Skifte strømforsyning

Switching Power Supply - elektronisk kredsløb, hvor indgangsspændingen korrigeres, filtreres, skæres i højfrekvente udbrud til transmission via en lille transformator. Blokken bliver styrbar, med fleksible justerbare parametre. Massen af ​​den tungeste del af kilden, transformeren, falder. I engelsk litteratur kaldes sådanne enheder Switching Mode Power Supply( SMPS).

Udseendet af vekselstrømforsyninger

Transformers størrelse bekymrede Tesla. Videnskabsmanden, der gentager oplevelsen af ​​erfaringerne, har fastslået: Høje frekvenser af strømmen er sikre for mennesker, fremkalde store tab i transformatorernes kerner. Resultatet af tvisten var vedtagelsen af ​​en frekvens på 60 Hz for opførelsen af ​​Niagara-vandkraftværket. Vi startede med Nikola Tesla, fordi dette er den første person, der indså, at du ikke modtager hurtige svingninger mekanisk. Derfor er det nødvendigt at anvende oscillatoriske kredsløb. Således viste Tesla-transformatoren( 22. september 1896), hvorved forskeren besluttede at sende budskaber og energi over en afstand.

Essensen af ​​opfindelsen er beskrevet i afsnittet om Tesla-spolen, vi giver kort information. Transformatoren består af to dele forbundet i serie. Den primære vikling af den første var forbundet med en kilde til vekslingsspænding med relativt lav frekvens. På grund af det lave transformationsforhold blev kondensatoren forbundet til sekundærviklingen opladet til et højt potentiale. Spændingen nåede tærsklen, afbryderen trængte ind i parallel med kondensatoren. Den oscillerende proces af udladningen gennem den primære vikling af den anden transformator ind i det eksterne kredsløb begyndte. Tesla modtog radiospændinger med en amplitude af millioner af volt.

Det første skridt i at skabe en pulserende strømforsyning, hvor spændingen af ​​relativt lav frekvens omdannes til pulser. Et lignende design blev oprettet i 1910 af Charles Kettering, der udrustede bilens tændingssystem. Pulsstrømforsyninger optrådte i 60'erne. Tanken om at minimere størrelsen af ​​transformatorer( efter Nikola Tesla) blev fremsat af General Electric i 1959 hos Joseph Murphy og Francis Starcher( US patent 3.040.271).Ideen fandt ikke straks et varmt svar( der var ingen passende elementbase), i 1970 lancerede Tektroniks en række oscilloskoper med en ny strømkilde.

To år senere bruges omformere i elektronik( Patent US3697854 A), hovedtemaet - de første hjemmemodeller vises! Patenter forbinder hinanden, det er umuligt at forstå, hvem der først foreslog at bruge ideen i pc'er. I Sovjetunionen begyndte udviklingen i 1970 på grund af udseendet i salget af højfrekvente high-power germanium transistor 2Т809А.Som angivet i litteraturen var Muscovite, kandidat for teknisk videnskab L. N. Sharov den første til at lykkes i 1972.Senere dukkede en 400 watt puls strømforsyning af A.I. Ginzburg, S.A. Eranosyan. EU-computere er udstyret med en nyhed i 1976 af et hold ledet af J. A. Mkrtchyan.

De første strømforsyninger, der er kendt for den indenlandske forbruger på digitale tv og videobåndoptagere, brød ofte ned. Moderne produkter mangler ulempen - de har arbejdet kontinuerligt i årevis. I begyndelsen af ​​90'erne gives følgende oplysninger:

1. Specifik effekt: 35 - 120 W pr. Kubisk decimeter.
2. Inverter Arbejdsfrekvens: 30 - 150 kHz.
3. effektivitet: 75 - 85%.
4. Fejltid: 50-200 tusind timer( 6250 arbejdsdage).

Fordelene ved

-vekselstrømforsyninger Lineære strømforsyninger er klare, effektiviteten er lav. Effektiviteten overstiger sjældent 30%.For pulserende strømforsyninger er de gennemsnitlige tal i området 70-80%, der er produkter, der er meget ude af drift. Til det bedre selvfølgelig. Følgende oplysninger gives: Effektiviteten af ​​en pulserende strømforsyning når 98%.Samtidig reduceres den krævede filtreringskapacitet for kondensatorer. Energien gemt over en periode falder dramatisk med stigende frekvens. Det afhænger direkte af kondensatorkapacitansen, kvadratisk på spændingsamplituden.

Ved at hæve til en frekvens på 20 kHz( sammenlignet med 50/60) reduceres elementernes lineære dimensioner med 4 gange. Blomster i forhold til forventningerne i radioen. Forklarer årsagen til at udstyre modtagere med små kondensatorer.

Skifte Strømforsyningsenhed

Indgangsspændingen korrigeres. Processen bærer en diodebro, sjældent en enkelt diode. Derefter skæres spændingen til pulser, hvor litteraturen glædeligt går videre til beskrivelsen af ​​transformeren. Læsere er sandsynligvis plaget af spørgsmålet - hvordan virker chopper( en enhed der genererer impulser) arbejde? På basis af mikrokredsløbet, som drives direkte af 230 volt netspænding. Mindre ofte er en stabilitron( parallel-type stabilisator) specielt installeret.

Mikrokredsløbet frembringer pulser( 20-200 kHz) med relativt lille amplitude, der styrer tyristoren eller anden halvlederstrømkontakt. Thyristoren skærer højspændingsimpulserne, ifølge et fleksibelt program, der genereres af oscillatorchipen. Da indgangen har en højspænding, er der brug for beskyttelse. Generatoren er bevogtet af en varistor, hvis modstand falder kraftigt, når tærsklen overskrides, lukker et skadeligt spring til jorden. Fra strømafbryderen kommer pulspakkerne til en lille højfrekvent transformator. Lineære dimensioner er forholdsvis lave. For en computer strømforsyning med en kapacitet på 500 W passer til børns palme.

Den resulterende spænding korrigeres igen. Schottky dioder anvendes, takket være lavspændingsfaldet af metal-halvleder overgangen. Den retificerede spænding filtreres, fodres til forbrugerne. På grund af tilstedeværelsen af ​​flere sekundære viklinger opnås simpelthen værdierne af forskellig polaritet og amplitude. Historien er ufuldstændig uden at nævne tilbagekoblingssløjfen. Output spændinger sammenlignes med en standard( for eksempel en zener diode), pulsen generator mode er indstillet: den transmitterede effekt( amplitude) afhænger af frekvensen, duty cycle. Produkter betragtes som relativt uhøjtidelige, kan fungere i en bred vifte af forsyningsspændinger.

Teknologien kaldes inverter, der anvendes af svejsere, mikrobølgeovne, induktionskoger, mobiltelefonadaptere, iPad. En computer strømforsyning fungerer på en lignende måde.

Switching Power Supply Circuit Design. Nature leverede 14 grundlæggende implementerings topologier til at skifte strømforsyninger. Med iboende fordele, unikke egenskaber. Nogle er egnede til at skabe strømforsyninger med lav effekt( under 200 W), andre viser de bedste kvaliteter, når de drives af 230 volt( 50/60 Hz).Og for at vælge den ønskede topologi, være i stand til at præsentere egenskaberne for hver. Historisk kaldes de tre første:

• Buck - buck, deer, dollar.
• Boost - acceleration.
• Polaritetsomformer - polaritetsomformer.

Tre topologier henviser til lineære regulatorer. Typen af ​​enheder anses for at være forgængeren af ​​puls strømforsyninger, ikke med fordel. Spændingen påføres gennem transformatoren, rettet, skæres i tænd / sluk-tasten. Regulatoren styres af feedbacken, hvis opgave er at generere et fejlsignal. Typen af ​​enheder var en omsætning på flere milliarder dollar i 60'erne, kun kunne sænke spændingen, og forbrugerens almindelige ledning blev tilsluttet til elnettet.

Buck

topologi Så der var "hjorte".Oprindelig beregnet til jævnspænding, blev indgangssignalet skåret i pulser, derefter blev pakkerne retet og filtreret for at opnå gennemsnitlig effekt. Feedback kontrolleret arbejdscyklus, frekvens( pulsbredde modulering).Tilsvarende gøres i dag af computerens strømforsyninger. Næsten øjeblikkeligt blev der opnået effektdensitetsværdier på 1-4 W pr. Kubikmeter( efterfølgende op til 50 W pr. Kubikmeter).Charmerende har det været muligt at få en lang række udgangsspændinger frigjort fra input.

Ulempen er tabet i det øjeblik, hvor transistoren skiftes, spændingsændringerens polaritet forbliver under nul indtil næste puls. Den angivne del af signalet, der omgår dioden, lukker til jorden uden at nå filteret. Eksistensen af ​​optimale koblingsfrekvenser, hvor omkostningerne minimeres, findes. Intervallet 25 - 50 kHz.

Boost Topologi

Topologien kaldes en ringgasset, put-forward-nøgle. Det er muligt at øge indgangsspændingen til den ønskede rating. Kredsløbet virker som følger:

1. Ved begyndelsestidspunktet er transistoren åben, chokeringen er lagret med spændingskildens energi gennem samleren, emitter pn-krydsninger, jord.
2. Så er nøglen låst, kondensator opladningsprocessen starter. Choksen giver energi.
3. På et tidspunkt arbejder feedbackforstærkeren, belastningen er aktiveret. Kondensatoren er ude af stand til at give energi i retning af afbryderen, forhindrer dioden. Afgiften tager nyttelasten.
4. Et spændingsfald vil få feedbackkredsløbet til at rejse igen, og chokeringen begynder at akkumulere energi.

Polaritetsomformer

topologi Den polære inverter topologi ligner den foregående ordning, choke er placeret bag nøglen. Fungerer som følger:

1. I begyndelsestidspunktet er nøglen åben, den positive halvbølgespænding fylder choke med energi. Endvidere er energien magtløs at passere - forhindrer dioden.
2. Transistoren lukker, en emf genereres i choke, kaldet en parasitisk. Det er rettet modsat til den indledende, diode passerer frit, oplader kondensatoren.
3. Tilbagekoblingskredsløbet virker, pulsen bredde modulatoren genåbner transistoren. Processen med udledning af kondensatoren til belastningen begynder, gashåndtaget er igen fyldt med energi.

Topologi I dette tilfælde overholder vi paralleliteten af ​​processerne for energilagring / -udgifter. Alle tre overvejede ordninger viser følgende ulemper:

1. Der er en DC-forbindelse mellem input og output. Med andre ord er der ingen galvanisk isolation.
2. Det er umuligt at få flere spændingsvurderinger fra et kredsløb.

Minusser elimineres med push-pull push-pull, sent( øverst).Begge bruger chopper med avanceret teknologi( fremad).I det første tilfælde anvendes et differentialpar transistorer. Det bliver muligt at bruge en nøgle til halvdelen af ​​perioden. Til styring er der brug for en speciel formningsskema, der skiftevis svinger disse svingninger, og varmefjernelsesforholdene forbedres. Klippespændingen er bipolær, den fodrer transformatorens primære vikling, sekundærspændingen er meget i overensstemmelse med forbrugernes krav.

I den forsinkede topologi erstattes en transistor med en diode. Kredsløbet drives ofte med strømforsyninger med lav effekt( op til 200 W) med en konstant udgangsspænding på 60-200 V.