Métodos para lidar com problemas no projeto de fonte de alimentação CC regulada
1. Introdução
Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de eletrônica de potência, a fonte de alimentação CC é amplamente utilizada e sua qualidade afeta diretamente o desempenho de equipamentos elétricos ou sistemas de controle. Atualmente, os links básicos de várias fontes de alimentação DC no mercado são praticamente os mesmos, incluindo fonte de alimentação AC, transformador AC (às vezes não pode ser usado), circuito retificador, circuito regulador de tensão de filtro, etc. Fonte de alimentação CC alimentada por fonte de alimentação CA trifásica como exemplo e apresenta as soluções para alguns problemas no projeto da fonte de alimentação CC. E na aplicação prática, o problema de usar várias fontes de alimentação DC reguladas em série é exposto.
.Design de fonte de alimentação regulada DC
2.1 Projeto do transformador retificador
O projeto do transformador retificador trifásico inclui: o modo de conexão dos enrolamentos primário e secundário, o cálculo da tensão lateral secundária, o cálculo da corrente lateral primária e secundária, o cálculo e determinação da capacidade e a seleção da forma estrutural. Entre eles, o modo de conexão dos enrolamentos primário e secundário e a determinação da tensão do lado secundário são os conteúdos de nossa análise chave. Este artigo considera o projeto de três fontes de alimentação CC de um driver de motor de passo como um exemplo a ser apresentado em detalhes. O diagrama esquemático é mostrado na Figura 1.
1. Determinação da tensão do lado secundário
A tensão secundária não está relacionada apenas à tensão de carga (ou seja, a tensão de alimentação CC regulada a ser projetada) e ao circuito retificador, mas também ao dispositivo estabilizador de tensão. Para o circuito retificador de ponte com altos requisitos, use um filtro de capacitor para estabilizar a tensão e estabilizar a tensão com um estabilizador de tensão. Para aqueles com requisitos baixos, você não pode estabilizar a tensão ou usar capacitores para estabilizar a tensão. Conforme mostrado na Figura 1, o inversor de baixa tensão de 7V é usado principalmente para bloqueio de fase. Sua corrente é pequena e a tensão é baixa. Tipo de fonte de alimentação e alta frequência, grande taxa de corrente e mudança de corrente produzirá alta sobretensão, então capacitores eletrolíticos devem ser usados para estabilizar a tensão e resistores para limitar a corrente; plus 12V é utilizado para alimentação de computadores e circuitos integrados, com pequena corrente e baixa tensão. No entanto, tensão estável e pequeno coeficiente de ondulação são necessários, então capacitores e reguladores de três terminais são usados para estabilizar a tensão em dois estágios. Para diferentes métodos de estabilização de tensão, a tensão secundária tem diferentes métodos de determinação. Em teoria, as fórmulas de cálculo das três tensões são as mesmas, ou seja, U2=Ud/2.34 ou UL=Ud/1.35, e as três tensões secundárias calculadas As tensões são: 5,2V, 81,5V e 8,9V, mas os resultados de tais cálculos não são adequados na prática. Portanto, algumas quantidades devem ser determinadas por fórmulas de estimativa de engenharia. Por exemplo, o sistema de retificação irreversível trifásico geralmente usa a fórmula UL=({{2{23}}}}.9 ~1.{{30}})·Ud estimativa , se o lado DC for filtrado por um capacitor eletrolítico, o valor médio da saída aumentará, o que geralmente é estimado pela fórmula UL=Ud/2½; se o lado DC for estabilizado por um capacitor e um regulador de tensão de três terminais, a fim de expandir a faixa de tensão de estabilidade, Ud geralmente deve ser aumentado em 3 ~ 6V e, em seguida, estimado pela fórmula UL=({ {42}}.9 ~ 1.0) · Ud. As três tensões secundárias assim determinadas são: UL7=0.9×7=6.3V, UL110=110/2½=78V, UL12=16×0.{ {43}}.4V.
2. Cálculo atual e determinação de capacidade de casos primários e secundários
A corrente secundária deve ser determinada de acordo com o tamanho da corrente de carga e do circuito retificador. Na Figura 1, um circuito retificador de ponte trifásico é usado e os valores efetivos das três correntes secundárias são obtidos usando a fórmula I2=(2/3)½Id: 3,26 A, 6,5A, 1,63A , você obtém 3 tensões e correntes secundárias. De acordo com o princípio de que a potência primária e secundária do transformador são aproximadamente iguais, a corrente primária I1=1.45A pode ser obtida, a capacidade do transformador é S=953VA e o modelo do transformador é selecionado de acordo com 1,5kVA.
3. Determinação do modo de conexão dos enrolamentos primário e secundário
Os enrolamentos do transformador trifásico podem ser conectados em forma de estrela ou triângulo, conforme necessário. Os circuitos de retificação trifásica são geralmente usados para retificação de alta potência (ou seja, a potência de carga está acima de 4kW), e os transformadores são geralmente conectados em dois tipos: Y/Δ e Δ/Y. A conexão Δ/Y pode fazer com que a corrente da linha de energia tenha duas etapas, que está mais próxima da onda senoidal, e a influência harmônica é pequena, e o circuito de retificação controlável é mais usado; a conexão Y/Δ pode fornecer energia CA monofásica, reduzindo a corrente do enrolamento secundário é geralmente usada em circuitos retificadores de diodo de alta potência; para transformadores trifásicos de pequena potência, às vezes é conectado no tipo Y/Y, embora esse método de conexão introduza harmônicos na rede elétrica. Mas afinal, seu poder é pequeno e seu impacto é pequeno. Em suma, na hora de escolher não devemos apenas considerar o impacto na rede elétrica, mas também minimizar a corrente do enrolamento e reduzir o nível de isolamento do enrolamento. Na Figura 1, as correntes de 7V e 12V são relativamente pequenas, a tensão é baixa e o método de conexão em estrela é selecionado; a corrente de 110V é grande e a tensão não é muito alta, e o método de conexão em forma de Δ é selecionado, o que pode reduzir bastante a corrente no enrolamento, reduzir o diâmetro do fio do enrolamento e estender o comprimento do enrolamento. Vida de serviço; embora a tensão da linha do enrolamento primário seja alta (380V), a capacidade do transformador é de apenas 2kW e a corrente primária é de 1,45A, portanto, o método de conexão em estrela pode reduzir a tensão do enrolamento e o isolamento do enrolamento.
2.2 Projeto do circuito retificador
O circuito retificador trifásico geralmente possui um circuito retificador trifásico de meia onda e um circuito retificador trifásico em ponte. Como a tensão média de saída do circuito retificador de ponte trifásica é alta, a ondulação de tensão é pequena e o fator de qualidade é alto, o circuito retificador de ponte é frequentemente usado. A escolha do tipo de diodo no braço da ponte é determinada principalmente por sua tensão e corrente nominais, e a corrente e a tensão nominais são determinadas pela corrente e tensão médias da carga. A fórmula de cálculo é: ID=(1/3)½·Id, ID( AV)=ID / 1,57, UDn=(1 ~ 2) 2½·U2, o modelo do retificador pode ser determinado verificando o manual do diodo com ID (AV) e UDn.
2.3 Projeto de filtragem e circuito estabilizador de tensão
1. Circuito de filtro e seleção de dispositivo
O circuito de filtro do retificador geralmente possui circuitos de filtro, como capacitores, indutores e RC. A filtragem indutiva é realizada usando a indutância para gerar força eletromotriz contrária à corrente pulsante e impedir a mudança de corrente. Quanto maior a indutância, melhor o efeito de filtragem. Geralmente é usado no campo onde a corrente de carga é grande e os requisitos de filtragem não são altos. O circuito de filtro RC é um circuito de filtro usado para conectar resistores e capacitores. Como o resistor reduzirá uma parte da tensão CC, a tensão de saída CC diminuirá, portanto, é adequado apenas para pequenos circuitos de corrente. A filtragem do capacitor é usar o efeito de carga e descarga do capacitor para tornar a tensão de saída retificada estável, e a amplitude da tensão aumenta, o efeito de filtragem é bom e é adequado para vários circuitos de retificação. A seleção do capacitor do filtro é principalmente a determinação do tipo, capacidade e valor da tensão suportável. Os capacitores de filtro retificador comumente usados incluem capacitores eletrolíticos de alumínio, eletrolíticos de tântalo, poliéster e monolíticos. Os capacitores eletrolíticos de alumínio têm grande corrente de fuga, baixa tensão suportável e temperatura operacional (até mais de 70 graus), mas grande capacidade; os capacitores eletrolíticos de tântalo têm pequena corrente de fuga, maior tensão suportável e temperatura operacional do que os capacitores eletrolíticos de alumínio e geralmente são usados para locais de requisitos mais altos; capacitores de poliéster têm grande resistência de isolamento, baixa perda, baixa temperatura operacional (até mais 55 graus), pequena capacidade, mas alta tensão suportável; capacitores monolíticos podem ser feitos de tamanho pequeno e alta tensão suportável. O desempenho e o desempenho térmico são relativamente estáveis, mas a capacidade é pequena. Geralmente, quando a corrente de saída retificada é grande, capacitores eletrolíticos devem ser usados para filtrar e estabilizar a tensão; se a corrente de saída for pequena, capacitores comuns ou capacitores eletrolíticos podem ser usados para filtragem. Se a tensão de saída CC tiver requisitos de coeficiente de ondulação ou para evitar ruído de alta frequência, use capacitores eletrolíticos É melhor ser usado em paralelo com capacitores não polares de pequena capacidade: capacitores de pequena capacidade podem filtrar harmônicos de alta ordem em DC pulsante, e capacitores eletrolíticos podem filtrar componentes de baixa frequência de grande valor, e a faixa de estabilização de tensão é ampla e o efeito é bom. O circuito de retificação e filtragem não requer muita capacidade e tensão suportável do capacitor. Geralmente, a capacidade do capacitor é estimada de acordo com a corrente de saída. Se a corrente de saída for grande, a capacidade será grande; se a corrente for pequena, a capacidade será pequena. No entanto, se a capacidade for muito grande, o valor da tensão de saída será reduzido e, se for muito pequena, a ondulação da tensão será grande e instável. Consulte a Tabela 1 para determinar a capacidade. O valor da tensão suportável é geralmente de 1,5 a 2 vezes a tensão de trabalho do circuito conectado.
2. Circuito regulador de tensão e seleção do dispositivo
Existem dois tipos de circuitos estabilizadores de tensão: circuito estabilizador de tensão de componente discreto e circuito estabilizador de tensão integrado, entre os quais o circuito estabilizador de tensão integrado é usado principalmente para retificar circuitos com baixa tensão e pequena corrente. . Ao escolher, você deve primeiro determinar a série, se é uma fonte de alimentação positiva ou negativa, se é ajustável ou fixa e, em seguida, escolher um modelo específico de acordo com sua tensão nominal e corrente nominal; ao mesmo tempo, quando o estabilizador de tensão é conectado ao circuito retificador, alguns componentes de proteção, como conectar um diodo no terminal de E/S para evitar um curto-circuito no terminal de entrada, conectar um pequeno capacitor entre o terminal de entrada e o solo, pode limitar a amplitude da tensão de entrada, etc.
O projeto da fonte de alimentação CC é relativamente simples em teoria, mas análises, pesquisas, práticas e resumos adicionais são necessários no projeto de engenharia específico.
