Spínání napájení

Spínaný zdroj napájení

- elektronický obvod, kde je vstupní napětí odstraněno, filtrováno, rozříznuto do vysokofrekvenčních impulzů pro přenos přes malý transformátor. Blok se stává ovladatelný, s flexibilně nastavitelnými parametry. Hmotnost nejtěžší části zdroje, transformátoru, klesá.V anglické literatuře se tato zařízení nazývají napájecí zdroj přepínacího režimu( SMPS).

Vzhled spínaných napájecích zdrojů

Velikost transformátorů se obávala Tesla. Vědec, který opakuje zkušenost zkušeností, zjistil, že vysoké frekvence proudu jsou pro lidi bezpečné, způsobují velké ztráty v jádrech transformátorů.Výsledkem sporu byla přijetí frekvence 60 Hz pro výstavbu vodní elektrárny Niagara. Začali jsme s Nikola Teslou, protože je to první osoba, která si uvědomila, že nebudete mít mechanické rychlé oscilace. Proto je nutné použít oscilační obvody. Tak se objevil transformátor Tesla( 22. září 1896), pomocí něhož se vědce rozhodl vysílat zprávy a energii z dálky.

Podstata vynálezu je popsána v části o Tesla cívce, poskytujeme stručné informace. Transformátor se skládá ze dvou částí zapojených do série. Primární vinutí prvního vinutí bylo připojeno ke zdroji střídavého napětí relativně nízké frekvence. Díky nízkému poměru transformace byl kondenzátor připojený ke sekundárnímu vinutí nabitý na vysoký potenciál. Napětí dosáhlo prahu, průchodka byla propojena paralelně s kondenzátorem. Vyskytl se oscilační proces vypouštění primárním vinutím druhého transformátoru do vnějšího obvodu. Tesla přijímala rádiová napětí s amplitudou miliónů voltů.

První krok při vytváření pulzního napájecího zdroje, kde je napětí relativně nízké frekvence přeměněno na impulsy. Podobný design byl vytvořen v roce 1910 Charlesem Ketteringem, vybavením zapalovacího systému automobilů.Napájecí zdroje se objevily v 60. letech. Myšlenka minimalizace velikosti transformátorů( po Nikola Tesla) byla předložena General Electric v roce 1959 osobou Joseph Murphy a Francis Starcher( US patent 3,040,271).Myšlenka okamžitě nenalezla horkou reakci( neexistovala vhodná základna), v roce 1970 Tektronikové spustili řadu osciloskopů s novým zdrojem energie. Osciloskop

O dva roky později se měniče používají v elektronice( patent US 3697854 A), hlavní věc - první domácí modely se objevují!Patenty se vzájemně propojují, není možné pochopit, kdo nejdříve navrhl myšlenku v osobních počítačích. V SSSR vývoj začal v roce 1970, kvůli vzhledu v prodeji vysokofrekvenčního vysoce výkonného germaniového tranzistoru 2T809A.Jak bylo uvedeno v literatuře, prvním moscovcem, který uspěl v roce 1972, byl LN Sharov, kandidát na technické vědy. Později se objevil 400-watt pulzní zdroj napájení A.I. Ginzburg, S.A. Eranosyan. Počítače EU jsou vybaveny novinkou v roce 1976 týmem vedeným J. A. Mkrtchyanem.

První napájecí zdroje, známé domácímu spotřebiteli na digitálních televizorech a videorekordérech, se často rozpadly, moderní výrobky mají nevýhodu - pracují nepřetržitě po celá léta. Okamžik počátku devadesátých let poskytuje následující informace:

1. Specifický výkon: 35 - 120 W na kubický decimetr.
2. Pracovní frekvence měniče: 30 - 150 kHz.Účinnost
3. : 75 - 85%.
4. Doba selhání: 50 - 200 tisíc hodin( 6250 pracovních dnů).

Výhody spínacích zdrojů napájení

Lineární napájecí zdroje jsou objemné, účinnost je chromá.Účinnost zřídka přesahuje 30%.U pulzních napájecích zdrojů jsou průměry v rozmezí 70-80%, existují produkty, které jsou mimořádně nevhodné.K lepším, samozřejmě.Jsou uvedeny následující informace: Účinnost pulzního napájení dosahuje 98%.Současně je snížena požadovaná filtrační kapacita kondenzátorů.Energie uložená po určitou dobu dramaticky klesá s rostoucí frekvencí.Závisí to přímo na kapacitní kapacitě, kvadraticky na amplitudě napětí.

Zvýšení na frekvenci 20 kHz( ve srovnání s 50/60) snižuje lineární rozměry prvků o 4 krát. Květiny ve srovnání s očekáváními v rádiu. Vysvětluje důvod pro vybavení přijímačů malými kondenzátory.

Spínací napájecí zařízení

Vstupní napětí je napraveno. Proces nese diodový můstek, zřídka jen jednu diodu. Pak se napětí rozřezává na impulsy, zde literatura vesele vystupuje k popisu transformátoru.Čtenáři pravděpodobně sužují otázka - jak funguje helikoptéra( zařízení pro tvarování pulsů).Na základě mikroobvodu, který je napájen přímo síťovým napětím 230 voltů.Méně často je stabilizér( paralelní stabilizátor) speciálně instalován.

Mikroobvod generuje impulsy( 20-200 kHz) relativně malé amplitudy, které řídí tyristor nebo jiný polovodičový spínač.Tyristor přerušuje vysokonapěťové impulsy podle flexibilního programu generovaného čipem oscilátoru. Vzhledem k tomu, že vstup má vysoké napětí, je potřeba ochrana. Generátor je chráněn varistorem, jehož odolnost prudce klesá při překročení prahové hodnoty a uzavírá škodlivý skok na zem. Z napájecího zdroje přicházejí impulzní pakety na malý vysokofrekvenční transformátor. Lineární rozměry jsou poměrně nízké.Pro napájení počítače o kapacitě 500 W se hodí dětská dlaň.

Výsledné napětí je opět odstraněno. Schottky diody se používají díky nízkému poklesu napětí kovově polovodičového přechodu. Rektifikované napětí je filtrováno a napájeno spotřebiteli. Vzhledem k přítomnosti několika sekundárních vinutí jsou hodnoty různé polarity a amplitudy velmi jednoduché.Příběh je neúplný, aniž bychom zmínili zpětnou vazbu. Výstupní napětí je porovnávána se standardním( například zenerovou diodou), režim generátoru impulsů je nastaven: přenášený výkon( amplituda) závisí na frekvenci, na pracovním cyklu. Výrobky jsou považovány za relativně nenáročné, mohou fungovat v širokém rozsahu napájecích napětí.

Technologie se nazývá střídač, používaný svářeči, mikrovlnnými troubami, indukčními varnými deskami, adaptéry pro mobilní telefony, iPad. Napájení počítače funguje podobným způsobem.

Návrh obvodu spínaného napájecího zdroje

Příroda poskytla 14 základních implementačních topologií pro spínání napájecích zdrojů.Díky inherentním výhodám, jedinečným vlastnostem. Některé jsou vhodné pro vytváření napájecích zdrojů s nízkým výkonem( méně než 200 W), jiné vykazují nejlepší vlastnosti při napájení 230 V( 50/60 Hz).A zvolit si požadovanou topologii, abyste mohli prezentovat vlastnosti každého z nich. Historicky první tři se nazývají:

• Buck - buck, jelen, dolar.
• Boost - zrychlení.
• Invertor polarity - polarizační měnič.

Tři topologie se týkají lineárních regulátorů.Typ zařízení je považován za předchůdce pulzních napájecích zdrojů, bez výhod. Napětí je přivedeno přes transformátor, narovnáno, vyříznuto na vypínač.Regulátor je řízen zpětnou vazbou, jehož úkolem je generovat chybový signál. Typ zařízení byl v 60. letech obrat několika miliard dolarů, mohl jen snížit napětí a společný kabel spotřebiče byl připojen k síti.

Buck

topologie Takže tam byl "jelen".Původně určen pro stejnosměrné napětí, vstupní signál byl rozdělen na impulsy, pak byly balení narovnány a filtrovány, aby se dosáhlo průměrného výkonu. Zpětná vazba řídila pracovní cyklus, frekvenci( modulace šířky impulzů).Podobná situace se dnes dělá i pomocí napájecích zdrojů počítače. Téměř okamžitě byly dosaženy hodnoty hustoty výkonu 1 až 4 W na kubický palec( následně až 50 W na kubický palec).Okouzlujícím způsobem bylo možné získat z výstupu množství výstupních napětí.

Nevýhodou je ztráta v okamžiku spínání tranzistoru, polarita změn napětí zůstává pod nulou až do dalšího impulsu. Uvedená část signálu, která obchází diodu, se uzavře na zem bez dosažení filtru. Existuje optimální spínací frekvence, při níž jsou náklady minimalizovány. Rozsah 25 - 50 kHz.

topologie

Topologie se nazývá kruhový škrticí klapka, klíč předřazený.Je možné zvýšit vstupní napětí na požadovanou hodnotu. Obvod funguje takto:

1. V počátečním okamžiku je tranzistor otevřený, tlumivka je uložena s energií zdroje napětí přes kolektor, emitor pn-křižovatky, zem.
2. Poté je klíč uzamčen, proces nabíjení kondenzátoru se spustí.Tlumivka vydává energii.
3. V určitém okamžiku funguje zpětnovazebný zesilovač, zátěž je napájena. Kondenzátor není schopen dodat energii ve směru vypínače, zabraňuje diodě.Nabíjení přebírá užitečné zatížení.
4. Pokles napětí způsobí opětovné vypnutí zpětnovazebního obvodu a tlumivka začne akumulovat energii.

Polarizace Invertor

Topologie polárního invertoru je podobná předchozí schéma, tlumivka se nachází za klíčem. Pracuje následovně:

1. V počátečním okamžiku je klíč otevřený, kladné poloviční napětí napájí tlumivku energií.Dále je energie bezproblémová - předchází diodě.
2. Transistor se zavře, emf je generován v sytiči, nazývaný parazitární.Je směrován opačně k počáteční, dioda volně prochází, dobíjí kondenzátor.
3. Obvod zpětné vazby pracuje, modulátor šířky impulzů opět otevírá tranzistor. Probíhá proces vypouštění kondenzátoru na zátěž, plyn je opět naplněn energií.

V tomto případě pozorujeme paralelní procesy ukládání / výdajů energie. Všechny tři zvažované schémata ukazují následující nevýhody:

1. Mezi vstupním a výstupním signálem je DC.Jinými slovy, neexistuje galvanická izolace.
2. Nelze získat několik napěťových jmenovitých hodnot z jednoho obvodu.

Mínusy jsou eliminovány push-pull push-pull, pozdní( horní).Oba používají vrtačku s technologií předstihu( dopředu).V prvním případě se používá diferenciální pár tranzistorů.Pro polovinu období je možné použít jedno tlačítko. K ovládání je zapotřebí speciální tvarovací schéma, střídavě se otáčejí tyto výkyvy, zlepšují se podmínky pro odvod tepla. Napětí řezu je bipolární, napájí primární vinutí transformátoru, sekundární napětí je velmi v souladu s požadavky spotřebitelů.

V opožděné topologii je jeden tranzistor nahrazen diodou. Obvod je často provozován s nízkonapěťovými napájecími zdroji( do 200 W) s konstantním výstupním napětím 60-200 V.