Obvod stabilizátora napätia SMPS

V článku sa vysvetľuje obvod stabilizácie sieťového napätia v polovodičovom režime bez relé, využívajúci zosilňovač feritového jadra a niekoľko obvodov budiča mosfet s polovičným mostíkom. Túto myšlienku požadoval pán McAnthony Bernard.

Technické špecifikácie

Neskoro som sa začal obzerať stabilizátory napätia používané v domácnosti na reguláciu dodávky elektrickej energie , zvyšovanie napätia, keď je sieť slabá, a znižovanie napätia, keď je energia vysoká.

Je postavený na sieťovom transformátore (železnom jadre) navinutom v štýle automatického transformátora s mnohými odbočkami 180v, 200v, 220v, 240v 260v atď.

riadiaci obvod pomocou relé vyberie pravé ťuknutie na výstup. Myslím, že ste s týmto prístrojom oboznámení.

Začal som uvažovať o implementácii funkcie tohto zariadenia pomocou SMPS. To bude mať výhodu v rozdávaní konštantnej 220Vac a stabilnej frekvencie 50Hz bez použitia relé.

V tomto e-maile prikladám blokovú schému konceptu.

Dajte mi prosím vedieť, čo si myslíte, ak má zmysel ísť touto cestou.

Bude to naozaj fungovať a slúžiť rovnakému účelu? .

Tiež budem potrebovať vašu pomoc v sekcii prevodníka vysokého napätia DC na DC.

S pozdravom
McAnthony Bernard

Dizajn

Navrhovaný obvod stabilizátora sieťového napätia na báze feritového jadra bez relé je možné pochopiť pomocou nasledujúcej schémy a následného vysvetlenia.

RVCC = 1 K, 1 watt, CVCC = 0,1 uF / 400 V, CBOOT = 1 uF / 400 V

Obrázok vyššie zobrazuje skutočnú konfiguráciu na implementáciu stabilizovaného výstupu 220 V alebo 120 V bez ohľadu na kolísanie vstupu alebo nadmerné zaťaženie pomocou niekoľkých neizolovaných stupňov procesora zosilňovača.

Tu sa dve integrované obvody mosfetu polovičného mostíka stávajú rozhodujúcimi prvkami celého dizajnu. Zúčastnenými integrovanými obvodmi sú univerzálne IRS2153, ktoré boli navrhnuté špeciálne na riadenie mosfetov v režime polovičného mosta bez potreby zložitých externých obvodov.

Vidíme začlenené dva identické polovodičové budiace stupne, kde sa ako zosilňovací budič používa ľavý budič, zatiaľ čo pravá strana je nakonfigurovaná na spracovanie zosilňovacieho napätia na výstup sínusovej vlny 50 Hz alebo 60 Hz v spojení s externým riadením napätia obvod.

Integrované obvody sú interne programované tak, aby produkovali pevný 50% pracovný cyklus naprieč výstupnými konektormi prostredníctvom topológie totemového pólu. Tieto pinouty sú spojené s výkonovými mosfety na uskutočnenie zamýšľaných konverzií. Integrované obvody sú tiež vybavené vnútorným oscilátorom pre umožnenie požadovanej frekvencie na výstupe, rýchlosť frekvencie je určená externe pripojenou sieťou Rt / Ct.

Používanie funkcie vypnutia

IC je tiež vybavený vypínacím zariadením, ktoré je možné použiť na zastavenie výstupu v prípade nadprúdu, prepätia alebo akejkoľvek náhlej katastrofickej situácie.

Pre viac informácií na th je integrované obvody polovičného mostíka, môžete sa odkázať k tomuto článku: Polovičný mostík Mosfet Driver IC IRS2153 (1) D - Pinouts, vysvetlené poznámky k aplikácii

Výstupy z týchto integrovaných obvodov sú mimoriadne vyvážené vďaka vysoko sofistikovanému internému bootstrappingu a spracovaniu mŕtveho času, ktoré zaisťujú dokonalú a bezpečnú prevádzku pripojených zariadení.

V diskutovanom obvode stabilizátora sieťového napätia SMPS sa ľavý bočný stupeň používa na generovanie približne 400 V zo vstupu 310 V odvodeného usmernením vstupu 220 V zo siete.

Pre vstup 120 V môže byť stupeň nastavený na generovanie približne 200 V cez znázornený tlmivka.

Induktor môže byť navinutý na akúkoľvek štandardnú súpravu jadra / cievky EE pomocou 3 paralelných (bifilárnych) vlákien supermaltovaného medeného drôtu 0,3 mm a približne 400 závitov.

Výber frekvencie

Frekvencia by sa mala nastaviť správnym výberom hodnôt Rt / Ct tak, aby sa pre zobrazený tlmivka dosiahla vysoká frekvencia okolo 70 kHz pre ľavý zosilňovací prevodník.

Pravostranný ovládač IC je umiestnený tak, aby po príslušnej náprave a filtrácii pracoval s napätím nad 400 V DC od zosilňovača, ako je zrejmé z diagramu.

Tu sa vyberú hodnoty Rt a Ct na získanie približne 50 Hz alebo 60 Hz (podľa špecifikácií krajiny) na výstupe pripojeného mosfetu.

Avšak výstup z pravého bočného ovládača môže byť až 550 V a je potrebné ho regulovať na požadovanú bezpečnú úroveň, okolo 220 V alebo 120 V

Preto je zahrnutá jednoduchá konfigurácia zosilňovača chýb zosilňovača, ako je znázornené na nasledujúcom diagrame.

Obvod korekcie prepätím

Ako je znázornené na vyššie uvedenom diagrame, stupeň korekcie napätia využíva na detekciu stavu prepätia jednoduchý operačný zosilňovač.

Obvod je potrebné nastaviť iba raz, aby bolo možné trvale stabilizovať napätie na nastavenej úrovni bez ohľadu na kolísanie vstupu alebo preťaženie, tieto však nesmú byť prekročené nad stanovený prípustný limit konštrukcie.

Ako je znázornené, napájanie chybového zosilňovača je odvodené z výstupu po príslušnej náprave striedavého prúdu na čistý nízkoprúdový stabilizovaný 12V DC pre obvod.

pin # 2 je označený ako vstup snímača pre IC, zatiaľ čo neinvertujúci pin # 3 je odkazovaný na pevné 4,7 V cez sieť upínacej zenerovej diódy.

Snímací vstup je extrahovaný z nestabilizovaného bodu v obvode a výstup IC je spojený s pinom Ct pravého bočného ovládača IC.

Tento kolík funguje ako vypínací kolík pre IC a akonáhle dosiahne minimálnu 1/6 svojej hodnoty Vcc, okamžite vyprázdni výstupné kanály pre mosfety, ktoré zastavujú konanie, a zastaví sa.

Predvoľba spojená s pinom # 2 operačného zosilňovača je vhodne upravená tak, aby sa výstupný sieťový AC ustálil na 220 V z dostupného výstupu 450 V alebo 500 V alebo na 120 V z výstupu 250 V.

Pokiaľ je na kolíku č. 2 vyššie napätie v porovnaní s kolíkom č. 3, naďalej udržiava svoj nízky výstup, čo zase dáva príkaz ovládaču IC vypnúť, avšak „vypnutie“ okamžite koriguje vstup operačného zosilňovača a vynúti ho. aby stiahol svoj nízky výstupný signál, a cyklus udržiava samočinnú korekciu výstupu na presné úrovne, ako to určuje prednastavené nastavenie kolíka 2.

Obvod zosilňovača chyby stabilizuje tento výstup a pretože obvod má výhodu značnej 100% rezervy medzi kolísaním vstupného zdroja a regulovanými hodnotami napätia, aj za podmienok s extrémne nízkym napätím sa výstupom darí dodávať stabilné stabilizované napätie do záťaže. bez ohľadu na napätie to isté platí v prípade, keď je na výstup pripojená neprekonateľná záťaž alebo preťaženie.

