A kapcsolóüzemű tápegység a bemeneti feszültség átalakítására szolgál a készülék belső elemei által igényelt értékre. Az impulzusforrások másik elterjedt elnevezése az inverter.
Tartalom
Ami?
Az inverter egy másodlagos áramforrás, amely az AC bemeneti feszültség kétszeres átalakítását használja. A kimeneti paraméterek értékét az impulzusok időtartamának (szélességének), illetve egyes esetekben az ismétlési gyakoriságának változtatásával szabályozzuk. Az ilyen típusú modulációt impulzusszélesség-modulációnak nevezik.
A kapcsolóüzemű tápegység működési elve
Az inverter működése a primer feszültség egyenirányításán és annak további nagyfrekvenciás impulzussorozattá történő átalakításán alapul. Ebben különbözik a hagyományos transzformátortól.A blokk kimeneti feszültsége negatív visszacsatoló jelet képez, amely lehetővé teszi az impulzusok paramétereinek beállítását. Az impulzusok szélességének szabályozásával könnyen megszervezhető a kimeneti paraméterek, a feszültség vagy az áram stabilizálása és beállítása. Vagyis lehet feszültségstabilizátor és áramstabilizátor is.
A kimeneti értékek száma és polaritása nagyon eltérő lehet a kapcsolóüzemű tápegység működésétől függően.
Tápegységek fajtái
Többféle invertert használtak, amelyek felépítési sémájukban különböznek:
- transzformátor nélküli;
- transzformátor.
Az elsők abban különböznek, hogy az impulzussorozat közvetlenül a kimeneti egyenirányítóhoz és a készülék simítószűrőjéhez megy. Egy ilyen rendszernek minimális összetevője van. Egy egyszerű inverter egy speciális integrált áramkört tartalmaz - egy impulzusszélesség-generátort.
A transzformátor nélküli készülékek hátrányai közül a fő, hogy nincs galvanikus leválasztásuk a hálózatról, és áramütés veszélyt jelenthetnek. Ezenkívül általában alacsony teljesítményűek, és csak 1 kimeneti feszültséget adnak.
Elterjedtebbek azok a transzformátorok, amelyekben a transzformátor primer tekercsére nagyfrekvenciás impulzussort táplálnak. Tetszőleges számú szekunder tekercs lehet, ami lehetővé teszi több kimeneti feszültség előállítását. Minden szekunder tekercs saját egyenirányítóval és simítószűrővel van megterhelve.
Bármely számítógép nagy teljesítményű kapcsolóüzemű tápegysége olyan séma szerint épül fel, amely nagy megbízhatósággal és biztonsággal rendelkezik. A visszacsatoló jelhez itt 5 vagy 12 voltos feszültséget használnak, mivel ezek az értékek a legpontosabb stabilizálást igénylik.
A transzformátorok alkalmazása a nagyfrekvenciás feszültség (50 Hz helyett több tíz kilohertz) átalakítására lehetővé tette méretük és tömegük többszörös csökkentését, és nem elektromos vas, hanem nagy koercitív erővel rendelkező ferromágneses anyagok használatát a mag anyagaként ( mágneses áramkör).
Az egyenáramú konverterek is impulzusszélesség-modulációra épülnek. Az inverteres áramkörök alkalmazása nélkül az átalakítás nagy nehézségekkel járt.
PSU séma
Az impulzusátalakító leggyakoribb konfigurációjának áramköre a következőket tartalmazza:
- hálózati zajszűrő szűrő;
- egyenirányító;
- simító szűrő;
- impulzus-szélesség konverter;
- kulcstranzisztorok;
- kimeneti nagyfrekvenciás transzformátor;
- kimeneti egyenirányítók;
- egyéni és csoportos szűrők kimenete.
A zajszűrő célja, hogy késleltesse a készülék működéséből adódó interferenciát a hálózatba. A kapcsolóteljesítményű félvezető elemek rövid távú impulzusok létrehozásával járhatnak széles frekvenciatartományban. Ezért itt speciálisan erre a célra tervezett elemeket kell használni a szűrőegységek átvezető kondenzátoraiként.
Az egyenirányító a bemeneti váltakozó feszültség egyenárammá alakítására szolgál, a következő simítószűrő pedig kiküszöböli az egyenirányított feszültség hullámzását.
Egyenáramú/egyenáramú konverter használata esetén az egyenirányító és a szűrő szükségtelenné válik, és a bemeneti jel, miután áthaladt a zajszűrő áramkörökön, közvetlenül a PWM-nek nevezett impulzusszélesség-átalakítóba (modulátor) kerül.
A PWM a kapcsolóáramkör legösszetettebb része. Feladata magában foglalja:
- nagyfrekvenciás impulzusok generálása;
- a blokk kimeneti paramétereinek vezérlése és az impulzussorozat korrekciója a visszacsatoló jelnek megfelelően;
- szabályozás és túlterhelés elleni védelem.
A PWM jelet a nagy teljesítményű kulcstranzisztorok vezérlőkimeneteire táplálják, amelyek hídban vagy félhíd áramkörben vannak csatlakoztatva. A tranzisztorok teljesítménye a nagyfrekvenciás kimeneti transzformátor primer tekercsére van terhelve. A hagyományos bipoláris tranzisztorok helyett IGBT vagy MOSFET tranzisztorokat használnak, amelyekre jellemző a csomópontokon átívelő kis feszültségesés és nagy sebesség. A tranzisztorok továbbfejlesztett paraméterei azonos méretek és műszaki tervezési paraméterek mellett segítenek csökkenteni a teljesítményveszteséget.
A kimeneti impulzus transzformátor ugyanazt az átalakítási elvet használja, mint a klasszikus. Kivételt képez a magasabb frekvencián végzett munka. Ennek eredményeként az azonos átviteli teljesítménnyel rendelkező nagyfrekvenciás transzformátorok kisebb méretűek.
A teljesítménytranszformátor szekunder tekercséből származó feszültség (több is lehet) a kimeneti egyenirányítókra kerül. A bemeneti egyenirányítótól eltérően a szekunder áramkör egyenirányító diódáinak megnövelt működési frekvenciával kell rendelkezniük.A Schottky-diódák az áramkör ezen szakaszában működnek a legjobban. Előnyeik a hagyományosakkal szemben:
- magas működési frekvencia;
- csökkentett kapacitású p-n átmenet;
- kis feszültségesés.
A kapcsolóüzemű tápegység kimeneti szűrőjének célja, hogy az egyenirányított kimeneti feszültség hullámzását a szükséges minimumra csökkentse. Mivel a hullámzási frekvencia sokkal magasabb, mint a hálózati feszültségé, nincs szükség a kondenzátorok nagy kapacitásértékeire és a tekercsek induktivitására.
A kapcsolóüzemű tápegység terjedelme
A hagyományos félvezető stabilizátoros transzformátorok helyett a legtöbb esetben kapcsolófeszültség átalakítókat használnak. Azonos teljesítménnyel az inverterek kisebbek a teljes méretei és súlya, nagy a megbízhatósága, és ami a legfontosabb - nagyobb hatásfokkal és széles bemeneti feszültségtartományban működnek. És összehasonlítható méretekkel az inverter maximális teljesítménye többszöröse.
Az olyan területen, mint az egyenfeszültség-átalakítás, az impulzusforrásoknak gyakorlatilag nincs alternatívája, és nemcsak a feszültség csökkentésére, hanem a feszültség növelésére is képesek, polaritásváltás megszervezésére. A magas konverziós frekvencia nagyban megkönnyíti a kimeneti paraméterek szűrését és stabilizálását.
A kisméretű, speciális integrált áramkörökre épülő inverterek töltőként szolgálnak mindenféle kütyühöz, megbízhatóságuk olyan, hogy a töltőegység élettartama többszörösen meghaladhatja egy mobil eszköz üzemidejét.
A LED-es világítási források bekapcsolására szolgáló 12 V-os meghajtók szintén impulzusáramkör szerint épülnek fel.
Hogyan készítsünk kapcsolóüzemű tápegységet saját kezűleg
Az inverterek, különösen a nagy teljesítményűek, összetett áramkörrel rendelkeznek, és csak tapasztalt rádióamatőrök számára érhetők el ismétlésre. A hálózati tápegységek önszereléséhez egyszerű, alacsony fogyasztású áramköröket ajánlhatunk speciális PWM vezérlőchipekkel. Az ilyen IC-k kis számú pántelemekkel rendelkeznek, és bevált tipikus kapcsolóáramkörökkel rendelkeznek, amelyek gyakorlatilag nem igényelnek beállítást és hangolást.
Ha házilag készített szerkezetekkel dolgozik vagy ipari eszközöket javít, emlékezni kell arra, hogy az áramkör egy része mindig a hálózat potenciálján lesz, ezért be kell tartani a biztonsági intézkedéseket.
Hasonló cikkek:
