Fonte de alimentação comutada

Fonte de alimentação comutada

- circuito eletrônico, onde a tensão de entrada é retificada, filtrada, cortada em rajadas de alta freqüência para transmissão através de um transformador de pequeno porte. O bloco torna-se controlável, com parâmetros flexíveis ajustáveis. A massa da parte mais pesada da fonte, o transformador, diminui. Na literatura inglesa, tais dispositivos são chamados de SMPS( Switching Mode Power Supply).Dispositivo

A aparência das fontes de alimentação chaveadas

O tamanho dos transformadores preocupou Tesla. O cientista, repetindo a experiência da experiência, estabeleceu: altas freqüências de corrente são seguras para os humanos, provocam grandes perdas nos núcleos dos transformadores. O resultado da disputa foi a adoção de uma frequência de 60 Hz para a construção da usina hidrelétrica de Niágara. Nós começamos com Nikola Tesla, porque esta é a primeira pessoa que percebeu que você não irá receber oscilações rápidas mecanicamente. Portanto, é necessário usar circuitos oscilatórios. Assim, o transformador de Tesla( 22 de setembro de 1896) apareceu, com a ajuda do qual o cientista decidiu transmitir mensagens e energia a distância.

A essência da invenção é descrita na seção da bobina de Tesla, nós fornecemos uma breve informação. O transformador consiste em duas partes conectadas em série. O enrolamento primário do primeiro foi conectado a uma fonte de tensão alternada de frequência relativamente baixa. Devido à baixa taxa de transformação, o capacitor conectado ao enrolamento secundário foi carregado com um alto potencial. A tensão atingiu o limiar, o pára-raios penetrou, conectado em paralelo ao capacitor. O processo oscilatório da descarga através do enrolamento primário do segundo transformador para o circuito externo começou. Tesla estava recebendo tensões de rádio com uma amplitude de milhões de volts.

O primeiro passo na criação de uma fonte de alimentação pulsada, onde a tensão de freqüência relativamente baixa é convertida em pulsos. Um projeto semelhante foi criado em 1910 por Charles Kettering, equipando o sistema de ignição de carros. Fontes de energia de pulso apareceu na década de 60.A ideia de minimizar o tamanho dos transformadores( depois de Nikola Tesla) foi apresentada pela General Electric em 1959 na pessoa de Joseph Murphy e Francis Starcher( Patente U.S. 3.040.271).A idéia não encontrou imediatamente uma resposta quente( não havia base de elementos adequada), em 1970, a Tektroniks lançou uma linha de osciloscópios com uma nova fonte de energia.

Dois anos depois, os inversores são usados ​​em eletrônica( patente US3697854 A), o principal - os primeiros modelos domésticos aparecem! Patentes se ligam, é impossível entender quem primeiro propôs usar a idéia em computadores pessoais. Na URSS, o desenvolvimento começou em 1970, devido ao aparecimento na venda de alta frequência de alta potência germânio transistor 2T809А.Como estipulado na literatura, o moscovita, candidato das ciências técnicas L. N. Sharov, foi o primeiro a ter sucesso em 1972.Mais tarde, apareceu uma unidade de fornecimento de energia de pulso de 400 watts da A.I. Ginzburg, S.A. Eranosyan. Computadores da UE estão equipados com uma novidade em 1976 por uma equipe liderada por J. A. Mkrtchyan.

A primeira fonte de alimentação comutada, conhecida pelo consumidor doméstico em TVs digitais e videocassetes, geralmente falha, os produtos modernos não têm a desvantagem - eles operam continuamente há anos. O momento do início dos anos 90 fornece as seguintes informações:

1. Potência específica: 35 - 120 W por decímetro cúbico. Freqüência de trabalho do inversor
2. : 30 - 150 kHz. Eficiência de
3. : 75 - 85%.
4. Tempo de falha: 50-200 mil horas( 6250 dias úteis).

Os méritos das fontes de alimentação comutadas

As fontes de alimentação lineares são volumosas, a eficiência é fraca. A eficiência raramente excede 30%.Para fontes de alimentação pulsadas, os números médios estão na faixa de 70-80%, existem produtos que estão muito fora de ordem. Para melhor, claro. As seguintes informações são fornecidas: A eficiência de uma fonte de alimentação pulsada atinge 98%.Ao mesmo tempo, a capacidade de filtragem necessária dos capacitores é reduzida. A energia armazenada durante um período cai drasticamente com frequência crescente. Depende diretamente da capacitância do capacitor, quadraticamente na amplitude da tensão.

Aumentar para uma frequência de 20 kHz( comparado a 50/60) reduz as dimensões lineares dos elementos em 4 vezes. Flores em comparação com as expectativas no rádio. Explica a razão para equipar os receptores com pequenos capacitores.

Switching Fonte de Alimentação

A tensão de entrada é retificada. O processo leva uma ponte de diodos, raramente um único diodo. Então a tensão é cortada em pulsos, aqui a literatura segue alegremente a descrição do transformador. Os leitores provavelmente são atormentados pela pergunta - como funciona o chopper( um dispositivo que gera impulsos)?Com base no microcircuito, que é alimentado diretamente pela tensão de alimentação de 230 VMenos frequentemente, um estabilitron( estabilizador de tipo paralelo) é especialmente instalado.

O microcircuito gera pulsos( 20–200 kHz) de amplitude relativamente pequena que controlam o tiristor ou outro interruptor de semicondutor. O tiristor corta os pulsos de alta voltagem, de acordo com um programa flexível gerado pelo chip do oscilador. Como a entrada tem alta tensão, é necessária proteção. O gerador é protegido por um varistor, cuja resistência cai acentuadamente quando o limite é excedido, fechando um salto prejudicial ao solo. A partir do interruptor de energia, os pacotes de pulsos chegam a um transformador de alta frequência de pequeno porte. Dimensões lineares são relativamente baixas. Para uma fonte de alimentação de computador com capacidade de 500 W cabe palma das crianças.

A voltagem resultante é retificada novamente. Diodos de Schottky são usados, graças à baixa queda de tensão de transição de metal-semicondutor. A tensão retificada é filtrada, alimentada pelos consumidores. Devido à presença de muitos enrolamentos secundários, os valores de polaridade e amplitude diferentes são obtidos de forma bastante simples. A história é incompleta sem mencionar o ciclo de feedback. As tensões de saída são comparadas com um padrão( por exemplo, um diodo zener), o modo gerador de pulsos é ajustado: a potência transmitida( amplitude) depende da freqüência, do ciclo de trabalho. Os produtos são considerados relativamente despretensiosos, podem funcionar em uma ampla gama de tensões de alimentação.

A tecnologia é chamada de inversor, usada por soldadores, fornos de microondas, placas de indução, adaptadores de telefone celular, iPad. Uma fonte de alimentação de computador funciona de maneira semelhante.

Design de Circuito de Fonte de Alimentação com Comutação

A natureza forneceu 14 topologias básicas de implementação para alternar fontes de alimentação. Com vantagens inerentes, características únicas. Alguns são adequados para a criação de fontes de alimentação de baixa potência( abaixo de 200 W), outros mostram as melhores qualidades quando alimentados por 230 volts( 50/60 Hz).E para escolher a topologia desejada, seja capaz de apresentar as propriedades de cada um. Historicamente, os três primeiros são chamados:

• Buck - buck, deer, dollar.
• Boost - aceleração.
• Inversor de polaridade - inversor de polaridade.

Três topologias referem-se a reguladores lineares. O tipo de dispositivos é considerado o predecessor de fontes de alimentação de pulso, não incluindo vantagens. A tensão é aplicada através do transformador, endireitada, cortada na chave de alimentação. O regulador é gerenciado pelo feedback, cuja tarefa é gerar um sinal de erro. O tipo de dispositivos era um faturamento de vários bilhões de dólares nos anos 60, só podia baixar a voltagem e o fio comum do consumidor era conectado à rede elétrica. Esquema do

Topologia do Buck

Portanto, havia "cervo".Originalmente destinado a tensão CC, o sinal de entrada foi cortado em pulsos e, em seguida, os pacotes foram endireitados e filtrados para obter potência média. O feedback controlou o ciclo de trabalho, frequência( modulação de largura de pulso).Semelhante está sendo feito hoje por fontes de alimentação de computadores. Quase imediatamente, os valores de densidade de potência de 1–4 W por polegada cúbica( subseqüentemente até 50 W por polegada cúbica) foram alcançados. De maneira encantadora, tornou-se possível obter uma grande quantidade de tensões de saída liberadas da entrada.

A desvantagem é a perda no momento da comutação do transistor, a tensão muda de polaridade, permanece abaixo de zero até o próximo pulso. A parte indicada do sinal, ignorando o diodo, fecha-se no solo sem atingir o filtro. A existência de freqüências de comutação ótimas nas quais os custos são minimizados é encontrada. O intervalo de 25 - 50 kHz. Topologia de Reforço de Esquema

A topologia é chamada chave de aceleração de anel, avançada.É possível aumentar a tensão de entrada para a classificação desejada. O circuito funciona da seguinte maneira:

1. No momento inicial do tempo, o transistor está aberto, o afogador é armazenado com a energia da fonte de tensão através do coletor, emissor pn-junções, terra.
2. Em seguida, a chave é bloqueada, o processo de carregamento do capacitor é iniciado. O estrangulamento libera energia.
3. Em algum momento, o amplificador de feedback está funcionando, a carga é energizada. O capacitor é incapaz de fornecer energia na direção do interruptor de energia, evita o diodo. A cobrança leva a carga.
4. Uma queda de tensão fará com que o circuito de realimentação desarme novamente, e o afogador começará a acumular energia. Topologia do inversor de polaridade

A topologia do inversor polar é semelhante ao esquema anterior, o afogador está localizado atrás da chave. Funciona da seguinte maneira:

1. No momento inicial, a chave está aberta, a tensão positiva de meia onda enche o afogador de energia. Além disso, a energia é impotente para passar - impede o diodo.
2. O transistor é fechado, um emf é gerado no afogador, chamado de parasita.É dirigido de maneira oposta à inicial, o diodo passa livremente, carregando o capacitor.
3. O circuito de feedback opera, o modulador de largura de pulso reabriu o transistor. O processo de descarregar o capacitor para a carga começa, o acelerador é novamente preenchido com energia. Esquema inversor de polaridade

Neste caso, observamos o paralelismo dos processos de armazenamento / gasto de energia. Todos os três esquemas considerados demonstram as seguintes desvantagens:

1. Existe um link DC entre a entrada e a saída. Em outras palavras, não há isolamento galvânico.
2. É impossível obter várias classificações de tensão de um circuito. Os MinDs

são eliminados por push-pull push-pull, atrasado( acima).Ambos usam chopper com tecnologia avançada( frente).No primeiro caso, um par diferencial de transistores é usado. Torna-se possível usar uma chave para metade do período. Para o controle, um esquema especial de modelagem é necessário, oscilando alternadamente essas oscilações, e as condições de remoção de calor são melhoradas. A tensão de corte é bipolar, alimenta o enrolamento primário do transformador, a tensão secundária é muito de acordo com os requisitos dos consumidores.

Na topologia atrasada, um transistor é substituído por um diodo. O circuito é frequentemente operado com fontes de alimentação de baixa potência( até 200 W) com uma tensão de saída constante de 60–200 V.