راهحلهایی برای مشکلات طراحی منبع تغذیه تنظیمشده DC
طراحی منبع تغذیه تثبیت شده DC
طراحی ترانسفورماتور یکسو کننده سه فاز شامل: حالت اتصال سیم پیچ اولیه و ثانویه، محاسبه ولتاژ سمت ثانویه، محاسبه جریان جانبی اولیه و ثانویه، محاسبه و تعیین ظرفیت و انتخاب می باشد. از فرم ساختاری در میان آنها، حالت اتصال سیم پیچ های اولیه و ثانویه و تعیین ولتاژ جانبی ثانویه محتویات تحلیل کلید ما است. این مقاله طراحی سه منبع تغذیه DC یک درایور موتور پله ای را به عنوان مثال برای معرفی جزئیات آورده است.
تعیین ولتاژ سمت ثانویه
ولتاژ ثانویه نه تنها به ولتاژ بار (یعنی ولتاژ منبع تغذیه تنظیم شده DC که باید طراحی شود) و مدار یکسو کننده مربوط می شود، بلکه به دستگاه تثبیت کننده ولتاژ نیز مربوط می شود. برای مدار یکسو کننده پل با نیازهای بالا، از فیلتر خازن برای تثبیت ولتاژ و تثبیت ولتاژ با تثبیت کننده ولتاژ استفاده کنید. برای کسانی که نیازهای کمی دارند، نمی توانید ولتاژ را تثبیت کنید یا از خازن برای تثبیت ولتاژ استفاده کنید. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، به علاوه درایو ولتاژ پایین 7 ولت عمدتاً برای قفل کردن فاز استفاده می شود. جریان آن کم و ولتاژ آن کم است. نوع منبع تغذیه و فرکانس بالا، جریان زیاد و نرخ تغییر جریان، اضافه ولتاژ بالایی ایجاد می کند، بنابراین باید از خازن های الکترولیتی برای تثبیت ولتاژ و مقاومت ها برای محدود کردن جریان استفاده کرد. پلاس 12 ولت برای منبع تغذیه کامپیوترها و مدارهای مجتمع با جریان کم و ولتاژ کم استفاده می شود. با این حال، ولتاژ پایدار و ضریب ریپل کوچک مورد نیاز است، بنابراین از خازن ها و تنظیم کننده های سه ترمینال برای تثبیت ولتاژ در دو مرحله استفاده می شود. برای روش های مختلف تثبیت ولتاژ، ولتاژ ثانویه روش های تعیین متفاوتی دارد. در تئوری، فرمول محاسبه سه ولتاژ یکسان است، یعنی U2=Ud/2.34 یا UL=Ud/1.35، و سه ولتاژ ثانویه محاسبه شده ولتاژها عبارتند از: 5.2V، 81.5 ولت و 8.9 ولت، اما نتایج چنین محاسباتی در عمل مناسب نیستند. بنابراین، برخی از کمیت ها باید با فرمول های برآورد مهندسی تعیین شوند. به عنوان مثال، سیستم یکسوسازی غیرقابل برگشت سه فاز معمولاً از فرمول UL=({{20}}.9 ~1.{{30}})· تخمین Ud استفاده میکند. اگر سمت DC توسط یک خازن الکترولیتی فیلتر شود، مقدار متوسط خروجی افزایش مییابد که معمولاً با فرمول UL=Ud/2½; اگر سمت DC توسط یک خازن و یک تنظیم کننده ولتاژ سه ترمینال تثبیت شود، به منظور گسترش دامنه پایداری ولتاژ، Ud به طور کلی باید 3 تا 6 ولت افزایش یابد و سپس با فرمول UL=تخمین زده شود ({ {42}}.9 ~ 1.0) · Ud. سه ولتاژ ثانویه که بدین ترتیب تعیین می شوند عبارتند از: UL7=0.9×7=6.3V، UL110=110/2½=78V، UL{41}}×0. {43}}.4V.
1. مثال ثانویه محاسبه جریان و تعیین ظرفیت
جریان ثانویه باید با توجه به اندازه جریان بار و مدار یکسو کننده تعیین شود. در شکل 1 از مدار یکسو کننده پل سه فاز استفاده شده است و مقادیر موثر سه جریان ثانویه با استفاده از فرمول I2=(2/3)½Id: 3.26 A, 6.5A, 1.63A بدست می آید. ، شما 3 ولتاژ و جریان ثانویه دریافت می کنید. با توجه به این اصل که توان اولیه و ثانویه ترانسفورماتور تقریباً برابر است، جریان اولیه I1=1.45A را می توان به دست آورد، ظرفیت ترانسفورماتور S=953VA و مدل ترانسفورماتور است. با توجه به 1.5kVA انتخاب شده است.
1. تعیین حالت اتصال سیم پیچ ثانویه
سیم پیچ های ترانسفورماتور سه فاز را می توان در صورت نیاز به شکل ستاره یا مثلث متصل کرد. مدارهای یکسوسازی سه فاز معمولاً برای یکسوسازی با توان بالا (یعنی توان بار بالای 4 کیلو وات) استفاده می شود و ترانسفورماتورها معمولاً به دو نوع Y/Δ و Δ/Y متصل می شوند. اتصال Δ/Y می تواند باعث شود که جریان خط برق دارای دو مرحله باشد که به موج سینوسی نزدیک تر است و تأثیر هارمونیک کم است و از مدار یکسوسازی قابل کنترل بیشتر استفاده می شود. اتصال Y/Δ می تواند برق AC تک فاز را تامین کند، کاهش جریان سیم پیچ ثانویه به طور کلی در مدارهای یکسو کننده دیود با قدرت بالا استفاده می شود. برای ترانسفورماتورهای سه فاز با قدرت کوچک، گاهی اوقات به نوع Y/Y متصل می شود، اگرچه این روش اتصال هارمونیک ها را به شبکه برق وارد می کند. اما بالاخره قدرتش کم است و تاثیرش کم است. به طور خلاصه، هنگام انتخاب، ما نه تنها باید تاثیر آن بر شبکه برق را در نظر بگیریم، بلکه باید جریان سیم پیچ را به حداقل برسانیم و سطح عایق سیم پیچ را کاهش دهیم. در شکل 1، جریان های 7 ولت و 12 ولت نسبتاً کوچک هستند، ولتاژ پایین است و روش اتصال ستاره انتخاب شده است. جریان 110 ولت زیاد است و ولتاژ خیلی زیاد نیست و روش اتصال Δ شکل انتخاب شده است که می تواند جریان سیم پیچ را تا حد زیادی کاهش دهد ، قطر سیم سیم پیچ را کاهش دهد و طول سیم پیچ را افزایش دهد. عمر خدمات؛ اگرچه ولتاژ خط سیم پیچ اولیه بالا است (380 ولت)، ظرفیت ترانسفورماتور تنها 2 کیلو وات و جریان اولیه 1.45 آمپر است، بنابراین روش اتصال ستاره می تواند ولتاژ سیم پیچ و عایق سیم پیچ را کاهش دهد.
طراحی مدار یکسو کننده
مدار یکسو کننده سه فاز معمولا دارای یک مدار یکسو کننده نیمه موج سه فاز و یک مدار یکسو کننده پل سه فاز است. از آنجایی که میانگین ولتاژ خروجی مدار یکسو کننده پل سه فاز بالا است، ریپل ولتاژ کوچک است و ضریب کیفیت بالا است، اغلب از مدار یکسو کننده پل استفاده می شود. انتخاب نوع دیود بر روی بازوی پل عمدتاً با ولتاژ نامی و جریان نامی آن تعیین می شود و جریان و ولتاژ نامی توسط جریان و ولتاژ بار متوسط تعیین می شود. فرمول محاسبه این است: ID=(1/3)½·Id, ID(AV)=ID / 1.57, UDn=(1 ~ 2) 2½·U2, مدل یکسو کننده را می توان با بررسی دفترچه راهنمای دیود با ID (AV) و UDn تعیین کرد.
طراحی فیلتر و مدار تثبیت کننده ولتاژ
1) مدار فیلتر و انتخاب دستگاه
مدار فیلتر یکسو کننده معمولا دارای مدارهای فیلتر مانند خازن، سلف و RC می باشد. فیلتر القایی با استفاده از اندوکتانس برای تولید نیروی الکتروموتور متقابل به جریان ضربانی و جلوگیری از تغییر جریان تحقق می یابد. هر چه اندوکتانس بزرگتر باشد، اثر فیلتر بهتر است. معمولاً در زمینه هایی که جریان بار زیاد است و نیازهای فیلترینگ زیاد نیست استفاده می شود. مدار فیلتر RC یک مدار فیلتر است که برای اتصال مقاومت ها و خازن ها استفاده می شود. از آنجایی که مقاومت بخشی از ولتاژ DC را کاهش می دهد، ولتاژ خروجی DC کاهش می یابد، بنابراین فقط برای مدارهای جریان کوچک مناسب است. فیلتر خازن استفاده از اثر شارژ و دشارژ خازن برای پایدار کردن ولتاژ خروجی اصلاح شده است و دامنه ولتاژ افزایش می یابد، اثر فیلتر خوب است و برای مدارهای مختلف یکسو کننده مناسب است. انتخاب خازن فیلتر عمدتاً تعیین نوع، ظرفیت و مقدار ولتاژ مقاومت است. خازن های فیلتر یکسو کننده رایج شامل خازن های الکترولیتی آلومینیومی، الکترولیتی تانتالیومی، پلی استر و خازن های یکپارچه هستند. خازن های الکترولیتی آلومینیومی دارای جریان نشتی زیاد، ولتاژ مقاومت پایین و دمای عملیاتی (تا به علاوه 70 درجه) هستند، اما ظرفیت زیادی دارند. خازن های الکترولیتی تانتالیوم دارای جریان نشتی کمی هستند، ولتاژ مقاومت و دمای عملیاتی بالاتری نسبت به خازن های الکترولیتی آلومینیومی دارند و به طور کلی برای مکان های مورد نیاز بالاتر استفاده می شوند. خازن های پلی استر دارای مقاومت عایق زیاد، تلفات کم، دمای عملیاتی پایین (تا به علاوه 55 درجه)، ظرفیت کم، اما ولتاژ مقاومت بالا هستند. خازن های یکپارچه را می توان در اندازه کوچک و ولتاژ مقاومت بالا ساخت. عملکرد و عملکرد حرارتی نسبتاً پایدار است، اما ظرفیت کوچک است. به طور کلی، هنگامی که جریان خروجی تصحیح شده زیاد است، باید از خازن های الکترولیتی برای فیلتر کردن و تثبیت ولتاژ استفاده شود. اگر جریان خروجی کم باشد، می توان از خازن های معمولی یا خازن های الکترولیتی برای فیلتر کردن استفاده کرد. اگر ولتاژ خروجی DC نیاز به ضریب ریپل دارد یا به منظور جلوگیری از نویز فرکانس بالا، از خازن های الکترولیتی استفاده کنید بهتر است به موازات خازن های غیر قطبی با ظرفیت کم استفاده شود: خازن های با ظرفیت کوچک می توانند هارمونیک های مرتبه بالا را فیلتر کنند. در DC ضربانی، خازن های الکترولیتی می توانند اجزای فرکانس پایین با ارزش بالا را فیلتر کنند، و محدوده تثبیت ولتاژ گسترده است و اثر خوب است. مدار یکسوسازی و فیلتر کردن نیازی به ظرفیت زیاد و تحمل ولتاژ خازن ندارد. به طور کلی ظرفیت خازن با توجه به جریان خروجی تخمین زده می شود. اگر جریان خروجی زیاد باشد، ظرفیت زیاد خواهد بود. اگر جریان کم باشد، ظرفیت کم خواهد بود. با این حال، اگر ظرفیت بیش از حد بزرگ باشد، مقدار ولتاژ خروجی کاهش می یابد و اگر خیلی کوچک باشد، ریپل ولتاژ بزرگ و ناپایدار خواهد بود. برای تعیین ظرفیت به جدول 1 مراجعه کنید. مقدار ولتاژ مقاومت معمولاً 1.5 تا 2 برابر ولتاژ کاری مدار متصل است.
2) مدار تنظیم کننده ولتاژ و انتخاب دستگاه
دو نوع مدار تثبیت کننده ولتاژ وجود دارد: مدار تثبیت کننده ولتاژ اجزای گسسته و مدار تثبیت کننده ولتاژ یکپارچه که در میان آنها مدار تثبیت کننده ولتاژ یکپارچه عمدتاً برای یکسوسازی مدار با ولتاژ پایین و جریان کم استفاده می شود. . هنگام انتخاب، ابتدا باید سری را مشخص کنید، منبع تغذیه مثبت یا منفی، قابل تنظیم یا ثابت بودن آن، و سپس با توجه به ولتاژ نامی و جریان نامی آن، مدل خاصی را انتخاب کنید. در همان زمان، هنگامی که تثبیت کننده ولتاژ به مدار یکسو کننده متصل می شود، برخی از اجزای حفاظتی مانند اتصال دیود در ترمینال ورودی/خروجی برای جلوگیری از اتصال کوتاه در ترمینال ورودی، اتصال یک خازن کوچک بین ترمینال ورودی و زمین، می تواند دامنه ولتاژ ورودی و غیره را محدود کند.
طراحی منبع تغذیه DC از نظر تئوری نسبتا ساده است، اما تجزیه و تحلیل، تحقیق، تمرین و خلاصه بیشتر در طراحی مهندسی خاص مورد نیاز است.
