Принцип роботи імпульсного джерела живлення та дизайн ElectronicsBeliever
Режим імпульсного живлення сильно відрізняється від режиму лінійного живлення. Незважаючи на свою складність, більшу вартість матеріалу та більший рахунок деталей, джерело живлення в режимі перемикання все ще залишається найкращою топологією живлення на сьогоднішньому ринку. Основна причина - більша ефективність та вища щільність потужності. Більш висока ефективність просто означає, що витрачається лише невелика частина вхідної потужності, тоді як більша щільність потужності означає, що можлива більша потужність при меншому форм-факторі або розмірі.
Огляд лінійного джерела живлення змінного струму
Трансформатор 50/60 Гц
Це може бути кроком вгору або зниження залежно від використання. Зазвичай це версія зі зниженням, оскільки звичайна потреба вихідної напруги нижче рівня вхідного.
Випрямляч
Це перетворить змінний струм на пульсуючий постійний струм. Найчастіше використовуваний випрямляч - це повно хвильовий міст, як показано на схемі.
Фільтр
Простий фільтр - це електролітичний конденсатор. Це збільшить середньоквадратичний або постійний рівень випрямленого сигналу.
Регулятор
Це дозволить підтримувати чистий постійний струм на виході, що не створюватиме проблем для чутливих навантажень або системи.
Поширені проблеми
Ефективність та розмір є загальною проблемою, пов'язаною з лінійним джерелом живлення змінного та постійного струму. Він також обмежений лише для програм з низькою потужністю. Для роботи з великою потужністю трансформатор 50/60 Гц буде дуже величезним і дорогим. Відфільтрована вторинна випрямлена напруга повинна бути завжди вищою, ніж вихідна, із значним відривом, щоб регулятор міг працювати належним чином. З цієї причини надлишкову напругу буде поглинати регулятор, що призведе до величезних втрат потужності при множенні на струм навантаження. Ось чому ефективність дуже низька. Лінійний блок живлення змінного та постійного струму також не може забезпечити широкий діапазон вхідних даних. Наприклад, трансформатор розрахований на 220 В до 20 В змінного струму, ви більше не можете використовувати його на 110 В змінного струму, оскільки ви більше не можете отримувати 20 В змінного струму на вторинному.
Огляд лінійного джерела живлення постійного струму
Вгорі схема - основне лінійне джерело живлення постійного та постійного струму. Це прямо і дуже легко, оскільки компонентів лише мало. Однак його основним недоліком все ще залишається ефективність і обмежена лише для програм з низькою потужністю. Щоб лінійний регулятор регулював належним чином, його вхідна напруга повинна бути на відстані вище вихідної напруги. Різниця вхідної та вихідної напруги, до речі, називається напругою відключення. На сьогоднішній день на ринку вже існує лінійний регулятор напруги з низьким рівнем відсіву. Низький рівень відсіву все одно призведе до величезних втрат потужності при вищій поточній роботі.
Блок-схема імпульсного джерела живлення змінного струму
Нижче представлена двоступенева блок-схема режиму перемикання змінного та постійного струму. Перший блок - це мостовий випрямляч, метою якого є перетворення змінного струму в пульсуючий постійний струм. На відміну від лінійного джерела живлення змінного та постійного струму, цей мостовий випрямляч вимагає високої напруги, оскільки він безпосередньо бачить вхідну напругу. Перетворювач першого ступеня перемикання в більшості випадків є перетворювачем підсилення, який функціонує як схема корекції коефіцієнта потужності або PFC. Підсилювач перетворювача має вищу потужність, ніж його вхід. Корекція коефіцієнта потужності необхідна для комутації ланцюга живлення для корекції форми струму та мінімізації гармонік. Підсилювальний перетворювач є найкращою схемою корекції коефіцієнта активної потужності завдяки своїй здатності відводити струм від входу в обох станах Q1 (увімкнути або вимкнути). Виробники або дизайнери джерел живлення перетворювач перемикання другого ступеня зазвичай називають секцією постійного струму. Існує безліч топологій для DC-DC, таких як резонанс (LLC, серія, паралель), прямий (ITTF, TTF, одиночний транзистор), міст і повний міст, щоб назвати декілька. На діаграмі нижче розділ постійного струму постійного струму - це резонансний перетворювач LLC. Останній блок - вихідний випрямляч і фільтр. Для додатків великої потужності замість діодів використовуються NMOS.
Нижче наведена схема зазвичай використовується для мережевих адаптерів та зарядних пристроїв низької потужності. Він використовує лише один перетворювач перемикання на ділянці постійного струму, який є перетворювачем Flyback. Перетворювач Flyback ефективний до номінальної потужності до 100 Вт. У деяких випадках Flyback використовується до 200 Вт, доки вимоги виконуються особливо ефективно. Більше немає ступеня PFC, оскільки типова або номінальна потужність цієї конфігурації становить близько 80-120 Вт, а коефіцієнт потужності, необхідний для цього діапазону потужності, не такий суворий. Перетворювач Flyback дуже популярний для автономного перемикання режиму живлення в режимі офлайн завдяки своїй простоті та меншій кількості деталей.
Імпульсний блок живлення постійного струму
Існує декілька топологій, які можна використовувати для створення джерела живлення постійного та постійного струму. Нижче наведено схему понижувального перетворювача постійного струму або загальновідомого перетворювача доларів. Бак-перетворювач має вихідну напругу, меншу за вхідну.
Іншим рішенням живлення в режимі постійного та постійного струму є підсилювальний перетворювач, як показано нижче. Підсилювач перетворювача має вихід, що перевищує його вхід.
Поєднання перетворювача зниження та посилення також можливо в топології підвищення напруги. Нижче наведено інвертуюче рішення для підвищення рівня. Він може бути налаштований на роботу, коли його вхідний показник нижчий, ніж вихідний, або навпаки. Неінвертуючий підсилювач також є варіантом, але він має кілька компонентів, ніж інвертуючий підсилення.
Як працює імпульсний блок живлення
Ми показали вищезазначені деякі з різновидів джерела живлення в режимі перемикання як у змінному, так і в постійному струмі. Що саме робить SMPS? Чим він відрізняється від звичайного лінійного джерела живлення?