Konstrukcija visokoučinkovitih kvazirezonantnih izvora napajanja sa sinkronim ispravljanjem na bazi Renesas HA16163 regulatora. Sve o prekidačkom napajanju Rezonantni izvori napajanja s visokoučinkovitim krugom

Ovaj članak je pripremljen na temelju materijala poslanih od strane Aleksandar Germanovič Semenov, direktor znanstveno-proizvodnog rusko-moldavskog poduzeća "Elkon", Chisinau. U pripremi članka sudjelovao je i glavni inženjer poduzeća Aleksandar Anatoljevič Penin. Alexander Germanovich piše:
"Specijalizirajući se za područje izvora napajanja, uspjeli smo stvoriti metodu za konstruiranje rezonantnih pretvarača s dubokim podešavanjem izlaznih parametara, koja se razlikuje od do sada poznatih. Za ovu metodu je primljen međunarodni patent. Prednosti metode su najviše u potpunosti se očituje pri izgradnji snažnih - od 500 do desetaka kilovata - izvora. Pretvarač ne zahtijeva brze zaštitne sklopove od kratkih spojeva na izlazu jer praktički nema prekida struje sklopke u bilo kojem načinu rada. Mogućnost pojave prolaznih struja Budući da je pretvarač fizički (bez povratne sprege) izvor struje, sada je moguće na izlaz pretvarača prenijeti filtarski kondenzator mrežnog ispravljača, čime je omogućeno dobivanje faktora snage od 0,92-0,96. ovisno o opterećenju.Frekvencija rezonantnog kruga se ne mijenja, a to omogućuje učinkovito filtriranje zračenja pretvarača u svim smjerovima.Praktična izvedba se provodi u obliku izvora struje za elektrokemijsku zaštitu - stanica katodne zaštite. robne marke Elkon. Snaga 600, 1500, 3000 i 5000 W. Učinkovitost u nominalnom načinu rada je na razini 0,93-095. SKZ je prošao certifikacijske testove u NPO "VZLET". Postoji spora, dugotrajna implementacija. Sve to potvrđuje održivost ideje. No, čini mi se da je za komercijalni uspjeh potrebno popularizirati ideju kako bi privukli pozornost na nju."
Pa, uvijek je zadovoljstvo pomoći kolegama, pogotovo jer je ideja na kojoj se temelje Elcon proizvodi nova.

Trenutno se uređaji energetske elektronike i uređaji razvijeni za profesionalnu upotrebu aktivno optimiziraju prema kriterijima kao što su težina, dimenzije, učinkovitost, pouzdanost i cijena. Ovi zahtjevi su sve stroži, odnosno kupac želi imati uređaj minimalnih dimenzija i težine, a istovremeno visoke učinkovitosti, visoke pouzdanosti i niske cijene.

Kako bi se poboljšala potrošačka svojstva proizvoda, potrebno je pribjeći dobro poznatim mjerama: povećanje radnih frekvencija pretvorbe, smanjenje gubitaka snage na elementima snage, smanjenje ili uklanjanje dinamičkih preopterećenja u energetskom dijelu kruga. Često su ove mjere kontradiktorne jedna drugoj, a kako bi postigao određene rezultate, programer čini neke, ponekad vrlo teške, kompromise. Stoga je daljnja optimizacija parametara pretvaračke tehnologije moguća samo prelaskom na nove principe konstrukcije ovih uređaja.

Da bismo razumjeli kako je metoda regulacije napona koju nudi Elcon bitno drugačija i koje su novosti u njoj, prvo razgovarajmo o tradicionalnom dizajnu regulatora. DC-DC pretvarači (DC/DC pretvarači), koji su značajna klasa uređaja u području energetske elektronike, tradicionalno se grade prema sljedećoj shemi: primarni link pretvara istosmjerni napon u visokofrekventni izmjenični napon; sekundarni link pretvara izmjenični napon u istosmjerni napon. Pretvarač obično sadrži regulator koji kontrolira izlazni istosmjerni napon ili ga održava na potrebnoj razini.

Visokofrekventna pretvorba može se izvesti pomoću različitih krugova, ali ako govorimo o dvoslojnim krugovima, tada možemo nazvati dvije vrste: krugove s pravokutnim oblikom struje prekidača i rezonantne sa sinusoidnim (ili kvazisinusoidnim) ) oblik struje sklopke.

Učinkovitost rada pretvarača uvelike je određena dinamičkim sklopnim gubicima na elementima snage pri preklapanju vrijednosti radne struje. Iskustvo razvoja pretvarača snage veće od 100 W pokazuje da je moguće smanjiti te gubitke uglavnom upotrebom sklopnih elemenata (tranzistora) s malim vremenima preklapanja i formiranjem ispravne putanje sklopke. Trenutna baza elemenata, naravno, ima prilično visoke dinamičke karakteristike, ali su ipak daleko od idealnih. Stoga tehnološka ograničenja često dovode do značajnih prenapona na elementima strujnog kruga, čime se smanjuje ukupna pouzdanost pretvarača.

Formiranje ispravnog sklopnog puta je važan zadatak, koji također može značajno smanjiti sklopne prenapone. Ova metoda omogućuje takozvano "meko" prebacivanje preraspodjelom energije između stvarnog dijela snage sklopnog elementa (tranzistorska sklopka) i elementa za oblikovanje. Smanjenje gubitaka nastaje zbog povrata akumulirane energije. Podsjetimo se da su dobro poznati predstavnici formirajućih elemenata sve vrste RCD krugova, prigušujući otpornici, prigušivači itd.

Praksa razvoja pravih pretvarača pokazuje da pri stvaranju uređaja nazivne snage od nekoliko stotina do tisuća vata, morate doslovno „dati“ za svaki vat efektivne snage, kako bi se maksimalno smanjili toplinski gubici, koji smanjuju ukupnu učinkovitost pretvarača.

Drugi problem odnosi se na potrebu za brzom zaštitom od kratkih spojeva (kratkih spojeva) u opterećenju. Problem je uglavnom u tome što zaštita koja je prebrza postaje previše osjetljiva na lažne alarme, okidajući pretvarač čak i kada nema opasnosti za njega. Zaštita koja je prespora otporna je na lažne alarme, ali je malo vjerojatno da će zaštititi uređaj. Za dizajn optimalne zaštite potrebno je mnogo truda.

U vezi s navedenim, klasični visokofrekventni pretvarač ne zadovoljava u potpunosti suvremene zahtjeve tehnologije pretvorbe energije. Postoji potreba za pronalaženjem novih načina za konstruiranje ovih uređaja.

Nedavno su inženjeri obratili pozornost na rezonantne pretvarače kao uređaje s velikim potencijalnim mogućnostima. U rezonantnim pretvaračima dinamički gubici su bitno manji, oni stvaraju mnogo manje smetnji, budući da se prebacivanje ne događa s ravnim rubovima bogatim harmonicima, već s glatkim oblikom signala bliskim sinusoidnom. Rezonantni pretvarači su pouzdaniji, ne zahtijevaju brzu zaštitu od kratkih spojeva (kratkih spojeva) u opterećenju, jer je struja kratkog spoja prirodno ograničena. Istina, zbog sinusoidnog oblika struje, statički gubici u elementima snage se nešto povećavaju, ali budući da rezonantni pretvarači nisu toliko zahtjevni za dinamiku prebacivanja elemenata snage, mogu se koristiti IGBT tranzistori standardne klase, u kojima napon zasićenja niža je nego kod warp-brzinskih IGBT tranzistora. Također možete razmišljati o SIT tranzistorima, pa čak i bipolarnim, iako je, prema mišljenju autora stranice, bolje ne sjećati se potonjeg u ovom kontekstu.

S gledišta konstrukcije strujnog kruga, rezonantni pretvarači su jednostavni i pouzdani. Međutim, do sada nisu uspjeli istisnuti konvencionalne polumosne i punomosne pretvarače zbog temeljnih problema s regulacijom izlaznog napona. Konvencionalni pretvarači koriste princip upravljanja temeljen na modulaciji širine impulsa (PWM) i ovdje nema poteškoća. U rezonantnim pretvaračima primjena PWM-a i drugih posebnih metoda (na primjer, regulacija frekvencije promjenom sklopne frekvencije) dovodi do povećanja dinamičkih gubitaka, koji u nekim slučajevima postaju usporedivi ili čak premašuju gubitke u klasičnim pretvaračima. Korištenje sklopova za formiranje opravdava se u ograničenom frekvencijskom području i s vrlo malom dubinom regulacije. Postoji malo učinkovitija metoda, koja se temelji na značajnom smanjenju frekvencije prebacivanja, što dovodi do smanjenja prosječne struje opterećenja, a time i izlazne snage. Ali ova metoda regulacije frekvencije također se može nazvati kompromisnom, pa stoga ne zadovoljava dovoljno moderne zahtjeve.

Pa ipak, pokazalo se da su rezonantni pretvarači toliko primamljivi da je izumljeno još nekoliko načina za povećanje njihove učinkovitosti i dubine regulacije. Nažalost, i te su se ideje pokazale nedovoljno učinkovitima. Korištenje dodatnog regulatora impulsa instaliranog na izlazu dovodi do potrebe za korištenjem druge pretvorničke veze i stoga smanjuje učinkovitost. Dizajn s sklopnim zavojima transformatora opet značajno komplicira pretvarač, povećava njegovu cijenu i onemogućuje korištenje u potrošačkim područjima.

Iz gore navedenog možemo zaključiti da glavni problem koji sprječava široku upotrebu rezonantnih pretvarača leži u stvaranju učinkovite metode duboke regulacije izlaznog napona. Ukoliko se ovaj problem riješi, bit će moguće značajno poboljšati karakteristike uređaja energetske elektronike i njihovu daljnju distribuciju u već razvijena i nova područja primjene pretvaračke tehnologije.

Stručnjaci Elkona značajno su napredovali u istraživanju metoda upravljanja smanjivanjem frekvencije prebacivanja. Upravo je ova metoda uzeta kao osnova, jer zadržava glavnu prednost rezonantnog kruga - prebacivanje pri nultoj struji. Proučavanje procesa koji se odvijaju u konvencionalnom rezonantnom pretvaraču omogućilo je usavršavanje njegovog kruga i pronalaženje učinkovitijeg upravljačkog mehanizma u širokom rasponu opterećenja i prihvatljivom frekvencijskom rasponu, što je činilo osnovu međunarodnog patenta. Osim toga, bilo je moguće postići istu amplitudu struja tranzistora snage iu nazivnom opterećenju iu načinu rada kratkog spoja, odsutnost prolaznih struja kroz tranzistore snage čak i pri najvećoj frekvenciji prebacivanja i "meku" karakteristiku opterećenja ( mnogo bolji od konvencionalnog rezonantnog pretvarača).

Cjelokupni krug moderniziranog rezonantnog pretvarača predmet je Elconovog znanja, međutim, kako bi čitatelj mogao razumjeti u čemu je poboljšanje, informacije iz patenta "Metoda za kontroliranu rezonantnu pretvorbu istosmjernog napona" navedene su u nastavku.

Izum je namijenjen za realizaciju snažnih, jeftinih i učinkovitih podesivih visokofrekventnih tranzistorskih rezonantnih pretvarača napona za različite primjene. To mogu biti pretvarači za zavarivanje, instalacije za indukcijsko grijanje, uređaji za radio odašiljanje i drugo.

Postoji prototip podesivog rezonantnog pretvarača napona objavljen u. U prototipu: stvorena je oscilacija s vlastitom periodom To i periodom preklapanja energetskih sklopki Tk; Koriste se kapacitivni i induktivni spremnici energije s potrošnjom iz izvora stalnog napona i prijenosom dijela energije na trošilo s ispravljačem; Regulacija napona provodi se zbog odstupanja od rezonancije s periodom prirodnih oscilacija To frekvencije sklopke Tk, blizu To.

Kao što je gore spomenuto, detuning dovodi do značajnog povećanja dinamičkih gubitaka i općenito smanjuje pouzdanost pretvarača, jer detuning gubi glavnu prednost rezonantnog pretvarača - prebacivanje pri nultim strujama. Sve to dovodi do činjenice da je metodu preporučljivo koristiti samo u pretvaračima male snage.

Postoji bliži prototip, objavljen u djelu. Ovaj prototip također stvara oscilaciju sa svojom vlastitom periodom To i periodom prebacivanja tipki Tk, ali Tk>To; Koriste se kapacitivni i induktivni spremnici energije s potrošnjom iz izvora stalnog napona i prijenosom dijela energije na trošilo s ispravljačem; izlazni napon se regulira promjenom sklopnog perioda Tk. Međutim, ovdje se višak energije kapacitivnog uređaja za pohranu vraća natrag u izvor napajanja zbog pražnjenja kapacitivnog uređaja za pohranu kroz opterećenje, a prednji dio strujnih impulsa prekidača napajanja ograničen je pomoću dodatnih induktivnih uređaja za pohranu. Ova metoda zadržava glavnu prednost rezonantnog pretvarača - mogućnost prebacivanja prekidača snage pri nultim strujama.

Nažalost, ovaj prototip ima i niz nedostataka. Jedan od temeljnih nedostataka je povećanje struje prekidača u slučaju preopterećenja ili kratkih spojeva u krugu opterećenja pri nazivnoj ili maksimalnoj frekvenciji. Budući da u ovom slučaju induktivni elementi pohranjuju veliku količinu energije, ona se nema vremena u potpunosti vratiti izvoru struje u kratkom vremenu (Tk-To)/2. Drugi nedostatak je prisilno prekidanje struje kroz sklopke unatoč tome što je komutacijski rub postavljen. Ovdje postoji potreba za kompleksnom zaštitom ključnih elemenata, čime se sužava cjelokupno područje regulacije napona, što dovodi do sužavanja područja primjene pretvarača.

Uređaj s kojim se ova metoda može implementirati je konvencionalni rezonantni polumostni pretvarač s kapacitivnim razdjelnikom napona (kapacitivno pohranjivanje) i induktivnim pohranjivanjem, spojen s opterećenjem između polumosnog tranzistorskog nosača i srednjeg terminala kapacitivnog razdjelnika. . Dodatni induktivni akumulatori uključeni su u grane ili krugove svakog ključnog elementa.

Uređaj koji je predložio Elcon rješava problem pružanja širokog raspona regulacije napona opterećenja i time proširuje opseg njegove primjene. U novoj metodi možete pronaći neke analogije s prototipovima i: oscilacije se stvaraju s prirodnim periodom To i periodom preklapanja Tk, s Tk>To, također se koristi kapacitivni i induktivni uređaj za pohranu s potrošnjom iz izvora konstantnog napona a dio energije se ispravljačem prenosi na trošilo, također se provodi povrat viška energije iz kapacitivnog spremnika natrag u izvor, regulacija napona se provodi promjenom Tk. Novost metode leži u činjenici da se istovremeno s prvim oscilacijama stvaraju druge oscilacije s vlastitom periodom To i sklopnom periodom Tk, koristeći istu kapacitivnu pohranu i drugu induktivnu pohranu, trošeći energiju iz kapacitivnog pohranjivanja i prenoseći energiju na opterećenje s ispravljačem.

Glavna značajka predložene metode je istovremeni protok struje prve i druge oscilacije kroz ključne elemente na način da ukupna struja kroz njih ne trpi prekid, što omogućuje vraćanje energije induktivnih uređaja za pohranu na maksimalnoj frekvenciji čak i kada dođe do kratkog spoja. Istovremeno, trenutna amplituda ključnih elemenata ostaje na razini nominalnih vrijednosti. Ova metoda “radi” u cijelom rasponu sklopnih perioda Tk, čime se uspješno rješava problem rezonantnog pretvarača.

Uređaj prikazan u Slika 1, sadrži upravljani glavni generator impulsa (1), čiji su izlazi spojeni na vrata tranzistora (2) i (3), tvoreći stalak polumosta (krak polumosta). Zajednička spojna točka tranzistora (2) i (3) preko kapacitivnog spremnika (rezonantnog kondenzatora), označena (5), spojena je na jedan od izvoda opterećenja transformator-ispravljač (6). Induktivni akumulatori (rezonantne prigušnice), označeni (7) i (8), spojeni su u seriju. Njihova zajednička spojna točka spojena je na drugu stezaljku opterećenja (6). Izvor napajanja (9) spojen je na donje stezaljke prigušnice (7) i emiter tranzistora (2). Gornji izvod induktora (8) spojen je na kolektor tranzistora (3).

Na Slika 2 prikazani su grafikoni koji prikazuju rad ovog rezonantnog pretvarača. Glavni oscilator (1) proizvodi parafazne upravljačke impulse prikazane na Sl.2 a-b, trajanje To/2 i podesivi sklopni period Tk, koji opet otvara tranzistore (2) i (3). U stacionarnom režimu rada pretvarača, u trenutku t1 na tranzistor (2) se dovodi upravljački impuls, a kroz njega počinje teći sinusni strujni impuls I1, prikazan na Slika 2c, - takozvane “prve vibracije”. Istodobno struja I2 nastavlja teći kroz antiparalelnu (suprotnu) diodu (4) tranzistora (3) - "druge oscilacije".

slika 3 Prvi ciklus kruga

Na Slika 3 prikazan je prvi ciklus rada kruga, odražavajući njegovo ponašanje u intervalu (t1…t2). Rezonantni kondenzator (5) s naponom U5, čiji je grafikon prikazan na sl. 2 d., ponovno se puni preko transformatorsko-ispravljačkog opterećenja (6), uključujući transformator (6.1), ispravljač (6.2) i samo opterećenje (6.3). Prva rezonantna prigušnica (7) skladišti energiju. Istodobno se rezonantni kondenzator (5) kroz drugu rezonantnu prigušnicu (8) prazni naponom U8, čiji je grafikon prikazan na sl. 2 d. Induktor (8) skladišti energiju prema polaritetu naznačenom na grafikonu.

slika 4 Drugi ciklus kruga

Na Slika 4 prikazan je drugi ciklus rada kruga, odražavajući njegovo ponašanje u intervalu (t2…t3). Rezonantni kondenzator (5) nastavlja se ponovno puniti kroz transformatorsko-ispravljačko opterećenje (6) i prvu rezonantnu prigušnicu (7). Također, rezonantni kondenzator (5) se ponovno puni preko druge rezonantne prigušnice (8), koja već oslobađa energiju u skladu sa zadanim polaritetom.

Slika 5 Treći ciklus kruga

Na Slika 5 prikazan je treći ciklus rada kruga, odražavajući njegovo ponašanje u intervalu (t3…t4). Rezonantni kondenzator (5) nastavlja se puniti kroz transformator-ispravljač (6) i prvu rezonantnu prigušnicu (7) s naponom U7 prikazanim na grafikonu sl.2 e. Istovremeno, rezonantni kondenzator (5) je već napunjen iz drugog rezonantnog induktora (8), koji nastavlja oslobađati energiju u skladu sa zadanim polaritetom.

Slika 6 Četvrti ciklus kruga

Na Slika 6 prikazan je četvrti ciklus rada kruga, odražavajući njegovo ponašanje u intervalu (t4…t5). Rezonantni kondenzator (5) nastavlja se puniti kroz transformatorsko-ispravljačko opterećenje (6) i prvi rezonantni induktor (7), koji već oslobađa energiju u skladu s polaritetom prikazanim na slici. U isto vrijeme, rezonantni kondenzator (5) nastavlja se puniti od strane drugog rezonantnog induktora (8).

Na Slika 8 prikazan je šesti takt sklopa, odražavajući njegovo ponašanje u intervalu (t6...t7). Rezonantni kondenzator (5) već prenosi energiju preko transformatorsko-ispravljačkog opterećenja (6) i prve rezonantne prigušnice (7) na izvor struje (9). Struja I1 mijenja svoj smjer.

slika 9 Sedmi ciklus kruga

Na Slika 9 prikazan je sedmi takt sklopa, odražavajući njegovo ponašanje u intervalu (t7...t8). Upravljački impuls se dovodi na tranzistor (3), a sinusoidni strujni impuls I2 počinje teći prema Slika 2c, kroz ovaj tranzistor ("druga oscilacija"). Struja I1 također nastavlja teći kroz antiparalelnu diodu (10) tranzistora (2) - “prva oscilacija”. Rezonantni kondenzator (5) dovodi energiju preko transformatorsko-ispravljačkog opterećenja (6) i prve rezonantne zavojnice (7) na izvor napona napajanja (9) i na drugu rezonantnu zavojnicu (8).

Na Slika 11 prikazan je deveti ciklus rada kruga, odražavajući njegovo ponašanje u intervalu (t9…t10). Svi uređaji za pohranu predaju svoju energiju.

Na Slika 13 prikazan je završni ciklus rada kruga, odražavajući njegovo ponašanje u intervalu (t11…t1). Rezonantni kondenzator (5) se prazni, zatim se procesi ponavljaju.

Napomena: u vremenskom intervalu t6-t7 energija se vraća izvoru, budući da struja I1 mijenja smjer. Negativna amplituda struje I1 određena je opterećenjem pretvarača. Ova činjenica određuje dodatne prednosti metode - amplituda struje kroz sklopke ne raste sve dok se u opterećenju ne dogodi kratki spoj. Također, problem prolaznih struja je potpuno odsutan, što pojednostavljuje i čini kontrolu tranzistora pouzdanom. Također nestaje problem stvaranja brze zaštite za sprječavanje kratkog spoja.

Ova ideja bila je temelj prototipova, ali i serijskih proizvoda koje Elcon trenutno proizvodi. Na primjer, pretvarač napona snage 1,8 kW, dizajniran za stanicu katodne zaštite podzemnih cjevovoda, dobiva napajanje iz jednofazne izmjenične mreže od 220 V 50 Hz. Koristi IGBT tranzistore snage ultrabrze klase IRG4PC30UD s ugrađenom opozitnom diodom, kapacitet rezonantnog kondenzatora (5) je 0,15 μF, induktivitet rezonantnih prigušnica (7) i (8) je 25 μH svaki . Period vlastitog osciliranja To je 12 μs, omjer transformacije transformatora (6.1) je 0,5, što određuje raspon nazivnog opterećenja (0,8…2,0) Ohma. Za minimalnu vrijednost sklopnog perioda Tk jednaku 13 μs (s sklopnom frekvencijom fk jednakom 77 kHz) i opterećenjem od 1 Ohma, amplitude struja I1 odnosno I2 su plus 29 A i minus 7 A. Za opterećenje od 0,5 Ohma, amplitude struja I1 i I2 bile su redom plus 29 A i minus 14 A. U slučaju kratkog spoja, ove vrijednosti su plus 29 A i minus 21 A, prosjek struja kroz trošilo je 50 A, odnosno očituje se učinak ograničenja struje kratkog spoja.

Na Slika 14 prikazuje familiju karakteristika podešavanja pretvarača. Važno je napomenuti da se u cijelom rasponu frekvencije sklopke, sklopni impulsi primjenjuju pri nultoj struji. Ovi rezultati dobiveni su u sustavu za modeliranje sklopova OrCAD 9.1, a zatim testirani na modelu u punom mjerilu.

Usporedbe radi, na Slika 15 prikazana je obitelj karakteristika prilagodbe klasičnog rezonantnog pretvarača slične snage. Minimalni uklopni period Tk je povećan zbog pojave prolaznih struja i iznosi 14 μs (pri uklopnoj frekvenciji fk jednakoj 72 kHz). Za ovu nazivnu frekvenciju izvodi se sklopni mod nulte struje. Za otpor opterećenja od 1 Ohma, amplituda struje opterećenja je 30 A; za otpor od 0,5 Ohma, amplituda je već 58 A. U slučaju kratkog spoja, amplituda struje kroz tranzistore postaje veća od 100 A, a prebacivanje tranzistora snage više se ne događa pri nultim strujama, a prosječna struja opterećenja postaje veća od 180 A. Dakle, kao što je navedeno ranije, postoji potreba za brzom zaštitom od kratkog spoja kako bi se izbjegla nesreća.

Kontrolni odjeljak "A" (tanke linije) karakterizira način prebacivanja koji nije pri nultoj struji. Od praktičnog interesa je regulacijski dio "B", kada je frekvencija uključivanja dva ili više puta manja od nazivne. Može se primijetiti da je dubina regulacije na ovaj način kod klasičnog pretvarača znatno manja nego kod Elkon pretvarača, a potreba za radom na nižoj sklopnoj frekvenciji pogoršava specifična energetska svojstva klasičnog pretvarača. Predloženi Elkon pretvarač ima praktički prihvatljive regulacijske karakteristike i niz promjena u sklopnoj frekvenciji.

Uzimajući u obzir karakteristiku mekog opterećenja, moguće je regulirati izlazni napon na fiksnoj frekvenciji zahvaljujući faznoj regulaciji dvaju paralelno spojenih pretvarača na izmjeničnom naponu. Ova je opcija testirana na prototipu od 1,2 kW. Izlazni napon varira od nule do maksimuma.

Dobiveni rezultati sugeriraju da će pretvarači napona koji koriste novu metodu rezonantne pretvorbe naći širu primjenu u svim područjima primjene konvencionalnih pretvarača s PWM regulacijom za desetke kW ili više.

