Fonte de alimentação chaveada 180W

A potência da fonte de alimentação é de cerca de 180 W, a tensão de saída é 2x25 V com uma corrente de carga de 3,5 A. A faixa de ondulação com uma corrente de carga de 3,5 A não excede 10% para uma frequência de conversão de 100 Hz e 2% para uma frequência de 27 kHz. A impedância de saída não excede 0,6 Ohm. Dimensões do bloco - 170x80x35 mm; peso - 450g.

Após a retificação pela ponte de diodos VD1, a tensão da rede é filtrada pelos capacitores C1-C4 (ver diagrama). O resistor R1 limita a corrente de carga dos capacitores do filtro que flui através dos diodos retificadores quando a unidade é ligada. A tensão filtrada é fornecida a um conversor de tensão construído de acordo com um circuito inversor de meia ponte usando transistores VT1, VT2. O conversor é carregado com o enrolamento primário do transformador T1, que converte a tensão e isola galvanicamente a saída da unidade da rede elétrica CA. Os capacitores C3 e C4 evitam que a interferência de RF da fonte de alimentação entre na rede. Um inversor meia ponte converte tensão contínua em tensão alternada retangular com frequência de 27 kHz. O transformador T1 foi projetado de forma que seu circuito magnético não fique saturado. O modo de operação autooscilatório é garantido por um circuito de realimentação, cuja tensão é retirada do enrolamento III do transformador T1 e fornecida ao enrolamento I do transformador auxiliar T2. O resistor R4 limita a tensão no enrolamento I do transformador T2. A frequência de conversão depende dentro de certos limites da resistência deste resistor (ver nota no final da página). Você pode ler em detalhes sobre o funcionamento de conversores com transformador não saturável em.

Para garantir a partida confiável do conversor e sua operação estável, é utilizada uma unidade de partida, que é um gerador de relaxamento baseado em um transistor VTZ operando em modo avalanche. Quando a energia é ligada, o capacitor C5 começa a carregar através do resistor R5 e quando a tensão atinge 50...70 V, o transistor VTZ abre como uma avalanche e o capacitor é descarregado. O pulso de corrente abre o transistor VT2 e inicia o conversor.

Os transistores VT1 e VT2 são instalados em dissipadores de calor com área de 50 cm2 cada. Os diodos VD2-VD5 também são equipados com dissipadores de calor de placas. Os diodos são colocados entre cinco placas de duralumínio medindo 40x30 mm cada (as três placas do meio têm 2 mm de espessura, as duas externas têm 3 mm de espessura). Todo o pacote é apertado com dois parafusos M3x30 passados ​​pelos furos das placas. Para evitar que as placas sejam fechadas com parafusos, sobre elas são colocados pedaços de tubo de policloreto de vinila.

As características dos enrolamentos dos transformadores estão resumidas na tabela.

Transformador		Número de voltas		Núcleo magnético
				Ferrite 2000NN, dois anéis K31x18,5x7 colados
				Ferrite 2000NN, anel K10x6x5

Fio de enrolamento - PEV-2. O enrolamento I é colocado uniformemente ao longo do comprimento do anel. Para facilitar a partida do conversor, o enrolamento III do transformador T1 deverá ser colocado em local não ocupado pelo enrolamento II (ver figura). O isolamento entre enrolamentos nos transformadores é feito com fita de tecido envernizado. Entre os enrolamentos I e II do transformador T1 existe um isolamento de três camadas, entre os demais enrolamentos dos transformadores é de camada única.
Capacitores C3, C4 no bloco - K73P-3; C1, C2 - K50-12; C5 - K73-11; S8,S9 - KM-5; C6, C7-K52-2. Os transistores KT812A podem ser substituídos por KT812B, KT809A, KT704A-KT704V, diodos KD213A por KD213B.

Uma fonte de alimentação montada corretamente geralmente não precisa de ajustes, mas em alguns casos pode ser necessário selecionar um transistor VT3. Para verificar seu funcionamento, desconecte temporariamente a saída do emissor e conecte-a ao terminal negativo do retificador da rede. A tensão no capacitor C5 é observada na tela do osciloscópio - um sinal dente de serra com oscilação de 20...50 V e frequência de vários hertz. Se não houver tensão de rampa, o transistor deverá ser substituído.

O uso desta fonte de alimentação não elimina a necessidade de bloquear os circuitos de potência de saída do amplificador com grandes capacitores. A conexão de tais capacitores reduz ainda mais o nível de ondulação.

Literatura

1. V. Tsibulsky Fonte de alimentação econômica. Rádio, 1981, nº 10, p. 56.
2. Romash E.M. Fontes de alimentação secundária para equipamentos radioeletrônicos - M.: Rádio e Comunicações, 1981.
3. Biryukov S. Fonte de alimentação do frequencímetro digital, - Rádio. 1981. Nº 12, pág. 54, 55.

