Przełączanie zasilania

Zasilacz impulsowy - obwód elektroniczny, w którym napięcie wejściowe jest prostowane, filtrowane, dzielone na impulsy o wysokiej częstotliwości w celu transmisji przez niewielki transformator. Blok staje się sterowalny, z elastycznie regulowanymi parametrami. Masa najcięższej części źródła, transformatora, maleje. W literaturze angielskiej takie urządzenia nazywane są zasilaczem impulsowym( SMPS).

Wygląd zasilaczy impulsowych

Wielkość transformatorów martwiła Teslę.Naukowiec, powtarzając doświadczenie doświadczenia, ustalił: wysokie częstotliwości prądu są bezpieczne dla ludzi, powodują duże straty w rdzeniach transformatorów. Rezultatem sporu było przyjęcie częstotliwości 60 Hz na budowę elektrowni wodnej Niagara. Zaczęliśmy od Nikoli Tesli, ponieważ to pierwsza osoba, która zdała sobie sprawę, że mechanicznie nie otrzymasz szybkich oscylacji. Dlatego konieczne jest stosowanie obwodów oscylacyjnych. Tak oto pojawił się transformator Tesli( 22 września 1896 r.), Za pomocą którego naukowiec postanowił przesłać wiadomości i energię na odległość.

Istota wynalazku została opisana w rozdziale dotyczącym cewki Tesli, podajemy krótką informację.Transformator składa się z dwóch części połączonych szeregowo. Pierwotne uzwojenie pierwszego było połączone ze źródłem napięcia przemiennego o stosunkowo niskiej częstotliwości. Ze względu na niski współczynnik transformacji, kondensator podłączony do uzwojenia wtórnego był naładowany wysokim potencjałem. Napięcie osiągnęło próg, penetrujący, połączony równolegle z kondensatorem. Rozpoczął się proces oscylacji wyładowania przez uzwojenie pierwotne drugiego transformatora do obwodu zewnętrznego. Tesla otrzymywał napięcia radiowe o amplitudzie milionów woltów.

Pierwszy krok w tworzeniu pulsacyjnego zasilania, w którym napięcie o stosunkowo niskiej częstotliwości jest przekształcane w impulsy. Podobny wzór został stworzony w 1910 roku przez Charlesa Ketteringa, wyposażając system zapłonu w samochody. Zasilacze impulsowe pojawiły się w latach 60-tych. Pomysł zminimalizowania wielkości transformatorów( po Nikola Tesli) został przedstawiony przez General Electric w 1959 r. W osobie Josepha Murphy'ego i Francisa Starchera( patent USA 3,040,271).Pomysł nie od razu znalazł gorącą odpowiedź( nie było odpowiedniej bazy elementów), w 1970 roku Tektroniks uruchomił linię oscyloskopów z nowym źródłem zasilania. Oscyloskop

Dwa lata później falowniki stosowane są w elektronice( Patent US3697854 A), najważniejsze - pojawiły się pierwsze modele krajowe! Patenty łączą się ze sobą, nie można zrozumieć, kto pierwszy zaproponował wykorzystanie tego pomysłu na komputerach osobistych. W ZSRR rozwój rozpoczął się w 1970 r., Ze względu na pojawienie się w sprzedaży wysokiej częstotliwości tranzystora germanowego 2T809A.Zgodnie z zapisami w literaturze, pierwszym moskiewskim sukcesem w 1972 roku był LN Sharov, kandydat nauk technicznych. Później pojawił się 400-watowy zasilacz impulsowy autorstwa A.I. Ginzburga, S.A. Eranosyana. Komputery z UE są wyposażone w nowość w 1976 roku przez zespół kierowany przez J. A. Mkrtchyana.

Pierwsze zasilacze impulsowe, znane konsumentom krajowym w telewizorach cyfrowych i magnetowidach, często się psują, nowoczesne produkty mają tę wadę, że pracują nieprzerwanie od wielu lat. Moment początku lat 90. podaje następujące informacje:

1. Moc właściwa: 35 - 120 W na decymetr sześcienny.
2. Częstotliwość robocza falownika: 30 - 150 kHz. Wydajność
3. : 75 - 85%.
4. Czas awarii: 50-200 tysięcy godzin( 6250 dni roboczych).

Zalety zasilaczy impulsowych

Zasilacze liniowe są nieporęczne, a wydajność jest kiepska. Wydajność rzadko przekracza 30%.W przypadku zasilaczy impulsowych średnie są w zakresie 70-80%, są produkty, które są bardzo nieczynne. Oczywiście na lepsze. Podano następujące informacje: Wydajność pulsacyjnego źródła zasilania sięga 98%.Jednocześnie zmniejszona jest wymagana zdolność filtrowania kondensatorów. Energia zmagazynowana w okresie spada dramatycznie wraz ze wzrostem częstotliwości. Zależy bezpośrednio od pojemności kondensatora, kwadraturowo od amplitudy napięcia.

Podniesienie do częstotliwości 20 kHz( w porównaniu do 50/60) zmniejsza 4-krotne liniowe wymiary elementów. Kwiaty w porównaniu z oczekiwaniami w radiu. Wyjaśnia przyczynę wyposażenia odbiorników w małe kondensatory.

Przełączanie urządzenia zasilającego

Napięcie wejściowe jest prostowane. Proces ten wykonuje mostek diodowy, rzadko pojedyncza dioda. Następnie napięcie jest dzielone na impulsy, tutaj literatura radośnie przechodzi do opisu transformatora. Czytelnicy są prawdopodobnie nękani przez pytanie - jak działa siekacz( urządzenie generujące impulsy)?Na podstawie mikroukładu zasilanego bezpośrednio napięciem sieci 230 woltów. Mniej często stabilizitron( stabilizator typu równoległego) jest specjalnie instalowany.

Mikroukład generuje impulsy( 20-200 kHz) o stosunkowo małej amplitudzie, które sterują tyrystorem lub innym półprzewodnikowym przełącznikiem mocy. Tyrystor tnie impulsy wysokiego napięcia, zgodnie z elastycznym programem generowanym przez układ oscylatora. Ponieważ wejście ma wysokie napięcie, potrzebna jest ochrona. Generator jest chroniony przez warystor, którego opór spada gwałtownie po przekroczeniu progu, zamykając szkodliwy skok na ziemię.Z wyłącznika zasilania pakiety impulsów docierają do transformatora o małej częstotliwości. Wymiary liniowe są stosunkowo niskie. Do komputera zasilacz o pojemności 500 W pasuje do dłoni dla dzieci.

Wynikowe napięcie ponownie się poprawia. Zastosowano diody Schottky'ego, dzięki niskiemu spadkowi napięcia przejścia metal-półprzewodnik. Napięte napięcie jest filtrowane, podawane konsumentom. Ze względu na obecność wielu uzwojeń wtórnych wartości różnej polaryzacji i amplitudy uzyskuje się po prostu. Historia jest niekompletna, nie wspominając o pętli sprzężenia zwrotnego. Napięcia wyjściowe są porównywane ze standardem( na przykład dioda Zenera), tryb generatora impulsów jest regulowany: przesyłana moc( amplituda) zależy od częstotliwości, cyklu roboczego. Produkty są uważane za względnie bezpretensjonalne, mogą działać w szerokim zakresie napięć zasilania.

Technologia nazywana jest falownikiem, wykorzystywana przez spawaczy, kuchenki mikrofalowe, płyty indukcyjne, adaptery do telefonów komórkowych, iPady. Zasilacz komputerowy działa w podobny sposób.

Projektowanie obwodów zasilających Natury zapewnia 14 podstawowych topologii implementacji przełączania zasilaczy. Z nieodłącznymi zaletami, unikalnymi cechami. Niektóre z nich nadają się do tworzenia zasilaczy małej mocy( poniżej 200 W), inne wykazują najlepsze cechy, gdy zasilane są napięciem 230 woltów( 50/60 Hz).I aby wybrać pożądaną topologię, umieć przedstawić właściwości każdego z nich. Historycznie, pierwsze trzy nazywają się:

• Buck - buck, jeleń, dolar.
• Boost - przyspieszenie.
• Falownik polaryzacyjny - falownik polaryzacji.

Trzy topologie odnoszą się do regulatorów liniowych. Typ urządzeń jest uważany za poprzednika zasilaczy impulsowych, nie uwzględniając zalet. Napięcie jest podawane przez transformator, wyprostowane, pocięte na klucz zasilania. Regulatorem zarządza sprzężenie zwrotne, którego zadaniem jest generowanie sygnału błędu. Typ urządzeń był wielomiliardowym obrotem w latach 60., mógł tylko obniżyć napięcie, a wspólny przewód konsumenta był podłączony do sieci.

Buck

topologia Więc były "jelenie".Pierwotnie przeznaczone do napięcia stałego, sygnał wejściowy został pocięty na impulsy, następnie paczki zostały wyprostowane i przefiltrowane w celu uzyskania średniej mocy. Sprzężenie zwrotne sterowało cyklem pracy, częstotliwością( modulacją szerokości impulsu).Podobnie dzieje się dzisiaj dzięki zasilaczom komputerowym. Niemal natychmiast osiągnięto wartości gęstości mocy rzędu 1-4 W na cal sześcienny( następnie do 50 W na cal sześcienny).Uroczo, stało się możliwe uzyskanie wielu napięć wyjściowych uwolnionych z wejścia.

Wadą jest utrata w momencie przełączania tranzystora, napięcie zmienia polaryzację, pozostaje poniżej zera do następnego impulsu. Wskazana część sygnału, z pominięciem diody, zamyka się na ziemi, nie docierając do filtra. Stwierdzono istnienie optymalnych częstotliwości przełączania, przy których minimalizowane są koszty. Zakres od 25 do 50 kHz.

Topologia wzmocnienia

Topologia nazywana jest przepustnicą pierścieniową, wciśnięty klawisz. Możliwe jest zwiększenie napięcia wejściowego do pożądanej wartości. Obwód działa w następujący sposób:

1. W początkowym momencie tranzystor jest otwarty, dławik jest magazynowany wraz z energią źródła napięcia przez kolektor, złącza pn emitera, uziemienie.
2. Następnie klucz jest zablokowany, rozpoczyna się proces ładowania kondensatora. Dławik wydziela energię.
3. W pewnym momencie wzmacniacz sprzężenia działa, obciążenie jest pod napięciem. Kondensator nie jest w stanie podać energii w kierunku wyłącznika zasilania, zapobiega diodzie. Opłata pobiera ładunek.
4. Spadek napięcia spowoduje ponowne zadziałanie obwodu sprzężenia zwrotnego, a dławik zacznie gromadzić energię.

Przetwornik biegunowości Topologia

Topologia falownika biegunowego jest podobna do poprzedniej wersji, dławik znajduje się za kluczem. Działa w następujący sposób:

1. W początkowym momencie czasu klucz jest otwarty, dodatnie napięcie półfalowe napełnia dławik energią.Ponadto energia jest bezsilna do przejścia - zapobiega diodzie.
2. Tranzystor jest zamknięty, emf generowany jest w ssaniu, nazywanym pasożytniczym. Jest skierowany przeciwnie do pierwotnego, dioda swobodnie przechodzi, ładując kondensator.
3. Działa obwód sprzężenia zwrotnego, modulator szerokości impulsu ponownie otwiera tranzystor. Rozpoczyna się proces rozładowywania kondensatora do ładunku, przepustnica jest ponownie napełniana energią.

W tym przypadku obserwujemy równoległość procesów magazynowania / wydatkowania energii. Wszystkie trzy rozważane schematy wykazują następujące wady:

1. Istnieje połączenie DC między wejściem i wyjściem. Innymi słowy, nie ma izolacji galwanicznej.
2. Nie można uzyskać kilku wartości napięcia z jednego obwodu.

Minusy są eliminowane za pomocą push-pull, późno( u góry).Oba używają siekacza z zaawansowaną technologią( do przodu).W pierwszym przypadku używana jest para różnicowa tranzystorów. Możliwe staje się użycie jednego klucza przez połowę okresu. Aby kontrolować, potrzebny jest specjalny schemat kształtowania, na przemian kołysanie tymi huśtawkami, poprawia się warunki usuwania ciepła. Napięcie cięcia jest dwubiegunowe, zasila uzwojenie pierwotne transformatora, napięcie wtórne jest bardzo zgodne z wymaganiami konsumentów.

W topologii opóźnionej jeden tranzystor zastępowany jest diodą.Obwód jest często obsługiwany z zasilaczami małej mocy( do 200 W) ze stałym napięciem wyjściowym 60-200 V.