Invertorová jednotka nebo napájecí jednotka. Jak vyrobit svařovací invertor vlastníma rukama

12.01.2024

Pro provádění svářečských prací doma je nepostradatelný invertorový svařovací stroj. Princip jeho činnosti je založen na použití tranzistorů a spínačů, pomocí kterých se nejprve síťové napětí transformuje na konstantní napětí.

Pak se mění proudová charakteristika (vzrůstá frekvence sinusoidy). Tyto akce vedou ke snížení hodnoty napětí, což vede k usměrnění proudu, přičemž frekvence proudu se nemění.

Široké použití těchto zařízení je spojeno s řadou jeho výhod, mezi které patří:

Malé celkové rozměry, stejně jako nízká hmotnost, která výrazně usnadňuje práci při svářečských pracích a umožňuje umístit zařízení na vhodné místo;
Schopnost vyrobit si to sami, utrácet málo peněz. Kromě toho vám montáž svépomocí umožňuje vybrat díly s potřebnými vlastnostmi a v budoucnu je docela snadné jednotku opravit nebo vyměnit díly za účelem úpravy charakteristik;
Vysoká účinnost, což mu umožňuje konkurovat již hotovým zařízením.

Nevýhody svařovacího invertoru, který je vyroben nezávisle, jsou:

Krátká životnost, s nesprávně vybranými díly;
Neexistuje žádná možnost implementace dalších funkcí, což může zlepšit kvalitu svaru;
V případě potřeby si pořiďte zařízení s vysokým výkonem je nutný přídavný chladicí systém, který zvyšuje konečné náklady a rozměry.

Vezměte prosím na vědomí, že vlastní montáž střídače je poměrně namáhavá práce., což zabere spoustu času a vyžaduje určité dovednosti. Moderní výrobci ale nabízejí široký výběr komponentů, což jejich výběr značně usnadňuje. Samotný výběr dílů je založen na kompatibilitě parametrů podle typu a vlastností a také na možnosti snadné výměny v budoucnu.

Hlavní prvky měniče jsou:

pohonná jednotka;
výkonová část a její klíče.

Mezi základní výstupní vlastnosti patří:

aktuální spotřeba a její maximální hodnota;
napětí a frekvence v síti;
hodnota svařovacího proudu, při kterém bude šev proveden.

Přípravná fáze

Než začnete nakupovat díly pro výrobu měniče, musíte přesně porozumět hodnotám výstupních parametrů a také mít elektrická schémata všech prvků (generální obvod, napájecí zdroj).

Uvažujme o výrobě svařovacího stroje se vstupními charakteristikami:

síťové napětí 220 V;
frekvence 50 Hz;
proud 32A.

Výstupem bude proud převedený na hodnotu 250 A, to znamená, že svou vstupní hodnotu zvýšil 8krát. S tímto zařízením můžete provést svar umístěním elektrody méně než 1 cm ke svařované části.

Než začnete s montáží zařízení, musíte připravit následující materiály a nástroje:

šroubováky (ploché a křížové) různých velikostí;
přístroje pro měření napětí a proudu (voltmetr a ampérmetr), které lze nahradit moderním univerzálním měřicím přístrojem;
s malým bodnutím;
komponenty pro pájecí práce (kalafuna, drát);
osciloskop, jehož použití vám umožní sledovat změny v aktuální sinusoidě;
speciální ocel s vhodnými elektrickými parametry;
Bavlněné a skleněné tkaniny;
jádro pro transformátor;
vinutí transformátoru:
primár na 100 závitů drátu o průměru 0,3 mm
sekundární (vnitřní - 15 závitů drátu 1 mm, střední - 15 závitů drátu 0,2 mm, vnější - 20 závitů drátu 0,35 mm);
textolit;
šrouby a šrouby;
tranzistory s potřebnými vlastnostmi;
dráty různých sekcí;
napájecí kabel;
elektrická páska nebo speciální papír.

Po dokončení přípravných prací můžete začít s montáží.

Invertorové napájení

Deska, kde je umístěn napájecí zdroj měniče, je sestavena odděleně od výkonového prvku zařízení. Navíc je třeba je od sebe oddělit plechem, který je napevno připevněn k tělu.

Hlavním prvkem napájecího zdroje je transformátor, který si můžete vyrobit sami. S jeho pomocí se napětí, které přichází ze sítě, převede na hodnotu bezpečnou pro život a poté se zvýší síla proudu pro provádění svařování.

Materiál pro jádro může být železo o rozměrech 7x7 nebo 8x8. V tomto případě můžete vzít standardní desky nebo odříznout požadovaný kus kovu ze stávajícího plechu. Vinutí je vyrobeno z měděného drátu značky PEV, protože právě tento materiál poskytuje požadované vlastnosti na maximum (malý průřez s dostatečnou šířkou).

Použití jiného materiálu jako vinutí může výrazně ovlivnit vlastnosti transformátoru, například zvýšit ohřev této části.

Sestavení transformátoru sestávajícího ze 2 vinutí začíná vytvořením primárního vinutí. K tomu se kolem jádra 100krát omotá drát o průřezu 0,3 mm. Je důležité, aby vinutí zabíralo celou šířku jádra. Tato funkce zlepší provoz střídače při kolísání síťového napětí při dalším provozu.

V tomto případě by každá otáčka měla těsně přiléhat k předchozí, přičemž je třeba se vyvarovat překrývání. Po dokončení všech 100 otáček je třeba položit vrstvu speciálního izolačního papíru nebo tkaniny ze skelných vláken. Pamatujte, že papír během používání ztmavne.

Dále se provádí sekundární vinutí. Chcete-li to provést, musíte vzít měděný drát o průřezu 1 mm a udělat 15 otáček a pokusit se je rozmístit po celé šířce ve stejné vzdálenosti od sebe. Po jejich nanesení lakem a zaschnutí navineme 2. vrstvu měděným drátem o průřezu 0,2 mm taktéž 15 závitů.

Také je třeba je distribuovat, jako v předchozím případě, a izolovat. Poslední vrstva pro sekundární vinutí bude PEV o průřezu 0,35 mm, s 20 závity.Poslední vrstvu je také potřeba izolovat.

Rám

Dále začneme vyrábět tělo. Jeho velikost by měla být úměrná rozměrům transformátoru a plus 70% pro umístění dalších částí střídače. Samotné tělo může být vyrobeno z ocelového plechu o tloušťce 0,5-1 mm.

Pro spojení rohů můžete použít šrouby nebo použít speciální ohýbací stroje k ohnutí plechu na požadovanou velikost. Pokud na pouzdro umístíte rukojeť pro připevnění měniče na opasek nebo pro snadné přenášení, značně to usnadní obsluhu zařízení v budoucnu.

Kromě toho by konstrukce krytu měla poskytovat poměrně snadný přístup ke všem částem umístěným uvnitř. Je na něm potřeba udělat několik technologických otvorů pro vypínače, zapínací tlačítko, světelnou signalizaci provozuschopnosti a také kabelové konektory.

Výkonová část a invertorová jednotka

Napájecí jednotkou pro střídač je transformátor, jehož zvláštností je přítomnost 2 jader, které jsou umístěny vedle malé mezery a pokládají list papíru. Tento transformátor je sestaven podobně jako předchozí. Důležitým detailem je, že izolační vrstva mezi závity drátu musí být zesílena, což zabrání průrazu napětí. Kromě toho jsou mezi vrstvami drátů umístěna těsnění vyrobená z fluoroplastu.

Výkonová část obsahuje kondenzátory, které jsou zapojeny podle schématu. Jsou navrženy pro snížení rezonance transformátorů a jsou také navrženy tak, aby minimalizovaly a kompenzovaly proudové ztráty v tranzistorech.

Invertorová jednotka zařízení slouží k přeměně proudu, jehož výstupní frekvence se zvyšuje. K tomu se ve střídači používají tranzistory nebo diody. Pokud se v tomto bloku rozhodnete použít diody, pak je třeba je sestavit do šikmého můstku pomocí speciálního obvodu. Vývody z něj jdou k tranzistorům, které jsou určeny k návratu střídavého proudu o vyšší frekvenci. Diodový můstek a tranzistory musí být odděleny přepážkou.

Chladící systém

Protože všechny prvky jednotky jsou vystaveny teplu, je nutné zorganizovat chladicí systém, který zajistí nepřetržitý spolehlivý provoz. K tomu můžete použít chladiče z počítačů a také vytvořit několik dalších otvorů v pouzdře pro snadný přístup vzduchu dovnitř zařízení. Těchto otvorů by však nemělo být příliš mnoho, aby se do pouzdra nedostal přebytečný prach.

Chladiče musí být umístěny tak, aby mohly fungovat při odstraňování vzduchu z těla zařízení. Chladicí prvky vyžadují údržbu, například výměnu teplovodivé pasty, proto by k nim měl být snadný přístup.

Ve střídači je několik částí, které vyžadují povinné chlazení. Jedná se o transformátory. Pro jejich chlazení je rozumné osadit 2 ventilátory. Diodový můstek navíc vyžaduje dodatečné chlazení. Instaluje se na radiátor.

Instalace prvku jako je teplotní čidlo a jeho následné připojení k LED na pouzdře vám umožní vyslat signál při dosažení nepřijatelné teploty a odpojit střídač od napájení kvůli chlazení.

Shromáždění

Invertor se montuje v následujícím pořadí:

transformátor, diodový můstek a řídicí obvod jsou umístěny na základně pouzdra;
Všechny dráty jsou zkroucené, pájené a upevněné dohromady;
Na vnějším panelu je světelná indikace, startovací tlačítko a konektor kabelu.

Když je vše nainstalováno, můžete zkontrolovat provoz zařízení.

Kontrola práce

Chcete-li zkontrolovat zařízení, musíte použít osciloskop. Střídač se připojí k síti 220 V a následně se pomocí zařízení kontroluje, zda výstupní parametry odpovídají požadovaným. Napětí by mělo být například v rozmezí 500-550 V. Při naprosto správné montáži a správně zvolených dílech by tato hodnota neměla překročit práh 350 V.

Po těchto měřeních a přijatelných hodnotách osciloskopu můžete začít svařovat. Po úplném vyhoření první elektrody je nutné změřit teplotu na transformátoru. Pokud se vaří, pak je třeba obvod zlepšit, zařízení vypnout a provést změny. Teprve po provedení opatření k odstranění této závady můžete po dokončení práce znovu spustit se stejným měřením teploty.

Provozní řád

Svařovací invertor lze použít jak pro svařování dílů ze železného kovu, tak pro práci s neželezným kovem. Je to užitečné jak v soukromém domě, ve venkovském domě, tak v garáži.

Při jeho provozu je nutné sledovat kvalitu napětí a frekvence v síti.

Pro dlouhodobé používání této jednotky je nutné pravidelně kontrolovat výkon jejích jednotlivých čištění a provádět preventivní opatření k jejímu vyčištění od prachu a nečistot.

Při vlastní výrobě měniče musíte:

mít schémata všech prvků zařízení;
vybrat správné komponenty;
udržovat všechny potřebné mezery a pečlivě izolovat prvky;
dodržovat bezpečnostní předpisy.

Svařovací invertor pro kutily vyrobený z počítačového zdroje je stále oblíbenější mezi profesionály i amatérskými svářeči. Výhodou takových zařízení je, že jsou pohodlné a lehké.

Použití invertorového zdroje energie umožňuje kvalitativně zlepšit vlastnosti svařovacího oblouku, zmenšit velikost výkonového transformátoru a tím odlehčit zařízení, umožňuje plynulejší nastavení a snížení rozstřiku při svařování. Nevýhodou svářečky invertorového typu je výrazně vyšší cena než u transformátorového protějšku.

Abyste nepřeplatili velké sumy peněz v obchodech za svařování, můžete si jeden vyrobit. K tomu potřebujete funkční počítačový zdroj, několik elektrických měřicích přístrojů, nářadí, základní znalosti a praktické dovednosti v elektroinstalaci. Bylo by také užitečné získat relevantní literaturu.

Pokud si nejste jisti svými schopnostmi, měli byste jít do obchodu pro hotový svařovací stroj, jinak při sebemenší chybě během procesu montáže hrozí riziko úrazu elektrickým proudem nebo spálení všech elektrických vedení. . Ale pokud máte zkušenosti s montáží obvodů, převíjením transformátorů a vytvářením elektrických spotřebičů vlastníma rukama, můžete bezpečně začít s montáží.

Princip činnosti invertorového svařování

Svařovací invertor se skládá z výkonového transformátoru, který snižuje síťové napětí, stabilizačních tlumivek, které snižují zvlnění proudu, a bloku elektrického obvodu. Pro obvody lze použít tranzistory MOSFET nebo IGBT.

Princip činnosti střídače je následující: střídavý proud ze sítě je posílán do usměrňovače, po kterém výkonový modul převádí stejnosměrný proud na střídavý proud se zvyšující se frekvencí. Dále proud vstupuje do vysokofrekvenčního transformátoru a výstupem z něj je proud svařovacího oblouku.

Návrat k obsahu

Nástroje potřebné k výrobě měniče

Chcete-li sestavit svařovací invertor z napájecího zdroje vlastníma rukama, budete potřebovat následující nástroje:

páječka;
šroubováky s různými hroty;
kleště;
nůžky na drát;
vrtačka nebo šroubovák;
krokodýli;
dráty požadovaného průřezu;
tester;
multimetr;
spotřební materiál (dráty, pájka pro pájení, elektropáska, šrouby a další).

Chcete-li vytvořit svařovací stroj z napájecího zdroje počítače, potřebujete materiály pro vytvoření desky s plošnými spoji, getinaky a náhradní díly. Chcete-li snížit množství práce, měli byste jít do obchodu pro hotové držáky elektrod. Můžete si je však vyrobit sami připájením krokodýlů na dráty požadovaného průměru. Při této práci je důležité dodržovat polaritu.

Návrat k obsahu

Postup při sestavení svářečky

Chcete-li nejprve vytvořit svařovací stroj z napájecího zdroje počítače, musíte vyjmout zdroj energie z počítačové skříně a rozebrat jej. Hlavními prvky, které z něj lze použít, je několik náhradních dílů, ventilátor a standardní desky skříně. Je důležité vzít v úvahu provozní režim chlazení. To určuje, jaké prvky je třeba přidat, aby bylo zajištěno potřebné větrání.

Fungování standardního ventilátoru, který bude chladit budoucí svářečku z počítačové jednotky, je nutné vyzkoušet v několika režimech. Tato kontrola zajistí funkčnost prvku. Abyste zabránili přehřátí svářečky během provozu, můžete nainstalovat další, výkonnější zdroj chlazení.

Pro regulaci požadované teploty by měl být nainstalován termočlánek. Optimální teplota pro provoz svářečky by neměla překročit 72-75°C.

Nejprve byste však měli na svařovací stroj nainstalovat rukojeť požadované velikosti z napájecího zdroje počítače pro přenášení a snadné použití. Rukojeť se instaluje na horní panel bloku pomocí šroubů.

Je důležité vybrat šrouby, které mají optimální délku, jinak příliš velké mohou ovlivnit vnitřní obvod, což je nepřijatelné. V této fázi práce byste se měli starat o dobré větrání zařízení. Umístění prvků uvnitř napájecího zdroje je velmi husté, takže by v něm mělo být předem uspořádáno velké množství průchozích otvorů. Provádějí se vrtačkou nebo šroubovákem.

Dále můžete použít více transformátorů k vytvoření invertorového obvodu. Typicky jsou vybrány 3 transformátory jako ETD59, E20 a Kx20x10x5. Najdete je téměř v každém obchodě s radioelektronikou. A pokud již máte zkušenosti s vytvářením transformátorů sami, je snazší je udělat sami, se zaměřením na počet otáček a výkonové charakteristiky transformátorů. Najít takové informace na internetu nebude těžké. Možná budete potřebovat proudový transformátor K17x6x5.

Nejlepší je vyrobit si domácí transformátory z getinaxových cívek, vinutí bude smaltovaný drát o průřezu 1,5 nebo 2 mm. Můžete použít měděný plech 0,3x40 mm po zabalení do odolného papíru. Vhodný je termopapír z pokladny (0,05 mm), je odolný a tolik se netrhá. Krimpování by mělo být provedeno z dřevěných bloků, poté by měla být celá konstrukce vyplněna „epoxidem“ nebo lakována.

Při vytváření svařovacího stroje z počítačové jednotky můžete použít transformátor z mikrovlnné trouby nebo starých monitorů, nezapomeňte změnit počet otáček vinutí. Pro tuto práci by bylo užitečné využít elektrotechnickou literaturu.

Jako radiátor můžete použít PIV, dříve rozřezaný na 3 díly, nebo jiné radiátory ze starých počítačů. Můžete je zakoupit ve specializovaných prodejnách, které rozebírají a upgradují počítače. Takové možnosti příjemně ušetří čas a námahu při hledání vhodného chlazení.

Chcete-li vytvořit zařízení ze zdroje napájení počítače, musíte použít jednocyklový dopředný kvazimůstek nebo „šikmý most“. Tento prvek je jedním z hlavních v provozu svařovacího stroje, takže je lepší na něm nešetřit, ale zakoupit si nový v obchodě.

Desky plošných spojů lze stáhnout na internetu. Díky tomu bude vytvoření okruhu mnohem jednodušší. V procesu vytváření desky budete potřebovat kondenzátory, 12-14 kusů, 0,15 mikronů, 630 voltů. Jsou nezbytné k blokování rezonančních proudových rázů z transformátoru. Také k výrobě takového zařízení z počítačového zdroje budete potřebovat kondenzátory C15 nebo C16 se značkou K78-2 nebo SVV-81. Tranzistory a výstupní diody by měly být instalovány na radiátorech bez použití dalších těsnění.

Během provozu musíte neustále používat tester a multimetr, abyste se vyhnuli chybám a rychleji sestavili obvod.

Po vyrobení všech potřebných dílů by měly být umístěny do krytu a poté směrovány. Teplota na termočlánku by měla být nastavena na 70 °C: to ochrání celou konstrukci před přehřátím. Po sestavení musí být svářečka z počítačové jednotky předem otestována. V opačném případě, pokud při montáži uděláte chybu, můžete spálit všechny hlavní prvky nebo dokonce dostat elektrický šok.

Na přední straně by měly být instalovány dva držáky kontaktů a několik regulátorů proudu. Přepínač zařízení v tomto provedení bude standardním přepínačem počítačové jednotky. Tělo hotového zařízení po sestavení vyžaduje dodatečné zpevnění.

Většina moderních elektronických zařízení prakticky nepoužívá analogové (transformátorové) napájecí zdroje, jsou nahrazeny pulzními měniči napětí. Abychom pochopili, proč se to stalo, je nutné vzít v úvahu konstrukční vlastnosti a také silné a slabé stránky těchto zařízení. Řekneme si také o účelu hlavních komponent pulzních zdrojů a poskytneme jednoduchý příklad implementace, kterou lze sestavit vlastníma rukama.

Konstrukční vlastnosti a princip fungování

Z několika metod převodu napětí na výkonové elektronické součástky lze identifikovat dva nejrozšířenější:

Analogový, jehož hlavním prvkem je snižující transformátor, kromě své hlavní funkce poskytuje také galvanické oddělení.
Princip impulsu.

Podívejme se, jak se tyto dvě možnosti liší.

PSU na bázi výkonového transformátoru

Uvažujme zjednodušené blokové schéma tohoto zařízení. Jak je patrné z obrázku, na vstupu je instalován snižovací transformátor, s jeho pomocí se převádí amplituda napájecího napětí např. z 220 V dostaneme 15 V. Dalším blokem je usměrňovač, jeho úkolem je převést sinusový proud na pulzní (harmonická je zobrazena nad symbolickým obrázkem). K tomuto účelu slouží usměrňovací polovodičové prvky (diody) propojené můstkovým obvodem. Princip jejich fungování najdete na našem webu.

Další blok plní dvě funkce: vyhlazuje napětí (k tomu je použit kondenzátor odpovídající kapacity) a stabilizuje ho. Ten je nezbytný, aby napětí „nekleslo“ při zvýšení zátěže.

Uvedené blokové schéma je značně zjednodušené, zdroj tohoto typu má zpravidla vstupní filtr a ochranné obvody, ale to není pro vysvětlení činnosti zařízení důležité.

Všechny nevýhody výše uvedené možnosti přímo nebo nepřímo souvisí s hlavním konstrukčním prvkem - transformátorem. Za prvé, jeho hmotnost a rozměry omezují miniaturizaci. Abychom nebyli neopodstatnění, použijeme jako příklad snižovací transformátor 220/12 V o jmenovitém výkonu 250 W. Hmotnost takové jednotky je asi 4 kilogramy, rozměry 125x124x89 mm. Dokážete si představit, kolik by na základě toho vážila nabíječka notebooku.

Za druhé, cena takových zařízení je někdy mnohonásobně vyšší než celkové náklady na ostatní komponenty.

Pulzní zařízení

Jak je patrné z blokového schématu na obrázku 3, princip činnosti těchto zařízení se výrazně liší od analogových převodníků, především v nepřítomnosti vstupního snižovacího transformátoru.

Obrázek 3. Blokové schéma spínaného zdroje

Podívejme se na operační algoritmus takového zdroje:

Napájení je napájeno síťovým filtrem, jehož úkolem je minimalizovat rušení sítě, jak příchozí, tak odchozí, vznikající provozem.
Dále se uvede do provozu jednotka pro převod sinusového napětí na pulzní konstantní napětí a vyhlazovací filtr.
V další fázi je k procesu připojen invertor, jehož úkolem je vytváření pravoúhlých vysokofrekvenčních signálů. Zpětná vazba do měniče se provádí přes řídicí jednotku.
Dalším blokem je IT, je nutný pro automatický režim generátoru, napájení obvodu, ochrany, ovládání regulátoru a také zátěže. Kromě toho úkol IT zahrnuje zajištění galvanického oddělení mezi vysokonapěťovými a nízkonapěťovými obvody.

Na rozdíl od step-down transformátoru je jádro tohoto zařízení vyrobeno z ferimagnetických materiálů, což přispívá ke spolehlivému přenosu RF signálů, které mohou být v rozsahu 20-100 kHz. Charakteristickým rysem IT je, že při jeho připojení je rozhodující zahrnutí začátku a konce vinutí. Malé rozměry tohoto zařízení umožňují vyrábět miniaturní zařízení, příkladem je elektronický svazek (předřadník) LED nebo energeticky úsporné žárovky.

Dále přichází do činnosti výstupní usměrňovač, protože pracuje s vysokofrekvenčním napětím, proces vyžaduje vysokorychlostní polovodičové prvky, proto se pro tento účel používají Schottkyho diody.
V konečné fázi se na výhodném filtru provede vyhlazení, po kterém se na zátěž přivede napětí.

Nyní, jak jsme slíbili, se podívejme na princip fungování hlavního prvku tohoto zařízení - měniče.

Jak funguje střídač?

RF modulaci lze provést třemi způsoby:

pulzní frekvence;
fázový puls;
šířka pulzu.

V praxi se používá poslední možnost. Je to dáno jednak jednoduchostí implementace a jednak tím, že PWM má na rozdíl od ostatních dvou modulačních metod konstantní komunikační frekvenci. Níže je zobrazeno blokové schéma popisující činnost regulátoru.

Provozní algoritmus zařízení je následující:

Generátor referenční frekvence generuje řadu obdélníkových signálů, jejichž frekvence odpovídá referenční frekvenci. Na základě tohoto signálu se vytvoří pilový zub U P, který je přiveden na vstup komparátoru K PWM. Signál UUS přicházející z řídicího zesilovače je přiveden na druhý vstup tohoto zařízení. Signál generovaný tímto zesilovačem odpovídá proporcionálnímu rozdílu mezi U P (referenční napětí) a U RS (řídící signál z obvodu zpětné vazby). To znamená, že řídicí signál UUS je ve skutečnosti nepřizpůsobivé napětí s úrovní, která závisí jak na proudu na zátěži, tak na napětí na ní (U OUT).

Tato metoda implementace vám umožňuje uspořádat uzavřený obvod, který vám umožní řídit výstupní napětí, to znamená, že ve skutečnosti mluvíme o lineárně diskrétní funkční jednotce. Na jeho výstupu jsou generovány pulsy, jejichž trvání závisí na rozdílu mezi referenčním a řídicím signálem. Na jeho základě je vytvořeno napětí pro ovládání klíčového tranzistoru měniče.

Proces stabilizace výstupního napětí se provádí sledováním jeho úrovně, při jeho změně se úměrně mění napětí řídicího signálu U PC, což vede ke zvýšení nebo snížení doby mezi impulsy.

V důsledku toho se mění výkon sekundárních obvodů, což zajišťuje stabilizaci výstupního napětí.

Pro zajištění bezpečnosti je vyžadováno galvanické oddělení mezi napájecím zdrojem a zpětnou vazbou. K tomuto účelu se zpravidla používají optočleny.

Silné a slabé stránky pulzních zdrojů

Pokud porovnáme analogová a pulzní zařízení stejného výkonu, budou mít tato zařízení následující výhody:

Malé rozměry a hmotnost díky absenci nízkofrekvenčního snižovacího transformátoru a regulačních prvků, které vyžadují odvod tepla pomocí velkých radiátorů. Díky použití technologie konverze vysokofrekvenčního signálu je možné snížit kapacitu kondenzátorů použitých ve filtrech, což umožňuje instalaci menších prvků.
Vyšší účinnost, protože hlavní ztráty jsou způsobeny pouze přechodnými procesy, zatímco v analogových obvodech se při elektromagnetické přeměně neustále ztrácí mnoho energie. Výsledek hovoří sám za sebe, zvýšení účinnosti na 95–98 %.
Nižší cena díky použití méně výkonných polovodičových prvků.
Širší rozsah vstupního napětí. Tento typ zařízení je nenáročný na frekvenci a amplitudu, proto je povoleno připojení k sítím různých standardů.
Dostupnost spolehlivé ochrany proti zkratu, přetížení a dalším nouzovým situacím.

Nevýhody pulzní technologie zahrnují:

Přítomnost vysokofrekvenčního rušení je důsledkem provozu vysokofrekvenčního měniče. Tento faktor vyžaduje instalaci filtru, který potlačuje rušení. Bohužel jeho provoz není vždy efektivní, což ukládá určitá omezení pro použití zařízení tohoto typu ve vysoce přesných zařízeních.

Zvláštní požadavky na zatížení, nemělo by se snižovat ani zvyšovat. Jakmile úroveň proudu překročí horní nebo dolní práh, začnou se charakteristiky výstupního napětí výrazně lišit od standardních. Výrobci (dokonce i nedávno čínští) zpravidla takové situace zajišťují a instalují do svých produktů vhodnou ochranu.

Rozsah použití

Téměř veškerá moderní elektronika je napájena z bloků tohoto typu, například:

Sestavení spínaného zdroje vlastníma rukama

Uvažujme obvod jednoduchého napájecího zdroje, kde se uplatňuje výše popsaný princip činnosti.

Označení:

Rezistory: R1 – 100 Ohm, R2 – od 150 kOhm do 300 kOhm (volitelné), R3 – 1 kOhm.
Kapacity: C1 a C2 – 0,01 µF x 630 V, C3 -22 µF x 450 V, C4 – 0,22 µF x 400 V, C5 – 6800-15000 pF (volitelné), 012 µF, C6 – 10 µF, C7 x – 220 µF x 25 V, C8 – 22 µF x 25 V.
Diody: VD1-4 - KD258V, VD5 a VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
Tranzistor VT1 – KT872A.
Stabilizátor napětí D1 - mikroobvod KR142 s indexem EH5 - EH8 (v závislosti na požadovaném výstupním napětí).
Transformátor T1 - je použito feritové jádro tvaru w o rozměrech 5x5. Primární vinutí je navinuto 600 závity drátu Ø 0,1 mm, sekundární (piny 3-4) obsahuje 44 závitů Ø 0,25 mm a poslední vinutí obsahuje 5 závitů Ø 0,1 mm.
Pojistka FU1 – 0,25A.

Nastavení spočívá ve výběru hodnot R2 a C5, které zajistí buzení generátoru na vstupní napětí 185-240 V.

Konstrukční vlastnosti a princip fungování

Z několika metod převodu napětí na výkonové elektronické součástky lze identifikovat dva nejrozšířenější:

Analogový, jehož hlavním prvkem je snižující transformátor, kromě své hlavní funkce poskytuje také galvanické oddělení.
Princip impulsu.

Podívejme se, jak se tyto dvě možnosti liší.

PSU na bázi výkonového transformátoru

Další blok plní dvě funkce: vyhlazuje napětí (k tomu je použit kondenzátor odpovídající kapacity) a stabilizuje ho. Ten je nezbytný, aby napětí „nekleslo“ při zvýšení zátěže.

Uvedené blokové schéma je značně zjednodušené, zdroj tohoto typu má zpravidla vstupní filtr a ochranné obvody, ale to není pro vysvětlení činnosti zařízení důležité.

Za druhé, cena takových zařízení je někdy mnohonásobně vyšší než celkové náklady na ostatní komponenty.

Pulzní zařízení

Obrázek 3. Blokové schéma spínaného zdroje

Podívejme se na operační algoritmus takového zdroje:

Napájení je napájeno síťovým filtrem, jehož úkolem je minimalizovat rušení sítě, jak příchozí, tak odchozí, vznikající provozem.
Dále se uvede do provozu jednotka pro převod sinusového napětí na pulzní konstantní napětí a vyhlazovací filtr.
V další fázi je k procesu připojen invertor, jehož úkolem je vytváření pravoúhlých vysokofrekvenčních signálů. Zpětná vazba do měniče se provádí přes řídicí jednotku.
Dalším blokem je IT, je nutný pro automatický režim generátoru, napájení obvodu, ochrany, ovládání regulátoru a také zátěže. Kromě toho úkol IT zahrnuje zajištění galvanického oddělení mezi vysokonapěťovými a nízkonapěťovými obvody.

Na rozdíl od step-down transformátoru je jádro tohoto zařízení vyrobeno z ferimagnetických materiálů, což přispívá ke spolehlivému přenosu RF signálů, které mohou být v rozsahu 20-100 kHz. Charakteristickým rysem IT je, že při jeho připojení je rozhodující zahrnutí začátku a konce vinutí. Malé rozměry tohoto zařízení umožňují vyrábět miniaturní zařízení, příkladem je elektronický svazek (předřadník) LED nebo energeticky úsporné žárovky.

Dále přichází do činnosti výstupní usměrňovač, protože pracuje s vysokofrekvenčním napětím, proces vyžaduje vysokorychlostní polovodičové prvky, proto se pro tento účel používají Schottkyho diody.
V konečné fázi se na výhodném filtru provede vyhlazení, po kterém se na zátěž přivede napětí.

Nyní, jak jsme slíbili, se podívejme na princip fungování hlavního prvku tohoto zařízení - měniče.

Jak funguje střídač?

RF modulaci lze provést třemi způsoby:

pulzní frekvence;
fázový puls;
šířka pulzu.

Provozní algoritmus zařízení je následující:

V důsledku toho se mění výkon sekundárních obvodů, což zajišťuje stabilizaci výstupního napětí.

Pro zajištění bezpečnosti je vyžadováno galvanické oddělení mezi napájecím zdrojem a zpětnou vazbou. K tomuto účelu se zpravidla používají optočleny.

Silné a slabé stránky pulzních zdrojů

Pokud porovnáme analogová a pulzní zařízení stejného výkonu, budou mít tato zařízení následující výhody:

Malé rozměry a hmotnost díky absenci nízkofrekvenčního snižovacího transformátoru a regulačních prvků, které vyžadují odvod tepla pomocí velkých radiátorů. Díky použití technologie konverze vysokofrekvenčního signálu je možné snížit kapacitu kondenzátorů použitých ve filtrech, což umožňuje instalaci menších prvků.
Vyšší účinnost, protože hlavní ztráty jsou způsobeny pouze přechodnými procesy, zatímco v analogových obvodech se při elektromagnetické přeměně neustále ztrácí mnoho energie. Výsledek hovoří sám za sebe, zvýšení účinnosti na 95–98 %.
Nižší cena díky použití méně výkonných polovodičových prvků.
Širší rozsah vstupního napětí. Tento typ zařízení je nenáročný na frekvenci a amplitudu, proto je povoleno připojení k sítím různých standardů.
Dostupnost spolehlivé ochrany proti zkratu, přetížení a dalším nouzovým situacím.

Nevýhody pulzní technologie zahrnují:

Rozsah použití

Téměř veškerá moderní elektronika je napájena z bloků tohoto typu, například:

Sestavení spínaného zdroje vlastníma rukama

Uvažujme obvod jednoduchého napájecího zdroje, kde se uplatňuje výše popsaný princip činnosti.

Označení:

Rezistory: R1 – 100 Ohm, R2 – od 150 kOhm do 300 kOhm (volitelné), R3 – 1 kOhm.
Kapacity: C1 a C2 – 0,01 µF x 630 V, C3 -22 µF x 450 V, C4 – 0,22 µF x 400 V, C5 – 6800-15000 pF (volitelné), 012 µF, C6 – 10 µF, C7 x – 220 µF x 25 V, C8 – 22 µF x 25 V.
Diody: VD1-4 - KD258V, VD5 a VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
Tranzistor VT1 – KT872A.
Stabilizátor napětí D1 - mikroobvod KR142 s indexem EH5 - EH8 (v závislosti na požadovaném výstupním napětí).
Transformátor T1 - je použito feritové jádro tvaru w o rozměrech 5x5. Primární vinutí je navinuto 600 závity drátu Ø 0,1 mm, sekundární (piny 3-4) obsahuje 44 závitů Ø 0,25 mm a poslední vinutí obsahuje 5 závitů Ø 0,1 mm.
Pojistka FU1 – 0,25A.

Nastavení spočívá ve výběru hodnot R2 a C5, které zajistí buzení generátoru na vstupní napětí 185-240 V.

Typ napájení, jak již bylo uvedeno, je spínací. Toto řešení dramaticky snižuje hmotnost a velikost konstrukce, ale nefunguje hůře než běžný síťový transformátor, na který jsme zvyklí. Obvod je sestaven na výkonném budiči IR2153. Pokud je mikroobvod v balíčku DIP, musí být nainstalována dioda. Co se týče diody, tak upozorňujeme, že se nejedná o obyčejnou, ale ultra rychlou, jelikož pracovní frekvence generátoru je desítky kilohertzů a běžné usměrňovací diody zde nebudou fungovat.

V mém případě byl celý obvod sestavován hromadně, protože jsem ho sestavil pouze pro otestování jeho funkčnosti. Sotva jsem stačil seřídit obvod a hned to začalo fungovat jako švýcarské hodinky.

Transformátor— je vhodné vzít hotový, z počítačového zdroje (doslova každý, já jsem vzal transformátor s pigtailem z ATX 350 wattového zdroje). Na výstupu transformátoru lze použít usměrňovač z diod SCHOTTTKY (lze najít i v počítačových zdrojích), nebo libovolné rychlé a ultrarychlé diody s proudem 10A a více, lze použít i náš KD213A .

Zapojte obvod do sítě přes 220V 100W žárovku, v mém případě byly všechny testy provedeny s měničem 12-220 s ochranou proti zkratu a přetížení a teprve po jemném doladění jsem se rozhodl jej připojit k Síť 220V.

Jak by měl sestavený obvod fungovat?

Klávesy jsou studené, bez výstupní zátěže (i při výstupní zátěži 50 wattů mi klávesy zůstaly ledové).
Mikroobvod by se během provozu neměl přehřívat.
Každý kondenzátor by měl mít napětí asi 150 voltů, ačkoli jmenovitá hodnota tohoto napětí se může lišit o 10-15 voltů.
Obvod by měl fungovat tiše.
Výkonový odpor mikroobvodu (47k) by se měl během provozu mírně přehřívat, je také možné mírné přehřátí odlehčovacího odporu (100 Ohm).

Hlavní problémy, které vznikají po montáži

Problém 1. Sestavili jsme obvod, po zapojení bliká kontrolka připojená k výstupu transformátoru a samotný obvod vydává podivné zvuky.

Řešení. S největší pravděpodobností není dostatečné napětí pro napájení mikroobvodu, zkuste snížit odpor 47k odporu na 45, pokud to nepomůže, pak na 40 a tak dále (v krocích 2-3kOhm), dokud obvod nebude fungovat normálně.

Problém 2. Sestavili jsme obvod; při napájení se nic nezahřeje ani nevybuchne, ale napětí a proud na výstupu transformátoru jsou zanedbatelné (téměř nulové)

Řešení. Vyměňte 400V 1uF kondenzátor za 2mH induktor.

Problém 3. Jeden z elektrolytů je velmi horký.

Řešení. S největší pravděpodobností nefunguje, vyměňte jej za nový a zároveň zkontrolujte diodový usměrňovač, možná je to kvůli nefunkčnímu usměrňovači, že kondenzátor dostává změnu.

Spínaný zdroj na ir2153 lze použít k napájení výkonných, kvalitních zesilovačů, nebo použít jako nabíječku výkonných olověných baterií, nebo jako zdroj - vše dle vašeho uvážení.

Výkon jednotky může dosáhnout až 400 wattů, k tomu budete muset použít 450wattový ATX transformátor a vyměnit elektrolytické kondenzátory za 470 µF – a je to!

Obecně platí, že spínací zdroj si můžete sestavit vlastníma rukama za pouhých 10-12 $, a to pokud vezmete všechny komponenty z obchodu s rádiem, ale každý radioamatér má více než polovinu rádiových komponent používaných v obvodu.