Vylepšenie vyššie uvedeného dizajnu:

Pozorné skúmanie ukazuje, že vyššie uvedený dizajn je možné výrazne upraviť a vylepšiť, aby sa zvýšila jeho účinnosť a kvalita výstupu:

1. Induktor v skutočnosti nie je potrebný a je možné ho demontovať
2. Výstup musí byť upgradovaný na celý mostíkový obvod, aby bol výkon optimálny pre záťaž
3. Výstup musí byť čistá sínusová vlna a nie upravený, ako sa dá očakávať vo vyššie uvedenom návrhu

Všetky tieto vlastnosti boli zohľadnené a postarané v nasledujúcej inovovanej verzii obvodu stabilizátora v pevnom stave:

Prevádzka obvodu

1. IC1 funguje ako normálny astabilný obvod multivibrátorového oscilátora, ktorého frekvenciu je možné upraviť vhodnou zmenou hodnoty R1. To rozhoduje o počte „stĺpov“ alebo „sekania“ pre výstup SPWM.
2. Frekvencia od IC 1 na svojom kolíku # 3 sa privádza na kolík # 2 na IC2, ktorý je zapojený ako PWM generátor.
3. Táto frekvencia sa prevedie na trojuholníkové vlny na kolíku # 6 IC2, čo sa porovná so vzorkovým napätím na kolíku # 5 IC2.
4. Kolík č. 5 IC2 sa aplikuje so vzorkou sínusovej vlny na frekvencii 100 Hz získanou z mostíkového usmerňovača po príslušnom znížení napätia na 12V.
5. Tieto vzorky sínusovej vlny sa porovnávajú s trojuholníkovými vlnami čapu 7 IC2, čo vedie k proporcionálne rozloženému SPWM na čape č. 3 IC2.
6. Teraz šírka impulzu tohto SPWM závisí od amplitúdy vzorkových sínusových vĺn z mostíkového usmerňovača. Inými slovami, keď je sieťové napätie vyššie, vytvára širšie SPWM a keď je sieťové napätie nižšie, zmenšuje šírku SPWM a proporcionálne ju zužuje.
7. Vyššie uvedený SPWM bol invertovaný tranzistorom BC547 a aplikovaný na brány nízkych bočných mosfetov siete úplných mostíkových ovládačov.
8. To znamená, že keď dôjde k poklesu úrovne sieťového napájania, reakcia na bránach mosfetu bude vo forme proporcionálne širších SPWM a keď sa sieťové napätie zvýši, dôjde k proporcionálnemu zhoršeniu SPWM.
9. Vyššie uvedená aplikácia povedie k proporcionálnemu zvýšeniu napätia v celej záťaži pripojenej medzi sieťou H-mostíka vždy, keď poklesne vstupná sieť striedavého prúdu, a naopak, záťaž bude prechádzať úmerným poklesom napätia v prípade, že má striedavý prúd tendenciu stúpať nad úroveň nebezpečenstva.

Ako nastaviť obvod

Určte približný stredový bod prechodu, kde môže byť odozva SPWM identická s úrovňou striedavého prúdu v sieti.

Predpokladajme, že ho vyberiete na 220 V, potom upravte predvoľbu 1 K tak, aby záťaž pripojená k H-mostu dostávala približne 220 V.

To je všetko, nastavenie je teraz hotové a o ostatné sa postará automaticky.

Prípadne môžete vyššie uvedené nastavenie rovnakým spôsobom upraviť na nižšiu prahovú úroveň napätia.

Predpokladajme, že dolná prahová hodnota je 170 V, v takom prípade priveďte do obvodu 170 V a upravte predvoľbu 1K, kým nenájdete približne 210 V cez záťaž alebo medzi ramenami H-mostíka.

Týmito krokmi sa ukončí postup nastavenia a zvyšok sa automaticky upraví podľa zmien vstupnej úrovne striedavého prúdu.

Dôležité : Pripojte vysokohodnotný kondenzátor rádovo 500uF / 400V na usmernené striedavé vedenie napájané do siete H-mostík, aby usmernené jednosmerné napätie bolo schopné dosiahnuť až 310 V DC cez vedenie B-mostu H-mosta.