SMPS Voltaj Sabitleyici Devresi

Makale, bir ferrit çekirdekli güçlendirme dönüştürücü ve birkaç yarım köprü mosfet sürücü devresi kullanarak, rölesiz katı hal anahtar modlu şebeke voltaj dengeleyici devresini açıklıyor. Fikir, Bay McAnthony Bernard tarafından talep edildi.

Teknik özellikler

Geç bakmaya başladım şebeke beslemesini düzenlemek için evde kullanılan voltaj dengeleyicileri , şebeke düşük olduğunda voltajı artırır ve şebeke yüksek olduğunda aşağı iner.

180v, 200v, 220v, 240v 260v vb. Birçok kademe ile oto trafo tarzında sarılmış ana trafo (demir nüveli) etrafına inşa edilmiştir.

Kontrol devresi bir röle yardımıyla çıkış için doğru musluğu seçer. sanırım bu cihaza aşinasınız.

Bu cihazın işlevini SMPS ile uygulamayı düşünmeye başladım. Röle kullanmadan sabit 220vac ve 50hz'lik sabit frekans verme avantajına sahip olacak.

Bu postaya konseptin blok şemasını ekledim.

Bu rotaya gitmenin bir anlamı varsa, lütfen bana ne düşündüğünü söyle.

Gerçekten işe yarayacak ve aynı amaca hizmet edecek mi? .

Ayrıca yüksek voltajlı DC-DC dönüştürücü bölümünde yardımınıza ihtiyacım olacak.

Saygılarımızla
McAnthony Bernard

Dizayn

Önerilen katı hal ferrit çekirdekli şebeke voltajı dengeleyici devresi, röleler olmadan aşağıdaki diyagrama ve sonraki açıklamaya başvurarak anlaşılabilir.

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

Yukarıdaki şekil, bir çift izole edilmemiş yükseltici dönüştürücü işlemci aşaması kullanarak giriş dalgalanmaları veya aşırı yükten bağımsız olarak stabilize edilmiş bir 220V veya 120V çıktının uygulanması için gerçek konfigürasyonu göstermektedir.

Burada iki yarım köprü sürücüsü mosfet IC, tüm tasarımın önemli unsurları haline geliyor. İlgili IC'ler, karmaşık harici devrelere ihtiyaç duymadan yarım köprü modunda mosfetleri sürmek için özel olarak tasarlanmış çok yönlü IRS2153'tür.

Sol taraftaki sürücünün destek sürücü aşaması olarak kullanıldığı, sağ tarafın ise bir harici voltaj kontrolü ile birlikte 50 Hz veya 60 Hz sinüs dalgası çıkışına güçlendirme voltajını işlemek için yapılandırıldığı iki özdeş yarım köprü sürücü aşamasını görebiliriz. devre.

IC'ler, bir totem direği topolojisi aracılığıyla çıkış pin çıkışları boyunca sabit bir% 50 görev döngüsü üretecek şekilde dahili olarak programlanmıştır. Bu pin çıkışları, amaçlanan dönüşümleri uygulamak için güç mosfetleri ile bağlantılıdır. IC'ler ayrıca, çıkışta gerekli frekansı sağlamak için dahili bir osilatöre sahiptir, frekansın hızı harici olarak bağlanmış bir Rt / Ct ağı tarafından belirlenir.

Kapatma Özelliğini Kullanma

IC ayrıca bir aşırı akım, aşırı voltaj veya herhangi bir ani felaket durumunda çıkışı durdurmak için kullanılabilecek bir kapatma özelliğine sahiptir.

Daha fazla bilgi için dır-dir yarım köprü sürücü IC'leri, başvurabilirsiniz bu makaleye: Half-Bridge Mosfet Driver IC IRS2153 (1) D - Pinouts, Açıklamalı Uygulama Notları

Bu IC'lerin çıkışları, bağlı cihazların mükemmel ve güvenli bir şekilde çalışmasını sağlayan son derece gelişmiş dahili önyükleme ve ölü zaman işleme sayesinde son derece dengelidir.

Tartışılan SMPS ana voltaj dengeleyici devresinde, sol taraftaki aşama, şebeke 220V girişinin doğrultulmasıyla türetilen bir 310V girişinden yaklaşık 400V üretmek için kullanılır.

120V'luk bir giriş için aşama, gösterilen indüktör aracılığıyla yaklaşık 200V üretecek şekilde ayarlanabilir.

İndüktör, 0.3 mm süper emaye bakır telden oluşan 3 paralel (çift telli) şerit ve yaklaşık 400 tur kullanılarak herhangi bir standart EE göbek / bobin düzeneği üzerine sarılabilir.

Frekansı Seçme

Frekans, gösterilen indüktör boyunca sol yükseltici dönüştürücü kademesi için yaklaşık 70 kHz'lik yüksek bir frekans elde edilecek şekilde Rt / Ct değerlerini doğru bir şekilde seçerek ayarlanmalıdır.

Sağ taraftaki sürücü IC, diyagramda görülebileceği gibi uygun düzeltme ve filtrelemeden sonra yükseltici dönüştürücüden yukarıdaki 400V DC ile çalışmak üzere konumlandırılmıştır.

Burada Rt ve Ct değerleri, bağlı mosfet çıkışında yaklaşık 50Hz veya 60Hz (ülke özelliklerine göre) elde etmek için seçilir.

Bununla birlikte, sağ taraftaki sürücü aşamasından gelen çıktı 550V kadar yüksek olabilir ve bunun istenen güvenli seviyelere, 220V veya 120V civarında düzenlenmesi gerekir.

Bunun için, aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi basit bir opamp hata amplifikatörü konfigürasyonu dahil edilmiştir.

Aşırı Gerilim Düzeltme Devresi

Yukarıdaki diyagramda gösterildiği gibi, voltaj düzeltme aşaması, aşırı voltaj durumunun tespiti için basit bir opamp karşılaştırıcısı kullanır.

Giriş dalgalanmaları veya aşırı yüke bakılmaksızın, ayar seviyesinde kalıcı bir stabilize voltajın keyfini çıkarmak için devrenin yalnızca bir kez ayarlanması gerekir, ancak bunlar tasarımın belirli bir tolerans sınırının ötesine geçemez.

Gösterildiği gibi, hata amplifikatörüne besleme, AC'nin devre için temiz, düşük akımlı stabilize edilmiş 12V DC'ye uygun şekilde düzeltilmesinden sonra çıkıştan türetilir.

pim # 2, IC için sensör girişi olarak tanımlanırken, ters çevirmeyen pim # 3, bir kelepçeli zener diyot ağı aracılığıyla sabit bir 4.7V'ye atıfta bulunur.

Algılama girişi, devredeki stabilize olmayan bir noktadan çıkarılır ve IC'nin çıkışı, sağ taraftaki IC sürücüsünün Ct pini ile bağlanır.

Bu pim, IC için kapatma pimi olarak işlev görür ve Vcc'sinin 1 / 6'sının altına düştüğü anda, işlemleri hareketsiz olarak durduran mosfetlere giden çıktı beslemelerini anında kapatır.

Opamp'ın 2 numaralı pimi ile ilişkili ön ayar, AC çıkış şebeke AC'nin mevcut 450V veya 500V çıkıştan 220V'a veya 250V çıkıştan 120V'ye düşeceği şekilde uygun şekilde ayarlanır.

Pim # 2, pim # 3'e göre daha yüksek bir voltaj yaşadığı sürece, çıkışını düşük tutmaya devam eder ve bu da sürücünün IC'ye kapanmasını emreder, ancak 'kapatma' opamp girişini anında düzeltir ve onu zorlar. çıkış düşük sinyalini geri çekmek için ve döngü, pim # 2 ön ayar ayarı ile belirlendiği gibi, çıkışı hassas seviyelerde kendi kendine düzeltir.

Hata amp devresi bu çıkışı stabilize etmeye devam eder ve devre, giriş kaynağı voltajı ile düzenlenmiş voltaj değerleri arasında önemli bir% 100 marj avantajına sahip olduğundan, son derece düşük voltaj koşullarında bile çıkışlar yüke sabit stabilize voltaj sağlamayı başarır. gerilim ne olursa olsun, çıkışta benzersiz bir yük veya aşırı yük bağlandığında aynı durum geçerli olur.

Yukarıdaki Tasarımın İyileştirilmesi:

Dikkatli bir araştırma, yukarıdaki tasarımın verimliliğini ve çıktı kalitesini artırmak için büyük ölçüde değiştirilebileceğini ve geliştirilebileceğini göstermektedir:

1. İndüktör aslında gerekli değildir ve çıkarılabilir
2. Güç, yük için en uygun olacak şekilde, çıkış tam bir köprü devresine yükseltilmelidir.
3. Çıktı, saf bir sinüs dalgası olmalı ve yukarıdaki tasarımda beklenebileceği gibi değiştirilmiş olmamalıdır.

Tüm bu özellikler, katı hal dengeleyici devresinin aşağıdaki yükseltilmiş sürümünde dikkate alınmış ve ele alınmıştır:

Devre Çalışması

1. IC1, frekansı R1 değerini uygun şekilde değiştirerek ayarlanabilen normal bir kararsız multivibratör osilatör devresi gibi çalışır. Bu, SPWM çıktısı için 'sütunların' veya 'parçalanmanın' sayısına karar verir.
2. IC 1'in 3 numaralı pimindeki frekans, bir PWM üreteci olarak bağlanan IC2'nin 2 numaralı pimine beslenir.
3. Bu frekans, IC2'nin 5 numaralı pimindeki örnek voltajla karşılaştırılan IC2'nin 6 numaralı piminde üçgen dalgalara dönüştürülür.
4. IC2'nin Pin # 5'i, şebekeyi uygun şekilde 12V'a düşürdükten sonra köprü doğrultucusundan elde edilen 100 Hz frekansta örnek sinüs dalgası ile uygulanır.
5. Bu sinüs dalgası örnekleri, IC2'nin pim # 7 üçgen dalgaları ile karşılaştırılır ve bu, IC2'nin 3 numaralı piminde orantılı olarak küçültülmüş bir SPWM ile sonuçlanır.
6. Şimdi, bu SPWM'nin darbe genişliği, köprü doğrultucusundan gelen örnek sinüs dalgalarının genliğine bağlıdır. Diğer bir deyişle, AC şebeke voltajı daha yüksek olduğunda daha geniş SPWM'ler üretir ve AC şebeke voltajı daha düşük olduğunda, SPWM genişliğini azaltır ve orantılı olarak onu daraltır.
7. Yukarıdaki SPWM, bir BC547 transistörü tarafından tersine çevrildi ve tam bir köprü sürücü ağının alçak taraftaki mosfetlerinin kapılarına uygulandı.
8. Bu, AC şebeke seviyesi düştüğünde, mosfet kapılarındaki yanıtın orantılı olarak daha geniş SPWM'ler şeklinde olacağı ve AC şebeke voltajı arttığında, kapıların orantılı olarak kötüleşen bir SPWM ile karşılaşacağı anlamına gelir.
9. Yukarıdaki uygulama, giriş AC şebekesi düştüğünde H köprüsü ağı arasına bağlanan yük boyunca orantılı bir voltaj artışı ile sonuçlanacaktır ve tersine, AC tehlike seviyesinin üzerine çıkma eğilimi gösterirse yük orantılı miktarda voltaj düşüşünden geçecektir.

Devre Nasıl Kurulur

SPWM yanıtının şebeke AC seviyesiyle aynı olabileceği yaklaşık merkez geçiş noktasını belirleyin.

220V olarak seçtiğinizi ve ardından 1K ön ayarını H-köprüsüne bağlı yük yaklaşık 220V alacak şekilde ayarladığınızı varsayalım.

Hepsi bu, kurulum şimdi tamamlandı ve geri kalanı otomatik olarak halledilecek.

Alternatif olarak, yukarıdaki ayarı aynı şekilde daha düşük voltaj eşiği seviyesine sabitleyebilirsiniz.

Alt eşiğin 170V olduğunu varsayalım, bu durumda devreye bir 170V verin ve yük boyunca veya H-köprü kolları arasında yaklaşık 210V bulana kadar 1K ön ayarını ayarlayın.

Bu adımlar, kurulum prosedürünü tamamlar ve geri kalanı, giriş AC seviyesi değişikliklerine göre otomatik olarak ayarlanır.

Önemli : Doğrultulmuş DC'nin H köprüsü BUS hatlarında 310V DC'ye ulaşabilmesi için, lütfen H-köprü ağına beslenen AC doğrultulmuş hat üzerinden 500uF / 400V düzeyinde yüksek değerli bir kapasitör bağlayın.