SMPS feszültségstabilizátor áramkör

A cikk elmagyarázza a szilárdtest-kapcsoló üzemmódú hálózati feszültségstabilizáló áramkört relék nélkül, ferritmag-erősítő átalakítóval és pár félhídos mosfet meghajtó áramkörrel. Az ötletet McAnthony Bernard kérte.

Műszaki adatok

Későn kezdtem nézegetni a háztartásban használt feszültségstabilizátorok a közüzemi ellátás szabályozására , növeli a feszültséget, ha a közmű alacsony, és lelép, ha a közmű magas.

A hálózati transzformátor (vasmag) köré épül, amely automatikus transzformátor stílusban van feltekerve, sok csaptelep 180v, 200v, 220v, 240v 260v stb.

a vezérlő áramkör relék segítségével kiválasztja a kimenethez a megfelelő csapot. gondolom, ismeri ezt az eszközt.

Elkezdtem gondolkodni ezen eszköz funkciójának SMPS-sel történő megvalósításán. Ennek előnye, hogy állandó 220vac és stabil 50Hz frekvenciát ad ki relék használata nélkül.

Ebben a levélben csatoltam a koncepció tömbvázlatát.

Kérem, mondja meg, mit gondol, ha van értelme ezen az úton haladni.

Valóban működni fog és ugyanazt a célt fogja szolgálni? .

Szükségem lesz a segítségedre a nagyfeszültségű DC-DC átalakító szakaszban.

Üdvözlettel
McAnthony Bernard

A dizájn

A javasolt szilárdtest-ferritmag alapú hálózati feszültségstabilizátor áramkör relék nélkül megérthető a következő ábra és az azt követő magyarázat alapján.

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

A fenti ábra a stabilizált 220 V vagy 120 V kimenet megvalósításának tényleges konfigurációját mutatja, a bemeneti ingadozásoktól vagy a túlterheléstől függetlenül, pár nem szigetelt boost átalakító processzor szakasz használatával.

Itt két félhíd-meghajtó mosfet IC vált az egész tervezés döntő elemévé. Az érintett IC-k a sokoldalú IRS2153, amelyet kifejezetten a mosfetek félhíd üzemmódban történő vezetésére terveztek, komplex külső áramkörök igénye nélkül.

Két azonos félhíd meghajtó fokozatot láthatunk beépítve, ahol a bal oldali meghajtót használjuk az erősítő meghajtó fokozatként, míg a jobb oldalt úgy konfiguráljuk, hogy egy külső feszültség vezérléssel együtt 50 Hz vagy 60 Hz szinusz hullám kimenetekké dolgozza fel a feszültséget. áramkör.

Az IC-k belsőleg vannak programozva, hogy egy totem pólus topológián keresztül fix 50% -os munkaciklust állítsanak elő a kimeneti pinoutokon keresztül. Ezek a csatlakozók a hálózati átalakítókkal vannak összekapcsolva a tervezett átalakítások végrehajtásával. Az IC-ket egy belső oszcillátorral is ellátják, amely lehetővé teszi a kimeneten a szükséges frekvenciát, a frekvencia sebességét egy kívülről csatlakoztatott Rt / Ct hálózat határozza meg.

A Leállítás funkció használata

Az IC egy leállítási lehetőséggel is rendelkezik, amely felhasználható a kimenet leállítására túláram, túlfeszültség vagy hirtelen katasztrófahelyzet esetén.

További információ a th van félhíd meghajtó IC-k, hivatkozhat ehhez a cikkhez: Half-Bridge Mosfet illesztőprogram IC IRS2153 (1) D - Kihúzók, magyarázat az alkalmazáshoz

Ezen IC-k kimenetei rendkívül kiegyensúlyozottak a kifinomult belső rendszerindítás és a holtidő-feldolgozás miatt, amelyek biztosítják a csatlakoztatott eszközök tökéletes és biztonságos működését.

A tárgyalt SMPS hálózati feszültségstabilizátor áramkörben a bal oldali fokozatot kb. 400 V előállítására használják egy 310 V-os bemenetből, amely a hálózati 220 V-os bemenet egyenirányításával származik.

120 V-os bemenetnél a fokozat beállítható 200 V körüli áram termelésére a bemutatott induktoron keresztül.

Az induktort bármely szabványos EE mag / orsó szerelvény fölé lehet tekerni 3 párhuzamos (kétirányú) szál 0,3 mm-es szuperzománcozott rézhuzallal és kb. 400 fordulattal.

A frekvencia kiválasztása

A frekvenciát úgy kell beállítani, hogy az Rt / Ct értékeket helyesen választják meg, úgy, hogy a bal indukciós átalakító fokozatához kb. 70 kHz magas frekvenciát érjenek el a bemutatott induktivitáson keresztül.

A jobb oldali meghajtó IC-t úgy állítják be, hogy megfelelő javítás és szűrés után működjön a fenti 400 V DC-vel az erősítő átalakítóból, amint az az ábrán is látható.

Itt választjuk ki az Rt és a Ct értékeit, hogy hozzávetőlegesen 50Hz vagy 60Hz (az ország specifikációinak megfelelően) kapjuk meg a csatlakoztatott mosfets kimenetet

A jobb oldali vezető fokozatának kimenete azonban akár 550 V is lehet, és ezt a kívánt biztonságos szintre kell szabályozni, 220 V vagy 120 V körül.

Ehhez egy egyszerű opamp hibaerősítő konfigurációt tartalmaz, amint azt a következő ábra mutatja.

Túlfeszültség-korrekciós áramkör

Amint az a fenti ábrán látható, a feszültségkorrekciós szakasz egy egyszerű opamp-összehasonlítót használ a túlfeszültség-állapot észleléséhez.

Az áramkört csak egyszer kell beállítani annak érdekében, hogy állandó stabilizált feszültséget élvezhessen a beállított szinten, függetlenül a bemeneti ingadozásoktól vagy a túlterheléstől, azonban ezeket nem lehet túllépni a tervezés meghatározott tűrhető határán túl.

Amint az látható, a hibaerősítő tápellátása a kimenetről származik, miután a váltakozó áramot megfelelő egyenirányítással az áramkör tiszta, alacsony áramerősségű stabilizált 12 V DC-vé alakította.

A # 2 tű az IC érzékelő bemenetének van kijelölve, míg a nem invertáló # 3 tűre egy rögzített 4,7 V-ra vonatkozik egy szorító zener dióda hálózaton keresztül.

Az érzékelő bemenetet az áramkör stabilizálatlan pontjáról vonják ki, és az IC kimenetét a jobb oldali meghajtó IC Ct tűjével kötik össze.

Ez a tű az IC kikapcsoló tüskéjeként működik, és amint a Vcc 1/6 része alatt alacsony értéket tapasztal, azonnal kiüríti a kimeneti betáplálást a mosfetteknek, és állást állít le.

Az opamp 2. érintkezőjéhez tartozó előre beállított értéket megfelelően úgy állítják be, hogy a kimeneti hálózati AC a rendelkezésre álló 450 V vagy 500 V kimenetről 220 V-ra, vagy 250 V-os kimenetről 120 V-ra álljon le.

Mindaddig, amíg a # 2 tű nagyobb feszültséget tapasztal a 3. érintkezőhöz képest, továbbra is alacsonyan tartja a kimenetet, ami viszont utasítja a meghajtó IC-t, hogy álljon le, azonban a 'leállás' azonnal kijavítja az opamp bemenetet, kényszerítve azt visszavonni a kimeneti alacsony jelet, és a ciklus folyamatosan korrigálja a kimenetet a pontos szintre, amelyet a # 2-es tű előre beállított beállítása határoz meg.

A hibaerősítő áramkör folyamatosan stabilizálja ezt a kimenetet, és mivel az áramkör előnye, hogy jelentős 100% -os különbség van a bemeneti forrás volatge és a szabályozott feszültségértékek között, a kimenetek rendkívül alacsony feszültségi körülmények között is képesek stabil stabilizált feszültséget biztosítani a terhelés számára a feszültségtől függetlenül ugyanez érvényes abban az esetben is, amikor páratlan terhelés vagy túlterhelés van csatlakoztatva a kimenethez.

A fenti tervezés javítása:

Egy alapos vizsgálat azt mutatja, hogy a fenti kialakítás nagymértékben módosítható és javítható annak hatékonyságának és kimeneti minőségének növelése érdekében:

1. Az induktivitásra valójában nincs szükség, és eltávolítható
2. A kimenetet teljes híd áramkörre kell fejleszteni, hogy a teljesítmény optimális legyen a terheléshez
3. A kimenetnek tiszta szinuszhullámnak kell lennie, és nem módosítottnak, amint az a fenti tervben várható

Mindezeket a tulajdonságokat a szilárdtest stabilizátor áramkör következő továbbfejlesztett verziójában vették figyelembe és gondozták:

Áramkör működtetése

1. Az IC1 úgy működik, mint egy normál astable multivibrátor oszcillátor áramkör, amelynek frekvenciája az R1 értékének megfelelő megváltoztatásával állítható be. Ez határozza meg az SPWM kimenet „oszlopainak” vagy „darabolásának” számát.
2. A 3-as csapon lévő IC 1-ből származó frekvenciát az IC2 2. érintkezőjéhez tápláljuk, amely PWM generátorként van bekötve.
3. Ezt a frekvenciát háromszög hullámokká alakítják az IC2 # 6-os érintkezőjénél, amelyet összehasonlítunk egy mintafeszültséggel az IC2 5-ös érintkezőjénél
4. Az IC2 5. sz. Tűjét a híd egyenirányítójából vett 100 Hz-es frekvenciájú szinuszhullámmal alkalmazzák, miután a hálózati feszültséget megfelelően 12 V-ra csökkentették.
5. Ezeket a szinuszhullám-mintákat összehasonlítjuk az IC2 # 7-es számú háromszög hullámaival, ami arányosan dionionos SPWM-t eredményez az IC2 # 3-as tűjén.
6. Ennek az SPWM-nek az impulzusszélessége a híd egyenirányítóból származó minta szinuszhullámok amplitúdójától függ. Más szavakkal, ha a váltóáramú hálózati feszültség nagyobb, akkor szélesebb SPWM-ek jönnek létre, és ha a váltakozó áramú hálózati feszültség alacsonyabb, akkor csökkenti az SPWM-szélességet és arányosan szűkíti azt.
7. A fenti SPWM egy BC547 tranzisztorral megfordítva, és egy teljes híd meghajtó hálózat alacsony oldali mosfeteinek kapujára vonatkozik.
8. Ez azt jelenti, hogy amikor a váltóáramú hálózat szintje csökken, a mosfet kapukra adott válasz arányosan szélesebb SPWM formájában történik, és amikor a váltóáramú hálózati feszültség növekszik, a kapuk arányosan romló SPWM-et fognak tapasztalni.
9. A fenti alkalmazás arányos feszültségnövekedést eredményez a H-híd hálózat között összekapcsolt terhelésen, amikor a bemenő váltakozó áramú hálózat leesik, és fordítva, a terhelés arányos mennyiségű feszültségesésen megy keresztül, ha az AC a veszélyességi szint fölé emelkedik.

Az áramkör beállítása

Határozza meg a hozzávetőleges középső átmeneti pontot, ahol az SPWM válasz csak azonos lehet a hálózati váltakozó áram szintjével.

Tegyük fel, hogy azt választja, hogy 220 V legyen, majd állítsa be az 1K előre beállított értéket úgy, hogy a H-hídhoz kapcsolt terhelés körülbelül 220 V-ot kapjon.

Ennyi, a beállítás most befejeződött, a többiről automatikusan gondoskodunk.

Alternatív megoldásként a fenti beállítást ugyanúgy rögzítheti az alsó feszültség küszöbszint felé.

Tegyük fel, hogy az alsó küszöbérték 170 V, ebben az esetben tápláljon egy 170 V-ot az áramkörbe, és állítsa be az 1K-os előre beállított értéket, amíg kb. 210 V-ot nem talál a terhelésen vagy a H-híd karjai között.

Ezek a lépések lezárják a beállítási eljárást, és a többiek automatikusan beállítják a bemeneti AC-szint változásainak megfelelően.

Fontos : Kérjük, csatlakoztasson egy nagy értékű kondenzátort 500uF / 400V nagyságrendűre a H-hídhálózatba táplált egyenirányított egyenirányítón keresztül, hogy az egyenirányított egyenáram legfeljebb 310V DC-t tudjon elérni a H-híd buszvezetékein.