Spínanie napájania

Spínaný napájací zdroj - elektronický obvod, kde je vstupné napätie usmerňované, filtrované, rozdelené na vysokofrekvenčné impulzy pre prenos cez malý transformátor. Blok sa stáva kontrolovateľným, s flexibilne nastaviteľnými parametrami. Hmotnosť najťažšej časti zdroja, transformátora, klesá.V anglickom jazyku sa takéto zariadenia nazývajú Napájací zdroj prepínacieho režimu( SMPS).

Vzhľad spínaných napájacích zdrojov

Veľkosť transformátorov sa obáva Tesla. Vedec, ktorý opakuje skúsenosti z tejto skúsenosti, zistil, že vysoké frekvencie prúdu sú pre ľudí bezpečné, spôsobujú veľké straty v jadrách transformátorov. Výsledkom sporu bolo prijatie frekvencie 60 Hz na výstavbu vodnej elektrárne Niagara. Začali sme s Nikola Teslou, pretože to je prvý človek, ktorý si uvedomil, že nebudete rýchlo oscilovať mechanicky. Preto je potrebné používať oscilačné obvody. Preto sa objavil transformátor Tesla( 22. septembra 1896), pomocou ktorého sa vedec rozhodol preniesť správy a energiu z diaľky.

Podstata vynálezu je opísaná v časti Tesla cievky, poskytujeme stručné informácie. Transformátor pozostáva z dvoch častí zapojených do série. Primárne vinutie prvého bolo pripojené k zdroju striedavého napätia relatívne nízkej frekvencie. Vzhľadom na nízky pomer transformácie bol kondenzátor pripojený k sekundárnemu vinutiu nabitý na vysoký potenciál. Napätie dosiahlo prah, zvodič prenikol, paralelne zapojený do kondenzátora. Bol zahájený oscilačný proces vypúšťania cez primárne vinutie druhého transformátora do vonkajšieho obvodu. Tesla dostávala rádiové napätie s amplitúdou miliónov voltov.

Prvý krok pri vytváraní impulzného napájania, kde sa napätie pomerne nízkej frekvencie mení na impulzy. Podobný dizajn bol vytvorený v roku 1910 Charlesom Ketteringom, ktorý vybavil systém zapaľovania automobilov. Pulzné zdroje sa objavili v 60. rokoch. Myšlienka minimalizácie veľkosti transformátorov( po Nikola Tesle) bola predložená spoločnosťou General Electric v roku 1959 osobou Joseph Murphy a Francis Starcher( US patent 3,040,271).Myšlienka okamžite nezistila horúcu odpoveď( neexistovala vhodná základňa), v roku 1970 Tektronikovia spustili rad osciloskopov s novým zdrojom energie.

O dva roky neskôr sa meniče používajú v elektronike( patent US 3697854 A), hlavná vec - sa objavujú prvé domáce modely! Patenty sa navzájom spájajú, nie je možné pochopiť, kto najprv navrhol použiť túto myšlienku v osobných počítačoch. V ZSSR vývoj začal v roku 1970, vzhľadom na vzhľad v predaji vysokofrekvenčného vysokovýkonného germánskeho tranzistora 2T809A.Ako bolo uvedené v literatúre, prvým moscovcom, ktorý uspel v roku 1972, bol LN Sharov, kandidát na technické vedy. Neskôr sa objavila jednotka 400 W impulzného napájania A.I. Ginzburgom, S.A. Eranosyanom. Počítače EÚ sú vybavené novinkou v roku 1976 tímom vedeným J. A. Mkrtchyanom.

Prvé spínané napájacie zdroje, známe domácemu spotrebiteľovi na digitálnych televízoroch a videorekordéroch, sa často rozpadli, moderné výrobky nemajú nevýhodu - pracujú nepretržite roky. Moment začiatku 90. rokov poskytuje nasledujúce informácie:

1. Špecifický výkon: 35 - 120 W na kubický decimeter.
2. Pracovná frekvencia meniča: 30 - 150 kHz.Účinnosť
3. : 75 - 85%.
4. Chyba: 50 - 200 tisíc hodín( 6250 pracovných dní).

Výhody spínaných napájacích zdrojov

Lineárne napájacie zdroje sú objemné, účinnosť je chromá.Efektivita zriedka prekračuje 30%.Pri pulzných sieťových zdrojoch sú priemerné čísla v rozmedzí 70-80%, existujú produkty, ktoré sú veľmi nevhodné.K lepšiemu, samozrejme. Uvádzajú sa nasledujúce informácie: Účinnosť impulzného napájania dosahuje 98%.Zároveň sa zníži požadovaná filtračná kapacita kondenzátorov. Energia uložená počas určitého obdobia dramaticky klesá s rastúcou frekvenciou. Záleží priamo na kondenzátorovej kapacite, kvadraticky na napäťovej amplitúde.

Zdvihnutie na frekvenciu 20 kHz( v porovnaní s 50/60) znižuje lineárne rozmery prvkov o 4 krát. Kvety v porovnaní s očakávaniami v rozhlase. Vysvetľuje dôvod vybavenia prijímačov malými kondenzátormi.

Spínacie napájacie zariadenie

Vstupné napätie je napravené.Proces nesie diódový mostík, zriedka iba jednu diódu. Potom sa napätie rozrežú na impulzy, tu literatúra vesele prechádza na opis transformátora.Čitatelia pravdepodobne sužujú otázka - ako funguje vrtuľník( zariadenie generujúce impulzy)?Na základe mikroobvodu, ktorý je napájaný priamo sieťovým napätím 230 voltov. Menej často sa špeciálne inštaluje stabilitron( paralelný stabilizátor).

Mikrocircuit generuje impulzy( 20-200 kHz) relatívne malej amplitúdy, ktoré riadia tyristor alebo iný polovodičový vypínač.Tyristor redukuje vysokonapäťové impulzy podľa flexibilného programu generovaného oscilačným čipom. Pretože vstup má vysoké napätie, je potrebná ochrana. Generátor je chránený varistorom, ktorého odolnosť klesá prudko po prekročení prahu, čím sa zatvára škodlivý skok na zem. Z napájacieho spínača sa pulzné pakety dostanú na malý vysokofrekvenčný transformátor. Lineárne rozmery sú pomerne nízke. Pre napájanie počítača s kapacitou 500 W sa hodí detská dlaň.

Výsledné napätie sa znovu napraví.Schottky diódy sa používajú vďaka nízkymu poklesu napätia prechodu medzi kovmi a polovodičmi. Rektifikované napätie je filtrované, dodávané spotrebiteľom. Vzhľadom na prítomnosť viacerých sekundárnych vinutia sa hodnoty rôznej polarity a amplitúdy dosiahli jednoducho. Príbeh je nekompletný bez uvedenia spätnej väzby. Výstupné napätia sa porovnávajú so štandardnou( napríklad zenerovou diódou), režim generátora impulzov je nastavený: prenášaný výkon( amplitúda) závisí od frekvencie, pracovného cyklu. Výrobky sú považované za relatívne nenáročné, môžu fungovať v širokom rozsahu napájacích napätí.

Technológia sa nazýva invertor, ktorý používajú zváračky, mikrovlnné rúry, indukčné varné dosky, adaptéry na mobilný telefón, iPad. Napájanie počítača funguje podobným spôsobom.

Návrh obvodov napájania spínaného zdroja

Príroda poskytla 14 základných implementačných topológií pre spínanie napájacích zdrojov. S inherentnými výhodami, unikátnymi vlastnosťami. Niektoré z nich sú vhodné na vytváranie nízkonapäťových napájacích zdrojov( menej ako 200 W), iné ponúkajú najlepšie vlastnosti pri napájaní 230 V( 50/60 Hz).A vybrať si požadovanú topológiu, aby ste mohli prezentovať vlastnosti každého z nich. Historicky sa prvé tri nazývajú:

• Buck - buck, jeleň, dolár.
• Boost - zrýchlenie.
• Polarizačný invertor - polarizačný invertor.

Tri topológie sa týkajú lineárnych regulátorov. Typ zariadenia sa považuje za predchodcu napájacích impulzov, bez výhod. Napätie sa napája cez transformátor, narovnáva, vyreže do vypínača. Regulátor je riadený spätnou väzbou, ktorej úlohou je generovať chybový signál. Typ zariadení bol v 60-tych rokoch obrat vo výške niekoľkých miliárd dolárov, mohol iba znížiť napätie a spoločný kábel spotrebiteľa bol pripojený k sieti.

Topológia Buck

Takže tam boli "jelene".Pôvodne bol určený na napätie jednosmerného napätia, vstupný signál bol rozdelený na impulzy, potom boli balíky narovnávané a filtrované, aby sa získal priemerný výkon. Spätná väzba riadila pracovný cyklus, frekvenciu( modulácia šírky impulzov).Podobne sa to deje aj napájaním počítača. Takmer okamžite boli dosiahnuté hodnoty hustoty výkonu 1 až 4 W na kubický palec( následne až 50 W na kubický palec).Pôvabne sa stalo možné získať množstvo výstupných napätí, ktoré sa od vstupu nevyskytli.

Nevýhodou je strata v okamihu spínania tranzistora, polarita zmeny napätia zostáva pod nulou až do ďalšieho impulzu. Uvedená časť signálu, ktorá obišla diódu, sa uzatvára na zem bez toho, aby sa dostala k filtru. Existuje optimálna frekvencia spínania, pri ktorej sú náklady minimalizované.Rozsah 25 - 50 kHz.

topológia zosilnenia

Topológia sa nazýva kruhová škrtiaca klapka. Je možné zvýšiť vstupné napätie na požadovanú hodnotu. Obvod pracuje takto:

1. V počiatočnom časovom intervale je tranzistor otvorený, tlmivka je uložená s energiou zdroja napätia cez kolektor, vysielač pn-uzlov, zem.
2. Potom je kľúč uzamknutý, proces nabíjania kondenzátora sa spustí.Tlmivka vydáva energiu.
3. V určitom momente funguje spätnoväzbový zosilňovač, záťaž je napájaná.Kondenzátor nie je schopný dodávať energiu v smere vypínača, zabraňuje dióde. Nabíjanie zaberá užitočné zaťaženie.
4. Pokles napätia spôsobí, že spätnoväzbový obvod opäť zapne a tlmivka začne akumulovať energiu.

Polarizačný obvod

topológia Polárna invertorová topológia je podobná predchádzajúcej schéme, tlmivka sa nachádza za kľúčom. Pracuje takto:

1. V počiatočnom momente je kľúč otvorený, pozitívne polovičkové napätie napĺňa tlmivku energiou.Ďalej je energia neschopná prejsť - zabraňuje dióde.
2. Transistor je uzavretý, emf je generovaný v sytičke, nazývaný parazitárny. Je namierená opačne ako počiatočná, dióda voľne prechádza, dobíja kondenzátor.
3. Obvod spätnej väzby funguje, modulátor šírky impulzu znovu otvára tranzistor. Proces vybíjania kondenzátora na zaťaženie začína, plyn je znova naplnený energiou.

V tomto prípade pozorujeme súbežnosť procesov ukladania / výdaja energie. Všetky tri zvažované schémy vykazujú nasledujúce nevýhody:

1. Medzi vstupom a výstupom je DC spoj. Inými slovami, neexistuje žiadna galvanická izolácia.
2. Nie je možné získať niekoľko hodnôt napätia z jedného okruhu.

Minusy sú eliminované push-pull push-pull, neskoro( hore).Obaja používajú vrták s pokrokovou technológiou( vpred).V prvom prípade sa používa diferenciálny pár tranzistorov. Na polovicu obdobia je možné použiť jedno tlačidlo. Na ovládanie je potrebná špeciálna schéma tvarovania, striedavo sa otáčajú tieto výkyvy, zlepšujú sa podmienky odvodu tepla. Napätie rezu je bipolárne, napája primárne vinutie transformátora, sekundárne napätie je v súlade s požiadavkami spotrebiteľov.

V oneskorenej topológii je jeden tranzistor nahradený diódou. Obvod je často používaný s nízkonapäťovými napájacími zdrojmi( do 200 W) s konštantným výstupným napätím 60-200 V.