Τα τροφοδοτικά μεταγωγής χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της τάσης εισόδου στην τιμή που χρειάζονται τα εσωτερικά εξαρτήματα. Μια άλλη ευρέως χρησιμοποιούμενη ονομασία για τα τροφοδοτικά μεταγωγής είναι οι αντιστροφείς.
Περιεχόμενα
Τι είναι το τροφοδοτικό μεταγωγής;
Ο αντιστροφέας είναι μια δευτερεύουσα παροχή ρεύματος που χρησιμοποιεί διπλή μετατροπή της τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος εισόδου. Οι τιμές εξόδου ρυθμίζονται μεταβάλλοντας τη διάρκεια (πλάτος) των παλμών και, σε ορισμένες περιπτώσεις, τη συχνότητά τους. Αυτός ο τύπος διαμόρφωσης ονομάζεται διαμόρφωση πλάτους παλμού.
Η αρχή ενός μεταγωγικού τροφοδοτικού
Ο αντιστροφέας λειτουργεί με ανόρθωση της πρωτεύουσας τάσης και στη συνέχεια τη μετατρέπει σε μια σειρά παλμών υψηλής συχνότητας. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με έναν συμβατικό μετασχηματιστή. Η τάση εξόδου χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός σήματος αρνητικής ανάδρασης που επιτρέπει τη ρύθμιση των παραμέτρων του παλμού. Ελέγχοντας το πλάτος του παλμού, είναι εύκολο να οργανωθεί η σταθεροποίηση και η ρύθμιση των παραμέτρων εξόδου, τάσης ή ρεύματος. Δηλαδή, μπορεί να είναι ρυθμιστής τάσης καθώς και ρυθμιστής ρεύματος.
Ο αριθμός και η πολικότητα των τιμών εξόδου μπορεί να είναι πολύ διαφορετικοί, ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του τροφοδοτικού μεταγωγής.
Ποικιλία τροφοδοτικών
Χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι αντιστροφέων, οι οποίοι διαφέρουν ως προς το κύκλωμά τους:
- χωρίς μετασχηματιστή,
- μετασχηματιστής.
Οι πρώτοι διακρίνονται από το γεγονός ότι η ακολουθία παλμών πηγαίνει απευθείας στον ανορθωτή εξόδου και στο φίλτρο εξομάλυνσης της συσκευής. Ένα τέτοιο κύκλωμα έχει ελάχιστα εξαρτήματα. Ένας απλός αντιστροφέας περιλαμβάνει ένα εξειδικευμένο ολοκληρωμένο κύκλωμα - ταλαντωτή εύρους παλμών.
Το κύριο μειονέκτημα των συσκευών χωρίς μετασχηματιστή είναι ότι δεν έχουν γαλβανική απομόνωση από το δίκτυο και ενδέχεται να προκαλέσουν κίνδυνο ηλεκτροπληξίας. Συνήθως έχουν επίσης χαμηλή ισχύ και παρέχουν μόνο 1 τιμή τάσης εξόδου.
Πιο συνηθισμένες είναι οι συσκευές μετασχηματιστών στις οποίες μια ακολουθία παλμών υψηλής συχνότητας εφαρμόζεται στο πρωτεύον τύλιγμα του μετασχηματιστή. Μπορούν να υπάρχουν όσες δευτερεύουσες περιελίξεις απαιτούνται, επιτρέποντας τη δημιουργία πολλών τάσεων εξόδου. Κάθε δευτερεύον τύλιγμα είναι φορτισμένο με τον δικό του ανορθωτή και το δικό του φίλτρο εξομάλυνσης.
Μια ισχυρή μονάδα τροφοδοσίας διακοπτικού τύπου οποιουδήποτε υπολογιστή κατασκευάζεται σύμφωνα με ένα τέτοιο κύκλωμα, το οποίο έχει υψηλή αξιοπιστία και ασφάλεια. Για το σήμα ανατροφοδότησης, εδώ χρησιμοποιείται τάση 5 ή 12 βολτ, καθώς οι τιμές αυτές απαιτούν την καλύτερη δυνατή σταθεροποίηση.
Η χρήση των μετασχηματιστών για τη μετατροπή τάσης υψηλής συχνότητας (δεκάδες kilohertz αντί για 50 Hz) κατέστησε δυνατή τη μείωση του μεγέθους και του βάρους τους πολλές φορές και τη χρήση σιδηρομαγνητικών υλικών με υψηλή καταναγκαστική δύναμη ως υλικό πυρήνα (μαγνητικό σύρμα) αντί για ηλεκτρικό σίδηρο.
Οι μετατροπείς DC-DC βασίζονται επίσης στη διαμόρφωση εύρους παλμών. Χωρίς τη χρήση κυκλωμάτων αντιστροφέα, η μετατροπή ήταν πολύ δύσκολη.
Κύκλωμα τροφοδοσίας DC
Το κυκλωματικό διάγραμμα της πιο συνηθισμένης διαμόρφωσης αντιστροφέα παλμών περιλαμβάνει:
- Φίλτρο γραμμής για την καταστολή παρεμβολών,
- ανορθωτής,
- Ένα φίλτρο εξομάλυνσης,
- μετατροπέα εύρους παλμών,
- βασικά τρανζίστορ,
- μετασχηματιστής υψηλής συχνότητας εξόδου,
- ανορθωτές εξόδου,
- ατομικά και ομαδικά φίλτρα εξόδου.
Σκοπός του φίλτρου καταστολής παρεμβολών είναι να παγιδεύει τις παρεμβολές από τη λειτουργία της μονάδας στην παροχή δικτύου. Η μεταγωγή ημιαγωγικών στοιχείων υψηλής ισχύος μπορεί να συνοδεύεται από τη δημιουργία βραχυχρόνιων παλμών σε ευρύ φάσμα συχνοτήτων. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούνται ειδικά σχεδιασμένα στοιχεία ως πυκνωτές διέλευσης για τους συνδέσμους φιλτραρίσματος.
Ο ανορθωτής χρησιμεύει για τη μετατροπή της εναλλασσόμενης τάσης εισόδου σε συνεχή τάση και ένα φίλτρο εξομάλυνσης εξαλείφει τον κυματισμό της ανορθωμένης τάσης.
Όταν χρησιμοποιείται μετατροπέας συνεχούς ρεύματος, ο ανορθωτής και το φίλτρο είναι περιττά και το σήμα εισόδου, αφού περάσει από το κύκλωμα του φίλτρου θορύβου, τροφοδοτείται απευθείας στον μετατροπέα εύρους παλμών (διαμορφωτή), που συντομογραφείται ως PWM.
Η PWM είναι το πιο σύνθετο μέρος ενός κυκλώματος τροφοδοσίας μεταγωγής. Το έργο της περιλαμβάνει:
- Παραγωγή παλμών υψηλής συχνότητας,
- παρακολούθηση των παραμέτρων εξόδου της μονάδας και διόρθωση της παλμοσειράς σύμφωνα με το σήμα ανάδρασης,
- Παρακολούθηση και προστασία από υπερφορτώσεις.
Το σήμα PWM τροφοδοτείται στους ακροδέκτες ελέγχου των τρανζίστορ υψηλής ισχύος που συνδέονται με γέφυρα ή ημιγέφυρα. Τα καλώδια ισχύος συνδέονται με το πρωτεύον τύλιγμα του μετασχηματιστή εξόδου υψηλής συχνότητας. Τα παραδοσιακά διπολικά τρανζίστορ αντικαθίστανται από τρανζίστορ IGBT ή MOSFET, τα οποία έχουν πολύ χαμηλή πτώση τάσης σύνδεσης και υψηλές επιδόσεις ταχύτητας. Η βελτιωμένη απόδοση των τρανζίστορ επιτρέπει τη μείωση της απορριπτόμενης ισχύος για τις ίδιες διαστάσεις και τον ίδιο τεχνικό σχεδιασμό.
Ο μετασχηματιστής παλμών εξόδου χρησιμοποιεί την ίδια αρχή μετατροπής με τον κλασικό μετασχηματιστή. Η εξαίρεση είναι η λειτουργία υπερσυχνότητας. Κατά συνέπεια, οι μετασχηματιστές υψηλής συχνότητας έχουν μικρότερες διαστάσεις για την ίδια μεταδιδόμενη ισχύ.
Η τάση από το δευτερεύον τύλιγμα του μετασχηματιστή ισχύος (μπορεί να υπάρχουν αρκετοί) τροφοδοτείται στους ανορθωτές εξόδου. Σε αντίθεση με τον ανορθωτή εισόδου, οι ανορθωτικές δίοδοι του δευτερεύοντος κυκλώματος πρέπει να έχουν υψηλότερη συχνότητα λειτουργίας. Οι δίοδοι Schottky λειτουργούν καλύτερα σε αυτό το τμήμα του κυκλώματος. Τα πλεονεκτήματά τους έναντι των συμβατικών διόδων είναι:
- υψηλή συχνότητα λειτουργίας,
- χαμηλότερη χωρητικότητα σύνδεσης p-n,
- χαμηλή πτώση τάσης.
Ο σκοπός του φίλτρου εξόδου σε ένα τροφοδοτικό διακοπτικής λειτουργίας είναι να μειώσει την κυμάτωση της ανορθωμένης τάσης εξόδου στο απαραίτητο ελάχιστο. Δεδομένου ότι η συχνότητα κυμάτωσης είναι πολύ υψηλότερη από εκείνη της τάσης γραμμής, δεν υπάρχει ανάγκη για υψηλή χωρητικότητα και επαγωγή στα πηνία.
Πεδίο εφαρμογής του τροφοδοτικού διακοπτόμενης λειτουργίας
Στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται μετατροπείς παλμικής τάσης αντί των παραδοσιακών μετατροπέων μετασχηματιστών με σταθεροποιητές ημιαγωγών. Με την ίδια ισχύ, οι μετατροπείς είναι μικρότεροι και ελαφρύτεροι, πιο αξιόπιστοι και, κυρίως, πιο αποδοτικοί και μπορούν να λειτουργούν σε ένα ευρύ φάσμα τάσεων εισόδου. Και για συγκρίσιμο μέγεθος, η μέγιστη ισχύς του μετατροπέα είναι αρκετές φορές υψηλότερη.
Σε έναν τομέα όπως η μετατροπή τάσης συνεχούς ρεύματος, οι πηγές παλμών δεν έχουν σχεδόν καμία εναλλακτική λύση και είναι σε θέση να λειτουργούν όχι μόνο μειώνοντας την τάση, αλλά και δημιουργώντας υψηλότερη τάση και οργανώνοντας αντιστροφή της πολικότητας. Η υψηλή συχνότητα μετατροπής διευκολύνει σημαντικά το φιλτράρισμα και τη σταθεροποίηση των παραμέτρων εξόδου.
Οι μικροί μετατροπείς που βασίζονται σε εξειδικευμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα χρησιμοποιούνται ως φορτιστές για όλα τα είδη συσκευών και η αξιοπιστία τους είναι τέτοια που η διάρκεια ζωής της μονάδας φόρτισης μπορεί να υπερβαίνει τη διάρκεια ζωής μιας κινητής συσκευής αρκετές φορές.
Οι οδηγοί ισχύος 12 βολτ για την ενεργοποίηση των πηγών φωτός LED βασίζονται επίσης σε ένα κύκλωμα μεταγωγής.
Πώς να φτιάξετε ένα τροφοδοτικό μεταγωγής με τα χέρια σας
Οι αντιστροφείς, ιδιαίτερα οι ισχυροί, έχουν πολύπλοκα κυκλώματα και είναι προσιτοί μόνο σε έμπειρους ραδιοερασιτέχνες. Απλά κυκλώματα χαμηλής ισχύος με τη χρήση εξειδικευμένων ελεγκτών PWM μπορούν να προταθούν για την αυτοσυναρμολόγηση των τροφοδοτικών δικτύου. Αυτά τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι χαμηλής καλωδίωσης και έχουν καθιερωμένο σχεδιασμό κυκλώματος που δεν απαιτεί σχεδόν καμία ρύθμιση και συντονισμό.
Όταν εργάζεστε σε αυτοσχέδιες κατασκευές ή επισκευάζετε βιομηχανικές συσκευές, να θυμάστε ότι μέρος του κυκλώματος θα βρίσκεται πάντα κάτω από το δυναμικό του δικτύου, οπότε πρέπει να τηρούνται οι προφυλάξεις ασφαλείας.
Σχετικά άρθρα:
