Spínaný zdroj slouží k převodu vstupního napětí na hodnotu požadovanou vnitřními prvky zařízení. Dalším názvem pro pulzní zdroje, který se rozšířil, jsou invertory.
Obsah
co to je?
Měnič je sekundární zdroj energie, který využívá dvojitou konverzi vstupního střídavého napětí. Hodnota výstupních parametrů je regulována změnou doby trvání (šířky) impulsů a v některých případech i frekvence jejich opakování. Tento typ modulace se nazývá pulzně šířková modulace.
Princip činnosti spínaného zdroje
Provoz střídače je založen na usměrnění primárního napětí a jeho další transformaci na sekvenci vysokofrekvenčních impulsů. V tom se liší od konvenčního transformátoru.Výstupní napětí bloku se používá k vytvoření negativního zpětnovazebního signálu, který umožňuje upravit parametry impulsů. Řízením šířky impulsů lze snadno organizovat stabilizaci a úpravu výstupních parametrů, napětí nebo proudu. To znamená, že to může být jak stabilizátor napětí, tak stabilizátor proudu.
Počet a polarita výstupních hodnot se může velmi lišit v závislosti na tom, jak funguje spínaný zdroj.
Odrůdy napájecích zdrojů
Bylo použito několik typů měničů, které se liší konstrukčním schématem:
- bez transformátoru;
- transformátor.
První se liší tím, že sekvence impulsů jde přímo do výstupního usměrňovače a vyhlazovacího filtru zařízení. Takové schéma má minimum komponent. Součástí jednoduchého měniče je specializovaný integrovaný obvod – generátor šířky pulzu.
Z nevýhod beztransformátorových zařízení je hlavní ta, že nemají galvanické oddělení od sítě a mohou představovat riziko úrazu elektrickým proudem. Také mají obvykle nízký výkon a dávají pouze 1 výstupní napětí.
Běžnější jsou transformátorová zařízení, ve kterých je vysokofrekvenční sled pulzů přiváděn do primárního vinutí transformátoru. Sekundárních vinutí může být tolik, kolik chcete, což vám umožňuje generovat několik výstupních napětí. Každé sekundární vinutí je zatíženo vlastním usměrňovačem a vyhlazovacím filtrem.
Výkonný spínaný napájecí zdroj pro jakýkoli počítač je postaven podle schématu, které má vysokou spolehlivost a bezpečnost. Pro zpětnovazební signál se zde používá napětí 5 nebo 12 voltů, protože tyto hodnoty vyžadují nejpřesnější stabilizaci.
Použití transformátorů pro převod vysokofrekvenčního napětí (desítky kilohertzů místo 50 Hz) umožnilo mnohonásobně zmenšit jejich rozměry a hmotnost a jako materiál jádra použít nikoliv elektrické železo, ale feromagnetické materiály s vysokou koercitivní silou ( magnetický obvod).
Stejnosměrné měniče jsou také postaveny na bázi pulzně šířkové modulace. Bez použití invertorových obvodů byla konverze spojena s velkými obtížemi.
Schéma PSU
Obvod nejběžnější konfigurace pulzního měniče zahrnuje:
- síťový filtr pro potlačení šumu;
- usměrňovač;
- vyhlazovací filtr;
- pulsně-šířkový převodník;
- klíčové tranzistory;
- výstupní vysokofrekvenční transformátor;
- výstupní usměrňovače;
- výstupní individuální a skupinové filtry.
Účelem odrušovacího filtru je oddálit rušení z provozu zařízení do sítě. Spínané výkonové polovodičové prvky mohou být doprovázeny vytvářením krátkodobých impulsů v širokém frekvenčním rozsahu. Proto je zde nutné použít prvky speciálně navržené pro tento účel jako průchozí kondenzátory filtračních jednotek.
Usměrňovač slouží k přeměně vstupního střídavého napětí na stejnosměrné a další vyhlazovací filtr eliminuje zvlnění usměrněného napětí.
V případě, že je použit DC/DC měnič, stanou se usměrňovač a filtr nepotřebné a vstupní signál, který prošel obvody filtru šumu, je přiváděn přímo do pulsně-šířkového měniče (modulátoru), zkráceně PWM.
PWM je nejsložitější částí obvodu spínaného zdroje. Jeho úkolem je:
- generování vysokofrekvenčních impulsů;
- řízení výstupních parametrů bloku a korekce sekvence impulsů v souladu se zpětnovazebním signálem;
- ovládání a ochrana proti přetížení.
Signál PWM je přiváděn na řídicí výstupy výkonných klíčových tranzistorů zapojených v můstkovém nebo polomůstkovém obvodu. Výkonové výstupy tranzistorů jsou zatíženy primárním vinutím vysokofrekvenčního výstupního transformátoru. Místo tradičních bipolárních tranzistorů jsou použity tranzistory IGBT nebo MOSFET, které se vyznačují nízkým úbytkem napětí na přechodech a vysokou rychlostí. Vylepšené parametry tranzistorů pomáhají snížit ztrátový výkon při stejných rozměrech a technických konstrukčních parametrech.
Výstupní pulzní transformátor využívá stejný princip převodu jako klasický. Výjimkou je práce na vyšší frekvenci. Díky tomu mají vysokofrekvenční transformátory se stejným přenášeným výkonem menší rozměry.
Napětí ze sekundárního vinutí výkonového transformátoru (může jich být několik) je přiváděno do výstupních usměrňovačů. Na rozdíl od vstupního usměrňovače musí mít usměrňovací diody sekundárního obvodu zvýšenou pracovní frekvenci.V této části obvodu nejlépe fungují Schottkyho diody. Jejich výhody oproti konvenčním:
- vysoká pracovní frekvence;
- snížená kapacita p-n přechod;
- malý pokles napětí.
Výstupní filtr spínaného zdroje má za úkol snížit zvlnění usměrněného výstupního napětí na požadované minimum. Protože frekvence zvlnění je mnohem vyšší než u síťového napětí, není potřeba velkých kapacitních hodnot kondenzátorů a indukčnosti cívek.
Rozsah spínaného zdroje
Spínané měniče napětí se ve většině případů používají místo tradičních transformátorů s polovodičovými stabilizátory. Při stejném výkonu jsou měniče celkově menší rozměry a hmotnost, vysoká spolehlivost a hlavně - vyšší účinnost a schopnost pracovat v širokém rozsahu vstupního napětí. A při srovnatelných rozměrech je maximální výkon měniče několikanásobně vyšší.
V takové oblasti, jako je přímá konverze napětí, nemají pulzní zdroje prakticky žádnou alternativní náhradu a jsou schopny pracovat nejen na snížení napětí, ale také na generování zvýšeného, aby zorganizovaly změnu polarity. Vysoká konverzní frekvence značně usnadňuje filtrování a stabilizaci výstupních parametrů.
Malé měniče založené na specializovaných integrovaných obvodech se používají jako nabíječky pro všechny druhy gadgetů a jejich spolehlivost je taková, že životnost nabíjecí jednotky může několikanásobně překročit provozní dobu mobilního zařízení.
12V napájecí budiče pro zapínání LED světelných zdrojů jsou také postaveny podle pulzního obvodu.
Jak vyrobit spínací zdroj vlastníma rukama
Střídače, zvláště výkonné, mají složité obvody a jsou k dispozici pro opakování pouze zkušeným radioamatérům. Pro vlastní montáž síťových zdrojů můžeme doporučit jednoduché nízkopříkonové obvody pomocí specializovaných čipů PWM regulátoru. Takové IO mají malý počet páskovacích prvků a mají osvědčené typické spínací obvody, které prakticky nevyžadují seřizování a ladění.
Při práci s domácími konstrukcemi nebo opravách průmyslových zařízení je třeba mít na paměti, že část obvodu bude vždy na potenciálu sítě, proto je třeba dodržovat bezpečnostní opatření.
Podobné články:
