Preklopno napajanje se uporablja za pretvorbo vhodne napetosti v vrednost, ki jo zahtevajo notranji elementi naprave. Drugo ime za impulzne vire, ki je postalo razširjeno, so pretvorniki.
Vsebina
kaj je to?
Pretvornik je sekundarni vir energije, ki uporablja dvojno pretvorbo vhodne napetosti AC. Vrednost izhodnih parametrov se uravnava s spreminjanjem trajanja (širine) impulzov in v nekaterih primerih pogostosti njihovega ponavljanja. Ta vrsta modulacije se imenuje modulacija širine impulza.
Načelo delovanja stikalnega napajalnika
Delovanje pretvornika temelji na popravljanju primarne napetosti in njeni nadaljnji transformaciji v zaporedje visokofrekvenčnih impulzov. V tem se razlikuje od običajnega transformatorja.Izhodna napetost bloka se uporablja za oblikovanje negativnega povratnega signala, ki vam omogoča prilagajanje parametrov impulzov. Z nadzorovanjem širine impulzov je enostavno organizirati stabilizacijo in prilagajanje izhodnih parametrov, napetosti ali toka. To pomeni, da je lahko tako napetostni kot tokovni stabilizator.
Število in polarnost izhodnih vrednosti se lahko zelo razlikujeta glede na to, kako deluje stikalno napajanje.
Različne vrste napajalnikov
Uporabljenih je bilo več vrst pretvornikov, ki se razlikujejo po konstrukcijski shemi:
- brez transformatorja;
- transformator.
Prvi se razlikujejo po tem, da gre zaporedje impulzov neposredno v izhodni usmernik in gladilni filter naprave. Takšna shema ima najmanj komponent. Preprost pretvornik vključuje specializirano integrirano vezje - generator impulzne širine.
Od pomanjkljivosti breztransformatorskih naprav je glavna, da nimajo galvanske izolacije od omrežja in lahko predstavljajo nevarnost električnega udara. Prav tako imajo običajno nizko moč in dajejo samo 1 izhodno napetost.
Pogostejše so transformatorske naprave, pri katerih se visokofrekvenčni impulzni vlak dovaja na primarno navitje transformatorja. Sekundarnih navitij je lahko kolikor želite, kar vam omogoča ustvarjanje več izhodnih napetosti. Vsako sekundarno navitje je obremenjeno s svojim usmernikom in gladilnim filtrom.
Zmogljiv stikalni napajalnik za kateri koli računalnik je zgrajen po shemi, ki ima visoko zanesljivost in varnost. Za povratni signal se tukaj uporablja napetost 5 ali 12 voltov, saj te vrednosti zahtevajo najbolj natančno stabilizacijo.
Uporaba transformatorjev za pretvorbo visokofrekvenčne napetosti (desetine kilohercev namesto 50 Hz) je omogočila večkratno zmanjšanje njihovih dimenzij in teže ter uporabo ne električnega železa, temveč feromagnetne materiale z visoko koercitivno silo kot material jedra ( magnetno vezje).
DC pretvorniki so zgrajeni tudi na podlagi impulzno-širinske modulacije. Brez uporabe inverterskih vezij je bila pretvorba povezana z velikimi težavami.
Shema PSU
Vezje najpogostejše konfiguracije impulznega pretvornika vključuje:
- filter za zatiranje omrežnega hrupa;
- usmernik;
- gladilni filter;
- pretvornik širine impulza;
- ključni tranzistorji;
- izhodni visokofrekvenčni transformator;
- izhodni usmerniki;
- izhodne individualne in skupinske filtre.
Namen filtra za dušenje hrupa je odložiti motnje delovanja naprave v električno omrežje. Preklapljanje močnostnih polprevodniških elementov lahko spremlja ustvarjanje kratkotrajnih impulzov v širokem frekvenčnem območju. Zato je tukaj treba uporabiti elemente, ki so posebej zasnovani za ta namen, kot dovodni kondenzatorji filtrirnih enot.
Usmernik se uporablja za pretvorbo vhodne izmenične napetosti v enosmerno, naslednji gladilni filter pa odpravlja valovanje popravljene napetosti.
