Preklopno napajanje služi za pretvaranje ulaznog napona u vrijednost koju zahtijevaju unutarnji elementi uređaja. Drugi naziv za impulsne izvore, koji je postao široko rasprostranjen, su pretvarači.
Sadržaj
Što je?
Pretvarač je sekundarni izvor napajanja koji koristi dvostruku pretvorbu ulaznog izmjeničnog napona. Vrijednost izlaznih parametara regulira se promjenom trajanja (širine) impulsa i, u nekim slučajevima, učestalosti njihovog ponavljanja. Ova vrsta modulacije naziva se modulacija širine impulsa.
Princip rada sklopnog napajanja
Rad pretvarača temelji se na ispravljanju primarnog napona i njegovoj daljnjoj transformaciji u niz visokofrekventnih impulsa. Po tome se razlikuje od konvencionalnog transformatora.Izlazni napon bloka koristi se za formiranje negativnog povratnog signala, koji vam omogućuje podešavanje parametara impulsa. Kontrolom širine impulsa lako je organizirati stabilizaciju i podešavanje izlaznih parametara, napona ili struje. To jest, može biti i stabilizator napona i stabilizator struje.
Broj i polaritet izlaznih vrijednosti mogu biti vrlo različiti ovisno o tome kako radi sklopno napajanje.
Vrste izvora napajanja
Korišteno je nekoliko vrsta izmjenjivača koji se razlikuju po svojoj konstrukcijskoj shemi:
- bez transformatora;
- transformator.
Prvi se razlikuju po tome što slijed impulsa ide izravno na izlazni ispravljač i filtar za izravnavanje uređaja. Takva shema ima minimum komponenti. Jednostavan pretvarač uključuje specijalizirani integrirani krug - generator širine impulsa.
Od nedostataka uređaja bez transformatora, glavni je to što nemaju galvansku izolaciju od mreže i mogu predstavljati opasnost od strujnog udara. Također, obično imaju malu snagu i daju samo 1 izlazni napon.
Češći su transformatorski uređaji u kojima se visokofrekventni impulsni niz dovodi do primarnog namota transformatora. Može biti koliko god želite sekundarnih namota, što vam omogućuje generiranje nekoliko izlaznih napona. Svaki sekundarni namot je opterećen vlastitim ispravljačem i filterom za izravnavanje.
Snažno prekidačko napajanje za bilo koje računalo izgrađeno je prema shemi koja ima visoku pouzdanost i sigurnost. Za povratni signal ovdje se koristi napon od 5 ili 12 volti, jer te vrijednosti zahtijevaju najtočniju stabilizaciju.
Korištenje transformatora za pretvaranje visokofrekventnog napona (desetke kiloherca umjesto 50 Hz) omogućilo je višestruko smanjenje njihovih dimenzija i težine i korištenje ne električnog željeza, već feromagnetskih materijala s velikom koercitivnom silom kao materijala jezgre ( magnetski krug).
DC pretvarači se također grade na bazi pulsno-širinske modulacije. Bez uporabe inverterskih sklopova, pretvorba je bila povezana s velikim poteškoćama.
PSU shema
Krug najčešće konfiguracije impulsnog pretvarača uključuje:
- filter za suzbijanje mrežnog šuma;
- ispravljač;
- filter za zaglađivanje;
- pretvarač širine impulsa;
- ključni tranzistori;
- izlazni visokofrekventni transformator;
- izlazni ispravljači;
- izlazni pojedinačni i grupni filtri.
Svrha filtera za suzbijanje buke je odgoditi smetnje iz rada uređaja u mrežu. Prekidanje snage poluvodičkih elemenata može biti popraćeno stvaranjem kratkotrajnih impulsa u širokom frekvencijskom rasponu. Stoga je ovdje potrebno koristiti elemente posebno dizajnirane za tu svrhu kao protočne kondenzatore filterskih jedinica.
Ispravljač se koristi za pretvaranje ulaznog izmjeničnog napona u istosmjerni, a sljedeći filter za izravnavanje eliminira mreškanje ispravljenog napona.
U slučaju kada se koristi DC/DC pretvarač, ispravljač i filtar postaju nepotrebni, a ulazni signal, prošavši krugove filtera buke, dovodi se izravno u pretvornik širine impulsa (modulator), skraćeno PWM.
PWM je najsloženiji dio sklopa sklopnog napajanja. Njegov zadatak uključuje:
- stvaranje visokofrekventnih impulsa;
- kontrola izlaznih parametara bloka i korekcija slijeda impulsa u skladu s povratnim signalom;
- kontrola i zaštita od preopterećenja.
PWM signal se dovodi do upravljačkih izlaza snažnih ključnih tranzistora povezanih u premosni ili polumostni krug. Izlazna snaga tranzistora je opterećena na primarnom namotu visokofrekventnog izlaznog transformatora. Umjesto tradicionalnih bipolarnih tranzistora koriste se IGBT ili MOSFET tranzistori koji se odlikuju niskim padom napona na spojevima i velikom brzinom. Poboljšani parametri tranzistora pomažu u smanjenju rasipanja snage s istim dimenzijama i tehničkim projektnim parametrima.
Izlazni impulsni transformator koristi isti princip pretvorbe kao i klasični. Iznimka je rad na višoj frekvenciji. Kao rezultat toga, visokofrekventni transformatori s istom prijenosnom snagom imaju manje dimenzije.
Napon iz sekundarnog namota energetskog transformatora (može biti nekoliko) dovodi se do izlaznih ispravljača. Za razliku od ulaznog ispravljača, ispravljačke diode sekundarnog kruga moraju imati povećanu radnu frekvenciju.Schottky diode najbolje rade u ovom dijelu kruga. Njihove prednosti u odnosu na konvencionalne:
- visoka radna frekvencija;
- smanjeni kapacitet p-n spoja;
- mali pad napona.
Svrha izlaznog filtra sklopnog napajanja je smanjiti mreškanje ispravljenog izlaznog napona na potrebni minimum. Budući da je frekvencija mreškanja mnogo veća od one mrežnog napona, nema potrebe za velikim vrijednostima kapacitivnosti kondenzatora i induktiviteta zavojnica.
Opseg sklopnog napajanja
U većini slučajeva umjesto tradicionalnih transformatora s poluvodičkim stabilizatorima koriste se sklopni pretvarači napona. S istom snagom, pretvarači su manjih ukupnih dimenzija i težine, visoke pouzdanosti, i što je najvažnije - veće učinkovitosti i mogućnosti rada u širokom rasponu ulaznog napona. A s usporedivim dimenzijama, maksimalna snaga pretvarača je nekoliko puta veća.
U takvom području kao što je izravna pretvorba napona, impulsni izvori praktički nemaju alternativnu zamjenu i mogu raditi ne samo na snižavanju napona, već i na stvaranju povećanog, organiziranju promjene polariteta. Visoka frekvencija pretvorbe uvelike olakšava filtriranje i stabilizaciju izlaznih parametara.
Pretvarači male veličine temeljeni na specijaliziranim integriranim krugovima koriste se kao punjači za sve vrste gadgeta, a njihova pouzdanost je takva da vijek trajanja jedinice za punjenje može nekoliko puta premašiti vrijeme rada mobilnog uređaja.
Pogoni za napajanje od 12 V za uključivanje LED izvora rasvjete također su izgrađeni prema pulsnom krugu.
Kako napraviti prekidač za napajanje vlastitim rukama
Pretvarači, posebno snažni, imaju složene sklopove i dostupni su za ponavljanje samo iskusnim radioamaterima. Za samostalnu montažu mrežnih izvora napajanja možemo preporučiti jednostavne sklopove male snage koji koriste specijalizirane PWM kontrolerske čipove. Takvi IC-ovi imaju mali broj elemenata za vezivanje i imaju dokazane tipične sklopne sklopove koji praktički ne zahtijevaju podešavanje i ugađanje.
Kada radite s domaćim konstrukcijama ili popravljate industrijske uređaje, treba imati na umu da će dio kruga uvijek biti na potencijalu mreže, stoga se moraju poštivati sigurnosne mjere.
Slični članci:
