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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 가정용 장비에 전원을 공급하기 위한 변환기
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 전압 변환기, 정류기, 인버터 독자의 관심을 끌기 위해 조명 네트워크에 전압이 없을 때 가정용 장비에 전원을 공급하는 백업 컨버터에 대한 설명을 제공합니다. 그 특징은 고주파와 저주파의 두 가지 변환 단계가 있다는 것입니다. 이를 통해 장치의 크기와 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 오늘날 배터리로 다양한 가정용 장비에 전원을 공급하는 강력한 변환기의 개발 및 제조에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이는 크게 두 가지 요인 때문입니다. 첫째, 최근 국가의 많은 지역에서 일반적인 관행이 된 다양한 종류의 전원 공급 제한 및 중단입니다. 둘째, 컨버터 기술을 위한 특수 전자 부품의 산업 생산 분야에서의 현대적 성과입니다. 여기에는 무엇보다도 제어가 쉽고 온 상태 손실이 낮은 강력한 고속 전계 효과 트랜지스터와 실제로 단일 칩 컨버터 제어인 광범위한 통합 PWM 컨트롤러가 포함됩니다. 단위. 최근 이러한 요소 기반이 명명법과 비용 측면에서 일반 라디오 아마추어가 사용할 수 있게 된 것도 중요합니다. 그 결과 적은 수의 부품을 포함하면서 동시에 높은 에너지 및 작동 특성을 갖는 변환 장치를 개발할 수 있게 되었습니다. 이러한 변환기에 대한 설명은 "라디오" [1, 2] 페이지와 관련 기술 문헌 [3, 4]에 두 번 이상 게시되었습니다. 이러한 장치의 특징은 모두 낮은 변환 주파수(일반적으로 50Hz)에서 작동한다는 것입니다. 이는 교류 공급 전압이 필요한 많은 종류의 전기 제품이 있기 때문에 변환기의 출력 매개 변수가 가정용 전기 네트워크의 주파수 특성과 일치하는지 확인해야 하기 때문입니다. 예를 들어 여기에는 네트워크 변압기 또는 다양한 유형의 AC 모터가 포함된 모든 소비자가 포함됩니다. 동시에 낮은 변환 주파수를 선택하면 특정 설계 및 작동상의 어려움이 발생합니다. 주로 전체 장치의 무게와 크기 매개 변수를 결정하는 강력한 출력 변압기의 제조와 컨버터의 특성 "윙윙 거리는 소리"가 발생합니다. 그것의 작동. 또한 설명 된 변환기에는 일반적으로 연결된 부하의 전력 또는 공급 배터리의 방전 정도에 따라 출력 전압 안정화 장치가 장착되어 있지 않습니다. 결과적으로 출력 교류 전압의 진폭 변화는 상당히 넓은 범위(최대 30 ... 40%) 내에서 가능하며 이는 항상 소비자에게 유리한 영향을 미치지는 않습니다. 위의 모든 것은 기존 장치에 내재된 표시된 단점을 고려하여 개발된 제안된 변환기의 설계를 미리 결정했습니다. 기능적으로 컨버터는 출력 정류기가 있는 강력한 고주파 승압 인버터와 저주파 인버터 스위치의 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 주요 기술 특성
장치의 구성표가 그림에 나와 있습니다. 1. 고주파 인버터는 트랜지스터 VT1 -VT4 및 변압기 T1의 푸시 풀 포워드 컨버터 방식에 따라 만들어집니다. 이 솔루션의 장점은 낮은 수준의 리플, 전류 측면에서 스위칭 트랜지스터를 더 잘 사용하고 브리지 회로에 조립된 컨버터보다 더 높은 효율을 포함합니다. 댐핑 요소 VD2, VD3, R1, C3는 스위칭 중 전압 서지의 진폭을 줄이고 트랜지스터 작동을 용이하게 하는 데 사용됩니다.
출력의 과부하 또는 단락에 대한 인버터 보호는 기본 전원 회로에 포함된 전류 릴레이 K1을 기반으로 합니다. 그것은 배터리의 양극 단자에서 나오는 공급선의 1 ~ 1 회 꼬인 코일 중앙에 위치한 폐쇄 접점 그룹이있는 리드 스위치를 기반으로합니다. 동시에 이러한 계전기의 내부 저항은 매우 작으며 일반 모드에서 변환기 작동에 거의 영향을 미치지 않습니다. 과부하가 발생하면 리드 스위치의 접점이 닫히고 보호 작동을 위한 해당 신호가 HF 인버터 A2의 제어 장치에 전달됩니다. 전류 보호 속도는 XNUMX...XNUMXms입니다. 출력 전압 정류기는 다이오드 VD4-VD7의 브리지 회로에 따라 만들어지며 리플 레벨을 줄이고 펄스 변압기 T1의 활용률을 높일 수 있습니다. 정류된 전압은 평활화 필터 L1C5-C7에 공급된다. RF 인버터 제어 유닛(A1)의 동작에 필요한 전압 피드백 신호는 저항 전압 분배기(R3-R5)에서 제거된다. 안정화 된 DC 전압은 트랜지스터 VT5-VT8의 풀 브리지 회로에 따라 만들어진 저주파 인버터 스위치에 공급됩니다. 스위치에 의해 생성된 직사각형 모양의 주전원 주파수의 교류 전압이 변환기의 부하에 공급됩니다. 스위치의 작동 모드는 LF 인버터 A2의 제어 장치를 결정합니다. 트랜지스터 VT5-VT8은 변환기의 나머지 부분과 갈바닉 절연된 동일한 드라이버 A4-A7에 의해 제어됩니다. RF 인버터의 "심장"은 KR1156EU2 [5] PWM 컨트롤러 마이크로 회로(외부 아날로그 - Unitrode [3825]의 UC6)로, 전압으로 작동하는 높은 스위칭 주파수로 푸시-풀 스위칭 전원 공급 장치를 제어하도록 특별히 설계되었습니다. 또는 현재 피드백. HF 인버터 A1의 제어 장치 구성표가 그림 2에 나와 있습니다. XNUMX.
컨트롤러의 내부 마스터 발진기의 주파수는 저항 R9 및 커패시터 C9와 같은 외부 요소의 정격에 의해 결정되며 표시된 값에서 약 50kHz입니다. 커패시터 C9에 형성된 작동에 필요한 톱니파 신호는 마이크로 회로의 RAMP 입력에 공급됩니다. +5V 기준 소스의 전압이 미세 회로 내부 USO(오류 신호 증폭기)의 직접 입력 IN에 적용됩니다. 저주파 영역의 USO 이득은 저항 R4, R7의 저항에 따라 다르며 3과 같습니다. 커패시터 C5은 고주파 영역에서 증폭기의 주파수 응답을 수정하여 안정성을 높이도록 설계되었습니다. 전체 펄스 폭 제어 시스템. 출력 제어 펄스 폭의 변화는 RAMP 입력에서 작동하는 톱니파 전압 컨트롤러의 내부 비교기와 USO의 출력 전압을 비교한 결과 발생합니다. 출력 OUTA 및 OUTB에서 반복률 25kHz로 생성된 제어 펄스는 각각 트랜지스터 VT1, VT2 및 VT3, VT4에 공급됩니다. 커패시터 C10은 컨트롤러 소프트 스타트 노드의 작동을 결정합니다. 전원이 켜지는 순간 커패시터는 9μA의 전류로 소스에서 충전을 시작하며, 충전 시 SS 핀의 전압이 증가하여 컨트롤러의 작동 주기가 원활하게 증가합니다. 주 회로에서 볼 수 있듯이(그림 1 참조) 컨버터 과부하 시 전류 릴레이 K1이 활성화되어 리드 스위치 K1.1의 접점이 닫힙니다. 이렇게 하면 트리니스터 VS1이 열리고 HL1 "보호" LED가 켜지고 저항 R2에서 약 8V의 전압 강하가 나타납니다. 이 전압은 SD 컨트롤러의 입력에 적용되어 차단 모드로 전환됩니다. DA1 칩의 출력 OUTA, OUTB는 하이 임피던스 상태로 전환되고 스위칭 트랜지스터 VT1-VT4는 닫힙니다. 과부하가 제거된 후 장치를 작동 상태로 되돌리려면 잠시 동안 컨버터의 전원을 꺼야 합니다. 파라메트릭 스태빌라이저 R12VD8은 컨트롤러 공급 전압을 12V로 제한합니다. 드라이버 전원 공급 장치 A2는 무화과의 방식에 따라 만들어진 저전력 펄스 변환기입니다. 삼.
논리 요소 DD1.1, DD1.2에는 약 100kHz의 반복 속도로 펄스를 생성하는 마스터 오실레이터가 조립됩니다. 그 다음에는 DD4 칩의 트리거에서 만들어진 주파수 분배기가 2로 이어집니다. 트리거 DD2.1, DD2.2의 역 출력 및 트리거 DD2.2의 직접 출력의 펄스는 논리 요소 DD1.3 및 DD1.4에 공급됩니다. 이러한 요소의 출력에서 약 25kHz의 반복 속도로 생성 된 제어 펄스가 트랜지스터 VT9 및 VT10에 공급되어 변압기 T2의 XNUMX 차 권선 전류를 스위칭합니다. 저주파 인버터 A3의 제어 장치 다이어그램이 그림 4에 나와 있습니다. 넷.
표준 체계에 따라 포함된 일체형 타이머 DA2에는 마스터 오실레이터가 조립됩니다. 생성된 펄스의 반복 주파수는 요소 C17, R23, R24에 의해 결정됩니다. 지정된 등급의 경우 100Hz입니다. 생성기의 신호는 주파수 분배기에 2로 공급되고 DD3.1 트리거에서 수집되어 이상 신호 셰이퍼 역할을 합니다. 또한 셰이퍼에서 50Hz 주파수의 펄스가 논리 요소 DD4.1, DD4.2에 공급되고 출력에서 트랜지스터 VT11, VT12를 통해 드라이버 옵토 커플러의 해당 LED에 공급됩니다. (A4-A7). DD3.2 트리거에 조립된 단일 진동기는 제어 펄스 사이의 일시 중지를 얻도록 설계되었습니다. 트랜지스터 브리지 VT5-VT8의 암에서 통과 전류가 발생하는 것을 방지하려면 이러한 일시 중지가 필요합니다. 형성된 일시 중지 시간은 C19, R25, R26 요소의 값에 의해 결정되며 다이어그램에 표시된 항목의 경우 약 1ms입니다. 저주파 인버터의 스위칭 트랜지스터 VT4-VT7을 제어하기 위한 드라이버 A5-A8은 그림 5의 동일한 회로에 따라 만들어집니다. XNUMX.
제어 신호는 LF 인버터 제어 장치로부터 갈바닉 절연을 제공하는 다이오드 옵토커플러 U1을 통해 드라이버에 공급됩니다. 또한 트랜지스터 VT13의 증폭기 후에 신호는 스위칭 트랜지스터 VT14의 게이트 회로에 직접로드되는 상보 출력 스테이지 VT15VT5로 들어갑니다. 드라이버는 절연 변압기 T2 및 평활화 필터 C3이 있는 다이오드 브리지 VD15를 통해 저전력 펄스 변환기 A21에 의해 전원이 공급됩니다. R34VD14 회로는 전계 효과 트랜지스터의 최대 게이트 전압을 15V로 제한합니다. 저자 버전에서 변환기는 200x120x120mm 크기의 적절한 금속 케이스에 조립됩니다. 장치의 모양은 그림에 나와 있습니다. 6.
변환기의 모든 기능 장치는 전원 요소를 제외하고 별도의 인쇄 회로 기판에 조립됩니다. PWM 컨트롤러의 PCB 레이아웃 토폴로지에 특히주의를 기울여야하며 입력 및 출력 회로의 도체의 상대적 위치가 가깝지 않도록하고 가능한 경우 길이를 최소화해야합니다. 이 어셈블리의 인쇄 회로 기판은 한 면의 호일을 공통 와이어로 사용하여 양면 호일 유리 섬유로 만들 것을 권장합니다. 고주파 인버터의 발열 소자 VT1-VT4와 변압기 T1, 커패시터 C1, C2 및 댐핑 소자 VD2, VD3, R1, C3는 견고한 케이스 후면 벽에 장착됩니다. 크기가 120x120mm이고 두께가 8mm인 두랄루민 판. 설치는 단면적이 10mm2인 동선(타이어)으로 이루어집니다. 외측 후면 벽에는 수직으로 배열된 리브가 제공되므로 히트 싱크 작업 표면의 유효 면적은 약 600cm2입니다. 장치 후면 벽의 나머지 공간은 배터리와 퓨즈 FU1을 연결하기 위한 단자용으로 예약되어 있습니다. 트랜지스터 VT5-VT8에는 각각 약 50mm == 2의 면적을 가진 작은 방열판이 장착되어 있습니다. 다이어그램에 표시된 IRFZ34N(VT1-VT4) 트랜지스터 대신 IRFZ44, BUZ11, KP723A 또는 유도된 n-채널이 있는 다른 MOSFET, 최소 35A의 최대 드레인 전류, 최소 55V 및 0,04ohm 이하의 개방 채널 저항. 트랜지스터 IRF820 (VT5-VT8) 대신 IRF830, BUZ90, KP707B1 또는 최대 드레인 전류가 2A 이상이고 최대 드레인 소스 전압이 400V 이상인 기타 적절한 구조를 사용할 수 있습니다. 트랜지스터 KT972A ( VT9-VT12)는 KT829A 또는 복합 KT315 + KT815로 문자 색인으로 교체할 수 있습니다. 나머지 트랜지스터 대신 해당 구조의 저전력 바이폴라를 사용할 수 있습니다. 다이오드 KD226G(VD4-VD7)는 KD226D로 교체할 수 있습니다. 상당한 전류 리플이 있는 회로에서 작동할 수 있는 산화물 커패시터 C1, C2, C5, C6 - K50-24, K50-27. 장치에 사용되는 나머지 산화물 커패시터는 K50-6, K50-16, K53-14A, 무극성 - 모든 세라믹(예: KM-5, KM-6, K10-17)입니다. 스위치 Q1 - 최소 20A의 정격 전류를 위해 설계된 모든 것. 전류 계전기 K1은 KEM-1 리드 스위치 또는 가능한 한 가장 짧은 응답 시간을 갖는 한 쌍의 메이크 접점을 기반으로 만들어집니다. 리드 스위치는 적절한 직경의 비자성 재료로 된 얇은 벽의 원통형 튜브에 배치됩니다. 하나 또는 두 개의 권선을 포함하는 릴레이 권선이 튜브 위에 감겨 있습니다. 정확한 회전 수는 조정 중에 선택됩니다. 인덕터 L1은 M28NM 페라이트로 만든 B2000 자기 회로를 기반으로 합니다. PEV-2 0,9 와이어로 채워질 때까지 코일 프레임에 권선을 감습니다. 조립할 때 0,1mm 두께의 비자성 재료로 만든 개스킷이 자기 회로 부품 사이에 배치됩니다. 이러한 초크의 인덕턴스는 약 1mH입니다. 변압기 T1은 함께 접힌 M65NM 페라이트의 두 개의 링 자기 코어 K40x6x4000에 감겨 있습니다. 권선 I에는 2개의 PEV-6 60 도체의 2x0,35 회전이 포함되고 권선 II - PEV-220 2 전선의 0,9회전이 포함됩니다. 감기 전에 자기 코어의 날카로운 모서리를 둥글게 처리해야 합니다. 와인딩 II가 먼저 감겨져 있습니다. 그런 다음 권선 I. 누설 인덕턴스를 줄이기 위해 두 개의 와이어 (각각 60 도체의 두 묶음)로 감겨져 자기 회로에 고르게 분포됩니다. 5 차 권선의 경우 적절한 (7 ... 2 mmXNUMX) 단면의 동축 케이블의 구리 차폐 편조로 형성된 번들을 사용할 수 있습니다. 권선 간 절연을 제공하기 위해 번들은 적절한 직경의 절연 재료(예: PVC) 튜브에 배치됩니다. XNUMX차 권선의 중간점은 반권선의 시작 부분을 다른 반권선의 끝에 연결하여 얻습니다. T2 변압기는 M28NM 페라이트로 만든 K16x9x2000 링으로 만들어졌습니다. 권선에는 2차 - 20x20 및 2차 - 와이어 PEV-0,4 1의 XNUMX회 권선이 포함됩니다. 첫째, 그들은 TXNUMX 변압기에서와 같이 XNUMX 차 권선을 감고 그 위에 두 개의 전선으로 XNUMX 차 권선을 감습니다. 반감기의 시작 부분을 다른 반감기의 끝 부분에 연결하여 중간점을 얻습니다. 각 TK 드라이버 전원 변압기(20개를 만들어야 함)는 M12NM 페라이트로 만들어진 K6x2000x30 링에 감겨 있습니다. 권선에는 40차 - 2, 0,28차 - 와이어 PEV-XNUMX XNUMX의 XNUMX회 권선이 포함됩니다. XNUMX차 권선이 먼저 감깁니다. 변환기를 설정하려면 출력 전류가 10 ... 15 A인 5 ... 10 V DC 소스가 필요합니다. 이를 위해 출력 전류 과부하 보호 기능이 있는 자동차 배터리 충전기를 사용할 수 있습니다. 변환기의 고주파 및 저주파 부분은 별도로 조정됩니다. 장치의 고주파 부분을 조립한 후 설치가 올바르고 고품질인지 확인해야 합니다. 그런 다음 다이어그램에 따라 가변 저항 R4의 엔진이 위쪽 위치로 설정됩니다. 저항이 10ohm이고 전력이 5W 인 전류 제한 저항을 통해 장치에 전원이 공급됩니다. 이 경우 무부하 전류는 300mA를 초과해서는 안되며 VD4-VD7 정류기의 출력 전압은 약 190A의 전류에서 작동하는 200 ... 범위에 있어야합니다. 그 후, 전류 릴레이가 장치에 연결되고 고주파 부분이 조정되어 배터리에서 공급됩니다. VD4-VD0,5 정류기에 연결된 부하의 전력을 최대 25W까지 점진적으로 증가시켜 컨버터의 소비 전류, 출력 전압 및 열 모드를 제어합니다. 장기간 작동하는 동안 방열판의 온도는 4 °C를 초과하지 않아야 합니다. 이것으로 기기의 고주파 부분의 설정이 완료되었다고 볼 수 있습니다. 드라이버의 전원 공급 장치와 드라이버 자체는 오류 없는 설치 중에 조정할 필요가 없습니다. 저주파 인버터에 대한 제어 장치 설정은 튜닝 저항 R100을 사용하여 클록 생성기의 주파수(23Hz)를 설정하고 튜닝 저항 R1을 사용하여 출력 펄스 사이의 일시 중지 기간(약 26ms)을 설정하는 것으로 구성됩니다. 변환기의 전체 저주파 부분을 조립한 후 오실로스코프를 사용하여 저항 R10 양단의 출력 교류 전압을 제어하면서 15 ... 6 V의 정전압이 입력에 인가됩니다(극성 고려). 관찰된 출력 신호는 가시적 왜곡 없이 듀티 사이클 2로 대칭인 구형파여야 합니다. 필요한 경우 튜닝 저항 R26을 사용하여 사행 반주기 사이의 일시 중지 시간을 추가로 조정하십시오. 이것으로 변환기의 저주파 부분 조정이 완료됩니다. 또한 고주파와 저주파 부분을 서로 연결하고 필요에 따라 출력 교류 전압을 가변 저항 R220로 4V로 조정하면서 전체 전력 범위에서 컨버터의 성능을 전체적으로 모니터링합니다. 출력 전압은 유효(유효) 값을 보여주는 포인터 장치로 측정해야 합니다! 결론적으로 제안된 장치는 필요한 출력 특성에 쉽게 적응할 수 있다는 점에 주목하고 싶습니다. 저항 분할기 R3-R5의 분할 계수를 선택하면 다른 출력 전압(예: 127V)을 설정할 수 있으며 요소 C17, R24의 값을 변경하면 다른 값을 얻을 수 있습니다. 출력 주파수 값(예: 400Hz). 문학
저자: I.Poley, 유즈노사할린스크
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