Alimentation à découpage

Alimentation à découpage

- circuit électronique dans lequel la tension d'entrée est redressée, filtrée, découpée en rafales haute fréquence pour la transmission par un transformateur de petite taille. Le bloc devient contrôlable, avec des paramètres réglables de manière flexible. La masse de la partie la plus lourde de la source, le transformateur, diminue. Dans la littérature anglaise, de tels dispositifs s'appellent Power Switch Mode Power Supply( SMPS).

L'apparition des alimentations à découpage

La taille des transformateurs inquiète Tesla. Le scientifique, répétant l'expérience de l'expérience, a établi que: les hautes fréquences sont sûres pour l'homme, provoquent des pertes importantes dans les noyaux des transformateurs. Le différend a eu pour résultat l’adoption d’une fréquence de 60 Hz pour la construction de la centrale hydroélectrique de Niagara. Nous avons commencé par Nikola Tesla, car c’est la première personne à comprendre que vous ne recevrez pas d’oscillations rapides de manière mécanique. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser des circuits oscillatoires. C'est ainsi que le transformateur de Tesla est apparu( 22 septembre 1896), avec lequel le scientifique a décidé de transmettre des messages et de l'énergie à distance.

L'essence de l'invention est décrite dans la section consacrée à la bobine de Tesla. Nous fournissons de brèves informations. Le transformateur est constitué de deux parties connectées en série. L'enroulement primaire du premier était connecté à une source de tension alternative de fréquence relativement basse. En raison du faible rapport de transformation, le condensateur connecté à l'enroulement secondaire était chargé à un potentiel élevé.La tension a atteint le seuil, le parafoudre a pénétré, connecté en parallèle au condensateur. Le processus oscillatoire de la décharge à travers l'enroulement primaire du deuxième transformateur dans le circuit externe a commencé.Tesla recevait des tensions radio de plusieurs millions de volts.

Première étape de la création d’une alimentation pulsée, dans laquelle la tension de fréquence relativement basse est convertie en impulsions. Une conception similaire a été créée en 1910 par Charles Kettering, équipant le système d'allumage des voitures. Les alimentations à impulsions sont apparues dans les années 60.L’idée de minimiser la taille des transformateurs( après Nikola Tesla) a été avancée par General Electric en 1959 en la personne de Joseph Murphy et Francis Starcher( brevet américain 3 040 271).L’idée n’a pas immédiatement suscité une réaction critique( il n’existait pas de base d’éléments appropriée): en 1970, Tektroniks a lancé une gamme d’oscilloscopes dotés d’une nouvelle source d’alimentation. Oscilloscope

Deux ans plus tard, les onduleurs sont utilisés en électronique( brevet US3697854 A), l’essentiel - les premiers modèles domestiques apparaissent! Les brevets étant liés les uns aux autres, il est impossible de comprendre qui a proposé d’abord d’utiliser cette idée sur des ordinateurs personnels. En URSS, le développement a commencé en 1970 en raison de l’apparition dans la vente du transistor germanium haute puissance haute fréquence 2809A.Comme le stipule la littérature, le candidat moscovite de sciences techniques, L. N. Sharov, fut le premier à réussir en 1972.Plus tard, une unité d'alimentation à impulsions de 400 watts par A.I. Ginzburg, S.A. Eranosyan est apparue. Les ordinateurs de l'UE sont équipés d'une nouveauté en 1976 par une équipe dirigée par J. A. Mkrtchyan.

Les premiers blocs d'alimentation à découpage, connus du consommateur national sur les téléviseurs numériques et les magnétoscopes, tombent souvent en panne: les produits modernes ne présentent pas l'inconvénient: ils fonctionnent sans interruption depuis des années. Le moment du début des années 90 fournit les informations suivantes:

1. Puissance spécifique: 35 - 120 W par décimètre cube.
2. Fréquence de travail de l'inverseur: 30 - 150 kHz. Efficacité
3. : 75 - 85%.
4. Temps de défaillance: 50 à 200 000 heures( 6250 jours ouvrables).

Les avantages des alimentations à découpage

Les alimentations linéaires sont volumineuses et l'efficacité est boiteuse. L'efficacité dépasse rarement 30%.Pour les alimentations pulsées, les valeurs moyennes sont comprises entre 70 et 80%, il existe des produits très en panne. Pour le mieux, bien sûr. L'information suivante est donnée: L'efficacité d'une alimentation pulsée atteint 98%.Dans le même temps, la capacité de filtrage requise des condensateurs est réduite. L'énergie emmagasinée sur une période diminue considérablement avec la fréquence. Cela dépend directement de la capacité du condensateur, quadratique de l'amplitude de la tension.

Le relèvement à une fréquence de 20 kHz( contre 50/60) réduit les dimensions linéaires des éléments de 4 fois. Fleurs en comparaison avec les attentes de la radio. Explique la raison pour laquelle les récepteurs sont équipés de petits condensateurs.

Dispositif d'alimentation à découpage

La tension d'entrée est redressée. Le processus comporte un pont de diodes, rarement une seule diode. Ensuite, la tension est coupée en impulsions, la littérature procède ici à la description du transformateur. Les lecteurs sont probablement en proie à la question suivante: comment fonctionne le découpeur( un appareil générant des impulsions)?Sur la base du microcircuit alimenté directement par la tension secteur 230 volts. Moins souvent, un stabilitron( stabilisateur de type parallèle) est spécialement installé.

Le microcircuit génère des impulsions( 20 à 200 kHz) d'amplitude relativement faible qui commandent le thyristor ou un autre commutateur de puissance à semi-conducteur. Le thyristor coupe les impulsions haute tension, selon un programme flexible généré par la puce de l’oscillateur. Puisque l'entrée a une tension élevée, une protection est nécessaire. Le générateur est protégé par une varistance dont la résistance chute brusquement lorsque le seuil est dépassé, fermant ainsi un saut dangereux au sol.À partir du commutateur d'alimentation, les paquets d'impulsions arrivent à un transformateur haute fréquence de petite taille. Les dimensions linéaires sont relativement faibles. Pour un ordinateur avec une capacité de 500 W, convient aux enfants.

La tension résultante est à nouveau redressée. Des diodes Schottky sont utilisées grâce à la faible chute de tension de la transition métal-semi-conducteur. La tension redressée est filtrée pour alimenter les consommateurs. Du fait de la présence de multiples enroulements secondaires, les valeurs de polarité et d'amplitude différentes sont obtenues très simplement. L'histoire est incomplète sans mentionner la boucle de rétroaction. Les tensions de sortie sont comparées à une norme( par exemple, une diode Zener), le mode du générateur d'impulsions est réglé: la puissance transmise( amplitude) dépend de la fréquence, du rapport cyclique. Les produits sont considérés comme relativement simples, peuvent fonctionner dans une large gamme de tensions d'alimentation.

Cette technologie s'appelle un onduleur, utilisé par les soudeurs, les fours à micro-ondes, les plaques à induction, les adaptateurs pour téléphones portables, l'iPad. Une alimentation informatique fonctionne de manière similaire.

Conception du circuit d'alimentation à commutation

: Nature a fourni 14 topologies de mise en œuvre de base pour la commutation d'alimentation. Avec des avantages inhérents, des caractéristiques uniques. Certaines conviennent à la création d’alimentations à faible puissance( inférieure à 200 W), d’autres présentent les meilleures qualités lorsqu’elles sont alimentées en 230 volts( 50/60 Hz).Et pour choisir la topologie désirée, soyez capable de présenter les propriétés de chacun. Historiquement, les trois premiers s'appellent:

• Buck - buck, cerf, dollar.
• Boost - accélération.
• Inverseur de polarité - inverseur de polarité.

Trois topologies font référence à des régulateurs linéaires. Le type de dispositif est considéré comme le prédécesseur des alimentations à impulsions, sans les avantages. La tension est appliquée via le transformateur, redressée, coupée dans la clé de contact. Le régulateur est géré par le retour d’information, qui a pour tâche de générer un signal d’erreur. Le type d'appareil était un chiffre d'affaires de plusieurs milliards de dollars dans les années 60, ne pouvait que réduire la tension, et le fil commun du consommateur était connecté au secteur.

Topologie Buck

Donc, il y avait des "cerfs".Initialement destiné à la tension continue, le signal d’entrée était découpé en impulsions, puis les paquets étaient redressés et filtrés pour obtenir une puissance moyenne. Le retour asservit le rapport cyclique, fréquence( modulation de largeur d'impulsion).La même chose est faite aujourd'hui avec des alimentations informatiques. Presque immédiatement, des valeurs de densité de puissance de 1 à 4 W par pouce cube( puis jusqu'à 50 W par pouce cube) ont été atteintes. Charmant, il est devenu possible d’obtenir une multitude de tensions de sortie libérées par l’entrée.

L'inconvénient est que la perte au moment de la commutation du transistor, la tension change de polarité, reste en dessous de zéro jusqu'à l'impulsion suivante. La partie indiquée du signal, en contournant la diode, se ferme à la masse sans atteindre le filtre. On trouve l'existence de fréquences de commutation optimales auxquelles les coûts sont minimisés. La plage de 25 - 50 kHz. Topologie de renforcement de schéma

La topologie est appelée un accélérateur à anneau, touche de mise en avant. Il est possible d'augmenter la tension d'entrée au calibre souhaité.Le circuit fonctionne comme suit:

1. Au moment initial, le transistor est ouvert, l'inductance est stockée avec l'énergie de la source de tension via le collecteur, l'émetteur pn-jonctions, la masse.
2. Ensuite, la clé est verrouillée, le processus de charge du condensateur commence. Le starter dégage de l'énergie.
3. À un moment donné, l'amplificateur de retour fonctionne, la charge est alimentée. Le condensateur est incapable de donner de l'énergie dans le sens du commutateur d'alimentation, empêche la diode. La charge prend la charge utile.
4. Une chute de tension provoque le déclenchement du circuit de retour et la self commence à accumuler de l'énergie. Topologie de l'inverseur de polarité

La topologie de l'inverseur polaire est similaire au schéma précédent, l'inductance étant située derrière la clé.Fonctionne comme suit:

1. Au moment initial, la clé est ouverte, la tension de demi-onde positive remplit l’étouffoir d’énergie. En outre, l'énergie est impuissante à passer - empêche la diode.
2. Le transistor est fermé, une force électromotrice est générée dans l'inductance, appelée parasite. Il est dirigé dans le sens opposé à celui initial, la diode passe librement, chargeant le condensateur.
3. Le circuit de retour fonctionne, le modulateur de largeur d'impulsion ouvre à nouveau le transistor. Le processus de décharge du condensateur vers la charge commence, le papillon des gaz est à nouveau rempli d’énergie. Schéma de l'inverseur de polarité

Dans ce cas, nous observons le parallélisme des processus de stockage / dépense d'énergie. Les trois schémas considérés présentent les inconvénients suivants:

1. Il existe un lien CC entre l'entrée et la sortie. En d'autres termes, il n'y a pas d'isolement galvanique.
2. Il est impossible d'obtenir plusieurs tensions nominales d'un circuit.

Les inconvénients sont éliminés par push-pull-push-pull, tard( en haut).Les deux utilisent chopper avec la technologie de pointe( avant).Dans le premier cas, une paire différentielle de transistors est utilisée. Il devient possible d'utiliser une clé pour la moitié de la période. Pour le contrôle, un schéma de mise en forme spécial est nécessaire, alternant alternativement ces oscillations, et les conditions d'évacuation de la chaleur sont améliorées. La tension de coupure est bipolaire, elle alimente l'enroulement primaire du transformateur, la tension secondaire est très conforme aux exigences des consommateurs.

Dans la topologie retardée, un transistor est remplacé par une diode. Le circuit fonctionne souvent avec des sources d'alimentation de faible puissance( jusqu'à 200 W) avec une tension de sortie constante comprise entre 60 et 200 V.