Mạch ổn định điện áp SMPS

Bài viết giải thích một mạch ổn áp nguồn chính chuyển đổi trạng thái rắn không có rơ le, sử dụng bộ chuyển đổi tăng cường lõi ferit và một vài mạch điều khiển mosfet nửa cầu. Ý tưởng do ông McAnthony Bernard yêu cầu.

Thông số kỹ thuật

Cuối cùng, tôi bắt đầu nhìn vào ổn áp sử dụng trong nhà để điều chỉnh nguồn cung cấp điện , tăng điện áp khi tiện ích thấp và giảm điện áp khi tiện ích cao.

Nó được chế tạo xung quanh máy biến áp nguồn (lõi sắt) quấn theo kiểu biến áp tự ngẫu với nhiều vòi 180v, 200v, 220v, 240v 260v vv.

mạch điều khiển với sự trợ giúp của rơ le chọn đúng vòi cho đầu ra. Tôi đoán bạn quen thuộc với thiết bị này.

Tôi bắt đầu suy nghĩ để thực hiện chức năng của thiết bị này với SMPS. Điều này sẽ có lợi ích là phát ra 220vac liên tục và tần số ổn định 50hz mà không cần sử dụng rơle.

Tôi đã đính kèm trong thư này sơ đồ khối của khái niệm.

Vui lòng cho tôi biết bạn nghĩ gì, nếu việc đi trên con đường đó có ý nghĩa gì.

Nó sẽ thực sự hoạt động và phục vụ cùng một mục đích? .

Ngoài ra, tôi sẽ cần sự giúp đỡ của bạn trong phần chuyển đổi DC sang DC điện áp cao.

Trân trọng
McAnthony Bernard

Thiết kế

Có thể hiểu mạch ổn áp nguồn dựa trên lõi ferit trạng thái rắn được đề xuất không có rơ le bằng cách tham khảo sơ đồ sau và giải thích tiếp theo.

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

Hình trên cho thấy cấu hình thực tế để triển khai đầu ra 220V hoặc 120V ổn định bất kể biến động đầu vào hoặc quá tải bằng cách sử dụng một vài giai đoạn bộ xử lý bộ chuyển đổi tăng cường không bị cô lập.

Ở đây, hai IC mosfet trình điều khiển nửa cầu trở thành yếu tố quan trọng của toàn bộ thiết kế. Các vi mạch liên quan là IRS2153 linh hoạt được thiết kế đặc biệt để điều khiển các mosfet ở chế độ nửa cầu mà không cần mạch bên ngoài phức tạp.

Chúng ta có thể thấy hai giai đoạn trình điều khiển nửa cầu giống hệt nhau được kết hợp, trong đó trình điều khiển bên trái được sử dụng làm giai đoạn trình điều khiển tăng cường trong khi bên phải được định cấu hình để xử lý điện áp tăng thành đầu ra sóng sin 50Hz hoặc 60Hz kết hợp với điều khiển điện áp bên ngoài mạch điện.

Các IC được lập trình bên trong để tạo ra chu kỳ làm việc 50% cố định trên các sơ đồ chân đầu ra thông qua cấu trúc liên kết cực totem. Các sơ đồ chân này được kết nối với các mosfet điện để thực hiện các chuyển đổi dự định. Các IC cũng được trang bị bộ dao động bên trong để kích hoạt tần số yêu cầu ở đầu ra, tốc độ của tần số được xác định bởi mạng Rt / Ct được kết nối bên ngoài.

Sử dụng Tính năng Tắt máy

IC cũng có tính năng ngắt thiết bị có thể được sử dụng để ngừng đầu ra trong trường hợp quá dòng, quá áp hoặc bất kỳ tình huống thảm khốc đột ngột nào.

Để biết thêm thông tin về th Là IC điều khiển nửa cầu, bạn có thể tham khảo đến bài viết này: IC Driver Mosfet Half-Bridge IRS2153 (1) D - Sơ đồ chân, Giải thích các ghi chú ứng dụng

Các đầu ra từ các IC này cực kỳ cân bằng do quá trình xử lý thời gian chết và khởi động bên trong rất phức tạp đảm bảo hoạt động hoàn hảo và an toàn của các thiết bị được kết nối.

Trong mạch ổn áp nguồn chính SMPS đã thảo luận, giai đoạn bên trái được sử dụng để tạo ra khoảng 400V từ đầu vào 310V có nguồn gốc bằng cách chỉnh lưu đầu vào nguồn điện 220V.

Đối với đầu vào 120V, giai đoạn này có thể được thiết lập để tạo ra khoảng 200V thông qua cuộn cảm được hiển thị.

Cuộn cảm có thể được quấn trên bất kỳ cụm lõi / suốt EE tiêu chuẩn nào bằng cách sử dụng 3 sợi song song (giống nhau) của dây đồng siêu tráng men 0,3mm và khoảng 400 vòng.

Chọn tần số

Tần số phải được đặt bằng cách chọn chính xác các giá trị của Rt / Ct sao cho đạt được tần số cao khoảng 70kHz cho giai đoạn bộ chuyển đổi tăng cường bên trái, trên cuộn cảm được hiển thị.

IC trình điều khiển bên phải được đặt để làm việc với 400V DC trên từ bộ chuyển đổi tăng cường sau khi chỉnh lưu và lọc thích hợp, như có thể được chứng kiến ​​trong sơ đồ.

Ở đây các giá trị của Rt và Ct được chọn để thu được khoảng 50Hz hoặc 60Hz (theo thông số kỹ thuật của quốc gia) trên đầu ra mosfet được kết nối

Tuy nhiên, đầu ra từ giai đoạn trình điều khiển bên phải có thể cao tới 550V và điều này cần được điều chỉnh đến mức an toàn mong muốn, ở khoảng 220V hoặc 120V

Đối với điều này, một cấu hình bộ khuếch đại lỗi opamp đơn giản được bao gồm, như được mô tả trong sơ đồ sau.

Mạch điều chỉnh quá áp

Như thể hiện trong sơ đồ trên, giai đoạn hiệu chỉnh điện áp sử dụng một bộ so sánh opamp đơn giản để phát hiện tình trạng quá áp.

Mạch chỉ cần được đặt một lần để tận hưởng điện áp ổn định vĩnh viễn ở mức đã đặt bất kể biến động đầu vào hoặc quá tải, tuy nhiên, những điện áp này không được vượt quá giới hạn có thể chấp nhận được của thiết kế.

Như minh họa, nguồn cung cấp cho amp báo lỗi được lấy từ đầu ra sau khi chỉnh lưu thích hợp AC thành dòng điện thấp 12V DC ổn định cho mạch.

chân số 2 được chỉ định làm đầu vào cảm biến cho IC trong khi chân số 3 không đảo ngược được tham chiếu đến 4,7V cố định thông qua mạng diode zener kẹp.

Đầu vào cảm biến được trích xuất từ ​​một điểm không ổn định trong mạch và đầu ra của IC được nối với chân Ct của IC điều khiển bên phải.

Chân này hoạt động như chân tắt cho vi mạch và ngay khi nó đạt mức thấp dưới 1/6 Vcc của nó, nó ngay lập tức xóa các nguồn cấp dữ liệu đầu ra đến các mosfet làm tắt quá trình ở trạng thái đứng yên.

Giá trị đặt trước được liên kết với chân số 2 của opamp được điều chỉnh thích hợp sao cho nguồn điện AC đầu ra giảm xuống 220V từ đầu ra 450V hoặc 500V có sẵn, hoặc thành 120V từ đầu ra 250V.

Miễn là chân số 2 gặp điện áp cao hơn với tham chiếu đến chân số 3, nó tiếp tục giữ đầu ra ở mức thấp, đến lượt nó ra lệnh cho IC trình điều khiển tắt, tuy nhiên, 'tắt' ngay lập tức sửa đầu vào opamp, buộc nó để rút tín hiệu thấp đầu ra của nó và chu kỳ tiếp tục tự điều chỉnh đầu ra về mức chính xác, như được xác định bởi cài đặt đặt trước chân # 2.

Mạch khuếch đại lỗi tiếp tục ổn định đầu ra này và vì mạch có lợi thế là biên độ 100% đáng kể giữa điện áp nguồn đầu vào và các giá trị điện áp quy định, ngay cả trong điều kiện điện áp cực thấp, đầu ra quản lý để cung cấp điện áp ổn định cố định cho tải bất kể điện áp là bao nhiêu, điều này cũng đúng trong trường hợp khi kết nối tải không khớp hoặc quá tải ở đầu ra.

Cải thiện thiết kế trên:

Một cuộc điều tra kỹ lưỡng cho thấy rằng thiết kế trên có thể được sửa đổi và cải tiến rất nhiều để tăng hiệu quả và chất lượng đầu ra:

1. Cuộn cảm thực sự không cần thiết và có thể được loại bỏ
2. Đầu ra phải được nâng cấp thành mạch cầu toàn phần để nguồn tối ưu cho tải
3. Đầu ra phải là dạng sóng tinh khiết và không phải là dạng đã sửa đổi như mong đợi trong thiết kế ở trên

Tất cả các tính năng này đã được xem xét và chăm sóc trong phiên bản nâng cấp sau của mạch ổn định trạng thái rắn:

Hoạt động mạch

1. IC1 hoạt động giống như một mạch dao động đa năng thông thường, có thể điều chỉnh tần số bằng cách thay đổi giá trị của R1 một cách thích hợp. Điều này quyết định số lượng 'trụ' hoặc 'cắt' cho đầu ra SPWM.
2. Tần số từ IC 1 tại chân số 3 của nó được đưa đến chân số 2 của IC2 được nối dây như một máy phát PWM.
3. Tần số này được chuyển đổi thành sóng tam giác tại chân số 6 của IC2, được so sánh bằng điện áp mẫu tại chân số 5 của IC2
4. Chân số 5 của IC2 được áp dụng sóng sinewave mẫu ở tần số 100 Hz thu được từ bộ chỉnh lưu cầu, sau khi hạ nguồn điện một cách thích hợp xuống 12V.
5. Các mẫu sóng sinewM này được so sánh với các sóng tam giác ở chân số 7 của IC2, dẫn đến SPWM được pha loãng một cách tương ứng ở chân số 3 của IC2.
6. Bây giờ, độ rộng xung của SPWM này phụ thuộc vào biên độ của sóng sin mẫu từ bộ chỉnh lưu cầu. Nói cách khác, khi điện áp nguồn AC cao hơn sẽ tạo ra SPWM rộng hơn và khi điện áp nguồn AC thấp hơn, nó làm giảm độ rộng SPWM và làm cho nó hẹp hơn một cách tương ứng.
7. SPWM ở trên được đảo ngược bởi một bóng bán dẫn BC547, và được áp dụng cho các cổng của các mosfet phía thấp của mạng trình điều khiển cầu đầy đủ.
8. Điều này ngụ ý rằng khi mức nguồn AC giảm, phản hồi trên các cổng mosfet sẽ ở dạng SPWM rộng hơn tương ứng, và khi điện áp nguồn AC tăng, các cổng sẽ gặp SPWM suy giảm tương ứng.
9. Ứng dụng trên sẽ dẫn đến việc tăng điện áp tương ứng trên tải được kết nối giữa mạng cầu H bất cứ khi nào nguồn điện xoay chiều đầu vào giảm xuống và ngược lại tải sẽ trải qua mức giảm điện áp tương ứng nếu AC có xu hướng tăng trên mức nguy hiểm.

Cách thiết lập mạch

Xác định điểm chuyển tiếp trung tâm gần đúng tại đó phản hồi SPWM có thể giống hệt mức AC nguồn.

Giả sử bạn chọn nó ở 220V, sau đó điều chỉnh giá trị đặt trước 1K sao cho tải kết nối với cầu H nhận được xấp xỉ 220V.

Vậy là xong, việc thiết lập đã hoàn tất và phần còn lại sẽ được tự động giải quyết.

Ngoài ra, bạn có thể sửa cài đặt trên về mức ngưỡng điện áp thấp hơn theo cách tương tự.

Giả sử ngưỡng dưới là 170V, trong trường hợp đó cấp 170V vào mạch và điều chỉnh giá trị đặt trước 1K cho đến khi bạn tìm thấy khoảng 210V trên tải hoặc giữa các nhánh cầu H.

Các bước này kết thúc quy trình thiết lập và phần còn lại sẽ tự động điều chỉnh theo thay đổi mức AC đầu vào.

Quan trọng : Vui lòng kết nối một tụ điện có giá trị cao theo thứ tự 500uF / 400V qua đường dây chỉnh lưu AC được cấp cho mạng cầu H, để DC chỉnh lưu có thể đạt tới 310V DC trên các đường BUS cầu H.