Аналіз принципу імпульсного живлення

Теплі підказки: слово в цій статті - близько 4800, а час читання - близько 28 хвилин.

Резюме

В даний час в основному є два типи джерел живлення: лінійне живлення (лінійне) та імпульсне живлення (комутаційне). Ця стаття в основному стосується аналізу принципу імпульсного живлення, такого як лінійне живлення, імпульсне живлення; Ланцюг управління трансформатором та ШІМ; Перехідний фільтр аналіз схем та ін.

Каталоги

VI. Вторинна сторона

II. Комутаційне живлення

6.1 вторинна сторона (1)

III.Активна схема PFC

6.2 Вторинна сторона (2)

VII.Графічне імпульсне джерело живлення

V. Трансформатор і схема управління ШІМ

VIII.Аналіз ланцюга перехідних фільтрів

Вступ

І.Лінійна сила

В даний час в основному є два типи джерел живлення: лінійне живлення (лінійне) та імпульсне живлення (комутаційне). Принцип лінійного живлення полягає в перетворенні мережі 127 В або 220 В у низьку напругу через трансформатор, скажімо, 12 В, а перетворена низька напруга залишається змінною. Потім випрямляють через серію діодів і перетворюють низьковольтний змінний струм на пульсуючу (з 3 на малюнках 1 і 2). Наступним кроком є фільтрування пульсуючої напруги разом з конденсаторами, а потім перетворення відфільтрованого низьковольтного змінного струму в постійний і 2 з 4) В цей час отриманий низьковольтний постійний струм все ще недостатньо чистий, будуть деякі коливання (такі коливання напруги - це те, про що ми часто говоримо, що пульсація), тому вам також потрібно стабілізувати діод або схему випрямляча напруги, щоб виправити. Нарешті, ми можемо отримати чистий низьковольтний вихід постійного струму (з 5 на малюнках 1 і 2)

Рисунок 1: Стандартна лінійна конструкція джерела живлення

Рисунок 2: Форма сигналу лінійного живлення

Хоча лінійні джерела живлення добре підходять для живлення малопотужних пристроїв, таких як бездротові телефони, ігрових консолей, таких як PlayStation/Wii/Xbox тощо. Лінійні джерела живлення можуть вимагати енергії для потужних пристроїв.

Для лінійного джерела живлення його внутрішня ємність і розмір трансформатора обернено пропорційні частоті мережі змінного струму: тобто, чим нижча вхідна частота мережі, тим більше буде потрібно лінійне джерело живлення для конденсаторів і трансформаторів, і віце навпаки. Через поточну частоту змінного струму 60 Гц (у деяких країнах 50 Гц), що є відносно низькою частотою, трансформатори та конденсатори, як правило, відносно високі. Крім того, стрибок напруги змінного струму, тим більше лінійна головка силового трансформатора.

Ми бачимо, що будувати лінійний блок живлення для персонального ПК було б божевільним кроком через його розміри та вагу. Таким чином, користувачі персональних ПК не підходять для лінійного живлення.

II. Комутаційне живлення

Імпульсний блок живлення може бути хорошим рішенням цієї проблеми за допомогою високочастотного режиму комутації. Для високочастотних імпульсних джерел живлення змінна напруга змінного струму може бути підвищена перед входом у трансформатор (зазвичай 50-60 кГц перед підвищенням). Зі збільшенням вхідної потужності головка компонентів, таких як трансформатори та конденсатори, не повинна бути такою великою, як лінійні джерела живлення. Це високочастотне імпульсне джерело живлення - це саме те, що вимагає наш персональний ПК та таке обладнання, як відеомагнітофони. Слід зазначити, що те, що ми часто називаємо `` імпульсним джерелом живлення '', насправді є абревіатурою для `` імпульсного джерела живлення з високою частотою '' і не має нічого спільного з вимкненим та ввімкненим самим джерелом живлення.

Насправді, джерело живлення ПК для кінцевого користувача є більш оптимізованим рішенням: система із замкнутим циклом (система із замкнутим циклом) - відповідальна за управління ланцюгом комутатора для отримання сигналу зворотного зв'язку із вихідної потужності, а потім більше споживання енергії ПК зменшити частоту напруги протягом певного періоду, щоб мати можливість адаптуватися до силового трансформатора (цей метод називається ШІМ, модуляція ширини імпульсу). Тому імпульсний блок живлення можна регулювати відповідно до споживаної потужності підключених силових пристроїв, щоб трансформатори та інші компоненти мали менше енергії та зменшували тепловиділення.

З іншого боку, лінійне джерело живлення, його філософія проектування перевищує потужність, навіть якщо ланцюг навантаження не вимагає багато струму. Наслідком цього є те, що всі компоненти працюють на повну потужність, навіть коли це не потрібно, що призводить до набагато більшого нагрівання.

Удвоєтель напруги і первинний бічний випрямний контур

Як вже зазначалося вище, імпульсний блок живлення в основному включає активне джерело живлення PFC та пасивне джерело живлення PFC без схеми PFC, але оснащене удвоителем напруги (дубльовачем напруги). Удвояч напруги використовує два величезні електролітичні конденсатори, тобто, якщо ви бачите два великі конденсатори всередині блоку живлення, це в основному може визначити, що це удвояч потужності. Як ми вже згадували, удвоєтель напруги підходить лише для зони напруги 127 В.

Міст випрямляча можна побачити збоку від дублера напруги. Випрямний міст може складатися з чотирьох діодів, він може бути одним компонентом, як показано нижче. Мости випрямляча високого класу, як правило, розміщуються в спеціальному радіаторі.

Зазвичай на первинному боці є NTC-термістор - резистор, який змінює опір залежно від температури. Термістори NTC - це скорочення від негативного температурного коефіцієнта. Його роль в основному використовується для повторного узгодження джерела живлення, коли температура низька або висока, а ємність керамічного диска більш схожа.

III.Активна схема PFC

Немає сумнівів, що цю схему можна побачити лише в блоці живлення з активною ланцюгом PFC. На малюнку 16 зображено типову схему PFC:

Активна схема PFC зазвичай використовує двопотужне освітлення MOSFET. Ці трубки зазвичай розміщуються збоку від радіатора. Для зручності розуміння ми використовували літери для позначення кожного включення MOSFET: S для джерела, D для зливу та G для воріт.

Діод PFC є силовим діодом і зазвичай упаковується в блок живлення, подібний до силового транзистора. Обидва вони довгі та схожі, а також встановлені на первинному радіаторі, хоча діод PFC має лише два висновки.

Індуктивність в ланцюзі PFC є найбільшою індуктивністю в блоці живлення. конденсатор фільтра первинної сторони - це найбільший електролітичний конденсатор на первинній стороні активного джерела живлення ПФУ. Резистор на малюнку 16 - це термістор NTC, який змінює опір при більш залежній від температури зміні і діє як другий терморезистор EMI NTC.

Активна схема управління PFC, як правило, базується на інтегральній схемі ІС, і іноді ця інтегральна схема також буде відповідати за управління ланцюгом ШІМ (використовується для управління замкнутою відкритою трубкою). Цей тип інтегральної схеми зазвичай називають „комбінованим ПФК/ШІМ”.

Як зазвичай, подивіться на кілька прикладів. На малюнку 17 ми бачимо компоненти краще після зняття радіатора на первинній стороні. Ліва сторона - це схема EMI ланцюга перехідних фільтрів, яка вже була детально описана вище. На лівій стороні всі компоненти активної схеми PFC. Оскільки ми зняли радіатор, транзистор PFC і діод PFC на фотографії не видно. Також зверніть увагу, що між випрямним мостом і активною ланцюгом PFC є конденсатор X (коричневий елемент внизу радіатора моста випрямляча). Нерідко термістори у формі оливи, які нагадують керамічні дискові конденсатори, мають покриття, покрите гумою.

На малюнку 18 показані компоненти первинного радіатора. Цей блок живлення оснащений двома MOSFET-силами MOSFET та діючим діодом живлення з ланцюгом PFC:

IV.Світлова трубка

Імпульсний блок живлення, що перемикає інверторний рівень, може мати різні режими, ми узагальнимо кілька ситуацій: