Switch mode-strømforsyninger bruges til at konvertere indgangsspændingen til den værdi, som de interne komponenter har brug for. En anden meget udbredt betegnelse for switching strømforsyninger er invertere.
Indhold
Hvad er en koblingsstrømforsyning?
En inverter er en sekundær strømforsyning, der anvender en dobbelt konvertering af den indgående vekselspænding. Udgangsværdierne justeres ved at ændre pulsernes varighed (bredde) og i nogle tilfælde også deres frekvens. Denne type modulation kaldes pulsbreddemodulation.
Princippet for en koblingsstrømforsyning
Inverteren fungerer ved at ensrette primærspændingen og derefter konvertere den til et tog af højfrekvensimpulser. Dette er i modsætning til en konventionel transformer. Udgangsspændingen bruges til at generere et negativt feedback-signal, som gør det muligt at justere pulsens parametre. Ved at styre pulsbredden er det let at stabilisere og justere udgangsparametre, spænding eller strøm, ved at styre pulsbredden. Det vil sige, at den kan være både en spændingsregulator og en strømregulator.
Antallet og polariteten af udgangsværdierne kan være meget forskellige, afhængigt af hvordan den switchende strømforsyning fungerer.
Forskellige strømforsyninger
Der anvendes flere forskellige typer invertere, som adskiller sig fra hinanden i deres kredsløb:
- uden transformer;
- transformer.
De førstnævnte adskiller sig ved, at pulssekvensen går direkte til enhedens udgangsligretter og udglattende filter. Et sådant kredsløb har et minimum af komponenter. En simpel inverter indeholder et specialiseret integreret kredsløb - en pulsbreddeoscillator.
Den største ulempe ved transformerløse enheder er, at de ikke har nogen galvanisk isolation fra strømforsyningen og kan udgøre en risiko for stød. De har også normalt en lav effekt og leverer kun 1 værdi af udgangsspænding.
Mere almindelige er transformerenheder, hvor en højfrekvent pulssekvens anvendes på transformatorens primærvikling. Der kan være så mange sekundære viklinger som nødvendigt, så der kan dannes flere udgangsspændinger. Hver sekundær vikling er belastet med sin egen ensretter og udglattende filter.
En kraftig switching-mode strømforsyningsenhed til enhver computer er bygget i henhold til et sådant kredsløb, som har høj pålidelighed og sikkerhed. Til tilbagekoblingssignalet anvendes her en spænding på 5 eller 12 volt, da disse værdier kræver den finest mulige stabilisering.
Brugen af transformere til højfrekvent spændingsomdannelse (titusindvis af kilohertz i stedet for 50 Hz) gjorde det muligt at reducere deres størrelse og vægt mange gange og at anvende ferromagnetiske materialer med høj koercitivkraft som kernemateriale (magnetisk tråd) i stedet for elektrisk jern.
DC-DC-omformere er også baseret på pulsbreddemodulation. Uden brug af inverterkredsløb var konverteringen meget vanskelig.
DC strømforsyningskredsløb
Kredsløbsdiagrammet for den mest almindelige konfiguration af en pulsinverter omfatter:
- Et linjefilter til undertrykkelse af interferens;
- ensretter;
- Et udglattende filter;
- puls-breddekonverter;
- vigtige transistorer;
- højfrekvent udgangstransformator;
- udgangsliggørere;
- individuelle og gruppeudgangsfiltre.
Formålet med filteret er at fange forstyrrelser fra enhedens drift til netforsyningen. Skift af højtydende halvlederelementer kan ledsages af generering af kortvarige impulser i et bredt frekvensspektrum. Derfor er det nødvendigt at anvende specielt konstruerede elementer som gennemløbskondensatorer til filtreringsforbindelserne.
Ensretteren bruges til at konvertere den indgående vekselspænding til jævnspænding, og et nedstrøms udjævningsfilter eliminerer krusninger i den ensrettede spænding.
Når der anvendes en DC-konverter, er ensretter og filter unødvendigt, og indgangssignalet, der har passeret støjfilterkredsløbet, føres direkte til pulsbreddekonverteren (modulatoren), forkortet PWM.
PWM er den mest komplekse del af et strømforsyningskredsløb med switching. Dens opgave omfatter:
- Generering af højfrekvente impulser;
- overvågning af enhedens udgangsparametre og korrektion af pulstoget i overensstemmelse med feedback-signalet;
- Overvågning og beskyttelse mod overbelastning.
PWM-signalet føres til styrestifterne af høj effekt-bro- eller halvbro-forbundne transistorer. Strømkablerne er forbundet til højfrekvensudgangstransformatorens primære vikling. Traditionelle bipolære transistorer erstattes af IGBT- eller MOSFET-transistorer, som har et meget lavt spændingsfald i krydsfeltet og højhastighedspræstationer. Transistorernes forbedrede ydeevne gør det muligt at reducere strømforbruget ved samme dimensioner og tekniske design.
Udgangspulstransformatoren anvender det samme konverteringsprincip som den klassiske transformer. Undtagelsen er overfrekvensdrift. Som følge heraf har højfrekvente transformatorer mindre dimensioner for den samme transmitterede effekt.
Spændingen fra den sekundære vikling af strømtransformatoren (der kan være flere) føres til udgangens ensrettere. I modsætning til indgangsligteren skal ensretterdioderne i det sekundære kredsløb have en højere driftsfrekvens. Schottky dioder fungerer bedst i denne del af kredsløbet. Deres fordele i forhold til konventionelle dioder er:
- høj driftsfrekvens;
- lavere p-n-forbindelseskapacitans;
- lavt spændingsfald.
Formålet med udgangsfilteret i en switching-mode strømforsyning er at reducere krusningen i den ensrettede udgangsspænding til det nødvendige minimum. Da ripple-frekvensen er meget højere end linjespændingens frekvens, er der ikke behov for høj kapacitet og induktans i spolerne.
Anvendelsesområde for den switchede strømforsyning
Der anvendes i de fleste tilfælde pulserende spændingsomformere i stedet for traditionelle transformatoromformere med halvlederstabilisatorer. Med den samme effekt er invertere mindre og lettere, mere pålidelige og vigtigst af alt mere effektive og kan fungere over et bredt spektrum af indgangsspændinger. Og for en tilsvarende størrelse er inverterens maksimale effekt flere gange højere.
På et område som jævnspændingsomdannelse har impulskilder næsten intet alternativ og er i stand til at fungere ikke kun ved at reducere spændingen, men også ved at generere en højere spænding og arrangere omvendt polaritet. Den høje konverteringsfrekvens letter i høj grad filtrering og stabilisering af udgangsparametrene.
Små invertere baseret på specialiserede integrerede kredsløb anvendes som opladere til alle mulige gadgets, og deres pålidelighed er af en sådan art, at opladerenhedens levetid kan overstige levetiden for en mobil enhed med flere gange.
12-volts strømforsyningsdrivere til tænding af LED-lyskilder er også baseret på et koblingskredsløb.
Sådan laver du en switching strømforsyning med dine egne hænder
Invertere, især kraftige invertere, har komplicerede kredsløb og er kun tilgængelige for erfarne radioamatører. Enkle kredsløb med lav effekt og brug af specialiserede PWM-controllere kan anbefales til selvmontering af strømforsyninger. Disse IC'er har et lavt ledningsforbrug og et veletableret kredsløbsdesign, som stort set ikke kræver justering og tuning.
Når du arbejder på hjemmelavede konstruktioner eller reparerer industrielt udstyr, skal du huske, at en del af kredsløbet altid vil være under netpotentialet, så sikkerhedsforanstaltningerne skal overholdes.
Relaterede artikler:
