Alimentation à découpage d'un puissant UMZCH

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Les alimentations à découpage sont largement utilisées dans les équipements électroniques modernes. Les radioamateurs ont également commencé à les utiliser plus souvent, comme en témoigne l'augmentation du nombre de publications dans la littérature d'ingénierie radio, en particulier dans la revue Radio. Cependant, dans la plupart des cas, des conceptions à relativement faible puissance sont décrites. L'auteur de l'article publié attire l'attention des lecteurs sur une alimentation à découpage d'une puissance de 800 W. Il diffère de ceux décrits précédemment par l'utilisation de transistors à effet de champ et d'un transformateur avec un enroulement primaire à sortie moyenne dans le convertisseur. Le premier offre une efficacité supérieure et une réduction des interférences haute fréquence, et le second - la moitié du courant à travers les transistors clés et élimine le besoin d'un transformateur d'isolement dans leurs circuits de grille.

L'inconvénient d'une telle solution de circuit est la haute tension sur les moitiés de l'enroulement primaire, ce qui nécessite l'utilisation de transistors avec la tension admissible appropriée. Certes, contrairement à un convertisseur en pont, dans ce cas, deux transistors suffisent au lieu de quatre, ce qui simplifie la conception et augmente l'efficacité de l'appareil.

Les alimentations à découpage (UPS) utilisent des convertisseurs haute fréquence à un et deux temps. L'efficacité du premier est inférieure à celle du second, il est donc déconseillé de concevoir des onduleurs à cycle unique d'une puissance supérieure à 40 ... 60 W. Les convertisseurs push-pull vous permettent d'obtenir beaucoup plus de puissance de sortie avec un rendement élevé. Ils sont divisés en plusieurs groupes, caractérisés par la méthode d'excitation des transistors à clé de sortie et le circuit pour les inclure dans le circuit de l'enroulement primaire du transformateur convertisseur. Si nous parlons de la méthode d'excitation, alors deux groupes peuvent être distingués: avec auto-excitation et excitation externe. Les premiers sont moins populaires en raison de difficultés à s'implanter. Lors de la conception d'onduleurs puissants (plus de 200 W), la complexité de leur fabrication augmente de manière déraisonnable, ils sont donc peu utiles pour de telles alimentations. Les convertisseurs à excitation externe sont bien adaptés aux applications UPS haute puissance et nécessitent parfois peu ou pas de maintenance.

En ce qui concerne la connexion des transistors clés au transformateur, il existe trois schémas: le soi-disant demi-pont (Fig. 1, a), pont (Fig. 1, b) et avec un enroulement primaire ayant une prise du milieu (Fig. 1, c). À ce jour, le convertisseur demi-pont le plus utilisé [1]. Il nécessite deux transistors avec une tension Uke max relativement basse. Comme on peut le voir sur la fig. 1, un. les condensateurs C1 et C2 forment un diviseur de tension auquel est connecté l'enroulement primaire (I) du transformateur T2. Lors de l'ouverture du transistor clé, l'amplitude de l'impulsion de tension sur l'enroulement atteint la valeur Upit / 2 - Uke max.

Le convertisseur en pont [2] est similaire à celui en demi-pont, mais les condensateurs y sont remplacés par les transistors VT3 et VT4 (Fig. 1. b), qui s'ouvrent en diagonale par paires. Ce convertisseur a un rendement légèrement supérieur en raison d'une augmentation de la tension fournie à l'enroulement primaire du transformateur, et donc d'une diminution du courant traversant les transistors VT1 - VT4. L'amplitude de tension sur l'enroulement primaire du transformateur atteint dans ce cas la valeur Upit - 2Uke max.

Le convertisseur selon le schéma de la Fig. 1. c. avec la plus grande efficacité. Ceci est réalisé en réduisant le courant de l'enroulement primaire et. en conséquence, une diminution de la dissipation de puissance dans les transistors clés, ce qui est extrêmement important pour les onduleurs puissants. L'amplitude des impulsions de tension dans la moitié de l'enroulement primaire augmente jusqu'à la valeur Upit - Uke max. Il convient également de noter que, contrairement aux autres convertisseurs (1,2), il n'a pas besoin de transformateur d'isolement en entrée.

Dans le dispositif selon le schéma de la Fig. 1. il faut utiliser des transistors avec une valeur élevée de Uke max. Puisque la fin de la moitié supérieure (selon le schéma) de l'enroulement primaire est connectée au début de l'enroulement inférieur, lorsque le courant circule dans le premier d'entre eux (VT1 est ouvert), une tension est créée dans le second qui est égale (en valeur absolue) à l'amplitude de la tension sur le premier, mais de signe opposé par rapport à Upit. En d'autres termes, la tension au collecteur du transistor fermé VT2 atteint 2Upit. par conséquent, son Uke max doit être supérieur à 2Upit. Dans l'onduleur proposé, un convertisseur push-pull avec un transformateur est utilisé, dont l'enroulement primaire a une sortie moyenne. Il a une grande efficacité. faible niveau d'ondulations et émet faiblement des interférences dans l'espace environnant. L'auteur l'utilise pour alimenter une version alimentée à deux canaux de l'UMZCH. décrit dans [3]. Tension d'entrée UPS - 180...240 V. tension de sortie nominale (avec entrée 220 V) - 2x50 V. puissance de charge maximale - 800 W. la fréquence de fonctionnement du convertisseur est de 90 kHz.

Le schéma de principe de l'onduleur est illustré à la fig. 2. Comme vous pouvez le voir, il s'agit d'un convertisseur à excitation externe sans stabilisation de la tension de sortie. À l'entrée de l'appareil, un filtre haute fréquence C1L1C2 est inclus, ce qui empêche les interférences d'entrer dans le réseau. Après l'avoir dépassée, la tension secteur est redressée par le pont de diodes VD1 - VD4. les ondulations sont lissées par le condensateur C3. La tension continue redressée (environ 310 V) est utilisée pour alimenter le convertisseur haute fréquence.

(cliquez pour agrandir)

Le dispositif de commande du convertisseur est réalisé sur des microcircuits DD1-DD3. Il est alimenté par une source stabilisée séparée, constituée d'un transformateur abaisseur T1. redresseur VD5 et régulateur de tension sur les transistors VT1, VT2 et la diode zener VD6. Sur les éléments DDI. 1. DD1.2 a assemblé un oscillateur maître qui génère des impulsions avec un taux de répétition d'environ 360 kHz. Il est suivi d'un diviseur de fréquence par 4, réalisé sur les gâchettes de la puce DD2.

À l'aide des éléments DD3.1, DD3.2, des pauses supplémentaires sont créées entre les impulsions. Une pause n'est rien d'autre qu'un niveau logique 0 aux sorties de ces éléments, qui apparaît lorsqu'il y a un niveau 1 aux sorties de l'élément DDI.2 et déclenche DD2.1 et DD2.2 (Fig. 3). La tension de niveau bas à la sortie de DD3.1 (DD3.2) bloque DD1.3 (DD1.4) à l'état "fermé" (à la sortie - niveau logique 1).

La durée de la pause est égale à 1/3 de la durée de l'impulsion (Fig. 3, diagrammes de tension aux broches 1 DD3.1 et 13 DD3.2), ce qui est largement suffisant pour fermer le transistor de commutation. À partir des sorties des éléments DD1.3 et DD1, les impulsions finalement générées sont transmises aux commutateurs à transistors (VT4. VT5) qui, à travers les résistances R6, R10, contrôlent les grilles des puissants transistors à effet de champ VT11, VT9.

Les impulsions des sorties directes et inverses du déclencheur DD2.2 sont envoyées aux entrées de l'appareil, réalisées sur les transistors VT3. VT4. VT7. VT8. Ouverture alternativement, VT3 et VT7. VT4 et VT8 créent les conditions d'une décharge rapide des capacités d'entrée des transistors à clé VT9, VT10. c'est-à-dire leur fermeture rapide. De plus, comme on peut le voir sur la Fig. 3 (diagrammes des tensions aux broches 12 et 13 de DD2.2). VT7 et VT8 s'ouvrent immédiatement après la fin de l'impulsion, donc, à n'importe quelle puissance de sortie, chacun des transistors VT9, VT10 a toujours le temps de se fermer de manière sûre avant que le second ne s'ouvre. Si cette condition n'était pas remplie, à travers eux, et donc à travers l'enroulement primaire du transformateur T2, un courant traversant circulerait. ce qui réduit non seulement la fiabilité et l'efficacité de l'onduleur. mais crée également des surtensions dont l'amplitude dépasse parfois la tension d'alimentation du convertisseur.

Des résistances de résistance relativement élevée R9 et R10 sont incluses dans le circuit de grille des transistors VT10 et VT11.Avec la capacité des grilles, elles forment des filtres basse fréquence qui réduisent le niveau d'harmoniques lors de l'ouverture des touches. Dans le même but, les éléments VD9-VD12 ont été introduits. P16, R17, S12.S13

Dans les circuits de stock des transistors VT9. VT10 comprenait l'enroulement primaire du transformateur T2. Les redresseurs de tension de sortie sont fabriqués selon le circuit en pont sur les diodes VD13 - VD20, ce qui réduit quelque peu l'efficacité de l'appareil, mais réduit considérablement (plus de cinq fois) le niveau d'ondulation à la sortie de l'onduleur. Il est important de noter que la forme des oscillations, presque rectangulaires à charge maximale, devient progressivement quasi sinusoïdale lorsque la puissance diminue à 10...20 W. ce qui a un effet positif sur le niveau de bruit de l'UMZCH à faible volume.

La tension redressée de l'enroulement IV du transformateur T2 est utilisée pour alimenter les ventilateurs (voir ci-dessous).

L'appareil utilise des condensateurs K73-17 (C1. C2. C4). K50-17 (C3), MBM (C12. C13). K73-16 (C14-C21. C24. C25). K50-35 (C5-C7). KM (autres). Au lieu de ceux indiqués sur le schéma, il est permis d'utiliser des microcircuits de la série K176. K564. Les diodes D246 (VD1-VD4) sont interchangeables avec toutes les autres diodes conçues pour un courant continu d'au moins 5 A et une tension inverse d'au moins 350 V (KD202K. KD202M. KD202R, KD206B. D247B). ou un pont redresseur à diodes avec les mêmes paramètres, diodes KD2997A (VD13-VD20) - sur KD2997B. KD2999B. diode Zener D810 (VD6) - sur D814V. En tant que VT1, vous pouvez utiliser tous les transistors des séries KT817, KT819. comme VT2-VT4 et VT5, VT6 - respectivement, l'une des séries KT315, KT503, KTZ102 et KT36K KT502. KT3107. à la place de VT9, VT10 - KP707V1, KP707E1. Il n'est pas recommandé de remplacer les transistors KT3102ZH (VT7. VT8).

Transformateur T1 - TS-10-1 ou tout autre avec une tension d'enroulement secondaire de 11 ... 13 V à un courant de charge d'au moins 150 mA. La bobine L1 du filtre de puissance est enroulée sur un anneau de ferrite (M2000NM1) de taille K31M8,5u7 avec PZV-1 1,0 (2x25 tours), transformateur T2 - sur trois anneaux de ferrite collés ensemble de la même marque, mais de taille K45x28x12. L'enroulement I contient 2x42 tours de fil PEV-2 1,0 (fils légèrement enroulés), les enroulements II et III - 7 tours chacun (en cinq fils PEV-2 0,8), l'enroulement IV - 2 tours PEV-2 0.8. Trois couches d'isolation en ruban PTFE sont posées entre les enroulements. Les circuits magnétiques des selfs L2, L3 sont des tiges de ferrite (1500NMZ) d'un diamètre de 6 et d'une longueur de 25 mm (trims à partir de noyaux d'armure B48). Les enroulements contiennent 12 tours de fil PEV-1 1.5.

Transistors VT9. Le VT10 est installé sur les dissipateurs thermiques de ventilateur utilisés pour refroidir les microprocesseurs Pentium (les nœuds similaires des processeurs 486 conviennent également). Les diodes VD13-VD20 sont fixées sur des dissipateurs thermiques d'une surface d'environ 200 cm2. Pour refroidir les transistors de l'étage de sortie UMZCH, un ventilateur est installé sur le mur du fond à partir d'une alimentation d'ordinateur ou de toute autre avec une tension d'alimentation de 12 V.

Lors de l'installation de l'onduleur, veillez à ce que toutes les connexions soient aussi courtes que possible et, dans la section de puissance, utilisez un fil de la plus grande section possible. Il est souhaitable d'enfermer l'onduleur dans un blindage métallique et de le connecter à la borne 0 V de la sortie source, comme indiqué sur la fig. 4. Le fil commun de l'unité d'alimentation ne doit pas être connecté à l'écran. Étant donné que l'UPS n'est pas équipé d'un dispositif de protection contre les courts-circuits et les surcharges, des fusibles de 10 A doivent être inclus dans le circuit d'alimentation UMZCH.

L'onduleur décrit n'a pratiquement pas besoin d'être ajusté. Il est seulement important de mettre en phase correctement les moitiés de l'enroulement primaire du transformateur T2. Si les pièces sont en bon état et qu'il n'y a pas d'erreurs dans l'installation, l'unité commence à fonctionner immédiatement après avoir été connectée au réseau. Si nécessaire, la fréquence du convertisseur est ajustée en sélectionnant la résistance R3. Pour augmenter la fiabilité de l'onduleur, il est souhaitable de le faire fonctionner avec un UMZCH, qui assure le soufflage par un ventilateur.

littérature

1. Zhuchkov V., Zubov O., Radutny I. Alimentation UMZCH. - Radio. 1987, n° 1. p. 35-37.
2. Tsvetaev S. Alimentation puissante. - Radio. 1990. N° 9. p. 59-62.
3. Bragin G. Amplificateur de puissance 34. - Radio. 1987. N9 4. p. 28-30.

Auteur : D.Kolganov, Kalouga

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