طراحی منبع تغذیه HVDC

مدارهایی مانند پیشخوان Geiger ، zappers حباب ، لوله های Nixie و حسگرها به جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) نیاز دارند. انواع مختلفی از طراحی منبع تغذیه HVDC وجود دارد ، از جمله دو برابر کننده ولتاژ یا چهاربرابر ، مبدل برگشتی و مبدل تقویت کننده.

برخی از اینها ظرفیت خروجی جریان کم دارند.
اما با محاسبات درست با استفاده از فرمولهای تبدیل مبدل تقویتی ممکن است به منابع HVDC با ظرفیت فعلی تمیز و بالا برسیم.
یادداشت های کاربردی تولید شده توسط سازندگان قطعات فرمول های مفید بسیاری را ارائه می دهد که با اجزای آنها سازگار با این فرمول های اساسی است یک مبدل تقویت کننده با استفاده از مبدل MC34063 DC-DC.
نمونه اولیه نویسنده در شکل زیر

 

مبانی اصول مبدل تقویت
در مبدل تقویت کننده (شکل 2) ، انرژی در سلف (L1a) در مدتی که ترانزیستور (T1a) "روشن" (ton) ذخیره می شود. هنگامی که ترانزیستور خاموش (toff) است ، انرژی به صورت سری با ورودی vin به خازن فیلتر خروجی (Cout) و بار (RL) منتقل می شود. این پیکربندی امکان تنظیم ولتاژ خروجی را به هر مقداری بیشتر از ورودی فراهم می کند.

شکل 2: تقویت کننده مدار تنظیم کننده سوئیچینگ

مدار و کار

نمودار مدار مبدل تقویتی با استفاده از مبدل MC34063 DC-DC در شکل 3
MC34063 یک مدار کنترل یکپارچه است که شامل کلیه عملکردهای فعال مورد نیاز برای تعویض مبدلهای DC به DC است.

شکل 3: نمودار مدار برای منبع تغذیه HVDC

MC34063برای برنامه های مبدل باک ، تقویت و ولتاژ اینورتر طراحی شده است. این شامل ولتاژ مرجع با جبران درجه حرارت ، نوسان ساز ، حد اکثر جریان اوج ، سوئیچ خروجی و مقایسه کننده ولتاژ است. همه این توابع در یک بسته 8 پین DIP یا SOIC موجود است.

نمودار داخلی MC34063 مطابق اطلاعات داده شده توسط Texas Instrument در شکل 4

شکل 4: نمودار بلوک MC34063

پین 5 آن (ورودی معکوس مقایسه کننده) حس می کند و ولتاژ خروجی را برای محاسبه مقادیر مقاومت بازخورد همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است به یک مقدار پایدار تبدیل می کند.

شکل 5: مقاومتهای خارجی

تنظیم کننده ولتاژ داخلی 1.25 ولت را برای مقایسه داخلی تولید می کند ، بنابراین تقسیم ولتاژ خارجی شامل R1a و R2a باید طوری تنظیم شود که هنگام رسیدن ولتاژ خروجی مورد نظر ، دقیقا 1.25 ولت باشد. به عنوان مثال ، اگر به ولتاژ خروجی در حدود 501 ولت نیاز دارید ، مقادیر مقاومت تقسیم ولتاژ باید به ترتیب R2a = 2.4 مگا اهم و R1a = 6 کیلو اهم باشند.

همانطور که در نمودار بلوک نشان داده شده است ، خروجی مقایسه کننده قفل SR را فعال و غیرفعال می کند. اسیلاتور هدایت شده توسط خازن زمان بندی در پین 3 از یک منبع جریان و عناصر سینک تشکیل شده است ، که خازن زمان بندی خارجی را بین آستانه های از پیش تعیین شده فوق و پایین شارژ و تخلیه می کند. به طور معمول ، جریان های شارژ و تخلیه به ترتیب 35mA و 200mA هستند و تقریباً نسبت 6: 1 دارند. بنابراین ، دوره رمپ شش برابر بیشتر از دوره رمپ است. آستانه فوقانی برابر است با ولتاژ مرجع داخلی 1.25 ولت ، و آستانه پایین تقریباً 0.75 ولت است.

نوسان ساز به طور مداوم با یک نرخ کنترل شده توسط مقدار خازن زمان بندی ، کار می کند. همچنین حسگر ولتاژ تولید شده توسط جریان سلف در یک مقاومت سنجش با مقادیر کوچکتر و با وزنی بالاتر که به پین 7. متصل شده است ، جریان اوج را حس می کند. .

همانطور که در نمودار بلوک نشان داده شده است ، سوئیچ خروجی یک ترانزیستور npn دارلینگتون است. جمع کننده به پین 1 گره خورده است ، و گیرنده به پین 2 گره خورده است. این به طراح این امکان را می دهد تا از MC34063 در تنظیمات باک ، تقویت یا اینورتر استفاده کند. حداکثر ولتاژ اشباع جمع کننده-امیتر در 1.5A (اوج) 1.3 ولت ، و حداکثر جریان اوج سوئیچ خروجی 1.5A است. برای جریان خروجی اوج بالاتر می توان از ترانزیستور خارجی استفاده کرد. پالسهای نوسان کننده ترانزیستورهای داخلی را به حرکت در می آورند که ممکن است برای تأمین توان افزایش / جابجایی یا هدایت یک ترانزیستور قدرت خارجی با بالاترین رده برای بدست آوردن امتیاز قدرت بالاتر مورد استفاده قرار گیرد.

برخی از طراحی های مدار ، عمدتا پله ای و ولتاژ معکوس ، نیاز به نسبت تون / (تن + تاف) بیشتر از 857/0 دارند. این را می توان با اضافه کردن یک مدار اکستنشن نسبت ، که از دیود ژرمانیم استفاده می کند و به درجه حرارت حساس است ، بدست آمد. خازن زمانبندی ضریب دمای منفی به کاهش این حساسیت کمک می کند. در شکل 3 ، مدار توسعه دهنده شامل ترانزیستور T2 (BC557) ، دیود ژرمانیوم D2 (1N34A) و خازن زمان بندی C3 است. در اینجا ، T2 به جز سوئیچ در حال تخلیه و شارژ خازن C3 که توسط پین 3 آی سی کار می کند رانندگی نمی کند. محدودیت جریان باید در کلیه طرح های پله پله و ولتاژ معکوس با استفاده از مدار توسعه دهنده نسبت استفاده شود. این اجازه می دهد تا زمان سلف مجدداً در چرخه های جریان بیش از حد در جریان قدرت اولیه تعویض کننده تنظیم شود. وقتی خازن فیلتر خروجی به ولتاژ اسمی خود برسد ، حلقه بازخورد ولتاژ تنظیم را کنترل می کند.

در مدار اصلی ، یک سیم بین اتصال مقاومتهای R1 و R2 و خازنهای C1 و C2 برای تعادل بار در هر دو خازن خروجی متصل است. فقط مقاومت R3 متصل به پین 5 MC34063 تقسیم ولتاژ را تشکیل می دهد.

نرم افزار

یک نرم افزار کاربردی طراحی شده تا سریعترین مقادیر مؤلفه را برای نمونه سازی سریع منبع تغذیه بر اساس MC34063 سریعتر شود. برنامه نرم افزاری با استفاده از HTML و JavaScript نوشته شده است و می تواند در سیستمی که PHP را نصب کرده است گنجانیده شود. تحت محیط توسعه PHP اجرا می شود. HTML یک نرم افزار جلویی است ، در حالی که PHP یک نرم افزار back-end است. پرونده JavaScript برای قسمتهای خالی به صورت HTML بررسی می کند. PHP در یک وب سرور گنجانیده شده است. بنابراین چندین مشتری کاربر در یک شبکه ، مانند آزمایشگاه یا کالج ، می توانند همزمان از این نرم افزار استفاده کنند. این برنامه با استفاده از NetBeans IDE برای PHP تهیه شده است.

کد منبع را بارگیری کنید

نصب نرم افزار.

1. بارگیری WampServer (برای توسعه localhost) از www. wampserver.com/fa/ و NetBeans IDE از https://netbeans.org/features/php/. اینها را در رایانه شخصی ویندوز خود نصب کنید. پسوند صحیح ویژوال C ++ (در اینجا VC ++ 2012) را قبل از نصب WampServer نصب کنید تا کلیه پرونده های dll پیش نیاز برای اجرای صحیح محیط سرور IDE و Apache را بدست آورید.

2. WampServer با گزینه در حالت آنلاین در پس زمینه اجرا می شود. مطمئن شوید که نماد WampServer در نوار وظیفه سبز می شود.

3. یک پوشه ، مثلاً HighVoltage ، در زیر پوشه C: \ wamp \ www ایجاد کنید. فایل های تصویری HVBoostCalculator.html ، HVDesign.js و HVcircuit.jpg را در پوشه پروژه کپی کنید

4- ایجاد یک پروژه PHP جدید در NetBeans. گزینه "برنامه PHP" را انتخاب کرده و روی "بعدی" کلیک کنید. یک پوشه پروژه به صورت خودکار ایجاد می شود. توجه داشته باشید که پوشه HighVoltage شما در زیر این پوشه پروژه قرار دارد.

5. در زیر پنجره "اجرای پیکربندی" ، گزینه "سرور محلی" را در قسمت Run As: انتخاب کنید. سپس برای ادامه ، روی "OK" کلیک کنید.

HVBoostCalculator.html اسکریپت HTML است و تصویر مرتبط آن HVcircuit.jpg است.

HVDesign.js اسکریپت Javascript است. HVBoost Calculator.html را اجرا کنید تا صفحه را مطابق شکل 6 نشان دهید.
تصویر خروجی برنامه

شکل 6: تصویر خروجی برنامه از منبع تغذیه HVDC

اول ، شما نیاز به تغذیه ورودی 9-12 ولت DC و تحمل ولتاژ بسته به منبع مورد استفاده خود دارید. به طور کلی ، تحمل ولتاژ 1 درصد است. سپس ولتاژ و جریان خروجی مورد نیاز را در قسمت های مربوطه مشخص کنید. (برای ولتاژهای خروجی بالاتر ، لطفاً از ترانزیستور T1 با ولتاژ بالاتر و مشخصات فعلی استفاده کنید.)

با استفاده از داده های ترانزیستور T1 ، مقدار اشباع Vce را پیدا کرده و در قسمت شکل قرار دهید. همچنین افت ولتاژ دیود D1 را از صفحه داده آن در قسمت فرم دریافت کنید. این پارامترها برای محاسبه مقادیر مؤلفه بسیار مهم هستند. پس از پر کردن تمام مقادیر در قسمتهای مربوطه ، روی دکمه "یافتن مقادیر مؤلفه" کلیک کنید. فرم برای قسمتهای خالی تأیید می شود و محاسبه برای قطعات انجام می شود. مقادیر R1 را هر چند R3 ، R6 ، L1 ، C1 و C2 و همچنین پارامترهای مدار مانند چرخه وظیفه ، فرکانس سوئیچینگ و توان خروجی دریافت خواهید کرد.

همانطور که در تصویر خروجی برنامه نشان داده شده است ، مدار را برای ولتاژ ورودی 12 ولت DC ، خروجی 500 ولت DC ، جریان خروجی 2mA و خازن زمان بندی 4.4nF طراحی کنید. از خروجی برنامه ، مقادیر خازن خروجی را به عنوان 8.20 μF بدست می آورید ، مقاومت R6 را 1.59 اهم (نزدیکترین مقدار 1.50 اهم) و سلف L1 را 6.8mH می سنجید. نمودار مدار کامل این طرح در شکل 3 نشان داده شده است.

ساخت و آزمایش

طرح PCB در اندازه واقعی منبع تغذیه HVDC با استفاده از MC34063 در شکل 7 نشان داده شده است و طرح اجزای آن در شکل 8 نشان داده شده است. سلف L1 و ترانزیستور T1 را از قسمت اصلی مدار دور نگه دارید. ترجیحاً از القاء محافظ از نوع L1 استفاده کنید.

شکل 7: طرح PCB منبع تغذیه HVDC

شکل 8: طرح قطعات برای PCB

بارگیری PCB و طرح کامپوننت: اینجا کلیک کنید

R6 باید از مقاومت 2W با مقاومت در برابر گرما برخوردار باشد. از نزدیکترین مقدار داده شده توسط نرم افزار استفاده کنید. برای ترانزیستور T1 از سینک گرمای مناسب استفاده کنید. سلف L1 ، ترانزیستور T1 و MC34063 را از یکدیگر دور نگه دارید تا تداخل EMI را به حداقل برسانید.

برای مقدار دقیق R3 ، از ترکیب موازی مقاومتها استفاده کنید. به عنوان مثال ، از مقاومت 6/8 کیلو اهم به موازات مقاومت 56 کیلو اهم استفاده کنید تا 6 کیلو اهم بدست آورید. برای جلوگیری از مشکلات سوئیچینگ و گرم شدن ترانزیستور T1 از خازن C3 به گونه ای استفاده کنید که فرکانس در 10 کیلوهرتز باشد.