SMPS: Основи та робота імпульсного джерела живлення

Блоки живлення в режимі перемикання (SMPS) використовуються в ряді застосувань як ефективне та ефективне джерело живлення. Це велика частина їх ефективності. Для тих, хто все ще працює на робочому столі, шукайте вихід вентилятора в центральних процесорах (ЦП). Ось де SMPS.

SMPS пропонує переваги щодо розміру, ваги, вартості, ефективності та загальної продуктивності. Вони стали загальноприйнятою частиною електроніки. По суті, це пристрій, в якому перетворення та регулювання енергії забезпечується силовими напівпровідниками, які постійно вмикаються та вимикаються з високою частотою.

Різні види

Перетворювач постійного струму в постійний
Перетворювач вперед
Flyback Converter
Автоколивальний конвертер Flyback

Перетворювач постійного струму

Первинна потужність, що надходить від мережі змінного струму, випрямляється і фільтрується як постійний струм високої напруги. Потім він перемикається з величезною швидкістю і подається на первинну сторону понижуючого трансформатора. Знижувальний трансформатор є лише часткою від розміру порівнянної установки 50 Гц, таким чином полегшуючи проблеми з розмірами та вагою.

Ми маємо відфільтрований та випрямлений вихід на вторинній стороні трансформатора. Тепер він направляється на вихід джерела живлення. Зразок цього виходу надсилається назад на комутатор для управління вихідною напругою.

Перетворювач вперед

У прямому перетворювачі дросель несе струм, коли транзистор проводить, а також коли це не так. Діод несе струм протягом періоду ВИМК транзистора. Отже, енергія надходить у навантаження протягом обох періодів. Дросель накопичує енергію протягом періоду включення, а також передає деяку кількість енергії на вихідне навантаження.

Конвертер Flyback

У зворотньому перетворювачі магнітне поле індуктора накопичує енергію протягом періоду включення вимикача. Енергія споживається в ланцюзі вихідної напруги, коли перемикач знаходиться у розімкнутому стані. Коефіцієнт заряду визначає вихідну напругу.

Автоколивальний конвертер Flyback

Це найпростіший і базовий перетворювач, заснований на принципі зворотного зв'язку. Протягом часу провідності комутуючого транзистора струм через первинний трансформатор починає нарощуватись лінійно з нахилом, рівним Vin/Lp.

Індукована напруга у вторинній обмотці та обмотці зворотного зв'язку роблять випрямляч швидкого відновлення зворотно зміщеним і утримують провідний транзистор увімкненим. Коли первинний струм досягає пікового значення Ip, де серцевина починає насичуватися, струм має тенденцію дуже різко зростати. Це різке зростання струму не може бути підтримане приводом з фіксованою базою, забезпеченим обмоткою зворотного зв'язку. В результаті перемикання починає виходити із насичення.

Комутаційний регулятор виконує регулювання в ДЗПО. Послідовний комутаційний елемент вмикає та вимикає подачу струму на згладжувальний конденсатор. Напруга на конденсаторі контролює час включення послідовного елемента. Постійне перемикання конденсатора підтримує напругу на необхідному рівні.

Основи дизайну

Спочатку джерело змінного струму проходить через запобіжники та мережевий фільтр. Потім він виправляється повноволновим мостовим випрямлячем. Далі випрямлена напруга подається на попередній регулятор корекції коефіцієнта потужності (PFC) з подальшим перетворювачем DC-DC.

Більшість комп'ютерів та дрібних приладів використовують вхідний роз'єм Міжнародної електротехнічної комісії (IEC). Що стосується вихідних роз'ємів і розпіровок, за винятком деяких галузей, таких як ПК та компактний PCI, вони загалом не стандартизовані і залишаються за виробником.

Чому СМПС

Як і кожен електронний пристрій, SMPS також включає деякі активні та деякі пасивні компоненти. І як кожен із цих пристосувань, він має свої переваги та недоліки.

Почнемо з того, чому слід вибирати SMPS

Перемикання означає, що послідовний елемент регулятора ввімкнено або вимкнено. Дуже високий рівень ефективності досягається так само мало, як ми розсіюємо енергію, як тепло.
В результаті високої ефективності та низького рівня тепловіддачі джерела живлення в режимі перемикання можуть бути компактними.
Технологія живлення в режимі комутації також забезпечує високоефективні перетворення напруги в додатках з підвищеною напругою або в програмах “Boost”, а також у програмах з пониженням або “Buck”.

Тоді є поганий набір

Перехідні стрибки внаслідок дії перемикання можуть мігрувати в інші ділянки ланцюгів, якщо вони не фільтруються належним чином. Вони можуть спричинити електромагнітні або радіочастотні перешкоди, що впливають на інші сусідні елементи електронного обладнання, особливо якщо вони приймають радіосигнали.
Переконатися, що SMPS працює відповідно до необхідної специфікації, може бути трохи складно. Рівень пульсацій та перешкод особливо складні.
Витрати на імпульсний режим живлення розраховуються перед проектуванням або використанням. Додаткова фільтрація додатково збільшує вартість.

Відео нижче від Jacob Dykstra проводить вас через одне.

Що буде в майбутньому?

У майбутньому ми могли б мати більш ефективні SMPS, спрямовані на кращий перетворювач, який здійснює найбільш ефективний процес перетворення. Основними напрямками діяльності дизайнерів щодо підвищення ефективності роботи ДМЗП будуть:

Вища вихідна потужність
Досягнення більш високого вихідного струму та низької напруги
Збільшення щільності потужності
Використання комутаційного пристрою типу діода Шотткі