V primeru, ko se uporablja DC/DC pretvornik, usmernik in filter postaneta nepotrebna, vhodni signal, ki prehaja vezja filtra hrupa, pa se napaja neposredno v pretvornik širine impulza (modulator), skrajšano kot PWM.
PWM je najbolj zapleten del stikalnega napajalnega vezja. Njegova naloga vključuje:
- generiranje visokofrekvenčnih impulzov;
- nadzor izhodnih parametrov bloka in korekcija impulznega zaporedja v skladu s povratnim signalom;
- nadzor in zaščita pred preobremenitvijo.
PWM signal se napaja na krmilne izhode močnih ključnih tranzistorjev, povezanih v mostno ali polmostno vezje. Izhodi moči tranzistorjev so obremenjeni na primarno navitje visokofrekvenčnega izhodnega transformatorja. Namesto tradicionalnih bipolarnih tranzistorjev se uporabljajo IGBT ali MOSFET tranzistorji, za katere je značilen nizek padec napetosti na stičiščih in visoka hitrost. Izboljšani parametri tranzistorja pomagajo zmanjšati disipacijo moči z enakimi dimenzijami in tehničnimi konstrukcijskimi parametri.
Izhodni impulzni transformator uporablja enak princip pretvorbe kot klasični. Izjema je delo na višji frekvenci. Posledično imajo visokofrekvenčni transformatorji z enako oddano močjo manjše dimenzije.
Napetost iz sekundarnega navitja močnostnega transformatorja (lahko jih je več) se dovaja na izhodne usmernike. Za razliko od vhodnega usmernika morajo imeti usmerniške diode sekundarnega vezja povečano delovno frekvenco.Schottkyjeve diode najbolje delujejo v tem delu vezja. Njihove prednosti pred običajnimi:
- visoka delovna frekvenca;
- zmanjšana kapacitivnost p-n stičišče;
- majhen padec napetosti.
Namen izhodnega filtra stikalnega napajalnika je zmanjšati valovanje popravljene izhodne napetosti na zahtevani minimum. Ker je frekvenca valovanja veliko višja od frekvence omrežne napetosti, ni potrebe po velikih vrednostih kapacitivnosti kondenzatorjev in induktivnosti tuljav.
Obseg stikalnega napajanja
Namesto tradicionalnih transformatorjev s polprevodniškimi stabilizatorji se v večini primerov uporabljajo preklopni napetostni pretvorniki. Z enako močjo so razsmerniki manjših skupnih dimenzij in teže, visoke zanesljivosti in kar je najpomembnejše - večje učinkovitosti in zmožnosti delovanja v širokem območju vhodne napetosti. In s primerljivimi dimenzijami je največja moč pretvornika nekajkrat večja.
Na takem področju, kot je neposredna pretvorba napetosti, impulzni viri praktično nimajo alternativne zamenjave in so sposobni delovati ne le za znižanje napetosti, ampak tudi za ustvarjanje povečane, za organizacijo spremembe polarnosti. Visoka frekvenca pretvorbe močno olajša filtriranje in stabilizacijo izhodnih parametrov.
Majhni pretvorniki na osnovi specializiranih integriranih vezij se uporabljajo kot polnilci za vse vrste pripomočkov, njihova zanesljivost pa je taka, da lahko življenjska doba polnilne enote večkrat preseže čas delovanja mobilne naprave.
Po impulznem vezju so izdelani tudi 12-voltni napajalni gonilniki za vklop LED svetlobnih virov.
Kako narediti stikalni napajalnik z lastnimi rokami
Razsmerniki, zlasti močni, imajo zapleteno vezje in so na voljo za ponovitev le izkušenim radioamaterjem. Za samostojno montažo omrežnih napajalnikov lahko priporočamo enostavna vezja nizke porabe z uporabo specializiranih čipov PWM krmilnika. Takšni IC imajo majhno število veznih elementov in imajo dokazana tipična stikalna vezja, ki praktično ne zahtevajo prilagajanja in prilagajanja.
Pri delu z domačimi konstrukcijami ali popravilu industrijskih naprav se je treba spomniti, da bo del vezja vedno na potencialu omrežja, zato je treba upoštevati varnostne ukrepe.
Podobni članki:
