Sirkuit Stabilizer Tegangan SMPS

Artikel ini menjelaskan rangkaian stabilizer tegangan utama mode sakelar keadaan padat tanpa relai, menggunakan konverter penguat inti ferit dan beberapa rangkaian driver mosfet setengah jembatan. Ide tersebut diminta oleh Mr. McAnthony Bernard.

Spesifikasi teknis

Akhir-akhir ini saya mulai melihat stabilisator tegangan digunakan di rumah tangga untuk mengatur pasokan utilitas , meningkatkan voltase saat utilitas rendah dan turun saat utilitas tinggi.

Itu dibangun di sekitar luka trafo listrik (inti besi) dalam gaya trafo otomatis dengan banyak keran 180v, 200v, 220v, 240v 260v dll.

sirkuit kontrol dengan bantuan relai memilih keran yang tepat untuk keluaran. saya rasa Anda akrab dengan perangkat ini.

Saya mulai berpikir untuk mengimplementasikan fungsi perangkat ini dengan SMP. Yang akan mendapat keuntungan dari memberikan 220vac konstan dan frekuensi stabil 50hz tanpa menggunakan relai.

Saya telah melampirkan dalam surat ini diagram blok dari konsep tersebut.

Tolong beri tahu saya pendapat Anda, jika masuk akal untuk menempuh rute itu.

Apakah itu benar-benar berfungsi dan melayani tujuan yang sama? .

Juga saya akan membutuhkan bantuan Anda di bagian konverter DC ke DC tegangan tinggi.

Salam
McAnthony Bernard

Desain

Rangkaian stabilizer tegangan utama berbasis solid state ferrite core yang diusulkan tanpa relai dapat dipahami dengan mengacu pada diagram berikut dan penjelasan selanjutnya.

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

Gambar di atas menunjukkan konfigurasi sebenarnya untuk mengimplementasikan output 220V atau 120V yang distabilkan terlepas dari fluktuasi input atau kelebihan beban dengan menggunakan beberapa tahapan prosesor konverter boost non-terisolasi.

Di sini dua IC mosfet driver setengah jembatan menjadi elemen penting dari keseluruhan desain. IC yang terlibat adalah IRS2153 serbaguna yang dirancang khusus untuk menggerakkan MOSFET dalam mode setengah jembatan tanpa memerlukan sirkuit eksternal yang rumit.

Kita dapat melihat dua tahap driver setengah jembatan yang identik digabungkan, di mana driver sisi kiri digunakan sebagai tahap driver pendorong sedangkan sisi kanan dikonfigurasi untuk memproses tegangan dorongan menjadi output gelombang sinus 50Hz atau 60Hz dalam hubungannya dengan kontrol tegangan eksternal sirkuit.

IC secara internal diprogram untuk menghasilkan siklus kerja 50% tetap di seluruh pinout keluaran melalui topologi tiang totem. Pinout ini terhubung dengan power mosfets untuk mengimplementasikan konversi yang diinginkan. IC juga dilengkapi dengan osilator internal untuk mengaktifkan frekuensi yang diperlukan pada output, laju frekuensi ditentukan oleh jaringan Rt / Ct yang terhubung secara eksternal.

Menggunakan Fitur Matikan

IC juga dilengkapi fasilitas shut down yang dapat digunakan untuk menghentikan output jika terjadi arus berlebih, tegangan berlebih, atau situasi bencana mendadak.

Untuk info lebih lanjut tentang th aku s setengah IC driver jembatan, Anda bisa merujuk ke artikel ini: IC Driver Mosfet Setengah Jembatan IRS2153 (1) D - Pinout, Catatan Aplikasi Dijelaskan

Output dari IC ini sangat seimbang karena bootstrap internal yang sangat canggih dan pemrosesan waktu mati yang memastikan pengoperasian yang sempurna dan aman dari perangkat yang terhubung.

Dalam rangkaian stabilizer tegangan listrik SMP yang dibahas, tahap sisi kiri digunakan untuk menghasilkan sekitar 400V dari input 310V yang diturunkan dengan memperbaiki input listrik 220V.

Untuk input 120V, panggung dapat diatur untuk menghasilkan sekitar 200V melalui induktor yang ditunjukkan.

Induktor dapat dililitkan di atas rakitan inti / gelendong EE standar menggunakan 3 untai paralel (bifilar) dari kawat tembaga berenamel super 0,3 mm, dan sekitar 400 putaran.

Memilih Frekuensi

Frekuensi harus diatur dengan memilih nilai Rt / Ct dengan benar sehingga frekuensi tinggi sekitar 70kHz dicapai untuk tahap konverter penguat kiri, di seluruh induktor yang ditunjukkan.

IC driver sisi kanan diposisikan untuk bekerja dengan DC 400V di atas dari konverter boost setelah perbaikan dan filtrasi yang sesuai, seperti yang dapat disaksikan dalam diagram.

Di sini nilai Rt dan Ct dipilih untuk memperoleh sekitar 50Hz atau 60Hz (sesuai spesifikasi negara) di seluruh output MOSFET yang terhubung

Namun, keluaran dari tahap pengemudi sisi kanan bisa setinggi 550V, dan ini perlu diatur ke tingkat aman yang diinginkan, sekitar 220V atau 120V.

Untuk ini, konfigurasi penguat kesalahan opamp sederhana disertakan, seperti yang digambarkan dalam diagram berikut.

Sirkuit Koreksi Tegangan Lebih

Seperti yang ditunjukkan pada diagram di atas, tahap koreksi tegangan menggunakan komparator opamp sederhana untuk mendeteksi kondisi tegangan berlebih.

Rangkaian hanya perlu disetel sekali untuk menikmati tegangan stabil permanen pada tingkat yang disetel terlepas dari fluktuasi input atau kelebihan beban, namun hal ini tidak boleh melebihi batas desain yang dapat ditoleransi.

Seperti yang diilustrasikan, suplai ke amp kesalahan diturunkan dari output setelah perbaikan yang sesuai dari AC menjadi arus rendah bersih yang distabilkan 12V DC untuk rangkaian.

pin # 2 ditetapkan sebagai input sensor untuk IC sementara pin non-pembalik # 3 direferensikan ke 4.7V tetap melalui jaringan dioda zener penjepit.

Input penginderaan diekstraksi dari titik yang tidak stabil di sirkuit, dan output dari IC dihubungkan dengan pin Ct dari IC driver sisi kanan.

Pin ini berfungsi sebagai pin penutup untuk IC dan segera setelah mengalami penurunan di bawah 1/6 dari Vcc-nya, pin ini langsung mengosongkan umpan keluaran ke MOSFET yang mematikan proses ke posisi diam.

Preset yang terkait dengan pin # 2 opamp diatur dengan tepat sedemikian rupa sehingga output AC utama turun ke 220V dari output 450V atau 500V yang tersedia, atau ke 120V dari output 250V.

Selama pin # 2 mengalami tegangan yang lebih tinggi dengan referensi ke pin # 3, itu terus menjaga outputnya rendah yang pada gilirannya memerintahkan IC driver untuk dimatikan, namun 'mematikan' secara instan mengoreksi input opamp, memaksanya untuk menarik sinyal rendah keluaran, dan siklus terus mengoreksi sendiri keluaran ke tingkat yang tepat, seperti yang ditentukan oleh pengaturan prasetel pin # 2.

Rangkaian amp kesalahan terus menstabilkan keluaran ini dan karena rangkaian memiliki keuntungan dari margin 100% yang signifikan antara volatge sumber masukan dan nilai tegangan yang diatur, bahkan di bawah kondisi tegangan yang sangat rendah, keluaran berhasil memberikan tegangan stabil tetap ke beban. terlepas dari voltase, hal yang sama menjadi benar dalam kasus ketika beban yang tidak sesuai atau beban berlebih dihubungkan pada output.

Meningkatkan Desain di atas:

Penyelidikan yang cermat menunjukkan bahwa desain di atas dapat dimodifikasi dan ditingkatkan secara signifikan untuk meningkatkan efisiensi dan kualitas keluaran:

1. Induktor sebenarnya tidak diperlukan dan bisa dilepas
2. Keluaran harus ditingkatkan menjadi rangkaian jembatan penuh agar daya optimal untuk beban
3. Outputnya harus berupa gelombang sinus murni dan bukan yang dimodifikasi seperti yang diharapkan dalam desain di atas

Semua fitur ini telah dipertimbangkan dan ditangani dalam versi sirkuit stabilizer solid state yang ditingkatkan berikut:

Operasi Sirkuit

1. IC1 bekerja seperti rangkaian osilator multivibrator astabil normal, yang frekuensinya dapat disesuaikan dengan mengubah nilai R1 secara tepat. Ini menentukan jumlah 'pilar' atau 'pemotongan' untuk keluaran SPWM.
2. Frekuensi dari IC 1 pada pin # 3 diumpankan ke pin # 2 dari IC2 yang disambungkan sebagai generator PWM.
3. Frekuensi ini diubah menjadi gelombang segitiga pada pin # 6 dari IC2, yang dibandingkan dengan tegangan sampel pada pin # 5 dari IC2
4. Pin # 5 dari IC2 diterapkan dengan sampel gelombang sinus pada frekuensi 100 Hz yang diperoleh dari penyearah jembatan, setelah menurunkan aliran listrik dengan tepat ke 12V.
5. Sampel gelombang sinus ini dibandingkan dengan gelombang segitiga pin # 7 dari IC2, yang menghasilkan SPWM berdimensi proporsional pada pin # 3 IC2.
6. Sekarang, lebar pulsa SPWM ini tergantung pada amplitudo gelombang sinus sampel dari penyearah jembatan. Dengan kata lain bila tegangan hantaran listrik AC lebih tinggi menghasilkan SPWM yang lebih lebar dan bila tegangan hantaran listrik AC lebih rendah akan mengurangi lebar SPWM dan membuatnya lebih sempit secara proporsional.
7. SPWM di atas dibalik oleh transistor BC547, dan diterapkan ke gerbang dari mosfets sisi rendah dari jaringan driver jembatan penuh.
8. Ini menyiratkan bahwa ketika level hantaran listrik AC akan turun, respon pada gerbang mosfet akan berupa SPWM yang lebih lebar secara proporsional, dan ketika voltase listrik AC meningkat, gerbang akan mengalami SPWM yang memburuk secara proporsional.
9. Penerapan di atas akan menghasilkan peningkatan tegangan yang proporsional melintasi beban yang terhubung antara jaringan H-bridge setiap kali sumber listrik AC input turun, dan sebaliknya beban akan mengalami penurunan tegangan dalam jumlah yang proporsional jika AC cenderung naik di atas tingkat bahaya.

Cara Mengatur Sirkuit

Tentukan perkiraan titik transisi pusat di mana respons SPWM mungkin sama dengan level AC listrik.

Misalkan Anda memilihnya pada 220V, kemudian sesuaikan preset 1K sehingga beban yang terhubung ke H-bridge menerima sekitar 220V.

Itu saja, penyiapan sudah selesai sekarang, dan sisanya akan ditangani secara otomatis.

Sebagai alternatif, Anda dapat memperbaiki pengaturan di atas menuju level ambang tegangan yang lebih rendah dengan cara yang sama.

Misalkan ambang bawah adalah 170V, dalam hal ini memberi makan 170V ke sirkuit dan menyesuaikan preset 1K sampai Anda menemukan sekitar 210V melintasi beban atau di antara lengan jembatan-H.

Langkah-langkah ini mengakhiri prosedur pengaturan, dan sisanya akan secara otomatis menyesuaikan sesuai dengan perubahan level AC input.

Penting : Harap sambungkan kapasitor bernilai tinggi dengan urutan 500uF / 400V melintasi saluran AC yang diperbaiki yang diumpankan ke jaringan H-bridge, sehingga DC yang diperbaiki dapat mencapai hingga 310V DC melintasi jalur BUS H-bridge.