Lülitustoiteallikaid kasutatakse sisendpinge teisendamiseks seadme sisemiste elementide jaoks vajalikuks väärtuseks. Teine laialt levinud nimetus lülitustoiteallikate jaoks on inverterid.
Sisu
Mis on lülitustoiteallikas?
Inverter on sekundaarne toiteallikas, mis kasutab vahelduvvoolu sisendpinge topeltmuundust. Väljundväärtusi reguleeritakse, muutes impulsside kestust (laiust) ja mõnel juhul ka nende kordamise sagedust. Seda tüüpi modulatsiooni nimetatakse impulsi laiuse modulatsiooniks.
Lülitustoiteallika tööpõhimõte
Inverteri põhiprintsiip on primaarpinge alaldamine ja seejärel selle muundamine kõrgsageduslike impulsside jadaks. See eristab seda tavapärasest trafost. Seadme väljundpinge moodustab negatiivse tagasiside signaali, mis võimaldab reguleerida impulsi parameetreid. Impulsi laiust reguleerides on lihtne korraldada stabiliseerimist ja väljundparameetrite, pinge või voolu reguleerimist. See tähendab, et see võib olla nii pingeregulaator kui ka vooluregulaator.
Väljundväärtuste arv ja polaarsus võivad olla väga erinevad, olenevalt lülitustoiteallika toimimisest.
Toiteallikate sordid
Kasutatud on mitut tüüpi invertereid, mis erinevad vooluahela konstruktsiooni poolest:
- trafota;
- trafo.
Esimesi eristab asjaolu, et impulsside jada läheb otse seadme väljundalaldi ja silumisfiltrisse. Sellises vooluringis on minimaalselt komponente. Lihtne inverter sisaldab spetsiaalset integraallülitust - impulsi laiusega ostsillaatorit.
Trafodeta seadmete peamine puudus on see, et neil puudub toitevõrgust galvaaniline isolatsioon ja need võivad tekitada elektrilöögi ohtu. Tavaliselt on neil ka väike võimsus ja need annavad ainult ühe väljundpinge väärtuse.
Levinumad on trafoseadmed, milles trafo primaarmähisele läheb kõrgsageduslik impulssjada. Sekundaarmähiseid võib olla nii palju kui soovite, mis võimaldab moodustada mitu väljundpinget. Iga sekundaarmähis on koormatud oma alaldi ja silumisfiltriga.
Mis tahes arvuti võimas lülitusrežiimi toiteallikas on ehitatud sellise vooluahela järgi, millel on kõrge töökindlus ja ohutus. Tagasisidesignaali jaoks kasutatakse siin pinget 5 või 12 volti, kuna need väärtused nõuavad kõige täpsemat stabiliseerimist.
Trafode kasutamine kõrgsagedusliku pinge muundamiseks (50 Hz asemel kümneid kilohertse) võimaldas nende suurust ja kaalu kordades vähendada ning kasutada südamiku materjalina (magnetjuhtmena) elektriraua asemel suure sundjõuga ferromagnetilisi materjale.
DC-DC muundurid põhinevad samuti impulsi laiuse modulatsioonil. Ilma inverterahelaid kasutamata oli muundamine seotud suurte raskustega.
Toiteallika skeem
Kõige tavalisema impulssmuunduri konfiguratsiooni skeem sisaldab:
- võrgu mürafilter;
- alaldi
- tasandusfilter;
- impulsi laiuse muundur;
- võtmetransistorid;
- kõrgsageduslik väljundtrafo;
- väljundalaldid;
- individuaalsed ja rühmaväljundfiltrid.
Häirete summutusfiltri eesmärk on püüda seadme tööst tulenevad häired toitevõrku. Võimsate pooljuhtelementide ümberlülitamisega võib kaasneda lühiajaliste impulsside loomine laias sagedusspektris. Seetõttu on siin vaja kasutada filtreerimislülide läbipääsukondensaatoritena spetsiaalselt projekteeritud elemente.
Alaldi kasutatakse vahelduvvoolu sisendpinge muutmiseks alalisvooluks ja allavoolu silumisfilter kõrvaldab alaldatud pinge pulsatsioonid.
