De schakelende voeding wordt gebruikt om de ingangsspanning om te zetten naar de waarde die wordt vereist door de interne elementen van het apparaat. Een andere naam voor gepulseerde bronnen, die wijdverbreid is geworden, zijn omvormers.
Inhoud
Wat het is?
De omvormer is een secundaire stroombron die dubbele conversie van de AC-ingangsspanning gebruikt. De waarde van de uitgangsparameters wordt geregeld door de duur (breedte) van de pulsen en, in sommige gevallen, de frequentie van hun herhaling te wijzigen. Dit type modulatie wordt pulsbreedtemodulatie genoemd.
Het werkingsprincipe van een schakelende voeding:
De werking van de omvormer is gebaseerd op het gelijkrichten van de primaire spanning en de verdere transformatie ervan in een reeks hoogfrequente pulsen. Daarin verschilt hij van een conventionele transformator.De uitgangsspanning van het blok wordt gebruikt om een negatief feedbacksignaal te vormen, waarmee u de parameters van de pulsen kunt aanpassen. Door de breedte van de pulsen te regelen, is het eenvoudig om de stabilisatie en aanpassing van uitgangsparameters, spanning of stroom te organiseren. Dat wil zeggen, het kan zowel een spanningsstabilisator als een stroomstabilisator zijn.
Het aantal en de polariteit van de uitgangswaarden kunnen heel verschillend zijn, afhankelijk van hoe de schakelende voeding werkt.
Soorten voedingen
Er zijn verschillende soorten omvormers gebruikt, die verschillen in hun constructieschema:
- transformatorloos;
- transformator.
De eerste verschillen doordat de pulssequentie rechtstreeks naar de uitgangsgelijkrichter en het afvlakfilter van het apparaat gaat. Een dergelijk schema heeft een minimum aan componenten. Een eenvoudige omvormer bevat een gespecialiseerd geïntegreerd circuit - een pulsbreedtegenerator.
Van de nadelen van apparaten zonder transformator is de belangrijkste dat ze geen galvanische scheiding van het lichtnet hebben en een risico op elektrische schokken kunnen vormen. Ook hebben ze meestal een laag vermogen en geven ze maar 1 uitgangsspanning.
Vaker zijn transformatorinrichtingen waarin een hoogfrequente pulstrein wordt toegevoerd aan de primaire wikkeling van de transformator. Er kunnen zoveel secundaire wikkelingen zijn als u wilt, waardoor u meerdere uitgangsspanningen kunt genereren. Elke secundaire wikkeling is geladen met zijn eigen gelijkrichter en afvlakfilter.
Een krachtige schakelende voeding voor elke computer is gebouwd volgens een schema dat een hoge betrouwbaarheid en veiligheid heeft. Voor het terugkoppelingssignaal wordt hier een spanning van 5 of 12 volt gebruikt, aangezien deze waarden de meest nauwkeurige stabilisatie vereisen.
Het gebruik van transformatoren voor het omzetten van hoogfrequente spanning (tientallen kilohertz in plaats van 50 Hz) maakte het mogelijk om hun afmetingen en gewicht vele malen te verminderen en om geen elektrisch ijzer, maar ferromagnetische materialen met een hoge dwangkracht als kernmateriaal te gebruiken ( magnetische schakeling).
Ook DC-converters zijn gebouwd op basis van pulsbreedtemodulatie. Zonder het gebruik van invertercircuits ging de conversie gepaard met grote moeilijkheden.
PSU-schema
Het circuit van de meest voorkomende configuratie van een pulsomvormer omvat:
- netwerkruisonderdrukkingsfilter;
- gelijkrichter;
- afvlakfilter;
- pulsbreedte-omzetter;
- sleuteltransistors;
- output hoogfrequente transformator;
- uitgangsgelijkrichters;
- output individuele en groepsfilters.
Het doel van het ruisonderdrukkingsfilter is om interferentie van de werking van het apparaat in het lichtnet te vertragen. Schakelvermogenshalfgeleiderelementen kunnen gepaard gaan met het creëren van kortdurende pulsen in een breed frequentiebereik. Daarom is het hier noodzakelijk om speciaal voor dit doel ontworpen elementen te gebruiken als doorvoercondensatoren van de filtereenheden.
De gelijkrichter wordt gebruikt om de ingangswisselspanning om te zetten in gelijkstroom, en het volgende afvlakfilter elimineert de rimpeling van de gelijkgerichte spanning.
In het geval dat een DC/DC-omzetter wordt gebruikt, worden de gelijkrichter en het filter overbodig en wordt het ingangssignaal, nadat het de ruisfiltercircuits is gepasseerd, rechtstreeks naar de pulsbreedte-omzetter (modulator) gevoerd, afgekort als PWM.
PWM is het meest complexe onderdeel van het schakelende voedingscircuit. Zijn taak omvat:
- genereren van hoogfrequente pulsen;
- besturing van de uitgangsparameters van het blok en correctie van de pulsreeks in overeenstemming met het terugkoppelingssignaal;
- controle en overbelastingsbeveiliging.
Het PWM-signaal wordt toegevoerd aan de stuuruitgangen van krachtige sleuteltransistoren die in een brug- of halfbrugschakeling zijn aangesloten. De vermogensuitgangen van de transistoren worden op de primaire wikkeling van de hoogfrequente uitgangstransformator geladen. In plaats van traditionele bipolaire transistors worden IGBT- of MOSFET-transistoren gebruikt, die worden gekenmerkt door een lage spanningsval over de knooppunten en hoge snelheid. Verbeterde transistorparameters helpen de vermogensdissipatie te verminderen met dezelfde afmetingen en technische ontwerpparameters.
De uitgangspulstransformator gebruikt hetzelfde conversieprincipe als de klassieke. Een uitzondering is werken op een hogere frequentie. Hierdoor hebben hoogfrequente transformatoren met hetzelfde uitgezonden vermogen kleinere afmetingen.
De spanning van de secundaire wikkeling van de transformator (er kunnen er meerdere zijn) wordt geleverd aan de uitgangsgelijkrichters. In tegenstelling tot de ingangsgelijkrichter moeten de gelijkrichtdiodes van het secundaire circuit een verhoogde werkfrequentie hebben.Schottky-diodes werken het beste in dit gedeelte van het circuit. Hun voordelen ten opzichte van conventionele:
- hoge werkfrequentie;
- verminderde capaciteit p-n junctie;
- kleine spanningsval.
Het doel van het uitgangsfilter van de schakelende voeding is om de rimpel van de gelijkgerichte uitgangsspanning tot het vereiste minimum te verminderen. Aangezien de rimpelfrequentie veel hoger is dan die van de netspanning, zijn er geen grote capaciteitswaarden van de condensatoren en inductantie van de spoelen nodig.
Omvang van schakelende voeding:
In de meeste gevallen worden schakelende spanningsomvormers gebruikt in plaats van traditionele transformatoren met halfgeleiderstabilisatoren. Met hetzelfde vermogen hebben de omvormers kleinere totale afmetingen en gewicht, hoge betrouwbaarheid en vooral hogere efficiëntie en de mogelijkheid om in een breed ingangsspanningsbereik te werken. En met vergelijkbare afmetingen is het maximale omvormervermogen meerdere malen hoger.
Op het gebied van gelijkspanningsconversie hebben gepulseerde bronnen praktisch geen alternatieve vervanging en kunnen ze niet alleen werken om de spanning te verlagen, maar ook om een verhoogde spanning te genereren, om een polariteitsverandering te organiseren. De hoge conversiefrequentie vergemakkelijkt het filteren en stabiliseren van de uitgangsparameters aanzienlijk.
Kleine omvormers op basis van gespecialiseerde geïntegreerde schakelingen worden gebruikt als opladers voor allerlei soorten gadgets, en hun betrouwbaarheid is zodanig dat de levensduur van de oplaadeenheid de bedrijfstijd van een mobiel apparaat meerdere keren kan overschrijden.
12 Volt power drivers voor het inschakelen van LED-lichtbronnen zijn ook gebouwd volgens een pulserende schakeling.
Hoe maak je een schakelende voeding met je eigen handen
Omvormers, vooral krachtige, hebben complexe circuits en zijn alleen beschikbaar voor herhaling door ervaren radioamateurs. Voor zelfmontage van netwerkvoedingen kunnen we eenvoudige laagvermogencircuits aanbevelen met behulp van gespecialiseerde PWM-controllerchips. Dergelijke IC's hebben een klein aantal omsnoeringselementen en hebben bewezen typische schakelcircuits die praktisch niet hoeven te worden afgesteld en afgesteld.
Bij het werken met zelfgemaakte constructies of het repareren van industriële apparaten, moet er rekening mee worden gehouden dat een deel van het circuit altijd op het potentieel van het netwerk zal zijn, daarom moeten veiligheidsmaatregelen in acht worden genomen.
Vergelijkbare artikelen:
