Što je prekidačko napajanje i kako se razlikuje od uobičajenog analognog

U mnogim se električnim aparatima načelo provođenja sekundarne snage odavno primjenjuje korištenjem dodatnih uređaja koji su povjereni funkciji opskrbe električnom energijom krugovima kojima je potrebna snaga od određenih vrsta napona, frekvencije, struje ...

Za to se stvaraju dodatni elementi: napajanjapretvarajući napon jedne vrste u drugu. Oni mogu biti:

• ugrađeno u potrošački slučaj, kao i na mnogim mikroprocesorskim uređajima;

• ili izrađeni odvojenim modulima s priključnim žicama, slično uobičajenom punjaču na mobilnom telefonu.

U suvremenoj elektrotehnici dva principa pretvaranja energije za električne potrošače temelje se na:

1. uporaba analognih transformatorskih uređaja za prijenos snage u sekundarni krug;

2. prebacivanje napajanja.

Imaju temeljne razlike u svom dizajnu, radu na različitim tehnologijama.

Napajanje transformatora

U početku su stvoreni samo takvi dizajni. Oni mijenjaju strukturu napona zbog rada energetskog transformatora koji napaja 220-voltnu kućansku mrežu, u kojoj se amplituda sinusne harmonike smanjuje, a zatim ih šalju na ispravljački uređaj koji se sastoji od dioda snage, a koji su obično povezani prema krugu mosta.

Nakon toga napon valovitosti izjednačava se paralelno s kapacitetom odabranim prema vrijednosti dopuštene snage i stabilizira se poluvodičkim krugom s tranzistorima snage.

Promjenom položaja podešavanja otpornika u stabilizacijskom krugu moguće je podesiti napon na izlaznim terminalima.

Izlazni izvori napajanja (UPS)

Ovakav razvoj dizajna pojavio se u velikom broju prije nekoliko desetljeća i počeo uživati ​​u sve većoj popularnosti u električnim uređajima zbog:

• dostupnost popunjavanja zajedničke elementarne baze;

• pouzdanost u izvođenju;

• mogućnosti proširenja radnog raspona izlaznih napona.

Gotovo svi izvori preklopnog napajanja malo se razlikuju po dizajnu i djeluju prema jednoj shemi tipičnoj za ostale uređaje.

Glavni dijelovi napajanja uključuju:

• mrežni ispravljač sastavljen od: ulaznih prigušnica, elektromehaničkog filtra koji omogućuje odvajanje od smetnji i izolacije statike s kondenzatorima, mrežnim osiguračem i diodnim mostom;

• kumulativni kapacitet filtriranja;

• tranzistor ključne snage;

• glavni oscilator;

• povratni krug izrađen na tranzistorima;

• optički sprežnik;

• prebacivanje napajanja, iz sekundarnog namota kojega se napon emitira za pretvorbu u strujni krug;

• ispravljačke diode izlaza;

• izlazni napon upravljačkog kruga, na primjer, 12 volti s podešavanjem izvedenim na optoelektoru i tranzistorima;

• kondenzatori filtra;

• prigušnice napajanja, vršeći korekciju napona i njegovu dijagnostiku u mreži;

• izlazni konektori.

Primjer elektroničke ploče sličnog prekidačkog napajanja s kratkim oznakom baze elementa prikazan je na slici.

Kako se vrši prekidačko napajanje

Preklopno napajanje stvara stabilizirani napon korištenjem principa interakcije elemenata pretvaračkog kruga.

Mrežni napon od 220 volti dovodi se kroz povezane žice na ispravljač. Njegova amplituda je izglađena kapacitivnim filtrom zbog uporabe kondenzatora koji izdržavaju vrhove reda od 300 volti, a odvojena je interferencijskim filtrom.

ulazni diodni most ispravlja sinusoide koji prolaze kroz njega, a koji se tranzistorskim krugom pretvaraju u visokofrekventne i pravokutne impulse s određenim radnim ciklusom. Mogu se pretvoriti:

1. s galvanskim odvajanjem mreže napajanja od izlaznih krugova;

2. bez obavljanja takvog prekida.

Izolirano napajanje s komutacijom

U ovom se slučaju visokofrekventni signali šalju na impulsni transformator, izvodeći galvansku izolaciju krugova. Zbog povećane frekvencije, povećava se učinkovitost uporabe transformatora, smanjuju se dimenzije njegova magnetskog kruga i težina. Najčešće se feromagneti koriste za materijal takve jezgre, a električni čelik se praktički ne koristi u tim uređajima. Također umanjuje ukupni dizajn.

Jedna od verzija sklopnog sklopa napajanja s izolacijskim krugovima transformatora je prikazana na slici.

U takvim uređajima postoje tri međusobno povezana lanca:

1. PWM kontroler;

2. kaskada tipki za napajanje;

3. impulsni transformator.

Kako radi PWM kontroler?

Kontroler je uređaj koji upravlja procesom. U predmetnoj jedinici napajanja koja se razmatra postupak je pretvaranja modulacije širine impulsa. Temelji se na principu generiranja impulsa iste frekvencije, ali s različitim vremenima uključivanja.

Snaga napajanja odgovara oznaci logičke jedinice, a odsutnost odgovara nuli. Štoviše, svi su jednaki po veličini i učestalosti (imaju isti period oscilacije T). Trajanje stanja uključenosti jedinice i njen odnos s promjenom razdoblja i omogućuju vam kontrolu rada elektroničkih krugova.

Tipične promjene u SHIP sekvenci prikazane su na grafu.

Kontroleri obično stvaraju takve impulse s frekvencijom od 30 ÷ 60 kHz.

Primjer je kontroler izrađen na TL494 čipu. Za podešavanje frekvencije stvaranja njihovih impulsa koristi se sklop koji se sastoji od otpornika s kondenzatorima.

Radite kaskadu tipki za uključivanje

Sastoji se od snažnih tranzistora koji su odabrani iz bipolarnih, terenskih ili IGBT modela. Za njih se može stvoriti pojedinačni upravljački sustav na ostalim tranzistorima male snage ili integriranim pokretačima.

Tipke za napajanje mogu se uključiti na različite načine:

• most;

• pola mosta;

• sa sredinom.

Impulsni transformator

Primarni i sekundarni namoti montirani oko magnetske jezgre izrađene od ferita ili alsifera mogu pouzdano prenijeti visokofrekventne impulse s frekvencijama do 100 kHz.

Njihov rad nadopunjuju lanci filtera, stabilizatora, dioda i drugih komponenata.

Prebacivanje napajanja bez galvanske izolacije

U prebacivanju napajanja izrađenih prema algoritmima koji isključuju galvansku izolaciju, visokofrekventni izolacijski transformator se ne koristi, a signal ide izravno do niskopropusnog filtra. Sličan princip rada kruga prikazan je u nastavku.

Značajke stabilizacije izlaznog napona

Svi prekidački izvori napajanja sadrže elemente koji pružaju negativne povratne informacije s izlaznim parametrima. Zbog toga imaju dobru stabilizaciju izlaznog napona pod promjenom opterećenja i fluktuacija u opskrbnoj mreži.

Načini za provedbu povratnih informacija ovise o shemi koja se koristi za pokretanje napajanja. Može se izvesti u jedinicama koje rade s galvanskom izolacijom zbog:

1. posredni učinak izlaznog napona na jednom od namota visokofrekventnog impulsnog transformatora;

2. Upotreba optoelementa.

U oba slučaja ti signali upravljaju radnim ciklusom impulsa koji se isporučuju na izlaz PWM-kontrolera.

Kada koristite sklop bez galvanske izolacije, povratne informacije obično se stvaraju spajanjem otporničkog razdjelnika napona.

Prednosti prebacivanja napajanja preko konvencionalnih analognih

Pri uspoređivanju dizajna blokova s ​​jednakim pokazateljima učinkovitosti, komutacijski izvori napajanja imaju sljedeće prednosti:

1. smanjena težina;

2. povećana učinkovitost;

3. niži trošak;

4. prošireni raspon napajanja;

5. prisutnost ugrađenih zaštita.

1. Smanjena težina i dimenzije sklopnih napajanja objašnjavaju se prijelazom s niskofrekventnih pretvarača energije snažnim i teškim energetskim transformatorima s upravljačkim sustavima smještenim na velikim rashladnim radijatorima i koji rade u stalnom linearnom načinu rada na tehnologiju pretvaranja i regulacije impulsa.

Povećanjem frekvencije obrađenog signala smanjuje se kapacitet naponskih filtera i, sukladno tome, njihove dimenzije. Njihova shema ispravljanja je također pojednostavljena do prijelaza na najjednostavniji polusilov.

2. Za niskofrekventne transformatore značajan udio gubitka energije nastaje zbog oslobađanja i raspršivanja topline pri izvođenju elektromagnetskih transformacija.

U blokovima impulsa, najveći gubici energije nastaju tijekom prolaznih tijekom prebacivanja kaskada preklopnika. I ostatak vremena tranzistori su u stabilnom položaju: otvoreni ili zatvoreni. Uz ovaj uvjet, stvaraju se svi uvjeti za najmanji gubitak električne energije, kada učinkovitost može biti 90 ÷ 98%.

3. Cijena prebacivanja napajanja električnom energijom se postupno smanjuje zbog neprekidnog objedinjavanja elemenata elemenata, što izrađuje širok raspon potpuno mehaniziranih poduzeća s robotskim strojevima. Uz to, način rada elemenata napajanja koji se temelji na kontroliranim tipkama omogućuje uporabu manje snažnih poluvodičkih komponenti.

4. Pulsna tehnologija omogućava napajanje napajanja iz izvora napona s različitim frekvencijama i amplitudama. Ovo proširuje opseg njihove primjene u radnim uvjetima s različitim standardima električne energije.

5. Zahvaljujući korištenju poluvodičkih modula male digitalne tehnologije, moguće je pouzdano integrirati zaštitu u dizajn pulsnih blokova, koji kontroliraju pojavu struja kratkog spoja, isključenje opterećenja na izlazu uređaja i druge moduse za slučaj nužde.

Za konvencionalne napajanje transformatora, takve su zaštite stvorene na staroj elektromehaničkoj, relejnoj, poluvodičkoj bazi. Primjena na njih digitalne tehnologije u većini programa sada nema smisla. Izuzetak su slučajevi s hranom:

• upravljački krugovi male snage složenih kućanskih uređaja;

• uređaji za kontrolu niske preciznosti visoke točnosti, na primjer, koji se koriste u mjernoj opremi ili mjeriteljskim namjenama (digitalni brojila električne energije, voltmetri).

Nedostaci komutacijskih napajanja

V / h smetnje

Budući da prekidački izvori napajanja rade na principu pretvaranja visokofrekventnih impulsa, oni u bilo kojem dizajnu stvaraju smetnje koje se prenose u okoliš. To stvara potrebu za suzbijanjem istih na razne načine.

U nekim slučajevima, otkazivanje buke može biti neučinkovito, što eliminira uporabu preklopnih napajanja za određene vrste precizne digitalne opreme.

Ograničenja snage

Preklopni izvori napajanja imaju kontraindikaciju za rad ne samo pri visokim, već i malim opterećenjima. Ako se u izlaznom krugu naglo smanji struja izvan minimalne kritične vrijednosti, startni krug može propasti ili će uređaj izdati napon s iskrivljenim tehničkim karakteristikama koji se ne uklapaju u radni raspon.

I u ovom članku pročitajte o popravak komutacijskih napajanja.