Comutarea sursei de alimentare

Întrerupător de alimentare

- circuit electronic, unde tensiunea de intrare este rectificată, filtrată, tăiată în explozii de înaltă frecvență pentru transmisie printr-un transformator de dimensiuni mici. Blocul devine controlabil, cu parametri flexibil reglabil. Masa celei mai grele părți a sursei, transformatorul, scade.În literatura engleză, astfel de dispozitive se numesc Comutare de alimentare( SMPS).

Aspectul surselor de comutare

Dimensiunea transformatoarelor îngrijorat de Tesla. Omul de știință, repetând experiența experienței, a stabilit: frecvențele ridicate ale curentului sunt sigure pentru oameni, provoacă pierderi mari în nucleele transformatoarelor. Rezultatul disputei a fost adoptarea unei frecvențe de 60 Hz pentru construcția stației hidroelectrice Niagara. Am început cu Nikola Tesla, pentru că aceasta este prima persoană care și-a dat seama că nu veți primi oscilații rapide mecanic. Prin urmare, este necesar să se utilizeze circuite oscilante. Astfel, a apărut transformatorul Tesla( 22 septembrie 1896), cu ajutorul căruia savantul a decis să transmită mesaje și energie de la distanță.

Esența invenției este descrisă în secțiunea privind bobina Tesla, oferim informații succinte. Transformatorul este alcătuit din două părți conectate în serie.Înfășurarea primară a primei a fost conectată la o sursă de tensiune alternativă de frecvență relativ scăzută.Datorită raportului redus de transformare, condensatorul conectat la înfășurarea secundară a fost încărcat la un potențial ridicat. Tensiunea a atins pragul, descărcătorul a pătruns, conectat în paralel cu condensatorul. Procesul oscilator al descărcării prin bobina primară a celui de-al doilea transformator în circuitul extern a început. Tesla primea tensiuni radio cu o amplitudine de milioane de volți.

Primul pas în crearea unei surse de energie pulsabile, unde tensiunea de frecvență relativ joasă este transformată în impulsuri. Un design similar a fost creat în 1910 de Charles Kettering, dotând sistemul de aprindere a autoturismelor. Sursele de alimentare cu impulsuri au apărut în anii '60.Ideea minimizării dimensiunilor transformatoarelor( după Nikola Tesla) a fost prezentată de General Electric în 1959 în persoana lui Joseph Murphy și Francis Starcher( brevet SUA 3.040.271).Ideea nu a găsit imediat un răspuns fierbinte( nu a existat o bază elementară adecvată), în 1970, Tektroniks a lansat o linie de osciloscoape cu o nouă sursă de energie.

Doi ani mai târziu, invertoarele sunt utilizate în electronică( brevet US3697854 A), principalul lucru - apar primele modele interne! Brevetele se leagă reciproc, este imposibil să înțelegem cine a propus inițial să utilizeze ideea în computerele personale.În URSS, dezvoltarea a început în 1970, datorită apariției în vânzarea tranzistorului germaniu de înaltă frecvență de înaltă frecvență 2Т809А.După cum se stipulează în literatură, primul moscovit care a reușit în anul 1972 a fost LN Sharov, candidat la științe tehnice. Mai târziu, a apărut o unitate de alimentare cu impulsuri de 400 de wați de A.I. Ginzburg, S.A. Eranosyan. Computerele din UE sunt echipate cu o noutate în 1976 de către o echipă condusă de J. A. Mkrtchyan.

Primele surse de alimentare, cunoscute de consumatorii casnici pe televizoarele digitale și aparatele video, s-au desprins deseori; produsele moderne nu au dezavantajul - ei lucrează continuu de ani de zile. Momentul de la începutul anilor 90 oferă următoarele informații:

1. Putere specifică: 35 - 120 W pe decimetru cub.
2. Frecvența de lucru a invertorului: 30 - 150 kHz. Eficiența
3. : 75 - 85%.
4. Timp de nerespectare: 50-200 mii ore( 6250 zile lucrătoare).

Meritele surselor de alimentare cu comutare

Condițiile de alimentare liniară sunt voluminoase, eficiența este slabă.Eficiența rar depășește 30%.Pentru consumabilele cu impulsuri, mediile sunt în intervalul de 70-80%, există produse care sunt foarte necorespunzătoare. Bineînțeles, bineînțeles. Sunt oferite următoarele informații: Eficiența unei surse de alimentare cu impulsuri ajunge la 98%.În același timp, capacitatea de filtrare necesară a condensatoarelor este redusă.Energia stocată într-o perioadă scade dramatic cu o frecvență în creștere. Depinde direct de capacitatea condensatorului, în mod quadratic pe amplitudinea de tensiune.

Creșterea la o frecvență de 20 kHz( față de 50/60) reduce dimensiunile liniare ale elementelor de 4 ori. Flori în comparație cu așteptările din radio. Explică motivul pentru echiparea receptoarelor cu condensatori mici.

Dispozitiv de alimentare de comutare

Tensiunea de intrare este rectificată.Procesul poartă o punte diodă, rareori o singură diodă.Apoi, tensiunea se taie în impulsuri, aici literatura de specialitate se îndreaptă vesel spre descrierea transformatorului. Cititorii sunt probabil afectați de întrebarea - cum funcționează elicopterul( un dispozitiv care generează impulsuri)?Pe baza microcircuitului, care este alimentat direct de tensiunea de rețea de 230 volți. Mai rar, un stabilitron( stabilizator de tip paralel) este instalat special.

Microcircuitul generează impulsuri( 20-200 kHz) cu o amplitudine relativ mică, care controlează tiristorul sau alt switch de putere semiconductor. Tiristorul taie impulsurile de înaltă tensiune, în conformitate cu un program flexibil generat de cipul oscilator. Deoarece intrarea are o tensiune ridicată, este necesară o protecție. Generatorul este protejat de un varistor, a cărui rezistență scade brusc când pragul este depășit, închizând un salt dăunător la sol. De la comutatorul de alimentare, pachetele de impulsuri ajung la un transformator de înaltă frecvență de dimensiuni mici. Dimensiunile liniare sunt relativ scăzute. Pentru alimentarea cu energie a computerului, cu o capacitate de 500 W, se potrivește palma pentru copii.

Tensiunea rezultată este rectificată din nou. Sunt folosite diode Schottky, datorită căderii de tensiune joasă a tranziției de metal-semiconductor. Tensiunea rectificată este filtrată, alimentată de consumatori. Datorită prezenței multor înfășurări secundare, valorile de polaritate și amplitudine diferite sunt obținute destul de simplu. Povestea este incompletă fără a menționa buclă de feedback. Tensiunile de ieșire sunt comparate cu un standard( de exemplu, o diodă zener), modul generator al impulsurilor este reglat: puterea transmisă( amplitudinea) depinde de frecvență, de ciclul de funcționare. Produsele sunt considerate relativ nepretențioase, pot funcționa într-o gamă largă de tensiuni de alimentare.

Tehnologia se numește invertor, utilizat de către sudori, cuptoare cu microunde, plite de inducție, adaptoare telefon mobil, iPad. O sursă de alimentare a computerului funcționează în mod similar.

Design de circuit de alimentare de comutare de alimentare. Natura a furnizat 14 topologii de bază de punere în aplicare pentru comutarea surselor de alimentare. Cu avantaje inerente, caracteristici unice. Unele sunt potrivite pentru crearea de surse de alimentare de joasă tensiune( sub 200 W), altele prezintă cele mai bune calități atunci când sunt alimentate cu 230 volți( 50/60 Hz).Și pentru a alege topologia dorită, puteți prezenta proprietățile fiecăruia. Din punct de vedere istoric, primele trei sunt numite:

• Buck - buck, cerb, dolar.
• Boost - accelerare.
• Invertor de polaritate - invertor de polaritate.

Trei topologii se referă la regulatori liniari. Tipul de dispozitive este considerat a fi predecesorul surselor de energie impuls, fără a include avantaje. Tensiunea este aplicată prin transformator, îndreptată, tăiată în cheia de alimentare. Regulatorul este gestionat de feedback-ul, al cărui obiectiv este de a genera un semnal de eroare. Tipul de dispozitive a reprezentat o cifră de afaceri de mai multe miliarde de dolari în anii '60, ar putea să reducă doar tensiunea, iar firul comun al consumatorului a fost conectat la rețea. Schema

Topologia Buck

Așa că au existat "cerbi".Inițial destinat tensiunii DC, semnalul de intrare a fost tăiat în impulsuri, apoi pachetele au fost îndreptate și filtrate pentru a obține o putere medie. Feedback-ul a controlat ciclul de funcționare, frecvența( modularea lățimii pulsului).Asemănător se face astăzi și prin alimentarea cu energie a computerului. Aproape imediat, s-au obținut valori ale densității de putere de 1-4 W per inch cub( ulterior până la 50 W per inch cub).Frumos, a devenit posibilă obținerea unei multitudini de tensiuni de ieșire decuplate de la intrare.

Dezavantajul este pierderea în momentul de comutare a tranzistorului, polaritatea schimbă tensiunea, rămâne sub zero până la următorul impuls. Partea indicată a semnalului, ocolind dioda, se închide la masă fără a ajunge la filtru. Exista existenta unor frecvente optime de comutare la care costurile sunt minimizate. Intervalul de 25 - 50 kHz.

Topologie de amplificare

Topologia este numită tastă de accelerație inelară.Este posibil să creșteți tensiunea de intrare la valoarea dorită.Circuitul funcționează după cum urmează:

1. În momentul inițial, tranzistorul este deschis, șocul este stocat cu energia sursei de tensiune prin colector, emițător pn-joncțiuni, sol.
2. Apoi cheia este blocată, începe procesul de încărcare a condensatorului.Șuierul dă energie.
3. La un moment dat, amplificatorul de feedback funcționează, sarcina este alimentată.Condensatorul nu poate da energie în direcția comutatorului de alimentare, împiedică dioda.Încărcarea are sarcina utilă.
4. O scădere de tensiune va determina reacția circuitului de reacție și șocul va începe să acumuleze energie.

Invertor de polaritate

topologie Topologia polar invertor este similar cu schema anterioară, șurubul se află în spatele cheii. Funcționează după cum urmează:

1. În momentul inițial, cheia este deschisă, tensiunea pozitivă pe jumătate de undă umple șocul cu energie.În plus, energia este lipsită de putere pentru a trece - împiedică dioda.
2. tranzistor se închide, un emf este generat în șoc, numit un parazit. Acesta este dirijat opus celui inițial, dioda trece liber, încărcând condensatorul.
3. Circuitul de reacție funcționează, modulatorul de lățime a impulsului deschide din nou tranzistorul. Procesul de descărcare a condensatorului la sarcină începe, accelerația este din nou umplută cu energie.

În acest caz, observăm paralelismul proceselor de stocare / cheltuieli de energie. Toate cele trei scheme considerate demonstrează următoarele dezavantaje:

1. Există o legătură DC între intrare și ieșire. Cu alte cuvinte, nu există o izolare galvanică.
2. Este imposibil să obțineți mai multe tensiuni de la un circuit.

Minusurile sunt eliminate prin push-pull push-pull, târziu( sus).Ambele utilizează elicopterul cu tehnologie avansată( înainte).În primul caz, este utilizată o pereche diferențială de tranzistori. Se poate folosi o tastă pentru jumătate din perioadă.Pentru a controla, este necesară o schemă specială de modelare, alternând leagăn aceste leagăne, condițiile de îndepărtare a căldurii sunt îmbunătățite. Tensiunea de tăiere este bipolară, alimentează înfășurarea primară a transformatorului, tensiunea secundară este mult în concordanță cu cerințele consumatorilor.

În topologia întârziată, un tranzistor este înlocuit cu o diodă.Circuitul este adesea operat cu surse de alimentare cu putere redusă( până la 200 W) cu o tensiune de ieșire constantă de 60-200 V.