Kapcsoló tápegységek – Általános elvek, előnyök és hátrányok
Ma már nehéz vastranszformátort találni bármilyen háztartási készülékben vagy tápegységben. Az 1990-es években kezdtek gyorsan a múltba vonulni, átadva a helyüket a kapcsolókonvertereknek vagy a kapcsolóüzemű tápegységeknek (rövidítve SMPS).
A kapcsolóüzemű tápegységek méretükben, a keletkező egyenfeszültség minőségében felülmúlják a transzformátorokat, széles választékkal rendelkeznek a kimeneti feszültség és áram szabályozására, és hagyományosan túlterhelés elleni védelemmel vannak ellátva. És bár úgy gondolják, hogy a kapcsolóüzemű tápegységek jelentik a fő interferencia-szolgáltatót a háztartási hálózatban, széleskörű használatukat nem lehet visszafordítani.
Transzformátor ellátás:
Kapcsolóáram:
A kapcsolóüzemű tápegységek mindenütt a félvezető kapcsolóknak köszönhetik térhatású tranzisztorok és Schottky dióda… Minden modern kapcsolóüzemű tápegység szíve a fojtótekerccsel vagy transzformátorral együttműködő terepi tranzisztor: inverterekben, hegesztőgépekben, szünetmentes tápegységekben, TV-k, monitorok beépített tápegységeiben stb. — manapság szinte minden feszültségen csak impulzus átalakító áramkört használnak.
Az impulzusátalakító általános működési elve az elektromágneses indukció törvényén alapul, és hasonló ebben minden transzformátorral… Az egyetlen különbség az, hogy egy 50 Hz-es hálózati frekvenciájú váltakozó feszültséget közvetlenül a hagyományos hálózati transzformátor primer tekercsére vezetik, és közvetlenül átalakítják (majd szükség esetén egyenirányítják), a kapcsolóüzemű tápegységben pedig a hálózati feszültséget. először egyenirányítják és egyenárammá alakítják, majd egy speciális nagyfrekvenciás (50 hertzes hálózathoz képest) impulzussá alakítják tovább, vagy csökkentik.
A kapcsolóüzemű tápegység több fő elemet tartalmaz: egy hálózati egyenirányítót, egy kapcsolót (vagy kapcsolókat), egy transzformátort (vagy fojtótekercset), egy kimeneti egyenirányítót, egy vezérlőegységet, valamint egy stabilizáló és védelmi egységet. Az egyenirányító, a kapcsoló és a transzformátor (fojtó) képezi az SMPS áramkör teljesítményrészének alapját, míg az elektronikus blokkok (beleértve a PWM vezérlőt is) az úgynevezett meghajtóhoz tartoznak.
Tehát a hálózati feszültség az egyenirányítón keresztül a hálózati szűrő kondenzátorába kerül, ahol ily módon állandó feszültséget kapunk, amelynek maximuma 305 és 340 volt között van, a hálózati feszültség aktuális átlagos értékétől függően ( 215 és 240 V között).
Az egyenirányított feszültség a transzformátor primer tekercsére (fojtó) impulzusok formájában kerül ráadásra, amelyek ismétlési frekvenciáját általában a kulcsvezérlő áramkör határozza meg, és amelyek időtartamát a betáplált terhelés átlagos árama határozza meg. .
A több tíz és több száz kilohertz közötti frekvenciájú kapcsoló a transzformátor vagy a fojtó primer tekercsét köti össze és leválasztja a szűrőkondenzátorról, megfordítva ezzel a transzformátor vagy a fojtómag mágnesezettségét.
A transzformátor és a fojtó közötti különbség: fojtótekercsben időben elválik az energia forrásból a mag felé történő tárolásának és a magból a tekercsen keresztül a terhelésnek történő energia átvitelének fázisai, míg a transzformátorban ez egyszerre történik.
A fojtótekercset a topológiák galvanikus leválasztása nélküli konverterekben használják: boost - boost, step - down, valamint a fordított topológiájú galvanikus leválasztású konverterekben. A transzformátort a következő topológiájú galvanikus leválasztású konverterekben használják: híd-teli-híd, fél-híd-fél-híd, tol-húz-tol-húz, előre-előre.
A kapcsoló lehet egyetlen (buck-up konverter, forward konverter, boost vagy buck konverter galvanikus leválasztás nélkül), vagy a teljesítményrész több kapcsolót is tartalmazhat (félhíd, híd, push).
A kapcsoló(k) vezérlőáramköre a forrás kimenetéről visszacsatoló jelet kap a feszültségre vagy a terhelés feszültségére és áramára vonatkozóan, ennek a jelnek az értékének megfelelően az impulzus szélessége (munkaciklusa), amely szabályozza a kapcsoló vezetőképességének időtartamát automatikusan beállítja.
A kimenet a következőképpen van elrendezve. A transzformátor vagy az induktor szekunder tekercséből, vagy az induktor egyszeres tekercséből (ha galvanikus leválasztás nélküli konverterről beszélünk) a teljes hullámú egyenirányító Schottky-diódáin keresztül impulzus feszültség kerül a szűrőbe. kondenzátor.
Van egy feszültségosztó is, amelyről a feszültség-visszacsatoló jelet veszik, és áramérzékelő is lehet. A terhelés egy további kimeneti aluláteresztő szűrőn keresztül vagy közvetlenül csatlakozik a szűrőkondenzátorhoz.