Sursele de alimentare cu comutație sunt utilizate pentru a converti tensiunea de intrare la valoarea necesară pentru componentele interne. Un alt nume comun pentru sursele de alimentare cu comutație este invertor.
Cuprins
Ce este o sursă de alimentare cu comutație?
Un invertor este o sursă de alimentare secundară care utilizează o conversie dublă a tensiunii de intrare de curent alternativ. Valorile de ieșire sunt ajustate prin modificarea duratei (lățimii) impulsurilor și, în unele cazuri, a frecvenței acestora. Acest tip de modulație se numește modulație de lățime a impulsurilor.
Principiul unei surse de alimentare cu comutație
Invertorul funcționează prin redresarea tensiunii primare și apoi prin convertirea acesteia într-un tren de impulsuri de înaltă frecvență. Acest lucru este în contrast cu un transformator convențional. Tensiunea de ieșire este utilizată pentru a genera un semnal de reacție negativă, care permite ajustarea parametrilor impulsului. Prin controlul lățimii impulsului, este ușor de realizat stabilizarea și reglarea parametrilor de ieșire, tensiune sau curent. Adică, poate fi un regulator de tensiune, precum și un regulator de curent.
Numărul și polaritatea valorilor de ieșire pot varia foarte mult, în funcție de modul în care funcționează sursa de alimentare cu comutație.
Varietate de surse de alimentare
Sunt utilizate mai multe tipuri de invertoare, care diferă prin circuitele lor:
- fără transformator;
- transformator.
Primele se disting prin faptul că secvența de impulsuri merge direct la redresorul de ieșire și la filtrul de netezire al dispozitivului. Un astfel de circuit are un număr minim de componente. Un invertor simplu include un circuit integrat specializat - oscilator de lățime a impulsurilor.
Principalul dezavantaj al dispozitivelor fără transformator este că acestea nu au o izolare galvanică față de rețeaua de alimentare și pot prezenta un pericol de șoc electric. De asemenea, acestea au, de obicei, o putere redusă și furnizează doar o valoare a tensiunii de ieșire.
Mai frecvente sunt dispozitivele de transformare în care o secvență de impulsuri de înaltă frecvență este aplicată la înfășurarea primară a transformatorului. Pot exista oricâte înfășurări secundare sunt necesare, permițând formarea mai multor tensiuni de ieșire. Fiecare înfășurare secundară este încărcată cu propriul redresor și filtru de netezire.
O sursă de alimentare puternică cu comutație a oricărui calculator este construită în conformitate cu un astfel de circuit, care are o fiabilitate și o siguranță ridicată. Pentru semnalul de reacție, se utilizează aici o tensiune de 5 sau 12 volți, deoarece aceste valori necesită o stabilizare cât mai fină.
Utilizarea transformatoarelor pentru conversia tensiunii de înaltă frecvență (zeci de kilohertzi în loc de 50 Hz) a făcut posibilă reducerea de multe ori a dimensiunilor și greutății acestora și utilizarea materialelor feromagnetice cu forță coercitivă ridicată ca material de bază (fir magnetic) în locul fierului electric.
Convertoarele DC-DC se bazează, de asemenea, pe modulația în lățime de impulsuri. Fără a utiliza circuite invertoare, conversia a fost foarte dificilă.
Circuit de alimentare cu curent continuu
Schema de circuit a celei mai comune configurații de invertor de impulsuri include:
- Un filtru de linie pentru suprimarea interferențelor;
- redresor;
- Un filtru de netezire;
- convertor de lățime a impulsurilor;
- tranzistori cheie;
- transformator de ieșire de înaltă frecvență;
- redresoare de ieșire;
- filtre de ieșire individuale și de grup.
Scopul filtrului de suprimare a interferențelor este de a capta interferențele din funcționarea unității în rețeaua de alimentare. Comutarea unor elemente semiconductoare puternice poate fi însoțită de generarea de impulsuri de scurtă durată într-un spectru larg de frecvență. Prin urmare, este necesar să se utilizeze elemente special concepute ca și condensatori de trecere pentru legăturile de filtrare.
Redresorul servește la conversia tensiunii de intrare de curent alternativ în tensiune de curent continuu, iar un filtru de netezire din aval elimină ondulația tensiunii redresate.
Atunci când se utilizează un convertor de curent continuu, redresorul și filtrul sunt inutile, iar semnalul de intrare, după ce trece printr-un circuit de filtrare a zgomotului, este alimentat direct la modulatorul de lățime a impulsurilor (PWM) sau, pe scurt, PWM.
PWM este cea mai complexă parte a unui circuit de alimentare cu comutație. Sarcina sa include:
- Generarea de impulsuri de înaltă frecvență;
- monitorizarea parametrilor de ieșire ai unității și corecția trenului de impulsuri în conformitate cu semnalul de reacție;
- Monitorizare și protecție împotriva suprasarcinilor.
Semnalul PWM este alimentat la pinii de control ai tranzistoarelor de mare putere legate în punte sau în semipontaj. Cablurile de alimentare sunt conectate la înfășurarea primară a transformatorului de ieșire de înaltă frecvență. Tranzistoarele bipolare tradiționale sunt înlocuite cu tranzistoare IGBT sau MOSFET, care au o cădere de tensiune de joncțiune foarte mică și performanțe de mare viteză. Performanța îmbunătățită a tranzistoarelor permite o reducere a puterii disipate pentru aceleași dimensiuni și design tehnic.
Transformatorul de impulsuri de ieșire utilizează același principiu de conversie ca și transformatorul clasic. Excepție face operațiunea de suprafrecvență. În consecință, transformatoarele de înaltă frecvență au dimensiuni mai mici pentru aceeași putere transmisă.
Tensiunea de la înfășurarea secundară a transformatorului de putere (pot fi mai multe) este alimentată la redresoarele de ieșire. Spre deosebire de redresorul de intrare, diodele redresoare ale circuitului secundar trebuie să aibă o frecvență de funcționare mai mare. Diodele Schottky funcționează cel mai bine în această secțiune a circuitului. Avantajele lor față de diodele convenționale sunt:
- frecvență de funcționare ridicată;
- capacitate mai mică a joncțiunii p-n;
- cădere de tensiune scăzută.
Scopul filtrului de ieșire într-o sursă de alimentare cu comutație este de a reduce la minimul necesar ondulația tensiunii de ieșire redresate. Deoarece frecvența de ondulație este mult mai mare decât cea a tensiunii de linie, nu este nevoie de o capacitate și o inductanță ridicată în bobine.
Domeniul de aplicare al sursei de alimentare cu comutație
În cele mai multe cazuri, în locul invertoarelor tradiționale cu transformator cu stabilizatori cu semiconductori se utilizează invertoare de tensiune cu impulsuri. Cu aceeași putere, invertoarele sunt mai mici și mai ușoare, mai fiabile și, cel mai important, mai eficiente și pot funcționa pe o gamă largă de tensiuni de intrare. Și pentru o dimensiune comparabilă, puterea maximă a invertorului este de câteva ori mai mare.
Într-un astfel de domeniu, cum ar fi conversia tensiunii de curent continuu, sursele de impulsuri nu au aproape nicio alternativă și sunt capabile să funcționeze nu numai prin reducerea tensiunii, ci și prin generarea unei tensiuni mai mari și prin aranjarea inversării polarității. Frecvența mare de conversie facilitează foarte mult filtrarea și stabilizarea parametrilor de ieșire.
Invertoarele mici bazate pe circuite integrate specializate sunt utilizate ca încărcătoare pentru tot felul de gadgeturi, iar fiabilitatea lor este atât de mare încât durata de viață a unității de încărcare poate depăși de câteva ori durata de viață a unui dispozitiv mobil.
Driverele de alimentare de 12 volți pentru pornirea surselor de lumină cu LED-uri se bazează, de asemenea, pe un circuit de comutare.
Cum se face o sursă de alimentare de comutare cu propriile mâini
Invertoarele, în special cele puternice, au circuite complexe și sunt accesibile doar radioamatorilor experimentați. Pentru autoasamblarea surselor de alimentare cu energie electrică pot fi recomandate circuite simple de putere redusă, cu utilizarea unor controlere PWM specializate. Aceste circuite integrate au un nivel redus de cablare și au un design de circuit bine stabilit care nu necesită practic nicio ajustare și reglare.
Atunci când lucrați la construcții artizanale sau reparați dispozitive industriale, nu uitați că o parte a circuitului se va afla întotdeauna sub potențialul de rețea, astfel încât trebuie respectate măsurile de siguranță.
Articole conexe:
