Sursa de comutare este utilizată pentru a converti tensiunea de intrare la valoarea cerută de elementele interne ale dispozitivului. Un alt nume pentru sursele de impulsuri, care a devenit larg răspândit, este invertoarele.
Conţinut
Ce este?
Invertorul este o sursă de alimentare secundară care utilizează dubla conversie a tensiunii de intrare AC. Valoarea parametrilor de ieșire este reglată prin modificarea duratei (lățimii) impulsurilor și, în unele cazuri, a frecvenței de repetare a acestora. Acest tip de modulație se numește modulație pe lățimea impulsurilor.
Principiul de funcționare a unei surse de alimentare comutatoare
Funcționarea invertorului se bazează pe rectificarea tensiunii primare și transformarea acesteia în continuare într-o secvență de impulsuri de înaltă frecvență. Prin aceasta se deosebește de un transformator convențional.Tensiunea de ieșire a blocului este utilizată pentru a forma un semnal de feedback negativ, care vă permite să reglați parametrii impulsurilor. Prin controlul lățimii impulsurilor, este ușor de organizat stabilizarea și reglarea parametrilor de ieșire, tensiune sau curent. Adică poate fi atât un stabilizator de tensiune, cât și un stabilizator de curent.
Numărul și polaritatea valorilor de ieșire pot fi foarte diferite în funcție de modul în care funcționează sursa de comutare.
Varietăți de surse de alimentare
Au fost utilizate mai multe tipuri de invertoare, care diferă prin schema lor de construcție:
- fără transformator;
- transformator.
Primele diferă prin faptul că secvența impulsurilor merge direct la redresorul de ieșire și filtrul de netezire al dispozitivului. O astfel de schemă are un minim de componente. Un invertor simplu include un circuit integrat specializat - un generator de lățime a impulsurilor.
Dintre dezavantajele dispozitivelor fără transformator, principalul este că nu au izolare galvanică de la rețea și pot prezenta un risc de electrocutare. De asemenea, de obicei au putere redusă și oferă doar 1 tensiune de ieșire.
Mai frecvente sunt dispozitivele transformatoare în care un tren de impulsuri de înaltă frecvență este alimentat la înfășurarea primară a transformatorului. Pot exista oricâte înfășurări secundare doriți, ceea ce vă permite să generați mai multe tensiuni de ieșire. Fiecare înfășurare secundară este încărcată cu propriul redresor și filtru de netezire.
O sursă de alimentare comutată puternică pentru orice computer este construită conform unei scheme care are fiabilitate și siguranță ridicate. Pentru semnalul de feedback, aici se utilizează o tensiune de 5 sau 12 volți, deoarece aceste valori necesită cea mai precisă stabilizare.
Utilizarea transformatoarelor pentru transformarea tensiunii de înaltă frecvență (zeci de kiloherți în loc de 50 Hz) a făcut posibilă reducerea dimensiunilor și greutății acestora de mai multe ori și utilizarea nu fierului electric, ci materialelor feromagnetice cu forță coercitivă mare ca material de bază ( circuit magnetic).
Convertoarele de curent continuu sunt, de asemenea, construite pe baza modulării lățimii impulsului. Fără utilizarea circuitelor invertoare, conversia a fost asociată cu mari dificultăți.
Schema PSU
Circuitul celei mai comune configurații a unui convertor de impulsuri include:
- filtru de suprimare a zgomotului din rețea;
- redresor;
- filtru de netezire;
- convertor de lățime a impulsurilor;
- tranzistoare cheie;
- transformator de ieșire de înaltă frecvență;
- redresoare de ieșire;
- ieșiți filtre individuale și de grup.
Scopul filtrului de suprimare a zgomotului este de a întârzia interferența de la funcționarea dispozitivului în rețea. Elementele semiconductoare de putere de comutare pot fi însoțite de crearea de impulsuri de scurtă durată într-o gamă largă de frecvențe. Prin urmare, aici este necesar să se utilizeze elemente special concepute în acest scop ca condensatoare de trecere a unităților de filtrare.
Redresorul este folosit pentru a converti tensiunea de intrare AC în DC, iar următorul filtru de netezire elimină ondulația tensiunii redresate.
În cazul în care se folosește un convertor DC/DC, redresorul și filtrul devin inutile, iar semnalul de intrare, după ce a trecut circuitele filtrului de zgomot, este alimentat direct la convertorul de lățime a impulsurilor (modulator), abreviat ca PWM.
PWM este cea mai complexă parte a circuitului de alimentare cu comutație. Sarcina sa include:
- generarea de impulsuri de înaltă frecvență;
- controlul parametrilor de ieșire ai blocului și corectarea secvenței impulsurilor în conformitate cu semnalul de feedback;
- control și protecție la suprasarcină.
Semnalul PWM este transmis la ieșirile de control ale tranzistoarelor cheie puternice conectate într-un circuit în punte sau semipunte. Puterea de ieșire a tranzistoarelor este încărcată pe înfășurarea primară a transformatorului de ieșire de înaltă frecvență. În locul tranzistoarelor bipolare tradiționale, se folosesc tranzistoare IGBT sau MOSFET, care se caracterizează prin cădere scăzută de tensiune pe joncțiuni și viteză mare. Parametrii îmbunătățiți ai tranzistorului ajută la reducerea disipării de putere cu aceleași dimensiuni și parametri tehnic de proiectare.
Transformatorul de impulsuri de ieșire folosește același principiu de conversie ca și cel clasic. O excepție este munca la o frecvență mai mare. Ca urmare, transformatoarele de înaltă frecvență cu aceeași putere transmisă au dimensiuni mai mici.
Tensiunea de la înfășurarea secundară a transformatorului de putere (pot fi mai multe) este furnizată redresoarelor de ieșire. Spre deosebire de redresorul de intrare, diodele redresoare ale circuitului secundar trebuie să aibă o frecvență de funcționare crescută.Diodele Schottky funcționează cel mai bine în această secțiune a circuitului. Avantajele lor față de cele convenționale:
- frecvență mare de operare;
- joncțiune p-n de capacitate redusă;
- cădere mică de tensiune.
Scopul filtrului de ieșire al sursei de alimentare cu comutație este de a reduce ondulația tensiunii de ieșire redresată la minimum necesar. Deoarece frecvența de ondulare este mult mai mare decât cea a tensiunii de rețea, nu este nevoie de valori mari de capacitate a condensatoarelor și a inductanței bobinelor.
Domeniul de aplicare al sursei de comutare
Convertoarele de tensiune de comutare sunt utilizate în majoritatea cazurilor în locul transformatoarelor tradiționale cu stabilizatori cu semiconductor. Cu aceeași putere, invertoarele au dimensiuni și greutate mai mici, fiabilitate ridicată și, cel mai important, eficiență mai mare și capacitatea de a funcționa într-un interval larg de tensiune de intrare. Și cu dimensiuni comparabile, puterea maximă a invertorului este de câteva ori mai mare.
Într-un astfel de domeniu precum conversia tensiunii directe, sursele de impulsuri nu au practic o alternativă de înlocuire și sunt capabile să lucreze nu numai pentru a reduce tensiunea, ci și pentru a genera una crescută, pentru a organiza o schimbare de polaritate. Frecvența mare de conversie facilitează foarte mult filtrarea și stabilizarea parametrilor de ieșire.
Invertoarele de dimensiuni mici bazate pe circuite integrate specializate sunt folosite ca încărcătoare pentru tot felul de gadgeturi, iar fiabilitatea lor este de așa natură încât durata de viață a unității de încărcare poate depăși de câteva ori durata de funcționare a unui dispozitiv mobil.
Driverele de alimentare de 12 volți pentru pornirea surselor de iluminat cu LED-uri sunt, de asemenea, construite conform unui circuit în impulsuri.
Cum să faci o sursă de alimentare comutată cu propriile mâini
Invertoarele, în special cele puternice, au circuite complexe și sunt disponibile pentru repetare numai de radioamatorii cu experiență. Pentru auto-asamblarea surselor de alimentare de rețea, vă putem recomanda circuite simple de putere redusă folosind cipuri de control PWM specializate. Astfel de circuite integrate au un număr mic de elemente de fixare și au circuite de comutare tipice dovedite, care practic nu necesită reglare și reglare.
Când lucrați cu structuri de casă sau reparați dispozitive industriale, trebuie amintit că o parte a circuitului va fi întotdeauna la potențialul rețelei, prin urmare, trebuie respectate măsurile de siguranță.
Articole similare:
