Потужний стабілізований перетворювач постійної напруги для живлення апаратури. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори

 Коментарі до статті

Пропонований пристрій призначений для живлення апаратури, що працює від мережі 220 В 50 Гц у польових умовах, а також на час аварійного вимкнення мережі змінного струму. Перетворювач має блокову конструкцію. Він забезпечує живлення навантаження стабілізованою постійною напругою 310 В або змінною імпульсною напругою тієї ж амплітуди з ефективним значенням 220 В. Додавання LC-фільтра дозволяє отримати змінну напругу 220 В синусоїдальної форми.

Електричні прилади широко застосовують у побуті сучасної людини. У переважній більшості джерелом енергії для них є мережа змінного струму напругою 220 В. Водночас електропостачання у багатьох районах нашої країни не відрізняється високою надійністю. У радіоаматорській літературі було опубліковано багато статей про перетворювачі постійної напруги акумуляторної батареї в змінну, придатну для живлення споживачів на час відсутності напруги в мережі. Вони можуть працювати за принципом низькочастотного [1-4] чи високочастотного [5, 6] перетворення. Кожному з цих типів перетворювачів властиві свої особливості.

Низькочастотні мають велику масу та габарити через застосування низькочастотного трансформатора. У перетворювачі [3] стабілізовано тільки середнє випрямлене значення вихідної напруги, але амплітудне та ефективне значення не стабілізовані, що може призвести в деяких випадках до пошкодження навантажень, що живляться. У перетворювачі [4] застосовано ступінчасте регулювання вихідної напруги без зворотного зв'язку, що не забезпечує високої стабільності вихідної напруги.

Перетворювачі, що працюють на ультразвукових частотах (десятки кілогерц) [5, 6], краще за масогабаритними показниками, але їхня вихідна потужність не перевищує 300 Вт. Автору потрібно було навантаження більшої потужності. При розробці пропонованого пристрою автор спробував зберегти переваги високочастотного перетворення та підвищити вихідну потужність до 1 кВт.

Основні технічні характеристики (При температурі навколишнього середовища 13...20 °С)

• Напруга живлення, В......10,5...15
• Споживаний струм, А без навантаження.......0,07
• при максимальному навантаженні ... .100 Вихідна напруга,
• постійне .......300...310
• імпульсне, амплітудне значення .......300...310
• ефективне значення ... 212 ... 220
• Максимальна вихідна
• потужність, Вт .......1000
• Габарити, мм 300x250x80
• Маса, кг .......2,7

Перетворювач складається із чотирьох блоків: високочастотного генератора, схема якого показана на рис. 1 високочастотного інвертора з випрямлячем - помножувачем напруги (рис. 2), низькочастотного генератора (рис. 3) і мостового низькочастотного інвертора-комутатора (рис. 4).

Рис. 1 (натисніть , щоб збільшити)

Блок високочастотного генератора (див. рис. 1) містить вузол контролю вхідної напруги на транзисторі VT1 і реле K1, стабілізатор внутрішньої напруги живлення 9 на мікросхемі DA1, генератор імпульсів з частотою 27 кГц на логічних елементах DD1.1 і DD 1.2, вузли затримки фронтів імпульсів на елементах VD4, R4, C2 та VD5, R5, C3, формувачі керуючих імпульсів на елементах DD1.3, DD1.4, DD2.3, DD2.4 з вихідними емітерними повторювачами на транзисторах VT2-VT5, вузол контролю амплітуди напруги на елементах DD2.1, DD2.2

Рис. 2

Блок високочастотного інвертора містить двотактний каскад на потужних польових транзисторах VT2-VT6 і трансформаторі T9, а також випрямляч з множенням напруги в чотири рази на діодах VD1-VD6 і конденсаторах C9-C7. Цей блок виробляє постійну стабілізовану напругу 10 В. Якщо відомо, що в навантаженні змінна напруга живлення випрямляється та згладжується, то таке навантаження можна підключити до цього блоку через запобіжник з номінальним струмом 300.310 А (див. примітку редакції до статті [5]). В цьому випадку решта блоків не потрібна.

Рис. 3 (натисніть , щоб збільшити)

Блок низькочастотного генератора (див. рис. 3) містить стабілізатор внутрішньої напруги живлення 9 на мікросхемі DA2, генератор імпульсів з частотою 50 Гц на логічних елементах DD3.1 і DD3.2, струмообмежувальні резистори R18 і R19,вузли затримки фронтів імпуль VD12, R20, C14 і VD13, R21, C15, формувачі керуючих імпульсів на елементах DD3.3, DD3.4, DD4.3, DD4.4 вихідними емітерними повторювачами на транзисторах VT11 -VT14, обмежувач струму навантаження .10, DD4.1.

Рис. 4

Мостовий низькочастотний інвертор-комутатор (рис. 4) містить міст на потужних ключових польових транзисторах VT17-VT20 та датчик струму – резистор R33. На затвори нижніх за схемою транзисторів VT18 і VT20 управляючі імпульси подаються безпосередньо, а на верхні затвори за схемою VT17 і VT19 - через інвертори верхнього плеча. Один інвертор зібраний на елементах VT15, VT16, R30, R31, C16, VD14, VD15, другий - VT21, VT22, R35, R36, C17, VD16, VD17. До однієї діагоналі моста підведено постійну напругу 310 В, до іншої підключено навантаження через запобіжник FU1.

Перетворювач працює так. Якщо напруга акумуляторної батареї більше 10,5 В, транзистор VT1 відкривається, реле К1 спрацьовує і через його контакти К1.1 подається напруга живлення на стабілізатори напруги на мікросхемах DA1 і DA2. При зменшенні напруги акумуляторної батареї нижче 10,5 транзистор VT1 закривається, контакти К1.1 розмикаються і відключають живлення генераторів, в результаті чого всі комутують транзистори VT6- VT9 виявляються закритими, перетворювач вимикається. Напруга включення регулюють підстроювальним резистором R3. Через те, що напруга включення електромагнітного реле К1 більша за напругу вимкнення, характеристика вузла на транзисторі VT1 має невеликий гістерезис, достатній для практичного застосування.

Частота коливань генератора на елементах DD1.1 та DD1.2 залежить від опору резисторів R1, R2 та ємності конденсатора C1. З протифазних виходів генератора (висновки 3 та 4 мікросхеми DD1) імпульси подаються на вузли затримки фронтів імпульсів. При цьому їх спади передаються майже без затримки. Час затримки фронтів імпульсів визначається постійними часами ланцюгів R4C2 і R5C3, які мають бути однакові.

Характеристики формувачів мають гістерезис, величина якого залежить від відношення опорів резисторів ланцюгів позитивного зворотного зв'язку (ПОС) R6 та R8, R7 та R9. З виходів формувачів керуючі імпульси через емітерні повторювачі на транзисторах VT2-VT5 подаються на затвори ключових транзисторів VT6-VT9.

Випрямляч на діодах VD6-VD9 та конденсаторах C7-C10 виконаний з множенням напруги вчетверо з наступної причини. Бажано первинну та вторинну обмотки трансформатора намотати в один шар, щоб зменшити індуктивність розсіювання. Застосування помножувача напруги дозволяє в чотири рази зменшити кількість витків у вторинній обмотці та зробити її одношаровою.

Напруга з виходу випрямляча подається на дільник R10R11. Пропорційна йому напруга з двигуна підстроювального резистора R11 надходить на вхід вузла на елементах DD2.1 і DD2.2 з ланцюгом ПІС на резисторах R12 і R13, що створює характеристику перемикання з гістерезисом. Після включення живлення вихідна напруга випрямляча зростає. Коли воно досягає верхнього порогу перемикання (310), на виході елемента DD2.1, з'єднаному з висновками 9 мікросхем DD1 і DD2, встановлюється низький рівень, який забороняє проходження імпульсів на емітерні повторювачі, внаслідок чого всі ключові транзистори закриваються.

Після цього вихідна напруга випрямляча знижується через розрядку конденсаторів C9 і C10. Коли воно знизиться до нижнього порога перемикання (300), на виході елемента DD2.1 встановлюється високий рівень, який знову дозволяє проходження імпульсів на емітерні повторювачі, внаслідок чого вихідна напруга випрямляча зростатиме до верхнього порогу. Переміщенням двигуна підстроювального резистора R11 можна регулювати вихідну напругу випрямляча, а підбором резистора R13 - різниця порогів перемикання. Підвищення опору резистора R13 зменшує її, а зниження збільшує.

Вузли низькочастотного генератора (див. рис. 3) аналогічні відповідним вузлам високочастотного, але ємність часзадаючих конденсаторів низькочастотного генератора більше, тому в нього додані резистори R18 і R19, які обмежують розрядний струм конденсаторів С14 і С15, захищаючи виходи 3 ) від навантаження.

На транзисторі VT10, елементах DD4.1, DD4.2 та резисторах R25, R26, R29 зібраний вузол захисту перетворювача від перевантажень. Коли струм навантаження перетворювача перевищує допустиме значення, напруга на резисторі R33 - датчик струму - збільшується до 0,7 В. При цьому транзистор VT10 відкривається, на виході елемента DD4.2 встановлюється низький рівень, який надходить на висновки 9 мікросхем DD3 і DD4, внаслідок чого забороняється проходження імпульсів на емітерні повторювачі на транзисторах VT11-VT14. Усі ключові транзистори моста VT17-VT20 закриваються.

Мостовий низькочастотний інвертор-комутатор (рис. 4) працює в такий спосіб. Під час паузи між імпульсами напруга на виходах зазначених вище емітерних повторювачів дорівнює нулю, тому транзистори VT16 і VT21 відкриті, проте інші закриті. При надходженні імпульсу на затвори VT15 та VT20 ці транзистори, а також VT17 відкриваються. При надходженні імпульсу на затвори VT18 та VT22 ці транзистори, а також VT19 відкриваються. В результаті на виході моста утворюються розділені паузами прямокутні різнополярні імпульси напруги з розмахом 620 В і ефективним значенням 220 В. Так як імпульси керуючі розділені паузами, виключена поява наскрізного струму через послідовно з'єднані транзистори моста.

Рис. 5 (натисніть , щоб збільшити)

Для деяких споживачів потрібна синусоїдальна форма змінної напруги живлення. У цьому випадку вузол низькочастотного генератора замінюють іншим, схема якого показана на рис. 3. У цьому блоці застосований генератор синусоїдальної напруги частотою 5 Гц на ОУ DA50, фазоінвертор на ОУ DA4.1, два інтегруючі ланцюги R4.2C44 і R25C49, два емітерних повторювачі VT30 VT23, VT24 VT25 і 26 сум 50.

Рис. 6

Позитивна напівхвиля синусоїдальної напруги з виходу ОУDA4.1 через діод VD21 надходить на суматор R51R55R57. Позитивна напівхвиля з виходу фазоінвертора DA4.2 через діод VD20 подається на суматор R50R52R54. З виходів суматорів напруга через резистори R53 та R56 подається на вхід формувачів імпульсів DD5.1, DD5.2, DD6.1, DD6.2. На входи інтегруючих ланцюгів подаються прямокутні імпульси і на конденсаторах С25 і С30 утворюються пилкоподібні імпульси, які через конденсатори С26 і С31 подаються на входи двох формувачів імпульсів. Епюри напруги на рис. 6 показують, як підсумовуються імпульси на входах формувачів протягом одного періоду частоти 50 Гц. Щоб наочно показати форму імпульсів, період високочастотного наповнення (27 кГц) розтягнутий. На рис. 6,а - напруга на виведенні мікросхеми 8 DD5; на рис. 6,б - на виведенні 8 мікросхеми DD6. В результаті на виходах формувачів утворюються послідовності імпульсів із синусоїдальної ШІМ-частотою 50 Гц: на рис. 6,в - на виході DD5,2; на рис. 6,г – на виході DD6.2. На виході перетворювача "~220 B" утворюється двополярний ШІМ-сигнал розмахом 620, форма якого показана на рис. 6,д.

Для того, щоб у вихідній напрузі придушити складову з частотою 27 кГц, послідовно з навантаженням потрібно включити дросель, а паралельно - конденсатор. Ці елементи підбирають для кожного навантаження експериментально. Наприклад, для навантаження потужністю 100 Вт (її опір 484 Ом) потрібен фільтр із дроселем індуктивністю 0,13 Гн та конденсатором ємністю 0,56 мкФ. При іншому опорі навантаження індуктивність дроселя перераховують прямо пропорційно, а ємність конденсатора назад пропорційно опору навантаження.

Усі деталі перетворювача розміщені у корпусі з листового алюмінію. Транзистори VT6-VT9, VT17-VT20 закріплені на корпусі з використанням теплопровідної пасти та прокладок зі слюди. Транзистори IRFIZ44N (VT15 та VT22) встановлені без прокладок, оскільки їх корпуси повністю ізольовані. Їх можна замінити на IRFZ44N, але вони повинні бути встановлені через слюдяні прокладки.

Рис. 7

Вентилятор комп'ютерного блоку живлення з електродвигуном М1 потужністю 3 Вт постійно продуває повітря через корпус для охолодження деталей. Для зменшення споживання енергії при малопотужному навантаженні вентилятор можна вимкнути вимикачем SA1. Трансформатор Т1 намотаний на чотирьох складених разом магнітопроводів від рядкового трансформатора ТВС-110, як показано на рис. 7. Цифрами позначені: 1 - обмотковий провід; 2 - магнітопровід; 3 - хомут, що стягує магнітопровід. Первинні обмотки (I і II) містять чотири секції по три витки дроту перетином 5 мм2 (два складені разом монтажні дроти по 2,5 мм2). Вторинна обмотка (III) містить дві секції по 11 витків монтажного дроту перерізом 1,5 мм2. Витки обмоток мають бути рівномірно розподілені по довжині магнітопроводу, а обмотки мають бути одношаровими.

Інші елементи змонтовані на двох окремих платах навісним монтажем. Плата з елементами, показаними на рис. 1 розташована в безпосередній близькості від ключових транзисторів (див. рис. 2). Плата з елементами, показаними на рис. 3 - поруч з транзисторами мостового низькочастотного інвертора-комутатора (див. рис. 4).

Конденсатор С6 бажано застосувати оксидний імпортний з категорії "Low ESR", наприклад, Jamicon WL або аналогічний. В іншому випадку він нагріватиметься.

Конденсатори випрямляча С7-С10 повинні мати досить допустиму реактивну потужність. У пристрої використані конденсатори МБГЛ. Паралельно до кожного з них підключений безіндукційний керамічний конденсатор КМ-3 групи Н30 ємністю 0,022 мкФ з номінальною напругою 250 В.

Підстроювальні резистори - із серії СП3-1б. Перед встановленням необхідно перевірити справність рухомий контактної системи.

Реле К1 повинно мати напругу спрацьовування трохи більше 10 У. Автор застосував реле РЭС59 (виконання ХП4.500.020).

При налагодженні замість акумуляторної батареї використовують лабораторне джерело живлення з регульованою вихідною напругою 10.13 В. Подають на вхід перетворювача напруга 10,5, двигуном резистора R3 домагаються вимикання реле К1.

Потім збільшують вхідну напругу до 12 В. Підбором резисторів R1 та R2 (див. рис. 1) встановлюють однакову тривалість імпульсів по 18,5 мкс на висновках 3 та 4 мікросхеми DD1. Підбором резисторів R4 та R5 встановлюють тривалість паузи між цими імпульсами 5 мкс. Двигуном підстроювального резистора R11 – напруга +305 В при потужності навантаження 60 Вт на виході випрямляча VD6-VD9C7-C10 (див. рис. 2). Підбором резисторів R16 та R17 (рис. 3) встановлюють однакову тривалість імпульсів по 10 мс на висновках 3 та 4 мікросхеми DD3. Підбором резисторів R20 та R21 - тривалість паузи між цими імпульсами 6 мс.

Блок, схема якого показано на рис. 5, налагоджують так. Переміщають двигун підлаштування резистора R39 вниз за схемою настільки, щоб генератор на ОУ DA4.1 перестав працювати. Підбором конденсаторів С25 і С30 встановлюють розмах пилкоподібної напруги на них 4 Ст. Спочатку плавно зменшують їх опір від максимуму до появи імпульсів на виході емітерних повторювачів, потім збільшують до зникнення.

Вимірюють опір введеної частини підстроювальних резисторів на цифровий омметр і замінюють їх постійними того ж опору. Після цього переміщають двигун підстроювального резистора R39 вгору за схемою, встановлюючи на виході генератора амплітуду напруги 4 В. При цьому вихідна напруга повинна мати форму злегка усіченої синусоїди. При необхідності підбором конденсаторів С18 та С22 потрібно встановити частоту генерації 50 Гц. Потім, підбираючи резистори R50 і R51, - амплітуду напівхвилі 4 на резисторах R54 і R57. Для покращення роботи генератора на ОУ DA4.1 може знадобитися включення конденсатора ємністю 47 пФ між правим за схемою виведенням резистора R40 та загальним дротом.

Джерелами живлення перетворювача можуть бути автомобільні стартерні акумуляторні батареї, бортова мережа автомобіля, акумуляторні тягові батареї для електромобілів, сонячні батареї, вітряні або водяні електрогенератори. За потреби напруга живлення може бути збільшена вдвічі. Для цього первинні обмотки (I та II) трансформатора Т1 повинні містити чотири секції по шість витків монтажного дроту перерізом 2,5 мм2.

Автор використовує саморобний бензогенератор, виготовлений з бензопили "Урал" та електрогенератора з вихідною напругою 12 В і потужністю 1 кВт від трактора Т-150, які з'єднані між собою клинопасової передачею. По відношенню потужності до маси цей бензогенератор перевершує багато промислових зразків. Мала вага і габарити дозволяють брати його в дорогу і за необхідності заряджати акумулятор автомобіля в польових умовах. А перетворювач напруги живить будь-яку апаратуру потужністю до 1 кВт.

література

1. Гореславець А. Перетворювачі напруги на мікросхемі КР1211ЕУ1. – Радіо, 2001, № 5, с. 42, 43.
2. Нечаєв І. Перетворювач напруги 12/220 50 Гц. – Радіо, 2004, № 9, с. 30, 31.
3. Озолін М. Стабілізований перетворювач 12/220 Ст. – Радіо, 2006, № 12, с. 30, 31.
4. Сергєєв А. Перетворювач напруги для побутової апаратури. – Радіо, 2012, № 1, с. 29, 30.
5. Озолін М. Перетворювач напруги 12 В прямокутне 300 В 50 Гц. – Радіо, 2007, № 9, с. 40, 41.
6. Інвертор "Союз" CAR300. Технічний опис

Автор: А. Сергєєв

Дивіться інші статті розділу Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Радикально-модульний електровелосипед Fabriga Modula 07.05.2023 Вантажні електровелосипеди – чудова альтернатива автомобілям, але потреби водія електровелосипеда, безумовно, згодом можуть змінюватися. Ось тут і приходить на допомогу електровелосипед Fabriga Modula, який можна адаптувати до потреб користувачів, що змінюються. Modula, нещодавно представлена ​​на саміті Cargo Bike Summit у Лондоні, виробляється італійським виробником електровелосипедів Fabriga. Рама Modula складається з трьох скріплених гвинтами секцій: кермової частини (переднє колесо та кермо); рухової частини з двигуном та задньою частиною. Передня секція для всіх конфігурацій велосипеда залишається без змін, а ось рухова всередині може бути оснащена моторами Brose різної потужності, залежно від маси вантажу, що перевозиться. Можна обійтися без двигуна, якщо власнику подобається крутити педалі старим способом. Різна секція - задня. Зокрема, на ній можна встановити широкий та плоский вантажний майданчик; розмістити над заднім колесом довге багажне відділення та сидіння або стійку; закріпити два високі сидіння з підставкою для ніг або одне низьке (для маленької дитини) та одне високе; одне низьке сидіння, оточене багажним відділенням. Використовується механічне дискове гальмо, кабелі прокладені всередині рами, є передня підвіска плюс вбудовані передні та задні фари. Офіційний випуск Fabriga Modula заплановано на вересень, ціни розпочинаються від 2770 євро.

Інші цікаві новини:

▪ Найменша мікрохвильова піч

▪ Космічна передача даних за допомогою лазера

▪ Найміцніший матеріал у світі

▪ Найкраще спати на боці

▪ Що коту здорово, то комару смерть

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Поради радіоаматорам. Добірка статей

▪ стаття Свято, яке завжди з тобою. Крилатий вислів

▪ статья Якою комахою насправді є бабка з байки Крилова? Детальна відповідь

▪ стаття Схованка, яка завжди з тобою. Шпигунські штучки

▪ стаття Стабілізатор температури електронагрівача. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Подвійний балансовий змішувач SA612A. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024