Spínaný zdroj slúži na premenu vstupného napätia na hodnotu požadovanú vnútornými prvkami zariadenia. Ďalším názvom pre impulzné zdroje, ktorý sa rozšíril, sú invertory.
Obsah
Čo to je?
Invertor je sekundárny zdroj energie, ktorý využíva dvojitú konverziu vstupného striedavého napätia. Hodnota výstupných parametrov sa reguluje zmenou trvania (šírky) impulzov a v niektorých prípadoch aj frekvenciou ich opakovania. Tento typ modulácie sa nazýva modulácia šírky impulzov.
Princíp činnosti spínaného zdroja
Činnosť meniča je založená na usmernení primárneho napätia a jeho ďalšej transformácii na sekvenciu vysokofrekvenčných impulzov. V tomto sa líši od bežného transformátora.Výstupné napätie bloku sa používa na vytvorenie negatívneho spätnoväzbového signálu, ktorý umožňuje nastavenie parametrov impulzov. Riadením šírky impulzov je ľahké organizovať stabilizáciu a úpravu výstupných parametrov, napätia alebo prúdu. To znamená, že to môže byť stabilizátor napätia aj stabilizátor prúdu.
Počet a polarita výstupných hodnôt sa môže veľmi líšiť v závislosti od fungovania spínaného zdroja.
Odrody napájacích zdrojov
Používalo sa niekoľko typov meničov, ktoré sa líšia konštrukčnou schémou:
- bez transformátora;
- transformátor.
Prvé sa líšia tým, že sekvencia impulzov ide priamo do výstupného usmerňovača a vyhladzovacieho filtra zariadenia. Takáto schéma má minimum komponentov. Jednoduchý invertor obsahuje špecializovaný integrovaný obvod - generátor šírky impulzov.
Z nevýhod beztransformátorových zariadení je hlavná tá, že nemajú galvanické oddelenie od siete a môžu predstavovať riziko úrazu elektrickým prúdom. Tiež majú zvyčajne nízky výkon a poskytujú iba 1 výstupné napätie.
Bežnejšie sú transformátorové zariadenia, v ktorých sa do primárneho vinutia transformátora privádza vysokofrekvenčný sled impulzov. Sekundárnych vinutí môže byť toľko, koľko chcete, čo vám umožňuje generovať niekoľko výstupných napätí. Každé sekundárne vinutie je zaťažené vlastným usmerňovačom a vyhladzovacím filtrom.
Výkonný spínací zdroj pre akýkoľvek počítač je zostavený podľa schémy, ktorá má vysokú spoľahlivosť a bezpečnosť. Pre signál spätnej väzby sa tu používa napätie 5 alebo 12 voltov, pretože tieto hodnoty vyžadujú najpresnejšiu stabilizáciu.
Použitie transformátorov na konverziu vysokofrekvenčného napätia (desiatky kilohertzov namiesto 50 Hz) umožnilo mnohonásobne znížiť ich rozmery a hmotnosť a ako materiál jadra použiť nie elektrické železo, ale feromagnetické materiály s vysokou koercitívnou silou ( magnetický obvod).
DC meniče sú tiež postavené na báze pulzno-šírkovej modulácie. Bez použitia invertorových obvodov bola konverzia spojená s veľkými ťažkosťami.
Schéma PSU
Obvod najbežnejšej konfigurácie impulzného meniča zahŕňa:
- sieťový filter na potlačenie šumu;
- usmerňovač;
- vyhladzovací filter;
- prevodník šírky impulzu;
- kľúčové tranzistory;
- výstupný vysokofrekvenčný transformátor;
- výstupné usmerňovače;
- výstupné individuálne a skupinové filtre.
Účelom filtra na potlačenie hluku je oddialiť rušenie z prevádzky zariadenia do elektrickej siete. Spínané výkonové polovodičové prvky môžu byť sprevádzané tvorbou krátkodobých impulzov v širokom frekvenčnom rozsahu. Preto je tu potrebné použiť prvky špeciálne navrhnuté na tento účel ako priechodné kondenzátory filtračných jednotiek.
Usmerňovač slúži na premenu vstupného striedavého napätia na jednosmerné a nasledujúci vyhladzovací filter eliminuje zvlnenie usmerneného napätia.
V prípade, že sa použije DC/DC menič, usmerňovač a filter sa stanú nepotrebnými a vstupný signál, ktorý prejde obvodmi filtra šumu, sa privedie priamo do meniča šírky impulzu (modulátor), skrátene PWM.
PWM je najzložitejšia časť spínaného napájacieho obvodu. Jeho úlohou je:
- generovanie vysokofrekvenčných impulzov;
- riadenie výstupných parametrov bloku a korekcia sledu impulzov v súlade so spätnoväzbovým signálom;
- kontrola a ochrana proti preťaženiu.
Signál PWM sa privádza na riadiace výstupy výkonných kľúčových tranzistorov zapojených do mostíkového alebo polomostového obvodu. Výkonové výstupy tranzistorov sú zaťažené na primárne vinutie vysokofrekvenčného výstupného transformátora. Namiesto tradičných bipolárnych tranzistorov sa používajú IGBT alebo MOSFET tranzistory, ktoré sa vyznačujú nízkym úbytkom napätia na prechodoch a vysokou rýchlosťou. Vylepšené parametre tranzistorov pomáhajú znižovať stratový výkon pri rovnakých rozmeroch a technických konštrukčných parametroch.
Výstupný impulzný transformátor využíva rovnaký princíp prevodu ako klasický. Výnimkou je práca vo vyššej frekvencii. Vďaka tomu majú vysokofrekvenčné transformátory s rovnakým prenášaným výkonom menšie rozmery.
Napätie zo sekundárneho vinutia výkonového transformátora (môže byť niekoľko) sa privádza do výstupných usmerňovačov. Na rozdiel od vstupného usmerňovača musia mať usmerňovacie diódy sekundárneho okruhu zvýšenú pracovnú frekvenciu.Schottkyho diódy fungujú najlepšie v tejto časti obvodu. Ich výhody oproti konvenčným:
- vysoká prevádzková frekvencia;
- znížená kapacita p-n prechod;
- malý pokles napätia.
Účelom výstupného filtra spínaného zdroja je znížiť zvlnenie usmerneného výstupného napätia na požadované minimum. Pretože frekvencia zvlnenia je oveľa vyššia ako frekvencia sieťového napätia, nie sú potrebné veľké hodnoty kapacity kondenzátorov a indukčnosti cievok.
Rozsah spínaného napájania
Spínané meniče napätia sa vo väčšine prípadov používajú namiesto tradičných transformátorov s polovodičovými stabilizátormi. Pri rovnakom výkone sú meniče celkovo menšie rozmery a hmotnosť, vysoká spoľahlivosť a hlavne - vyššia účinnosť a schopnosť pracovať v širokom rozsahu vstupného napätia. A pri porovnateľných rozmeroch je maximálny výkon meniča niekoľkonásobne vyšší.
V takej oblasti, ako je priama konverzia napätia, nemajú pulzné zdroje prakticky žiadnu alternatívnu náhradu a sú schopné pracovať nielen na znižovaní napätia, ale aj na generovaní zvýšeného napätia, na organizáciu zmeny polarity. Vysoká konverzná frekvencia výrazne uľahčuje filtrovanie a stabilizáciu výstupných parametrov.
Meniče malých rozmerov na báze špecializovaných integrovaných obvodov sa používajú ako nabíjačky pre všetky druhy gadgetov a ich spoľahlivosť je taká, že životnosť nabíjacej jednotky môže niekoľkonásobne presiahnuť dobu prevádzky mobilného zariadenia.
12 V napájacie budiče na zapnutie LED svetelných zdrojov sú tiež zostavené podľa impulzného obvodu.
Ako vyrobiť spínaný zdroj vlastnými rukami
Meniče, najmä tie výkonné, majú zložité obvody a sú k dispozícii na opakovanie iba skúseným rádioamatérom. Pre svojpomocnú montáž sieťových zdrojov môžeme odporučiť jednoduché nízkoenergetické obvody pomocou špecializovaných čipov PWM regulátora. Takéto integrované obvody majú malý počet páskovacích prvkov a majú osvedčené typické spínacie obvody, ktoré prakticky nevyžadujú nastavovanie a ladenie.
Pri práci s domácimi štruktúrami alebo opravou priemyselných zariadení je potrebné pamätať na to, že časť obvodu bude vždy na potenciáli siete, preto je potrebné dodržiavať bezpečnostné opatrenia.
Podobné články:
