강력한 스위칭 DC 전압 조정기. 계획, 설명

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강력한 스위칭 DC 전압 조정기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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펄스 전압 안정기 중에는 출력 전압을 조절하는 펄스 폭(PW) 원리를 갖춘 장치가 특수 클래스로 구성됩니다. 이들의 독특한 특성은 부하 전류의 전체 범위에 걸쳐 리플 레벨이 일정하다는 것입니다. 스태빌라이저를 전원이 공급되는 디지털 장치와 동기화하는 것이 가능하며 어떤 경우에는 호환성 문제를 단순화할 수 있습니다.

안정기는 디지털 칩으로 만들어진 전자 장비에 전원을 공급하도록 설계되었습니다. 출력 전압 서지 없는 소프트 스타트, 과부하 제거 후 자동으로 작동 모드로 복귀하는 XNUMX단계 부하 전류 보호 기능이 있으며 오랫동안 출력 회로 폐쇄 모드에 있을 수 있습니다.

안정기의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1(클릭하면 확대됩니다()

직사각형 펄스의 클록 생성기는 DD1.1, DD1.2 요소에서 만들어집니다. 저항 R9와 요소 DD2.2의 입력 커패시턴스로 구성된 회로는 펄스의 약간의 시간 지연을 생성합니다. 따라서 요소 DD2.2의 출력에는 요소 DD1.1의 출력 신호에 비해 0,4...0,5μs만큼 지연된 직사각형 신호가 있습니다.

펄스 폭 제어 장치는 DD1.3, DD2.1, DD2.2 및 트리거 DD3.1 요소를 기반으로 구축되었습니다. 스태빌라이저의 핵심 요소에 대한 제어 펄스는 트리거 DD3.1에 의해 생성됩니다. 발생기의 지연된 펄스 가장자리에서 트리거는 단일 상태로 전환됩니다. 회로 R2C2는 요소 DD2.1의 상위 입력에서 약 100mV의 진폭을 갖는 삼각 전압 펄스를 생성합니다. 트리거는 R 입력에서 상태 0으로 전환됩니다.

시작할 때 첫 번째 순간의 출력 전압은 2이고 DD2.1 요소의 입력(핀 0,55)에서는 삼각 펄스만 작동하며 그 진폭은 요소의 임계 전압보다 작습니다(CMOS 마이크로 회로의 경우 다음에서 사용됨). 안정기는 공급 전압의 0,6...1.3과 같습니다). 요소 DD3.1의 하위 입력에서 단일 신호가 활성화되고 요소 DD1.1의 출력에 낮은 레벨 신호가 나타날 때 트리거 DD3.1이 XNUMX 상태로 전환됩니다. 이 경우 DDXNUMX 트리거의 단일 상태 지속 시간은 최대이며 발전기 진동의 반주기에 가깝습니다. 이는 핵심 요소의 개방 상태의 최대 시간에 해당합니다.

출력 전압이 조절 영역에 도달하면 DD2.1 요소의 상위 입력 전압은 DD1.3 요소의 상위 입력에 펄스 감쇠가 나타나기 전에 임계값까지 증가하는 시간을 가지며, DD3.1 트리거의 단일 상태는 정상 상태의 값으로 감소합니다. 이 순간부터 출력 전압의 증가가 중지되고 장치가 안정화 모드로 들어갑니다.

어떤 이유로(예: 부하 전류의 급격한 감소) 출력 전압이 증가하면 트리거의 단일 출력 펄스가 더욱 짧아지고 안정기의 출력 전압이 다시 안정된 값에 접근합니다.

SHI 제어 장치의 출력은 변압기 출력을 갖춘 안정적인 제어 전류 생성기인 트랜지스터 VT2, VT3을 사용하여 펄스 증폭기의 입력에 연결됩니다. 변압기 T3의 11차 권선을 통과하는 전류는 저항 R1,5의 저항에 의해 결정되며 약 4A와 같습니다. 전류 발생기에서 주요 트랜지스터 VTXNUMX를 제어하면 스위칭 프로세스 속도를 높이고 낮은 포화 전압 값을 얻을 수 있습니다.

트리거 DD3.1이 단일 상태에 있으면 전류 생성기는 제어 장치의 출력 펄스 동안 변압기 T3의 3차 권선을 통해 일정한 전류를 보장합니다. 자화 전류의 선형 증가 성분이 10차 권선에 나타납니다. 변압기 T15의 2차 권선 인덕턴스는 자화 전류의 최대값이 트랜지스터 VT4의 콜렉터 전류의 XNUMX~XNUMX%를 초과하지 않도록 선택됩니다. 따라서 트랜지스터 VTXNUMX의 베이스 전류는 열려 있는 동안 실질적으로 변하지 않습니다.

트랜지스터 VT2가 닫힌 후 변압기 T3은 전원에서 연결이 끊어지고 자화 전류 구성 요소가 감소하기 시작하여 VD8VD9R15 회로를 통해 흐릅니다. 이로 인해 변압기의 두 권선 모두에서 전압 극성이 변경됩니다. 트랜지스터 VT4의 이미 터 접합에 음의 전압을 가하면 강제로 닫힙니다.

명세서

입력 전압, V.......21...34
출력 전압, V ...... 5
보호 장치의 트리핑 전류, А.......17±1
입력 전압 값의 전체 범위에 걸쳐 15A의 부하 전류에서 출력 리플 전압 스윙, mV, 더 이상......30
부하 전류를 1A에서 15A로 변경하고 입력 전압을 21V에서 34V로 변경할 때 출력 전압 변경 제한......4,9...5,1
작동 주파수, kHz ....... 30

트랜지스터 VT4가 닫히면 입력 전압과 출력 전압의 차이가 인덕터 L3에 적용되고 이를 통과하는 전류가 증가합니다. 트랜지스터 VT4를 닫은 후에는 인덕터의 전류를 즉시 중단할 수 없으므로 다이오드 VD11, VD12가 열려 전류 흐름을 위한 회로가 형성됩니다. 지정된 인덕턴스 값에서 진폭. 인덕터 전류(따라서 필터 커패시터 C10-C13)의 교류 구성 요소는 3A이고 평균 전류 값은 최대 15A입니다. 출력 전압 리플을 줄이려면 여러 개를 연결하여 필터를 조립해야 합니다. 병렬로 연결된 커패시터. 더 나은 평활화를 위해 추가 L4C14 필터가 설치되어 리플 진폭을 3~5배 줄이고 고주파 간섭이 부하에 침투하는 것을 방지합니다.

스위칭 시 트랜지스터 VT4의 동적 손실을 줄이기 위해 추가 요소 T2, VD5, C7, L2 및 회로 C9R16VD10이 장치에 도입되었습니다. 장치의 각 작동 기간에서 트랜지스터 VT4가 열리면 포화 전압이 수십 나노초 내에 정상 상태 값에 도달합니다. 다이오드 VD10은 닫혀 있으며 이 전압의 감소율에 영향을 미치지 않습니다. 트랜지스터 VT4의 콜렉터 전류는 변압기 T2의 12차 권선 인덕턴스에 의해 결정되는 비율로 증가하고 약 15μs의 시간에 2...4A의 값에 도달합니다. 따라서 트랜지스터 VT2의 콜렉터 전류 증가는 포화 전압의 낮은 값에서 발생하여 트랜지스터가 열릴 때 트랜지스터의 동적 손실을 급격히 감소시킵니다. 지정된 시간이 지나면 변압기 TXNUMX의 자기 회로가 포화되고 권선의 전압이 XNUMX으로 감소하며 기간이 끝날 때까지 안정기 작동에 영향을 미치지 않습니다.

트랜지스터 VT4가 닫히면 변압기 T2 권선의 전압 부호가 바뀌고 다이오드 VD5가 열리고 변압기에 저장된 에너지가 커패시터 C7의 전하로 변환됩니다. 동시에 트랜지스터 VT4의 컬렉터와 이미터 사이의 전압이 증가하기 시작하고 다이오드 VD10이 열리고 커패시터 C9가 이 트랜지스터와 병렬로 연결됩니다. 이제 트랜지스터의 전압 증가율은 커패시터 C9의 커패시턴스에 의해 결정됩니다(증가 시간은 약 1μs). 다음에 트랜지스터 VT4가 열리면 이 커패시터는 저항 R16을 통해 방전됩니다.

보호 시스템의 주요 요소는 변류기 T1에 만들어진 부하 전류 센서입니다. 클록 생성기의 단일 신호를 사용하면 요소 DD2.3, DD2.4에 조립된 보호 장치의 트리거가 0(요소 DD2.4 출력의 레벨 4)으로 재설정됩니다. 이때 트랜지스터 VT2.3는 닫혀 있다. 열리면 선형적으로 증가하는 전압이 요소 DD2.3의 상위 입력에 공급됩니다. 부하 전류가 최대값보다 작으면 요소 DD4의 상위 입력 전압이 임계값을 초과하지 않습니다. 과부하가 발생하는 경우 트랜지스터 VT2.3의 콜렉터 전류는 요소 DD1의 상위 입력 전압이 임계값을 초과하고 보호 트리거가 단일 상태(요소 출력의 레벨 2.4)로 전환되는 값에 도달합니다. DD3.1). 이 경우 트리거 DD4이 XNUMX으로 설정되고 트랜지스터 VTXNUMX가 닫힙니다. 안정기는 부하 전류 제한 모드로 전환되고 출력 전압이 감소합니다.

이 모드는 안정기에는 위험하지 않지만(트랜지스터 VT4의 콜렉터 전류는 제한됨) 부하에는 허용되지 않을 수 있습니다. 부하를 보호하기 위해 통합 회로 VD2R6R10C6과 원샷 트리거 DD3.2로 구성된 보호 시스템의 두 번째 단계가 켜집니다. DD3.2 트리거의 초기 상태는 70입니다. 과부하가 150~6ms 이상 지속되면(다중성에 따라 다름) 커패시터 C3.2의 전압이 증가하여 임계값에 도달하고 트리거 DD2가 약 2.2초 동안 단일 상태로 전환됩니다. . 요소 DD3.1의 하위 입력에 있는 단일 상태는 트리거 DD6에 대한 클럭 펄스 공급을 금지하고 안정 장치는 꺼집니다. 이 시간 동안 커패시터 C10은 저항 R8을 통해 방전되고 커패시터 C13은 저항 R3.2을 통해 임계값까지 충전되며 트리거 DDXNUMX는 원래 상태로 설정됩니다. 안정 장치가 자동으로 시작됩니다. 과부하가 해결되지 않으면 프로세스가 반복됩니다.

보호 시스템의 응답 전류는 저항 R7을 선택하여 넓은 범위 내에서 변경할 수 있습니다. 저항이 증가하면 전류는 비례적으로 감소합니다.

전류 발생기 VT4 VD1에 의해 구동되는 제너 다이오드 VD1를 기반으로 한 파라메트릭 안정기에서 SHI 제어 장치에 전원을 공급하면 출력 전압의 높은 안정성이 보장됩니다.

그림 2는 공급 전압의 세 가지 특성 값에서 부하 전류에 대한 안정기 효율의 의존성을 그래픽으로 보여줍니다. 효율이 3...8 A의 부하 전류 범위에서 최대임을 쉽게 알 수 있습니다. 스태빌라이저가 10...15 A 범위의 부하 전류에서 사용되도록 의도된 경우 다음과 같습니다. 저항 R11을 다른 저항 2,2...2,4 Ohm으로 교체하여 효율의 최대치를 더 높은 전류 쪽으로 전환하는 것이 좋습니다.

강력한 스위칭 DC 전압 조정기
Pic.2

그림 3은 스태빌라이저의 부하 특성을 보여줍니다. 그래프는 출력 전압의 안정성이 매우 높으며(5V ±2%) 모든 시리즈의 디지털 마이크로 회로로 만들어진 장치에 전원을 공급하기에 충분하다는 것을 보여줍니다.

강력한 스위칭 DC 전압 조정기
Pic.3

변압기 T1-T3 및 초크 L2, L4는 20NM12 페라이트로 만들어진 표준 크기 K6x2000x1의 링 자기 코어로 만들어집니다. 변압기 T2와 초크 L2, L4의 자기 코어에는 0.4mm 너비의 비자성 간격을 제공해야 합니다. 이렇게하려면 다이아몬드 디스크로 링을 반으로 자르거나 극단적 인 경우 분할 한 다음 다시 조립하고 여러 겹의 얇은 종이로 만든 두 컷에 0,2mm 두께의 개스킷을 두어 풍부하게 함침시키는 것이 가장 좋습니다. 에폭시 수지로. 자기 회로의 절반을 연결한 후 단단히 압축하고 수지를 경화시킵니다. 과도하게 경화된 수지는 파일로 제거됩니다. 스로틀 L4는 두 개의 유사한 링에 감겨 있으며 간격이 반드시 일치하도록 함께 접혀 있습니다.

변압기 T1의 권선 1은 단면적이 1mm2 이상인 연선 XNUMX회전입니다. 권선 사이의 최대 전자기 결합을 보장하는 것이 매우 중요하므로 이 권선은 시작과 끝 사이의 최단 거리를 따라 감을 수 없습니다. 회전의 시작과 끝이 링 실린더의 외부 측면에 서로 옆에 위치하고 중간이 가장 먼 지점에 인접하도록 자기 회로(여러 겹의 바니시 처리된 직물로 포장)에 배치됩니다. 링 홀 내부 표면의 시작과 끝.

권선 II에는 PEV-200 1 와이어 0,1회가 포함되어 있습니다. 변압기 T1의 권선 2에는 단면적이 최소 7mm1인 연선 2회가 포함되어 있으며, 권선 II - PEV-7 1 전선 0,68회가 포함되어 있습니다. T3 변압기의 권선 I에는 120회전의 PEV-1 0,25 와이어가 포함되어 있고 권선 II에는 10회전의 PEV-1 0,68 와이어가 포함되어 있습니다.

스로틀 L1 - D-0,1. 허용 전류가 30mA 이상인 다른 것을 사용할 수 있습니다. 인덕터 L2의 권선에는 35mm의 PEV-1 와이어 0,68회가 포함되어 있고, 인덕터 L4에는 단면적이 5mm2 이상인 연선 2회가 포함되어 있습니다. L3 인덕터는 중간 막대에 48mm의 간격을 두고 2000NM1 페라이트로 만들어진 B0,6 외장 자기 코어로 만들어졌습니다. 권선에는 10개의 PEV-25 1 와이어 묶음으로 구성된 0,44개의 회전이 포함되어 있습니다. 권선의 활성 저항은 약 4MOhm입니다. 인덕터 L2를 통해 흐르는 전류의 평균값은 2A, L3, L4 - 18A입니다.

장치에 사용되는 미세 회로는 K564 시리즈의 유사한 미세 회로로 교체할 수 있습니다.

커패시터 C7 C10-C14 - K50-24 대신 K50-27, K50-29, K50-31, K52-1을 사용할 수 있습니다. 커패시터 C8, C4 - K50-6, 나머지는 KM 시리즈에 속합니다. 고정 저항기 - MLT, 트리밍 저항기 R18 - SP14-1.

장치를 테스트할 때 트랜지스터 VT2, VT4, 다이오드 VD5, VD11을 테스트합니다. VD13은 두께 5mm, 표면적 400cm2의 두랄루민으로 제작된 일반 판형 방열판에 설치되었습니다. 수직 방열판을 사용하여 15A의 부하 전류로 안정 장치를 장기간 작동하는 동안 온도는 50°C를 초과하지 않았습니다.

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독일 입자물리학 연구센터 DESY와 웁살라 대학(스웨덴)의 과학자들은 X선 레이저(레이저)를 사용하여 물을 초고속으로 가열하는 실험을 수행했으며 결과가 시뮬레이션과 일치하는지 확인했습니다.

일반적으로 물을 끓일 때의 가열은 대류나 열복사를 이용한 진동을 통해 분자에 운동에너지를 전달하는 것으로 이루어진다. 그러나 이 경우 물리학자들은 X선 자유 전자 레이저의 단일 펨토초 펄스에 의해 이온화를 통해 에너지가 전달되는 다른 방법을 사용했습니다. 이것은 따뜻한 밀도 물질(WOM)으로 알려진 이국적인 플라즈마 상태의 출현과 함께 빠른 이온화를 유발합니다.

WDM(Warm Dense Matter)은 매개변수 측면에서 고체와 이상적인 플라즈마 사이에 있는 물질이 응집된 상태입니다. 그것은 플라즈마로 설명하기에는 너무 밀도가 높고 응축 물질 물리학에서 고려하기에는 너무 뜨겁습니다. 즉, 플라즈마와 고체 사이의 것입니다. 이것은 플라즈마보다 훨씬 밀도가 높으며(0,01~100g/cm2) 어떤 경우에는 그것이 파생된 고체의 비중이 두 배입니다. 일반적으로 슈뢰딩거 물질의 일종.

물에서 TPR을 얻기 위한 현재 실험은 DESY의 자유 전자 레이저 연구 센터(CFEL)의 과학자 그룹에 의해 수행되었습니다. 상태의 동시 연구와 분자의 가열은 SLAC 국립 가속기 연구소(미국)에서 X선 자유 전자 레이저를 사용하여 수행되었습니다. 오히려 워터 제트를 통해 6,86keV(106J/cm2 이상)의 X선 방사선의 매우 강렬한 극초단파 섬광을 수행했습니다.

75펨토초, 즉 75초 이내에 물은 액체에서 플라즈마로 상전이를 겪는다. 플라즈마는 원자에서 전자가 제거되어 일종의 전하를 띤 기체가 되는 물질의 상태입니다.

실험의 공동 저자인 Uppsala University의 Olof Jonsson(Olof Jonsson)은 "그러나 액체가 플라즈마로 변환되는 동안 원자는 아직 크게 움직일 시간이 없었기 때문에 물은 여전히 액체의 밀도를 유지합니다."라고 설명합니다. .

이러한 이국적인 물질 상태는 지구상의 자연 상태에서는 찾을 수 없습니다. "태양 및 가스 거인 목성의 일부 플라즈마와 동일한 특성을 갖지만 밀도는 낮습니다. 한편, 지구의 자연 상태보다 뜨겁습니다. 핵심." 물에 대한 실험을 수행하면 그러한 이국적인 상태에서 물의 특성에 대해 더 잘 배울 수 있습니다. 이것은 이 물질의 진정으로 독특한 특성을 고려할 때 더욱 중요합니다.

Jonsson은 "물은 정말 이상한 액체이며, 그 특성이 없다면 지구상의 많은 것들이 원래의 모습이 아닐 것입니다. 특히 생명이 그렇습니다."라고 강조했습니다. 물은 밀도, 열용량 및 열전도율을 포함하여 많은 변칙적 특성과 특성을 가지고 있습니다.

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