Métodos para abordar problemas en el diseño de fuentes de alimentación reguladas por CC
1. Introducción
Con el rápido desarrollo de la tecnología de electrónica de potencia, la fuente de alimentación de CC se usa ampliamente y su calidad afecta directamente el rendimiento de los equipos eléctricos o los sistemas de control. En la actualidad, los enlaces básicos de varias fuentes de alimentación de CC en el mercado son aproximadamente los mismos, incluida la fuente de alimentación de CA, el transformador de CA (a veces no se puede usar), el circuito rectificador, el circuito regulador de voltaje del filtro, etc. Este artículo toma el diseño de Fuente de alimentación de CC alimentada por una fuente de alimentación de CA trifásica como ejemplo, y presenta las soluciones a algunos problemas en el diseño de la fuente de alimentación de CC. Y en la aplicación práctica, se expone el problema de utilizar múltiples fuentes de alimentación reguladas por CC en serie.
.Diseño de fuente de alimentación regulada por CC
2.1 Diseño del transformador rectificador
El diseño del transformador rectificador trifásico incluye: el modo de conexión de los devanados primario y secundario, el cálculo de la tensión del lado secundario, el cálculo de la corriente del lado primario y secundario, el cálculo y determinación de la capacidad, y la selección de la forma estructural. Entre ellos, el modo de conexión de los devanados primario y secundario y la determinación del voltaje del lado secundario son los contenidos de nuestro análisis clave. Este artículo toma el diseño de tres fuentes de alimentación de CC de un controlador de motor paso a paso como ejemplo para presentarlo en detalle. El diagrama esquemático se muestra en la Figura 1.
1. Determinación de la tensión del lado secundario
El voltaje secundario no solo está relacionado con el voltaje de carga (es decir, el voltaje de la fuente de alimentación regulada por CC que se diseñará) y el circuito rectificador, sino también con el dispositivo estabilizador de voltaje. Para el circuito del puente rectificador con altos requisitos, use un filtro de condensador para estabilizar el voltaje y estabilice el voltaje con un estabilizador de voltaje. Para aquellos con requisitos bajos, no puede estabilizar el voltaje o usar capacitores para estabilizar el voltaje. Como se muestra en la Figura 1, la unidad de bajo voltaje de 7 V se usa principalmente para el bloqueo de fase. Su corriente es pequeña y el voltaje es bajo. El tipo de fuente de alimentación y alta frecuencia, la gran corriente y la tasa de cambio de corriente producirán una alta sobretensión, por lo que se deben usar condensadores electrolíticos para estabilizar la tensión y resistencias para limitar la corriente; plus 12V se utiliza para fuentes de alimentación de computadoras y circuitos integrados, con poca corriente y bajo voltaje. Sin embargo, se requiere un voltaje estable y un coeficiente de ondulación pequeño, por lo que se utilizan capacitores y reguladores de tres terminales para estabilizar el voltaje en dos etapas. Para diferentes métodos de estabilización de voltaje, el voltaje secundario tiene diferentes métodos de determinación. En teoría, las fórmulas de cálculo de los tres voltajes son las mismas, es decir, U2=Ud/2.34 o UL=Ud/1.35, y los tres voltajes secundarios calculados Los voltajes son: 5.2V, 81,5 V y 8,9 V, pero los resultados de dichos cálculos no son adecuados en la práctica. Por lo tanto, algunas cantidades deben determinarse mediante fórmulas de estimación de ingeniería. Por ejemplo, el sistema de rectificación irreversible trifásico generalmente utiliza la fórmula UL=({{20}}.9 ~1.{{30}})·Ud estimación , si el lado de CC es filtrado por un capacitor electrolítico, el valor promedio de la salida aumentará, lo que generalmente se estima mediante la fórmula UL=Ud/2½; si el lado de CC está estabilizado por un capacitor y un regulador de voltaje de tres terminales, para expandir el rango de voltaje de estabilidad, Ud generalmente debe aumentarse en 3 ~ 6 V y luego estimarse mediante la fórmula UL=({ {42}}.9 ~ 1.0) · Ud. Los tres voltajes secundarios así determinados son: UL7=0.9×7=6.3V, UL110=110/2½=78V, UL12=16×0.{ {43}}.4V.
2. Cálculo actual y determinación de capacidad de casos primarios y secundarios.
La corriente secundaria debe determinarse de acuerdo con el tamaño de la corriente de carga y el circuito rectificador. En la Figura 1, se utiliza un circuito rectificador de puente trifásico y los valores efectivos de las tres corrientes secundarias se obtienen mediante la fórmula I2=(2/3)½Id: 3,26 A, 6,5 A, 1,63 A , obtienes 3 voltajes y corrientes secundarios. De acuerdo con el principio de que la potencia primaria y secundaria del transformador son aproximadamente iguales, se puede obtener la corriente primaria I1=1.45A, la capacidad del transformador es S=953VA y el modelo del transformador se selecciona de acuerdo a 1.5kVA.
3. Determinación del modo de conexión de los devanados primario y secundario.
Los devanados de transformadores trifásicos se pueden conectar en forma de estrella o delta según se requiera. Los circuitos de rectificación trifásicos se usan generalmente para la rectificación de alta potencia (es decir, la potencia de carga es superior a 4kW), y los transformadores generalmente se conectan en dos tipos: Y/Δ y Δ/Y. La conexión Δ/Y puede hacer que la corriente de la línea de alimentación tenga dos pasos, que está más cerca de la onda sinusoidal, y la influencia armónica es pequeña, y el circuito de rectificación controlable se usa más; la conexión Y/Δ puede proporcionar alimentación de CA monofásica, lo que reduce la corriente del devanado secundario que generalmente se usa en circuitos rectificadores de diodos de alta potencia; para transformadores trifásicos de pequeña potencia, a veces se conecta al tipo Y/Y, aunque este método de conexión introducirá armónicos en la red eléctrica. Pero después de todo, su poder es pequeño y su impacto es pequeño. En definitiva, a la hora de elegir, no solo debemos considerar el impacto en la red eléctrica, sino también minimizar la corriente de los devanados y reducir el nivel de aislamiento de los devanados. En la Figura 1, las corrientes de 7 V y 12 V son relativamente pequeñas, el voltaje es bajo y se selecciona el método de conexión en estrella; la corriente de 110 V es grande y el voltaje no es demasiado alto, y se selecciona el método de conexión en forma de Δ, que puede reducir en gran medida la corriente en el devanado, reducir el diámetro del cable del devanado y extender la longitud del devanado. Vida de servicio; aunque el voltaje de línea del devanado primario es alto (380 V), la capacidad del transformador es de solo 2 kW y la corriente primaria es de 1,45 A, por lo que el método de conexión en estrella puede reducir el voltaje del devanado y el aislamiento del devanado.
2.2 Diseño del circuito rectificador
El circuito rectificador trifásico generalmente tiene un circuito rectificador de media onda trifásico y un circuito rectificador de puente trifásico. Dado que el voltaje promedio de salida del circuito rectificador de puente trifásico es alto, la ondulación del voltaje es pequeña y el factor de calidad es alto, el circuito rectificador de puente se usa a menudo. La elección del tipo de diodo en el brazo del puente está determinada principalmente por su voltaje y corriente nominales, y la corriente y el voltaje nominales están determinados por la corriente y el voltaje de carga promedio. La fórmula de cálculo es: ID=(1/3)½·Id, ID( AV)=ID / 1.57, UDn=(1 ~ 2) 2½·U2, el modelo del rectificador se puede determinar consultando el manual del diodo con ID (AV) y UDn.
2.3 Diseño del circuito de filtrado y estabilización de tensión
1. Selección de circuito y dispositivo de filtrado
El circuito de filtro rectificador generalmente tiene circuitos de filtro como capacitores, inductores y RC. El filtrado inductivo se realiza mediante el uso de la inductancia para generar una fuerza contraelectromotriz a la corriente pulsante y obstaculizar el cambio de corriente. Cuanto mayor sea la inductancia, mejor será el efecto de filtrado. Generalmente se usa en el campo donde la corriente de carga es grande y los requisitos de filtrado no son altos. El circuito de filtro RC es un circuito de filtro utilizado para conectar resistencias y condensadores. Dado que la resistencia reducirá una parte del voltaje de CC, el voltaje de salida de CC disminuirá, por lo que solo es adecuado para circuitos de corriente pequeños. El filtrado del condensador es utilizar el efecto de carga y descarga del condensador para estabilizar el voltaje de salida rectificado y aumenta la amplitud del voltaje, el efecto de filtrado es bueno y es adecuado para varios circuitos rectificadores. La selección del condensador de filtro es principalmente la determinación del tipo, la capacidad y el valor de tensión soportada. Los condensadores de filtro rectificador de uso común incluyen condensadores electrolíticos de aluminio, electrolíticos de tantalio, de poliéster y monolíticos. Los condensadores electrolíticos de aluminio tienen una gran corriente de fuga, un bajo voltaje de resistencia y una temperatura de funcionamiento (hasta más de 70 grados), pero una gran capacidad; Los capacitores electrolíticos de tantalio tienen una corriente de fuga pequeña, un voltaje de resistencia y una temperatura de funcionamiento más altos que los capacitores electrolíticos de aluminio, y generalmente se usan para lugares con requisitos más altos; los condensadores de poliéster tienen una gran resistencia de aislamiento, baja pérdida, baja temperatura de funcionamiento (hasta más de 55 grados), pequeña capacidad, pero alto voltaje soportado; Los condensadores monolíticos se pueden fabricar de tamaño pequeño y alto voltaje soportado. El rendimiento y el rendimiento térmico son relativamente estables, pero la capacidad es pequeña. Generalmente, cuando la corriente de salida rectificada es grande, se deben usar capacitores electrolíticos para filtrar y estabilizar el voltaje; si la corriente de salida es pequeña, se pueden usar condensadores ordinarios o condensadores electrolíticos para filtrar. Si la tensión de salida de CC tiene requisitos de coeficiente de ondulación o para evitar el ruido de alta frecuencia, utilice condensadores electrolíticos. Es mejor utilizarlos en paralelo con condensadores no polares de pequeña capacidad: los condensadores de pequeña capacidad pueden filtrar los armónicos de alto orden. en CC pulsante, y los condensadores electrolíticos pueden filtrar componentes de baja frecuencia de gran valor, y el rango de estabilización de voltaje es amplio y el efecto es bueno. El circuito de rectificación y filtrado no requiere demasiada capacidad y soporta la tensión del condensador. Generalmente, la capacidad del condensador se estima de acuerdo con la corriente de salida. Si la corriente de salida es grande, la capacidad será grande; si la corriente es pequeña, la capacidad será pequeña. Sin embargo, si la capacidad es demasiado grande, el valor del voltaje de salida se reducirá, y si es demasiado pequeño, la ondulación del voltaje será grande e inestable. Consulte la Tabla 1 para determinar la capacidad. El valor de la tensión soportada es generalmente de 1,5 a 2 veces la tensión de trabajo del circuito conectado.
2. Circuito regulador de voltaje y selección de dispositivos
Hay dos tipos de circuitos estabilizadores de voltaje: circuito estabilizador de voltaje de componente discreto y circuito estabilizador de voltaje integrado, entre los cuales el circuito estabilizador de voltaje integrado se usa principalmente para rectificar circuitos con bajo voltaje y poca corriente. . Al elegir, primero debe determinar la serie, si es una fuente de alimentación positiva o una fuente de alimentación negativa, si es ajustable o fija, y luego elegir un modelo específico según su tensión nominal y corriente nominal; Al mismo tiempo, cuando el estabilizador de voltaje está conectado al circuito rectificador, algunos componentes de protección, como conectar un diodo en el terminal de E/S para evitar un cortocircuito en el terminal de entrada, conectar un pequeño condensador entre el terminal de entrada y el suelo, puede limitar la amplitud del voltaje de entrada, etc.
El diseño de la fuente de alimentación de CC es relativamente simple en teoría, pero se necesitan más análisis, investigación, práctica y resumen en el diseño de ingeniería específico.