D. BARABOSHKIN
Rádio, 6/85

OBSERVAÇÃO

Ao ligar a fonte de alimentação, meça a frequência de conversão (nos terminais do enrolamento II) - pode ser significativamente inferior a 27 kHz (por exemplo, 9 - 12 kHz). E embora o dispositivo funcione, os transistores de potência falharão devido ao superaquecimento. O ajuste de frequência é realizado pelo resistor R4. Além disso, a classificação pode diferir daquela indicada no diagrama em dezenas de ohms.
Uma fonte de alimentação configurada corretamente funciona bem com uma carga de 50 a 70%, os transistores de potência permanecem frios.

A qualidade do som depende quase tanto dos parâmetros da fonte de alimentação quanto do próprio amplificador, e você não deve ser negligente em sua fabricação. Existem descrições mais que suficientes de métodos de cálculo para transformadores padrão. Portanto, aqui está uma descrição de uma fonte chaveada que pode ser usada não apenas com amplificadores baseados no TDA7293 (TDA7294), mas também com qualquer outro amplificador de potência 3H.

A base desta fonte de alimentação (PSU) é um driver meia ponte com oscilador interno IR2153 (IR2155), projetado para controlar transistores de tecnologia MOSFET e IGBT em fontes chaveadas. O diagrama funcional dos microcircuitos é mostrado na Figura 1, a dependência da frequência de saída nas classificações da cadeia de acionamento RC na Figura 2. O microcircuito fornece uma pausa entre os pulsos dos interruptores “superior” e “inferior” para 10% da duração do pulso, o que permite que você não se preocupe com correntes “passantes” na parte de potência do conversor.

Arroz. 1

Arroz. 2

A implementação prática da fonte de alimentação é mostrada na Figura 3. Utilizando este circuito, você pode fazer uma fonte de alimentação com potência de 100 a 500 W, bastando aumentar proporcionalmente a capacitância do capacitor do filtro de potência primário C2 e usar o transformador de potência correspondente TV2.

Arroz. 1

A capacitância do capacitor C2 é selecionada na proporção de 1...1,5 µF por 1 W de potência de saída, por exemplo, ao fabricar uma fonte de alimentação de 150 W, um capacitor de 150...220 µF deve ser usado. A ponte de diodos da fonte de alimentação primária VD pode ser utilizada de acordo com o capacitor de filtro da fonte de alimentação primária instalado com capacitâncias de até 330 µF, podem ser utilizadas pontes de diodos de 4...6 A, por exemplo RS407 ou RS607. Com uma capacidade de capacitor de 470...680 μF, são necessárias pontes de diodo mais potentes, por exemplo RS807, RS1007.
Podemos falar muito sobre a fabricação de um transformador, mas nem todo mundo precisa se aprofundar muito na teoria dos cálculos. Portanto, os cálculos de acordo com o livro de Eranosyan para os tamanhos padrão mais populares de anéis de ferrite M2000NM1 são simplesmente resumidos na Tabela 1.
Como pode ser visto na tabela, a potência total de um transformador depende não apenas das dimensões do núcleo, mas também da frequência de conversão. Não é muito lógico fazer um transformador para frequências abaixo de 40 kHz - os harmônicos podem criar interferências intransponíveis na faixa de áudio. A fabricação de transformadores para frequências acima de 100 kHz não é mais permitida devido ao autoaquecimento da ferrita M2000NM1 por correntes parasitas. A tabela mostra dados sobre os enrolamentos primários, a partir dos quais as relações espiras/volt podem ser facilmente calculadas, e então não será difícil calcular quantas espiras são necessárias para uma determinada tensão de saída. Ressalta-se que a tensão fornecida ao enrolamento primário é de 155 V - a tensão da rede de 220 V após o retificador e filtro de suavização será de 310 V DC, o circuito é semi-ponte, portanto metade deste valor será aplicado a o enrolamento primário. Deve-se lembrar também que o formato da tensão de saída será retangular, portanto, após o retificador e filtro de suavização, o valor da tensão não diferirá significativamente do calculado.
Os diâmetros dos fios necessários são calculados a partir de uma proporção de 5 A por 1 mm2 de seção transversal do fio. Além disso, é melhor usar vários fios de diâmetro menor do que um fio mais grosso. Este requisito se aplica a todos os conversores de tensão com frequência de conversão acima de 10 kHz, pois o efeito pelicular - perdas no interior do condutor - já começa a afetar, pois em altas frequências a corrente não flui mais por toda a seção transversal, mas ao longo do superfície do condutor, e quanto maior a frequência, mais fortes serão as perdas de efeito em condutores grossos. Portanto, não é recomendado o uso de condutores com espessura superior a 1 mm em conversores com frequências de conversão acima de 30 kHz. Você também deve prestar atenção ao faseamento dos enrolamentos - o faseamento incorreto dos enrolamentos pode danificar os interruptores de alimentação ou reduzir a eficiência do conversor. Mas vamos voltar à fonte mostrada na Figura 3. A potência mínima desta fonte é praticamente ilimitada, então é possível fazer uma fonte de alimentação de 50 W ou menos. O limite superior de potência é limitado por certos recursos da base do elemento.
Para obter potências maiores, são necessários transistores MOSFET mais potentes, e quanto mais potente o transistor, maior será a capacitância de sua porta. Se a capacitância da porta do transistor de potência for bastante alta, será necessária uma corrente significativa para carregá-lo e descarregá-lo. A corrente dos transistores de controle IR2153 é bastante pequena (200 mA), portanto, este microcircuito não pode controlar transistores de potência muito potentes em altas frequências de conversão.
Com base no exposto, fica claro que a potência máxima de saída de um conversor baseado em IR2153 não pode ser superior a 500...600 W em uma frequência de conversão de 50...70 kHz, uma vez que o uso de transistores de potência mais potentes em essas frequências reduzem seriamente a confiabilidade do dispositivo. A lista de transistores recomendados para chaves de potência VT1, VT2 com breves características está resumida na Tabela 2.
Os diodos retificadores dos circuitos secundários de alimentação devem ter o menor tempo de recuperação e pelo menos duas vezes a reserva de tensão e três vezes a corrente. Os requisitos mais recentes são justificados pelo fato de que os surtos de tensão de autoindução de um transformador de potência chegam a 20...50% da amplitude da tensão de saída. Por exemplo, com uma fonte de alimentação secundária de 100 V, a amplitude dos pulsos de autoindução pode ser de 120...150 V e apesar da duração dos pulsos ser extremamente curta, é suficiente para causar uma falha no diodos, quando se utilizam diodos com tensão reversa de 150 V. A corrente de reserva tripla é necessária para que os diodos não falhem no momento da ligação, pois a capacitância dos capacitores do filtro de potência secundário é bastante alta, e uma corrente bastante pequena será obrigado a cobrá-los. Os diodos VD4-VD11 mais adequados estão resumidos na Tabela 3.

