SMPS-spanningsstabilisatorcircuit

Het artikel legt een solid-state switch-mode netspanningsstabilisatorcircuit zonder relais uit, met behulp van een ferrietkern-boost-omzetter en een paar half-bridge mosfet-stuurcircuits. Het idee werd aangevraagd door de heer McAnthony Bernard.

Technische specificaties

De laatste tijd begon ik naar te kijken spanningsstabilisatoren gebruiken in het huishouden om de nutsvoorziening te regelen , het verhogen van de spanning wanneer het hulpprogramma laag is en het aftreden als het hulpprogramma hoog is.

Het is gebouwd rond een nettransformator (ijzeren kern), gewikkeld in automatische transformatorstijl met veel tikken van 180v, 200v, 220v, 240v 260v enz.

het stuurcircuit selecteert met behulp van een relais de juiste aftakking voor uitvoer. ik denk dat je bekend bent met dit apparaat.

Ik begon te denken om de functie van dit apparaat met SMPS te implementeren. Wat het voordeel heeft dat het een constante 220vac en een stabiele frequentie van 50hz afgeeft zonder relais te gebruiken.

Ik heb in deze mail het blokschema van het concept bijgevoegd.

Laat me alsjeblieft weten wat je ervan vindt, als het zin heeft om die route te volgen.

Zal het echt werken en hetzelfde doel dienen?​

Ook heb ik uw hulp nodig in de sectie hoogspannings-DC naar DC-omzetter.

vriendelijke groeten
McAnthony Bernard

Het ontwerp

De voorgestelde solid-state ferrietkern-gebaseerde netspanningsstabilisatorcircuit zonder relais kan worden begrepen door te verwijzen naar het volgende diagram en de daaropvolgende uitleg.

RVCC = 1K.1watt, CVCC = 0.1uF / 400V, CBOOT = 1uF / 400V

De bovenstaande afbeelding toont de feitelijke configuratie voor het implementeren van een gestabiliseerde 220 V of 120 V uitgang, ongeacht de ingangsschommelingen of een overbelasting, door gebruik te maken van een aantal niet-geïsoleerde boost-converterprocessortrappen.

Hier worden twee mosfet-IC's met halve brugaandrijving de cruciale elementen van het hele ontwerp. De betrokken IC's zijn de veelzijdige IRS2153 die speciaal zijn ontworpen voor het aansturen van mosfets in een half-bridge-modus zonder de noodzaak van complexe externe schakelingen.

We kunnen zien dat er twee identieke halve-bridge driver-trappen zijn ingebouwd, waarbij de linker driver wordt gebruikt als de boost-driver, terwijl de rechterkant is geconfigureerd voor het verwerken van de boost-spanning in een 50Hz of 60Hz sinusgolfuitgang in combinatie met een externe spanningsregeling. circuit.

De IC's zijn intern geprogrammeerd om een ​​vaste inschakelduur van 50% te produceren over de uitgangspennen via een totempaaltopologie. Deze pinouts zijn verbonden met de power mosfets voor het implementeren van de beoogde conversies. De IC's zijn ook uitgerust met een interne oscillator om de vereiste frequentie aan de uitgang mogelijk te maken, de snelheid van de frequentie wordt bepaald door een extern aangesloten Rt / Ct-netwerk.

De functie Afsluiten gebruiken

De IC heeft ook een uitschakelfunctie die kan worden gebruikt om de uitgang te blokkeren in geval van overstroom, overspanning of een plotselinge catastrofale situatie.

Voor meer info over th is half bridge driver IC's, u kunt verwijzen naar dit artikel: Half-Bridge Mosfet Driver IC IRS2153 (1) D - Pinouts, Application Notes Explained

De outputs van deze IC's zijn extreem gebalanceerd dankzij een zeer geavanceerde interne bootstrapping en dead time-verwerking die een perfecte en veilige werking van de aangesloten apparaten garanderen.

In het besproken SMPS-netspanningsstabilisatorcircuit wordt de linker zijtrap gebruikt voor het genereren van ongeveer 400V uit een 310V-ingang, afgeleid door de 220 V-ingang gelijk te schakelen.

Voor een 120V-ingang kan het podium worden ingesteld voor het genereren van ongeveer 200V via de getoonde inductor.

De inductor kan over elke standaard EE kern / spoelconstructie worden gewikkeld met behulp van 3 parallelle (bifilaire) strengen van 0,3 mm supergeëmailleerd koperdraad en ongeveer 400 windingen.

De frequentie selecteren

De frequentie moet worden ingesteld door de waarden van de Rt / Ct correct te selecteren, zodat een hoge frequentie van ongeveer 70 kHz wordt bereikt voor de linker boost-omvormertrap, over de getoonde inductor.

Het rechter stuur-IC is gepositioneerd om te werken met de bovenstaande 400V DC van de boost-omzetter na de juiste rectificatie en filtratie, zoals te zien is in het diagram.

Hier worden de waarden van de Rt en Ct geselecteerd voor het verwerven van ongeveer 50Hz of 60Hz (volgens de landspecificaties) over de aangesloten mosfets-uitvoer

De output van de rechter driver-stage kan echter wel 550V bedragen, en dit moet worden geregeld naar de gewenste veilige niveaus, rond de 220V of 120V.

Hiervoor is een eenvoudige opamp-foutversterkerconfiguratie opgenomen, zoals weergegeven in het volgende diagram.

Circuit voor overspanningscorrectie

Zoals weergegeven in het bovenstaande diagram, gebruikt de spanningscorrectietrap een eenvoudige opamp-comparator voor de detectie van de overspanningstoestand.

Het circuit hoeft slechts één keer te worden ingesteld om te genieten van een permanent gestabiliseerde spanning op het ingestelde niveau, ongeacht de ingangsschommelingen of een overbelasting, maar deze mogen niet worden overschreden buiten een gespecificeerde toelaatbare limiet van het ontwerp.

Zoals geïllustreerd, wordt de toevoer naar de foutversterker afgeleid van de output na de juiste rectificatie van de AC in een schone, gestabiliseerde 12V DC met lage stroom voor het circuit.

pin # 2 wordt aangeduid als de sensoringang voor het IC, terwijl de niet-inverterende pin # 3 wordt verwezen naar een vaste 4.7V via een klemmend zenerdiodenetwerk.

De detectie-input wordt onttrokken aan een niet-gestabiliseerd punt in het circuit, en de output van de IC is aangesloten op de Ct-pin van de rechter driver-IC.

Deze pin fungeert als de uitschakelpin voor de IC en zodra hij een dieptepunt onder 1 / 6e van zijn Vcc ervaart, wordt onmiddellijk de uitgangsfeeds naar de mosfets gedempt, waardoor de procedure wordt stilgelegd.

De voorinstelling die is gekoppeld aan pin # 2 van de opamp is op de juiste manier aangepast, zodat de netspanning op de uitgang wordt verlaagd naar 220V vanaf de beschikbare 450V of 500V-uitgang, of naar 120V vanaf een 250V-uitgang.

Zolang pin # 2 een hogere spanning ervaart ten opzichte van pin # 3, blijft hij zijn output laag houden, wat op zijn beurt de driver-IC opdracht geeft om uit te schakelen, maar het 'afsluiten' corrigeert onmiddellijk de opamp-ingang en dwingt hem om het lage uitgangssignaal terug te trekken, en de cyclus blijft de uitgang zelf corrigeren tot de precieze niveaus, zoals bepaald door de vooraf ingestelde pin # 2-instelling.

Het foutversterkercircuit blijft deze output stabiliseren en aangezien het circuit het voordeel heeft van een aanzienlijke marge van 100% tussen de ingangsbronvolatge en de gereguleerde spanningswaarden, slaagt de uitgang er zelfs bij extreem lage spanningsomstandigheden in om de vaste gestabiliseerde spanning aan de belasting te leveren ongeacht de spanning geldt hetzelfde in het geval dat een ongeëvenaarde belasting of een overbelasting aan de uitgang is aangesloten.

Verbetering van het bovenstaande ontwerp:

Een zorgvuldig onderzoek toont aan dat het bovenstaande ontwerp aanzienlijk kan worden aangepast en verbeterd om de efficiëntie en uitvoerkwaliteit te verhogen:

1. De inductor is eigenlijk niet nodig en kan worden verwijderd
2. De output moet worden opgewaardeerd naar een volledig brugcircuit zodat het vermogen optimaal is voor de belasting
3. De output moet een zuivere sinusgolf zijn en niet een gemodificeerde zoals mag worden verwacht in het bovenstaande ontwerp

Al deze functies zijn overwogen en verzorgd in de volgende verbeterde versie van het solid-state-stabilisatorcircuit:

Circuit werking

1. IC1 werkt als een normaal astabiel multivibratoroscillatorcircuit, waarvan de frequentie kan worden aangepast door de waarde van R1 op de juiste manier te veranderen. Dit bepaalt het aantal 'pilaren' of 'hakken' voor de SPWM-uitvoer.
2. De frequentie van IC 1 op pin # 3 wordt naar pin # 2 van IC2 gevoerd, die is bedraad als een PWM-generator.
3. Deze frequentie wordt omgezet in driehoeksgolven op pin # 6 van IC2, die wordt vergeleken met een bemonsteringsspanning op pin # 5 van IC2
4. Pin # 5 van IC2 wordt toegepast met een bemonsteringssinusgolf op een frequentie van 100 Hz verkregen van de bruggelijkrichter, nadat de netspanning op de juiste manier is verlaagd naar 12V.
5. Deze sinusgolven worden vergeleken met de driehoeksgolven van pin # 7 van IC2, wat resulteert in een proportioneel gedimensioneerde SPWM op pin # 3 van IC2.
6. Nu hangt de pulsbreedte van deze SPWM af van de amplitude van de bemonsteringssinusgolven van de bruggelijkrichter. Met andere woorden: wanneer de AC-netspanning hoger is, produceert het bredere SPWM's en wanneer de AC-netspanning lager is, wordt de SPWM-breedte kleiner en proportioneel smaller.
7. De bovenstaande SPWM wordt geïnverteerd door een BC547-transistor en toegepast op de poorten van de low side mosfets van een volledig bridge-driver-netwerk.
8. Dit houdt in dat wanneer het AC-netspanningsniveau daalt, de respons op de mosfet-poorten in de vorm zal zijn van proportioneel bredere SPWM's, en wanneer de AC-netspanning toeneemt, de poorten een proportioneel verslechterende SPWM zullen ervaren.
9. De bovenstaande toepassing zal resulteren in een evenredige spanningsverhoging over de belasting die is aangesloten tussen het H-brugnetwerk wanneer het AC-ingangsnet daalt, en omgekeerd zal de belasting een evenredige spanningsval ondergaan als de AC de neiging heeft om boven het gevarenniveau uit te stijgen.

Hoe het circuit te installeren

Bepaal het geschatte middenovergangspunt waar de SPWM-respons net identiek kan zijn aan het AC-niveau van het lichtnet.

Stel dat u deze op 220V selecteert, pas dan de 1K-preset zo aan dat de belasting die op de H-bridge is aangesloten ongeveer 220V ontvangt.

Dat is alles, de installatie is nu voltooid en de rest wordt automatisch afgehandeld.

Als alternatief kunt u de bovenstaande instelling op dezelfde manier corrigeren naar het lagere spanningsdrempelniveau.

Stel dat de onderdrempel 170V is, voer dan 170V naar het circuit en pas de 1K-preset aan tot je ongeveer 210V over de belasting of tussen de H-brugarmen vindt.

Met deze stappen is de installatieprocedure voltooid en de rest wordt automatisch aangepast volgens de wijzigingen in het AC-ingangsniveau.

Belangrijk : Sluit een condensator met een hoge waarde in de orde van grootte van 500uF / 400V aan op de gelijkgerichte AC-lijn die naar het H-bridge-netwerk wordt gevoerd, zodat de gelijkgerichte DC tot 310V DC kan bereiken over de H-bridge-BUS-lijnen.