Convertitore nell'alimentazione. Come realizzare un inverter di saldatura con le tue mani

12.01.2024

Prefazione

Vorrei avvertire in anticipo i cari lettori di questo articolo che questo articolo avrà una forma e un contenuto non del tutto familiari ai lettori. Lasciatemi spiegare perché.

Il materiale presentato alla vostra attenzione è assolutamente esclusivo. Tutti i dispositivi di cui parleremo nei miei articoli sono sviluppati, modellati, configurati e ricordati da me personalmente. Molto spesso tutto inizia con il tentativo di mettere in pratica qualche idea interessante. Il percorso può essere molto spinoso e talvolta richiede molto tempo, e quale sarà il risultato finale e se ce ne sarà uno non è noto in anticipo. Ma la pratica conferma che chi cammina padroneggia la strada... e i risultati a volte superano tutte le aspettative... E quanto sia affascinante il processo stesso - le parole non possono esprimerlo. Devo ammettere che io (come tutti gli altri, dovrebbe Da notare) non sempre si hanno conoscenze e competenze sufficienti e un consiglio saggio e tempestivo è benvenuto e aiuta a portare l'idea alla sua logica conclusione. Questa è la specificità...

Questo articolo è rivolto non tanto ai principianti, ma piuttosto alle persone che hanno già le conoscenze e l'esperienza necessarie, che sono anche interessate a percorrere sentieri inesplorati e per le quali gli approcci standard alla risoluzione dei problemi non sono così interessanti... È importante per capire che questo non è materiale per ripetizioni sconsiderate, ma piuttosto la direzione in cui bisogna muoversi... Non prometto ai lettori grandi dettagli su cose ovvie, ben note e comprensibili in elettronica..., ma io prometto che l'ESSENZA principale sarà sempre ben coperta.

Informazioni sull'inverter

L'inverter di cui parleremo è nato esattamente nel modo sopra descritto... Purtroppo non posso, senza violare le regole di pubblicazione di questi articoli, spiegare nel dettaglio come è nato, ma vi assicuro che i circuiti dei due non sono ancora disponibili versioni estreme dell'inverter, da nessuna parte sono state pubblicate... Inoltre, la penultima versione dello schema è già praticamente in uso, e quella estrema (spero la più perfetta) non è stata ancora solo ridicolizzata sulla carta, ma non ho dubbi sulla sua funzionalità, e la sua produzione e test richiederanno solo un paio di giorni...

Conoscere il microcircuito dell'inverter a mezzo ponte IR2153 ha fatto una buona impressione: una corrente abbastanza piccola consumata dall'alimentatore, la presenza di un tempo morto, controllo di potenza integrato... Ma presenta due inconvenienti significativi: lì non c'è la possibilità di regolare la durata degli impulsi in uscita e la corrente del driver è piuttosto piccola... (in realtà non è indicato nel datasheet, ma è improbabile che sia superiore a 250-500 mA...). Era necessario risolvere due problemi: capire come implementare la regolazione della tensione dell'inverter e come aumentare la corrente dei driver dell'interruttore di alimentazione...

Questi problemi sono stati risolti introducendo transistor ad effetto di campo nel circuito del driver ottico e differenziando i circuiti alle uscite del microcircuito IR2153 (vedi Fig. 1)

Fig. 1

Qualche parola su come funziona la regolazione della durata dell'impulso. Gli impulsi dalle uscite dell'IR2153 vengono forniti ai circuiti di differenziazione costituiti dagli elementi C2, R2, LED del driver ottico, VD3-R4 - transistor fotoaccoppiatore... e dagli elementi C3, R3, LED del driver ottico, VD4-R5 - transistor fotoaccoppiatore.. Gli elementi dei circuiti differenziatori sono progettati in modo tale che, con il transistor optoaccoppiatore di retroazione chiuso, la durata degli impulsi sulle uscite dei driver ottici sia quasi uguale alla durata degli impulsi sulle uscite dell'IR2153. Allo stesso tempo, la tensione all'uscita dell'inverter è massima.

Nel momento in cui la tensione all'uscita dell'inverter raggiunge la tensione di stabilizzazione, il transistor optoaccoppiatore inizia ad aprirsi leggermente... questo porta ad una diminuzione della costante di tempo del circuito differenziatore e, di conseguenza, ad una diminuzione della durata degli impulsi all'uscita dei driver ottici. Ciò garantisce la stabilizzazione della tensione all'uscita dell'inverter. I diodi VD1, VD2 eliminano il picco negativo che si verifica durante la differenziazione.

Non menziono volutamente il tipo di driver ottici. Ecco perché il driver ottico di un transistor ad effetto di campo è un argomento di discussione molto importante. La loro gamma è molto ampia: dozzine... se non centinaia di tipi... per ogni gusto e colore. Per comprendere il loro scopo e le loro caratteristiche, devi studiarli tu stesso.

L'inverter presentato ha un'altra caratteristica importante. Lasciatemi spiegare. Poiché lo scopo principale dell'inverter è caricare batterie al litio (anche se ovviamente è possibile utilizzare qualsiasi batteria), è stato necessario adottare misure per limitare la corrente all'uscita dell'inverter. Il fatto è che se si collega una batteria scarica all'alimentazione, la corrente di carica può superare tutti limiti ragionevoli... Per limitare la corrente di carica al livello di cui abbiamo bisogno, viene introdotto uno shunt Rsh nel circuito dell'elettrodo di controllo TL431.. . Come funziona? Il negativo della batteria in carica non è collegato al negativo dell'inverter, ma al terminale superiore del circuito Rsh... Quando la corrente scorre attraverso Rsh, il potenziale sull'elettrodo di controllo TL431... aumenta, il che porta a una diminuzione della tensione all'uscita dell'inverter e, di conseguenza, una limitazione della corrente di carica. Man mano che la batteria si carica, la tensione su di essa aumenta, ma successivamente aumenta anche la tensione all'uscita dell'inverter, tendendo alla tensione di stabilizzazione: insomma un aggeggio semplice e scandalosamente efficace. Modificando il valore Rsh, è facile limitare la corrente di carica a qualsiasi livello necessario. Questo è il motivo per cui il valore Rsh in sé non viene annunciato... (il valore di riferimento è 0,1 Ohm e inferiore...), è più facile selezionarlo sperimentalmente.

Anticipando molti commenti istruttivi sulla "correttezza" e sulla "scorrettezza" dei principi di ricarica delle batterie al litio, vi chiedo gentilmente di astenervi da tali commenti e di credermi sulla parola che sono più che consapevole di come ciò avviene... Questo è un argomento ampio e separato... e all'interno del quadro non sarà discusso in questo articolo.

Qualche parola sulle caratteristiche IMPORTANTI della configurazione della parte di segnale dell'inverter...

Per verificare la funzionalità e configurare la parte di segnale dell'inverter, è necessario applicare +15 Volt al circuito di alimentazione della parte di segnale da qualsiasi alimentatore esterno e verificare con un oscilloscopio la presenza di impulsi sulle porte degli interruttori di alimentazione . Quindi, è necessario simulare il funzionamento del fotoaccoppiatore di feedback (applicando tensione al LED del fotoaccoppiatore) e assicurarsi che in questo caso si verifichi un restringimento QUASI completo degli impulsi sulle porte degli interruttori di potenza. Allo stesso tempo, è più conveniente collegare le sonde dell'oscilloscopio non nel modo standard, altrimenti: il filo del segnale della sonda a una delle porte dell'interruttore di alimentazione e il filo comune della sonda dell'oscilloscopio alla porta di un altro interruttore di alimentazione... Ciò consentirà di vedere simultaneamente gli impulsi di diversi semicicli... (cosa c'è nei mezzi cicli vicini vedremo impulsi di polarità opposta, qui non ha importanza). la cosa PIÙ importante è assicurarsi (o ottenere) che quando il fotoaccoppiatore di feedback è ON, gli impulsi di controllo NON si restringono a zero (rimangono di una durata minima, ma non perdono la loro forma rettangolare...). Inoltre, è importante, selezionando il resistore R5 (o R4), garantire che gli impulsi nei semicicli adiacenti abbiano la STESSA durata... (la differenza è molto probabilmente dovuta alla differenza nelle caratteristiche dei driver ottici ). Vedi Fig.2

Fig.2

Dopo questa seccatura, molto probabilmente il collegamento dell'inverter a una rete a 220 Volt andrà senza problemi. Durante la configurazione, è molto consigliabile collegare un piccolo carico (lampadina per auto da 5 W) all'uscita dell'inverter... A causa della durata minima diversa da zero degli impulsi di controllo, senza carico, la tensione all'uscita dell'inverter potrebbe essere superiore alla tensione di stabilizzazione. Ciò non interferisce con il funzionamento dell'inverter, ma spero di eliminare questo momento spiacevole nella prossima versione dell'inverter.

Una cosa importante riguardo al design del circuito stampato è che ha una serie di caratteristiche...

Negli ultimi anni utilizzo schede progettate per il montaggio ala-planare di elementi... Cioè, tutti gli elementi si trovano sul lato dei conduttori stampati. In questo modo TUTTI gli elementi del circuito vengono saldati... anche quelli che originariamente non erano previsti per il montaggio planare. Ciò riduce significativamente l’intensità della manodopera nel settore manifatturiero. Inoltre la tavola ha la parte inferiore completamente piatta e diventa possibile appoggiare la tavola direttamente sul radiatore. Questo design semplifica notevolmente il processo di sostituzione degli elementi durante l'installazione e la riparazione. Alcuni collegamenti (quelli più scomodi per il cablaggio stampato) sono realizzati con filo di montaggio isolato. Ciò è abbastanza giustificato, poiché consente di ridurre significativamente le dimensioni del tabellone.

Il design stesso del circuito stampato (vedi Fig. 3) costituisce piuttosto la BASE per il tuo progetto particolare.Il suo design finale dovrà essere adattato per adattarsi ai driver ottici che utilizzi. Va tenuto presente che diversi driver ottici hanno alloggiamenti DIVERSI e la numerazione e l'assegnazione dei pin possono differire da quella mostrata nello schema in questo articolo. La scheda presentata ha già subito una decina di modifiche per quanto riguarda la parte segnaletica. La correzione della parte del segnale, a volte molto significativa, non richiede molto tempo.

Fig.3

Non intendo fornire un elenco esatto di elementi nell'ambito di questo articolo. Il motivo è semplice: l'obiettivo principale di tutto questo trambusto è creare una cosa utile con il minimo sforzo utilizzando il massimo degli elementi disponibili. Cioè, raccogli da quello che hai. A proposito, se si prevede che la tensione di uscita dell'inverter non sia superiore a venti volt, è possibile utilizzare come trasformatore di uscita qualsiasi trasformatore dell'alimentatore del computer (assemblato utilizzando un circuito a mezzo ponte). La foto sotto è una vista generale dell'inverter assemblato, in modo da avere un'idea di come appare (è meglio vedere una volta che sentire cento volte). Ti prego di essere indulgente con la qualità costruttiva, ma semplicemente non ho scelta: ho solo due mani... Saldi la versione attuale, ma nella tua testa l'opzione successiva è quasi matura... E per il resto - c'è assolutamente no... - non puoi saltare il gradino.. .

Sì, ho dimenticato di dirlo: probabilmente sorgeranno domande sulla potenza dell'inverter. Risponderò in questo modo: la potenza massima di un tale inverter è difficile da stimare in contumacia..., è determinata principalmente dalla potenza degli elementi di potenza utilizzati, dal trasformatore di uscita e dalla corrente di picco massima dell'uscita del driver ottico. A potenze elevate, il design stesso, i circuiti di smorzamento degli interruttori di potenza inizieranno ad avere una grande influenza..., sarà necessario utilizzare raddrizzatori sincroni invece dei diodi in uscita... In breve, questo è completamente diverso storia, molto più difficile da realizzare... Per quanto riguarda l'inverter descritto, lo utilizzo per caricare una batteria LiFePO4 con una tensione di 21,9 Volt (capacità - 15 A/h) con una corrente di 7-8 Ampere... Questo è il linea in cui la temperatura del radiatore e del trasformatore rientra nei limiti ragionevoli e non è richiesto alcun raffreddamento forzato... Per i miei gusti: economico e allegro..

Non ho intenzione di parlare di questo inverter in modo più dettagliato nell'ambito di questo articolo. Non è possibile coprire tutto (e ci vuole molto tempo, va notato...), quindi sarebbe più ragionevole discutere le questioni emerse in un argomento separato sul forum del saldatore. Lì ascolterò tutti i desideri e le critiche e risponderò alle domande.

Non ho dubbi che a molte persone potrebbe non piacere questo approccio. E molti sono sicuri che tutto sia già stato inventato prima di noi... vi assicuro che non è così...

Ma questa non è la fine della storia. Se c'è interesse, allora possiamo continuare la conversazione... perché esiste un'altra versione estrema della parte del segnale. ...Spero che continui.

Aggiunte dal 25/06/2014

Anche questa volta risulta così: l'inchiostro sull'articolo non si è ancora asciugato, ma sono già apparse idee molto interessanti su come rendere più perfetta la parte del segnale dell'inverter...

Vorrei avvisarvi che tutti i disegni contrassegnati con la firma “progetto” in un inverter completamente assemblato NON sono stati controllati! Ma se le prestazioni dei singoli frammenti del circuito sono state testate su una breadboard e le loro prestazioni sono state confermate, farò una prenotazione speciale.

Il principio di funzionamento della parte di segnale modificata si basa ancora sulla differenziazione degli impulsi dal microcircuito IR2153. Ma dal punto di vista della corretta costruzione dei circuiti elettronici, l'approccio qui è più competente.

Un paio di chiarimenti: i circuiti di differenziazione effettivi ora includono C2, R2, R4 e C3, R3, R5 più i diodi VD1, VD2 e un fotoaccoppiatore di feedback. Sono esclusi i diodi che eliminano le emissioni negative che si verificano durante la differenziazione..., poiché non sono necessari: i transistor ad effetto di campo consentono l'alimentazione di una tensione gate-source di +/-20 Volt. Impulsi differenziati, cambiando la loro durata sotto l'influenza del fotoaccoppiatore di retroazione, entrano nelle porte dei transistor T1, T2, che accendono i LED dei driver ottici...

Questo schema è stato testato su una breadboard. Ha mostrato buone prestazioni e grande flessibilità nella configurazione. Lo consiglio vivamente per l'uso.

La foto sotto mostra un frammento di uno schema elettrico con una parte di segnale modificata e un disegno di un circuito stampato con correzioni per la parte di segnale modificata...

Continua...

Aggiornamento dal 29.06.14

Ecco come appare la versione estrema della parte di segnale dell'inverter, di cui ho parlato all'inizio dell'articolo. Finalmente ho trovato il tempo di impaginarlo e di vedere il suo lavoro nella realtà... ho guardato..., eppure - sì, è lui che sarà nominato il più perfetto tra quelli proposti... Il Lo schema può essere definito di successo perché tutti gli elementi in esso contenuti svolgono le funzioni per le quali sono destinati fin dalla nascita.

Questa versione del controller utilizza un metodo diverso, più familiare, per modificare la durata dei controlli. Gli impulsi provenienti dalle uscite dell'IR2153 vengono convertiti dalla forma rettangolare a quella triangolare integrando i circuiti R2,C2 e R3,C3. Gli impulsi triangolari generati vengono forniti agli ingressi invertenti del doppio comparatore LM393. Gli ingressi non invertenti dei comparatori ricevono tensione dal divisore R4, R5. I comparatori confrontano il valore corrente della tensione triangolare con la tensione del divisore R4, R5 e nei momenti in cui il valore della tensione triangolare supera la tensione del divisore R4, R5, alle uscite dei comparatori appare un basso potenziale. Ciò porta all'accensione del LED del driver ottico... AUMENTANDO la tensione dal partitore R4, R5 porta ad una DIMINUZIONE della durata dell'impulso alle uscite dei comparatori. Questo è ciò che consentirà di organizzare il feedback dell'uscita dell'inverter con il modellatore della durata dell'impulso, garantendo così la stabilizzazione e il controllo della tensione di uscita dell'inverter. Quando viene attivato il fotoaccoppiatore di retroazione, il transistor del fotoaccoppiatore si apre leggermente, la tensione dal divisore R4,R5 aumenta, il che porta ad una diminuzione della durata degli impulsi di controllo..., mentre la tensione di uscita diminuisce... Il valore di il resistore R6* determina il grado di influenza del circuito di feedback sulla durata degli impulsi generati... - minore è il valore del resistore R6*, minore è la durata degli impulsi quando viene attivato il fotoaccoppiatore di feedback... Durante l'impostazione, la modifica del valore del resistore R6* consente di garantire che la durata degli impulsi generati nel momento in cui viene attivato il fotoaccoppiatore di feedback tenderà (o sarà uguale - qui non è spaventoso) a zero. Le immagini seguenti ti aiuteranno a capire l'essenza di come funzionano i comparatori.

Qualche parola su ciò che è importante durante la configurazione. La procedura di messa a punto in sé è abbastanza semplice, ma non provate nemmeno a farlo senza oscilloscopio... Equivale a provare a guidare con gli occhi bendati... La particolarità (e questo è più un vantaggio che uno svantaggio) è che permette di generare impulsi con qualsiasi rapporto di durata in canali adiacenti... È necessario comprendere che lo shaper può modificare (introdurre o eliminare completamente) la durata del tempo morto tra gli impulsi di canali adiacenti, ma anche formarli in tale in modo che gli impulsi dei canali adiacenti si “sovrappongono” l'uno all'altro... il che, ovviamente, è inaccettabile... Il vostro compito è monitorare gli impulsi all'uscita dei driver con un oscilloscopio, modificando il valore del resistore R4*, impostare gli ingressi non invertenti dei comparatori su una tensione tale che sugli output dei driver -2 μS vengano generati impulsi separati dal tempo morto 1 (maggiore è il tempo morto, minore è il rischio di correnti passanti ).

Successivamente è necessario accendere il fotoaccoppiatore di feedback e, modificando il valore del resistore R6*, selezionarlo in modo tale che la durata di quelli generati scenda a zero. Durante questa procedura non sarà dannoso controllare il MOMENTO DI SCOMPARSA degli impulsi generati. È molto auspicabile che la scomparsa completa degli impulsi generati avvenga SIMULTANEA... La scomparsa non simultanea è possibile se i parametri degli integratori R2,C2 e R3,C3 sono molto diversi. Questo può essere risolto con una piccola variazione dei valori degli elementi di uno degli integratori. L'ho fatto praticamente. Per comodità, temporaneamente, al posto del circuito transistor optoaccoppiatore-R6*, ho collegato un potenziometro da 20 Kohm e ho impostato la durata dell'impulso fino al punto di scomparsa. La differenza nella durata degli impulsi generati si è rivelata trascurabile... Ma l'ho anche eliminata installando un condensatore aggiuntivo (solo 30 pF) in parallelo al condensatore C3.

Qualche parola sulle caratteristiche operative dei driver ottici... Durante la configurazione, si è scoperto che i driver ottici funzionano meglio con una corrente LED più elevata, inoltre c'è un'altra sfumatura importante: il LED del driver ottico consuma più corrente non durante l'intero impulso durata, ma solo in periodi abbastanza brevi (1-2 µS), coincidenti temporalmente con le posizioni dei fronti degli impulsi. Questo è importante perché ci permette di capire che la corrente media consumata dall'optodriver LED non è affatto elevata e queste considerazioni determinano la scelta del valore del resistore R7. La corrente di PICCO effettivamente misurata del LED optodriver, con il valore nominale indicato nel diagramma, è 8-10 mA.

Un diodo (VD5) è stato aggiunto al circuito nel circuito nel circuito di alimentazione del driver inferiore. Lasciatemi spiegare perché. Gli optodriver che utilizzo hanno un sistema di controllo della potenza integrato. Dato che nel circuito di potenza del driver superiore viene sempre utilizzato un diodo, la tensione di alimentazione del driver superiore è sempre leggermente inferiore alla tensione di alimentazione del driver inferiore. Pertanto, quando la tensione di alimentazione diminuisce, gli impulsi provenienti dall'uscita del driver superiore scompaiono leggermente prima di quello inferiore. Per avvicinare i momenti in cui i driver vengono spenti è stato introdotto il diodo VD5, a questi momenti bisogna sempre prestare molta attenzione...

Qui è il momento di notare che questo driver può essere utilizzato (dopo un leggero cambiamento nella logica del comparatore) insieme ai driver a semiponte convenzionali (non ottici). Per chi non capisce di cosa stiamo parlando, guardate ad esempio cos'è IR2113. Ce ne sono molti simili..., e il loro uso potrebbe rivelarsi addirittura preferibile rispetto a quelli ottici... Ma questo è argomento per il prossimo articolo dell'articolo... Non prometto che lo farò testeremo il loro lavoro nella pratica, ma almeno a livello di schemi elettrici di diverse opzioni - nessun problema....

Questo è tutto, ci sono molti faggi, ma in realtà la configurazione si riduce alla selezione di due resistori. Vorrei sottolineare in particolare che questo driver NON è fondamentale per la sua alimentazione: nell'intervallo di potenza del microcircuito IR2153 (9-15 Volt), funziona in modo assolutamente adeguato. La scomparsa degli impulsi dalle uscite dell'IR2153 quando la sua alimentazione diminuisce (nel momento in cui l'unità è spenta), porta alla chiusura degli interruttori di alimentazione.

Ancora un paio di suggerimenti: non provare a sostituire l'IR2153 con qualche analogo su elementi discreti: non è produttivo... In realtà è possibile, ma semplicemente non è ragionevole: il numero di parti aumenterà in modo significativo (nell'originale - sono solo tre..., molto meno). Inoltre, dovrai risolvere i problemi relativi al comportamento dell'analogico all'accensione e allo spegnimento (e lo saranno sicuramente). Combattere questo complicherà ulteriormente il piano e il significato di questa idea verrà annullato...

Per chi fosse interessato all'argomento allego, per comodità, i disegni dei circuiti stampati adattati per questo driver. Tra questi c'è lo shaper stesso sotto forma di sottomodulo... - è più conveniente iniziare la prima conoscenza con loro. Sottolineo IN PARTICOLARE che se decidete di provare a configurare il driver in autonomia (senza collegare interruttori di potenza), ricordatevi che in fase di configurazione è necessario collegare il comune “virtuale” del driver superiore con un filo comune reale (altrimenti il comune il driver superiore non avrà alimentazione).

Pur non avendo previsto ulteriori modifiche all'inverter è bene precisare che la presenza di un solo circuito di regolazione della durata renderà agevole l'introduzione al suo interno di eventuali protezioni di corrente. Questo è un argomento interessante a parte, e potremmo ritornarci più tardi...

In conclusione di questa aggiunta, vi ricordo che fin dalla nascita lo scopo principale dell'inverter è caricare le batterie al litio. È dotato di proprietà speciali, molto importanti grazie al suo utilizzo nel circuito Rsh... Per chi non ne capisce lo scopo, consiglio ancora una volta di approfondire la sezione dell'articolo in cui se ne parla.

Se non utilizziamo Rsh (jumper), avremo un normale inverter con stabilizzazione di tensione (ma senza alcuna protezione di corrente, ovviamente...).

Elenco dei radioelementi

Designazione	Tipo	Denominazione	Quantità	Nota	Il mio blocco note
	Driver di potenza e MOSFET	IR2153	1		Al blocco note
	Circuito integrato di riferimento di tensione	TL431	1		Al blocco note
T1, T2	Transistor ad effetto di campo		2		Al blocco note
VD1-VD6	Diodo		6		Al blocco note
VD7, VD8	Diodo raddrizzatore	FR607	2		Al blocco note
VD9	Ponte a diodi	RS405L	1		Al blocco note
	Accoppiatore ottico		1		Al blocco note
	Driver ottico		2		Al blocco note
C1	Condensatore	3900 pF	1		Al blocco note
C2, C3, C10	Condensatore	0,01 µF	3		Al blocco note
C4		100 µF 25 V	1		Al blocco note
C5, C6	Condensatore	1 µF	2		Al blocco note
S7, S12	Condensatore	1000 pF	2		Al blocco note
S8, S9	Condensatore elettrolitico	150 µF 250 V	2		Al blocco note
C11	Condensatore elettrolitico	1000 µF	1		Al blocco note
R1	Resistore	5,1 kOhm	1		Al blocco note
R2, R3	Resistore	1,3 kOhm	2		Al blocco note
R4, R5	Resistore	110 Ohm	2		Al blocco note
R6, R7	Resistore	10 ohm	2		Al blocco note
R8, R9	Resistore	10 kOhm	2		Al blocco note
R10, R15	Resistore	3,9 kOhm	2	R10 0,5 W.	Al blocco note
R11	Resistore	3 kOhm	1	0,5 W	Al blocco note
R12	Resistore	51 Ohm	1	1 W	Al blocco note
R13, R14	Resistore	100 kOhm	2		Al blocco note
R16, R18	Resistore	1 kOhm	2		Al blocco note
R17	Resistore	7,76 kOhm	1		Al blocco note
Rsh	Resistore	0,1 Ohm o meno	1		Al blocco note
	Trasformatore		1	Dall'alimentatore di un computer	Al blocco note
	Induttore		1		Al blocco note
F1	Fusibile	2A	1		Al blocco note
	Oscillatore principale. Opzione 2.
	Driver di potenza e MOSFET	IR2153	1		Al blocco note
T1, T2	Transistor MOSFET	2N7002	2		Al blocco note
	Accoppiatore ottico		1		Al blocco note
	Driver ottico		2		Al blocco note
VD1-VD3	Diodo		3		Al blocco note
C1	Condensatore	2200 pF	1

Il campo di applicazione degli alimentatori a commutazione nella vita di tutti i giorni è in continua espansione. Tali fonti vengono utilizzate per alimentare tutte le moderne apparecchiature domestiche e informatiche, per implementare gruppi di continuità, caricabatterie per batterie per vari scopi, per implementare sistemi di illuminazione a bassa tensione e per altre esigenze.

In alcuni casi, l'acquisto di un alimentatore già pronto non è molto accettabile dal punto di vista economico o tecnico e assemblare una fonte di commutazione con le proprie mani è la migliore via d'uscita da questa situazione. Questa opzione è semplificata anche dall'ampia disponibilità di componenti moderni a prezzi bassi.

Le più popolari nella vita di tutti i giorni sono le fonti di commutazione alimentate da una rete CA standard e da una potente uscita a bassa tensione. Lo schema a blocchi di tale sorgente è mostrato in figura.

Il raddrizzatore di rete CB converte la tensione alternata della rete di alimentazione in tensione continua e attenua le ondulazioni della tensione raddrizzata in uscita. Il convertitore VChP ad alta frequenza converte la tensione raddrizzata in tensione alternata o unipolare, che ha la forma di impulsi rettangolari dell'ampiezza richiesta.

Successivamente, questa tensione, direttamente o dopo il raddrizzamento (VN), viene fornita ad un filtro livellatore, all'uscita del quale è collegato un carico. Il VChP è controllato da un sistema di controllo che riceve un segnale di feedback dal raddrizzatore di carico.

Questa struttura del dispositivo può essere criticata per la presenza di più stadi di conversione, che riducono l'efficienza della sorgente. Tuttavia, con la scelta corretta degli elementi semiconduttori e il calcolo e la produzione di alta qualità delle unità di avvolgimento, il livello di perdite di potenza nel circuito è basso, il che consente di ottenere valori di efficienza reali superiori al 90%.

Diagrammi schematici degli alimentatori switching

Le soluzioni per i blocchi strutturali includono non solo la logica per la scelta delle opzioni di implementazione del circuito, ma anche raccomandazioni pratiche per la selezione degli elementi di base.

Per raddrizzare la tensione di rete monofase utilizzare uno dei tre schemi classici riportati in figura:

semionda;
zero (onda intera con un punto medio);
ponte a semionda.

Ognuno di essi presenta vantaggi e svantaggi che determinano l'ambito di applicazione.

Circuito a semiondaÈ caratterizzato dalla facilità di implementazione e da un numero minimo di componenti a semiconduttore. I principali svantaggi di un tale raddrizzatore sono una quantità significativa di ondulazione della tensione di uscita (nel rettificato c'è solo una semionda della tensione di rete) e un basso coefficiente di rettifica.

Fattore di rettifica Kv determinato dal rapporto tra la tensione media all'uscita del raddrizzatore Udк valore efficace della tensione di rete di fase Su.

Per un circuito a semionda Kv=0,45.

Per attenuare l'ondulazione all'uscita di un tale raddrizzatore, sono necessari filtri potenti.

Circuito zero o ad onda intera con punto medio, sebbene richieda il doppio del numero di diodi raddrizzatori, tuttavia, questo svantaggio è ampiamente compensato dal minore livello di ondulazione della tensione raddrizzata e dall'aumento del coefficiente di rettifica a 0,9.

Lo svantaggio principale di un tale schema da utilizzare in condizioni domestiche è la necessità di organizzare il punto medio della tensione di rete, che implica la presenza di un trasformatore di rete. Le sue dimensioni e il suo peso risultano incompatibili con l'idea di una sorgente pulsata artigianale di piccole dimensioni.

Circuito a ponte a onda intera il rettificatore ha gli stessi indicatori in termini di livello di ondulazione e coefficiente di rettifica del circuito zero, ma non richiede una connessione di rete. Ciò compensa anche lo svantaggio principale: il numero raddoppiato di diodi raddrizzatori, sia in termini di efficienza che di costi.

Per attenuare le ondulazioni di tensione raddrizzate, la soluzione migliore è utilizzare un filtro capacitivo. Il suo utilizzo permette di elevare il valore della tensione raddrizzata al valore di ampiezza della rete (a Uph = 220V Ufm = 314V). Gli svantaggi di un tale filtro sono considerati grandi valori delle correnti impulsive degli elementi del raddrizzatore, ma questo svantaggio non è critico.

La selezione dei diodi raddrizzatori viene effettuata in base alla corrente diretta media Ia e alla tensione inversa massima U BM.

Prendendo il valore del coefficiente di ondulazione della tensione di uscita Kp = 10%, otteniamo il valore medio della tensione raddrizzata Ud = 300V. Tenendo conto della potenza del carico e dell'efficienza del convertitore HF (per il calcolo viene preso l'80%, ma in pratica sarà più alto, ciò consentirà un certo margine).

Ia è la corrente media del diodo raddrizzatore, Рн è la potenza del carico, η è l'efficienza del convertitore RF.

La massima tensione inversa dell'elemento raddrizzatore non supera il valore di ampiezza della tensione di rete (314 V), il che consente con un margine significativo l'utilizzo di componenti con valore U BM =400 V. È possibile utilizzare sia diodi discreti che ponti raddrizzatori già pronti di vari produttori.

Per garantire una determinata ondulazione (10%) all'uscita del raddrizzatore, la capacità dei condensatori del filtro viene presa alla velocità di 1 μF per 1 W di potenza di uscita. Vengono utilizzati condensatori elettrolitici con una tensione massima di almeno 350 V. Nella tabella sono riportate le capacità dei filtri per le varie potenze.

Convertitore ad alta frequenza: sue funzioni e circuiti

Il convertitore ad alta frequenza è un convertitore con interruttore push-pull o a ciclo singolo (inverter) con un trasformatore di impulsi. Le varianti dei circuiti del convertitore RF sono mostrate nella figura.

Circuito a terminazione singola. Nonostante il numero minimo di elementi di potenza e la facilità di implementazione, presenta numerosi svantaggi.

Il trasformatore presente nel circuito opera in un ciclo di isteresi privato, che richiede un aumento delle sue dimensioni e della potenza complessiva;
Per garantire la potenza di uscita, è necessario ottenere un'ampiezza significativa della corrente impulsiva che scorre attraverso l'interruttore a semiconduttore.

Il circuito ha trovato la sua maggiore applicazione nei dispositivi a bassa potenza, dove l'influenza di questi svantaggi non è così significativa.

Per cambiare o installare da soli un nuovo contatore, non sono richieste competenze speciali. Scegliere quello giusto garantirà una corretta misurazione del consumo di corrente e aumenterà la sicurezza della rete elettrica domestica.

Nelle moderne condizioni di fornitura di illuminazione sia all'interno che all'esterno, i sensori di movimento vengono sempre più utilizzati. Ciò non solo aggiunge comfort e comodità alle nostre case, ma ci consente anche di risparmiare notevolmente. Puoi trovare consigli pratici sulla scelta del luogo di installazione e schemi di collegamento.

Circuito push-pull con il punto centrale del trasformatore (push-pull). Il suo secondo nome deriva dalla versione inglese (push-pull) della descrizione del lavoro. Il circuito è esente dagli svantaggi della versione a ciclo singolo, ma ha il suo: un design complicato del trasformatore (è richiesta la produzione di sezioni identiche dell'avvolgimento primario) e maggiori requisiti per la tensione massima degli interruttori. Per il resto la soluzione merita attenzione ed è ampiamente utilizzata negli alimentatori switching, realizzati a mano e non solo.

Circuito a semiponte push-pull. I parametri del circuito sono simili al circuito con un punto medio, ma non richiedono una configurazione complessa degli avvolgimenti del trasformatore. Lo svantaggio intrinseco del circuito è la necessità di organizzare il punto medio del filtro raddrizzatore, che comporta un aumento di quattro volte del numero di condensatori.

Grazie alla sua facilità di implementazione, il circuito è ampiamente utilizzato negli alimentatori a commutazione con potenza fino a 3 kW. A potenze elevate, il costo dei condensatori di filtro diventa inaccettabilmente elevato rispetto agli interruttori degli inverter a semiconduttore e il circuito a ponte risulta essere il più redditizio.

Circuito a ponte push-pull. I parametri sono simili ad altri circuiti push-pull, ma non è necessario creare “punti medi” artificiali. Il prezzo per questo è il doppio del numero di interruttori di potenza, il che è vantaggioso dal punto di vista economico e tecnico per la costruzione di potenti sorgenti pulsate.

La selezione degli interruttori dell'inverter viene effettuata in base all'ampiezza della corrente del collettore (scarico) I KMAX e alla tensione massima collettore-emettitore U KEMAKH. Per il calcolo vengono utilizzate la potenza del carico e il rapporto di trasformazione del trasformatore di impulsi.

Tuttavia, prima è necessario calcolare il trasformatore stesso. Il trasformatore di impulsi è realizzato su un nucleo di ferrite, permalloy o ferro del trasformatore attorcigliato in un anello. Per potenze fino a diversi kW sono particolarmente adatti i nuclei di ferrite del tipo ad anello o a W. Il trasformatore viene calcolato in base alla potenza richiesta e alla frequenza di conversione. Per eliminare la comparsa di rumore acustico, si consiglia di spostare la frequenza di conversione al di fuori della gamma audio (portarla sopra i 20 kHz).

Va ricordato che a frequenze vicine a 100 kHz le perdite nei nuclei magnetici di ferrite aumentano in modo significativo. Il calcolo del trasformatore stesso non è difficile e può essere facilmente reperito in letteratura. Alcuni risultati per varie sorgenti di potenza e circuiti magnetici sono riportati nella tabella seguente.

Il calcolo è stato effettuato per una frequenza di conversione di 50 kHz. Vale la pena notare che quando si opera ad alte frequenze, si verifica l'effetto dello spostamento di corrente sulla superficie del conduttore, che porta ad una diminuzione dell'area effettiva dell'avvolgimento. Per evitare questo tipo di problemi e ridurre le perdite nei conduttori, è necessario realizzare un avvolgimento di più conduttori di sezione minore. Ad una frequenza di 50 kHz, il diametro consentito del filo di avvolgimento non supera 0,85 mm.

Conoscendo la potenza del carico e il rapporto di trasformazione, è possibile calcolare la corrente nell'avvolgimento primario del trasformatore e la corrente massima del collettore dell'interruttore di alimentazione. La tensione sul transistor nello stato chiuso viene selezionata superiore alla tensione raddrizzata fornita all'ingresso del convertitore RF con un certo margine (U KEMAKH >=400 V). Sulla base di questi dati, vengono selezionate le chiavi. Attualmente, l'opzione migliore è utilizzare transistor di potenza IGBT o MOSFET.

Per i diodi raddrizzatori sul lato secondario è necessario seguire una regola: la loro frequenza operativa massima deve superare la frequenza di conversione. Altrimenti, l'efficienza del raddrizzatore di uscita e del convertitore nel suo insieme diminuirà in modo significativo.

Video sulla realizzazione di un semplice dispositivo di alimentazione a impulsi

Quando l'auto rimane ferma per un lungo periodo, è necessario avviarla almeno una volta al mese. La batteria fornisce bene elettricità all'auto per 4-5 anni, quindi non è in grado di fornire elettricità correttamente all'auto e viene anche caricata male da un generatore o da un caricabatterie portatile. Dopo una vasta esperienza nell'assemblaggio di inverter per saldatura, mi è venuta l'idea di realizzare un dispositivo per l'avviamento di un motore basato su tali dispositivi.

Questo dispositivo può essere utilizzato con o senza batteria installata. Con batteria alimentazione dell'inverter Sarà ancora più semplice avviare il motore. Ho provato ad avviare un motore da 88 cavalli senza batteria. L'esperimento è stato un successo, senza interruzioni.

Sull'inverter è necessario impostare la tensione di uscita su 11,2 V. L'avviatore del motore a combustione interna è progettato per questa tensione (10-11 V). Alimentazione tramite inverter, che assembliamo, ha la capacità di stabilizzare la tensione, nonché la funzione di protezione contro correnti massime di 224 A, protezione contro cortocircuiti dei cavi elettrici.

Tecnologia IGBT , secondo il quale è stato sviluppato il circuito elettrico del dispositivo, si basa sul principio di apertura completa e chiusura completa dei potenti transistor utilizzati nell'unità. Ciò consente di ridurre al minimo le perdite sugli interruttori IGBT nel miglior modo possibile.

In uscita è possibile regolare la corrente e la tensione modificando l'ampiezza degli impulsi di controllo dell'interruttore di alimentazione. Poiché funzionano ad alte frequenze, la regolazione deve essere effettuata ad una frequenza di 56 kHz. Tale idealizzazione del funzionamento è possibile solo con una frequenza di uscita stabile, nonché mantenendola ai livelli a cui funziona l'alimentatore. In questo caso, cambieranno solo l'ampiezza e la durata della tensione nell'intervallo (0% - 45%) dell'ampiezza dell'impulso. Il restante 55% è il livello di tensione zero sul tasto di controllo.

Trasformatore dell'unità inverter ha un nucleo di ferrite. Ciò rende possibile sintonizzare il dispositivo ad un'alta frequenza di 56 kHz. Sul nucleo metallico non si creano correnti parassite.

I transistor IGBT hanno la potenza necessaria e non creano campi di vortice attorno a sé. Perché è necessario creare frequenze così elevate nell'alimentazione? La risposta è ovvia. Quando si utilizza un trasformatore, maggiore è la frequenza della tensione, minori saranno le spire di avvolgimento necessarie sul nucleo. Un altro vantaggio dell'alta frequenza di funzionamento è l'elevata efficienza del trasformatore, che in questo caso diventa del 95%, poiché gli avvolgimenti del nucleo sono realizzati in filo spesso.

Dispositivo trasformatore, utilizzato nel circuito è di piccole dimensioni e molto leggero. Dispositivo a larghezza di impulso (PWM): crea meno perdite, stabilizzando la tensione, rispetto agli elementi di stabilizzazione analogici. In quest'ultimo caso, la potenza viene dissipata in potenti transistor.

Coloro che capiscono un po' di elettronica radiofonica potrebbero notare che il trasformatore è collegato alla fonte di alimentazione durante i cicli dell'orologio con due chiavi. Uno è collegato al più, l'altro al meno. Il circuito elettrico basato sul principio Flea Buck prevede il collegamento di un trasformatore con una chiave. Tale connessione porta a grandi perdite di potenza (complessivamente circa il 10-15% della potenza totale), poiché gli avvolgimenti induttivi dissipano energia sul resistore. Tali perdite di potenza sono inaccettabili per la costruzione di potenti alimentatori da diversi kilowatt.

Nel diagramma sopra questo difetto è stato eliminato. L'energia rilasciata ritorna attraverso i diodi VD18 e VD19 nell'alimentatore del ponte, il che a sua volta aumenta ulteriormente l'efficienza del trasformatore.

Le perdite sulla chiave aggiuntiva non superano i 40 watt. Il circuito Flea Buck prevede perdite sulla resistenza che ammontano a 300-200 watt. Il transistor IRG64PC50W, utilizzato nel circuito elettrico dell'alimentatore utilizzando la tecnologia IGBT, ha una funzione di apertura rapida. Allo stesso tempo, la velocità di chiusura è molto peggiore, il che si traduce in un riscaldamento pulsato del cristallo nel momento in cui il transistor si chiude. Circa 1 kW di energia viene rilasciata sotto forma di calore sulle pareti del transistor. Questa potenza è molto elevata per un transistor e può portare al surriscaldamento.

Per ridurre questa potenza istantanea, un circuito aggiuntivo C16 R24 VD31 è collegato tra il collettore e l'emettitore del transistor. Lo stesso è stato fatto con l'IGBT superiore del transistor, che riduce la potenza sul chip al momento della chiusura. Questa implementazione porta ad un aumento di potenza nel momento in cui si apre l'interruttore del transistor. Ma succede quasi istantaneamente.

Nel momento in cui l'IGBT si apre, il condensatore C16 viene scaricato attraverso la resistenza R24. La ricarica avviene nel momento in cui il transistor si chiude attraverso il diodo veloce VD3. Di conseguenza, la forma dell'aumento della tensione viene ritardata. Durante la chiusura dell'IGBT, la potenza rilasciata sull'interruttore a transistor viene ridotta.

Questa modifica nel circuito elettrico svolge un ottimo lavoro nel sopprimere i picchi di risonanza del trasformatore, impedendo così che tensioni superiori a 600 volt passino attraverso l'interruttore.

IGBTè un trasformatore composito costituito da un transistor ad effetto di campo e bipolare con una transizione. Il transistor ad effetto di campo funge qui da principale. Per controllarlo sono necessari impulsi rettangolari con un'ampiezza di almeno 12 V e non più di 18 V. In questa sezione del circuito sono inclusi optoaccoppiatori speciali (HCPL3120 o HCPL3180). Il possibile carico operativo a impulso è di 2 A.

Un fotoaccoppiatore funziona in questo modo. Nel caso in cui venga visualizzata tensione sul LED dell'accoppiatore ottico, gli ingressi 1,2,3 e 4 vengono eccitati. All'uscita si forma istantaneamente un potente impulso di corrente con un'ampiezza di 15,8 V. Il livello dell'impulso è limitato dai resistori R55 e R48.

Quando la tensione sul LED scompare, si verifica una caduta di ampiezza che apre i transistor T2 e T4. Ciò crea un livello di corrente più elevato nei resistori R48 e R58 e scarica rapidamente anche il condensatore dell'interruttore IGBT.

Montiamo il bridge insieme ai driver dell'accoppiatore ottico sulla base di un radiatore di un computer Pentium 4, che ha una base piatta. Prima di installare i transistor, è necessario applicare la pasta termica sulla superficie del radiatore.

Il radiatore deve essere tagliato in due parti in modo che i tasti superiore ed inferiore non abbiano contatto elettrico tra loro. I diodi sono fissati al radiatore con speciali distanziali in mica. Tutti i collegamenti di alimentazione vengono installati utilizzando l'installazione a superficie. Sul bus di alimentazione dovrai saldare 8 pezzi di condensatori a film da 150 nF ciascuno e una tensione massima di 630 V.

Avvolgimento di uscita del trasformatore di potenza e dell'induttore

Poiché le tensioni di uscita senza carico raggiungono i 50 V, è stato necessario rettificarle utilizzando i diodi VD19 e VD20. Quindi la tensione di carico viene fornita all'induttore, con l'aiuto del quale la tensione viene livellata e divisa a metà.

Quando i transistor IGBT sono aperti, inizia la fase di saturazione dell'induttore L3. Quando l'IGBT è nello stato chiuso, inizia la fase di scarica dell'induttore. La scarica avviene attraverso i diodi VD22 e VD21 che chiudono il circuito. Pertanto, la corrente che fluisce al condensatore viene raddrizzata.

Stabilizzazione e limitazione di corrente con modulazione di larghezza di impulso

2 è l'ingresso per l'amplificazione della tensione, 1 è l'uscita dell'amplificatore. L'amplificatore modifica la corrente operativa dell'inverter e l'ampiezza dell'impulso. Cambiamenti discreti creano una caratteristica di carico in base alla tensione di feedback tra l'alimentazione e l'ingresso del microcircuito. Il pin 2 del microcircuito mantiene una tensione di 2,5 V.

La larghezza dell'impulso operativo dipende dalla tensione all'ingresso 2 del microcircuito. L'ampiezza dell'impulso diventa più ampia se la tensione è maggiore di 2,5 V. Se la tensione è inferiore a quella specificata, l'ampiezza si restringe.

La stabilità dell'alimentazione dipende dai resistori R2 e R1. Se la tensione diminuisce in modo significativo a causa di correnti di uscita elevate, è necessario aumentare la resistenza del resistore R1.

A volte capita che durante il processo di configurazione l'unità inizi a emettere dei ronzii. In questo caso è necessario regolare la resistenza R1 e le capacità dei condensatori C1 e C2. Se anche tali misure non sono d'aiuto, puoi provare a ridurre il numero di spire dell'induttore C3.

Il trasformatore deve funzionare silenziosamente, altrimenti i transistor si bruceranno. Anche se tutte le misure di cui sopra non hanno aiutato, è necessario aggiungere diversi condensatori da 1 µF a tre canali dell'alimentatore.

Scheda condensatore di potenza 1320 µF

Quando si accende l'alimentazione a una rete con una tensione di 220 V, si verifica un aumento di corrente, dopo il quale il gruppo diodi VD8 si guasta durante la carica del condensatore. Per evitare questo effetto, è necessario installare il resistore R11. Quando i condensatori sono carichi, il timer sul transistor zero darà il comando di chiudere i contatti e shuntare il relè. Ora la corrente operativa richiesta viene fornita al ponte elettrico con il trasformatore.

Il timer su VT1 apre i contatti del relè K2, che consente l'utilizzo del processo di modulazione dell'ampiezza dell'impulso.

Configurazione del blocco

Il primo passo è applicare una tensione di 15 V al ponte di potenza, garantire il corretto funzionamento del ponte e l'installazione degli elementi. Successivamente è possibile alimentare il ponte con la tensione di rete, nell'intervallo tra +310 V, dove si trovano i condensatori da 1320 μF e un condensatore con una capacità di 150 nF, e inserire una lampadina da 150-200 Watt. Quindi colleghiamo l'osfilografo al collettore-emettitore dell'interruttore di alimentazione inferiore al circuito elettrico. È necessario assicurarsi che le emissioni si trovino nella zona normale, non superiore a 330 V. Successivamente, impostiamo la frequenza di clock PWM. È necessario abbassare la frequenza finché sull'oscillogramma non appare una piccola curva dell'impulso, che indica la sovrasaturazione del trasformatore.

La frequenza di clock operativa del trasformatore viene calcolata in questo modo: prima misuriamo la frequenza di clock della sovrasaturazione del trasformatore, la dividiamo per 2 e aggiungiamo il risultato alla frequenza alla quale l'impulso si piega.

Quindi è necessario alimentare il ponte tramite un bollitore con una potenza di 2 kW. Scolleghiamo il feedback di tensione PWM, applichiamo una tensione regolabile al resistore R2 nel punto in cui si collega al diodo zener D4 da 5 V a 0, regolando così la corrente del circuito da 30 A a 200 A.

Regoliamo la tensione al minimo, più vicino a 5 V, condensatore dissaldato C23 e cortocircuitiamo l'uscita del blocco. Se senti uno squillo, devi passare il filo nella direzione opposta. Controlliamo la fase degli avvolgimenti del trasformatore di potenza. Colleghiamo l'oscilloscopio all'interruttore inferiore e aumentiamo il carico in modo che non vi siano squilli o addirittura picchi di tensione superiori a 400 V.

Misuriamo la temperatura del radiatore a ponte in modo che il radiatore si riscaldi in modo uniforme, il che indica ponti di alta qualità. Colleghiamo il feedback di tensione. Installiamo il condensatore C23, misuriamo la tensione in modo che sia compresa nell'intervallo 11-11,2 V. Carichiamo la fonte di alimentazione con un piccolo carico di 40 watt.

Regoliamo il funzionamento silenzioso del trasformatore modificando il numero di giri dell'induttore L3. Se questo non aiuta, aumentiamo la capacità dei condensatori C1 e C2, oppure posizioniamo la scheda PWM lontano dalle interferenze del trasformatore di potenza.

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.

Qualcosa sull'applicazione e sul design dell'UPS

Sul sito è già stato pubblicato un articolo in cui si parla del design dell'UPS. Questo argomento può essere in qualche modo integrato con una breve storia sulle riparazioni. Viene spesso citata l'abbreviazione UPS. Per evitare discrepanze, concordiamo che in questo articolo si tratta di un alimentatore switching.

Quasi tutti gli alimentatori a commutazione utilizzati nelle apparecchiature elettroniche sono costruiti secondo due circuiti funzionali.

Fig. 1. Schemi funzionali degli alimentatori switching

Di norma, gli alimentatori sufficientemente potenti, come quelli dei computer, sono realizzati utilizzando un circuito a mezzo ponte. Anche gli alimentatori per potenti UMZCH e saldatrici da stadio sono realizzati utilizzando un circuito push-pull.

Chiunque abbia mai riparato amplificatori con una potenza di 400 watt o più sa benissimo quanto pesano. Stiamo parlando, naturalmente, di UMZCH con alimentatore a trasformatore tradizionale. Gli UPS per televisori, monitor e lettori DVD sono spesso realizzati secondo un circuito con uno stadio di uscita single-ended.

Sebbene in realtà esistano altri tipi di stadi di uscita, mostrati nella Figura 2.

Fig.2. Stadi di uscita degli alimentatori switching

Qui sono mostrati solo gli interruttori di potenza e l'avvolgimento primario del trasformatore di potenza.

Se osservi attentamente la Figura 1, è facile vedere che l'intero circuito può essere diviso in due parti: primaria e secondaria. La parte primaria contiene un filtro di rete, un raddrizzatore di tensione di rete, interruttori di alimentazione e un trasformatore di alimentazione. Questa parte è collegata galvanicamente alla rete CA.

Oltre al trasformatore di potenza, gli alimentatori a commutazione utilizzano anche trasformatori di disaccoppiamento, attraverso i quali gli impulsi di controllo del controller PWM vengono forniti alle porte (basi) dei transistor di potenza. In questo modo è garantito l'isolamento galvanico dalla rete del circuito secondario. Negli schemi più moderni, questo disaccoppiamento viene effettuato utilizzando accoppiatori ottici.

I circuiti secondari sono isolati galvanicamente dalla rete mediante un trasformatore di potenza: la tensione proveniente dagli avvolgimenti secondari viene fornita al raddrizzatore e quindi al carico. Anche i circuiti di stabilizzazione e protezione della tensione sono alimentati dai circuiti secondari.

Alimentatori switching molto semplici

Vengono eseguiti sulla base di un auto-oscillatore quando non è presente un controller PWM principale. Un esempio di tale UPS è il circuito del trasformatore elettronico Taschibra.

Fig.3. Trasformatore elettronico Taschibra

Trasformatori elettronici simili sono prodotti da altre società. Il loro scopo principale è . Una caratteristica distintiva di questo schema è la sua semplicità e il numero ridotto di parti. Lo svantaggio è che senza carico questo circuito semplicemente non si avvia, la tensione di uscita è instabile e presenta un elevato livello di ondulazione. Ma le luci brillano ancora! In questo caso il circuito secondario è completamente disconnesso dalla rete di alimentazione.

È abbastanza ovvio che la riparazione di un tale alimentatore si riduce alla sostituzione dei transistor, dei resistori R4, R5, a volte VDS1 e del resistore R1, che funge da fusibile. Semplicemente non c'è nient'altro da bruciare in questo schema. Dato il basso prezzo dei trasformatori elettronici, il più delle volte ne viene semplicemente acquistato uno nuovo e le riparazioni vengono eseguite, come si suol dire, "per amore dell'arte".

La sicurezza prima

Poiché esiste una sovrapposizione così spiacevole dei circuiti primario e secondario, che durante il processo di riparazione dovrai sicuramente toccare con le mani, anche se per sbaglio, è necessario ricordare alcune regole di sicurezza.

È possibile toccare la sorgente accesa con una sola mano e in nessun caso con entrambe contemporaneamente. Chiunque lavori con gli impianti elettrici lo sa. Ma è meglio non toccarlo affatto, o solo dopo essersi disconnessi dalla rete staccando la spina dalla presa. Inoltre, non dovresti saldare nulla mentre la sorgente è accesa o semplicemente girarla con un cacciavite.

Per garantire la sicurezza elettrica sulle schede di alimentazione, il lato primario “pericoloso” della scheda viene delineato con una striscia abbastanza larga oppure ombreggiato con sottili strisce di vernice, solitamente bianca. Questo è un avvertimento che toccare questa parte della tavola con le mani è pericoloso.

Anche un alimentatore switching spento può essere toccato con le mani solo dopo un certo tempo, almeno 2...3 minuti dopo lo spegnimento: la carica sui condensatori ad alta tensione viene mantenuta per un tempo piuttosto lungo, anche se in condizioni normali Nell'alimentazione sono presenti resistenze di scarica installate in parallelo ai condensatori. Ricorda come a scuola si offrivano a vicenda un condensatore carico! Uccidere, ovviamente, non ucciderà, ma il colpo è piuttosto sensibile.

Ma la cosa peggiore non è nemmeno questa: beh, pensa, un po' ha bruciato. Se controlli immediatamente il condensatore elettrolitico con un multimetro dopo averlo spento, è del tutto possibile andare al negozio per comprarne uno nuovo.

Quando si prevede una tale misurazione, il condensatore deve essere scaricato, almeno con una pinzetta. Ma è meglio farlo utilizzando un resistore con una resistenza di diverse decine di kOhm. Altrimenti, la scarica è accompagnata da un mucchio di scintille e da un clic abbastanza forte, e un tale cortocircuito non è molto utile per il condensatore.

Eppure durante le riparazioni bisogna toccare l'alimentatore a commutazione, almeno per effettuare alcune misurazioni. In questo caso, un trasformatore di isolamento, spesso chiamato trasformatore di sicurezza, aiuterà a proteggere il più possibile la persona amata dalle scosse elettriche. Puoi leggere come realizzarlo nell'articolo.

In poche parole si tratta di un trasformatore a due avvolgimenti per 220V, con una potenza di 100...200W (a seconda della potenza dell'UPS in riparazione), lo schema elettrico è mostrato in Figura 4.

Fig.4. Trasformatore di sicurezza

L'avvolgimento a sinistra nello schema è collegato alla rete; un alimentatore switching difettoso è collegato all'avvolgimento a destra tramite una lampadina. La cosa più importante con questa connessione è che puoi toccare in sicurezza qualsiasi estremità dell'avvolgimento secondario con UNA mano, così come l'intero elemento del circuito primario dell'alimentatore.

Sul ruolo della lampadina e sulla sua potenza

Molto spesso, le riparazioni su un alimentatore a commutazione vengono eseguite senza trasformatore di isolamento, ma come misura di sicurezza aggiuntiva, l'unità viene accesa tramite una lampadina da 60...150 W. Dal comportamento della lampadina, in generale, puoi giudicare lo stato dell'alimentazione. Naturalmente, tale inclusione non fornirà l'isolamento galvanico dalla rete, non è consigliabile toccarlo con le mani, ma potrebbe proteggerlo da fumo ed esplosioni.

Se, quando collegata alla rete, la lampadina si accende alla massima intensità, è necessario cercare un guasto nel circuito primario. Di norma, si tratta di un transistor di potenza o di un ponte raddrizzatore rotto. Durante il normale funzionamento dell'alimentatore, la lampadina lampeggia prima in modo abbastanza intenso (), quindi il filamento continua a brillare debolmente.

Esistono diverse opinioni su questa lampadina. Alcuni dicono che non aiuta a liberarsi da situazioni impreviste, mentre altri credono che il rischio di bruciare un transistor appena sigillato sia molto ridotto. Aderiremo a questo punto di vista e utilizzeremo una lampadina per le riparazioni.

Informazioni sugli alloggiamenti pieghevoli e non smontabili

Molto spesso, gli alimentatori a commutazione vengono realizzati in custodie. Basti ricordare gli alimentatori per computer, i vari adattatori che si collegano a una presa, caricabatterie per laptop, telefoni cellulari, ecc.

Nel caso degli alimentatori per computer, tutto è abbastanza semplice. Vengono svitate diverse viti dalla custodia metallica, il coperchio metallico viene rimosso e, per favore, l'intera scheda con le parti è già nelle vostre mani.

Se il case è di plastica, dovresti cercare piccole viti sul retro, dove si trova la spina di alimentazione. Quindi tutto è semplice e chiaro, svita e rimuovi il coperchio. In questo caso possiamo dire che siamo stati semplicemente fortunati.

Ma ultimamente tutto si è mosso sulla strada della semplificazione e della riduzione dei costi di progettazione, e le metà della custodia in plastica sono semplicemente incollate insieme e abbastanza saldamente. Un amico mi ha raccontato di come ha portato un blocco simile in qualche officina. Alla domanda su come smontarlo, gli artigiani hanno detto: "Non sei russo?" Poi presero un martello e divisero rapidamente il corpo in due metà.

In effetti, questo è l'unico modo per smontare le custodie incollate in plastica. Devi solo colpirlo con attenzione e non in modo molto fanatico: sotto l'influenza dei colpi al corpo, i binari che portano a parti massicce, ad esempio trasformatori o induttanze, possono essere rotti.

Aiuta anche inserire un coltello nella cucitura e picchiettarlo leggermente con lo stesso martello. È vero, dopo l'assemblaggio rimangono tracce di questo intervento. Ma anche se sono presenti piccoli segni sulla custodia, non dovrai acquistare una nuova unità.

Come trovare un diagramma

Se in passato quasi tutti i dispositivi di produzione nazionale venivano forniti con schemi elettrici, i moderni produttori di elettronica stranieri non vogliono condividere i loro segreti. Tutte le apparecchiature elettroniche sono dotate solo di un manuale utente, che mostra quali pulsanti premere. Gli schemi elettrici non sono inclusi nel manuale dell'utente.

Si presuppone che il dispositivo funzionerà per sempre o che le riparazioni verranno eseguite presso centri di assistenza autorizzati dove sono disponibili manuali di riparazione, chiamati manuali di servizio. I centri di assistenza non hanno il diritto di condividere questa documentazione con tutti, ma, grazie al cielo, questi manuali di servizio possono essere trovati per molti dispositivi. A volte questo può essere fatto gratuitamente, cioè gratuitamente, a volte le informazioni necessarie possono essere ottenute per una piccola somma.

Ma anche se non riuscissi a trovare il circuito richiesto, non dovresti disperare, soprattutto quando ripari gli alimentatori. Quasi tutto diventa chiaro dopo un attento esame del tabellone. Questo potente transistor non è altro che un interruttore di uscita e questo microcircuito è un controller PWM.

In alcuni controller, il potente transistor di uscita è “nascosto” all'interno del chip. Se queste parti sono sufficientemente grandi, hanno una marcatura completa, dalla quale è possibile trovare la documentazione tecnica (scheda tecnica) del microcircuito, transistor, diodo o diodo zener. Sono queste parti che costituiscono la base degli alimentatori a commutazione.

È un po' più difficile trovare schede tecniche per componenti SMD di piccole dimensioni. La marcatura completa non si adatta a una custodia piccola, ma sulla custodia viene posizionata una designazione del codice composta da diverse (tre, quattro) lettere e numeri. Utilizzando questo codice, utilizzando tabelle o programmi appositi, sempre reperibili in Internet, è possibile, anche se non sempre, trovare dati di riferimento per un elemento sconosciuto.

Strumenti e strumenti di misura

Per riparare gli alimentatori switching ti servirà lo strumento che ogni radioamatore dovrebbe avere. Prima di tutto, si tratta di diversi cacciaviti, tronchesi, pinzette, a volte pinze e persino il martello sopra menzionato. Questo è per lavori idraulici e di installazione.

Per i lavori di saldatura, ovviamente, avrete bisogno di un saldatore, preferibilmente diversi, di diversa potenza e dimensione. Un normale saldatore con una potenza di 25...40 W è abbastanza adatto, ma è meglio se si tratta di un saldatore moderno con termostato e stabilizzazione della temperatura.

Per saldare parti multi-piombo, è bene avere a portata di mano, se non una pistola super costosa, almeno una semplice pistola saldante economica. Ciò ti consentirà di saldare parti multi-pin senza troppi sforzi e senza distruggere i circuiti stampati.

Per misurare tensioni, resistenze e, un po' meno frequentemente, correnti, vi servirà un multimetro digitale, anche se non molto costoso, o un buon vecchio tester a puntatore. Puoi leggere il fatto che è troppo presto per cancellare un dispositivo di puntamento e quali funzionalità aggiuntive offre che i moderni multimetri digitali non hanno.

Può fornire un'assistenza preziosa nella riparazione degli alimentatori a commutazione. Anche in questo caso è possibile utilizzare un vecchio oscilloscopio a raggi catodici, anche se non molto largo. Se naturalmente è possibile acquistare un moderno oscilloscopio digitale, allora è ancora meglio. Ma, come dimostra la pratica, quando si riparano gli alimentatori a commutazione è possibile fare a meno dell'oscilloscopio.

In realtà, quando si ripara, ci sono due possibili esiti: o riparare o peggiorare la situazione. Qui è opportuno richiamare la legge di Horner: “L’esperienza cresce in proporzione diretta al numero di apparecchiature disattivate”. E sebbene questa legge contenga una discreta dose di umorismo, nella pratica delle riparazioni le cose stanno esattamente così. Soprattutto all'inizio del viaggio.

Risoluzione dei problemi

Gli alimentatori a commutazione si guastano molto più spesso rispetto ad altri componenti di apparecchiature elettroniche. Il primo effetto è che è presente una tensione di rete elevata, che dopo il raddrizzamento e il filtraggio diventa ancora più elevata. Pertanto gli interruttori di potenza e l'intera cascata di inverter operano in condizioni molto difficili, sia dal punto di vista elettrico che termico. Molto spesso i guasti risiedono nel circuito primario.

I guasti possono essere suddivisi in due tipologie. Nel primo caso, il guasto di un alimentatore switching è accompagnato da fumo, esplosioni, distruzione e carbonizzazione di parti, talvolta di piste del circuito stampato.

Sembrerebbe che l'opzione sia la più semplice, devi solo cambiare le parti bruciate, ripristinare le tracce e tutto funzionerà. Ma quando si tenta di determinare il tipo di microcircuito o transistor, si scopre che i contrassegni sui dettagli sono scomparsi insieme all'alloggiamento. È impossibile scoprire cosa c'era qui senza un diagramma, che spesso non è a portata di mano. A volte la riparazione termina in questa fase.

Il secondo tipo di malfunzionamento è silenzioso, come ha detto Lyolik, senza rumore e polvere. Le tensioni di uscita sono semplicemente scomparse senza lasciare traccia. Se questo alimentatore a commutazione è un semplice adattatore di rete come un caricabatterie per un telefono cellulare o un laptop, prima di tutto dovresti verificare la funzionalità del cavo di uscita.

Molto spesso, si verifica un'interruzione vicino al connettore di uscita o all'uscita dall'alloggiamento. Se l'unità è collegata alla rete tramite un cavo con spina, prima di tutto dovresti assicurarti che funzioni.

Dopo aver controllato questi circuiti più semplici, puoi già addentrarti nella natura selvaggia. Per queste terre selvagge prendiamo il circuito di alimentazione del monitor LG_flatron_L1919s da 19 pollici. In realtà il problema era abbastanza semplice: ieri si accendeva, ma oggi non si accende.

Nonostante l'apparente serietà del dispositivo, dopotutto un monitor, il circuito di alimentazione è abbastanza semplice e chiaro.

Dopo aver aperto il monitor, sono stati rilevati diversi condensatori elettrolitici gonfi (C202, C206, C207) all'uscita dell'alimentatore. In questo caso è meglio cambiare tutti i condensatori contemporaneamente, sei in totale. Il costo di queste parti è economico, quindi non dovresti aspettare che anche loro aumentino. Dopo questa sostituzione il monitor ha ripreso a funzionare. A proposito, un tale malfunzionamento è abbastanza comune nei monitor LG.

I condensatori gonfiati hanno attivato il circuito di protezione, il cui funzionamento verrà discusso più avanti. Se dopo aver sostituito i condensatori l'alimentatore non funziona, dovrai cercare altri motivi. Per fare ciò, diamo un'occhiata al diagramma in modo più dettagliato.

Fig 5. Alimentazione del monitor LG_flatron_L1919s (clicca sull'immagine per ingrandirla)

Filtro e raddrizzatore contro le sovratensioni

La tensione di rete viene fornita al ponte raddrizzatore BD101 tramite il connettore di ingresso SC101, il fusibile F101 e il filtro LF101. La tensione raddrizzata attraverso il termistore TH101 viene fornita al condensatore di livellamento C101. Questo condensatore produce una tensione costante di 310 V, che viene fornita all'inverter.

Se questa tensione è assente o molto inferiore al valore specificato, è necessario controllare il fusibile di rete F101, il filtro LF101, il ponte raddrizzatore BD101, il condensatore C101 e il termistore TH101. Tutti questi dettagli possono essere facilmente controllati utilizzando un multimetro. Se sospetti il condensatore C101, è meglio sostituirlo con uno sicuramente funzionante.

A proposito, il fusibile di rete non si brucia semplicemente. Nella maggior parte dei casi, la sua sostituzione non ripristina il normale funzionamento dell'alimentatore switching. Pertanto, dovresti cercare altri motivi che portano al fusibile bruciato.

Il fusibile deve essere installato alla stessa corrente indicata nello schema e in nessun caso il fusibile deve essere “alimentato”. Ciò potrebbe portare a problemi ancora più seri.

Invertitore

L'inverter è realizzato secondo un circuito a ciclo singolo. Il chip del controller PWM U101 viene utilizzato come oscillatore principale, all'uscita del quale è collegato il transistor di potenza Q101. L'avvolgimento primario del trasformatore T101 (pin 3-5) è collegato allo scarico di questo transistor tramite l'induttore FB101.

L'avvolgimento aggiuntivo 1-2 con raddrizzatore R111, D102, C103 viene utilizzato per alimentare il controller PWM U101 nel funzionamento stazionario dell'alimentatore. Il controller PWM viene avviato quando acceso dal resistore R108.

Tensioni di uscita

L'alimentatore produce due tensioni: 12 V/2 A per alimentare l'inverter di retroilluminazione e 5 V/2 A per alimentare la parte logica del monitor.

Dall'avvolgimento 10-7 del trasformatore T101 attraverso il gruppo diodi D202 e il filtro C204, L202, C205 si ottiene una tensione di 5 V/2 A.

L'avvolgimento 8-6 è collegato in serie all'avvolgimento 10-7, dal quale, utilizzando il gruppo diodi D201 e il filtro C203, L201, C202, C206, C207, si ottiene una tensione costante di 12 V/2 A.

Protezione da sovraccarico

Il resistore R109 è collegato alla sorgente del transistor Q101. Questo è un sensore di corrente collegato tramite il resistore R104 al pin 2 del chip U101.

Quando si verifica un sovraccarico in uscita, la corrente attraverso il transistor Q101 aumenta, il che porta ad una caduta di tensione sul resistore R109, che viene fornita attraverso il resistore R104 al pin 2CS/FB del microcircuito U101 e il controller smette di generare impulsi di controllo (pin 6OUT ). Pertanto, la tensione all'uscita dell'alimentatore scompare.

È stata questa protezione ad attivarsi quando i condensatori elettrolitici si sono gonfiati, come menzionato sopra.

Livello di protezione 0,9 V. Questo livello è impostato dalla sorgente di tensione di riferimento all'interno del microcircuito. In parallelo al resistore R109 è collegato un diodo zener ZD101 con una tensione di stabilizzazione di 3,3 V, che protegge l'ingresso 2CS/FB da sovratensione.

Una tensione di 310 V dal condensatore C101 viene fornita al pin 2CS/FB attraverso un divisore R117, R118, R107, che garantisce l'attivazione della protezione contro l'aumento della tensione di rete. L'intervallo consentito della tensione di rete al quale il monitor funziona normalmente è compreso tra 90 e 240 V.

Stabilizzazione della tensione di uscita

Realizzato su un diodo zener regolabile U201 tipo A431. La tensione di uscita di 12 V/2 A attraverso il divisore R204, R206 (entrambi i resistori con una tolleranza dell'1%) viene fornita all'ingresso di controllo R del diodo zener U201. Non appena la tensione di uscita raggiunge 12 V, il diodo zener si apre e il LED dell'accoppiatore ottico PC201 si accende.

Di conseguenza, il transistor optoaccoppiatore si apre (pin 4, 3) e la tensione di alimentazione del controller attraverso il resistore R102 viene fornita al pin 2CS/FB. Gli impulsi sul pin 6OUT scompaiono e la tensione sull'uscita 12V/2A inizia a diminuire.

La tensione sull'ingresso di controllo R del diodo zener U201 scende al di sotto della tensione di riferimento (2,5 V), il diodo zener viene bloccato e spegne il fotoaccoppiatore PC201. All'uscita 6OUT appaiono degli impulsi, la tensione di 12V/2A inizia ad aumentare e il ciclo di stabilizzazione si ripete nuovamente. Il circuito di stabilizzazione è costruito in modo simile in molti alimentatori a commutazione, ad esempio in quelli dei computer.

Risulta quindi che tre segnali sono collegati all'ingresso 2CS/FB del controller tramite un OR cablato: protezione da sovraccarico, protezione contro la sovratensione della rete e uscita del circuito stabilizzatore della tensione di uscita.

È qui che è opportuno ricordare come verificare il funzionamento di questo circuito di stabilizzazione. A questo scopo è sufficiente spegnere!!! dalla rete di alimentazione, fornire una tensione di 12 V/2 A dall'alimentatore regolato all'uscita.

È meglio collegarsi all'uscita del fotoaccoppiatore PC201 con un tester a puntatore in modalità di misurazione della resistenza. Finché la tensione all'uscita della sorgente regolata è inferiore a 12 V, la resistenza all'uscita del fotoaccoppiatore sarà elevata.

Ora aumenteremo la tensione. Non appena la tensione supera i 12 V, la freccia del dispositivo scenderà bruscamente nella direzione della diminuzione della resistenza. Ciò indica che il diodo zener U201 e il fotoaccoppiatore PC201 funzionano correttamente. Pertanto, la stabilizzazione della tensione di uscita dovrebbe funzionare correttamente.

Esattamente allo stesso modo, è possibile verificare il funzionamento del circuito di stabilizzazione degli alimentatori switching dei computer. La cosa principale è capire a quale tensione è collegato il diodo zener.

Se tutti i controlli di cui sopra hanno avuto esito positivo e l'alimentatore non si avvia, è necessario controllare il transistor Q101 rimuovendolo dalla scheda. Se il transistor funziona correttamente, è molto probabile che la colpa sia del chip U101 o del suo cablaggio. Prima di tutto, questo è il condensatore elettrolitico C105, che è meglio controllare sostituendolo con uno noto e funzionante.