Регулируемый импульсный блок питания с защитами

Схема блока питания

   Импульсный регулируемый блок питания на микросхеме TL7555, схема которого на рисунке вверху, может питать различную аппаратуру и заряжать автомобильные аккумуляторы.
   Из защит присутствуют: от превышения температуры ключевого транзистора; от короткого замыкания; от повышенного и пониженного напряжения нагрузки; от импульсных перенапряжений в сети питания. Выходное напряжение регулируется в пределах от 6 до 24 вольт, максимальный выходной ток 6 ампер. Питание электросети от 140 до 240 вольт. Питание устройства бестрансформаторное, с ограничением пускового тока. Первичные и вторичные цепи электронной схемы выполнены гальванически раздельными. На микросхеме DA1 (TL7555) выполнен генератор импульсов, в её состав входят два компаратора, внутренний триггер, выходной усилитель для повышения нагрузочной способности и ключевой разрядный транзистор с открытым коллектором.

Частота генерации задается внешней RC-цепочкой. Компараторы переключают внутренний триггер при достижении порогового напряжения на конденсаторе С1 1/3 и 2/3 U пит. Вход управления (вывод 5) DA1 используется для изменения режима генерации импульсов, что обеспечивает стабилизацию выходного напряжения. Выходной ток устройства зависит от скважности импульсов генератора, которая устанавливается подстроечным резистором R2. В левом по схеме положении движка резистора время заряда конденсатора С1 минимально, т.е. импульс, поступающий на ключевой транзистор VT1 с выхода DA1, очень короткий, и средний ток в нагрузке минимальный. В правом положении движка R2 длительность импульса максимальна, как и выходной ток. Для защиты транзистора от пробоя импульсными напряжениями, возникающими во время преобразования, транзистор и трансформатор «обвязаны» демпфирующими цепочками С4-C5-R12-VD4 и C6-R13. Защита транзистора VT1 от перегрузки по току выполнена на параллельном стабилизаторе DA2.  Повышение напряжения на резисторе R11 в цепи истока VT1 при увеличении тока через него приводит к открыванию DA2 и шунтированию затвора VT1 В результате, VT1 закрывается, и ток через него падает.

Цепи питания инвертора выполнены на импульсном диодном мосте VD6 и конденсаторе фильтра С7. Заряд конденсатора фильтра в начальный момент ограничен термистором Rt2, что защищает диодный мост от повреждения критическими токами. Импульсный ток через трансформатор и полевой транзистор ограничен резистором R16, сопротивление которого компенсирует разброс параметров трансформаторов. Большую роль в получении максимальной мощности от устройства играет частота преобразования инвертора. При ее увеличении в 10 раз допустимая мощность трансформатора (без изменения феррита и обмоток) возрастает почти в 4 раза. В самодельных инверторных источниках обычно используются ферриты, обеспечивающие рабочие частоты инверторов от 25 до 100 кГц.
Для стабилизации напряжения используется частотно-импульсное преобразование сигнала ошибки. Выходное напряжение через делитель R14-R15 подается на светодиод оптрона VU1. Фототранзистор оптрона подключен к входу управления (выводу 5) DA1. При увеличении выходного напряжения, например, из-за роста сопротивления нагрузки, фототранзистор оптрона открывается сильнее и шунтирует вход управления DA1. Длительность выходных импульсов генератора снижается, соответственно, уменьшается время пребывания ключевого транзистора в открытом состоянии. В результате, напряжение на вторичной обмотке трансформатора также уменьшается, т.е. происходит стабилизация выходного напряжения. При увеличении выходного напряжения описанный процесс происходит наоборот. Перегрев ключевого транзистора VT1 при недостаточном охлаждении может привести к выходу его из строя. Ограничение температуры транзистора осуществляется с помощью терморезистора Rt1, закрепленного через изоляционную прокладку на радиаторе VT1. При нагреве VT1 сопротивление Rt1 уменьшается, что вызывает большее открывание фототранзистора VU1 и, аналогично вышеописанному, снижение напряжения (соответственно, и тока) нагрузки.
   Трансформатор выбирается, исходя из необходимой габаритной мощности, которая равна сумме мощностей, потребляемых всеми нагрузками. При самостоятельном изготовлении трансформатора формулы по его расчету можно взять из сети интернет. Но главная сложность изготовления заключается не в расчетах, а в поиске соответствующего феррита и в необходимости специфического распределения слоев обмоток. При токе нагрузки 10 А и напряжении вторичной обмотки на холостом ходу примерно 18 В подходят трансформаторы мощностью 200…250 Вт с площадью окна 15 см2 и сердечником сечением около 10 см2. Первичная обмотка содержит 146-162 витка провода 0,6 мм, вторичная — 23 витка 4×0,31 мм. Дроссель L1 представляет собой обмотку из 10 витков медного провода ПЭВ 0,81 мм, выполненную на ферритовом стержне 4 мм или на ферритовом кольце типоразмера К12x8x4 мм.

Печатная плата

   Наладку начинают с проверки напряжений питания микросхемы генератора и транзистора инвертора. На наличие импульсов на выходе 3 DA1 указывает светодиодный индикатор HL1 Вместо нагрузки следует подключить автомобильную лампочку (12 В). Выходное напряжение устанавливается подстроечным резистором R14 при среднем положении движка резистора R2. Через непродолжительное время после включения устройство необходимо отключить и проверить тепловой режим радиокомпонентов. Требуемые параметры устройства можно установить изменением частоты генератора (подбором емкости С1), скважности импульсов (резистором R2),изменением подключения выводов вторичной обмотки трансформатора Т1 (при их наличии). Проверка тепловой защиты выполняется подогревом (паяльником) терморезистора Rt1. Выходное напряжение при этом должно снизиться.

Возможности подстройки параметров защит и блоков питания

Страница 25 из 31

В защитах и блоках питания предусмотрены подстроечные переменные резисторы, позволяющие воздействовать на значения отдельных параметров устройств. Использование подстроечных резисторов, сведения о которых обобщены в табл. 18, допускается только в случае несоответствия значений параметров требованиям, предъявляемым к шкафам защит.

Подстройка контура памяти PC I и III ступеней Д30 производится при подведении к блоку С101, например фазы АВ, напряжений, соответствующих и Uсо- Для подстройки используется осциллограф, который включается между цепью питания 0 и выходом формирователя А 9. При отключенном напряжении Ufa фиксируют фазу прямоугольного импульса на выходе ОУ А 9. Отключают напряжение UAb, включают Uсо и при расхождении фазы наблюдаемого импульса поворотом движка переменного резистора R50 добиваются отсутствия расхождения.
Аналогичным образом осуществляется балансировка контура памяти PC I ступени ДЗр.
Для подстройки ФТОП в схеме ПОБ к шкафу подводят симметричную систему токов 1д = /д = Ic = ‘ном, а осциллограф включают между цепью питания 0 и выходом ОУ А1. Изменяя значения сопротивления резисторов R1 и R2, добиваются компенсации сигнала с частотой 50 Гц на выходе ОУ А1. Резисторы R24, R28, R25, R33 предназначены для балансировки каналов, выделяющих соответственно к’12 и к»1г. Для этого обеспечивается подведение к шкафу токов 1д = /д = /ном, а осциллограф подключается между цепью питания 0 и выходами соответственно ОУ А2, а затем А6. Изменяя значения сопротивления резисторов R24, R28, а затем R25, R33, добиваются компенсации сигнала с частотой 50 Гц на выходе ОУ А2 (.ХР2), а затем на выходе ОУ А6.
Таблица 18. Подстроечные резисторы защит и блоков питания

Тип блока	Обозначение подстроечного резистора		Подстраиваемый параметр
С101	R50		Небаланс фильтра контура памяти PC I и III ступеней ДЗС
С106	R20		Небаланс фильтра контура памяти PC 1 ступени ДЗр
Б101	Rl, R2		Небаланс фильтра тока обратной последовательности
	R24, R28		Статический небаланс сумматора в канале по приращению тока обратной последовательности .
Тип блока		Обозначение подстроечного резистора		Подстраиваемый параметр
Б101		R25, R33		Статический небаланс сумматора в канале по приращению тока прямой последовательности
ДЮ2		R6, R7		Небаланс четырехобмоточного трансформатора для устройства БН
К104		R6 в блоке DT1 и R6		Время ввода быстродействующих ступеней Д30
		в блоке DT2
		R 7 в блоке DT3		Время ввода медленнодействующих ступеней Д30
Т101		R7		Ток срабатывания
Т102		R18
Т103		R15 R38
Т104		R9
МЮ1		R14		Небаланс фильтра схемы формирования по напряжению
		R17 .		Небаланс фильтра схемы формирования по току
		R39		Напряжение срабатывания разрешающего реле OHM
		R40		Ток срабатывания разрешающего реле OHM
		RS4		Напряжение срабатывания блокирующего реле OHM’
		R56		Ток срабатывания блокирующего реле OHM
М104		R14		Небаланс фильтра схемы формирования по напряжению
		R17		Небаланс фильтра схемы формирования по току
		R31		Напряжение срабатывания OHM
		R32		Ток срабатывания OHM
В0111; В0112; В0122; В0123		R5		Выдержка времени органа DT1
		R25		Выдержка времени органа DT2
НЮ6		R8		Напряжение срабатывания органа
Блок питания преобразовательный типа БРЭ2301:
Е1		R9		Выходные напряжения блока питания
ЕЗ		R2		Напряжение срабатывания устройства защиты блока питания
		R14		Длительность паузы задающего генератора
Блок питания с выходной мощностью 15 Вт
П02Ю		R10		Выходное напряжение «+15 В»
		R13		Выходное напряжение «-15 В»

Для подстройки БН обеспечивают подачу к шкафу от однофазного источника напряжения 29 В (UA у) и от этого же источника напряжения 100 В (t/ин) противоположной полярности. При помощи переменного резистора R6 добиваются компенсации выходного сигнала, снимаемого с обмотки w4 трансформатора TV1 блока Д102. Аналогичным образом при помощи переменного резистора R7 настраивается цепь 3U0. Для этого к соответствующим зажимам шкафа подводятся напряжения 29 В (11д у) И 100 В (3 U0).
Для того чтобы изменить значения величин срабатывания органов тока или OHM, требуется осуществить следующие действия: повернуть движок переменного резистора до упора против часовой стрелки; установить значение входной величины равным требуемому значению величины срабатывания; вращая движок переменного резистора по часовой стрелке, добиться срабатывания органа; уменьшая значение входной величины, обеспечить возврат органа, после чего определить значение величины срабатывания.
Аналогичным образом осуществляется подстройка ОВН. Однако, учитывая, что ОВН представляет собой минимальный орган, в нем перемещение движка переменного резистора производится в противоположном ранее указанному направлении, а для обеспечения возврата ОВН необходимо увеличить значение входного напряжения.
Балансировка активных фильтров OHM выполняется при значениях входных величин, равных нулю, и заключается в установке минимально возможного в указанном режиме значения сигнала на выходе регулируемого фильтра. Это значение не должно превышать 5 мВ.

• Назад
• Вперёд

Что защищает ваш блок питания?

Билл Швебер

15 июля 2019 г.

Блог

Убедитесь, что ваша система защищена от сбоев питания, а также от дополнительных сценариев.

Неопытные инженеры-электронщики часто предполагают, что хорошая шина питания просто «случается», в то время как более опытные знают, что прочная, бесшумная шина не дается легко, но необходима для стабильной, стабильной, бесперебойная работа системы. Но блок питания — это нечто большее, чем просто его способность обеспечивать стабильное напряжение постоянного тока, несмотря на изменения нагрузки и сети, переходные процессы в системе, шум и другие аберрации.

Как так? Хороший блок питания не только обеспечивает питание, но и защищает от временных и постоянных сбоев, которые могут возникнуть как внутри, так и снаружи, и защищает от непоправимого повреждения системы, которая является ее нагрузкой.

Прежде чем мы рассмотрим различные типы защиты, стоит кратко рассмотреть четыре класса источников питания постоянного тока, также называемых стабилизаторами или преобразователями постоянного тока; обратите внимание, что приведенные рейтинги текущего выпуска являются лишь приблизительными регионами и не имеют жестких или официальных границ:

1) для больших нагрузок, порядка 20 А и выше, имеется множество готовых источников питания с открытой рамой или полностью в металлическом корпусе, как для приложений AC-DC, так и DC-DC

2) для умеренные нагрузки от 10 до 20 А, есть модульные блоки питания; они часто заливаются эпоксидной смолой для физической защиты

3) до 10 А, есть много доступных ИС, которым требуется несколько внешних пассивных и активных компонентов для работы в качестве полных источников питания

4) наконец, вы можете собрать базовый источник питания из отдельных компоненты, такие как диоды и конденсаторы, часто в сочетании с небольшим LDO или контроллером переключения необходимы

Итак, какие существуют виды защиты?

a) Перегрузка (перегрузка по току/короткое замыкание) Защита (OP), включая классический предохранитель, защищает источник питания в случае короткого замыкания цепи нагрузки или слишком большого тока. Многие источники питания «самоограничиваются» в том смысле, что они могут подавать только определенный ток, поэтому предохранитель не нужен. Стандартный предохранитель, который «перегорает» («размыкается») и останавливает подачу тока, необходимо будет заменить вручную; это проблема в одних ситуациях, но достоинство в других. Существуют также электронные предохранители, которые автоматически самовосстанавливаются.

b) Ограничение тока и возврат тока являются расширениями защиты от перегрузки. Если ток, от которого нагрузка потребляет питание, превышает расчетный предел, обратная обратная связь по току снижает как выходной ток, так и связанное с ним напряжение до значений ниже нормальных рабочих пределов. В крайнем случае, если нагрузка становится короткозамкнутой, ток ограничивается небольшой долей от максимального значения, в то время как выходное напряжение, очевидно, падает до нуля.

c) Блокировка при пониженном напряжении (UVLO) гарантирует, что преобразователь постоянного тока не будет пытаться работать, когда входное напряжение, которое он видит на своем входе, слишком низкое, Рисунок 1 . Почему это может быть проблемой? Во-первых, выход питания может быть неопределенным, если его постоянное напряжение слишком низкое, что может вызвать проблемы в системе. Во-вторых, это предотвращает «вампирское» высасывание энергии из источника даже при низком напряжении; это может разрядить аккумулятор, который система пытается зарядить. UVLO также помогает правильному функционированию последовательности включения питания (если таковая имеется). В-третьих, сам преобразователь постоянного тока может быть поврежден, если он попытается включиться, когда его собственный вход слишком низок для правильной работы.

Во время различных режимов источника питания, когда он переходит от выключенного к полностью включенному и обратно к выключенному, UVLO гарантирует, что источник не попытается включиться и обеспечить выход, если его входное напряжение ниже минимума, необходимого для правильной работы. операция. (Источник: Texas Instruments)

d) Защита от перенапряжения (OVP) срабатывает, если внутренний сбой в источнике питания приводит к тому, что его выходное напряжение превышает указанный максимум, что может привести к повреждению нагрузки. OVP отключает питание или ограничивает выход, когда напряжение превышает заданный уровень. Схему OVP часто называют «ломом», по-видимому, потому, что она имеет тот же эффект, что и металлический лом, наложенный на выход источника питания. Правильно спроектированный лом функционирует независимо от самого источника питания.

Лом одного типа сбрасывается (после срабатывания) только при отключении питания; в другом типе он сбрасывается после устранения неисправности выходного напряжения. Последнее полезно, когда условие, которое привело к срабатыванию ломика, является временным, а не серьезным сбоем в подаче питания. Хотя большинство расходных материалов в настоящее время поставляются со встроенным ломиком, многие поставщики предлагают небольшую отдельную схему ломика, которую при необходимости можно добавить к существующему источнику питания.

e) Термическая перегрузка произойдет, если подход к охлаждению подачи спроектирован неправильно или не работает (вентилятор останавливается, поток воздуха блокируется). В этом случае источник питания, вероятно, превысит номинальную температуру, что серьезно сократит срок его службы и может даже привести к немедленной неисправности. Решение простое: схема измерения температуры внутри источника питания или рядом с ним, которая переводит источник питания в режим покоя или отключения, если она превышает заданный предел. Некоторые термовыключатели автоматически позволяют возобновить работу, если температура падает, а другие нет.

f) Защита от обратного подключения блокирует протекание тока и обнуляет напряжение, если нагрузка подключена в обратном направлении (выход положительного питания к шине отрицательной нагрузки и наоборот). Это особенно популярно в приложениях, где аккумулятор отсоединен, а затем снова подключен, например, в автомобиле или там, где аккумулятор не запирается.

Итак, какие виды защиты вам нужно добавить в свой запас? Это, конечно, частично определяется приложением, но также зависит от конструкции питания (пункты 1-4 выше). Для источников питания в металлическом корпусе или модульных (типы питания 1 и 2) большинство этих режимов защиты обычно являются стандартными и включены (кроме предохранителя). Для типа 3 ИС питания могут предлагать некоторые или все функции защиты, но они также могут быть отключены (необходимо в некоторых особых случаях, но также рискованно). Обратное соединение является особым случаем и добавляется только там, где это имеет смысл. Его можно реализовать с помощью простого диода, но это добавляет потери на падение напряжения, поэтому необходима идеальная диодная схема.

Относитесь к своему источнику питания с уважением, которого он заслуживает: убедитесь, что он защищен, а также защищает вашу цепь. Ваш дизайн и система будут вам благодарны.

Ссылка

Texas Instruments, Отчет о применении SLVA769A, «Общие сведения о блокировке при пониженном напряжении в силовых устройствах»

Подписаться

Другие работы Билла

Категории

Аналоговый и силовой

Аналоговый и силовой

Infineon встраивает PMU и CSA в свою 160-вольтовую микросхему драйвера 3-Phase Gate Driver MOTIX

23 января 2023 г.

• Renesas занимает лидирующие позиции с новыми интеллектуальными силовыми устройствами для автомобилей

  18 января 2023 г.

• Высокопроизводительные микроконтроллеры GigaDevice GD32F470/F427/F425 для нужд рынка высокого класса

  13 января 2023 г.

• onsemi представляет семейство 1700 V EliteSiC на выставке CES 2023

  06 января 2023 г.

• Отправляйтесь в COVE с EverCharge на выставке CES 2023

  04 января 2023 г.

ЕЩЕ

Здравоохранение

Риски безопасности медицинских устройств IoT и меры по их снижению

22 декабря 2022 г.

• Avalue представляет передовые цифровые бумажные продукты

  22 ноября 2022 г.

• Инструменты цифровой медицинской хирургии становятся обычным явлением. Ключевым моментом является поиск правильного партнера по решениям

  27 сентября 2022 г.

• Продукт недели: серия панельных ПК и дисплеев APLEX PhanTAM из нержавеющей стали

  06 сентября 2022 г.

• Электропитание следующего поколения носимых и слуховых аппаратов для здоровья с помощью твердотельных литиевых микробатарей

  12 августа 2022 г.

ЕЩЕ

Интернет вещей

Инженеры по программному обеспечению нуждаются в официальном обучении, как и их коллеги по аппаратному и программному обеспечению

24 января 2023 г.

• Morse Micro и Chicony выпускают сертифицированные Wi-Fi камеры видеонаблюдения HaLow IoT

  24 января 2023 г.

• Продукт недели: Summit SOM 8M Plus от Laird Connectivity

  23 января 2023 г.

• Semtech Corporation завершила сделку по приобретению Sierra Wireless

  20 января 2023 г.

• Продукт недели: Программируемый промышленный IoT-шлюз Artila на базе Arduino, Matrix-310

  16 января 2023 г.

ЕЩЕ

Сеть и 5G

Embedded Executive: Пол Стагер, технический директор, EdgeQ

18 января 2023 г.

• Путь к встроенному миру ’23: город Тайбэй, Тайвань, ICOP

  11 января 2023 г.

• Airgain поднимает 5G благодаря дизайну FWA для наружной установки 5G

  08 января 2023 г.

• Всегда есть Smarty Pants: Analog Devices выпускает SPoE для умных зданий

  08 декабря 2022 г.

• Ваш смартфон потребляет больше энергии, чем вы думаете

  02 декабря 2022 г.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Защита входа | XP Power

Защита по входу реализована в блоках питания и преобразователях постоянного тока для обеспечения безопасной работы. Входной предохранитель, установленный в источнике питания, не предназначен для замены в полевых условиях, он рассчитан на то, что только катастрофический отказ источника питания приведет к его выходу из строя. Он не будет сброшен при перегрузке, так как источник питания будет иметь другую форму защиты от перегрузки, обычно электронную. Предохранитель часто впаивается в печатную плату, а не является сменным предохранителем патронного типа.

Предохранитель источника питания указан как важная часть процесса утверждения безопасности и используется для обеспечения того, чтобы источник питания не загорелся в случае неисправности. Если предохранитель перегорает, наиболее вероятной причиной является отказ преобразователя, что привело к короткому замыканию на источник питания. В этом случае предохранитель сгорит очень быстро.

Как обсуждалось ранее, предохранитель в блоке питания не предназначен для замены в полевых условиях и должен заменяться только компетентным обслуживающим персоналом после ремонта. При использовании компонентного источника питания перед источником питания и его предохранителем в корпусе будет проложена дополнительная сетевая проводка. Здесь устанавливается дополнительный предохранитель или автоматический выключатель в качестве защитного устройства, чтобы гарантировать, что проводка и связанные с ней компоненты не представляют опасности.

Когда оконечное оборудование проверяется на безопасность, оно также подвергается анализу неисправностей, чтобы гарантировать, что оно не будет представлять опасность возгорания в условиях неисправности. В случае неисправности могут течь многие сотни ампер, что приводит к очень быстрому нагреву проводов, вызывая вредные пары от плавящейся пластиковой изоляции и создавая потенциальную опасность возгорания.

Защита входного напряжения

Вход оборудования может подвергаться воздействию ряда условий переходного напряжения. Они различаются между системами переменного и постоянного тока.

Пусковой ток

Сеть переменного тока представляет собой источник питания с низким импедансом, что означает, что она может подавать большой ток. В источнике питания в момент включения накопительный конденсатор разряжается, создавая видимость короткого замыкания. Без каких-либо дополнительных мер предосторожности входной ток будет очень большим в течение короткого периода времени, пока конденсатор не зарядится.

Типовая входная цепь источника питания

Принимаются меры предосторожности для ограничения пускового тока, так как это вызовет помехи в линии питания и может привести к повреждению любых переключателей или реле, а также ложных срабатываний предохранителей или автоматических выключателей. Предохранители и автоматические выключатели должны иметь размер и характеристики, чтобы выдерживать этот пусковой ток без ложных срабатываний. Наиболее часто используемым методом из-за его простоты и низкой стоимости является установка термистора с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Эти устройства имеют высокое сопротивление в холодном состоянии и низкое сопротивление в горячем состоянии. Пусковой ток часто указывается при холодном пуске и при 25 °C из-за тепловой инерции и времени, необходимого термистору для охлаждения после отключения источника питания. В некоторых приложениях, чтобы решить эту проблему и повысить эффективность, термистор замыкается реле после начального пускового тока. Существуют и другие методы, использующие резисторы и симисторы, но они более сложны и менее распространены. Типичное значение пускового тока в Блок питания переменного тока составляет 30–40 А в течение 1–2 мс, но в некоторых продуктах он может достигать 90–100 А. Необходимо найти компромисс между более низким пусковым током и более высокой эффективностью из-за мощности, рассеиваемой термистором.

Те же принципы применимы к цепям постоянного тока; импеданс источника очень низкий, только на этот раз это батарея, а не сеть. Как и в случае с цепью переменного тока, пик проходит в течение миллисекунды или около того.

Типовая входная цепь DC/DC преобразователя

Аккумуляторы имеют номинал короткого замыкания, измеряемый в тысячах ампер, и когда накопительный конденсатор разряжается, возникает короткое замыкание. Опять же, защитные устройства должны быть рассчитаны на то, чтобы справиться с этим. Уровни пускового тока имеют тенденцию быть выше, как и номинальный ток, из-за компромисса эффективности.