Obvod stabilizátoru napětí SMPS

Článek vysvětluje obvod stabilizátoru síťového napětí v polovodičovém režimu bez relé pomocí převaděče zesílení feritového jádra a několika obvodů budiče mosfet s polovičním můstkem. Nápad požadoval pan McAnthony Bernard.

Technické specifikace

Později jsem se začal dívat stabilizátory napětí používané v domácnosti k regulaci dodávek elektřiny , zvýšení napětí, když je nízká spotřeba energie a sestupování, když je vysoká spotřeba energie.

Je postaven na síťovém transformátoru (železné jádro) navinutém ve stylu automatického transformátoru s mnoha odbočkami 180v, 200v, 220v, 240v 260v atd.

řídicí obvod pomocí relé vybírá pravé kohoutky pro výstup. Myslím, že jste s tímto zařízením obeznámeni.

Začal jsem uvažovat o implementaci funkce tohoto zařízení pomocí SMPS. Který bude mít výhodu rozdávání konstantní 220Vac a stabilní frekvence 50Hz bez použití relé.

V tomto mailu jsem připojil blokové schéma konceptu.

Prosím, dejte mi vědět, co si myslíte, pokud to má smysl jít touto cestou.

Bude to opravdu fungovat a sloužit stejnému účelu? .

Také budu potřebovat vaši pomoc v sekci měniče vysokého napětí DC na DC.

pozdravy
McAnthony Bernard

Design

Navrhovaný obvod stabilizátoru síťového napětí na bázi feritového jádra bez relé lze pochopit s odkazem na následující schéma a následné vysvětlení.

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

Obrázek výše ukazuje skutečnou konfiguraci pro implementaci stabilizovaného výstupu 220 V nebo 120 V bez ohledu na kolísání vstupu nebo přetížení pomocí několika neizolovaných stupňů procesoru zesilovače.

Zde se dvě integrované obvody mosfetu polovičního můstku stávají rozhodujícími prvky celého designu. Jedná se o univerzální IRS2153, které byly navrženy speciálně pro řízení mosfetů v režimu polovičního můstku bez nutnosti složitých externích obvodů.

Vidíme zabudované dva identické poloviční můstkové budiče, kde je levý budič použit jako stupeň budicího budiče, zatímco pravá strana je konfigurována pro zpracování zesilovacího napětí na 50 Hz nebo 60 Hz výstup sinusové vlny ve spojení s externím řízením napětí obvod.

Integrované obvody jsou interně programovány tak, aby vytvářely 50% pracovní cyklus napříč výstupními vývody prostřednictvím topologie totemového pole. Tyto pinouty jsou spojeny s výkonovými mosfety pro provádění zamýšlených převodů. Integrované obvody jsou také vybaveny interním oscilátorem pro povolení požadované frekvence na výstupu, rychlost frekvence je určena externě připojenou sítí Rt / Ct.

Pomocí funkce Vypnout

Integrovaný obvod také obsahuje vypínací zařízení, které lze použít k zastavení výstupu v případě nadproudu, přepětí nebo jakékoli náhlé katastrofické situace.

Pro více informací o th je poloviční můstkové ovladače IC, můžete odkázat k tomuto článku: Half-Bridge Mosfet Driver IC IRS2153 (1) D - Pinouts, vysvětlivky k aplikacím

Výstupy z těchto integrovaných obvodů jsou extrémně vyvážené díky vysoce sofistikovanému internímu bootstrappingu a zpracování mrtvé doby, které zajišťují dokonalý a bezpečný provoz připojených zařízení.

V diskutovaném obvodu stabilizátoru síťového napětí SMPS se levý boční stupeň používá ke generování přibližně 400 V ze vstupu 310 V odvozeného usměrněním vstupu 220 V ze sítě.

Pro vstup 120 V může být stupeň nastaven na generování kolem 200 V prostřednictvím zobrazeného induktoru.

Induktor lze navinout na jakoukoli standardní sestavu jádra / cívky EE pomocí 3 paralelních (bifilárních) pramenů 0,3 mm super smaltovaného měděného drátu a přibližně 400 otáček.

Výběr frekvence

Frekvence by měla být nastavena správným výběrem hodnot Rt / Ct tak, aby bylo dosaženo vysoké frekvence kolem 70kHz pro levý zesilovací stupeň převodníku napříč zobrazeným induktorem.

Pravá strana ovladače IC je umístěna tak, aby po příslušné opravě a filtraci pracovala s nad 400 V DC z převaděče zesílení, jak je patrné z diagramu.

Zde jsou hodnoty Rt a Ct vybrány pro získání přibližně 50 Hz nebo 60 Hz (podle specifikací země) na výstupu připojených mosfetů

Avšak výstup z pravého bočního ovladače může být až 550 V, což je třeba regulovat na požadovanou bezpečnou úroveň, kolem 220 V nebo 120 V

K tomu je zahrnuta jednoduchá konfigurace zesilovače chyb operační zesilovače, jak je znázorněno v následujícím diagramu.

Obvod korekce přepětí

Jak je znázorněno ve výše uvedeném diagramu, stupeň korekce napětí využívá k detekci stavu přepětí jednoduchý operační zesilovač.

Obvod musí být nastaven pouze jednou, aby bylo možné dosáhnout stálého stabilizovaného napětí na nastavené úrovni bez ohledu na kolísání vstupu nebo přetížení, avšak tyto hodnoty nesmí být překročeny nad stanovenou přípustnou mez konstrukce.

Jak je znázorněno, napájení chybového zesilovače je odvozeno z výstupu po příslušné nápravě střídavého proudu do čistého nízkoproudého stabilizovaného 12V DC pro obvod.

pin # 2 je označen jako vstup senzoru pro IC, zatímco neinvertující pin # 3 je odkazován na pevné 4,7 V prostřednictvím sítě upínací zenerovy diody.

Snímací vstup je extrahován z nestabilizovaného bodu v obvodu a výstup integrovaného obvodu je spojen s kolíkem Ct pravého bočního ovladače IC.

Tento kolík funguje jako uzavírací kolík pro IC a jakmile se objeví nízká pod 1/6 jeho Vcc, okamžitě vyprázdní výstupní kanály pro mosfety, které zastavují řízení, a zastaví se.

Předvolba spojená s kolíkem č. 2 operační zesilovače je vhodně upravena tak, aby se výstupní síťový AC ustálil na 220 V z dostupného výstupu 450 V nebo 500 V nebo na 120 V z výstupu 250 V.

Dokud pin # 2 zažívá vyšší napětí s odkazem na pin # 3, stále udržuje svůj výstup nízký, což zase dává příkaz IC IC k vypnutí, nicméně 'vypnutí' okamžitě opraví vstup operační zesilovače a vynutí jej aby stáhl svůj nízký výstupní signál a cyklus udržuje samočinnou korekci výstupu na přesné úrovně, jak je určeno přednastaveným nastavením pinu # 2.

Obvod zesilovače chyb udržuje tento výstup stabilizovaný a protože obvod má tu výhodu, že má značnou 100% rezervu mezi kolísáním vstupního zdroje a regulovanými hodnotami napětí, a to i za extrémně nízkých napěťových podmínek, výstupům se podaří poskytnout stabilizované stabilizované napětí zátěži bez ohledu na napětí to samé platí v případě, že je na výstup připojena nepřekonatelná zátěž nebo přetížení.

Vylepšení výše uvedeného designu:

Pečlivé prozkoumání ukazuje, že výše uvedený design lze výrazně upravit a vylepšit, aby se zvýšila jeho účinnost a kvalita výstupu:

1. Induktor ve skutečnosti není vyžadován a může být odstraněn
2. Výstup musí být upgradován na plný můstkový obvod, aby byl výkon optimální pro zátěž
3. Výstupem musí být čistá sinusová vlna, nikoli upravený, jak lze očekávat ve výše uvedeném návrhu

Všechny tyto vlastnosti byly zváženy a postaráno o ně v následující upgradované verzi obvodu stabilizátoru v pevné fázi:

Obvodový provoz

1. IC1 funguje jako normální astabilní multivibrátorový oscilátorový obvod, jehož frekvenci lze upravit vhodnou změnou hodnoty R1. To určuje počet „pilířů“ nebo „sekání“ pro výstup SPWM.
2. Frekvence z IC 1 na svém pinu č. 3 je přivedena na pinu č. 2 IC2, který je zapojen jako generátor PWM.
3. Tato frekvence je převedena na trojúhelníkové vlny na pinu č. 6 IC2, který je porovnán s napětím vzorku na pinu č. 5 IC2
4. Kolík č. 5 IC2 se aplikuje se vzorkem sinusové vlny na frekvenci 100 Hz získanou z můstkového usměrňovače, po příslušném snížení sítě na 12V.
5. Tyto vzorky sinusové vlny jsou porovnány s trojúhelníkovými vlnami kolíku č. 7 IC2, což vede k proporcionálně rozloženému SPWM na kolíku č. 3 IC2.
6. Nyní šířka impulzu tohoto SPWM závisí na amplitudě sinusových vzorků od můstkového usměrňovače. Jinými slovy, když je střídavé síťové napětí vyšší, vytváří širší SPWM a když je střídavé síťové napětí nižší, zmenšuje šířku SPWM a úměrně se zužuje.
7. Výše uvedený SPWM byl invertován tranzistorem BC547 a aplikován na brány nízkofrekvenčních mosfetů sítě plného můstkového ovladače.
8. To znamená, že když poklesne síťová úroveň střídavého proudu, bude reakce na branách MOSFETu ve formě proporcionálně širších SPWM, a když se zvýší střídavé síťové napětí, dojde na branách k proporcionálně se zhoršujícímu SPWM.
9. Výše uvedená aplikace bude mít za následek úměrné zvýšení napětí napříč zátěží připojenou mezi sítí H-můstku, kdykoli poklesne síťový přívod střídavého proudu, a naopak zátěž projde úměrným úbytkem napětí, pokud má střídavý proud tendenci stoupat nad úroveň nebezpečí.

Jak nastavit obvod

Určete přibližný středový přechodový bod, kde může být odezva SPWM právě identická s úrovní střídavého proudu v síti.

Předpokládejme, že jej vyberete na 220V, poté upravte předvolbu 1K tak, aby zátěž připojená k H-můstku přijímala přibližně 220V.

To je vše, nastavení je nyní hotové a o zbytek se postará automaticky.

Případně můžete výše uvedené nastavení stejným způsobem upravit směrem k nižší prahové úrovni napětí.

Předpokládejme, že spodní prahová hodnota je 170 V, v takovém případě přiveďte do obvodu 170 V a upravte předvolbu 1K, dokud nenajdete přibližně 210 V přes zátěž nebo mezi rameny H-můstku.

Tyto kroky uzavírají postup nastavení a zbytek se automaticky upraví podle změn vstupní úrovně AC.

Důležité : Připojte vysoce hodnotný kondenzátor řádově 500uF / 400V přes usměrněné střídavé vedení napájené do sítě H-můstku, aby usměrněné stejnosměrné napětí mohlo dosáhnout až 310V stejnosměrného proudu přes sběrnicové vedení H-můstku.