Circuit de stabilisation de tension SMPS

L'article explique un circuit stabilisateur de tension secteur à découpage à semi-conducteurs sans relais, utilisant un convertisseur élévateur à noyau de ferrite et quelques circuits d'attaque mosfet en demi-pont. L'idée a été demandée par M. McAnthony Bernard.

Spécifications techniques

Récemment, j'ai commencé à regarder stabilisateurs de tension utilisés dans la cale pour réguler l'alimentation des services publics , augmentant la tension lorsque l'utilité est faible et se retirant lorsque l'utilité est élevée.

Il est construit autour d'un transformateur secteur (noyau de fer) enroulé dans le style d'un transformateur automatique avec de nombreux robinets de 180v, 200v, 220v, 240v 260v etc.

le circuit de commande à l'aide d'un relais sélectionne le bon robinet pour la sortie. je suppose que vous connaissez cet appareil.

J'ai commencé à penser à implémenter la fonction de cet appareil avec SMPS. Ce qui aura l'avantage de donner 220vac constant et une fréquence stable de 50hz sans utiliser de relais.

J'ai joint à ce mail le schéma synoptique du concept.

S'il vous plaît laissez-moi savoir ce que vous pensez, si cela a du sens de suivre cette voie.

Cela fonctionnera-t-il vraiment et servira-t-il le même objectif? .

J'aurai également besoin de votre aide dans la section du convertisseur CC à CC haute tension.

Salutations
McAnthony Bernard

La conception

Le circuit stabilisateur de tension de secteur à base de noyau de ferrite à l'état solide proposé sans relais peut être compris en se référant au schéma suivant et à l'explication ultérieure.

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

La figure ci-dessus montre la configuration réelle pour implémenter une sortie stabilisée de 220 V ou 120 V quelles que soient les fluctuations d'entrée ou une surcharge en utilisant quelques étages de processeur de convertisseur élévateur non isolés.

Ici, deux circuits intégrés mosfet de pilote de demi-pont deviennent les éléments cruciaux de toute la conception. Les circuits intégrés impliqués sont les IRS2153 polyvalents qui ont été spécialement conçus pour piloter des mosfets en mode demi-pont sans nécessiter de circuits externes complexes.

Nous pouvons voir deux étages de pilote de demi-pont identiques incorporés, où le pilote de gauche est utilisé comme étage de pilote de suralimentation tandis que le côté droit est configuré pour traiter la tension de suralimentation en une sortie sinusoïdale de 50 Hz ou 60 Hz en conjonction avec un contrôle de tension externe circuit.

Les circuits intégrés sont programmés en interne pour produire un cycle de service fixe de 50% sur les broches de sortie via une topologie de totems. Ces broches sont connectées aux mosfets d'alimentation pour mettre en œuvre les conversions prévues. Les circuits intégrés sont également dotés d'un oscillateur interne pour activer la fréquence requise en sortie, le taux de fréquence est déterminé par un réseau Rt / Ct connecté de l'extérieur.

Utilisation de la fonction d'arrêt

Le circuit intégré dispose également d'une fonction d'arrêt qui peut être utilisée pour bloquer la sortie en cas de surintensité, de surtension ou de toute situation catastrophique soudaine.

Pour plus d'informations sur le est CI de pilote demi-pont, vous pouvez vous référer à cet article: Half-Bridge Mosfet Driver IC IRS2153 (1) D - Pinouts, Application Notes Explained

Les sorties de ces circuits intégrés sont extrêmement équilibrées grâce à un bootstrap interne et un traitement des temps morts très sophistiqués qui garantissent un fonctionnement parfait et sûr des appareils connectés.

Dans le circuit stabilisateur de tension secteur SMPS discuté, l'étage du côté gauche est utilisé pour générer environ 400V à partir d'une entrée 310V dérivée en redressant l'entrée secteur 220V.

Pour une entrée de 120 V, l'étage peut être réglé pour générer environ 200 V à travers l'inducteur illustré.

L'inducteur peut être enroulé sur n'importe quel assemblage noyau / bobine EE standard en utilisant 3 brins parallèles (bifilaires) de fil de cuivre super émaillé de 0,3 mm et environ 400 tours.

Sélection de la fréquence

La fréquence doit être réglée en sélectionnant correctement les valeurs de Rt / Ct de telle sorte qu'une fréquence élevée d'environ 70 kHz soit obtenue pour l'étage de convertisseur élévateur gauche, à travers l'inductance représentée.

Le circuit intégré de commande du côté droit est positionné pour fonctionner avec les 400 V CC ci-dessus du convertisseur élévateur après rectification et filtration appropriées, comme le montre le diagramme.

Ici, les valeurs de Rt et Ct sont sélectionnées pour acquérir environ 50 Hz ou 60 Hz (selon les spécifications du pays) à travers la sortie mosfets connectés

Cependant, la sortie de l'étage de commande du côté droit pourrait être aussi élevée que 550V, et cela doit être régulé aux niveaux de sécurité souhaités, à environ 220V ou 120V

Pour cela, une configuration d'amplificateur d'erreur opamp simple est incluse, comme illustré dans le schéma suivant.

Circuit de correction de surtension

Comme le montre le diagramme ci-dessus, l'étage de correction de tension utilise un simple comparateur d'amplis op pour la détection de la condition de surtension.

Le circuit ne doit être réglé qu'une seule fois afin de bénéficier d'une tension stabilisée permanente au niveau défini indépendamment des fluctuations d'entrée ou d'une surcharge, mais celles-ci ne doivent pas être dépassées au-delà d'une limite tolérable spécifiée de la conception.

Comme illustré, l'alimentation de l'amplificateur d'erreur est dérivée de la sortie après un redressement approprié du courant alternatif en un courant continu de 12 V stabilisé propre pour le circuit.

la broche n ° 2 est désignée comme l'entrée du capteur pour le circuit intégré tandis que la broche non inverseuse n ° 3 est référencée à un 4,7 V fixe via un réseau de diodes Zener de serrage.

L'entrée de détection est extraite d'un point non stabilisé dans le circuit et la sortie du circuit intégré est reliée à la broche Ct du circuit intégré de commande du côté droit.

Cette broche fonctionne comme la broche d'arrêt pour le circuit intégré et dès qu'elle subit un minimum inférieur à 1 / 6e de son Vcc, elle efface instantanément les flux de sortie vers les mosfets, arrêtant la procédure à l'arrêt.

Le préréglage associé à la broche n ° 2 de l'amplificateur opérationnel est ajusté de manière appropriée de sorte que le courant alternatif du secteur de sortie s'établisse à 220 V à partir de la sortie 450 V ou 500 V disponible ou à 120 V à partir d'une sortie 250 V.

Tant que la broche n ° 2 subit une tension plus élevée par rapport à la broche n ° 3, elle continue de maintenir sa sortie faible, ce qui commande à son tour le circuit intégré du pilote de s'arrêter, mais `` l'arrêt '' corrige instantanément l'entrée de l'amplificateur optique, la forçant pour retirer son signal de sortie bas, et le cycle continue de corriger automatiquement la sortie aux niveaux précis, comme déterminé par le réglage préréglé de la broche n ° 2.

Le circuit de l'amplificateur d'erreur continue de stabiliser cette sortie et, comme le circuit a l'avantage d'une marge significative de 100% entre la tension de la source d'entrée et les valeurs de tension régulées, même dans des conditions de tension extrêmement basse, les sorties parviennent à fournir la tension stabilisée fixe à la charge. quelle que soit la tension, il en va de même dans le cas où une charge inégalée ou une surcharge est connectée en sortie.

Amélioration de la conception ci-dessus:

Une étude minutieuse montre que la conception ci-dessus peut être modifiée et améliorée considérablement pour augmenter son efficacité et sa qualité de sortie:

1. L'inducteur n'est en fait pas nécessaire et peut être retiré
2. La sortie doit être mise à niveau vers un circuit en pont complet afin que la puissance soit optimale pour la charge
3. La sortie doit être une onde sinusoïdale pure et non modifiée comme on peut s'y attendre dans la conception ci-dessus

Toutes ces fonctionnalités ont été prises en compte et prises en charge dans la version mise à niveau suivante du circuit de stabilisation à semi-conducteurs:

Fonctionnement du circuit

1. IC1 fonctionne comme un circuit oscillateur multivibrateur astable normal, dont la fréquence peut être ajustée en modifiant la valeur de R1 de manière appropriée. Ceci décide du nombre de «piliers» ou de «découpage» pour la sortie SPWM.
2. La fréquence de IC 1 à sa broche n ° 3 est transmise à la broche n ° 2 de IC2 qui est câblée comme un générateur PWM.
3. Cette fréquence est convertie en ondes triangulaires à la broche n ° 6 de IC2, qui est comparée par un échantillon de tension à la broche n ° 5 de IC2
4. La broche n ° 5 de IC2 est appliquée avec un échantillon d'onde sinusoïdale à une fréquence de 100 Hz acquise à partir du redresseur en pont, après avoir correctement abaissé le secteur à 12V.
5. Ces échantillons d'ondes sinusoïdales sont comparés aux ondes triangulaires de la broche n ° 7 de IC2, ce qui se traduit par un SPWM proportionnellement indiqué à la broche n ° 3 de IC2.
6. Or, la largeur d'impulsion de ce SPWM dépend de l'amplitude des ondes sinusoïdales de l'échantillon du redresseur en pont. En d'autres termes, lorsque la tension du secteur AC est plus élevée, cela produit des SPWM plus larges et lorsque la tension du secteur AC est plus basse, cela réduit la largeur du SPWM et la rend plus étroite proportionnellement.
7. Le SPWM ci-dessus est inversé par un transistor BC547 et appliqué aux portes des mosfets côté bas d'un réseau de pilotes de pont complet.
8. Cela implique que lorsque le niveau du secteur CA baisse, la réponse sur les portes mosfet se présente sous la forme de SPWM proportionnellement plus larges, et lorsque la tension secteur CA augmente, les portes subissent une détérioration proportionnelle du SPWM.
9. L'application ci-dessus entraînera une augmentation de tension proportionnelle à travers la charge connectée entre le réseau du pont en H chaque fois que le secteur d'entrée CA chute, et inversement la charge subira une chute de tension proportionnelle si le CA a tendance à s'élever au-dessus du niveau de danger.

Comment configurer le circuit

Déterminez le point de transition central approximatif où la réponse SPWM peut être juste identique au niveau secteur CA.

Supposons que vous le sélectionniez à 220V, puis ajustez le préréglage 1K de telle sorte que la charge connectée au pont en H reçoive environ 220V.

C'est tout, la configuration est maintenant terminée, et le reste sera pris en charge automatiquement.

Vous pouvez également fixer le réglage ci-dessus vers le niveau de seuil de tension inférieur de la même manière.

Supposons que le seuil inférieur soit de 170 V, dans ce cas, alimentez le circuit en 170 V et ajustez le préréglage 1K jusqu'à ce que vous trouviez environ 210 V à travers la charge ou entre les bras du pont en H.

Ces étapes concluent la procédure de configuration et le reste s'ajustera automatiquement en fonction des modifications du niveau d'entrée CA.

Important : Veuillez connecter un condensateur de haute valeur de l'ordre de 500 uF / 400 V à travers la ligne redressée CA alimentée au réseau du pont en H, de sorte que le CC redressé puisse atteindre jusqu'à 310 V CC sur les lignes BUS du pont H.