A sada - malo o serijskim proizvodima. Poduzeće Elkon proizvodi:
- stanice katodne zaštite snage 0,6, 1,5, 3,0 i 5,0 kW, s učinkovitošću u nazivnom načinu rada ne lošijom od 93%;
- izvori za ručno elektrolučno zavarivanje snage 5,0 i 8,0 kW napajani iz mreže 220 volti 50 Hz;
- izvore za ručno elektrolučno zavarivanje snage 12 kW na trofaznu mrežu 380 volti 50 Hz;
- izvore za zagrijavanje otkovaka snage 7,0 kW napajane iz mreže 220 volti 50 Hz;
- pretvarači za visokonaponsku solarnu bateriju snage 5,0 kW s ulaznim naponom od 200 do 650 V i izlaznim naponom od 400 V; Modulacijom izlaznog napona pretvarača prema sinusoidnom zakonu s frekvencijom od 100 Hz i naknadnom raspodjelom poluvalova, električna energija se prenosi iz solarne baterije u mrežu 220 volti 50 Hz.
Zaposlenici tvrtke nadaju se da će ova ideja inspirirati i iskusne radioamatere koji se bave dizajnom opreme za zavarivanje.

KNJIŽEVNOST
Meshcheryakov V.M. Energetska elektronika je učinkovit način rješavanja problema regionalnog programa "Očuvanje energije i resursa" // Elektrotehnika. 1996. 12.str.1.
Visokofrekventni tranzistorski pretvarači./E.M.Romash, Yu.I.Drabovich, N.N.Yurchenko, P.N.Shevchenko - M.: Radio i komunikacije, 1988.-288p.
Goncharov A.Yu. Serijski proizvedeni tranzistorski pretvarači snage // Elektronika: znanost, tehnologija, poslovanje. 1998. 2.p.50.
Kovalev F.I., Florentsev S.N. Energetska elektronika: jučer, danas, sutra // Elektrotehnika. 1997. 11.str.2.
Dmitrikov V.F. i dr. Novi visoko učinkoviti domaći izvori energije s ulazom bez transformatora // http//:www.add.ru/r/konkurs/st.18.html
Patanov D.A. Opći problemi smanjenja prekidačkih gubitaka u pretvaračima napona // http://www.add.ru/r/konkurs/avtst8.html
Zhdankin V.K. Uređaji energetske elektronike tvrtke Zicon Electronics // Moderne tehnologije automatizacije. 2001.N1.p.6.
Belov G.A. Visokofrekventni tiristorsko-tranzistorski pretvarači istosmjernog napona. -M.: Energoatomizdat, 1987.-120 str.
Patent PCT, WO94/14230, 06.23.94, H02M 3/335.
Patent PCT/MD 03/00001. 16.5.2002., H02M3/337 Što pišu

Upotreba: razvoj visokofrekventnih prekidačkih izvora napajanja. Bit izuma: izvor napajanja sadrži ključni tranzistorski pretvarač napona 1, izrađen u obliku kruga polumosta na tranzistorima 4.5 i kondenzatorima 6.7, i jedinicu za upravljanje frekvencijom 25, izrađenu u obliku serijski spojenog čvor 26 za pretvaranje napona u otpor i čvor 27 za pretvaranje otpora u frekvenciju Izlazni krug pretvarača 1 uključuje rezonantni krug izrađen od induktora 8 i kondenzatora 9, 10. Stabilizacija promjena radne frekvencije pretvarača 1 ovisno o promjenama izlaznog napona. Formiranje posebnog oblika bazne struje tranzistora 4, 5 pomoću bloka 25 i lanaca napravljenih na elementima 15-22 smanjuje gubitke i kada je struja uključena i kada su tranzistori 4, 5 isključeni. f-ly, 3 ilustr.

Izum se odnosi na elektrotehniku ​​i može se koristiti u razvoju visokokvalitetnih prekidačkih izvora napajanja. Poznati stabilizator impulsnog napona sadrži polumostni pretvarač napona push-pull, ulaz je spojen na ulazne stezaljke, a izlaz je spojen preko ispravljača i filtra na izlazne stezaljke, modulator širine impulsa, izlaze koji su spojeni na upravljačke ulaze polumosnog pretvarača napona push-pull, pravokutnog generatora valova, pokretača pilastog napona, izvora referentnog napona i dva tranzistora (1). Poznati uređaj rješava tehnički problem povećanja učinkovitosti korištenjem promjenjivih napona za usporedbu u modulatoru širine impulsa: pravokutnog referentnog i pilastog, proporcionalnog ulaznom naponu. Dobivanje takvih napona i njihova usporedba zahtijeva manji utrošak energije. Korištenje referentne struje izvora napona za simultanu kontrolu tranzistora polumosnog pretvarača napona push-pull, zajedno s upotrebom pasivnog PWM-a, dodatno povećava učinkovitost. Danas prevladavaju PWM napajanja. Međutim, karakteriziraju ih preveliki gubici, budući da pripadaju tzv. tvrdim sklopnim sklopovima. Kod tvrdog preklapanja uključena tranzistorska sklopka se isključuje u trenutku kada kroz nju teče struja, a isključena tranzistorska sklopka uključuje se kada na njoj postoji napon, pa se stoga što češće ova sklopka uključuje i isključuje , veći su gubici. U tom slučaju vrijeme preklapanja tranzistora (trajanje uključivanja ili isključivanja) treba biti što kraće. Dakle, nedostatak poznatog uređaja su visoki gubici, tj. niska učinkovitost. U idealnom slučaju, kako bi gubici bili minimalni, tranzistorska sklopka bi se trebala isključiti kada je struja kroz nju jednaka nuli (preklop nulte struje) i uključiti se kada je napon na njoj jednak nuli (preklop nultog napona). Trenutačno je najbolje rješenje za visokofrekventne prekidačke izvore napajanja uporaba rezonantnih krugova. Za razliku od izvora napajanja s PWM-om, rezonantni krugovi "omekšavaju" način rada preklapanja i tako pomažu u smanjenju gubitaka pri komutaciji. Kao rezultat, rezonantni izvori napajanja pružaju veću učinkovitost pri istoj radnoj frekvenciji. Poznato rezonantno napajanje koje sadrži ključni tranzistorski pretvarač napona, ulazne spojeve s ulaznim stezaljkama i izrađeno u obliku polumosnog kruga, u čiji je izlazni krug uključen rezonantni krug, koji se sastoji od serijskog kruga spojenog paralelno na induktor i prvi kondenzator i drugi kondenzator, a paralelno s prvim kondenzatorom uključen je primarni namot izlaznog transformatora čiji je sekundarni namot preko ispravljača i filtra spojen na izlazne stezaljke, a jedinica za regulaciju frekvencije , čiji su izlazi spojeni na upravljačke ulaze pretvarača napona ključnog tranzistora, čiji su energetski priključci tranzistora spojeni blokirnim diodama (2). Poznati izvor struje je analogan koji je po ukupnosti bitnih svojstava najbliži predloženom izumu. Međutim, poznati izvor energije također ima značajne gubitke pri preklapanju, zbog činjenice da jedinica za upravljanje frekvencijom proizvodi pravokutne oscilacije i, prema tome, upravljačka struja tranzistora pretvarača također ima pravokutni oblik. Tehnički cilj ovog izuma je smanjiti gubitke pri preklapanju tranzistora ključnog tranzistorskog pretvarača napona i smanjiti snagu koju troši jedinica za upravljanje frekvencijom. Tehnički rezultat koji se može postići korištenjem izuma je povećanje učinkovitosti rezonantnog napajanja. Navedeni tehnički problem se postiže tako što se u rezonantnom napajanju koje sadrži ključni tranzistor, pretvarač napona, ulazne veze s izlaznim stezaljkama i izvedeno u obliku polumosnog sklopa, u čijem izlaznom krugu postoji rezonantni krug. je uključen, sastoji se od serijskog kruga spojenog paralelno na induktoru i prvom kondenzatoru i drugom kondenzatoru, a paralelno s prvim kondenzatorom spojen je primarni namot izlaznog transformatora, čiji je sekundarni namot spojen na izlaz stezaljke kroz ispravljač i filtar, te jedinicu za upravljanje frekvencijom, čiji su izlazi spojeni na upravljačke ulaze pretvarača napona ključnog tranzistora, čiji su energetski stezaljci tranzistora spojeni blokirnim diodama, vrši se kontrola frekvencije bloka u obliku dva serijski spojena otpornika baze i diode te na dodatnom kondenzatoru spojenom između zajedničke točke otpornika i slobodnog izlaza diode, dok su upravljački ulazi tranzistora kroz odgovarajuće lance za generiranje struje baze povezani na odgovarajuće upravljačke ulaze ključnog tranzistorskog pretvarača napona, a čvor za pretvaranje otpora u frekvenciju izveden je u obliku parafaznog multivibratora na četiri logička pretvarača, treći i četvrti kondenzator, dodatni tranzistor i tri otpornika, te logički pretvarači. spojeni su u paru u seriju, prvi s drugim, a treći s četvrtim, treći kondenzator spojen je između izlaza prvog i ulaza trećeg logičkog pretvarača, a četvrti kondenzator spojen je između izlaza trećeg i izlaza prvog logičkog pretvarača, prvi otpornik je spojen paralelno s izlazom jedinice pretvarača napona u otpor, spojen preko drugog i trećeg otpornika na izlaze, odnosno, prvog i trećeg logičkih pretvarača, izlazi drugog i trećeg logičkog pretvarača četvrtog logičkog pretvarača spojeni su na primarni namot dodatnog transformatora, čija se dva sekundarna namota koriste kao izlazi jedinice za pretvorbu otpora u frekvenciju i izlazi frekvencije upravljačka jedinica, čiji je ulaz ulaz jedinice za pretvorbu napona u otpor spojene na izlazne pinove. Osim toga, jedinica za pretvorbu napona u otpor sastoji se od dodatnog tranzistora, čiji se izlaz koristi kao izlaz jedinice za pretvorbu napona u otpor, promjenjivog otpornika koji se koristi kao ulaz napona u-otpor. jedinica za pretvorbu otpora, i četvrti otpornik spojen između ulaza i izlaza jedinice za pretvorbu napona u otpor, a terminal za podešavanje promjenjivog otpornika spojen je na bazu dodatnog tranzistora. Logički pretvarači mogu se izraditi pomoću 2I-NOT elemenata. Kako bi se osiguralo pokretanje pretvarača napona, dodatni transformator je opremljen početnim namotom spojenim na izlazni krug ključnog tranzistorskog pretvarača napona u seriji s rezonantnim krugom. Izum je ilustriran crtežima, gdje je na Sl. 1 prikazuje dijagram rezonantnog napajanja; Sl. 2 oblik struje baze tranzistora pretvarača napona ključnog tranzistora, na sl. 3 njegovu karakteristiku podešavanja. Rezonantno napajanje (slika 1) sadrži ključni tranzistorski pretvarač napona 1, spojen ulazom na izlazne stezaljke 2, 3 i izrađen u obliku kruga polumosta na tranzistorima 4, 5 i kondenzatorima 6, 7, u čiji je izlazni krug uključen rezonantni krug, koji se sastoji od paralelno spojenog serijskog kruga na induktoru 8 i prvog kondenzatora 9 i drugog kondenzatora 10, izlaznog transformatora 11, primarnog namota koji je paralelno spojen na kondenzator 9, a sekundarni namot kroz ispravljač 12 i filtar 13 spojen je na izlaz ključnog tranzistorskog pretvarača napona spojenog na izlazne stezaljke, na koje je priključeno opterećenje 14, lanci za generiranje bazne struje izrađeni u obliku serije - spojeni bazni otpornici 15 i 16, 17, 18 i diode 19 i 20, te na dodatnim kondenzatorima 21 i 22 spojenim između zajedničke točke otpornika 15, 16 i 17, 18 i slobodnih priključaka dioda 19 i 20, odnosno, blokirajući diode 23 i 24, ranžirni energetski terminali tranzistora 4 i 5, jedinica za upravljanje frekvencijom 25, izrađena u obliku serijski spojenih čvorova za pretvaranje napona u otpor 26 i čvora za pretvaranje otpora u frekvenciju 27. Čvor 27 koji pretvara otpor u frekvenciju sadrži parafazni multivibrator na četiri logička pretvarača 28, 29, 30, 31, treći kondenzator 32, četvrti kondenzator 33, dodatni transformator 34 i tri otpornika 35, 36, 37, a logički pretvarači su spojeni u parovima u seriju, 28 s 29 i 30 s 31, treći kondenzator 32 spojen je između izlaza logičkog pretvarača 28 i ulaza logičkog pretvarača 30, četvrti kondenzator 33 spojen je između izlaza logičkog pretvarača 30 i ulaza logičkog pretvarača 30. logički pretvarač 28, prvi otpornik 35 spojen je paralelno s izlazom čvora za pretvorbu napona u otpor 26, kroz drugi otpornik 36 i treći otpornik 37 spojen na ulaze, redom, logičkog pretvarača 28 i logičkog pretvarača 30 , izlazi logičkog pretvarača 29 i logičkog pretvarača 31 povezani su s primarnim namotom 38 dodatnog transformatora 34, čiji se sekundarni namoti 39 i 40 koriste kao izlazi čvora 27 koji pretvara otpor u frekvenciju i izlazi jedinice za upravljanje frekvencijom 25 . Logički pretvarači 28, 29, 30, 31 mogu biti izrađeni, na primjer, na 2I-NOT elementima. Kao ulaz jedinice za upravljanje frekvencijom 25 koristi se ulaz jedinice za pretvorbu napona u otpor 26, napravljen na dodatnom tranzistoru 41, čiji se izlaz koristi kao izlaz jedinice za pretvorbu napona u otpor. 26, na promjenjivom otporniku 42, koji se koristi kao ulaz jedinice za pretvorbu napona u otpor 26, i četvrti otpornik 43, spojen između ulaza i izlaza jedinice za pretvorbu napona u otpor 26, i terminala za podešavanje promjenjivog otpornika 42 spojen je na bazu dodatnog tranzistora 41. Ulaz jedinice za upravljanje frekvencijom 25 spojen je na opterećenje 14. Kako bi se osiguralo pokretanje pretvarača napona ključnog tranzistora, 1 dodatni transformator 34 opremljen je početni namot 44, spojen na izlazni krug ključnog tranzistorskog pretvarača 1 u seriji s rezonantnim krugom. Parafazni multivibrator napaja se iz zasebnog izvora napajanja i iz izvora referentnog napona (elementi 45, 46) dovođenjem napona na njega iz izlaza ispravljača 12 ključnog tranzistorskog pretvarača napona 1 kroz kapacitivni filtar 47. Otpornici 48, 49, 50, 51 postavite traženi način rada tranzistora 4 i 5. Rezonantno napajanje radi na sljedeći način. Kada je izvor napajanja uključen, ključni tranzistorski pretvarač napona 1 pobuđuje se zbog pozitivne povratne sprege početnog namota 44 dodatnog transformatora 34 i počinje generirati niskofrekventne impulse. Na sekundarnom namotu izlaznog transformatora 11 pojavljuje se napon, koji preko ispravljača 12 napaja mikro krug na logičkim pretvaračima 28.31 parafaznog multivibratora. Multivibrator počinje generirati visokofrekventne impulse koji ulaze kroz transformator 34 na lanac generiranja bazne struje tranzistora 4 i 5. Zahvaljujući formiranju bazne struje tranzistora 4 i 5 pretvarača 1 pomoću jedinice za upravljanje frekvencijom 25 i lanaca generiranja bazne struje (elementi 15.22), smanjenje gubitaka postiže se na tranzistorima 4 i 5 kada su sklopljeni. U trenutku t 1 (slika 2), tranzistor 4 je uključen (uključen na nulti napon). S takvim oštrim skokom u baznoj struji smanjuju se gubici kada je tranzistor uključen. Tranzistor je uključen i zasićen za vrijeme t 1 t 2 . U tom slučaju struja baze linearno opada do vrijednosti i b min. kod koje je tranzistor još zasićen. Uz vrijednost i b, vrijeme apsorpcije t tranzistora kada je isključen bit će minimalno, što dovodi do smanjenja gubitaka kada je tranzistor isključen. Tijekom vremena t 2 t 3, kada bazna struja poprima negativne vrijednosti, vrijeme isključivanja tranzistora zbog dodatnog smanjenja t trka. smanjuje, čime se smanjuju gubici topline kada je tranzistor isključen. Dakle, zbog formiranja bazne struje tranzistora 4 i 5 posebnog oblika (slika 2), gubici se smanjuju i pri uključivanju i isključivanju tranzistora pretvarača 1. Kada je tranzistor 4 uključen, struja u induktoru 8 počinje postupno rasti. Ova struja jednaka je zbroju struje u primarnom namotu transformatora 11 i struji punjenja kondenzatora 9. Kada je napon na kondenzatoru 9 i primarnom namotu transformatora 11 jednak ulaznom naponu, pad napona na induktoru 8 će postane nula, nakon čega energija pohranjena u induktoru 8 počinje puniti kondenzator 9. Nakon vremenskog intervala, koji je postavljen vlastitom rezonantnom frekvencijom kruga, struja u induktoru 8 i, prema tome, u tranzistoru 4 postat će nula. Tada će struja kroz induktor 8 promijeniti smjer i kondenzator 9 se počinje prazniti, održavajući protok struje kroz diodu 23. U ovom slučaju, tranzistor 4 se isključuje (prebacivanje na nultu struju). Rezonantni poluciklus punjenja kondenzatora 10 počinje nakon što se tranzistor 4 isključi i završava prije nego što se uključi tranzistor 5. Kada su oba tranzistora isključena, energija se prenosi s induktora 8 na kondenzator 10. Kako se kondenzator 10 puni, napon na tranzistora 4 povećava, a na tranzistoru 5 smanjuje. Kada napon na tranzistoru 5 padne na nulu, on se uključuje bez gubitka, dok dioda 24 osigurava da se energija preostala u induktoru 8 vrati natrag na ulaz rezonantnog izvora napajanja. Sljedeći poluciklus je identičan prvom i počinje gašenjem tranzistora 5. Sada će napon na tranzistoru 5 rasti, a napon na tranzistoru 4 padati, a kada padne na nulu, tranzistor 4 se uključuje bez gubitka. Kao i kod drugih rezonantnih izvora napajanja, promjena radne frekvencije pretvarača 1 dovodi do promjene izlaznog napona, a radna frekvencija pretvarača 1 veća je od njegove rezonantne frekvencije, a radna točka pretvorbe nalazi se na desni nagib rezonantne krivulje kruga (slika 3) u njegovom ravnom dijelu. Stabilizacija izlaznog napona provodi se dovođenjem negativnog povratnog napona od opterećenja 14 do bloka upravljanja frekvencijom 25 i generiranjem kontrolnih impulsa u ovom bloku za tranzistore 4 i 5 pretvarača 17. U bloku upravljanja frekvencijom 25, napon pretvara se u otpor korištenjem čvora 26, a zatim pretvaranje otpora u frekvenciju pomoću čvora 27. Frekvencijska modulacija se događa promjenom otpora otpornika 35, usmjerava ga tranzistor 41. Otpornik 35 i kondenzatori 32, 33 i otpornici 36, 37 obavljaju funkciju vremenski elementi parafaznog multivibratora. Kada se izlazni napon smanji s vrijednosti U 0 na U 2 zbog povećanja struje opterećenja, frekvencija parafaznog multivibratora opada s vrijednosti f 1 na vrijednost f 3 (sl. 3), dok izlazni napon od pretvarač 1 povećava na vrijednost U 1 i pad izlaznog napona kompenzira izvor. Stoga će izlazni napon rezonantnog napajanja ostati nepromijenjen. Slično, izlazni napon se stabilizira smanjenjem struje opterećenja. Na rezonantnoj (prilagodnoj) karakteristici (slika 3), radna točka pretvorbe pomiče se duž linije f 1, f 2, f 3: što je veća struja u opterećenju, to je radna točka bliža frekvenciji i obr. obrnuto, što je manja struja u opterećenju, to je radna točka bliža frekvenciji f 2 . S vrlo velikim točkama opterećenja ili kratkim spojevima u opterećenju, radna točka pretvorbe pomiče se ulijevo izvan rezonantne frekvencije f p , smanjujući napon gotovo na nulu (točka f 4, slika 3). U ovom slučaju zaštita od kratkog spoja izvora napajanja provodi se bez upotrebe dodatnih elemenata. Predloženi dizajn jedinice za upravljanje frekvencijom, posebno njene jedinice za pretvorbu otpora u frekvenciju, vrlo je ekonomičan, jer karakteriziran niskom potrošnjom energije. Dakle, ovaj izum omogućuje povećanje učinkovitosti rezonantnog napajanja.

ZAHTJEV

1. Rezonantno napajanje koje sadrži ključni tranzistorski pretvarač napona, ulaz spojen na ulazne stezaljke i izrađen u obliku polumosnog kruga, u čiji je izlazni krug spojen rezonantni krug, koji se sastoji od serijski spojenog kruga paralelno na induktivitet i prvi kondenzator i drugi kondenzator, a paralelno s prvim Kondenzator je spojen na primarni namot izlaznog transformatora, čiji je sekundarni namot spojen preko ispravljača i filtra na izlaz ključa. tranzistorski pretvarač napona, spojen na izlazne stezaljke, i jedinica za upravljanje frekvencijom, čiji su izlazi spojeni na upravljačke ulaze ključnog tranzistorskog pretvarača napona, čiji su energetski stezaljci tranzistora spojeni blokirnim diodama, naznačen time što jedinica za upravljanje frekvencijom izrađena je u obliku serijski spojene jedinice za pretvorbu napona u otpor i jedinice za pretvorbu otpora u frekvenciju; kao tranzistori ključnog tranzistorskog pretvarača napona koriste se bipolarni tranzistori, čiji su osnovni krugovi opremljen lancima za generiranje bazne struje izrađenim u obliku serijski spojenih dvaju baznih otpornika i diode te na dodatnom kondenzatoru spojenom između zajedničke točke baznih otpornika i slobodnih priključaka diode, dok su upravljački ulazi tranzistora kroz odgovarajući lanci za generiranje bazne struje spojeni su na odgovarajuće upravljačke ulaze pretvarača napona ključnog tranzistora, a jedinica za pretvorbu otpora u frekvenciju izvedena je u obliku parafaznog multivibratora na četiri logička pretvarača, trećem i četvrtom kondenzatoru, na dodatni transformator i tri otpornika, a logički invertori su spojeni u parovima u seriju, prvi s drugim, a treći s četvrtim, treći kondenzator spojen je između izlaza prvog i ulaza trećeg. logičkih pretvarača, a četvrti kondenzator je spojen između izlaza trećeg i ulaza prvog logičkog pretvarača, prvi otpornik je spojen paralelno s izlazom jedinice za pretvorbu napona u otpor, preko drugog i trećeg otpornika spojeni na ulaze, odnosno, prvog i trećeg logičkog pretvarača, izlazi drugog i četvrtog logičkog pretvarača spojeni su na primarni namot dodatnog a transformatora, čija se dva sekundarna namota koriste kao izlazi otpornika na - jedinica za pretvorbu frekvencije i izlazi jedinice za upravljanje frekvencijom, ulaz za koji se koristi ulaz jedinice za pretvorbu napona u otpor spojen na izlazne stezaljke. 2. Izvor energije prema zahtjevu 1, naznačen time što je jedinica za pretvorbu napona u otpor napravljena od dodatnog tranzistora, čiji se izlaz koristi kao izlaz jedinice za pretvorbu napona u otpor, promjenjivog otpornika. koristi se kao ulaz jedinice za pretvorbu napona u otpor, a četvrti otpornik spojen između ulaza i izlaza jedinice za pretvorbu napona u otpor, a priključak za podešavanje promjenjivog otpornika spojen je na bazu dodatni tranzistor. 3. Napajanje prema zahtjevima 1 i 2, naznačeno time, da su logički pretvarači izrađeni na 2I-NOT elementima. 4. Izvor energije prema zahtjevu 1 3, naznačen time, da je dodatni transformator opremljen početnim namotom spojenim na izlazni krug ključnog tranzistorskog pretvarača napona u seriji s rezonantnim krugom.

65 nanometara sljedeći je cilj tvornice Angstrem-T u Zelenogradu, koja će stajati 300-350 milijuna eura. Tvrtka je Vnesheconombank (VEB) već podnijela zahtjev za povlašteni kredit za modernizaciju proizvodnih tehnologija, objavile su Vedomosti ovog tjedna pozivajući se na predsjednika upravnog odbora tvornice Leonida Reimana. Sada se Angstrem-T priprema za pokretanje proizvodne linije za mikro krugove s 90nm topologijom. Isplate prethodnog kredita VEB-a, za koji je kupljen, počet će sredinom 2017.

Peking srušio Wall Street

Ključni američki indeksi obilježili su prve dane Nove godine rekordnim padom, a milijarder George Soros već je upozorio da se svijet suočava s reprizom krize iz 2008. godine.

Prvi ruski potrošački procesor Baikal-T1, po cijeni od 60 dolara, kreće u masovnu proizvodnju

Tvrtka Baikal Electronics obećava lansiranje u industrijsku proizvodnju ruskog procesora Baikal-T1 koji će koštati oko 60 dolara početkom 2016. Uređaji će biti traženi ako vlada stvori tu potražnju, kažu sudionici na tržištu.

MTS i Ericsson zajednički će razvijati i implementirati 5G u Rusiji

Mobile TeleSystems PJSC i Ericsson sklopili su sporazume o suradnji u razvoju i implementaciji 5G tehnologije u Rusiji. U pilot projektima, uključujući i tijekom Svjetskog prvenstva 2018., MTS namjerava testirati razvoj švedskog dobavljača. Operator će početkom sljedeće godine započeti dijalog s Ministarstvom telekomunikacija i masovnih komunikacija o izradi tehničkih zahtjeva za petu generaciju mobilnih komunikacija.

Sergey Chemezov: Rostec je već jedna od deset najvećih inženjerskih korporacija na svijetu

Šef Rosteca Sergej Čemezov u intervjuu za RBC odgovorio je na goruća pitanja: o sustavu Platon, problemima i perspektivama AVTOVAZA, interesima Državne korporacije u farmaceutskom poslovanju, govorio je o međunarodnoj suradnji u kontekstu sankcija pritisak, supstitucija uvoza, reorganizacija, strategija razvoja i nove mogućnosti u teškim vremenima.

Rostec se “ograđuje” i zadire u lovorike Samsunga i General Electrica

Nadzorni odbor Rosteca odobrio je „Strategiju razvoja do 2025. godine“. Glavni ciljevi su povećanje udjela visokotehnoloških civilnih proizvoda i sustizanje General Electrica i Samsunga u ključnim financijskim pokazateljima.

Opisani uređaj osigurava iznimno visoku učinkovitost pretvorbe, omogućuje regulaciju izlaznog napona i njegovu stabilizaciju te stabilno radi pri promjeni snage opterećenja. Ovaj tip pretvarača je zanimljiv i nezasluženo malo raširen - kvazirezonantni, koji je uglavnom lišen nedostataka drugih popularnih sklopova. Ideja o stvaranju takvog pretvarača nije nova, ali praktična implementacija postala je izvediva relativno nedavno, nakon pojave snažnih visokonaponskih tranzistora koji omogućuju značajnu struju impulsnog kolektora pri naponu zasićenja od oko 1,5 V. Glavna razlikovna karakteristika značajka i glavna prednost ove vrste izvora napajanja je visoka učinkovitost pretvarača napona , dosežući 97...98% bez uzimanja u obzir gubitaka na ispravljaču sekundarnog kruga, koji su uglavnom određeni strujom opterećenja.

Kvazi-rezonantni pretvarač razlikuje se od konvencionalnog impulsnog pretvarača, u kojem je u trenutku zatvaranja sklopnih tranzistori struja koja teče kroz njih maksimalna, kvazi-rezonantni pretvarač se razlikuje po tome što u trenutku zatvaranja tranzistori njihova kolektorska struja je blizu nule. Štoviše, smanjenje struje u trenutku zatvaranja osiguravaju reaktivni elementi uređaja. Razlikuje se od rezonantnog po tome što frekvencija pretvorbe nije određena rezonantnom frekvencijom opterećenja kolektora. Zahvaljujući tome, moguće je regulirati izlazni napon promjenom frekvencije pretvorbe i ostvariti stabilizaciju ovog napona. Budući da do trenutka zatvaranja tranzistora reaktivni elementi smanjuju struju kolektora na minimum, struja baze će također biti minimalna i, prema tome, vrijeme zatvaranja tranzistora smanjuje se na vrijednost njegovog vremena otvaranja. Time je u potpunosti otklonjen problem prolazne struje koji se javlja tijekom sklopke. Na sl. Na slici 4.22 prikazana je shema samooscilirajućeg nestabiliziranog izvora napajanja.

Glavne tehničke karakteristike:

Ukupna učinkovitost jedinice, %.................................................. ........ ....................92;

Izlazni napon, V, s otporom opterećenja od 8 Ohma....... 18;

Radna frekvencija pretvarača, kHz.....................................20;

Maksimalna izlazna snaga, W................................................. ......55;

Maksimalna amplituda valovitosti izlaznog napona s radnom frekvencijom, V

Glavni udio gubitaka snage u jedinici pada na zagrijavanje ispravljačkih dioda sekundarnog kruga, a učinkovitost samog pretvarača je takva da nema potrebe za hladnjakom za tranzistore. Gubitak snage na svakom od njih čini ne prelazi 0,4 W. Također nije potreban poseban odabir tranzistora prema bilo kojem parametru.Kada je izlaz kratko spojen ili prekoračena maksimalna izlazna snaga, generacija se prekida, štiteći tranzistore od pregrijavanja i kvara.

Filtar, koji se sastoji od kondenzatora C1...SZ i induktora LI, L2, dizajniran je za zaštitu opskrbne mreže od visokofrekventnih smetnji iz pretvarača. Autogenerator se pokreće krugom R4, C6 i kondenzatorom C5. Generiranje oscilacija nastaje kao rezultat djelovanja pozitivne povratne sprege kroz transformator T1, a njihova frekvencija određena je induktivitetom primarnog namota ovog transformatora i otporom otpornika R3 (kako otpor raste, frekvencija raste).

Prigušnice LI, L2 i transformator T1 namotane su na identične prstenaste magnetske jezgre K12x8x3 od ferita 2000NM. Namoti induktora izvode se istodobno, "u dvije žice", koristeći žicu PELSHO-0,25; broj zavoja - 20. Namotaj I TI transformatora sadrži 200 zavoja žice PEV-2-0.1, omotane u masi, ravnomjerno oko cijelog prstena. Namoti II i III su namotani "u dvije žice" - 4 zavoja PELSHO-0,25 žice; namot IV je zavoj iste žice. Za transformator T2 korištena je prstenasta magnetska jezgra K28x16x9 od ferita 3000NN. Namotaj I sadrži 130 zavoja PELI10-0,25 žice, položenih zavoj do zavoja. Namoti II i III - po 25 zavoja žice PELSHO-0,56; namotavanje - "u dvije žice", ravnomjerno oko prstena.

Prigušnica L3 sadrži 20 zavoja PELI10-0.25 žice, namotane na dvije spojene prstenaste magnetske jezgre K12x8x3 od 2000NM ferita. Diode VD7, VD8 moraju biti instalirane na hladnjake s površinom rasipanja od najmanje 2 cm2 svaka.

Opisani uređaj je dizajniran za korištenje u kombinaciji s analognim stabilizatorima za različite vrijednosti napona, tako da nije bilo potrebe za dubokim potiskivanjem valovitosti na izlazu jedinice. Ripple se može smanjiti na potrebnu razinu korištenjem LC filtera koji su uobičajeni u takvim slučajevima, kao što je, na primjer, u drugoj verziji ovog pretvarača sa sljedećim osnovnim tehničkim karakteristikama:

Nazivni izlazni napon, V............................................. ...... 5,

Maksimalna izlazna struja, A............................................. ...... ......... 2;

Maksimalna amplituda pulsiranja, mV................................................50 ;

Promjena izlaznog napona, mV, ne više, kada se mijenja struja opterećenja

od 0,5 do 2 A i mrežni napon od 190 do 250 V........................150;

Maksimalna frekvencija pretvorbe, kHz..................................... 20.

Krug stabiliziranog napajanja temeljen na kvazi-rezonantnom pretvaraču prikazan je na sl. 4.23.

Izlazni napon se stabilizira odgovarajućom promjenom radne frekvencije pretvarača. Kao iu prethodnom bloku, moćni tranzistori VT1 i VT2 ne trebaju hladnjake. Simetrično upravljanje ovim tranzistorima provodi se pomoću zasebnog glavnog generatora impulsa sastavljenog na DDI čipu. Okidač DD1.1 radi u samom generatoru.

Impulsi imaju konstantno trajanje određeno krugom R7, C12. Period se mijenja sklopom OS, koji uključuje optokapler U1, tako da se napon na izlazu jedinice održava konstantnim. Minimalno razdoblje je postavljeno krugom R8, C13. Okidač DDI.2 dijeli frekvenciju ponavljanja ovih impulsa za dva, a kvadratni napon se dovodi iz izravnog izlaza na tranzistorsko strujno pojačalo VT4, VT5. Zatim se strujno pojačani upravljački impulsi diferenciraju krugom R2, C7, a zatim, već skraćeni na trajanje od približno 1 μs, ulaze kroz transformator T1 u osnovni krug tranzistora VT1, VT2 pretvarača. Ovi kratki impulsi služe samo za prebacivanje tranzistora - zatvaranje jednog od njih i otvaranje drugog.

Osim toga, glavna snaga generatora pobude troši se samo pri prebacivanju moćnih tranzistora, tako da je prosječna struja koju troši mala i ne prelazi 3 mA, uzimajući u obzir struju zener diode VD5. To mu omogućuje da se napaja izravno iz primarne mreže preko prigušnog otpornika R1. Tranzistor VT3 je pojačalo napona upravljačkog signala, kao u kompenzacijskom stabilizatoru. Koeficijent stabilizacije izlaznog napona bloka izravno je proporcionalan statičkom koeficijentu prijenosa struje ovog tranzistora.

Korištenje tranzistorskog optokaplera U1 osigurava pouzdanu galvansku izolaciju sekundarnog kruga od mreže i visoku otpornost na smetnje na upravljačkom ulazu glavnog oscilatora. Nakon sljedećeg prebacivanja tranzistora VT1, VT2, kondenzator SY počinje se ponovno puniti i napon na bazi tranzistora VT3 počinje rasti, struja kolektora također se povećava. Kao rezultat toga, otvara se tranzistor optocouplera, održavajući glavni kondenzator oscilatora C13 u ispražnjenom stanju. Nakon što se ispravljačke diode VD8, VD9 zatvore, kondenzator SY počinje se prazniti na opterećenje i napon na njemu pada. Tranzistor VT3 se zatvara, zbog čega se kondenzator C13 počinje puniti kroz otpornik R8. Čim se kondenzator napuni do sklopnog napona okidača DD1.1, na njegovom izravnom izlazu uspostavit će se visoka razina napona. U ovom trenutku dolazi do sljedećeg prebacivanja tranzistora VT1, VT2, kao i pražnjenja SI kondenzatora kroz otvoreni tranzistor optocouplera.

Započinje sljedeći proces ponovnog punjenja kondenzatora SY, a okidač DD1.1 nakon 3...4 μs ponovno će se vratiti u nulto stanje zbog male vremenske konstante kruga R7, C12, nakon čega je cijeli ciklus upravljanja ponavlja se, bez obzira na to koji je od tranzistora VT1 ili VT2 - otvoren tijekom trenutnog poluvremena. Kada je izvor uključen, u početnom trenutku, kada je kondenzator SY potpuno ispražnjen, nema struje kroz LED optokaplera, frekvencija generiranja je maksimalna i određena je uglavnom vremenskom konstantom kruga R8, C13 ( vremenska konstanta kruga R7, C12 nekoliko puta manja). S ocjenama ovih elemenata navedenih u dijagramu, ova će frekvencija biti oko 40 kHz, a nakon što se podijeli s okidačem DDI.2 - 20 kHz. Nakon punjenja kondenzatora SY na radni napon, OS stabilizirajuća petlja na elementima VD10, VT3, U1 ulazi u rad, nakon čega će frekvencija pretvorbe već ovisiti o ulaznom naponu i struji opterećenja. Fluktuacije napona na kondenzatoru SY izglađuju se filtrom L4, C9. Prigušnice LI, L2 i L3 su iste kao u prethodnom bloku.

Transformator T1 izrađen je na dvije prstenaste magnetske jezgre K12x8x3 presavijene zajedno od 2000NM ferita. Primarni namot je ravnomjerno namotan u cijelom prstenu i sadrži 320 zavoja žice PEV-2-0,08. Namoti II i III sadrže po 40 zavoja žice PEL1110-0,15; namotani su “u dvije žice”. Namotaj IV sastoji se od 8 zavoja PELSHO-0,25 žice. Transformator T2 izrađen je na prstenastoj magnetskoj jezgri K28x16x9 od ferita 3000NN. Namotaj I - 120 zavoja žice PELSHO-0,15, a II i III - 6 zavoja žice PEL1110-0,56, namotane "u dvije žice". Umjesto PELSHO žice možete koristiti PEV-2 žicu odgovarajućeg promjera, ali u tom slučaju potrebno je između namota položiti dva ili tri sloja lakirane tkanine.

Prigušnica L4 sadrži 25 zavoja žice PEV-2-0,56, namotane na prstenastu magnetsku jezgru K12x6x4,5 od ferita 100NNH1. Prikladan je i svaki gotovi induktor s induktivitetom od 30 ... 60 μH za struju zasićenja od najmanje 3 A i radnu frekvenciju od 20 kHz. Svi fiksni otpornici su MJIT. Otpornik R4 - podešen, bilo kojeg tipa. Kondenzatori C1...C4, C8 - K73-17, C5, C6, C9, SY - K50-24, ostatak - KM-6. Zener dioda KS212K može se zamijeniti s KS212Zh ili KS512A. Diode VD8, VD9 moraju se ugraditi na radijatore s površinom rasipanja od najmanje 20 cm2 svaka. Učinkovitost oba bloka može se povećati ako se umjesto dioda KD213A koriste Schottky diode, na primjer, bilo koja serija KD2997. U ovom slučaju, hladnjak za diode neće biti potreban.

Načelo ostvarivanja sekundarne snage korištenjem dodatnih uređaja koji opskrbljuju strujne krugove energijom već se dugo koristi u većini električnih uređaja. Ovi uređaji su izvori napajanja. Oni služe za pretvaranje napona na potrebnu razinu. PSU mogu biti ugrađeni ili zasebni elementi. Postoje dva principa za pretvaranje električne energije. Prvi se temelji na korištenju analognih transformatora, a drugi na korištenju sklopnih izvora napajanja. Razlika između ovih načela je prilično velika, ali, nažalost, ne razumiju je svi. U ovom ćemo članku otkriti kako funkcionira sklopno napajanje i po čemu se toliko razlikuje od analognog. Započnimo. Ići!

Prvi su se pojavili transformatorski izvori napajanja. Njihov princip rada je da mijenjaju strukturu napona pomoću energetskog transformatora, koji je spojen na mrežu od 220 V. Tu se smanjuje amplituda sinusoidnog harmonika, koji se šalje dalje u ispravljački uređaj. Zatim se napon izravnava paralelno spojenim kondenzatorom, koji se odabire prema dopuštenoj snazi. Regulacija napona na izlaznim stezaljkama osigurava se promjenom položaja podesnih otpornika.

Sada prijeđimo na pulsna napajanja. Pojavili su se malo kasnije, ali su odmah stekli značajnu popularnost zbog niza pozitivnih osobina, a to su:

• Dostupnost pakiranja;
• Pouzdanost;
• Mogućnost proširenja radnog područja za izlazne napone.

Svi uređaji koji uključuju princip impulsnog napajanja praktički se ne razlikuju jedni od drugih.

Elementi impulsnog napajanja su:

• Linearno napajanje;
• Standby napajanje;
• Generator (ZPI, upravljanje);
• Ključni tranzistor;
• Optocoupler;
• Kontrolni krugovi.

Za odabir napajanja s određenim skupom parametara upotrijebite web stranicu ChipHunt.

Idemo konačno shvatiti kako funkcionira sklopno napajanje. Koristi principe interakcije između elemenata inverterskog kruga i zahvaljujući tome se postiže stabilizirani napon.

Prvo, ispravljač prima normalni napon od 220 V, zatim se amplituda izglađuje pomoću kondenzatora kapacitivnih filtera. Nakon toga, izlazni diodni most ispravlja prolazne sinusoide. Tada se sinusoide pretvaraju u visokofrekventne impulse. Pretvorba se može izvesti ili s galvanskim odvajanjem mreže napajanja od izlaznih krugova, ili bez takve izolacije.

Ako je izvor napajanja galvanski odvojen, tada se visokofrekventni signali šalju u transformator koji vrši galvansko odvajanje. Kako bi se povećala učinkovitost transformatora, povećava se frekvencija.

Rad pulsnog napajanja temelji se na interakciji triju lanaca:

• PWM kontroler (kontrolira pretvorbu modulacije širine impulsa);
• Kaskada prekidača snage (sastoji se od tranzistora koji se uključuju prema jednom od tri kruga: most, polu-most, sa srednjom točkom);
• Impulsni transformator (ima primarni i sekundarni namot, koji su montirani oko magnetske jezgre).

Ako je napajanje bez odvajanja, tada se visokofrekventni izolacijski transformator ne koristi, a signal se dovodi izravno u niskopropusni filtar.

Uspoređujući prekidačke izvore napajanja s analognim, možete vidjeti očite prednosti prvog. UPS-ovi imaju manju težinu, dok je njihova učinkovitost znatno veća. Imaju širi raspon napona napajanja i ugrađenu zaštitu. Trošak takvih izvora napajanja obično je niži.

Nedostaci uključuju prisutnost visokofrekventnih smetnji i ograničenja snage (i pri visokim i niskim opterećenjima).

Možete provjeriti UPS pomoću obične žarulje sa žarnom niti. Imajte na umu da ne biste trebali spajati svjetiljku u otvor udaljenog tranzistora, budući da primarni namot nije dizajniran za prolaz istosmjerne struje, tako da ni pod kojim okolnostima ne smijete dopustiti da prođe.

Ako lampica svijetli, napajanje radi normalno, ali ako ne svijetli, napajanje ne radi. Kratki bljesak označava da je UPS zaključan odmah nakon pokretanja. Vrlo svijetli sjaj ukazuje na nedostatak stabilizacije izlaznog napona.

Sada ćete znati na čemu se temelji princip rada sklopnih i konvencionalnih analognih izvora napajanja. Svaki od njih ima svoje strukturne i operativne značajke koje treba razumjeti. Također možete provjeriti performanse UPS-a pomoću obične žarulje sa žarnom niti. Napišite u komentarima je li vam ovaj članak bio koristan i postavite sva pitanja koja imate o temi o kojoj se raspravlja.