Схема стабилизатора напряжения SMPS

В статье описывается полупроводниковая схема импульсного стабилизатора сетевого напряжения без реле, использующая повышающий преобразователь с ферритовым сердечником и несколько схем полумостовых драйверов. Идея была предложена мистером Макэнтони Бернардом.

Технические характеристики

В последнее время я начал смотреть на стабилизаторы напряжения используются в домашнем хозяйстве для регулирования подачи электроэнергии , повышение напряжения при низком уровне сети и понижение при высоком напряжении.

Он построен на сетевом трансформаторе (железный сердечник), намотанном в стиле автотрансформатора, с множеством ответвлений 180, 200, 220, 240, 260 и т. Д.

цепь управления с помощью реле выбирает правильный ответвление для выхода. Я думаю, вы знакомы с этим устройством.

Я задумался реализовать функцию этого устройства с помощью SMPS. Который будет иметь преимущество выдачи постоянного 220 В переменного тока и стабильной частоты 50 Гц без использования реле.

К этому письму я прилагаю блок-схему концепции.

Пожалуйста, дайте мне знать, что вы думаете, если есть смысл идти по этому пути.

Будет ли это действительно работать и служить той же цели? .

Также мне понадобится ваша помощь в разделе преобразователя постоянного тока высокого напряжения.

С Уважением
МакЭнтони Бернард

Дизайн

Предложенную схему стабилизатора сетевого напряжения на основе твердотельного ферритового сердечника без реле можно понять, обратившись к следующей схеме и последующему объяснению.

RVCC = 1 кОм, 1 Вт, CVCC = 0,1 мкФ / 400 В, CBOOT = 1 мкФ / 400 В

На рисунке выше показана фактическая конфигурация для реализации стабилизированного выхода 220 В или 120 В независимо от входных колебаний или перегрузки с использованием пары неизолированных каскадов процессора повышающего преобразователя.

Здесь две микросхемы МОП-транзисторов с полумостовыми драйверами становятся ключевыми элементами всей конструкции. Используемые микросхемы - это универсальный IRS2153, который был разработан специально для управления МОП-транзисторами в режиме полумоста без необходимости использования сложных внешних схем.

Мы можем видеть два идентичных каскада драйвера полумоста, где левый драйвер используется в качестве каскада повышающего драйвера, в то время как правая сторона сконфигурирована для обработки повышающего напряжения в синусоидальный выход 50 Гц или 60 Гц в сочетании с внешним управлением напряжением. схема.

Микросхемы внутренне запрограммированы на выполнение фиксированного 50% рабочего цикла на выходных выводах через топологию тотемных полюсов. Эти распиновки связаны с силовыми МОП-транзисторами для реализации предполагаемых преобразований. Микросхемы также оснащены внутренним генератором для включения требуемой частоты на выходе, частота которой определяется внешней сетью Rt / Ct.

Использование функции выключения

В ИС также есть функция отключения, которая может использоваться для остановки выхода в случае перегрузки по току, перенапряжения или любой внезапной катастрофической ситуации.

Для получения дополнительной информации о th является микросхемы драйвера полумоста, вы можете обратиться к этой статье: IC IRS2153 (1) D с полумостовым драйвером Mosfet - Распиновка контактов, пояснения по применению

Выходы этих микросхем чрезвычайно сбалансированы благодаря сложной внутренней загрузке и обработке времени простоя, которые обеспечивают безупречную и безопасную работу подключенных устройств.

В обсуждаемой схеме стабилизатора сетевого напряжения SMPS левый каскад используется для генерации около 400 В из входа 310 В, полученного путем выпрямления входного сетевого 220 В.

Для входа 120 В каскад может быть настроен на генерирование около 200 В через показанный индуктор.

Индуктор может быть намотан на любой стандартный узел сердечника / бобины EE с использованием 3 параллельных (бифилярных) нитей 0,3 мм суперэмалированного медного провода и примерно 400 витков.

Выбор частоты

Частота должна быть установлена ​​путем правильного выбора значений Rt / Ct таким образом, чтобы на показанной катушке индуктивности была достигнута высокая частота около 70 кГц для левой ступени повышающего преобразователя.

Правый драйвер IC позиционируется для работы с вышеупомянутым 400 В постоянного тока от повышающего преобразователя после соответствующего выпрямления и фильтрации, как можно видеть на диаграмме.

Здесь значения Rt и Ct выбраны для получения приблизительно 50 Гц или 60 Гц (в соответствии со спецификациями страны) на подключенном выходе МОП-транзистора.

Тем не менее, выходной сигнал правого каскада драйвера может достигать 550 В, и его необходимо отрегулировать до желаемых безопасных уровней, около 220 или 120 В.

Для этого включена простая конфигурация усилителя ошибки операционного усилителя, как показано на следующей диаграмме.

Цепь коррекции перенапряжения

Как показано на приведенной выше диаграмме, в каскаде коррекции напряжения используется простой компаратор операционных усилителей для обнаружения состояния перенапряжения.

Схема должна быть настроена только один раз, чтобы получить постоянное стабилизированное напряжение на заданном уровне, независимо от колебаний входа или перегрузки, однако они не могут быть превышены за пределы указанного допустимого предела конструкции.

Как показано на рисунке, питание усилителя ошибки происходит от выхода после соответствующего выпрямления переменного тока в чистый стабилизированный малым током 12 В постоянного тока для схемы.

Контакт №2 обозначен как вход датчика для ИС, в то время как неинвертирующий контакт №3 привязан к фиксированному напряжению 4,7 В через цепь фиксирующих стабилитронов.

Вход считывания извлекается из нестабилизированной точки в цепи, а выход ИС соединяется с выводом Ct правой ИС драйвера.

Этот вывод функционирует как вывод выключения для ИС, и как только он достигает низкого уровня ниже 1/6 от своего Vcc, он мгновенно блокирует выходные сигналы, подаваемые на МОП-транзисторы, останавливая процесс.

Предварительная установка, связанная с контактом № 2 операционного усилителя, соответствующим образом регулируется так, чтобы выходной сетевой переменный ток устанавливался до 220 В с доступного выхода 450 В или 500 В или до 120 В с выхода 250 В.

Пока на выводе №2 оказывается более высокое напряжение по сравнению с выводом №3, он продолжает поддерживать низкий уровень на выходе, что, в свою очередь, дает команду на отключение микросхемы драйвера, однако «выключение» мгновенно корректирует вход операционного усилителя, заставляя его чтобы отозвать свой выходной низкий сигнал, и цикл продолжает самокорректировать выходной сигнал до точных уровней, как определено предустановленной установкой контакта №2.

Схема усилителя ошибки поддерживает стабилизацию этого выхода, и поскольку схема имеет преимущество в виде значительного 100% запаса между входным напряжением источника и значениями регулируемого напряжения, даже в условиях чрезвычайно низкого напряжения выходам удается обеспечить фиксированное стабилизированное напряжение на нагрузке. независимо от напряжения, то же самое происходит в случае, когда на выходе подключена несогласованная нагрузка или перегрузка.

Улучшение вышеуказанного дизайна:

Тщательное исследование показывает, что вышеуказанная конструкция может быть значительно изменена и улучшена для повышения ее эффективности и качества продукции:

1. Индуктор на самом деле не требуется и может быть удален
2. Выход должен быть обновлен до полной мостовой схемы, чтобы мощность была оптимальной для нагрузки.
3. Выходной сигнал должен быть чисто синусоидальным, а не модифицированным, как можно ожидать в приведенном выше дизайне.

Все эти особенности учтены и учтены в следующей обновленной версии схемы твердотельного стабилизатора:

Схема работы

1. IC1 работает как обычный нестабильный мультивибраторный генератор, частота которого может быть отрегулирована соответствующим образом изменением значения R1. Это определяет количество «столбов» или «прерываний» для вывода SPWM.
2. Частота от IC 1 на его выводе №3 поступает на вывод №2 IC2, который подключен как генератор ШИМ.
3. Эта частота преобразуется в треугольные волны на выводе №6 микросхемы IC2, который сравнивается с напряжением выборки на выводе №5 микросхемы IC2.
4. На вывод № 5 микросхемы IC2 подается образец синусоиды с частотой 100 Гц, полученный от мостового выпрямителя после соответствующего понижения напряжения сети до 12 В.
5. Эти образцы синусоиды сравниваются с треугольными волнами на выводе №7 микросхемы IC2, что приводит к пропорционально уменьшенному SPWM на выводе №3 микросхемы IC2.
6. Теперь ширина импульса этого SPWM зависит от амплитуды синусоидального сигнала образца от мостового выпрямителя. Другими словами, когда сетевое напряжение переменного тока выше, создает более широкие SPWM, а когда сетевое напряжение переменного тока ниже, оно уменьшает ширину SPWM и пропорционально сужает его.
7. Вышеупомянутый SPWM инвертируется транзистором BC547 и применяется к затворам МОП-транзисторов нижнего уровня полной мостовой драйверной сети.
8. Это означает, что, когда уровень сети переменного тока упадет, отклик на затворах МОП-транзистора будет в форме пропорционально более широких SPWM, а при увеличении сетевого напряжения переменного тока затворы будут испытывать пропорционально ухудшающийся SPWM.
9. Вышеупомянутое приложение приведет к пропорциональному увеличению напряжения на нагрузке, подключенной между сетью H-моста, всякий раз, когда входная сеть переменного тока падает, и, наоборот, нагрузка будет испытывать пропорциональное падение напряжения, если переменный ток имеет тенденцию подниматься выше опасного уровня.

Как настроить схему

Определите приблизительную центральную точку перехода, в которой отклик SPWM может быть идентичен уровню сетевого переменного тока.

Предположим, вы выбрали 220 В, а затем отрегулируете предустановку 1K так, чтобы нагрузка, подключенная к H-мосту, получала примерно 220 В.

Вот и все, настройка завершена, остальное мы позаботимся автоматически.

В качестве альтернативы вы можете таким же образом исправить вышеуказанную настройку в сторону более низкого порогового уровня напряжения.

Предположим, что нижний порог составляет 170 В, в этом случае подайте 170 В в схему и отрегулируйте предустановку 1K, пока вы не найдете примерно 210 В через нагрузку или между плечами Н-моста.

Эти шаги завершают процедуру настройки, а остальные будут автоматически регулироваться в соответствии с изменениями входного уровня переменного тока.

Важный : Подключите высокоемкий конденсатор порядка 500 мкФ / 400 В через выпрямленную линию переменного тока, подаваемую в сеть H-моста, чтобы выпрямленный постоянный ток мог достигать до 310 В постоянного тока по линиям шины H-моста.