ili 500 V izlaza ili na 120 V s 250 V izlaza.

Sve dok pin # 2 doživljava veći napon u odnosu na pin # 3, i dalje održava svoj izlaz niskim, što zauzvrat zapovijeda da se IC upravljačkog programa isključi, međutim 'isključivanje' trenutno ispravlja ulaz opampa, prisiljavajući ga da povuče svoj izlazni niski signal, a ciklus nastavlja sam ispravljati izlaz na precizne razine, kako je određeno unaprijed postavljenom postavkom pina # 2.

Sklop kruga pojačala s pogreškama nastavlja stabilizaciju ovog izlaza, a budući da krug ima prednost značajne 100% margine između napona ulaznog izvora i reguliranih vrijednosti napona, čak i pod ekstremno niskim naponom izlazi uspijevaju osigurati fiksni stabilizirani napon opterećenju bez obzira na napon, isto postaje istina u slučaju kada je na izlaz spojeno neusporedivo opterećenje ili preopterećenje.

Poboljšanje gore navedenog dizajna:

Pažljivo istraživanje pokazuje da se gornji dizajn može uvelike izmijeniti i poboljšati kako bi se povećala njegova učinkovitost i kvaliteta rezultata:

1. Prigušnica zapravo nije potrebna i može se ukloniti
2. Izlaz se mora nadograditi na puni krug mosta tako da snaga bude optimalna za opterećenje
3. Izlaz mora biti čisti sinusni val, a ne modificirani kao što se može očekivati ​​u gornjem dizajnu

Sve ove značajke razmotrene su i zbrinute u sljedećoj nadograđenoj verziji kruga čvrstog stabilizatora:

Kružni rad

1. IC1 radi poput normalnog nestabilnog sklopa oscilatora multivibratora, čija se frekvencija može prilagoditi odgovarajućom promjenom vrijednosti R1. Ovo određuje broj 'stupova' ili 'usitnjavanja' za izlaz SPWM-a.
2. Frekvencija od IC 1 na svojem pinu # 3 dovodi se na pin # 2 IC2 koji je ožičen kao PWM generator.
3. Ova se frekvencija pretvara u valove trokuta na pinu 6 IC2, što se uspoređuje s naponom uzorka na pinu 5 IC2
4. Pin br. 5 IC2 nanosi se na uzorak sinusnog vala na frekvenciji od 100 Hz dobiven iz ispravljača mosta, nakon odgovarajućeg spuštanja mreže na 12 V.
5. Ovi se uzorci sinusnih valova uspoređuju s valovima trokuta pin 7 na IC2, što rezultira proporcionalno zatamnjenim SPWM-om na pinu 3 IC2.
6. Sada širina impulsa ovog SPWM-a ovisi o amplitudi sinusnih valova uzorka s mostovnog ispravljača. Drugim riječima, kada je izmjenični mrežni napon veći, stvaraju se širi SPWM, a kada je mrežni napon niži, smanjuje širinu SPWM-a i proporcionalno ga sužava.
7. Gornji SPWM invertiran je BC547 tranzistorom i primijenjen je na vratima niskofrekventnih mosfetova mreže punih mostova.
8. To podrazumijeva da će, kada padne mrežna razina, odziv na mosfet-vratima biti u obliku proporcionalno širih SPWM-a, a kada se mrežni napon poveća, vrata će doživjeti proporcionalno pogoršani SPWM.
9. Gornja aplikacija rezultirat će proporcionalnim povišenjem napona na opterećenju povezanom između mreže H-mosta kad god mrežni napon padne, a obratno, teret će proći kroz proporcionalni pad napona ako izmjenični napon teži porastu iznad razine opasnosti.

Kako postaviti krug

Utvrdite približnu središnju točku prijelaza u kojoj odziv SPWM može biti identičan mrežnoj razini izmjeničnog napona.

Pretpostavimo da odaberete da bude na 220V, a zatim prilagodite postavku 1K tako da teret povezan na H-most prima približno 220V.

To je sve, postavljanje je sada gotovo, a za ostalo će se automatski pobrinuti.

Na isti način možete gornju postavku popraviti prema nižoj razini praga napona.

Pretpostavimo da je donji prag 170 V, u tom slučaju napojite 170 V u krug i prilagodite unaprijed postavljenu 1K dok ne pronađete približno 210 V preko tereta ili između krakova H-mosta.

Ovim koracima završava se postupak postavljanja, a ostatak će se automatski prilagoditi prema ulaznim promjenama razine izmjeničnog napona.

Važno : Priključite kondenzator velike vrijednosti reda 500uF / 400V na AC ispravljeni vod napajan mrežom H-mosta, tako da ispravljeni istosmjerni tokovi mogu doseći do 310V DC preko BUS-vodova H-mosta.