Schaltnetzteil - Eine elektronische Schaltung, bei der die Eingangsspannung gleichgerichtet und gefiltert wird und in hochfrequente Bursts zur Übertragung durch einen kleinen Transformator zerlegt wird. Der Block wird mit flexibel einstellbaren Parametern steuerbar. Die Masse des schwersten Teils der Quelle, des Transformators, nimmt ab. In der englischen Literatur werden solche Geräte als SMPS( Switching Mode Power Supply) bezeichnet.
-Gerät SMPS( Schaltnetzteil)
Wie Schaltnetzteile aussehen
Die Größe der Transformatoren beunruhigt Tesla. Der Wissenschaftler wiederholte die Erfahrung der Erfahrung und stellte fest: Hohe Stromfrequenzen sind für den Menschen sicher und verursachen große Verluste in den Kernen von Transformatoren. Das Ergebnis des Streits war die Annahme einer Frequenz von 60 Hz für den Bau des Wasserkraftwerks Niagara. Wir haben mit Nikola Tesla angefangen, denn dies ist die erste Person, die erkannt hat, dass Sie mechanisch keine schnellen Schwingungen erhalten werden. Daher müssen Schwingkreise verwendet werden. So erschien der Tesla-Transformator( 22. September 1896), mit dessen Hilfe sich der Wissenschaftler entschied, Nachrichten und Energie über eine Distanz zu übertragen.
Das Wesen der Erfindung wird im Abschnitt über die Tesla-Spule beschrieben. Wir geben kurze Informationen. Der Transformator besteht aus zwei Teilen, die in Reihe geschaltet sind. Die Primärwicklung der ersten war mit einer Wechselspannungsquelle relativ niedriger Frequenz verbunden. Aufgrund des niedrigen Umwandlungsverhältnisses wurde der an die Sekundärwicklung angeschlossene Kondensator auf ein hohes Potential aufgeladen. Die Spannung erreichte die Schwelle, in die der Ableiter eingedrungen war, parallel zum Kondensator. Der oszillatorische Prozess der Entladung durch die Primärwicklung des zweiten Transformators in den externen Stromkreis begann. Tesla empfing Funkspannungen mit einer Amplitude von Millionen Volt.
Der erste Schritt beim Erstellen einer gepulsten Stromversorgung, bei der die Spannung relativ niedriger Frequenz in Impulse umgewandelt wird. Ein ähnlicher Entwurf wurde 1910 von Charles Kettering entworfen, der das Zündsystem von Autos ausrüstete. Pulsstromversorgungen erschienen in den 60er Jahren. Die Idee, die Größe von Transformatoren( nach Nikola Tesla) zu minimieren, wurde 1959 von General Electric in der Person von Joseph Murphy und Francis Starcher( US-Patent 3,040,271) vorgeschlagen. Die Idee fand nicht sofort eine heiße Reaktion( es gab keine geeignete Elementbasis): 1970 brachte Tektroniks eine Oszilloskopserie mit einer neuen Stromquelle auf den Markt.
-Oszilloskop
Zwei Jahre später werden Wechselrichter in der Elektronik( Patent US3697854 A) eingesetzt. Hauptsache - die ersten einheimischen Modelle erscheinen! Patente verbinden sich miteinander, es ist unmöglich zu verstehen, wer zuerst die Idee in Personalcomputern verwenden wollte. In der UdSSR begann die Entwicklung 1970 aufgrund des Verkaufs des Hochfrequenz-Germanium-Transistors 2Т809А.Wie in der Literatur festgelegt, war der erste Moskowiter, der 1972 erfolgreich war, LN Sharov, ein Kandidat der technischen Wissenschaften. Später erschien eine 400-Watt-Impulsstromversorgungseinheit von A. I. Ginzburg, S. A. Eranosyan. EU-Computer werden 1976 von einem Team unter der Leitung von J. A. Mkrtchyan mit einer Neuheit ausgestattet.
Die ersten Schaltnetzteile, die den privaten Verbrauchern bei digitalen Fernsehgeräten und Videorekordern bekannt sind, brachen oft zusammen, moderne Produkte haben den Nachteil, dass sie seit Jahren kontinuierlich arbeiten. Zu Beginn der 90er Jahre gibt es folgende Informationen:
- Spezifische Leistung: 35 - 120 W pro Kubikdezimeter.
- Wechselrichter Arbeitsfrequenz: 30 - 150 kHz.
- -Wirkungsgrad: 75 - 85%.
- Ausfallzeit: 50–200 Tausend Stunden( 6250 Arbeitstage).
Die Vorteile von
-Schaltnetzteilen Lineare Netzteile sind sperrig, der Wirkungsgrad ist gering. Die Effizienz übersteigt selten 30%.Bei getakteten Stromversorgungen liegt der Durchschnitt im Bereich von 70–80%. Es gibt Produkte, die sehr fehlerhaft sind. Zum Besseren natürlich. Folgende Informationen werden gegeben: Der Wirkungsgrad einer gepulsten Stromversorgung beträgt 98%.Gleichzeitig wird die erforderliche Filterkapazität von Kondensatoren reduziert. Die über einen bestimmten Zeitraum gespeicherte Energie fällt mit zunehmender Häufigkeit dramatisch ab. Sie hängt direkt von der Kondensatorkapazität ab, quadratisch von der Spannungsamplitude.
Eine Erhöhung auf eine Frequenz von 20 kHz( verglichen mit 50/60) reduziert die linearen Abmessungen der Elemente um das Vierfache. Blumen im Vergleich zu den Erwartungen im Radio. Erläutert den Grund für die Ausstattung von Empfängern mit kleinen Kondensatoren.
Schaltnetzteil
Die Eingangsspannung wird gleichgerichtet. Der Prozess trägt eine Diodenbrücke, selten eine einzelne Diode. Dann wird die Spannung in Impulse zerlegt, hier geht die Literatur fröhlich zur Beschreibung des Transformators über. Leser werden wahrscheinlich von der Frage geplagt - wie funktioniert der Hubschrauber( ein Gerät, das Impulse erzeugt)?Auf der Basis der Mikroschaltung, die direkt von der 230 Volt-Netzspannung gespeist wird. Seltener wird ein Stabilitron( Parallel-Stabilisator) speziell installiert.
Der Mikrokreis erzeugt Impulse( 20–200 kHz) mit relativ kleiner Amplitude, die den Thyristor oder einen anderen Halbleiter-Leistungsschalter steuern. Der Thyristor unterbricht die Hochspannungsimpulse gemäß einem vom Oszillatorchip erzeugten flexiblen Programm. Da der Eingang eine hohe Spannung hat, ist ein Schutz erforderlich. Der Generator wird durch einen Varistor geschützt, dessen Widerstand bei Überschreiten der Schwelle stark abfällt und einen schädlichen Sprung auf den Boden schließt. Vom Netzschalter kommen die Impulspakete zu einem kleinen Hochfrequenztransformator. Lineare Abmessungen sind relativ gering. Für ein Computer-Netzteil mit einer Leistung von 500 W passt die Handfläche für Kinder.
Die resultierende Spannung wird wieder gleichgerichtet. Dank des geringen Spannungsabfalls des Metall-Halbleiter-Übergangs werden Schottky-Dioden verwendet. Die gleichgerichtete Spannung wird gefiltert und den Verbrauchern zugeführt. Aufgrund des Vorhandenseins vieler Sekundärwicklungen werden die Werte unterschiedlicher Polarität und Amplitude sehr einfach erhalten. Die Geschichte ist unvollständig, ohne die Rückkopplungsschleife zu erwähnen. Die Ausgangsspannungen werden mit einem Standard( z. B. einer Zener-Diode) verglichen, der Impulsgeneratormodus wird eingestellt: Die übertragene Leistung( Amplitude) hängt von der Frequenz und dem Tastverhältnis ab. Produkte gelten als relativ unprätentiös und können in einem weiten Bereich von Versorgungsspannungen funktionieren.
Geschlossenes Netzteil
Diese Technologie wird Inverter genannt und wird von Schweißern, Mikrowellenherden, Induktionsherden, Handyadaptern und iPad verwendet. Ein Computer-Netzteil funktioniert auf ähnliche Weise.
Schaltungsdesign für Schaltnetzteile: Nature stellte 14 grundlegende Implementierungstopologien für Schaltnetzteile zur Verfügung. Mit inhärenten Vorteilen, einzigartigen Eigenschaften. Einige eignen sich für die Erzeugung von Stromversorgungen mit niedriger Leistung( unter 200 W), andere zeigen die besten Eigenschaften, wenn sie mit 230 Volt( 50/60 Hz) betrieben werden. Um die gewünschte Topologie zu wählen, können Sie die Eigenschaften der jeweiligen Objekte darstellen. Historisch heißen die ersten drei:
- Buck - Buck, Hirsch, Dollar.
- Boost - Beschleunigung.
- Polaritätswechselrichter - Polaritätswechselrichter.
Drei Topologien beziehen sich auf Linearregler. Der Gerätetyp gilt als Vorläufer der Impulsstromversorgungen, nicht jedoch mit Vorteilen. Die Spannung wird durch den Transformator angelegt, gerichtet und in die Einschalttaste gedrückt. Der Regler wird vom Feedback gesteuert, dessen Aufgabe es ist, ein Fehlersignal zu erzeugen. Der Gerätetyp war ein Umsatz von mehreren Milliarden Dollar in den 60er Jahren, es konnte nur die Spannung gesenkt werden, und der normale Draht des Verbrauchers wurde an das Stromnetz angeschlossen.
Schema Buck-Topologie
Buck
-Topologie Es gab also "Hirsch".Ursprünglich für Gleichspannung gedacht, wurde das Eingangssignal in Impulse zerlegt, dann wurden die Packungen aufgerichtet und gefiltert, um eine durchschnittliche Leistung zu erhalten. Die Rückkopplung regelte den Arbeitszyklus, die Frequenz( Pulsweitenmodulation).Ähnliches gilt heute für Computer-Netzteile. Fast sofort wurden Leistungsdichtewerte von 1–4 W pro Kubikzoll( später bis zu 50 W pro Kubikzoll) erreicht. Bezaubernd ist es möglich geworden, eine Vielzahl von Ausgangsspannungen vom Eingang freizusetzen.
Der Nachteil ist der Verlust im Moment des Schaltens des Transistors, die Spannung ändert die Polarität und bleibt bis zum nächsten Impuls unter Null. Der angezeigte Teil des Signals, der die Diode überbrückt, schließt an Masse, ohne den Filter zu erreichen. Es wird festgestellt, dass optimale Schaltfrequenzen vorhanden sind, bei denen die Kosten minimiert werden. Der Bereich von 25 - 50 kHz.
-Topologie-VerstärkungsschemaEs ist möglich, die Eingangsspannung auf die gewünschte Leistung zu erhöhen. Die Schaltung arbeitet wie folgt:
- Zu Beginn ist der Transistor offen, die Drossel wird mit der Energie der Spannungsquelle durch die Kollektor-, Emitter-pn-Übergänge und Masse gespeichert.
- Wenn der Schlüssel gesperrt ist, beginnt der Ladevorgang des Kondensators. Der Choke gibt Energie ab.
- Irgendwann arbeitet der Rückkopplungsverstärker, die Last wird mit Strom versorgt. Der Kondensator kann keine Energie in Richtung des Leistungsschalters abgeben, verhindert die Diode. Die Gebühr übernimmt die Nutzlast.
- Bei einem Spannungsabfall löst der Rückkopplungskreis erneut aus und die Drossel beginnt, Energie zu akkumulieren.
Polarity Inverter
-Topologie Die Polar Inverter-Topologie ähnelt dem vorherigen Schema, die Drossel befindet sich hinter der Taste. Arbeitet wie folgt:
- Zu Beginn ist die Taste geöffnet, die positive Halbwellenspannung füllt die Drossel mit Energie. Weiter ist die Energie ohne Energie - passieren die Diode.
- Der Transistor ist geschlossen, in der Drossel wird eine EMK erzeugt, die als parasitäre bezeichnet wird. Sie ist entgegengesetzt zur ursprünglichen gerichtet, die Diode läuft frei und lädt den Kondensator.
- Die Rückkopplungsschaltung arbeitet, der Pulsweitenmodulator öffnet den Transistor wieder. Der Entladevorgang des Kondensators beginnt, die Drossel wird wieder mit Energie gefüllt.
Polarity Inverter Schema der
-Topologie In diesem Fall beobachten wir die Parallelität der Prozesse der Energiespeicherung / des Energieverbrauchs. Alle drei betrachteten Schemata weisen die folgenden Nachteile auf:
- Zwischen Eingang und Ausgang besteht eine Gleichstromverbindung. Mit anderen Worten gibt es keine galvanische Trennung.
- Es ist nicht möglich, mehrere Spannungswerte von einer Schaltung zu erhalten.
-Minus werden durch Push-Pull-Push-Pull spät( oben) eliminiert. Beide verwenden einen Chopper mit fortschrittlicher Technologie( vorwärts).Im ersten Fall wird ein differentielles Transistorpaar verwendet. Es wird möglich, einen Schlüssel für die Hälfte der Periode zu verwenden. Zur Steuerung wird ein spezielles Formgebungsschema benötigt, das diese Schwingungen abwechselnd schwingt, und die Wärmeabfuhrbedingungen werden verbessert. Die Abschaltspannung ist bipolar, sie speist die Primärwicklung des Transformators, die Sekundärspannung entspricht weitgehend den Anforderungen der Verbraucher.
In der verzögerten Topologie wird ein Transistor durch eine Diode ersetzt. Die Schaltung wird häufig mit Stromversorgungen( bis zu 200 W) mit einer konstanten Ausgangsspannung von 60–200 V betrieben.
