SEPIC dönüştürücüye dayalı AC geniş voltaj flaş sinyal lambasının tasarımı
Kim Yong Ho, Wang Haiyue
(Mühendislik Fakültesi, Yanbian Üniversitesi, Yanji 133002, Jilin)
Mevcut AC flaş ışıkları, enerji depolama kapasitörlerini kapasitör düşürme yöntemiyle şarj ederek ve flaş tüplerini boşaltarak çalışır.Bu yöntem basit bir yapıya ve kararlı çalışmaya sahiptir, ancak güç faktörü çok düşüktür ve yalnızca 210-230 V'ta çalışabilir. Çok küçük bir voltaj aralığında çalışır.110 V'de kullanıldığında, voltaj katlayıcı redresör tasarımına değiştirilir, bu nedenle kullanımı sakıncalıdır ve çeşitli ürün çeşitlerini yönetmek sakıncalıdır. Bu nedenle SEPIC dönüştürücüye dayalı bir tür flaş lambası tasarlanmıştır.Bu tür flaş lambası AC 40-260 V geniş bir voltaj aralığında kararlı bir şekilde çalışabilir. APFC modunda çalıştığı için yaklaşık 1 güç faktörüne sahiptir. Aynı zamanda, MK7A23 tek çipli mikro bilgisayar kontrol için kullanılır, bu nedenle genel devre basittir ve çalışma performansı kararlı ve güvenilirdir, bu da ürünün kullanım kapsamını büyük ölçüde artırır ve yönetim ve bakım maliyetlerini azaltır.
NCP1200AP40; SEPIC dönüştürücü; geniş voltaj; flaş ışığı; MK7A23 mikrodenetleyici
TP571.6
Belge tanımlama kodu: Bir
10.16157 / j.issn.0258-7998.2016.11.034
Çince alıntı biçimi: Jin Yonghao, Wang Haiyue SEPIC dönüştürücüye dayalı AC geniş voltajlı flaş sinyal lambasının tasarımı Elektronik Teknolojisi Uygulaması, 2016, 42 (11): 126-129.
İngilizce alıntı biçimi: Jin Yonggao, Wang Haiyue Strobe ışıkları, SEPIC dönüştürücü AC geniş voltaj çalışma aralığına dayanan tasarım formülü çalışması Elektronik Tekniği Uygulaması, 2016, 42 (11): 126-129.
0 Önsöz
Strobe ışık basit bir yapıya sahiptir, kısa sürede güçlü ışık yayabilir ve iyi bir uyarı etkisine sahiptir, bu nedenle özel araçlarda (mühendislik araçları, polis arabaları, itfaiye araçları vb.), Karayolu trafiğinde, havacılık talimatlarında, endüstriyel üretimde ve diğer durumlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Her türlü kazayı büyük ölçüde önleyin.
Geleneksel AC flaş lambası, enerji depolama kapasitörünü 300-350 V'a şarj eden ve ardından flaş tüpünü boşaltan bir kapasitör düşürme yöntemi kullanır.Bu yöntemin basit bir yapısı ve kararlı çalışması vardır, ancak güç faktörü çok düşüktür ve yalnızca 210 - 230 V gibi çok küçük bir voltaj aralığında çalışabilir. Voltaj stabilizasyon fonksiyonu olmadığı için giriş voltajı ile frekans değişir ve 110 V'ta kullanıldığında voltaj katlayıcı düzeltme metoduna geçilir ve düşürücü kondansatörün değiştirilmesi gerekir, bu nedenle kullanımı sakıncalıdır ve birçok ürün çeşidi ve uygunsuz yönetimi vardır.
Bu nedenle, SEPIC dönüştürücüye dayalı bir tür flaş ışığı tasarlanmıştır.Bu tür flaş ışığı, AC 40 260 V geniş bir voltaj aralığında kararlı bir şekilde çalışabilir. APFC modunda çalıştığı için, yaklaşık 1 güç faktörüne sahiptir. Aynı zamanda, MK7A23 tek çipli mikro bilgisayar kontrol için kullanılır, bu nedenle genel devre basittir, kararlı ve güvenilir bir şekilde çalışabilir ve AC 48 V, 110 V ve 220 V ürünlerinin yerini alabilir, bu da ürün kullanım kapsamını büyük ölçüde artırarak yönetim ve bakım maliyetlerini azaltır.
1 AC flaş ışığının çalışma prensibi ve sorunları
1.1 Flaş ışığının çalışma prensibi
Şekil 1, bir kapasitör düşürücü flaş lambasının basitleştirilmiş bir devresidir 220 V AC voltajı C1 ile azaltılır, akım sınırlandırılır ve daha sonra köprü doğrultma yoluyla darbeli DC'ye dönüştürülür ve enerji depolama kapasitör C2 şarj edilir. Yükün maksimum değeri AC'nin tepe değeridir. C2 enerji depolama kapasitörü belirli bir değere yüklendiğinde, tetikleme darbesi üreteci bir darbe üretir.Bu sırada, stroboskopik tüp tetiklenir ve HV ve LV uçları, anında C2'nin enerjisini serbest bırakan çok düşük empedans sunar, bu nedenle güçlü bir enerji yayar. Flaş.
Şekil 2, stroboskopik çalışma dalga formu diyagramıdır.Alternatif akımın N sinüs dalgası ile şarj edildikten sonra, C2'nin voltajı kademeli olarak artar (maksimum, alternatif akımın tepe değeridir) .Bu anda, serbest bırakma süresi kısa olduğundan ve stroboskopik tüp, Daha küçük empedans, dolayısıyla UO, serbest bırakıldıktan sonra 0 V değildir ve UL geriliminin bir kısmı kalır.
1.2 Flaş lambasının şarj devresinin özellikleri
Şekil 2, strobe sırasında HV ve LV'nin çok düşük empedanslara sahip olduğunu göstermektedir.Akım sınırlayıcı bir önlem yoksa, flaş tüpü uzun bir süre "yanar", bu da büyük bir akıma neden olur ve sonunda flaş tüpüne neden olur. Tükenmesi ayrıca güç kaynağı için tehlike oluşturacaktır. Bu nedenle, aşırı akımı önlemek için, şarj devresinin akım sınırlayıcı bir işlevi olmalıdır Şekil 1'de C1, akımı sınırlayıcı bir rol oynar.
300 V şarj voltajına sahip bir flaş lambası tasarlandıysa, giriş voltajı 212 V'nin altında olduğunda şarj devresinin bir yükseltme işlevi vardır ve giriş voltajı 212 V'un üzerinde olduğunda şarj devresi bir düşürme işlevine sahip olmalıdır. Bu nedenle yukarıdaki gereksinimleri karşılamak için SEPIC dönüştürücüler kullanılır.
SEPIC dönüştürücü, güçlendirme ve sıkıştırma kabiliyetine sahiptir ve giriş ve çıkış arasında DC'yi izole etmek için bir kapasitör vardır.Girişteki AC voltajı bir DC voltajına dönüştürülür, bu nedenle çıkışa iletilemez, böylece yukarıdaki gereksinimleri karşılar.
1.3 Kapasitör düşürme yöntemiyle ilgili sorunlar
Şekil 1'de gösterilen kapasitör düşürme yönteminde, devredeki giriş voltajının değişmesi C2'nin şarj gücü üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bu devrenin ortalama şarj gücü denklem (1) ile belirlenir.
Denklem (1) 'den, Şekil 3'te gösterilen ortalama şarj gücü simülasyon eğrisi elde edilmektedir.Şarj voltajının artması ile şarj gücünün kademeli olarak arttığı görülmektedir.Şarj giriş voltajı Ui'nin tepe değerinin 0,5 katına ulaştığında şarj gücü maksimumdur. 0'dır. Aynı zamanda giriş voltajı değiştiğinde şarj gücünün de büyük ölçüde değiştiği görülebilir. Bu nedenle, bu devre aşağıdaki dezavantajlara sahiptir:
(1) Yalnızca 210 ~ 230 V gibi çok küçük bir voltaj aralığında çalışabilir ve voltaj dengeleme işlevi yoktur ve giriş voltajı ile frekans ve parlaklık değişir;
(2) Güç faktörü çok düşük, yaklaşık 0,5;
(3) 210-230 V voltaj değişimine uyum sağlamak için, düşürme kapasitörünün daha büyük bir kapasite, genellikle 3,3 F / 400 V kullanması gerekir;
(4) Şarj gücü, güç kaynağı çalışma frekansı 50/60 Hz'den etkilenir.
2 SEPIC dönüştürücüye dayalı geniş voltaj flaş ışığı
2.1 SEPIC dönüştürücüye dayalı flaş ışığının özellikleri
Yukarıdaki sorunları çözmek için, AC 40-260 V geniş bir voltaj aralığında kararlı bir şekilde çalışabilen, şarj voltajını stabilize etme kabiliyetine sahip ve şarj gücü, güç kaynağının çalışma frekansından bağımsız olan SEPIC dönüştürücüye dayalı bir flaş lambası tasarlanmıştır. APFC modunda çalışır, bu nedenle yaklaşık 1 güç faktörüne sahiptir. Aynı zamanda, kontrol için mikro güç MCU MK7A23'ü kullanır, böylece genel devre basit ve kararlıdır ve AC 48 V, 110 V, 220 V ve diğer ürünlerin yerini alabilir.
2.2 SEPIC dönüştürücüye dayalı flaş ışığı genel devresi
Genel devre Şekil 4'te gösterilmektedir. Esas olarak NCP1200 ve MK7A23 tek çipli algılama ve kontrol parçasından oluşan SEPIC dönüştürücü parçasını içerir. SEPIC dönüştürücü çalışırken, C3 yüklenir, R1 ve R3 voltaj bölücü dirençlerdir.C3 voltajı bölündükten sonra, voltaj PB1 aracılığıyla mikrodenetleyiciye verilir. C3 voltajı, mikro denetleyici PB1'in eşiğine ulaştığında, PB0 düşük seviyeye gelir. Bu durumda, NCP1200'ün CS eşiği 0'dır ve C3 artık darbe çıkışı olmadan şarj edilmez. C2'nin varlığı nedeniyle, çıkış terminali UO, C1 terminalinden DC yalıtılmıştır, bu nedenle strobe sırasında aşırı akım olgusu oluşmaz.
S2, 4 tür strobe modu sağlayabilen 2 konumlu bir DIP mod anahtarıdır, böylece S2'yi ayarlayarak farklı modlar seçebilirsiniz. MK7A23 tek çipli mikrobilgisayar güçlü parazit önleme özelliğine sahiptir, RC osilatörü, WDT ve sıfırlama devresi, ADC ve PWM jeneratörü içerir, MK7A23P, 15 bit A / D ile RISC yüksek performanslı 8 bit mikro denetleyicidir, 2 içerir × 16 bit OTP formatlı ROM program belleği, 128 × 8 bit RAM, 5 zamanlayıcı ve sayıcı, çoklu I / O portları, 4 karşılaştırıcı ve 2 PWM çıkışı. Bir talimat döngüsü 2 sistem saatinden oluşur, bu nedenle çok hızlı çalışır. 4 sıfırlama modu, çift saat modu, dahili RC osilatörü, 8 pinli ve 14 pinli paketlere sahip WTD ve giriş / çıkış bağlantı noktaları vardır Durumda, kaldırma direnci moduna ayarlanabilir. MK7A23 tek yongalı mikrobilgisayarın çalışma akımı çok küçük olduğundan (0,5 mA'dan az), çalışma voltajı doğrudan yaklaşık 300 V'luk yüksek voltajın R4'e düşürülmesiyle sağlanır.
2.3 SEPIC dönüştürücüye dayalı şarj devresi tasarımı
NCP1200, çipin çalışma voltajı VCC'sini harici çalışma voltajı olmadan HV ucundan elde etme yeteneğine sahiptir ve harici ayarlar olmaksızın 40 kHz, 60 kHz ve 100 kHz çalışma frekansları sağlayabilir.
Şekil 4'teki indüktörün tepe akımı, NCP1200'ün FB ucunun giriş dalga biçimini izler Bir sinüs dalgası girilirse, güç girişi ucundaki akım yaklaşık olarak bir sinüs dalgasıdır. Bu nedenle, tek çipli mikrobilgisayar, FB terminaline sağlanan bir direnç ve bir kapasitör ile filtrelendikten sonra bir sinüs dalgası elde etmek için Şekil 5'te gösterilen PWM dalga biçimini çıkarır.
Şekil 4'te, Q1 açıldığında, L1 ve L2 indüktörlerinin akımları, R2 üzerinden bir voltaj düşüşü UR oluşturur UR, CS eşiğini (maksimum 1 V) aştığında, Q1 kapanır ve L1'de depolanan enerji C2 ve C3'e bırakılır. L2'de depolanan enerji C3'e salınır. C3'ün voltajı her şarjla kademeli olarak artar ve N kez tekrarlanan şarjdan sonra nihayet nominal voltaj değerine ulaşır.
2.4 Akım örnekleme direnci R2'nin ayarlanması
Genel olarak, flaş lambası, her flaştan sonra C3 = 100 F / 100 V kapasitörün belirtilen TS süresi içinde (genellikle yaklaşık 0,7 ~ 1,5 sn) nominal değere şarj edilmesini gerektirir. C3 kapasitöründe depolanan enerji formül (2) ile belirlenir.
3 Deneysel sonuçlar ve analiz
Şekil 6 - Şekil 8, AC giriş voltajı 48 V, 100 V ve 260 V olduğunda şarj voltajı UO ile çalışma akımı arasındaki dalga biçimleridir. Şekil 9 - Şekil 11, AC voltajı girildiğinde akım dalga biçimleridir.
Şekil 6'dan Şekil 8'e kadar, güç değişmeden kaldığında, AC voltajının sürekli artmasıyla, akımın kademeli olarak azaldığı ve şarj voltajının her zaman yaklaşık 300 V'ta sabit kaldığı görülebilir. Şekil 9'dan Şekil 11'e 40 V ile 260 V aralığında AC gerilim değiştiğinde akımın giriş gerilimiyle aynı fazda olduğu ve iletim açısının geniş olduğu Şekil 9'dan Şekil 11'e görülebilmektedir.Şarj geriliminin 0,7 sn içinde nominal değere ulaştığı ve güç faktörünün 0,985 olduğu görülmektedir.
4. Sonuç
SEPIC dönüştürücü tarafından tasarlanan yüksek parlaklığa sahip flaşlı özel sinyal lambası, basit bir devre yapısına sahiptir ve şarj gücü, güç kaynağının çalışma frekansı ve giriş voltajından etkilenmez, bu nedenle 40 V ila 260 V geniş bir AC voltaj aralığında kararlı bir şekilde çalışabilir. Tek çipli NCP1200, devrenin yükseltme, düşürme ve APFC düzeltmesini aynı anda tamamlamak için kullanılır, bu nedenle güç faktörü yaklaşık 1'dir. Algılama ve kontrol bölümü, ürünün kullanım kapsamını büyük ölçüde artıran ve yönetim ve bakım maliyetlerini azaltan güçlü parazit önleme özelliğine ve düşük güç tüketimine sahip MK7A23 tek çipli mikro bilgisayarı kullanır.
Referanslar
Jin Yonghao, Huang Xin HV9910 geniş voltajına dayalı uyarlanabilir sıcaklık ve yüksek parlaklıkta flaş ışığı Elektronik Teknolojisi, 2013 (12): 82-85.
Yu Chenglin, Yi Maoxiang, Tao Jin, vd.Düşük termal güç tüketimine sahip kapasitif bir düşürme DC güç kaynağı Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2013 (11): 67-69.
Zeng Guohong, Wang Bingqing. Sepic dönüştürücüye dayalı Bileşen MPPT teknolojisi. Güç Sistemi Teknolojisi, 2014, 38 (10): 2784-2788.
Cai Fenghuang, Wang Wu, Chen Haolong.Gerilim katlayıcı Boost-APFC dönüştürücü için geliştirilmiş tek çevrim kontrolü.Elektrik Güç Otomasyon Ekipmanları, 2015 (10): 121-126.
CAPUA G D, FEMIA N. Birleştirilmiş indüktörler SEPIC tasarım sorunlarının kritik bir incelemesi Endüstriyel Elektronik üzerine IEEE İşlemleri, 2014, 61 (6): 2724-2734.
POORALI B, ADIB E.Tek aşamalı tek anahtarlı güç faktörü düzeltme LED Sürücüsü olarak entegre SEPIC-Flyback dönüştürücünün analizi Endüstriyel Elektronik üzerine IEEE İşlemleri, 2016: 1-1.
Jin Yonghao, Wang Longteng Uyarlanabilir enerji depolama moduna dayalı yüksek verimli elektronik çit tasarımı Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2013 (11): 56-59.
AET üyeleri için yıl sonu avantajları!
