Surse de alimentare în comutație — Principii generale, avantaje și dezavantaje

Astăzi, este deja dificil să găsești un transformator de fier în orice aparat de uz casnic sau sursă de alimentare. În anii 1990, au început să dispară rapid în trecut, dând loc comutării convertoarelor sau comutării surselor de alimentare (abreviat ca SMPS).

Sursele de alimentare cu comutare depășesc transformatoarele în ceea ce privește dimensiunea, calitatea tensiunii continue rezultate, au opțiuni largi de reglare a tensiunii și a curentului de ieșire și sunt echipate în mod tradițional cu protecție la suprasarcină de ieșire. Și, deși se crede că sursele de alimentare cu comutare sunt principalii furnizori de interferență în rețeaua casnică, utilizarea lor pe scară largă nu poate fi inversată.

Alimentare transformator:

Curent de comutare:

Sursele de alimentare cu comutație își datorează omniprezenta comutatoarelor cu semiconductori— tranzistoare cu efect de câmp și Dioda Schottky… Este tranzistorul cu efect de câmp, care lucrează împreună cu o bobine sau un transformator, care este inima oricărei surse de alimentare cu comutație moderne: în invertoare, aparate de sudură, surse de alimentare neîntreruptibile, surse de alimentare încorporate pentru televizoare, monitoare etc. — în zilele noastre numai circuitele de conversie a impulsurilor sunt folosite aproape peste tot în tensiune.

Principiul general de funcționare al unui convertor de impulsuri se bazează pe legea inducției electromagnetice și este similar în aceasta cu fiecare transformator… Singura diferență este că o tensiune alternativă cu o frecvență de rețea de 50 Hz este aplicată direct la înfășurarea primară a unui transformator de rețea convențional și transformată direct (apoi, dacă este necesar, redresată), iar într-o sursă de alimentare cu comutație, tensiunea rețelei este mai întâi rectificat și convertit în DC și apoi convertit într-un impuls pentru a fi crescut sau micșorat în continuare folosind un circuit special de înaltă frecvență (comparativ cu rețeaua de 50 herți).

Un circuit de alimentare cu comutare include mai multe componente principale: un redresor de rețea, un întrerupător (sau întrerupătoare), un transformator (sau bobine), un redresor de ieșire, o unitate de control și o unitate de stabilizare și protecție. Redresorul, comutatorul și transformatorul (choke) formează baza părții de putere a circuitului SMPS, în timp ce blocurile electronice (inclusiv controlerul PWM) aparțin așa-numitului driver.

Deci, tensiunea de rețea este alimentată prin redresor la condensatorul filtrului de rețea, unde în acest fel se obține o tensiune constantă, a cărei maxim este de la 305 la 340 de volți, în funcție de valoarea medie curentă a tensiunii de rețea ( de la 215 la 240 volți).

Tensiunea redresată este aplicată înfășurării primare a transformatorului (choke) sub formă de impulsuri, a căror frecvență de repetiție este de obicei determinată de circuitul de control al cheii și a cărei durată este determinată de curentul mediu al sarcinii furnizate. .

Un comutator cu o frecvență de la câteva zeci până la câteva sute de kiloherți conectează și deconectează înfășurarea primară a transformatorului sau a bobinei la condensatorul filtrului, inversând astfel magnetizarea transformatorului sau a miezului de șoc.

Diferența dintre un transformator și un șoc: într-o șoke, fazele de stocare a energiei de la sursă la miez și de transfer a energiei de la miez prin înfășurare la sarcină sunt separate în timp, în timp ce într-un transformator acest lucru se întâmplă simultan.

Choke-ul este utilizat la convertoarele fără izolarea galvanică a topologiilor: boost - boost, step - down, precum și la convertoare cu izolare galvanică de topologie inversă. Transformatorul este utilizat la convertoare cu izolare galvanică a următoarelor topologii: punte-punte-plină, jumătate-punte-semi-punte, push-pull-push-pull, forward-forward.

Comutatorul poate fi unul singur (convertor buck-up, convertor direct, convertizor boost sau buck fără izolație galvanică) sau secțiunea de putere poate include mai multe întrerupătoare (semi-punte, punte, împingere).

Circuitul de control al comutatorului (comutatorilor) primește de la ieșirea sursei un semnal de feedback pentru tensiune sau pentru tensiunea și curentul sarcinii, în conformitate cu valoarea acestui semnal, lățimea (ciclul de lucru) a impulsului, care controlează durata stării conductive a comutatorului este reglată automat.

Ieșirea este aranjată după cum urmează. Din înfășurarea secundară a transformatorului sau inductorului sau din înfășurarea unică a inductorului (dacă vorbim despre un convertor fără izolație galvanică), prin diodele Schottky ale unui redresor cu undă completă, filtrului este furnizat o tensiune în impulsuri condensator.

Există, de asemenea, un divizor de tensiune de la care este primit semnalul de feedback de tensiune și poate fi prezent și un senzor de curent. Sarcina este conectată la condensatorul filtrului printr-un filtru trece-jos de ieșire suplimentar sau direct.