Spínané napájacie zdroje — Všeobecné princípy, výhody a nevýhody

Dnes je už ťažké nájsť železný transformátor v akomkoľvek domácom spotrebiči alebo napájacom zdroji. V 90. rokoch začali rýchlo miznúť do minulosti a ustúpili spínacím meničom alebo spínaným zdrojom (skrátene SMPS).

Spínané zdroje prekonávajú transformátory veľkosťou, kvalitou výsledného jednosmerného napätia, majú široké možnosti regulácie výstupného napätia a prúdu a sú tradične vybavené ochranou proti preťaženiu výstupu. A hoci sa predpokladá, že spínané napájacie zdroje sú hlavnými poskytovateľmi rušenia v domácej sieti, ich široké používanie nemožno zvrátiť.

Napájanie transformátora:

Spínací prúd:

Spínané zdroje vďačia za svoju všadeprítomnosť polovodičovým spínačom – tranzistory s efektom poľa a Schottkyho dióda… Je to tranzistor s efektom poľa, spolupracujúci s tlmivkou alebo transformátorom, ktorý je srdcom každého moderného spínaného zdroja: v invertoroch, zváračkách, neprerušiteľných zdrojoch napájania, vstavaných zdrojoch pre TV, monitory atď. — v súčasnosti sa takmer všade používajú iba obvody na konverziu impulzov.

Všeobecný princíp činnosti impulzného meniča je založený na zákone elektromagnetickej indukcie a je v tomto podobný s každým transformátorom... Jediný rozdiel je v tom, že striedavé napätie so sieťovou frekvenciou 50 Hz sa privádza priamo na primárne vinutie bežného sieťového transformátora a priamo sa prevádza (potom, ak je to potrebné, usmerňuje) a v spínanom zdroji sieťové napätie sa najprv usmerní a prevedie na jednosmerný prúd a potom sa prevedie na impulz, ktorý sa má ďalej zvyšovať alebo znižovať pomocou špeciálneho vysokofrekvenčného (v porovnaní s 50 hertzovou sieťou) obvodu.

Spínaný napájací obvod obsahuje niekoľko hlavných komponentov: sieťový usmerňovač, spínač (alebo spínače), transformátor (alebo tlmivku), výstupný usmerňovač, riadiacu jednotku a stabilizačnú a ochrannú jednotku. Usmerňovač, spínač a transformátor (tlmivka) tvoria základ výkonovej časti obvodu SMPS, kým elektronické bloky (vrátane PWM regulátora) patria k budiču tzv.

Sieťové napätie je teda privádzané cez usmerňovač do kondenzátora sieťového filtra, kde sa týmto spôsobom získa konštantné napätie, ktorého maximum je od 305 do 340 voltov v závislosti od aktuálnej priemernej hodnoty sieťového napätia ( od 215 do 240 voltov).

Usmernené napätie sa privádza na primárne vinutie transformátora (tlmivky) vo forme impulzov, ktorých frekvencia opakovania je zvyčajne určená riadiacim obvodom kľúča a dĺžka trvania je určená priemerným prúdom napájanej záťaže. .

Spínač s frekvenciou niekoľko desiatok až niekoľko stoviek kilohertzov pripája a odpája primárne vinutie transformátora alebo tlmivky ku kondenzátoru filtra, čím obracia magnetizáciu jadra transformátora alebo tlmivky.

Rozdiel medzi transformátorom a tlmivkou: v tlmivke sú fázy ukladania energie zo zdroja do jadra a prenos energie z jadra cez vinutie do záťaže časovo oddelené, zatiaľ čo v transformátore sa to deje súčasne.

Tlmivka sa používa v meničoch bez galvanického oddelenia topológií: boost - boost, step - down, ako aj v meničoch s galvanickým oddelením reverznej topológie. Transformátor sa používa v meničoch s galvanickým oddelením týchto topológií: mostík-plný mostík, polomostík-polomostík, push-pull-push-pull, forward-forward.

Spínač môže byť jednoduchý (prepínač, dopredný konvertor, zosilňovací alebo dorazový konvertor bez galvanického oddelenia) alebo výkonová časť môže obsahovať niekoľko spínačov (polovičný mostík, mostík, tlačný).

Riadiaci obvod spínača(ov) prijíma z výstupu zdroja spätnoväzbový signál pre napätie alebo pre napätie a prúd záťaže, v súlade s hodnotou tohto signálu, šírku (pracovný cyklus) impulzu, ktorý ovláda trvanie vodivého stavu spínača sa nastavuje automaticky.

Výstup je usporiadaný nasledovne. Zo sekundárneho vinutia transformátora alebo tlmivky, alebo z jednoduchého vinutia tlmivky (ak hovoríme o meniči bez galvanického oddelenia), cez Schottkyho diódy plnovlnného usmerňovača sa do filtra privádza impulzné napätie. kondenzátor.

K dispozícii je tiež delič napätia, z ktorého sa prijíma signál spätnej väzby napätia a môže byť prítomný aj snímač prúdu. Záťaž je pripojená k filtračnému kondenzátoru cez dodatočný výstupný dolnopriepustný filter alebo priamo.