Hvad er en switching-strømforsyning, og hvordan adskiller den sig fra en konventionel analog

I mange elektriske apparater er princippet om implementering af sekundær strøm længe blevet anvendt ved hjælp af yderligere enheder, der har til opgave at levere strøm til kredsløb, der har brug for strøm fra visse typer spænding, frekvens, strøm ...

Til dette oprettes yderligere elementer: strømforsyningeromdannelse af spænding af en type til en anden. De kan være:

• indbygget i forbrugerens tilfælde, som på mange mikroprocessorenheder;

• eller lavet af separate moduler med forbindelsesledninger, der ligner en konventionel oplader på en mobiltelefon.

I moderne elektroteknik er to principper for energikonvertering til elektriske forbrugere baseret på:

1. brugen af ​​analoge transformatorenheder til transmission af strøm til det sekundære kredsløb;

2. skifte strømforsyning.

De har grundlæggende forskelle i deres design og arbejder med forskellige teknologier.

Transformator strømforsyninger

Oprindeligt blev kun sådanne designs oprettet. De ændrer spændingsstrukturen på grund af betjeningen af ​​en krafttransformator, der er drevet fra et husholdningsnetværk på 220 volt, hvor amplituden af ​​sinusformet harmonisk mindskes og derefter sendes til en ensretteranordning bestående af effektdioder, der normalt er forbundet i henhold til brokredsløbet.

Derefter udjævnes rippelspændingen parallelt med en kapacitans, der er valgt i henhold til værdien af ​​den tilladte effekt, og stabiliseres af et halvlederkredsløb med effekttransistorer.

Ved at ændre positionen for indstillingsmodstandene i stabiliseringskredsløbet er det muligt at justere spændingen ved udgangsterminalerne.

Skift strømforsyning (UPS)

En sådan designudvikling optrådte i stort antal for flere årtier siden og begyndte at nyde stigende popularitet inden for elektriske apparater på grund af:

• tilgængeligheden af ​​at afslutte en fælles elementær base;

• pålidelighed i udførelse;

• mulighederne for at udvide arbejdsområdet for udgangsspændinger.

Næsten alle kilder til skiftekraftforsyning adskiller sig lidt i design og fungerer i henhold til et skema typisk for andre enheder.

De vigtigste dele af strømforsyningen inkluderer:

• en netværkskorrigerer sammensat af: input-choker, et elektromekanisk filter, der tilvejebringer afstemning fra interferens og isolering af statik med kondensatorer, en netsikring og en diodebro;

• kumulativ filtreringskapacitet;

• nøgle magt transistor;

• masteroscillator;

• feedbackkredsløb foretaget på transistorer;

• optokobler;

• skifte strømforsyning, fra den sekundære vikling, som en spænding udsendes til konvertering til et strømkredsløb;

• ensretterdioder i udgangskredsløbet;

• styrekreds udgangsspænding, for eksempel 12 volt med tuning foretaget på en optokoppler og transistorer;

• filterkondensatorer;

• strøm choker, der udfører rollen som spændingskorrektion og dens diagnosticering i netværket;

• udgangsstik.

Et eksempel på et elektronisk kort med en lignende skiftekraftforsyning med en kort betegnelse af elementbasen er vist på billedet.

Hvordan skifter strømforsyning

Skiftekraftforsyningen producerer en stabiliseret forsyningsspænding ved hjælp af principperne om interaktion mellem elementerne i inverterkredsløbet.

Netværksspændingen på 220 volt tilføres via de tilsluttede ledninger til ensretteren. Dets amplitude udjævnes med et kapacitivt filter på grund af brugen af ​​kondensatorer, der modstår toppe i størrelsesordenen 300 volt, og adskilles af et interferensfilter.

input diode bridge korrigerer sinusoiderne, der passerer gennem den, som derefter omdannes af et transistorkredsløb til højfrekvente og rektangulære pulser med en bestemt driftscyklus. De kan konverteres:

1. med galvanisk adskillelse af strømforsyningsnetværket fra udgangskredsløbene;

2. uden at udføre en sådan frigørelse.

Isoleret switching strømforsyning

I dette tilfælde sendes højfrekvente signaler til en pulstransformator, der udfører galvanisk isolering af kredsløbene. På grund af den øgede frekvens øges effektiviteten af ​​at bruge en transformer, dimensioner på dens magnetiske kredsløb og vægt reduceres. Oftest bruges ferromagneter til et materiale af en sådan kerne, og elektrisk stål bruges praktisk talt ikke i disse enheder. Det hjælper også med at minimere det overordnede design.

En af versionerne af skiftekraftforsyningskredsløbet med transformerisolering af kredsløbene er vist på billedet.

I sådanne enheder er der tre sammenkoblede kæder:

1. PWM-controller;

2. en kaskade af tændingsnøgler;

3. pulstransformator.

Hvordan fungerer en PWM-controller?

En controller er en enhed, der styrer en proces. I den aktuelle strømforsyningsenhed er det processen med at konvertere pulsbreddemodulering. Det er baseret på princippet om generering af pulser med samme frekvens, men med forskellige skiftetider.

Momentumforsyningen svarer til betegnelsen på en logisk enhed, og fraværet svarer til nul. Derudover er de alle lige store i størrelse og frekvens (har den samme svingningsperiode T). Varigheden af ​​enhedens starttilstand og dens forhold til tidsændringen og giver dig mulighed for at kontrollere driften af ​​elektroniske kredsløb.

Typiske ændringer i SHIP-sekvenserne vises i grafen.

Controllere opretter normalt sådanne impulser med en frekvens på 30 ÷ 60 kHz.

Et eksempel er en controller lavet på en TL494-chip. For at justere frekvensen for frembringelse af dets pulser bruges et kredsløb bestående af modstande med kondensatorer.

Arbejd kaskade af taster

Den består af kraftige transistorer, der er valgt blandt bipolære, felt- eller IGBT-modeller. Der kan oprettes et individuelt kontrolsystem til dem på andre laveffekttransistorer eller integrerede drivere.

Tænd / sluk taster kan tændes på forskellige måder:

• bro;

• halv bro;

• med et midtpunkt.

Pulstransformator

De primære og sekundære viklinger monteret omkring en magnetisk kerne lavet af ferrit eller alsifer kan pålideligt overføre højfrekvensimpulser med frekvenser op til 100 kHz.

Deres arbejde suppleres med kæder af filtre, stabilisatorer, dioder og andre komponenter.

Skift strømforsyning uden galvanisk isolering

I skiftekraftforsyninger designet efter algoritmer, der udelukker galvanisk isolering, bruges ingen højfrekvente isolationstransformatorer, og signalet går direkte til lavpasfilteret. Et lignende princip for kredsløbet er vist nedenfor.

Funktioner ved udgangsspændingsstabilisering

Alle switching-strømforsyninger indeholder elementer, der giver negativ feedback med outputparametrene. På grund af dette har de god stabilisering af udgangsspændingen under skiftende belastninger og udsving i forsyningsnetværket.

Metoderne til implementering af feedback afhænger af det skema, der bruges til at betjene strømforsyningen. Det kan udføres i enheder, der arbejder med galvanisk isolering på grund af:

1. mellemeffekt af udgangsspændingen på en af ​​viklingerne af en højfrekvent pulstransformator;

2. Brug af en optokoppler.

I begge tilfælde styrer disse signaler driftscyklussen for de impulser, der leveres til PWM-controllerens output.

Når man bruger et kredsløb uden galvanisk isolering, oprettes der normalt feedback ved at tilslutte en resistiv spændingsdelere.

Fordele ved at skifte strømforsyning frem for konventionel analog

Når man sammenligner design af blokke med lige ydeevneindikatorer, har switching strømforsyninger følgende fordele:

1. reduceret vægt

2. øget effektivitet

3. lavere omkostninger

4. udvidet række forsyningsspændinger

5. tilstedeværelsen af ​​indbygget beskyttelse.

1. Den reducerede vægt og dimensioner af switching-strømforsyninger forklares ved overgangen fra lavfrekvente energikonvertering af kraftfulde og tunge effekttransformatorer med kontrolsystemer placeret på store køleradiatorer og fungerer i en konstant lineær tilstand til pulsomdannelses- og reguleringsteknologier.

Ved at øge frekvensen af ​​det behandlede signal reduceres spændingsfiltrernes kapacitet og følgelig deres dimensioner. Deres udretningsplan er også forenklet op til overgangen til den enkleste halvbølge.

2. For lavfrekvente transformere oprettes en betydelig andel af energitab på grund af frigivelse og spredning af varme, når der udføres elektromagnetiske transformationer.

I impulsblokke skabes de største energitab under forekomsten af ​​transienter under skift af strømnøglekaskader. Og resten af ​​tiden er transistorer i en stabil position: åben eller lukket. Med denne betingelse oprettes alle betingelser for det minimale tab af elektricitet, når effektiviteten kan være 90 ÷ 98%.

3. Prisen på skiftende strømforsyninger falder gradvist på grund af den igangværende forening af elementbasen, som er lavet af en lang række fuldt mekaniserede virksomheder med robotmaskiner. Derudover tillader betjeningstilstanden for effektelementer baseret på kontrollerede taster brugen af ​​mindre kraftige halvlederkomponenter.

4. Pulssteknologi giver dig mulighed for strømforsyningsenheder fra spændingskilder med forskellige frekvenser og amplituder. Dette udvider anvendelsesomfanget under driftsforhold med forskellige standarder for elektrisk energi.

5. Takket være brugen af ​​små-store digitalteknologiske halvledermoduler er det muligt pålideligt at integrere beskyttelser i designet af pulsblokke, der styrer forekomsten af ​​kortslutningsstrømme, afbryder belastninger ved udgang af enheden og andre nødtilstande.

Til konventionelle transformatorkraftforsyninger blev sådanne beskyttelser oprettet på den gamle elektromekaniske, relæ, halvlederbase. At anvende digital teknologi til dem i de fleste ordninger nu giver ikke mening. Undtagelsen er fødevaresager:

• styringskredsløb med lav effekt til komplekse husholdningsapparater;

• enheder med lav præcision med høj nøjagtighed, for eksempel brugt til måleudstyr eller metrologiske formål (digitale elektricitetsmålere, voltmetre).

Ulemper ved at skifte strømforsyning

V / h-interferens

Da skiftekraftforsyninger fungerer efter princippet om konvertering af høyfrekvente impulser, producerer de i ethvert design interferens overført til miljøet. Dette skaber behovet for at undertrykke dem på forskellige måder.

I nogle tilfælde kan støjaflysning være ineffektiv, hvilket eliminerer brugen af ​​switching-strømforsyninger til visse typer præcist digitalt udstyr.

Effektgrænser

Skiftende strømforsyninger har en kontraindikation, der fungerer ikke kun ved høj, men også lav belastning. Hvis der sker et kraftigt fald i strømmen uden for den minimale kritiske værdi i udgangskredsløbet, kan opstartkredsløbet mislykkes, eller enheden udsender en spænding med forvrængte tekniske egenskaber, der ikke passer ind i driftsområdet.

Og i denne artikel skal du læse om reparation af switching-strømforsyninger.