A capacidade dos filtros de potência secundários (C11, C12) não deve ser muito aumentada, pois a conversão é realizada em frequências bastante elevadas. Para reduzir a ondulação, é muito mais importante usar grande capacitância nos circuitos de potência primários e calcular corretamente a potência do transformador de potência. Nos circuitos secundários, capacitores de 1000 μF por braço são suficientes para amplificadores de até 100 W (os capacitores de alimentação instalados nas próprias placas UMZCH devem ter pelo menos 470 μF) e 4700 μF para um amplificador de 500 W. O diagrama de circuito mostra uma versão dos retificadores secundários da fonte de alimentação, feitos em diodos Schottky, e uma placa de circuito impresso é instalada sob eles (Figura 4). Os diodos VD12, VD13 são usados ​​​​como retificador para o ventilador de resfriamento forçado de dissipadores de calor; os diodos VD14-VD17 são usados ​​​​como retificador para fonte de alimentação de baixa tensão (pré-amplificadores, controles de tom ativos, etc.). A mesma figura mostra um desenho da localização das peças e um diagrama de conexão. O conversor possui proteção contra sobrecarga realizada no transformador de corrente TV1, composto por um anel K20x12x6 de ferrite M2000 e contendo 3 espiras do enrolamento primário (a seção transversal é igual ao enrolamento primário do transformador de potência e 3 espiras do secundário enrolamento enrolado com fio duplo com diâmetro de 0,2..0,3 mm Se houver sobrecarga, a tensão no enrolamento secundário do transformador TV1 será suficiente para abrir o tiristor VS1 e ele abrirá, fechando a fonte de alimentação. ao chip IR2153, interrompendo assim sua operação. O limite de proteção é ajustado pelo resistor R8. O ajuste é feito sem carga, partindo da sensibilidade máxima e alcançando a inicialização estável do conversor. no momento da partida do conversor ele está carregado ao máximo, pois é necessário carregar a capacitância dos filtros de potência secundários e a carga na parte de potência do conversor é máxima.

Sobre os demais detalhes: capacitor C5 - capacitor de filme 0,33... 1 µF 400V; capacitores C9, C10 - capacitores de filme 0,47...2,2 µF pelo menos 250V; as indutâncias L1...L3 são feitas em anéis de ferrite K20x12x6 M2000 e são enroladas com fio de 0,8...1,0 mm até serem preenchidas, volta a volta, em uma camada; C14, C15 - filme 0,33...2,2 µF para tensão de pelo menos 100 V com tensão de saída de até 80 V; os capacitores C1, C4, C6, C8 podem ser cerâmicos, tipo K10-73 ou K10-17; C7 também pode ser cerâmico, mas filme, como K73-17, é melhor.

Muitos rádios amadores estão interessados ​​​​em saber como funciona uma fonte de alimentação chaveada e em quais mecanismos ela se baseia. Vamos dar uma olhada mais de perto no exemplo de um bloco do DVD player BBK DV811X. Este bloco foi escolhido porque todos os componentes do circuito são livres, transparentes e não preenchidos com cola. Isso ajudará muito os iniciantes a entender como eles funcionam. Para efeito de comparação, uma fonte de alimentação típica de laptop. É difícil entender imediatamente o que está aqui e onde.
Para explicar claramente todos os pontos, construiremos um diagrama esquemático. Contaremos a você da forma mais simples possível sobre cada elemento, por que ele existe e que função desempenha.

Consideremos os princípios gerais de funcionamento das fontes de alimentação.
Para começar, linear.

Nele, a tensão da rede é fornecida a um transformador, que a baixa, após o qual há retificador, filtro e estabilizador. Os transformadores nesses blocos são grandes e geralmente são usados ​​​​em fontes de alimentação de laboratório e amplificadores de áudio.

Agora trocando fontes de alimentação. 220 volts são retificados, após o que a tensão contínua é convertida em pulsos de maior frequência, que são alimentados a um transformador de alta frequência. A tensão é removida dos enrolamentos de saída e retificada. Em seguida, ele é alimentado através de um circuito de feedback ao modelador de pulso para manter uma tensão de saída estável, ajustando a duração ou o ciclo de trabalho dos pulsos. O retificado é filtrado para obter um valor estável.
Explicação do circuito
Os terminais são alimentados por uma rede de 220 volts e pelo botão liga / desliga, e vemos o fusível. Quando a corrente que passa pelo fusível ultrapassa seu limite nominal, ele queima, desconectando a fonte de alimentação da rede. Em seguida, vemos o protetor contra surtos.

Consiste em dois capacitores e um indutor de supressão de interferência eletromagnética.
Vejamos um circuito típico deste filtro. A maioria dos dispositivos modernos está equipada com esse filtro. Consiste em 2 capacitores X e um indutor EMI. São capacitores especialmente projetados para uso em protetores contra surtos. Eles podem suportar picos de tensão de até vários quilovolts e são feitos de materiais não inflamáveis. Para interferência anti-fase que ocorre entre fase e neutro, este é o caminho mais curto a seguir, o que significa que evitam que a interferência da rede entre na fonte de alimentação e, consequentemente, que o ruído da fonte de alimentação entre na rede.
Quando se trata de bobinas de supressão EMI, existem muitos tipos, mas em geral são bobinas enroladas em um núcleo de ferrite. A interferência induz correntes de sinais diferentes, compensando-se mutuamente. Vale a pena acrescentar algo mais sobre a interferência de modo comum - entre a fase e o invólucro ou entre o neutro e o invólucro. Para compensar essa interferência, os chamados capacitores Y são frequentemente usados. Em caso de esgotamento, com certeza estarão abertos. Eles também suportam picos de tensão. Um par desses capacitores é conectado entre os fios da rede e o gabinete. E a carcaça, por sua vez, está ligada ao terra.

Se não houver aterramento na tomada, o corpo do dispositivo consumirá cerca de 110 Volts com uma corrente muito pequena. Esta fonte de alimentação fornece assentos para esses capacitores.

Mas o fabricante forneceu o fio de rede sem aterramento. Portanto, não há sentido nesses capacitores neste caso. Após o filtro de rede há uma ponte de diodos feita de 4 diodos 1n 4007. A tensão retificada é fornecida ao capacitor. Suaviza sua forma. O capacitor neste caso é de 22 microfarads, 400 volts. A tensão no capacitor deve ser de cerca de 290-300 volts. Agora precisamos convertê-lo em um trem de pulsos de alta frequência. Primeiro, vamos ver que tipo de microcircuito é esse. Marcação dh321. Vejamos como esses conversores são estruturados em geral.

Calculadora on-line: http://cxem.net/calc/divider_calc.php

Perguntas sobre troca de fontes de alimentação: http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=1480

Ou crie um enrolamento, você pode montar com suas próprias mãos uma fonte de alimentação do tipo chaveada, que requer um transformador com apenas algumas voltas.

Neste caso, é necessária uma pequena quantidade de peças e a obra pode ser concluída em 1 hora. Neste caso, o chip IR2151 é utilizado como base para a fonte de alimentação.

Para o trabalho você precisará dos seguintes materiais e peças:

1. Termistor PTC qualquer tipo.
2. Par de capacitores, que são selecionados com o cálculo de 1 μF. a 1 W. Ao criar o projeto, selecionamos capacitores para que consumam 220 W.
3. Montagem de diodo tipo "vertical".
4. Motoristas digite IR2152, IR2153, IR2153D.
5. Transistores de efeito de campo digite IRF740, IRF840. Você pode escolher outros se eles tiverem um bom indicador de resistência.
6. Transformador podem ser obtidos de unidades de sistema de computador antigas.
7. Diodos, instalado na tomada, recomenda-se levar da família HER.

Além disso, você precisará das seguintes ferramentas:

1. Ferro de solda e consumíveis.
2. Chave de fenda e alicate.
3. Pinças.

Além disso, não se esqueça da necessidade de uma boa iluminação no local de trabalho.

Instruções passo a passo

diagrama de circuito
esquema estrutural

A montagem é realizada de acordo com o diagrama de circuito desenhado. O microcircuito foi selecionado de acordo com as características do circuito.

A montagem é realizada da seguinte forma:

1. Na entrada instale um termistor PTC e pontes de diodo.
2. Então, um par de capacitores está instalado.
3. Motoristas necessário para regular o funcionamento das portas dos transistores de efeito de campo. Se os drivers tiverem um índice D no final da marcação, não há necessidade de instalar o FR107.
4. Transistores de efeito de campo instalado sem curto-circuitar os flanges. Ao fixar no radiador, use juntas e arruelas isolantes especiais.
5. Transformadores instalado com cabos em curto.
6. A saída são diodos.

Todos os elementos são instalados nos locais designados na placa e soldados no verso.

Exame

Para montar corretamente a fonte de alimentação, é necessário ter cuidado na instalação dos elementos polares, e também ao trabalhar com tensão de rede. Depois de desconectar a unidade da fonte de alimentação, não deverá permanecer nenhuma tensão perigosa no circuito. Se montado corretamente, nenhum ajuste adicional será necessário.

Você pode verificar o correto funcionamento da fonte de alimentação da seguinte forma:

1. Nós o conectamos ao circuito, A saída da lâmpada é, por exemplo, de 12 volts. Na primeira partida de curto prazo, a luz deve estar acesa. Além disso, deve-se atentar para o fato de que todos os elementos não devem aquecer. Se algo esquentar, significa que o circuito está montado incorretamente.
2. Na segunda partida Medimos o valor atual usando um testador. Deixe a unidade funcionar durante um período de tempo suficiente para garantir que não existem elementos de aquecimento.

Além disso, seria útil verificar todos os elementos usando um testador quanto à presença de alta corrente após desligar a energia.

1. Como observado anteriormente, a operação de uma fonte de alimentação chaveada é baseada em feedback. O circuito considerado não requer organização especial de feedback e vários filtros de potência.
2. Atenção especial deve ser dada à seleção de transistores de efeito de campo. Neste caso, os FETs IR são recomendados porque são conhecidos pela sua resolução térmica. Segundo o fabricante, eles podem operar de forma estável até 150 graus Celsius. Porém, neste circuito eles não aquecem muito, o que pode ser considerado uma característica muito importante.
3. Se os transistores esquentarem constantemente, o resfriamento ativo deve ser instalado. Via de regra, é representado por um leque.

Vantagens e desvantagens

O conversor de pulso tem as seguintes vantagens:

1. Nota alta O coeficiente de estabilização permite fornecer condições de energia que não danificam os componentes eletrônicos sensíveis.
2. Projetos considerados têm uma alta taxa de eficiência. As versões modernas têm esse valor em 98%. Isso se deve ao fato de as perdas serem reduzidas ao mínimo, como evidenciado pelo baixo aquecimento do bloco.
3. Grande faixa de tensão de entrada- uma das qualidades pelas quais tal design se espalhou. Ao mesmo tempo, a eficiência não depende dos indicadores da corrente de entrada. É a imunidade ao indicador de tensão que permite prolongar a vida útil da eletrónica, uma vez que saltos no indicador de tensão são uma ocorrência comum na rede de alimentação doméstica.
4. Frequência de entrada afeta a operação apenas dos elementos de entrada da estrutura.
5. Pequenas dimensões e peso, também são responsáveis ​​pela sua popularidade devido à proliferação de equipamentos portáteis e portáteis. Afinal, ao utilizar um bloco linear, o peso e as dimensões aumentam várias vezes.
6. Organização do controle remoto.
7. Custo mais baixo.

Também existem desvantagens:

1. Disponibilidade interferência de pulso.
2. Necessidade inclusão no circuito de compensadores de fator de potência.
3. Complexidade autorregulação.
4. Menos confiabilidade devido à complexidade da cadeia.
5. Consequências graves quando um ou mais elementos do circuito falham.

Ao criar você mesmo esse projeto, deve-se levar em consideração que erros cometidos podem levar à falha do consumidor elétrico. Portanto, é necessário fornecer proteção no sistema.

Recursos de design e operação

Ao considerar as características operacionais da unidade de pulso, pode-se observar o seguinte:

1. Inicialmente A tensão de entrada é retificada.
2. Tensão retificada dependendo da finalidade e das características de toda a estrutura, ele é redirecionado na forma de um pulso retangular de alta frequência e alimentado a um transformador ou filtro instalado operando em baixas frequências.
3. Transformadores são pequenos em tamanho e peso quando se utiliza uma unidade de pulso devido ao fato de que o aumento da frequência permite aumentar a eficiência de seu funcionamento, bem como reduzir a espessura do núcleo. Além disso, material ferromagnético pode ser utilizado na fabricação do núcleo. Em baixa frequência, somente aço elétrico pode ser usado.
4. Estabilização de tensão ocorre através de feedback negativo. Graças à utilização deste método, a tensão fornecida ao consumidor permanece inalterada, apesar das flutuações na tensão de entrada e na carga gerada.

O feedback pode ser organizado da seguinte forma:

1. Com isolamento galvânico, é usado um optoacoplador ou saída de enrolamento de transformador.
2. Se você não precisa criar uma junção, um divisor de tensão de resistor é usado.

Usando métodos semelhantes, a tensão de saída é mantida com os parâmetros exigidos.

Fontes de alimentação chaveadas padrão, que podem ser usadas, por exemplo, para regular a tensão de saída durante a fonte de alimentação , consiste nos seguintes elementos:

1. Parte de entrada, alta tensão. Geralmente é representado por um gerador de pulsos. A largura do pulso é o principal indicador que afeta a corrente de saída: quanto maior o indicador, maior a tensão e vice-versa. O transformador de pulso fica na seção entre as partes de entrada e saída e separa o pulso.
2. Há um termistor PTC na parte de saída. É feito de semicondutor e possui coeficiente de temperatura positivo. Esta característica significa que quando a temperatura do elemento aumenta acima de um determinado valor, o indicador de resistência aumenta significativamente. Usado como um mecanismo de segurança chave.
3. Parte de baixa tensão. O pulso é removido do enrolamento de baixa tensão, a retificação ocorre por meio de um diodo e o capacitor atua como elemento filtrante. O conjunto de diodo pode retificar correntes de até 10A. Deve-se levar em conta que os capacitores podem ser projetados para diferentes cargas. O capacitor remove os picos de pulso restantes.
4. Motoristas realizar a extinção da resistência que surge no circuito de potência. Durante a operação, os drivers abrem alternadamente as portas dos transistores instalados. O trabalho ocorre com uma certa frequência
5. Transistores de efeito de campo selecionado levando em consideração indicadores de resistência e tensão máxima quando aberto. No valor mínimo, a resistência aumenta significativamente a eficiência e reduz o aquecimento durante a operação.
6. Padrão do transformador para rebaixamento.

Levando em consideração o circuito escolhido, você pode começar a criar uma fonte de alimentação do tipo em questão.

Uma fonte de alimentação chaveada é um circuito eletrônico onde a tensão de entrada é retificada, filtrada e cortada em rajadas de pulsos de alta frequência para transmissão através de um transformador de pequeno porte. O bloco torna-se gerenciável, com parâmetros ajustáveis ​​de forma flexível. A massa da parte mais pesada da fonte, o transformador, é reduzida. Na literatura inglesa, tais dispositivos são chamados de fonte de alimentação comutada (SMPS).

Dispositivo SMPS (fonte de alimentação com modo de comutação)

O surgimento de fontes de alimentação chaveadas

As dimensões dos transformadores também preocuparam Tesla. O cientista, repetindo experimento após experimento, estabeleceu: altas frequências de corrente são seguras para humanos e provocam grandes perdas nos núcleos dos transformadores. O resultado do debate foi a adoção da frequência de 60 Hz para a construção da Usina Hidrelétrica de Niágara. Começamos com Nikola Tesla porque ele foi a primeira pessoa a perceber que vibrações rápidas não podem ser alcançadas mecanicamente. Consequentemente, é necessário utilizar circuitos oscilatórios. Foi assim que surgiu o transformador Tesla (22 de setembro de 1896), com a ajuda do qual o cientista decidiu transmitir mensagens e energia à distância.

A essência da invenção é descrita na seção sobre, fornecemos breves informações. O transformador é formado por duas partes conectadas em série. O enrolamento primário do primeiro foi conectado a uma fonte de tensão alternada de frequência relativamente baixa. Devido à baixa relação de transformação, o capacitor conectado ao enrolamento secundário foi carregado com um alto potencial. A tensão atingiu o limite, o centelhador conectado em paralelo ao capacitor rompeu. O processo oscilatório de descarga começou através do enrolamento primário do segundo transformador no circuito externo. Tesla recebeu tensões de rádio com amplitude de milhões de volts.

O primeiro passo na criação de fontes de alimentação chaveadas, onde a tensão de frequência relativamente baixa é convertida em pulsos. Um projeto semelhante foi criado em 1910 por Charles Kettering, equipando sistemas de ignição de automóveis. A comutação de fontes de alimentação surgiu na década de 60. A ideia de minimizar o tamanho dos transformadores (após Nikola Tesla) foi apresentada pela General Electric em 1959 na pessoa de Joseph Murphy e Francis Starchetz (Patente dos EUA 3.040.271). A ideia não encontrou uma resposta imediata (não havia base de elemento adequada em 1970, a Tektronics lançou uma linha de osciloscópios com uma nova fonte de energia);

Dois anos depois, os inversores são utilizados na eletrônica (Patente US3697854 A), o principal é que apareçam os primeiros modelos nacionais! As patentes referem-se entre si, é impossível entender quem primeiro propôs usar a ideia em computadores pessoais. Na URSS, o desenvolvimento começou em 1970, associado ao aparecimento à venda do poderoso transistor de germânio 2T809A de alta frequência. Conforme afirma a literatura, o primeiro a obter sucesso em 1972 foi um moscovita, candidato às ciências técnicas L. N. Sharov. Mais tarde, apareceu uma fonte de alimentação chaveada de 400 W, de autoria de A. I. Ginzburg, S. A. Eranosyan. Os computadores EC foram equipados com um novo produto em 1976 por uma equipe liderada por Zh A. Mkrtchyan.

As primeiras fontes de alimentação chaveadas, conhecidas pelos consumidores domésticos em TVs digitais e videocassetes, muitas vezes quebravam. Os produtos modernos não apresentam desvantagens - elas funcionam continuamente por anos. O momento do início dos anos 90 fornece as seguintes informações:

1. Potência específica: 35 - 120 W por decímetro cúbico.
2. Frequência de operação do inversor: 30 - 150 kHz.
3. Eficiência: 75 - 85%.
4. MTBF: 50 - 200 mil horas (6250 dias úteis).

Vantagens de trocar fontes de alimentação

As fontes de alimentação linear são volumosas e a eficiência é baixa. A eficiência raramente excede 30%. Para fontes de alimentação chaveadas, os valores médios estão na faixa de 70 a 80%, há produtos que se destacam muito na faixa; Para melhor, é claro. São fornecidas as seguintes informações: A eficiência da fonte de alimentação chaveada atinge 98%. Ao mesmo tempo, a filtragem necessária da capacitância do capacitor é reduzida. A energia armazenada por período diminui muito com o aumento da frequência. Depende diretamente proporcionalmente da capacitância do capacitor, quadraticamente da amplitude da tensão.

Aumentar para uma frequência de 20 kHz (em comparação com 50/60) reduz as dimensões lineares dos elementos em 4 vezes. Flores em comparação com as expectativas na faixa de rádio. Explica o motivo de equipar os receptores com pequenos capacitores.

Projeto de fonte de alimentação comutada

A tensão de entrada é retificada. O processo é realizado por uma ponte de diodos ou, menos frequentemente, por um único diodo. Em seguida, a tensão é cortada em pulsos. Aqui a literatura passa rapidamente para uma descrição do transformador. Os leitores provavelmente estão atormentados pela questão de como funciona um helicóptero (um dispositivo que gera pulsos). Baseado em um microcircuito alimentado diretamente por uma tensão de rede de 230 volts. Com menos frequência, um diodo zener (estabilizador do tipo paralelo) é especialmente instalado.

O microcircuito gera pulsos (20 - 200 kHz), de amplitude relativamente pequena, que controlam um tiristor ou outra chave de alimentação semicondutora. O tiristor corta a alta tensão em pulsos, de acordo com um programa flexível gerado pelo microcircuito gerador. Como há alta tensão na entrada, é necessária proteção. O gerador é protegido por um varistor, cuja resistência cai drasticamente quando o limite é excedido, causando curto-circuito no aterramento do surto prejudicial. Do interruptor de alimentação, pacotes de pulsos são enviados para um transformador de alta frequência de pequeno porte. As dimensões lineares são relativamente baixas. Para uma fonte de alimentação de computador de 500 W, ela cabe na palma da mão de uma criança.

A tensão resultante é retificada novamente. Os diodos Schottky são usados ​​devido à baixa queda de tensão da junção metal-semicondutor. A tensão retificada é filtrada e fornecida aos consumidores. Devido à presença de muitos enrolamentos secundários, é bastante fácil obter valores de diferentes polaridades e amplitudes. A história está incompleta sem mencionar o ciclo de feedback. As tensões de saída são comparadas com um padrão (por exemplo, um diodo zener) e o modo do gerador de pulso é ajustado: a potência transmitida (amplitude) depende da frequência e do ciclo de trabalho. Os produtos são considerados relativamente despretensiosos e podem operar em uma ampla faixa de tensões de alimentação.

Fonte de alimentação do gabinete

A tecnologia se chama inversor e é utilizada por soldadores, fornos de micro-ondas, cooktops de indução, adaptadores de celular e iPads. Uma fonte de alimentação de computador funciona de maneira semelhante.

Circuito de comutação de fontes de alimentação

A natureza forneceu 14 topologias básicas para a implementação de fontes de alimentação chaveadas. Com vantagens inerentes e características únicas. Alguns são adequados para criar fontes de alimentação de baixa potência (abaixo de 200 W), enquanto outros apresentam melhores qualidades quando alimentados por uma tensão de rede de 230 volts (50/60 Hz). E para escolher a topologia certa, seja capaz de imaginar as propriedades de cada uma. Historicamente, os três primeiros são chamados:

• Buck - fanfarrão, veado, dólar.
• Impulso – aceleração.
• Inversor de polaridade – inversor de polaridade.

Três topologias estão relacionadas aos reguladores lineares. O tipo de dispositivo é considerado o antecessor das fontes chaveadas, sem incluir vantagens. A tensão é fornecida através de um transformador, endireitada e cortada em um interruptor de alimentação. A operação do regulador é controlada por feedback, cuja tarefa é gerar um sinal de erro. Esse tipo de aparelho representou um faturamento multibilionário na década de 60, só conseguia reduzir a tensão, e o fio comum do consumidor era conectado à rede de alimentação.

Topologia Buck

Foi assim que apareceu o “cervo”. Inicialmente destinado a tensão constante, o sinal de entrada foi cortado em pulsos, depois os pacotes foram endireitados e filtrados para obtenção de potência média. O feedback controlava o ciclo de trabalho e a frequência (modulação por largura de pulso). Algo semelhante é feito hoje com fontes de alimentação de computadores. Quase imediatamente, foram alcançadas densidades de potência de 1 a 4 W por polegada cúbica (mais tarde até 50 W por polegada cúbica). É ótimo que agora seja possível desacoplar múltiplas tensões de saída da entrada.

A desvantagem é a perda no momento em que o transistor muda de polaridade e permanece abaixo de zero até o próximo pulso; A parte especificada do sinal, contornando o diodo, está em curto com o terra, não atingindo o filtro. Foi descoberta a existência de frequências de comutação ótimas nas quais os custos são minimizados. Faixa de 25 a 50 kHz.

Topologia de reforço

A topologia é chamada de ring choke e é colocada na frente do switch. É possível aumentar a tensão de entrada para a classificação desejada. O esquema funciona da seguinte forma:

1. No momento inicial, o transistor está aberto, o indutor armazena a energia da fonte de tensão através do coletor, das junções pn do emissor e do terra.
2. Em seguida, a chave é travada e o processo de carregamento do capacitor começa. O acelerador libera energia.
3. Em algum momento o amplificador de realimentação opera e a carga começa a ser alimentada. O capacitor não consegue transferir energia para o interruptor de alimentação; o diodo interfere. A carga é assumida pela carga útil.
4. A queda de tensão fará com que o circuito de feedback dispare novamente e o indutor começará a acumular energia.

Topologia do inversor de polaridade

A topologia do inversor polar é semelhante ao circuito anterior; o indutor está localizado atrás da chave. Funciona assim:

Neste caso, observamos paralelismo nos processos de armazenamento/gasto de energia. Todos os três esquemas considerados demonstram as seguintes desvantagens:

1. Existe uma conexão DC entre a entrada e a saída. Em outras palavras, não há isolamento galvânico.
2. Não é possível obter vários valores de tensão de um circuito.

As desvantagens são eliminadas pelas topologias push-pull e posteriores. Ambos usam um helicóptero com tecnologia avançada. No primeiro caso, é utilizado um par diferencial de transistores. Torna-se possível usar uma chave durante metade do período. Para controlar, é necessário um circuito de conformação especial que balance alternadamente essas oscilações, melhorando as condições de remoção de calor. A tensão cortada é bipolar, alimenta o enrolamento primário do transformador, existem muitos enrolamentos secundários - de acordo com as necessidades dos consumidores.

Na topologia retardada, um transistor é substituído por um diodo. O circuito geralmente é operado por fontes de alimentação de baixa potência (até 200 W) com uma tensão de saída constante de 60 a 200 V.

Muitos dispositivos elétricos usam há muito tempo o princípio de realizar energia secundária através do uso de dispositivos adicionais, aos quais são confiadas as funções de fornecer eletricidade a circuitos que requerem energia de certos tipos de tensão, frequência, corrente...

Para tanto, são criados elementos adicionais: conversão de tensão de um tipo para outro. Eles podem ser:

construído dentro do gabinete do consumidor, como em muitos dispositivos microprocessados;

ou feitos em módulos separados com fios de conexão semelhantes a um carregador convencional de celular.

Na engenharia elétrica moderna, dois princípios de conversão de energia para consumidores elétricos, baseados em:

1. utilização de dispositivos transformadores analógicos para transferir energia para o circuito secundário;

2. comutação de fontes de alimentação.

Eles têm diferenças fundamentais em seu design e operam com tecnologias diferentes.

Fontes de alimentação de transformadores

Inicialmente, apenas esses designs foram criados. Eles alteram a estrutura de tensão devido ao funcionamento de um transformador de potência, alimentado por uma rede doméstica de 220 volts, no qual diminui a amplitude da harmônica senoidal, que é então enviada para um dispositivo retificador composto por diodos de potência, geralmente conectados em um circuito de ponte.

Depois disso, a tensão pulsante é suavizada por uma capacitância conectada em paralelo, selecionada de acordo com a potência permitida, e estabilizada por um circuito semicondutor com transistores de potência.

Ao alterar a posição dos resistores de corte no circuito de estabilização, é possível regular a tensão nos terminais de saída.

Troca de fontes de alimentação (UPS)

Desenvolvimentos de design semelhantes apareceram em massa há várias décadas e tornaram-se cada vez mais populares em dispositivos elétricos devido a:

disponibilidade de componentes comuns;

confiabilidade na execução;

possibilidades de expandir a faixa operacional de tensões de saída.

Quase todas as fontes de alimentação chaveadas diferem ligeiramente em design e operam de acordo com o mesmo esquema típico de outros dispositivos.

As principais partes das fontes de alimentação incluem:

um retificador de rede montado a partir de: bobinas de entrada, um filtro eletromecânico que fornece rejeição de ruído e isolamento estático dos capacitores, um fusível de rede e uma ponte de diodos;

tanque de filtro de armazenamento;

transistor de potência chave;

oscilador mestre;

circuito de realimentação feito com transistores;

optoacoplador;

uma fonte de alimentação chaveada, de cujo enrolamento secundário emana tensão para ser convertida em um circuito de potência;

diodos retificadores do circuito de saída;

circuitos de controle de tensão de saída, por exemplo, 12 volts com ajuste feito por meio de optoacoplador e transistores;

capacitores de filtro;

bobinas de potência que desempenham a função de correção de tensão e diagnóstico na rede;

conectores de saída.

Um exemplo de placa eletrônica de tal fonte de alimentação chaveada com uma breve designação da base do elemento é mostrado na figura.

Como funciona uma fonte de alimentação chaveada?

A fonte de alimentação chaveada produz uma tensão de alimentação estabilizada usando os princípios de interação entre os elementos do circuito inversor.

A tensão da rede de 220 volts é fornecida através dos fios conectados ao retificador. Sua amplitude é suavizada por um filtro capacitivo através do uso de capacitores que suportam picos de cerca de 300 volts, e é separada por um filtro de ruído.