Alalisvoolumuunduri kasutamisel pole alaldit ja filtrit vaja ning sisendsignaal pärast mürafiltri vooluringi läbimist suunatakse otse impulsi laiusmuundurisse (modulaatorisse), lühendatult PWM.
PWM on lülitustoiteahela kõige keerulisem osa. Selle ülesanne hõlmab:
- Kõrgsageduslike impulsside genereerimine;
- seadme väljundparameetrite juhtimine ja impulsi jada korrigeerimine vastavalt tagasiside signaalile;
- jälgimine ja kaitse ülekoormuse eest.
PWM-signaal suunatakse silla- või poolsildahelas toiteklahvi transistoride juhttihvtidesse. Transistoride toitejuhtmed laaditakse kõrgsagedusliku väljundtrafo primaarmähisesse. Traditsioonilised bipolaarsed transistorid asendatakse IGBT või MOSFET transistoridega, millel on madal ristmiku pingelang ja kiire jõudlus. Transistoride täiustatud parameetrid aitavad vähendada võimsuse hajumist, säilitades samal ajal sama suuruse ja tehnilise konstruktsiooni parameetrid.
Väljundimpulss-trafo kasutab sama teisenduspõhimõtet nagu klassikaline trafo. Erandiks on operatsioon suurenenud sagedusega. Selle tulemusena on sama edastusvõimsusega kõrgsagedustrafod väiksemate mõõtmetega.
Jõutrafo sekundaarmähisest (neid võib olla mitu) pinge läheb väljundalalditesse. Erinevalt sisendalaldist peavad sekundaarahela alaldi dioodid olema kõrgema töösagedusega. Schottky dioodid töötavad kõige paremini selles vooluringi osas. Nende eelised tavaliste dioodide ees on järgmised:
- kõrge töösagedus;
- p-n-siirde väiksem mahtuvus;
- madal pingelangus.
Lülitusrežiimi toiteallika väljundfiltri eesmärk on vähendada alaldatud väljundpinge pulsatsiooni vajaliku miinimumini. Kuna pulsatsioonisagedus on palju kõrgem kui liinipinge, pole mähistes vaja suurt mahtuvust ja induktiivsust.
Lülitatud režiimi toiteallika rakendusala
Traditsiooniliste pooljuhtstabilisaatoritega trafode asemel kasutatakse enamasti impulsspinge muundureid. Sama võimsusega invertereid iseloomustavad väiksemad gabariidid ja kaal, kõrge töökindlus ning mis kõige tähtsam – suurem kasutegur ning võime töötada laias sisendpingevahemikus. Ja võrreldavate mõõtmetega on inverteri maksimaalne võimsus mitu korda suurem.
Sellises valdkonnas nagu alalispinge muundamine, pole impulssallikatel peaaegu mingit alternatiivi ja nad on võimelised töötama mitte ainult pinge vähendamiseks, vaid ka kõrgema pinge tootmiseks, polaarsuse pöördumise korraldamiseks. Kõrge konversioonisagedus hõlbustab oluliselt väljundparameetrite filtreerimist ja stabiliseerimist.
Spetsiaalsete integraallülituste väikesemahulisi invertereid kasutatakse igasuguste vidinate laadijatena ja nende töökindlus on selline, et laadimisseadme kasutusiga võib mitu korda ületada mobiilseadme kasutusiga.
12-voldised toitedraiverid LED-valgusallikate sisselülitamiseks põhinevad samuti impulssahelal.
Kuidas teha oma kätega lülitustoiteallikat
Inverteritel, eriti võimsatel, on keeruline vooluring ja need on replikatsiooniks saadaval ainult kogenud raadioamatööridele. Võime soovitada lihtsaid väikese võimsusega vooluahelaid spetsiaalsete PWM-kontrolleri kiipidega võrgutoiteallikate isemonteerimiseks. Sellistel IC-del on väike arv torustiku elemente ja hästi testitud tüüpilised lülitusahelad, mis praktiliselt ei vaja reguleerimist ja häälestamist.
Omatehtud kujundusega töötades või tööstusseadmete parandamisel pidage meeles, et osa vooluringist jääb alati võrgu potentsiaali alla, seega tuleb järgida ettevaatusabinõusid.
Seotud artiklid:
