스위칭 전원 공급 장치는 입력 전압을 장치의 내부 요소에 필요한 값으로 변환하는 데 사용됩니다. 스위칭 전원 공급 장치에 널리 사용되는 또 다른 이름은 인버터입니다.
내용물
스위칭 전원 공급 장치 란 무엇입니까?
인버터는 입력 AC 전압의 이중 변환을 사용하는 2차 전원 공급 장치입니다. 출력 값은 펄스의 지속 시간(폭)과 경우에 따라 반복 빈도를 변경하여 조정됩니다. 이러한 유형의 변조를 펄스 폭 변조라고 합니다.
스위칭 전원 공급 장치의 작동 원리
인버터의 기본 원리는 1차 전압을 정류한 다음 고주파 펄스 열로 변환하는 것입니다. 이것이 기존의 변압기와 구별되는 것입니다. 장치의 출력 전압은 음의 피드백 신호를 형성하는 역할을 하여 펄스 매개변수를 조절할 수 있습니다. 펄스 폭을 제어함으로써 출력 매개변수, 전압 또는 전류의 안정화 및 조절을 쉽게 정렬할 수 있습니다. 즉, 전압 레귤레이터와 전류 레귤레이터가 될 수 있습니다.
스위칭 전원 공급 장치의 작동 방식에 따라 출력 값의 수와 극성이 매우 다를 수 있습니다.
다양한 전원 공급 장치
회로 설계가 다른 여러 유형의 인버터가 사용되었습니다.
- 무변압기;
- 변신 로봇.
첫 번째는 펄스 시퀀스가 장치의 출력 정류기와 평활화 필터로 직접 이동한다는 사실로 구별됩니다. 이러한 회로에는 최소한의 구성 요소가 있습니다. 간단한 인버터에는 펄스 폭 발진기인 특수 집적 회로가 포함되어 있습니다.
무변압기 장치의 주요 단점은 전원 공급 장치 네트워크로부터 갈바닉 절연이 없고 감전의 위험이 있다는 것입니다. 또한 일반적으로 전력이 낮고 출력 전압의 1값만 전달합니다.
더 일반적인 것은 고주파 펄스 시퀀스가 변압기의 1차 권선으로 가는 변압기 장치입니다. 원하는 만큼 2차 권선이 있을 수 있으므로 여러 출력 전압을 형성할 수 있습니다. 각 2차 권선에는 자체 정류기와 평활 필터가 장착되어 있습니다.
모든 컴퓨터의 강력한 스위칭 모드 전원 공급 장치는 이러한 회로에 따라 구축되어 신뢰성과 안전성이 높습니다. 여기에서 피드백 신호의 경우 5볼트 또는 12볼트의 전압이 사용됩니다. 이러한 값에는 가장 정확한 안정화가 필요하기 때문입니다.
고주파 전압변환용 변압기(50Hz 대신 수십 킬로헤르츠)를 사용함으로써 크기와 무게를 여러 번 줄일 수 있었고 전기철 대신 코어재(자성선)로 보자력이 높은 강자성체 재료를 사용할 수 있었다.
DC-DC 컨버터는 또한 펄스 폭 변조를 기반으로 합니다. 인버터 회로를 사용하지 않으면 변환에 큰 어려움이 따릅니다.
전원 공급 장치 개략도
가장 일반적인 펄스 변환기 구성의 회로에는 다음이 포함됩니다.
- 전원 노이즈 필터;
- 정류기
- 평활화 필터;
- 펄스 폭 변환기;
- 주요 트랜지스터;
- 고주파 출력 변압기;
- 출력 정류기;
- 개별 및 그룹 출력 필터.
간섭 억제 필터의 목적은 장치 작동으로 인한 간섭을 공급 네트워크로 포착하는 것입니다. 강력한 반도체 소자의 스위칭은 넓은 주파수 스펙트럼에서 단기 펄스의 생성을 동반할 수 있습니다. 따라서 필터링 링크의 통과 커패시터로 특별히 설계된 요소를 사용할 필요가 있습니다.
정류기는 입력 AC 전압을 DC로 변환하는 데 사용되며 다운스트림 평활 필터는 정류된 전압의 리플을 제거합니다.
DC 컨버터를 사용하는 경우 정류기와 필터가 필요하지 않으며 입력 신호는 노이즈 필터 회로를 통과한 후 펄스 폭 컨버터(변조기)로 직접 공급되며 약칭 PWM입니다.
PWM은 스위칭 전원 공급 회로에서 가장 복잡한 부분입니다. 그 작업에는 다음이 포함됩니다.
- 고주파 펄스 생성;
- 피드백 신호에 따른 단위 출력 매개변수 및 펄스 열 보정 제어;
- 과부하에 대한 모니터링 및 보호.
PWM 신호는 브리지 또는 하프 브리지 회로에서 전원 키 트랜지스터의 제어 핀에 공급됩니다. 트랜지스터의 전원 리드는 고주파 출력 변압기의 1차 권선에 로드됩니다. 기존의 바이폴라 트랜지스터는 접합 전압 강하가 낮고 속도가 빠른 IGBT 또는 MOSFET 트랜지스터로 대체되었습니다. 트랜지스터의 개선된 매개변수는 동일한 크기와 기술적 설계 매개변수를 유지하면서 전력 손실을 줄이는 데 도움이 됩니다.
출력 펄스 변압기는 기존 변압기와 동일한 변환 원리를 사용합니다. 예외는 증가된 빈도에서의 작업입니다. 결과적으로 동일한 전송 전력을 가진 고주파 변압기는 더 작은 치수를 갖습니다.
전력 변압기의 2차 권선의 전압(여러 개일 수 있음)은 출력 정류기로 이동합니다. 입력 정류기와 달리 2차 회로의 정류 다이오드는 더 높은 작동 주파수를 가져야 합니다. 쇼트키 다이오드는 회로의 이 섹션에서 가장 잘 작동합니다. 기존 다이오드에 비해 장점은 다음과 같습니다.
- 높은 작동 주파수;
- pn 접합의 낮은 커패시턴스;
- 낮은 전압 강하.
스위칭 모드 전원 공급 장치의 출력 필터의 목적은 정류된 출력 전압의 리플을 필요한 최소값으로 줄이는 것입니다. 리플 주파수가 라인 전압보다 훨씬 높기 때문에 코일에 높은 커패시턴스와 인덕턴스가 필요하지 않습니다.
스위치 모드 전원 공급 장치의 적용 범위
펄스 전압 변환기는 반도체 안정기가 있는 기존의 변압기 대신 대부분의 경우에 사용됩니다. 동일한 전력으로 인버터는 더 작은 전체 크기와 무게, 높은 신뢰성, 그리고 가장 중요한 특징인 더 높은 효율성과 광범위한 입력 전압에서 작동할 수 있는 능력이 특징입니다. 그리고 비슷한 치수로 인버터의 최대 전력은 몇 배 더 높습니다.
DC 전압 변환과 같은 영역에서 펄스 소스는 거의 대안이 없으며 전압을 감소시킬 뿐만 아니라 더 높은 전압을 생성하고 극성 반전을 구성할 수 있습니다. 높은 변환 주파수는 출력 매개변수의 필터링 및 안정화를 크게 용이하게 합니다.
특수 집적 회로의 소형 인버터는 모든 종류의 장치에 대한 충전기로 사용되며 그 신뢰성은 충전 장치의 수명이 모바일 장치의 수명을 몇 배 이상 초과할 수 있을 정도입니다.
LED 광원을 켜기 위한 12볼트 전원 드라이버도 펄스 회로를 기반으로 합니다.
자신의 손으로 스위칭 전원 공급 장치를 만드는 방법
인버터, 특히 강력한 인버터는 회로가 복잡하고 숙련된 무선 아마추어만 복제할 수 있습니다. 주 전원 공급 장치의 자체 조립을 위해 특수 PWM 컨트롤러 칩이 있는 단순한 저전력 회로를 권장할 수 있습니다. 이러한 IC는 배관 요소 수가 적고 테스트를 잘 거친 전형적인 스위칭 회로를 가지고 있어 실제로 조정 및 튜닝이 필요하지 않습니다.
집에서 만든 디자인으로 작업하거나 산업용 장치를 수리할 때 회로의 일부는 항상 네트워크의 전위 아래에 있으므로 안전 예방 조치를 준수해야 합니다.
관련 기사:
