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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Alimentation à découpage flyback
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Alimentations L'article décrit une alimentation à découpage commandée par un microcircuit spécialisé. L'appareil utilise un transformateur d'impulsions standard des téléviseurs. Il semblerait que les sources d'alimentation (PS), qui font partie intégrante de tous les appareils électroniques, soient les moins sensibles aux changements rapides - après tout, elles existent depuis plus d'un demi-siècle. Mais le développement de solutions de circuits modernes ne contourne pas ce domaine le plus étendu de l'électronique radio. Dans un premier temps, les alimentations à batterie traditionnelles ont été remplacées par des alimentations à lampes réseau avec filtres LC, puis par des transistors et des régulateurs linéaires intégrés. La lutte pour l'efficacité et l'amélioration des indicateurs de poids et de taille a contribué au développement et à la mise en œuvre de l'IP pulsé (SMPS). Avec les SMPS en demi-pont et en pont complet, les sources de retour indirect sont largement utilisées, car sans mesures spéciales, le danger de courant traversant dans les SMPS en pont (en raison de la fourniture d'une tension d'ouverture à l'un des bras, lorsque l'autre bras n'a pas encore complètement fermé en raison de ses propriétés inertielles) a conduit au fonctionnement des éléments de commutation en mode court-circuit et à la défaillance de coûteux transistors haute tension haute puissance. Ces mesures spéciales ont considérablement compliqué le pont SMPS, et donc le SMPS flyback s'est répandu dans les appareils électroménagers, dans lesquels le transistor de commutation du premier cycle assure l'accumulation d'énergie électromagnétique dans les enroulements et le circuit magnétique du transformateur de stockage, et dans le second - son transfert à la charge. Pour se convaincre de la relative complexité d'un tel SMPS, il suffit de regarder les circuits du module d'alimentation MP-403 pour les téléviseurs ZUSST, 4USTST ou la cassette de balayage et d'alimentation KRP-501 pour les téléviseurs 5USTST. Et seuls les derniers développements des spécialistes Siemens et des fabricants nationaux, qui ont créé un microcircuit pour contrôler le SMPS flyback TDA4605 (l'analogue domestique de KR1033EU5 - le soi-disant contrôleur PWM), ont grandement simplifié la tâche de développer un SMPS hautement fiable et économique pour les radioamateurs . Bien que le manuel [1], contenant des informations sur les contrôleurs PWM, ne soit pas exempt de quelques erreurs, il convient de noter qu'il est d'une grande valeur pour le concepteur et le développeur du SMPS. Le manuel [2] décrit le fonctionnement du SMPS dans les téléviseurs de 6e génération utilisant la puce domestique KR1033EU5, mais il n'y a pas d'informations de référence (valeurs de tension, formes d'onde du signal) caractérisant son fonctionnement. Malheureusement, aucune des sources mentionnées ne donne les paramètres d'enroulement du transformateur de stockage. Néanmoins, en utilisant les caractéristiques de référence disponibles, à des fins de radio amateur, il est toujours possible d'adapter les transformateurs d'impulsions existants pour créer le SMPS moderne nécessaire. Les matériaux de l'article publié aideront à résoudre ce problème, ils peuvent également être utiles aux radioamateurs impliqués dans la modernisation et la réparation d'équipements vidéo nationaux et importés. Les fonctions de service assurées par le microcircuit sont très étendues :
Le but fonctionnel des broches du microcircuit est donné dans le tableau. une. Tableau 1
principales caractéristiques
L'amplificateur de commande est l'élément principal du microcircuit. En recevant un signal de l'enroulement supplémentaire du transformateur et en le comparant à la tension de référence interne, il génère des impulsions de commutation de différentes durées, qui sont déterminées par les valeurs du courant dans la charge et la tension secteur redressée. La durée des impulsions est modifiée de manière à maintenir une tension constante à la sortie du SMPS. L'élément principal du SMPS est un transformateur d'impulsions de stockage, qui, en principe, peut être n'importe quoi. Une large gamme de régulation de tension de sortie fournie par le microcircuit, ainsi qu'un grand nombre d'enroulements de sortie du transformateur, facilitent la tâche de création d'un IP avec les paramètres nécessaires. Il convient par exemple d'envisager l'utilisation du transformateur d'impulsions TPI-8-1, décrit précédemment dans les pages du magazine Radio [3]. Le schéma du SMPS, créé selon les matériaux [1,2, 1] et adapté à l'utilisation du transformateur spécifié, est illustré à la fig. 4 (les enroulements de transformateur inutilisés ne sont pas représentés, les broches 10 et XNUMX étaient initialement absentes).
L'appareil contient un filtre de suppression des interférences qui empêche les interférences haute fréquence de pénétrer dans le réseau d'alimentation (L1, C1-C3) ; résistance de limitation de courant qui limite le courant d'appel lorsque le SMPS est activé (R1) ; pont redresseur tension secteur (VD1); diviseur de tension dans le circuit de rétroaction de l'amplificateur de commande du microcircuit, qui forme le niveau de stabilisation de la tension de sortie du SMPS (R2, R6, R7, VD2); filtre dans le circuit d'alimentation du SMPS, qui réduit le niveau d'ondulation de la tension d'entrée (C4); diviseur de tension pour contrôler les changements de tension secteur et désactiver le SMPS en cas de fluctuations inacceptables (R3, R4); conformateur de tension en dents de scie pour simuler des changements de courant dans les enroulements de stockage d'un transformateur d'impulsions (R5, C5); conformateur d'impulsions dans le circuit de signal de rétroaction (VD3, C6); condensateur d'intégration dans le circuit de commande pour le démarrage "en douceur" du SMPS (C7); condensateur de filtrage dans le circuit de puissance du microcircuit (C8); résistance de limitation de courant dans le mode de démarrage du microcircuit avant qu'il n'entre en mode de fonctionnement (R8); redresseur de tension qui alimente le microcircuit à partir de l'enroulement de communication (II) du transformateur en mode de fonctionnement (VD4); un circuit d'alimentation en impulsions pour commander le transistor de commutation (R9-R11, VD5) ; circuit de limitation des surtensions crêtes au drain du transistor (VD6, R12, C10) ; circuit d'amortissement pour éliminer les vibrations parasites (C11, R13); filtre de suppression de bruit dans le circuit pour déterminer le début du cycle de génération d'une impulsion de commutation (transition de l'impulsion de tension de sortie par zéro) et le circuit de rétroaction de l'amplificateur de commande (R14, C9, R15, C12) ; redresseur et filtre de tension de sortie (VD7, C13); résistance de limitation de courant dans le circuit de tension de sortie (R16). Les résultats des tests de l'appareil avec différents enroulements de sortie et valeurs nominales des éléments utilisés, indiqués dans le schéma, pour obtenir une tension de sortie de 12 V à un courant de charge de 1,25 A sont présentés dans le tableau. 2. Tableau 2
Pour sélectionner l'enroulement de sortie, utilisez le tableau. 3, contenant les paramètres des fils de bobinage en cuivre, qui sont le plus souvent utilisés dans les transformateurs d'impulsions. L'enroulement III, conçu pour une tension de 24 V pour une utilisation "normale", contient 16 spires de trois conducteurs PEVTL-0,35 connectés en parallèle. Leur section totale est d'environ 0,3 mm2et équivalent à un conducteur d'un diamètre de 0,62 mm. Pour densité de courant 4,25 A/mm2, correspondant à une augmentation de la température du transformateur de 30 ° C, le courant admissible dans l'enroulement est de 1,28 A, ce qui satisfait pleinement aux exigences (à l'aide de la calculatrice, il est facile de continuer la nomenclature des conducteurs dans le sens de l'augmentation et en diminuant le diamètre). Si vous utilisez les enroulements V et VI (bornes 14, 18 et 16, 20, respectivement [3]), en les connectant en parallèle, vous pouvez obtenir un courant allant jusqu'à 3,5 A à la sortie du SMPS. Tableau 3
Comme dans le module d'alimentation MP-403, l'enroulement de stockage est l'enroulement I (broches 1, 19). Une attention particulière doit être portée au bon raccordement (phasage) des cordons (généralement dans les schémas, le début de l'enroulement est toujours indiqué par un point). Les numéros de broches de l'enroulement supplémentaire pour la communication et l'alimentation du microcircuit sont illustrés à la Fig. 1. Il convient de garder à l'esprit que le courant de fonctionnement dans l'enroulement de couplage dépend de la puissance de charge totale et n'atteint pas nécessairement une valeur maximale de 1,5 A. Lors de l'évaluation de la tension de fonctionnement des enroulements, il faut se rappeler : la relation proportionnelle entre le nombre de tours et la tension ne sont observés que pour les enroulements secondaires et ne s'appliquent pas à l'enroulement primaire, car ils fonctionnent dans différents demi-cycles (cycles) de la tension d'impulsion, et le rapport entre leurs tensions de fonctionnement dépendra du devoir cycle des impulsions de commutation. La charge équivalente lors du réglage est de trois résistances PEVT-25 connectées en parallèle avec une résistance de 30 ohms chacune. Avant d'appliquer la tension secteur, il est nécessaire d'inclure un ampèremètre de 1 A dans le circuit ouvert entre les points A et B (Fig. 0,5. courant de charge ou tension sur les enroulements secondaires), mais aussi comme indicateur fiable de l'état passant d'un SMPS silencieux. Cela évitera un choc électrique accidentel lors des réglages. Il est également utile de vérifier l'état de fonctionnement du transistor de commutation en assemblant le circuit de mesure le plus simple selon le circuit de la Fig. 2 (le brochage des transistors à effet de champ KP707V2, KP812B1 et leurs homologues étrangers IRFBC30, IRFBC40, BUZ90A, 2SK1221, etc. y est également représenté). En augmentant la tension de grille du transistor par pas de 0,1 V, assurez-vous qu'à partir de la tension de seuil (1 ... 5 V, selon le type et les paramètres du transistor), le courant dans le circuit de drain augmente progressivement et atteint 500 μA après environ In après ouverture. Il est préférable d'utiliser des alimentations avec une protection de courant préréglée à 0,5 mA. Cela évitera d'endommager les transistors même avec des erreurs de connexion dues à leur brochage inconnu.
Après avoir effectué ces mesures préparatoires, la résistance d'accord R7 doit être réglée sur la position médiane et connectée au réseau SMPS. Lors du réglage, il est préférable de placer l'appareil sur le bureau avec les éléments vers le bas: la carte de circuit imprimé protégera alors contre les blessures lors d'une éventuelle explosion de condensateurs à oxyde à la suite d'une surtension due à une connexion incorrecte des enroulements. Si la tension dans les enroulements secondaires est insuffisante pour que le SMPS entre en mode de fonctionnement, des clics caractéristiques du transformateur seront entendus avec une tonalité élevée ("clic"), en raison de l'activation périodique du mode de démarrage lorsque la tension aux bornes du condensateur C8 augmente jusqu'à la valeur de seuil. Lors du processus d'établissement d'un SMPS, il est tout d'abord nécessaire de vérifier l'influence de la position du contact mobile de la résistance d'accord R7 sur les paramètres des impulsions de sortie. Vous devez être très prudent lors du choix des paramètres des éléments du circuit de formation de tension en dents de scie (R5, C5), qui détermine la durée maximale de l'état ouvert du transistor de commutation. La tension sur le condensateur C5 dans le microcircuit est comparée à la tension à l'entrée de l'amplificateur de commande et l'impulsion de commutation s'arrête lorsqu'elles correspondent. Si ces éléments sont mal choisis, au moment où le SMPS est déconnecté du réseau, la diminution de tension à la sortie du filtre d'alimentation secteur sera compensée par une augmentation de la durée des impulsions de commutation et un dépassement de la valeur admissible du courant de drain du transistor, ce qui l'endommagera. Lors du processus d'établissement, pour connecter le SMPS au réseau, des éléments de commutation fiables (interrupteurs à bascule, interrupteurs et non prises et prises secteur) doivent être utilisés, car le rebond de contact qui en résulte peut entraîner la défaillance du transistor de commutation. Une fois le réglage terminé, l'appareil doit entrer en toute confiance en mode de fonctionnement, comme en témoignent le fonctionnement silencieux du SMPS et les lectures de l'ampèremètre de contrôle dans la plage de 100 ... 350 mA, en fonction de la charge. Si cela ne se produit pas, l'appareil comporte des pièces défectueuses ou des erreurs d'installation. Après les premières dizaines de secondes de fonctionnement, le SMPS doit être déconnecté du réseau et contrôler les conditions thermiques du transistor, du transformateur, des diodes, puis répéter la même chose après plusieurs dizaines de minutes de fonctionnement. S'il n'y a pas de surchauffe, il est nécessaire d'ajuster la tension de sortie et de vérifier la forme des signaux conformément à la Fig.3.
Une analyse du fonctionnement de l'appareil a montré que lors de l'utilisation d'un transformateur d'impulsions prêt à l'emploi, il est préférable de laisser l'enroulement de stockage inchangé et de sélectionner l'enroulement de communication pour une tension de 8 ... contenant six tours (enroulement avec des numéros de broches 9 - 8). Il peut s'avérer que le transformateur sélectionné ne fournit pas les paramètres requis du SMPS, ce qui nécessitera le remplacement des enroulements secondaires. Technologie rigide pour la fabrication de transformateurs d'impulsions (répartition des enroulements dans un ordre strictement spécifié, maintien des écarts entre le bord de l'enroulement et le côté extérieur du cadre, choix du diamètre des fils en fonction du courant de fonctionnement, distribution d'un incomplet " déchargée" sur toute la largeur de l'enroulement afin de créer un champ magnétique uniforme à l'intérieur du volume de travail du transformateur) nécessite dans la fabrication un soin particulier et une précision dans l'assemblage. Mais le démontage d'un transformateur collé à la colle époxy est pratiquement impossible sans l'utilisation de matériel de fraisage (après découpe du transformateur à la fraise, il faudra restaurer l'écart de travail sur la tige centrale en le réduisant de l'épaisseur de la coupe) . Par conséquent, la seule issue dans cette situation est de dessouder l'écran en feuille de cuivre électrostatique (anti-interférence), de supprimer les enroulements inutiles et d'enrouler l'enroulement requis à leur place en utilisant la méthode "navette", et au lieu d'un fil de grand diamètre, il est plus préférable d'utiliser plusieurs conducteurs parallèles de plus petit diamètre avec une section totale équivalente. L'appareil utilisait des pièces non défectueuses. Condensateurs C1 K73-17, C2, C3, C10, SP - K73-9, tous pour une tension nominale de 630 V, C4 - K50-32. Si la charge du SMPS dépasse 50 W, en parallèle avec le condensateur C4, vous devez en connecter un autre identique ou utiliser K50-35B d'une capacité de 220 microfarads (ou 330 microfarads) pour une tension de 350 V. Condensateur C6 - K53-30 ou autre. Condensateurs à oxyde C8, C13 K50-35. Les autres sont en céramique pour une tension nominale de 63 ... 100 V. Toutes les résistances fixes sont MLT, à l'exception de R16 C5-16MV. Résistance ajustable R7 - SPZ-386. Nous remplacerons le pont de diodes KTS405B, KTS405V ou des diodes séparées par une tension inverse admissible d'au moins 400 V et un courant de fonctionnement de 1 A. Les diodes VD6 et VD7 sont des diodes à impulsions avec une fréquence nominale d'au moins 35 kHz, la première des qui est pour une tension nominale d'au moins 600V et un courant de 1 A, le second - 100V et 5 A (pour les alimentations basse tension). Au lieu d'une self de filtre de ligne industrielle L1, une self de fabrication artisanale est utilisée: un anneau de ferrite 1500NM-2000NM d'un diamètre extérieur d'environ 20 mm est utilisé avec des enroulements enroulés dessus en plusieurs dizaines de tours de deux conducteurs MGTF-0,35. Tous les éléments du SMPS sont montés sur une carte de circuit imprimé en fibre de verre à feuille unilatérale d'une épaisseur de 1,5 mm (Fig. 4). Un cavalier est soudé dans les trous A et B de la carte après la configuration de l'appareil. Le condensateur C4 est fixé parallèlement à la carte à l'aide d'un serre-câble monté sur un évidement en fond de boîtier ; les extrémités de la pince sont soudées dans les trous correspondants. Pour assurer la fiabilité du contact électrique, la borne négative du condensateur est reliée à la carte par l'intermédiaire d'une rondelle à pétale et d'un écrou sur la partie filetée du boîtier. Le condensateur SI et la résistance R13 sont connectés par montage en surface, la deuxième borne du condensateur avec une patte de montage soudée est connectée directement à la plaque métallique du boîtier du transistor, qui est installée sur le dissipateur thermique. Cela réduira considérablement le niveau d'interférence rayonnée. Dans le même but, le SMPS est placé dans un boîtier métallique avec des trous de ventilation pour le refroidissement.
L'appareil est connecté au réseau avec un fil de montage flexible: un interrupteur et un fusible sont soudés dans l'espace d'un conducteur avec un courant de déclenchement double du courant de fonctionnement mesuré par un ampèremètre lors du réglage (comme indiqué précédemment, cela dépendra de la charger). L'enroulement secondaire est connecté avec des conducteurs isolés flexibles, en fonction de la valeur de tension requise à la sortie du SMPS. Le transistor VT1 est décalé vers le bord de la carte afin qu'il puisse être fixé à travers une plaque de mica directement sur le boîtier métallique de l'appareil ou sur un dissipateur thermique avec une surface de refroidissement efficace de 100...200 cm2. Il ne faut pas oublier que le SMPS est connecté galvaniquement au réseau : s'il est manipulé avec précaution, cela peut provoquer un choc électrique. Selon les règles de sécurité électrique, pour le moment de l'établissement de l'IIP, il est nécessaire de se connecter au réseau via un transformateur d'isolement d'une puissance d'au moins 300 W. littérature
Auteurs : V.Kosenko, S.Kosenko, V.Fedorov, Voronej
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