Circuito Estabilizador de Tensão SMPS

O artigo explica um circuito estabilizador de tensão de rede no modo de comutação de estado sólido sem relé, que usa um conversor de impulso de núcleo de ferrite e um par de circuitos de driver de mosfet de meia ponte. A idéia foi solicitada pelo Sr. McAnthony Bernard.

As especificações técnicas

Ultimamente, comecei a ver o uso de estabilizadores de tensão em casa para regular o fornecimento de serviços públicos, aumentando a tensão quando a rede elétrica está baixa e diminuindo quando a rede pública está alta.

Ele é construído em torno do transformador de rede (núcleo de ferro) enrolado no estilo do transformador automático com muitas torneiras de 180v, 200v, 220v, 240v 260v, etc.

O circuito de controle com a ajuda de um relé seleciona a derivação correta para a saída. Presumo que você esteja familiarizado com este dispositivo.

Comecei a pensar em implementar a função deste dispositivo com o SMPS. Isso terá o benefício de fornecer 220vac constante e uma frequência estável de 50hz sem o uso de relés.


Anexado neste e-mail está o diagrama de blocos do conceito.

Por favor, deixe-me saber o que você pensa, se faz sentido seguir esse caminho.

Será que realmente funciona e serve ao mesmo propósito? .

Também precisarei da sua ajuda na seção do conversor de CC para CC de alta tensão.

Felicidades
McAnthony Bernard

O desenho

O circuito estabilizador de tensão de rede baseado em núcleo de ferrite de estado sólido proposto sem relés pode ser entendido consultando o diagrama a seguir e a explicação subsequente.

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


A figura acima mostra a configuração real para implementar uma saída estabilizada de 220V ou 120V, independentemente da oscilação ou sobrecarga de entrada, usando um par de estágios do processador do conversor de impulso não isolado.

Aqui, dois CIs de meia ponte de driver mosfet se tornam os elementos cruciais de todo o projeto. Os circuitos integrados envolvidos são os versáteis IRS2153, projetados especificamente para lidar com mosfets no modo meia ponte sem a necessidade de circuitos externos complexos.

Podemos ver dois estágios de driver de meia ponte incorporados idênticos, nos quais o driver do lado esquerdo é usado como o driver de reforço, enquanto o lado direito está configurado para processar a tensão de reforço em uma saída de onda senoidal de 50Hz ou 60Hz juntamente com um circuito de controle de tensão externo.

Os circuitos integrados são programados internamente para produzir um ciclo de trabalho fixo de 50% através das saídas de saída através de uma topologia de totem. Essas pinagens são conectadas aos mosfets de energia para implementar as conversões planejadas. Os circuitos integrados também são apresentados com um oscilador interno para habilitar a frequência necessária na saída, sendo a frequência determinada por uma rede Rt / Ct conectada externamente.

Usando a função de desligamento

O IC também possui um recurso de desligamento que pode ser usado para interromper a saída no caso de sobrecorrente, sobretensão ou qualquer situação catastrófica repentina.

Para mais informações sobreé Controlador de meia ponte IC, você pode consultar Para este artigo: Driver de Mosfet de meia ponte IC IRS2153 (1) D – Pinagens, explicações sobre aplicações

As saídas desses circuitos integrados são extremamente equilibradas devido a um processo de inicialização interno altamente sofisticado e processamento de tempo morto que garantem a operação perfeita e segura dos dispositivos conectados.

No circuito estabilizador de tensão de rede SMPS discutido, o estágio do lado esquerdo é usado para gerar cerca de 400V a partir de uma entrada derivada de 310V, retificando a entrada de 220V da rede.

Para uma entrada de 120V, o estágio pode ser configurado para gerar cerca de 200V através do indutor mostrado.

O indutor pode ser enrolado em qualquer conjunto de bobina / núcleo EE padrão usando 3 fios paralelos (bifilares) de fio de cobre super esmaltado de 0,3 mm e aproximadamente 400 voltas.

Selecionar frequência

A frequência deve ser configurada selecionando corretamente os valores de Rt / Ct, para que seja alcançada uma alta frequência de aproximadamente 70 kHz para o estágio do conversor de impulso esquerdo, através do indutor mostrado.

O IC do controlador do lado direito está posicionado para trabalhar com os 400V CC anteriores do conversor de reforço após a retificação e filtragem adequadas, conforme mostrado no diagrama.


Aqui, os valores Rt e Ct são selecionados para adquirir aproximadamente 50Hz ou 60Hz (dependendo das especificações do país) através da saída de mosfets conectados

No entanto, a saída do estágio do lado direito do driver pode ser tão alta quanto 550V, e isso deve ser regulado nos níveis de segurança desejados, em torno de 220V ou 120V

Uma configuração simples do amplificador de erro opamp está incluída para isso, conforme mostrado no diagrama a seguir.

Circuito de correção de sobretensão

Como mostrado no diagrama acima, o estágio de correção de tensão usa um comparador simples de opamp para detecção da condição de sobretensão.

O circuito deve ser configurado apenas uma vez para desfrutar de uma tensão estabilizada permanente no nível definido, independentemente das flutuações de entrada ou sobrecarga, no entanto, estas não podem ser excedidas além de um limite tolerável especificado do projeto.

Como ilustrado, a alimentação do amplificador de erro é derivada da saída após a retificação CA adequada em um circuito limpo de baixa corrente estabilizada de 12V DC.

pin n. ° 2 é designado como a entrada do sensor para o IC, enquanto o pino n. O não inversor ° 3 é referenciado a um 4.7V fixo através de uma rede de diodos zener de fixação.

A entrada de detecção é extraída de um ponto não estabilizado no circuito e a saída do IC é conectada ao pino Ct do IC do controlador do lado direito.

Esse pino funciona como o pino de desligamento do IC e, assim que experimenta um nível baixo abaixo de 1/6 do seu Vcc, ele remove instantaneamente a energia de saída dos mosfets e interrompe o processo.

A predefinição associada ao pino nº 2 do opamp é ajustada adequadamente para que a saída CA da rede elétrica seja definida em 220V a partir da saída disponível de 450V ou 500V ou até 120V a partir de uma saída de 250V.

Desde que o pino nº 2 sofra uma tensão mais alta em relação ao pino nº 3, ele continua mantendo sua saída baixa, o que, por sua vez, ordena que o controlador IC seja desligado, no entanto, “off” corrige instantaneamente a entrada do opamp, forçando-o a remover seu sinal de saída baixo, e o ciclo continua a auto-corrigir a saída para níveis precisos, conforme determinado pela configuração padrão do pino # 2.

O circuito amplificador de erro continua a estabilizar essa saída e, como o circuito tem a vantagem de uma margem significativa de 100% entre a tensão da fonte de entrada e os valores de tensão regulada, mesmo em condições de tensão extremamente baixa, as saídas Eles conseguem fornecer a tensão estabilizada fixa à carga, independentemente da tensão, o mesmo se aplica no caso de uma carga incompatível ou uma sobrecarga estar conectada à saída.

Melhoria do design anterior:

Pesquisas cuidadosas mostram que o design acima pode ser bastante modificado e aprimorado para aumentar sua eficiência e qualidade de saída:

  1. O indutor não é realmente necessário e pode ser removido.
  2. A saída deve ser atualizada para um circuito de ponte completo para obter a energia ideal para a carga
  3. A saída deve ser uma onda senoidal pura e não modificada, conforme esperado no projeto anterior

Todos esses recursos foram considerados e tratados na seguinte versão aprimorada do circuito estabilizador de estado sólido:

Operação em circuito

  1. O IC1 funciona como um circuito oscilador multivibrador astável normal, cuja frequência pode ser ajustada alterando o valor de R1 adequadamente. Isso decide o número de “pilares” ou “corte” para a saída SPWM.
  2. A frequência do IC 1 em seu pino nº 3 é alimentada no pino nº 2 do IC2, que é conectado como um gerador PWM.
  3. Essa frequência é convertida em ondas triangulares no pino IC2 # 6, que é comparado por uma tensão de amostra no pino IC2 # 5.
  4. O pino 5 da IC2 é aplicado com uma onda senoidal de amostra a uma frequência de 100 Hz adquirida do retificador em ponte, depois de baixar adequadamente a fonte de alimentação para 12V.
  5. Essas amostras de onda senoidal são comparadas com as ondas triangulares do pino n. IC2 # 7, resultando em um SPWM proporcionalmente atenuado no pino n. IC2 # 3.
  6. Agora, a largura de pulso deste SPWM depende da amplitude das ondas senoidais da amostra da ponte retificadora. Em outras palavras, quando a tensão da rede CA é mais alta, produz SPWMs mais amplos e quando a tensão da rede CA é menor, reduz a largura do SPWM e a torna proporcionalmente mais estreita.
  7. O SPWM acima é invertido por um transistor BC547 e aplicado aos portões mosfet laterais baixos de uma rede de drivers de ponte completa.
  8. Isso implica que, quando o nível da rede CA cair, a resposta nos portões mosfet será na forma de SPWMs proporcionalmente mais amplos e, quando a tensão da rede CA aumentar, os portões experimentarão SPWM que se deteriora proporcionalmente.
  9. A aplicação acima resultará em um aumento proporcional de tensão na carga conectada entre a rede H-bridge quando a entrada da rede CA cair e, inversamente, a carga passará por uma queda proporcional de tensão se o AC tende a subir acima do nível de perigo.

Como configurar o circuito

Determine o ponto de transição central aproximado em que a resposta SPWM pode ser idêntica ao nível AC da rede.

Suponha que você selecione 220V e depois ajuste o valor padrão de 1K para que a carga conectada à ponte H receba aproximadamente 220V.

É isso aí, a instalação está concluída agora e o restante será tratado automaticamente.

Como alternativa, você pode corrigir a configuração acima no nível mais baixo do limite de tensão da mesma maneira.

Suponha que o limite mais baixo seja 170V, nesse caso, alimente 170V no circuito e ajuste o valor padrão de 1K até encontrar aproximadamente 210V na carga ou entre os braços da ponte H.

Essas etapas concluem o procedimento de configuração e o restante será ajustado automaticamente com base nas alterações no nível de CA de entrada.

Importante: Conecte um capacitor de alto valor na ordem de 500uF / 400V na linha AC retificada alimentada à rede H-bridge, para que o DC retificado possa alcançar até 310V DC através das linhas BUS da ponte H .



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

Status (Não Revisado)

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