ULF용 1킬로와트 용량의 전원 공급 장치. 계획, 설명

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ULF용 1kW 전원 공급 장치. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전

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아마추어 라디오 잡지에서 500W 이상의 전력으로 전원 공급 장치 회로를 전환하는 것은 일반적이지 않습니다. 따라서 스위칭 안정화 전원 공급 장치는 다음 매개 변수로 개발되었습니다.

부하에 전달되는 전력	1 kW 급
출력 전압	±50V
최대 부하 전류	10
최대 전류에서의 출력 전압(그 이하)	+ 48 B
보호 전류	약 14A
전환 빈도	50 кГц

스위칭 전원 공급 장치(UPS)의 개략도가 그림 1에 나와 있습니다. 하나.

쌀. 1 (확대하려면 클릭)

이 회로는 펄스 폭 변조 기능이 있는 컨트롤러 제품군의 DAI TL494CN 칩을 기반으로 합니다. 이 마이크로 회로는 컴퓨터의 UPS에 사용되며 그 자체로 잘 입증되었습니다. 변환기 회로에서의 작동을 더 자세히 고려하십시오. TL494CN에는 오류 증폭기, 내장 가변 발진기, 데드 타임 조정 비교기, 제어 트리거, 5V 정밀 전압 기준(REF) 및 출력 단계 제어 회로가 포함되어 있습니다. 오차 증폭기는 0,3...2V 범위의 공통 모드 전압을 출력합니다. 데드 타임 조정 비교기는 최소 데드 타임을 출력 펄스 폭의 약 5%로 제한하는 일정한 오프셋을 가지고 있습니다. 트랜지스터의 독립 출력 드라이버는 공통 이미 터 회로에서 출력 단계를 작동하는 기능을 제공합니다. 미세 회로의 출력 트랜지스터의 전류는 최대 200mA입니다. TL494CN은 7 ... 40V의 공급 전압에서 작동합니다. 그림에서. 2는 초소형 회로의 스위칭 회로와 내부 회로의 구조적 레이아웃을 보여줍니다.

ULF용 1킬로와트 용량의 전원 공급 장치. 칩 스위칭 회로
그림. 2

전원이 공급되면 톱니형 전압 발생기 2와 기준 전압원 5가 시작되고, 발생기 2의 출력(그림 3a)의 톱니형 전압이 비교기 3과 4의 반전 입력에 공급됩니다. 비교기 4의 출력은 현재 전원 공급 장치의 전압이 없기 때문에 분배기 R1R2에서 오류 증폭기의 비반전 입력으로의 피드백 신호는 4입니다. 이 증폭기의 반전 입력에는 ION 출력의 기준 전압 Uop가 이미 연결된 분배기 R5R7에서 양의 전압이 공급됩니다. 오차 증폭기 1의 출력 전압은 처음에는 2이지만 분배기 R4RXNUMX의 피드백 회로 전압이 증가함에 따라 증가합니다.

오류 증폭기 출력의 전압도 증가합니다. 따라서 비교기 4의 출력 전압은 폭이 증가하는 일련의 펄스 형태를 갖습니다 (그림 3,6). 일시 정지를 제공하는 비교기 3의 비반전 입력은 마이크로 회로의 핀 4에 연결됩니다. 이 핀은 기준 전압 버스 Uorr에 연결된 외부 RC 회로 C2R3으로부터 전압을 공급받고, 기준 전압이 나타나면 이 회로에 인가됩니다.

커패시터 C2가 충전됨에 따라 이를 통과하는 전류와 저항 R3이 감소합니다. 저항 R3의 전압 Uop는 지수 하강 형태를 갖습니다(그림 3, c). 비교기 3의 출력 전압은 폭이 감소하는 펄스 시퀀스입니다. 그림 3, d) 비교기 3과 4의 출력 전압 다이어그램(그림 3,6, d)에서 서로 반대임을 알 수 있습니다. 비교기 3과 4의 출력 전압은 "2OR" 논리 소자에 입력됩니다. 따라서 논리 소자 출력의 펄스 폭은 가장 넓은 입력 펄스에 의해 결정됩니다.

"2OR" 요소의 출력 전압은 그림 3에 나와 있습니다. 도 3d에 따르면, 초기 순간에 비교기 4의 출력 펄스 폭은 비교기 4의 출력 펄스 폭을 초과하므로 비교기 2의 스위칭은 "0OR"의 출력 펄스 폭에 영향을 미치지 않습니다. " 요소. 시간 간격(t1; t3)(그림 3a)에서 결정적인 역할은 비교기 3의 출력 전압에 의해 수행됩니다. 그림 1, f, g는 트랜지스터 VT2, VT0 콜렉터의 출력 펄스를 보여줍니다. 이들 펄스의 폭은 간격(t1; t1)에서 점차 증가합니다. 시간 t3에서 비교기 4의 출력 펄스는 비교기 2의 출력 펄스와 비교됩니다. 이 경우 출력 펄스가 폭을 초과하기 시작하므로 "3OR" 논리 요소의 제어가 비교기 4에서 비교기 3로 전환됩니다. 비교기 0의 출력 펄스 중. 따라서 기간 (t1; t1) 동안 트랜지스터 VT2, VTXNUMX의 컬렉터에 대한 출력 펄스가 부드럽게 증가하고 전압 변환기의 원활한 시작을 보장합니다.

ULF용 1킬로와트 용량의 전원 공급 장치. 도표
그림. 3

각 UPS를 켜기 전에 원활한 시작을 보장하는 커패시터 C2(그림 2)를 방전해야 합니다. 이제 그림의 일반 다이어그램을 살펴보겠습니다. 1 전압 변환기. 소프트 스타트 커패시터의 기능은 커패시터 C3에 의해 수행됩니다. 전원이 제거되면 커패시터는 트랜지스터 VT1과 다이오드 VD1의 베이스-컬렉터 접합인 저항 R1을 통해 빠르게 방전됩니다. 트랜지스터 VT1, VT2는 트리거 보호 기능을 수행합니다. 트랜지스터 VT2의 베이스에 잠금 해제 전압이 가해지면 열립니다. 동시에 트랜지스터 VT1이 열리고 커패시터 C3이 션트되어 전압 변환기의 작동이 차단됩니다. 회로 R1VD4를 통해 트랜지스터 VT2의 콜렉터에서 나오는 전압은 트랜지스터 VT2를 열린 상태로 유지합니다. 트리거 보호는 공급 전압이 제거된 후에만 꺼집니다. 게이트 소스 커패시턴스가 상당히 큰 강력한 전계 효과 트랜지스터가 전원 스위치로 사용됩니다. 따라서 이러한 트랜지스터를 제어하기 위해 트랜지스터 VT3, VT5, VT7 및 VT4, VT6, VT8에 두 개의 스위치 블록이 사용됩니다.

그 중 한 사람의 작업을 고려하십시오. DAI 칩의 핀 8에 고전압이 존재하면(칩 내부의 트랜지스터가 닫힘) 전계 효과 트랜지스터 VT3 및 VT7이 열립니다. 후자는 트랜지스터 VT9의 게이트 커패시턴스를 션트하여 즉시 방전합니다. 트랜지스터 VT5가 닫힙니다. 미세 회로의 핀 8에 저전압이 설정되면 트랜지스터 VT3 및 VT7이 닫히고 VT5가 열리고 잠금 해제 전압이 트랜지스터 VT9의 게이트에 적용됩니다. 저항 R18은 트랜지스터 VT5, VT7 중 하나가 닫히고 다른 하나가 완전히 열리지 않은 경우 트랜지스터 VTXNUMX, VTXNUMX의 고장을 방지합니다.

트랜지스터 VT9, VT10 게이트의 전압 오실로그램이 그림 3,3에 나와 있습니다. 9, 나. 트랜지스터 VT10, VT20의 게이트 회로에는 저항 R21, R22이 포함되어 있으며, 이는 게이트 커패시턴스와 함께 키가 열릴 때 고조파 레벨을 줄이는 저역 통과 필터를 형성합니다. 회로 R23, R8, C9, C5, VD8-VD1은 컨버터 작동 중 고조파를 줄이는 역할도 합니다. 변압기 T9의 10차 권선은 트랜지스터 VT7, VT8의 드레인 회로에 연결됩니다. 컨버터 전압을 안정화하기 위해 변압기의 권선 III에서 피드백 전압이 제거됩니다. 저항 R1, R10의 분배기를 통해 DA6 칩으로 이동합니다. 저항 R4은 작은 한계 내에서 UPS의 출력 전압을 조절하는 데 사용될 수 있습니다. 요소 R1, C50는 DAXNUMX 마이크로 회로의 내부 톱니파 전압 발생기의 작동 주파수를 결정합니다 (다이어그램에 표시된 등급으로 이 주파수는 XNUMXkHz에 가깝습니다).

저항 R6의 저항과 커패시터 C4의 커패시턴스를 변경하면 필요한 경우 전압 변환기의 주파수를 변경할 수 있습니다. 회로의 전원 부분은 주전원 필터 C10, Cl1, L1, 정류기 VD4 및 커패시터 C12, C13을 통해 공급됩니다. 저항 R24는 오프 컨버터에서 필터 커패시터를 방전합니다. 트랜지스터 VT1-VT3의 칩 DA8 및 키는 요소 T2, VD3, C5-C7 및 안정기 DA2의 안정화된 전원 공급 장치에 의해 전원이 공급됩니다. 저항 R25는 UPS가 네트워크에 연결될 때 필터 커패시터를 통한 돌입 전류를 줄이는 역할을 합니다. 컨버터 출력 전압 정류기는 VD12-VD15 다이오드의 브리지 회로에 따라 만들어집니다.

전압 변환기의 원활한 시작을 통해 전력 증폭기에 전력을 공급할 때 필요한 보조 회로에서 상당히 큰 용량의 필터 커패시터를 사용할 수 있습니다. L2, L3 초크는 필터 커패시터와 함께 UPS 출력 전압의 잔물결을 완화합니다. 전압-흐름 변환기의 보호는 트랜지스터 VT11, VT12를 사용하여 이루어집니다. 저항 R27-R30을 통과하는 전류가 증가하면 트랜지스터 VT11, VT12가 열리고 광커플러 Ul.1.2, U2의 LED가 켜집니다. 옵토커플러의 트랜지스터가 열리고 트랜지스터 VT1의 베이스에 잠금 해제 전압이 공급되어 트리거 보호 기능이 작동합니다. 커패시터 CXNUMX은 무작위 임펄스 노이즈에 대한 보호가 트리거되는 것을 방지합니다.

구조 및 세부 사항

구조적으로 UPS는 단면 인쇄 회로 기판으로 만들어집니다(그림 4a, b).

쌀. 4 a, b (확대하려면 클릭)

SA1, FU1 및 T2를 제외한 모든 회로 요소는 보드에 있습니다. 또한 별도의 작은 보드에는 저항 R22, R23 및 커패시터 C8, C9가 있습니다. 문자 a, b, c로 표시된 지점에서 와이어로 메인 보드에 연결됩니다. 저항 R22, R23은 작동 중에 매우 뜨거워지므로 저항이 회로의 나머지 요소를 가열하지 않도록 저항 R12, R15이 포함된 보드를 배치해야 합니다. 다이오드 VD10-VD12는 1x4,6cm 크기의 별도 니들 라디에이터에 장착되고 직경이 170mm 이상인 와이어로 메인 보드에 연결됩니다. 인쇄 회로 기판의 한쪽에는 길이 10cm, 높이 XNUMXcm의 라디에이터(그림 XNUMX)가 있습니다.

니들 라디에이터를 사용하는 것이 좋지만, 긴급한 상황에서는 다른 라디에이터도 사용할 수 있습니다. 보드 요소 DA2, VD4, VT9, VT10은 절연 개스킷을 통해 이 라디에이터에 부착됩니다. 라디에이터 반대쪽에 팬이 설치되어 팬의 공기 흐름이 라디에이터 위로 잘 불어납니다. 컴퓨터 전원 공급 장치의 팬을 사용할 수 있습니다. 변환기의 +320V 출력에서 7,5Ω의 저항과 50W의 전력을 갖는 저항을 통해 전원이 공급됩니다. PEV형 저항기를 사용하여 신체 어느 곳에나 부착할 수 있습니다. 팬에 전원을 공급하기 위해 변압기 T1에 추가 권선을 감을 수도 있습니다(그림 1). 이렇게하려면 직경 0,4mm의 와이어 두 바퀴를 감고 그림 5에 따라 팬을 연결해야합니다. XNUMX.

ULF용 1킬로와트 전원 공급 장치
그림. 5

변환기의 변압기 T1은 치수 K2000x45x28로 접힌 12개의 XNUMXNM 페라이트 링에 감겨 있습니다. 변압기의 권선 데이터는 표에 나와 있습니다.

권선	회전 수	와이어 직경, mm
나 그리고 나	32	1,2
III	2	0,4
IV와 V	7	2,4(1,2선 XNUMXmm)

변압기의 권선 I 및 II는 광택 처리된 천의 2~16개 층으로 나머지 권선과 분리됩니다. 변압기 T1는 2V의 교류 전압으로 기성품으로 사용됩니다. 코일 L20은 직경이 2000mm인 1개의 전선에서 치수가 KZ18x7x1인 2NM 페라이트로 만든 페라이트 링에 3x8 권선으로 구성되어 있습니다. 코일 L10, L25은 페라이트의 전체 길이를 따라 한 층에 직경 1,2mm의 와이어로 직경 105 ... 12mm, 길이 약 220mm의 페라이트 조각에 감겨 있습니다. 변환기 회로에서는 400 ° 표시가있는 수입 전해 콘덴서를 사용하는 것이 바람직합니다. 극단적 인 경우 크기에 적합한 다른 커패시터를 사용하는 것이 허용됩니다. 커패시터 CXNUMX는 XNUMXuFxXNUMXV 용량의 XNUMX개의 커패시터로 구성됩니다.

모든 유형의 무전해 커패시터(예: K73-17). 저항 R25에는 컴퓨터 전원 공급 장치에 사용되는 병렬로 연결된 SCK105 유형 또는 이와 유사한 22개의 저항이 사용됩니다. 저항기 R23, R5 유형 C5-10-27W, R30-R5 - C16-5V-9W. 나머지 저항은 MLT와 같은 모든 유형입니다. 트리머 저항 R19 유형 SPZ-212AV 또는 기타 소형. 현재 널리 사용되는 수입 다이오드는 특히 2999kHz 이상에서 항상 잘 작동하지 않기 때문에 다이어그램(KD50 및 KDXNUMX)에 표시된 대로 고주파수 다이오드를 사용하는 것이 바람직합니다.

다이오드 브리지는 다음과 같은 적절한 크기로 사용할 수 있습니다. VD3 - 최소 500mA의 정류 전류; VD4 - 최소 8A의 정류 전류 및 최소 400V의 전압. BSS88 트랜지스터는 절연 게이트 및 n-채널(50V 이상의 드레인-소스 전압, 드레인 전류 0,15 ... 0,5, 123A). 이들은 BSS108, BS2, 1336SK2 등의 트랜지스터일 수 있습니다. 강력한 전계 효과 트랜지스터 956SK2 대신 787SK50, IRFPE494 유형의 트랜지스터가 적합합니다. TL494CN 칩은 TL25LN 칩으로 교체할 수 있으며, TL494CN은 0°C 이상의 온도에서만 작동할 수 있기 때문에 -7500°C까지의 주변 온도에서 전압 변환기를 사용할 수 있습니다. 또한 그 대신 아날로그 KA101V를 사용할 수 있습니다. 광커플러 AOT101BS는 AOT2501AC, PS2-2로 교체할 수 있습니다. KR142EN8E 또는 7815는 DA7815 칩으로 사용 가능하며, 502 칩을 절연 케이스에 사용하면 라디에이터에 설치할 때 절연 가스켓이 필요하지 않습니다. 트랜지스터 KT503E, KT502E는 KD503, KD510 등과 같은 거의 모든 펄스 다이오드로 KT503G, KT522G 및 다이오드 KDXNUMXA로 교체할 수 있습니다.

조정

네트워크에서 처음으로 변환기를 켜기 전에 전원 회로에서 주 전압을 제거하고 T2 변압기에만 전원을 공급해야 합니다. 우선 공급 전압이 DA15 출력에서 +2V인지 확인하십시오. 그런 다음 오실로스코프를 사용하여 전계 효과 트랜지스터 VT9, VT10의 게이트에 펄스가 있고 그림 3의 오실로그램에 해당하는지 확인합니다. 커패시터 C9이 단락되면 펄스가 사라지고 게이트 VT10, VT9에 XNUMX 전압이 설정되어야 합니다. 또한 저항 RXNUMX의 슬라이더를 중간 위치로 설정하면 나머지 회로에 공급 전압이 적용됩니다.

전압계를 사용하여 DA1의 핀 1에서 전압을 제어하고 저항 R2,5의 저항을 선택하여 값을 7V로 설정합니다. 트리머 저항 R9는 변환기의 출력 전압을 약간 변경할 수 있지만 전계 효과 트랜지스터 VT9, VT10의 게이트에서 펄스를 제어하여 지속 시간이 극한에 도달하지 않도록 해야 합니다(너무 짧거나 너무 길 ), 그러나 중간 위치에 있습니다. 그렇지 않으면 부하가 증가하거나 공급 전압이 변경되어 출력 전압의 안정화가 저하됩니다.

전압 변환기에 과부하가 걸리지 않고 강력한 전계 효과 트랜지스터를 태우지 않으려면 다음과 같이 전류 보호를 설정하는 것이 좋습니다. 저항 R27-R30 대신 저항이 1옴이고 전력이 2와트인 저항이 임시로 납땜됩니다. 부하와 전류계는 변환기의 출력에 연결됩니다. 부하 전류는 1,3 ... 1,4 A로 설정되고 저항 R32, R33의 저항을 선택하여 전류 보호가 활성화됩니다. 그런 다음 저항 R27-R30이 제자리에 납땜됩니다. 이것으로 전압 변환기의 설정이 완료됩니다. 증폭기 또는 다른 부하에 전력을 공급하기 위해 다른 전압이 필요한 경우 변압기 T1의 권선 IV 및 V의 권선 수를 변경하여 변환기의 출력 전압을 변경할 수 있습니다. 7차 권선의 XNUMX회전은 약 XNUMXV를 차지한다는 점을 염두에 두어야 합니다.

Radioamator 잡지의 자료를 기반으로 합니다. 출판물: cxem.net

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