Kas yra perjungimo maitinimo šaltinis ir kuo jis skiriasi nuo įprasto analogo

Daugelyje elektros prietaisų antrinės galios diegimo principas jau seniai buvo taikomas naudojant papildomus įtaisus, kuriems patikėta elektros energijos tiekimas grandinėms, kurioms reikalinga tam tikros rūšies įtampa, dažnis, srovė ...

Tam sukuriami papildomi elementai: maitinimo šaltiniaivienos rūšies įtampą paversti kita. Jie gali būti:

• integruotas į vartotojo atvejį, kaip ir daugelio mikroprocesorinių įrenginių atveju;

• arba pagaminti atskirais moduliais su jungiamaisiais laidais, panašiais į įprastą įkroviklį mobiliajame telefone.

Šiuolaikinėje elektrotechnikoje yra du principai, kuriais vadovaujantis elektros energija virsta elektros vartotojais:

1. analoginių transformatorių įtaisų naudojimą energijai perduoti į antrinę grandinę;

2. maitinimo šaltinių perjungimas.

Jie turi esminių dizaino skirtumų, dirba su skirtingomis technologijomis.

Transformatoriaus maitinimo šaltiniai

Iš pradžių buvo kuriami tik tokie dizainai. Jie keičia įtampos struktūrą dėl maitinimo transformatoriaus, maitinamo 220 voltų buitinio tinklo, veikimo, kuriame sinusoidinės harmonikos amplitudė sumažėja, tada siunčiami į lygintuvo įtaisą, susidedantį iš galios diodų, kurie paprastai jungiami pagal tilto grandinę.

Po to pleišėjimo įtampa lygiagrečiai išlyginama talpa, parinkta pagal leistinos galios vertę, ir stabilizuojama puslaidininkių grandine su galios tranzistoriais.

Pakeitus tiuningo rezistorių padėtį stabilizacijos grandinėje, galima sureguliuoti įtampą išėjimo gnybtuose.

Perjungimo maitinimo šaltiniai (UPS)

Tokie dizaino pokyčiai atsirado daug prieš kelis dešimtmečius ir pradėjo populiarėti elektriniuose prietaisuose dėl:

• galimybė užpildyti bendrą elementarią bazę;

• vykdymo patikimumas;

• išėjimo įtampų darbinio diapazono išplėtimo galimybės.

Beveik visi perjungiamojo maitinimo šaltiniai skiriasi savo konstrukcija ir veikia pagal vieną schemą, būdingą kitiems įrenginiams.

Pagrindines maitinimo šaltinių dalis sudaro:

• tinklo lygintuvas, surinktas iš: įvesties droselių, elektromechaninio filtro, užtikrinančio trikdžius ir statikos izoliaciją kondensatoriais, tinklo saugikliu ir diodo tiltu;

• kaupiamasis filtravimo pajėgumas;

• rakto galios tranzistorius;

• pagrindinis osciliatorius;

• ant tranzistorių sukurta grįžtamojo ryšio grandinė;

• optinis jungiklis;

• maitinimo šaltinio perjungimas, iš kurio antrinės apvijos skleidžiama įtampa, norint paversti jį galios grandine;

• išėjimo grandinės lygintuvo diodai;

• valdymo grandinės išėjimo įtampa, pavyzdžiui, 12 voltų, su derinimu, atliktu ant optinio jungiklio ir tranzistorių;

• filtrų kondensatoriai;

• galios droseliai, atliekantys įtampos korekcijos ir jos diagnostikos vaidmenį tinkle;

• išvesties jungtys.

Panašaus perjungimo maitinimo šaltinio elektroninės plokštės pavyzdys su trumpu elemento pagrindo žymėjimu parodytas paveikslėlyje.

Kaip veikia perjungimo maitinimas

Perjungimo maitinimas sukuria stabilizuotą maitinimo įtampą, naudojant inverterio grandinės elementų sąveikos principus.

220 voltų tinklo įtampa tiekiama per prijungtus laidus į lygintuvą. Jo amplitudė yra išlyginta talpiniu filtru dėl to, kad naudojami kondensatoriai, atlaikantys 300 voltų viršūnių, ir yra atskirti trukdžių filtru.

Įvestis diodinis tiltas ištaiso pro jį einančius sinusoidus, kurie tranzistoriaus grandine transformuojami į aukšto dažnio ir stačiakampius impulsus su tam tikru darbo ciklu. Juos galima konvertuoti:

1. galvaniškai atskyrus maitinimo tinklą nuo išėjimo grandinių;

2. neatlikdamas tokio denoenso.

Izoliuotas perjungimo maitinimo šaltinis

Tokiu atveju aukšto dažnio signalai siunčiami į impulsinį transformatorių, atliekant galvaninį grandinių izoliavimą. Dėl padidėjusio dažnio padidėja transformatoriaus naudojimo efektyvumas, sumažėja jo magnetinės grandinės matmenys ir svoris. Dažniausiai tokios šerdies medžiagai naudojami feromagnetai, o elektrinis plienas šiuose įtaisuose praktiškai nenaudojamas. Tai taip pat padeda sumažinti bendrą dizainą.

Nuotraukoje parodyta viena iš perjungimo maitinimo šaltinių versijų su transformatoriaus grandinių izoliacija.

Tokiuose įrenginiuose yra trys sujungtos grandinės:

1. PWM valdiklis;

2. maitinimo klavišų kaskadą;

3. impulsinis transformatorius.

Kaip veikia PWM valdiklis?

Valdiklis yra įrenginys, kuris valdo procesą. Nagrinėjamame maitinimo bloke tai impulsų pločio moduliacijos konvertavimo procesas. Jis grindžiamas to paties dažnio, bet skirtingo perjungimo laiko impulsų generavimo principu.

Impulsų tiekimas atitinka loginio vieneto žymėjimą, o nebuvimas atitinka nulį. Be to, visi jie yra lygūs dydžiu ir dažniu (turi tą patį virpesių periodą T). Įrenginio įjungtos būsenos trukmė ir jos santykis su periodu keičiasi ir leidžia kontroliuoti elektroninių grandinių veikimą.

Tipiški SHIP sekų pokyčiai parodyti diagramoje.

Valdikliai paprastai sukuria tokius impulsus, kurių dažnis yra 30–60 kHz.

Pavyzdys yra valdiklis, pagamintas TL494 mikroschemoje. Jos impulsų generavimo dažniui reguliuoti naudojama grandinė, sudaryta iš varžų su kondensatoriais.

Maitinimo klavišų darbo kaskados

Jį sudaro galingi tranzistoriai, kurie yra parinkti iš bipolinių, lauko arba IGBT modelių. Kitiems mažos galios tranzistoriams ar integruotoms tvarkyklėms jiems gali būti sukurta individuali valdymo sistema.

Maitinimo mygtukus galima įjungti įvairiais būdais:

• grindinys;

• pusiau tiltas;

• su vidurio tašku.

Impulsinis transformatorius

Pirminės ir antrinės apvijos, sumontuotos aplink magnetinę šerdį, pagamintą iš ferito arba alsiferio, gali patikimai perduoti aukšto dažnio impulsus, kurių dažnis yra iki 100 kHz.

Jų darbą papildo filtrų, stabilizatorių, diodų ir kitų komponentų grandinės.

Perjungimo maitinimo šaltiniai be galvaninės izoliacijos

Perjungiant maitinimo šaltinius, suprojektuotus pagal algoritmus, kurie neleidžia galvaninės izoliacijos, aukšto dažnio izoliacijos transformatorius nenaudojamas, o signalas eina tiesiai į žemųjų dažnių filtrą. Panašus grandinės veikimo principas parodytas žemiau.

Išėjimo įtampos stabilizavimo ypatybės

Visi perjungimo maitinimo šaltiniai turi elementus, kurie teikia neigiamą grįžtamąjį ryšį su išėjimo parametrais. Dėl šios priežasties jie gerai stabilizuoja išėjimo įtampą kintant apkrovoms ir tiekimo tinklo svyravimams.

Grįžtamojo ryšio įdiegimo metodai priklauso nuo schemos, naudojamos maitinti. Tai galima atlikti vienetuose, veikiančiuose su galvanine izoliacija dėl:

1. tarpinį išėjimo įtampos poveikį vienai iš aukšto dažnio impulsinio transformatoriaus apvijų;

2. optinio jungiklio naudojimas.

Abiem atvejais šie signalai kontroliuoja impulsų, tiekiamų į PWM valdiklio išėjimą, darbo ciklą.

Kai naudojama grandinė be galvaninės izoliacijos, grįžtamasis ryšys paprastai sukuriamas prijungiant varžos įtampos daliklį.

Maitinimo šaltinių perjungimo pranašumai, palyginti su įprastu analoginiu

Lyginant blokų dizainą su vienodais veikimo rodikliais, perjungimo maitinimo šaltiniai turi šiuos privalumus:

1. sumažintas svoris;

2. padidėjęs efektyvumas;

3. mažesnės išlaidos;

4. išplėstas maitinimo įtampų diapazonas;

5. ar nėra įmontuotų apsaugos priemonių.

1. Sumažintas perjungiamųjų maitinimo šaltinių svoris ir matmenys paaiškinami perėjimu nuo žemo dažnio energijos keitimo galingais ir sunkiaisiais galios transformatoriais, kurių valdymo sistemos yra dideliuose aušinimo radiatoriuose ir veikia nuolatiniu tiesiniu režimu, prie impulsų konvertavimo ir reguliavimo technologijų.

Didinant apdoroto signalo dažnį, sumažėja įtampos filtrų talpa ir atitinkamai jų matmenys. Jų tiesinimo schema taip pat supaprastinta iki perėjimo prie paprasčiausios pusės bangos.

2. Žemo dažnio transformatoriams didelė dalis energijos nuostolių susidaro dėl šilumos išsiskyrimo ir išsklaidymo atliekant elektromagnetinius virsmus.

Impulsų blokuose didžiausi energijos nuostoliai susidaro pereinant pereinant maitinimo jungiklio kaskadoms. Likusį laiką tranzistoriai yra stabilioje padėtyje: atviri arba uždaryti. Esant šiai sąlygai, sudaromos visos sąlygos minimaliam elektros energijos praradimui, kai efektyvumas gali būti 90– 98%.

3. Maitinimo šaltinių perjungimo kaina palaipsniui mažėja dėl vykstančio elementų bazės suvienodinimo, kurį atlieka daugybė visiškai mechanizuotų įmonių, turinčių robotų mašinas. Be to, valdomų klavišų pagrindu veikiantis galios elementų veikimo režimas leidžia naudoti ne tokius galingus puslaidininkių komponentus.

4. Impulsų technologija leidžia maitinti blokus iš įtampos šaltinių, kurių dažnis ir amplitudė yra skirtingi. Tai išplečia jų taikymo sritį veikimo sąlygomis su įvairiais elektros energijos standartais.

5. Dėl mažų skaitmeninių technologijų puslaidininkinių modulių naudojimo galima patikimai integruoti apsaugą į impulsų blokų dizainą, kurie kontroliuoja trumpojo jungimo srovių atsiradimą, atjungia apkrovas įrenginio išvestyje ir kitus avarinius režimus.

Įprasti transformatorių maitinimo šaltiniai tokios apsaugos buvo sukurtos ant senos elektromechaninės, relinės, puslaidininkinės bazės. Taikyti skaitmenines technologijas daugelyje schemų dabar nėra prasmės. Išimtis yra maisto atvejai:

• sudėtingų buitinių prietaisų mažos galios valdymo grandinės;

• didelio tikslumo mažo tikslumo valdymo įtaisai, pavyzdžiui, naudojami matavimo įrangoje arba metrologiniais tikslais (skaitmeniniai elektros skaitikliai, voltmetrai).

Maitinimo šaltinių perjungimo trūkumai

V / h trukdžiai

Kadangi perjungiamieji maitinimo šaltiniai veikia aukšto dažnio impulsų konvertavimo principu, jie bet kokioje konstrukcijoje sukuria į aplinką perduodamus trukdžius. Tai sukuria poreikį juos įvairiais būdais slopinti.

Kai kuriais atvejais triukšmo pašalinimas gali būti neefektyvus, dėl kurio tam tikrų tipų tiksliajai skaitmeninei įrangai nenaudojami perjungiamieji maitinimo šaltiniai.

Galios ribos

Perjungiamieji maitinimo šaltiniai turi kontraindikaciją dirbti ne tik esant didelėms, bet ir mažoms apkrovoms. Jei išėjimo grandinėje smarkiai sumažėja srovė, esanti už minimalios kritinės vertės ribų, paleidimo grandinė gali sugesti arba įrenginys išduos įtampą su iškraipytomis techninėmis charakteristikomis, kurios neatitinka veikimo diapazono.

O šiame straipsnyje skaitykite apie perjungimo maitinimo šaltinių remontas.