Unità inverter o alimentatore. Come realizzare un inverter di saldatura con le tue mani

12.01.2024

Per eseguire lavori di saldatura in casa è indispensabile una saldatrice inverter. Il principio del suo funzionamento si basa sull'uso di transistor e interruttori, con l'aiuto dei quali la tensione di rete viene prima trasformata in tensione costante.

Quindi le caratteristiche attuali cambiano (la frequenza della sinusoide aumenta). Queste azioni portano ad una diminuzione del valore della tensione, che porta alla rettifica della corrente, mentre la frequenza della corrente non cambia.

L'uso diffuso di questi dispositivi è associato a numerosi vantaggi, tra cui:

Piccole dimensioni complessive, così come il peso ridotto, che facilita notevolmente il lavoro durante i lavori di saldatura e consente di posizionare il dispositivo in un luogo conveniente;
La capacità di farlo da solo, spendendo pochi soldi. Inoltre, l'assemblaggio fai-da-te consente di selezionare parti con le caratteristiche necessarie e in futuro sarà abbastanza facile riparare l'unità o sostituire parti per regolare le caratteristiche;
Alta efficienza, che gli consente di competere con i dispositivi già pronti.

Gli svantaggi di un inverter di saldatura, realizzato in modo indipendente, sono:

Breve durata, con parti selezionate in modo errato;
Non è possibile implementare funzioni aggiuntive, che può migliorare la qualità della saldatura;
Se necessario, procurarsi un dispositivo ad alta potenzaè necessario un sistema di raffreddamento aggiuntivo, che aumenta il costo finale e le dimensioni.

Si prega di notare che l'autoassemblaggio di un inverter è un lavoro piuttosto scrupoloso., che richiede molto tempo e determinate abilità. Ma i produttori moderni offrono un'ampia scelta di componenti, il che rende la loro scelta molto più semplice. La selezione delle parti stesse si basa sulla compatibilità dei parametri per tipologia e caratteristiche, nonché sulla possibilità di una facile sostituzione in futuro.

Gli elementi principali dell'inverter sono:

alimentatore;
parte di potenza e le sue chiavi.

Le caratteristiche di output di base includono:

consumo attuale e il suo valore massimo;
tensione e frequenza nella rete;
il valore della corrente di saldatura alla quale verrà eseguita la cucitura.

Fase preparatoria

Prima di iniziare ad acquistare parti per la produzione di un inverter, è necessario comprendere con precisione i valori dei parametri di uscita e disporre degli schemi elettrici di tutti gli elementi (circuito generale, alimentazione).

Consideriamo la fabbricazione di una saldatrice con caratteristiche di input:

tensione di rete 220 V;
frequenza 50 Hz;
corrente 32 A.

L'uscita sarà una corrente convertita in un valore di 250 A, ovvero avrà aumentato il suo valore di ingresso di 8 volte. Con questo dispositivo è possibile effettuare una saldatura posizionando l'elettrodo a meno di 1 cm dalla parte da saldare.

Prima di iniziare ad assemblare il dispositivo, è necessario preparare i seguenti materiali e strumenti:

cacciaviti (piatti e Phillips) di diverse dimensioni;
strumenti per misurare tensione e corrente (voltmetro e amperometro), che possono essere sostituiti con un moderno dispositivo di misurazione universale;
con una piccola puntura;
componenti per lavori di saldatura (colofonia, filo);
un oscilloscopio, il cui utilizzo consentirà di monitorare i cambiamenti nella sinusoide corrente;
acciaio speciale con parametri elettrici adeguati;
tessuti di cotone e fibra di vetro;
nucleo per trasformatore;
avvolgimenti del trasformatore:
primario per 100 spire di filo di diametro 0,3 mm
secondario (interno - 15 giri di filo da 1 mm, medio - 15 giri di filo da 0,2 mm, esterno - 20 giri di filo da 0,35 mm);
testolite;
bulloni e viti;
transistor con le caratteristiche necessarie;
fili di diverse sezioni;
cavo di alimentazione;
nastro isolante o carta speciale.

Dopo aver completato il lavoro preparatorio, puoi iniziare l'assemblaggio.

Alimentazione tramite inverter

La scheda su cui si trova l'alimentazione dell'inverter è assemblata separatamente dall'elemento di potenza del dispositivo. Inoltre, devono essere separati l'uno dall'altro da un foglio di metallo fissato rigidamente al corpo.

L'elemento principale dell'alimentatore è un trasformatore, che puoi realizzare da solo. Con il suo aiuto, la tensione proveniente dalla rete verrà convertita in un valore sicuro per la vita, quindi aumenterà la forza attuale per eseguire la saldatura.

Il materiale per l'anima può essere ferro di dimensioni 7x7 o 8x8. In questo caso, puoi prendere piastre standard o tagliare il pezzo di metallo richiesto da un foglio esistente. L'avvolgimento è realizzato con filo di rame della marca PEV, poiché è questo materiale che fornisce al massimo le caratteristiche richieste (sezione piccola con larghezza sufficiente).

L'utilizzo di un materiale diverso come avvolgimento può influenzare in modo significativo le caratteristiche del trasformatore, ad esempio aumentare il riscaldamento di questa parte.

L'assemblaggio di un trasformatore composto da 2 avvolgimenti inizia con la realizzazione dell'avvolgimento primario. Per fare ciò, un filo con una sezione trasversale di 0,3 mm viene avvolto 100 volte attorno al nucleo. È importante che l'avvolgimento occupi l'intera larghezza del nucleo. Questa funzione migliorerà il funzionamento dell'inverter durante le fluttuazioni della tensione di rete durante il funzionamento successivo.

In questo caso, ogni giro dovrebbe combaciare perfettamente con quello precedente, mentre dovrebbero essere evitate le sovrapposizioni. Dopo aver compiuto tutti i 100 giri è necessario stendere uno strato di apposita carta isolante o tela in fibra di vetro. Si prega di notare che la carta si scurirà durante l'uso.

Successivamente, viene eseguito l'avvolgimento secondario. Per fare questo, devi prendere un filo di rame con una sezione di 1 mm e fare 15 giri, cercando di distribuirli su tutta la larghezza, ad uguale distanza l'uno dall'altro. Dopo averli rivestiti con vernice e asciugati, avvolgere il 2o strato con filo di rame con una sezione di 0,2 mm, facendo anche 15 giri.

Inoltre devono essere distribuiti, come nel caso precedente, e isolati. L'ultimo strato per l'avvolgimento secondario sarà PEV con sezione trasversale di 0,35 mm, con 20 spire e anche l'ultimo strato dovrà essere isolato.

Telaio

Successivamente, iniziamo a produrre il corpo. Le sue dimensioni devono essere commisurate alle dimensioni del trasformatore e più del 70% per il posizionamento di altre parti dell'inverter. Il corpo stesso può essere realizzato in lamiera d'acciaio con uno spessore di 0,5-1 mm.

Per collegare gli angoli è possibile utilizzare bulloni o utilizzare speciali macchine piegatrici per piegare il foglio alla dimensione desiderata. Se si posiziona una maniglia sulla custodia per fissare l'inverter alla cintura o per facilitare il trasferimento, ciò faciliterà notevolmente il funzionamento del dispositivo in futuro.

Inoltre, il design dell'alloggiamento dovrebbe consentire un accesso abbastanza facile a tutte le parti situate al suo interno. È necessario realizzare diversi fori tecnologici per interruttori, pulsante di accensione, segnalazione luminosa di operabilità e connettori dei cavi.

Sezione di potenza e unità inverter

L'unità di potenza per l'inverter è un trasformatore, la cui particolarità è la presenza di 2 nuclei, che vengono posizionati accanto a un piccolo spazio vuoto, adagiando un foglio di carta. Questo trasformatore è assemblato in modo simile al precedente. Un dettaglio importante è che lo strato isolante tra le spire del filo deve essere rinforzato, per evitare interruzioni di tensione. Inoltre, tra gli strati di fili vengono posizionate guarnizioni in fluoroplastica.

La parte di potenza comprende condensatori collegati secondo lo schema. Sono progettati per ridurre la risonanza dei trasformatori e sono inoltre progettati per ridurre al minimo e compensare le perdite di corrente nei transistor.

L'unità inverter del dispositivo viene utilizzata per convertire la corrente, la cui frequenza di uscita aumenta. Per fare ciò, nell'inverter vengono utilizzati transistor o diodi. Se decidi di utilizzare i diodi in questo blocco, devono essere assemblati in un ponte obliquo utilizzando uno schema speciale. I cavi da esso vanno ai transistor, progettati per restituire la corrente alternata a una frequenza più elevata. Il ponte a diodi e i transistor devono essere separati da una partizione.

Sistema di raffreddamento

Poiché tutti gli elementi dell'unità sono soggetti a calore, è necessario organizzare un sistema di raffreddamento che garantisca un funzionamento affidabile e ininterrotto. Per fare ciò, è possibile utilizzare dispositivi di raffreddamento dei computer e anche realizzare diversi fori aggiuntivi nella custodia per un facile accesso dell'aria all'interno del dispositivo. Tuttavia, non dovrebbero esserci troppi fori di questo tipo per evitare che la polvere in eccesso penetri nel case.

I raffreddatori devono essere posizionati in modo tale che possano lavorare per rimuovere l'aria dal corpo del dispositivo. Gli elementi di raffreddamento richiedono manutenzione, ad esempio la sostituzione della pasta termica, quindi l'accesso ad essi dovrebbe essere facile.

Ci sono diverse parti dell'inverter che richiedono un raffreddamento obbligatorio. Questi sono i trasformatori. Per raffreddarli, è ragionevole installare 2 ventole. Inoltre, il ponte a diodi richiede un raffreddamento aggiuntivo. È installato sul radiatore.

Installare un elemento come un sensore di temperatura e quindi collegarlo al LED sulla custodia consentirà di inviare un segnale quando viene raggiunta una temperatura inaccettabile e di scollegare l'inverter dall'alimentazione per il raffreddamento.

Assemblea

L'inverter viene assemblato nel seguente ordine:

sul fondo dell'alloggiamento si trovano un trasformatore, un ponte a diodi e un circuito di controllo;
Tutti i fili sono attorcigliati, saldati e fissati insieme;
Sul pannello esterno è presente un'indicazione luminosa, un pulsante di avvio e un connettore per il cavo.

Una volta installato tutto, puoi verificare il funzionamento del dispositivo.

Controllo del lavoro

Per controllare il dispositivo è necessario utilizzare un oscilloscopio. L'inverter è collegato a una rete a 220 V, quindi il dispositivo viene utilizzato per verificare se i parametri di uscita corrispondono a quelli richiesti. Ad esempio, la tensione dovrebbe essere compresa tra 500 e 550 V. Con un assemblaggio assolutamente corretto e parti selezionate correttamente, questo valore non dovrebbe superare la soglia di 350 V.

Dopo tali misurazioni e letture accettabili dell'oscilloscopio, è possibile iniziare a effettuare la saldatura. Dopo che il primo elettrodo è completamente bruciato, è necessario misurare la temperatura sul trasformatore. Se bolle, è necessario migliorare il circuito, spegnere il dispositivo e apportare modifiche. Solo dopo aver adottato misure per eliminare questo difetto è possibile riprendere con la stessa misurazione della temperatura dopo il completamento del lavoro.

Regole operative

L'inverter di saldatura può essere utilizzato sia per saldare parti in metalli ferrosi sia per lavorare con metalli non ferrosi. È utile sia in una casa privata, in una casa di campagna, sia in un garage.

Quando lo si utilizza, è necessario monitorare la qualità della tensione e della frequenza nella rete.

Per un utilizzo a lungo termine di questa unità, è necessario controllare periodicamente l'esecuzione delle sue singole pulizie ed attuare misure preventive per pulirla da polvere e sporco.

Quando realizzi un inverter da solo, devi:

avere diagrammi di tutti gli elementi del dispositivo;
scegliere i componenti giusti;
mantenere tutti gli spazi necessari e isolare attentamente gli elementi;
rispettare le norme di sicurezza.

Un inverter per saldatura fai-da-te realizzato con un alimentatore per computer sta diventando sempre più popolare sia tra i professionisti che tra i saldatori dilettanti. I vantaggi di tali dispositivi sono che sono comodi e leggeri.

L'utilizzo di un generatore ad inverter consente di migliorare qualitativamente le caratteristiche dell'arco di saldatura, ridurre le dimensioni del trasformatore di potenza e quindi alleggerire il peso dell'apparecchio, consente di effettuare regolazioni più fluide e di ridurre gli spruzzi durante la saldatura. Lo svantaggio di una saldatrice a inverter è il suo prezzo notevolmente più alto rispetto alla sua controparte con trasformatore.

Per non pagare più del dovuto ingenti somme di denaro nei negozi per la saldatura, puoi crearne una. Per fare ciò, è necessario un alimentatore per computer funzionante, diversi strumenti di misura elettrici, strumenti, conoscenze di base e abilità pratiche nei lavori elettrici. Sarebbe utile anche acquisire la letteratura pertinente.

Se non sei sicuro delle tue capacità, dovresti andare al negozio per una saldatrice già pronta, altrimenti, con il minimo errore durante il processo di assemblaggio, c'è il rischio di prendere una scossa elettrica o di bruciare tutto il cablaggio elettrico . Ma se hai esperienza nell'assemblare circuiti, riavvolgere trasformatori e creare apparecchi elettrici con le tue mani, puoi tranquillamente iniziare l'assemblaggio.

Principio di funzionamento della saldatura ad inverter

L'inverter di saldatura è costituito da un trasformatore di potenza che riduce la tensione di rete, induttanze stabilizzatrici che riducono l'ondulazione di corrente e un blocco del circuito elettrico. Per i circuiti possono essere utilizzati transistor MOSFET o IGBT.

Il principio di funzionamento dell'inverter è il seguente: la corrente alternata dalla rete viene inviata al raddrizzatore, dopodiché il modulo di potenza converte la corrente continua in corrente alternata con frequenza crescente. Successivamente, la corrente entra nel trasformatore ad alta frequenza e l'uscita da esso è la corrente dell'arco di saldatura.

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Strumenti necessari per realizzare un inverter

Per assemblare un inverter di saldatura da un alimentatore con le proprie mani, saranno necessari i seguenti strumenti:

saldatore;
cacciaviti con punte diverse;
pinze;
pinza tagliafili;
trapano o cacciavite;
coccodrilli;
fili della sezione richiesta;
tester;
multimetro;
materiali di consumo (fili, saldatura per saldatura, nastro isolante, viti e altri).

Per creare una saldatrice da un alimentatore per computer, sono necessari materiali per creare un circuito stampato, getinak e pezzi di ricambio. Per ridurre la quantità di lavoro, dovresti andare al negozio per portaelettrodi già pronti. Tuttavia, puoi realizzarli tu stesso saldando i coccodrilli su fili del diametro richiesto. È importante osservare la polarità quando si esegue questo lavoro.

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La procedura per assemblare la saldatrice

Prima di tutto, per creare una saldatrice dall'alimentatore di un computer, è necessario rimuovere la fonte di alimentazione dal case del computer e smontarla. Gli elementi principali che possono essere utilizzati sono alcuni pezzi di ricambio, un ventilatore e piastre standard. È importante tenere conto della modalità operativa di raffreddamento. Ciò determina quali elementi devono essere aggiunti per garantire la ventilazione necessaria.

Il funzionamento di una ventola standard, che raffredderà la futura saldatrice da un'unità computerizzata, deve essere testato in diverse modalità. Questo controllo garantirà la funzionalità dell'elemento. Per evitare il surriscaldamento della saldatrice durante il funzionamento, è possibile installare una fonte di raffreddamento aggiuntiva e più potente.

Per controllare la temperatura richiesta, è necessario installare una termocoppia. La temperatura ottimale per il funzionamento della saldatrice non deve superare i 72-75°C.

Ma prima di tutto, dovresti installare una maniglia della dimensione richiesta sulla saldatrice dall'alimentatore del computer per il trasporto e la facilità d'uso. La maniglia è installata sul pannello superiore del blocco mediante viti.

È importante scegliere viti di lunghezza ottimale, altrimenti quelle troppo grandi potrebbero compromettere il circuito interno, il che è inaccettabile. In questa fase del lavoro, dovresti preoccuparti di una buona ventilazione del dispositivo. Il posizionamento degli elementi all'interno dell'alimentatore è molto denso, quindi è necessario predisporre in anticipo un gran numero di fori passanti. Vengono eseguiti con un trapano o un cacciavite.

Successivamente, è possibile utilizzare più trasformatori per creare un circuito inverter. Tipicamente vengono scelti 3 trasformatori come ETD59, E20 e Kx20x10x5. Puoi trovarli in quasi tutti i negozi di radioelettronica. E se hai già esperienza nella creazione di trasformatori da solo, è più facile realizzarli da solo, concentrandoti sul numero di giri e sulle caratteristiche prestazionali dei trasformatori. Trovare tali informazioni su Internet non sarà difficile. Potrebbe essere necessario un trasformatore di corrente K17x6x5.

È meglio realizzare trasformatori fatti in casa da bobine Getinax, l'avvolgimento sarà in filo smaltato con una sezione trasversale di 1,5 o 2 mm. È possibile utilizzare la lamina di rame da 0,3x40 mm, dopo averla avvolta in carta resistente. È adatta la carta termica del registratore di cassa (0,05 mm), è resistente e non si strappa molto. L'aggraffatura dovrebbe essere eseguita da blocchi di legno, dopo di che l'intera struttura dovrebbe essere riempita con "resina epossidica" o verniciata.

Quando si crea una saldatrice da un'unità computerizzata, è possibile utilizzare un trasformatore da un forno a microonde o vecchi monitor, senza dimenticare di modificare il numero di giri dell'avvolgimento. Per questo lavoro sarebbe utile utilizzare la letteratura di ingegneria elettrica.

Come radiatore puoi utilizzare PIV, precedentemente tagliato in 3 parti, o altri radiatori di vecchi computer. Puoi acquistarli in negozi specializzati che smontano e aggiornano i computer. Tali opzioni faranno risparmiare piacevolmente tempo e fatica nella ricerca di un raffreddamento adeguato.

Per creare un dispositivo dall'alimentatore di un computer, è necessario utilizzare un quasi-ponte in avanti a ciclo singolo o un "ponte obliquo". Questo elemento è uno dei principali nel funzionamento della saldatrice, quindi è meglio non risparmiare, ma acquistarne uno nuovo nel negozio.

I circuiti stampati possono essere scaricati da Internet. Ciò renderà la ricostruzione del circuito molto più semplice. Nel processo di creazione della scheda avrete bisogno di condensatori, 12-14 pezzi, 0,15 micron, 630 volt. Sono necessari per bloccare i picchi di corrente risonanti provenienti dal trasformatore. Inoltre, per realizzare un dispositivo del genere dall'alimentatore di un computer, saranno necessari condensatori C15 o C16 con il marchio K78-2 o SVV-81. I transistor e i diodi di uscita devono essere installati sui radiatori senza utilizzare guarnizioni aggiuntive.

Durante il funzionamento è necessario utilizzare costantemente un tester e un multimetro per evitare errori e assemblare il circuito più velocemente.

Dopo aver realizzato tutte le parti necessarie, queste devono essere posizionate nell'alloggiamento e quindi instradate. La temperatura sulla termocoppia dovrà essere impostata a 70°C: questo proteggerà l'intera struttura dal surriscaldamento. Dopo il montaggio, la saldatrice da un'unità computer deve essere pre-testata. Altrimenti, se commetti un errore durante il montaggio, potresti bruciare tutti gli elementi principali o addirittura prendere una scossa elettrica.

Sul lato anteriore dovrebbero essere installati due portacontatti e diversi regolatori di corrente. L'interruttore del dispositivo in questo progetto sarà un interruttore a levetta standard dell'unità computer. Il corpo del dispositivo finito dopo l'assemblaggio richiede ulteriore rinforzo.

La maggior parte dei dispositivi elettronici moderni praticamente non utilizza alimentatori analogici (trasformatori), sono sostituiti da convertitori di tensione a impulsi. Per capire perché ciò è accaduto, è necessario considerare le caratteristiche del design, nonché i punti di forza e di debolezza di questi dispositivi. Parleremo anche dello scopo dei componenti principali delle sorgenti pulsate e forniremo un semplice esempio di implementazione che può essere assemblata con le proprie mani.

Caratteristiche costruttive e principio di funzionamento

Tra i vari metodi di conversione della tensione in componenti elettronici di potenza, se ne possono identificare due più diffusi:

Analogico, il cui elemento principale è un trasformatore step-down, oltre alla sua funzione principale, fornisce anche l'isolamento galvanico.
Principio dell'impulso.

Diamo un'occhiata a come differiscono queste due opzioni.

Alimentatore basato su un trasformatore di potenza

Consideriamo uno schema a blocchi semplificato di questo dispositivo. Come si può vedere dalla figura, all'ingresso è installato un trasformatore step-down, con il suo aiuto viene convertita l'ampiezza della tensione di alimentazione, ad esempio da 220 V otteniamo 15 V. Il blocco successivo è un raddrizzatore, il suo il compito è convertire la corrente sinusoidale in una corrente pulsata (l'armonica è mostrata sopra l'immagine simbolica). A questo scopo vengono utilizzati elementi semiconduttori raddrizzatori (diodi) collegati tramite un circuito a ponte. Il loro principio di funzionamento può essere trovato sul nostro sito web.

Il blocco successivo svolge due funzioni: livella la tensione (a questo scopo viene utilizzato un condensatore di capacità adeguata) e la stabilizza. Quest'ultimo è necessario affinché la tensione non “cada” quando il carico aumenta.

Lo schema a blocchi riportato è molto semplificato; di norma una sorgente di questo tipo ha un filtro in ingresso e circuiti di protezione, ma questo non è importante per spiegare il funzionamento del dispositivo.

Tutti gli svantaggi dell'opzione di cui sopra sono direttamente o indirettamente correlati all'elemento principale del design: il trasformatore. Innanzitutto il suo peso e le sue dimensioni ne limitano la miniaturizzazione. Per non risultare infondati utilizzeremo come esempio un trasformatore step-down 220/12 V con potenza nominale di 250 W. Il peso di tale unità è di circa 4 chilogrammi, dimensioni 125x124x89 mm. Puoi immaginare quanto peserebbe un caricabatterie per laptop basato su di esso.

In secondo luogo, il prezzo di tali dispositivi è talvolta molte volte superiore al costo totale degli altri componenti.

Dispositivi a impulsi

Come si può vedere dallo schema a blocchi riportato in Figura 3, il principio di funzionamento di questi dispositivi differisce notevolmente da quello dei convertitori analogici, principalmente per l'assenza di un trasformatore step-down in ingresso.

Figura 3. Schema a blocchi di un alimentatore switching

Consideriamo l'algoritmo operativo di tale fonte:

L'alimentazione viene fornita al filtro di rete; il suo compito è ridurre al minimo il rumore di rete, sia in entrata che in uscita, derivante dal funzionamento.
Successivamente entrano in funzione l'unità per la conversione della tensione sinusoidale in tensione costante pulsata e un filtro livellatore.
Nella fase successiva, un inverter è collegato al processo, il suo compito è legato alla formazione di segnali rettangolari ad alta frequenza. Il feedback all'inverter viene effettuato tramite l'unità di controllo.
Il blocco successivo è IT, è necessario per la modalità generatore automatico, fornendo tensione al circuito, protezione, controllo del controller e carico. Inoltre, il compito IT comprende garantire l'isolamento galvanico tra i circuiti ad alta e bassa tensione.

A differenza di un trasformatore step-down, il nucleo di questo dispositivo è costituito da materiali ferrimagnetici, ciò contribuisce alla trasmissione affidabile dei segnali RF, che possono essere nell'intervallo 20-100 kHz. Una caratteristica dell'IT è che quando lo si collega, l'inclusione dell'inizio e della fine degli avvolgimenti è fondamentale. Le dimensioni ridotte di questo dispositivo consentono di realizzare dispositivi in miniatura; un esempio è il cablaggio elettronico (alimentatore) di una lampada a LED o a risparmio energetico.

Successivamente, entra in funzione il raddrizzatore di uscita, poiché funziona con tensione ad alta frequenza; il processo richiede elementi semiconduttori ad alta velocità, quindi a questo scopo vengono utilizzati diodi Schottky.
Nella fase finale, viene eseguito il livellamento su un filtro vantaggioso, dopo di che viene applicata la tensione al carico.

Ora, come promesso, esaminiamo il principio di funzionamento dell’elemento principale di questo dispositivo: l’inverter.

Come funziona un inverter?

La modulazione RF può essere effettuata in tre modi:

frequenza degli impulsi;
fase-impulso;
larghezza di impulso.

In pratica viene utilizzata l'ultima opzione. Ciò è dovuto sia alla semplicità di implementazione, sia al fatto che PWM ha una frequenza di comunicazione costante, a differenza degli altri due metodi di modulazione. Di seguito è mostrato uno schema a blocchi che descrive il funzionamento del controller.

L'algoritmo di funzionamento del dispositivo è il seguente:

Il generatore di frequenza di riferimento genera una serie di segnali rettangolari, la cui frequenza corrisponde a quella di riferimento. Sulla base di questo segnale si forma un dente di sega U P, che viene fornito all'ingresso del comparatore K PWM. Il segnale UUS proveniente dall'amplificatore di controllo viene fornito al secondo ingresso di questo dispositivo. Il segnale generato da questo amplificatore corrisponde alla differenza proporzionale tra U P (tensione di riferimento) e U RS (segnale di controllo dal circuito di retroazione). Cioè, il segnale di controllo UUS è, in effetti, una tensione di disadattamento con un livello che dipende sia dalla corrente sul carico che dalla tensione su di esso (U OUT).

Questo metodo di implementazione consente di organizzare un circuito chiuso che consente di controllare la tensione di uscita, ovvero si tratta infatti di un'unità funzionale lineare-discreta. Alla sua uscita vengono generati impulsi la cui durata dipende dalla differenza tra il segnale di riferimento e quello di controllo. Sulla base di ciò, viene creata una tensione per controllare il transistor chiave dell'inverter.

Il processo di stabilizzazione della tensione di uscita viene effettuato monitorandone il livello; quando cambia, la tensione del segnale di controllo U PC cambia proporzionalmente, il che porta ad un aumento o una diminuzione della durata tra gli impulsi.

Di conseguenza, la potenza dei circuiti secondari cambia, garantendo la stabilizzazione della tensione di uscita.

Per garantire la sicurezza è necessario l'isolamento galvanico tra l'alimentazione e il feedback. Di norma, a questo scopo vengono utilizzati fotoaccoppiatori.

Pregi e difetti delle sorgenti pulsate

Se confrontiamo dispositivi analogici e ad impulsi della stessa potenza, questi ultimi presenteranno i seguenti vantaggi:

Dimensioni e peso ridotti dovuti all'assenza di un trasformatore step-down a bassa frequenza e di elementi di controllo che richiedono la rimozione del calore mediante radiatori di grandi dimensioni. Grazie all'utilizzo della tecnologia di conversione del segnale ad alta frequenza, è possibile ridurre la capacità dei condensatori utilizzati nei filtri, consentendo l'installazione di elementi più piccoli.
Maggiore efficienza, poiché le principali perdite sono causate solo da processi transitori, mentre nei circuiti analogici molta energia viene costantemente persa durante la conversione elettromagnetica. Il risultato parla da solo, aumentando l'efficienza al 95-98%.
Costi inferiori grazie all'uso di elementi semiconduttori meno potenti.
Intervallo di tensione di ingresso più ampio. Questo tipo di apparecchiatura non è impegnativa in termini di frequenza e ampiezza, pertanto è consentita la connessione a reti di vari standard.
Disponibilità di protezione affidabile contro cortocircuiti, sovraccarico e altre situazioni di emergenza.

Gli svantaggi della tecnologia a impulsi includono:

La presenza di interferenze RF è una conseguenza del funzionamento del convertitore ad alta frequenza. Questo fattore richiede l'installazione di un filtro che sopprima le interferenze. Sfortunatamente, il suo funzionamento non è sempre efficace, il che impone alcune restrizioni all'uso di dispositivi di questo tipo in apparecchiature di alta precisione.

Requisiti speciali per il carico, non deve essere ridotto o aumentato. Non appena il livello di corrente supera la soglia superiore o inferiore, le caratteristiche della tensione di uscita inizieranno a differire in modo significativo da quelle standard. Di norma, i produttori (anche recentemente quelli cinesi) prevedono tali situazioni e installano una protezione adeguata nei loro prodotti.

Ambito di applicazione

Quasi tutta l'elettronica moderna è alimentata da blocchi di questo tipo, ad esempio:

Assemblare un alimentatore a commutazione con le proprie mani

Consideriamo il circuito di un semplice alimentatore, in cui viene applicato il principio di funzionamento sopra descritto.

Designazioni:

Resistenze: R1 – 100 Ohm, R2 – da 150 kOhm a 300 kOhm (selezionabile), R3 – 1 kOhm.
Capacità: C1 e C2 – 0,01 µF x 630 V, C3 -22 µF x 450 V, C4 – 0,22 µF x 400 V, C5 – 6800-15000 pF (selezionabile), 012 µF, C6 – 10 µF x 50 V, C7 – 220 µF x 25 V, C8 – 22 µF x 25 V.
Diodi: VD1-4 - KD258V, VD5 e VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
Transistor VT1 – KT872A.
Stabilizzatore di tensione D1 - microcircuito KR142 con indice EH5 - EH8 (a seconda della tensione di uscita richiesta).
Trasformatore T1: viene utilizzato un nucleo di ferrite a forma di W con dimensioni 5x5. L'avvolgimento primario è avvolto con 600 spire di filo Ø 0,1 mm, il secondario (pin 3-4) contiene 44 spire Ø 0,25 mm e l'ultimo avvolgimento contiene 5 spire Ø 0,1 mm.
Fusibile FU1 – 0,25A.

L'impostazione si riduce alla selezione dei valori di R2 e C5, che garantiscono l'eccitazione del generatore con una tensione di ingresso di 185-240 V.

Caratteristiche costruttive e principio di funzionamento

Tra i vari metodi di conversione della tensione in componenti elettronici di potenza, se ne possono identificare due più diffusi:

Analogico, il cui elemento principale è un trasformatore step-down, oltre alla sua funzione principale, fornisce anche l'isolamento galvanico.
Principio dell'impulso.

Diamo un'occhiata a come differiscono queste due opzioni.

Alimentatore basato su un trasformatore di potenza

In secondo luogo, il prezzo di tali dispositivi è talvolta molte volte superiore al costo totale degli altri componenti.

Dispositivi a impulsi

Figura 3. Schema a blocchi di un alimentatore switching

Consideriamo l'algoritmo operativo di tale fonte:

L'alimentazione viene fornita al filtro di rete; il suo compito è ridurre al minimo il rumore di rete, sia in entrata che in uscita, derivante dal funzionamento.
Successivamente entrano in funzione l'unità per la conversione della tensione sinusoidale in tensione costante pulsata e un filtro livellatore.
Nella fase successiva, un inverter è collegato al processo, il suo compito è legato alla formazione di segnali rettangolari ad alta frequenza. Il feedback all'inverter viene effettuato tramite l'unità di controllo.
Il blocco successivo è IT, è necessario per la modalità generatore automatico, fornendo tensione al circuito, protezione, controllo del controller e carico. Inoltre, il compito IT comprende garantire l'isolamento galvanico tra i circuiti ad alta e bassa tensione.

A differenza di un trasformatore step-down, il nucleo di questo dispositivo è costituito da materiali ferrimagnetici, ciò contribuisce alla trasmissione affidabile dei segnali RF, che possono essere nell'intervallo 20-100 kHz. Una caratteristica dell'IT è che quando lo si collega, l'inclusione dell'inizio e della fine degli avvolgimenti è fondamentale. Le dimensioni ridotte di questo dispositivo consentono di realizzare dispositivi in miniatura; un esempio è il cablaggio elettronico (alimentatore) di una lampada a LED o a risparmio energetico.

Successivamente, entra in funzione il raddrizzatore di uscita, poiché funziona con tensione ad alta frequenza; il processo richiede elementi semiconduttori ad alta velocità, quindi a questo scopo vengono utilizzati diodi Schottky.
Nella fase finale, viene eseguito il livellamento su un filtro vantaggioso, dopo di che viene applicata la tensione al carico.

Ora, come promesso, esaminiamo il principio di funzionamento dell’elemento principale di questo dispositivo: l’inverter.

Come funziona un inverter?

La modulazione RF può essere effettuata in tre modi:

frequenza degli impulsi;
fase-impulso;
larghezza di impulso.

L'algoritmo di funzionamento del dispositivo è il seguente:

Di conseguenza, la potenza dei circuiti secondari cambia, garantendo la stabilizzazione della tensione di uscita.

Per garantire la sicurezza è necessario l'isolamento galvanico tra l'alimentazione e il feedback. Di norma, a questo scopo vengono utilizzati fotoaccoppiatori.

Pregi e difetti delle sorgenti pulsate

Se confrontiamo dispositivi analogici e ad impulsi della stessa potenza, questi ultimi presenteranno i seguenti vantaggi:

Dimensioni e peso ridotti dovuti all'assenza di un trasformatore step-down a bassa frequenza e di elementi di controllo che richiedono la rimozione del calore mediante radiatori di grandi dimensioni. Grazie all'utilizzo della tecnologia di conversione del segnale ad alta frequenza, è possibile ridurre la capacità dei condensatori utilizzati nei filtri, consentendo l'installazione di elementi più piccoli.
Maggiore efficienza, poiché le principali perdite sono causate solo da processi transitori, mentre nei circuiti analogici molta energia viene costantemente persa durante la conversione elettromagnetica. Il risultato parla da solo, aumentando l'efficienza al 95-98%.
Costi inferiori grazie all'uso di elementi semiconduttori meno potenti.
Intervallo di tensione di ingresso più ampio. Questo tipo di apparecchiatura non è impegnativa in termini di frequenza e ampiezza, pertanto è consentita la connessione a reti di vari standard.
Disponibilità di protezione affidabile contro cortocircuiti, sovraccarico e altre situazioni di emergenza.

Gli svantaggi della tecnologia a impulsi includono:

Ambito di applicazione

Quasi tutta l'elettronica moderna è alimentata da blocchi di questo tipo, ad esempio:

Assemblare un alimentatore a commutazione con le proprie mani

Consideriamo il circuito di un semplice alimentatore, in cui viene applicato il principio di funzionamento sopra descritto.

Designazioni:

Resistenze: R1 – 100 Ohm, R2 – da 150 kOhm a 300 kOhm (selezionabile), R3 – 1 kOhm.
Capacità: C1 e C2 – 0,01 µF x 630 V, C3 -22 µF x 450 V, C4 – 0,22 µF x 400 V, C5 – 6800-15000 pF (selezionabile), 012 µF, C6 – 10 µF x 50 V, C7 – 220 µF x 25 V, C8 – 22 µF x 25 V.
Diodi: VD1-4 - KD258V, VD5 e VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
Transistor VT1 – KT872A.
Stabilizzatore di tensione D1 - microcircuito KR142 con indice EH5 - EH8 (a seconda della tensione di uscita richiesta).
Trasformatore T1: viene utilizzato un nucleo di ferrite a forma di W con dimensioni 5x5. L'avvolgimento primario è avvolto con 600 spire di filo Ø 0,1 mm, il secondario (pin 3-4) contiene 44 spire Ø 0,25 mm e l'ultimo avvolgimento contiene 5 spire Ø 0,1 mm.
Fusibile FU1 – 0,25A.

L'impostazione si riduce alla selezione dei valori di R2 e C5, che garantiscono l'eccitazione del generatore con una tensione di ingresso di 185-240 V.

Il tipo di alimentazione, come già notato, è di tipo switching. Questa soluzione riduce drasticamente il peso e le dimensioni della struttura, ma non funziona peggio del normale trasformatore di rete a cui siamo abituati. Il circuito è assemblato su un potente driver IR2153. Se il microcircuito si trova nel pacchetto DIP, è necessario installare un diodo. Per quanto riguarda il diodo, tieni presente che non è normale, ma ultraveloce, poiché la frequenza operativa del generatore è di decine di kilohertz e i normali diodi raddrizzatori non funzioneranno qui.

Nel mio caso l'intero circuito è stato assemblato in blocco, poiché l'ho assemblato solo per testarne la funzionalità. Ho appena dovuto regolare il circuito e ha subito iniziato a funzionare come un orologio svizzero.

Trasformatore— si consiglia di prenderne uno già pronto, dall'alimentatore di un computer (va bene letteralmente chiunque, ho preso un trasformatore con codino da un alimentatore ATX da 350 watt). All'uscita del trasformatore puoi utilizzare un raddrizzatore composto da diodi SCHOTTTKY (che puoi trovare anche negli alimentatori dei computer) o qualsiasi diodo veloce e ultraveloce con una corrente di 10 A o più, puoi anche utilizzare il nostro KD213A .

Collega il circuito alla rete tramite una lampada ad incandescenza da 220 Volt 100 watt; nel mio caso tutte le prove sono state fatte con un inverter 12-220 con protezione da cortocircuito e sovraccarico, e solo dopo aver effettuato la messa a punto ho deciso di collegarlo alla Rete 220 Volt.

Come dovrebbe funzionare il circuito assemblato?

I tasti sono freddi, senza carico in uscita (anche con un carico in uscita di 50 watt, i miei tasti sono rimasti ghiacciati).
Il microcircuito non deve surriscaldarsi durante il funzionamento.
Ogni condensatore dovrebbe avere una tensione di circa 150 Volt, sebbene il valore nominale di questa tensione possa discostarsi di 10-15 Volt.
Il circuito dovrebbe funzionare silenziosamente.
La resistenza di potenza del microcircuito (47k) dovrebbe surriscaldarsi leggermente durante il funzionamento; è possibile anche un leggero surriscaldamento della resistenza snubber (100 Ohm).

I principali problemi che sorgono dopo l'assemblaggio

Problema 1. Abbiamo assemblato un circuito; una volta collegato, la spia di controllo collegata all'uscita del trasformatore lampeggia e il circuito stesso emette strani suoni.

Soluzione. Molto probabilmente non c'è abbastanza tensione per alimentare il microcircuito, prova a ridurre la resistenza del resistore da 47k a 45, se questo non aiuta, poi a 40 e così via (con incrementi di 2-3kOhm) finché il circuito non funziona normalmente.

Problema 2. Abbiamo assemblato un circuito; quando viene applicata l'alimentazione, nulla si riscalda o esplode, ma la tensione e la corrente all'uscita del trasformatore sono trascurabili (quasi zero)

Soluzione. Sostituisci il condensatore da 400 V 1 uF con un induttore da 2 mH.

Problema 3. Uno degli elettroliti diventa molto caldo.

Soluzione. Molto probabilmente non funziona, sostituiscilo con uno nuovo e contemporaneamente controlla il diodo raddrizzatore, forse è a causa del raddrizzatore non funzionante che il condensatore riceve una modifica.

L'alimentatore switching dell'ir2153 può essere utilizzato per alimentare amplificatori potenti e di alta qualità o come caricabatterie per potenti batterie al piombo o come alimentatore, tutto a tua discrezione.

La potenza dell'unità può raggiungere fino a 400 watt, per questo dovrai utilizzare un trasformatore ATX da 450 watt e sostituire i condensatori elettrolitici con 470 µF - e il gioco è fatto!

In generale, puoi assemblare un alimentatore a commutazione con le tue mani per soli $ 10-12, e questo se prendi tutti i componenti da un negozio di radio, ma ogni radioamatore ha più della metà dei componenti radio utilizzati nel circuito.