Slēdža režīma barošanas avotus izmanto, lai pārveidotu ieejas spriegumu par vērtību, kas nepieciešama ierīces iekšējiem komponentiem. Vēl viens izplatīts komutācijas barošanas avotu nosaukums ir invertori.
Saturs
Kas ir komutācijas barošanas avots?
Invertors ir sekundārais barošanas avots, kas izmanto divkāršu ieejas maiņstrāvas sprieguma pārveidošanu. Izejas vērtības tiek regulētas, mainot impulsu ilgumu (platumu) un dažos gadījumos arī to frekvenci. Šāda veida modulāciju sauc par impulsa platuma modulāciju.
Komutācijas barošanas avota darbības princips
Invertors darbojas, taisnojot primāro spriegumu un pēc tam pārveidojot to augstfrekvences impulsu virknē. Tas atšķiras no parastā transformatora. Izejas spriegums tiek izmantots, lai ģenerētu negatīvu atgriezeniskās saites signālu, kas ļauj regulēt impulsu parametrus. Kontrolējot impulsa platumu, ir viegli organizēt izejas parametru, sprieguma vai strāvas stabilizāciju un regulēšanu. Tas nozīmē, ka tas var būt gan sprieguma, gan strāvas regulators.
Atkarībā no tā, kā darbojas komutācijas barošanas avots, izejas vērtību skaits un polaritāte var būt ļoti atšķirīga.
Dažādi barošanas avoti
Tiek izmantoti vairāki invertoru veidi, kas atšķiras pēc to shēmas konstrukcijas:
- bez transformatora;
- transformators.
Pirmie atšķiras ar to, ka impulsu secība nonāk tieši ierīces izejas taisngrieža un izlīdzināšanas filtrā. Šādai shēmai ir minimāls komponentu skaits. Vienkāršais invertors ietver specializētu integrisko shēmu - impulsa platuma oscilatoru.
Galvenais beztransformatora ierīču trūkums ir tas, ka tām nav galvaniskās izolācijas no elektrotīkla un tās var radīt trieciena risku. Tiem parasti ir arī maza jauda un tie nodrošina tikai 1 izejas sprieguma vērtību.
Biežāk sastopamas transformatoru ierīces, kurās transformatora primārajam tinumam tiek piemērota augstfrekvences impulsu secība. Sekundāro tinumu var būt tik daudz, cik nepieciešams, tādējādi ļaujot veidot vairākus izejas spriegumus. Katram sekundārajam tinumam ir savs taisngriezis un izlīdzināšanas filtrs.
Jebkura datora jaudīgs komutācijas režīma barošanas bloks ir veidots pēc šādas shēmas, kurai ir augsta uzticamība un drošība. Atgriezeniskās saites signālam šeit tiek izmantots 5 vai 12 voltu spriegums, jo šīm vērtībām nepieciešama iespējami precīza stabilizācija.
Transformatoru izmantošana augstfrekvences sprieguma pārveidošanai (desmitiem kilohercu, nevis 50 Hz) ļāva daudzkārt samazināt to izmērus un svaru, kā arī izmantot feromagnētiskus materiālus ar augstu piespiedu spēku kā serdes materiālu (magnētisko vadu) elektrisku dzelzs vietā.
Līdzstrāvas un līdzstrāvas pārveidotāji arī ir balstīti uz impulsa platuma modulāciju. Neizmantojot invertora shēmas, pārveidošana bija ļoti sarežģīta.
Līdzstrāvas barošanas ķēde
Visbiežāk sastopamās impulsa invertora konfigurācijas shēma ietver:
- Līnijas filtrs traucējumu slāpēšanai;
- taisngriezis;
- Izlīdzināšanas filtrs;
- impulsa platuma pārveidotājs;
- galvenie tranzistori;
- izejas augstfrekvences transformators;
- izejas taisngrieži;
- izejas individuālie un grupu filtri.
Trokšņu slāpēšanas filtra mērķis ir aizturēt traucējumus, kas rodas, ierīcei darbojoties elektrotīkla tīklā. Lieljaudas pusvadītāju elementu pārslēgšanu var pavadīt īslaicīgu impulsu ģenerēšana plašā frekvenču spektrā. Tāpēc filtrēšanas posmos ir jāizmanto īpaši izstrādāti elementi kā caurlaides kondensatori.
Taisngriezis kalpo ieejas maiņstrāvas sprieguma pārveidošanai līdzstrāvas spriegumā, un izlīdzinošais filtrs novērš iztaisnotā sprieguma pulsācijas.
Ja izmanto līdzstrāvas pārveidotāju, taisngriezis un filtrs nav nepieciešami, un ieejas signāls, kas izvadīts caur trokšņu filtra ķēdi, tiek padots tieši impulsa platuma pārveidotājam (modulatoram), saīsināti PWM.
PWM ir vissarežģītākā komutācijas barošanas ķēdes daļa. Tās uzdevums ir:
- Augstas frekvences impulsu ģenerēšana;
- bloka izejas parametru uzraudzība un impulsu vilciena korekcija saskaņā ar atgriezeniskās saites signālu;
- Uzraudzība un aizsardzība pret pārslodzēm.
PWM signāls tiek padots uz lieljaudas tilta vai pustilta tranzistoru vadības kontaktiem. Strāvas vadi ir savienoti ar augstfrekvences izejas transformatora primāro tinumu. Tradicionālie bipolārie tranzistori tiek aizstāti ar IGBT vai MOSFET tranzistoriem, kuriem ir ļoti zems savienojuma sprieguma kritums un liels ātrums. Uzlabotā tranzistoru veiktspēja ļauj samazināt izkliedējamo jaudu pie tādiem pašiem izmēriem un tehniskā dizaina.
Izvades impulsu transformatorā izmanto tādu pašu pārveidošanas principu kā klasiskajā transformatorā. Izņēmums ir pārfrekvences darbība. Tādējādi augstfrekvences transformatoriem ir mazāki izmēri, lai nodrošinātu to pašu pārraidīto jaudu.
Spriegums no jaudas transformatora sekundārā tinuma (var būt vairāki) tiek padots uz izejas taisngriezi. Atšķirībā no ieejas taisngrieža sekundārās ķēdes iztaisnotāja diodēm ir jābūt ar augstāku darba frekvenci. Šajā shēmas daļā vislabāk darbojas Šotkija diodes. To priekšrocības salīdzinājumā ar parastajām diodēm ir šādas:
- augsta darba frekvence;
- zemāka p-n savienojuma kapacitāte;
- zems sprieguma kritums.
Komutācijas režīma barošanas avota izejas filtra mērķis ir līdz nepieciešamajam minimumam samazināt iztaisnotā izejas sprieguma pulsācijas. Tā kā pulsāciju frekvence ir daudz augstāka par līnijas sprieguma frekvenci, spolēs nav nepieciešama liela kapacitāte un induktivitāte.
Komutācijas režīma barošanas avota pielietojuma joma
Lielākajā daļā gadījumu tradicionālo transformatora invertoru ar pusvadītāju stabilizatoriem vietā tiek izmantoti impulsa sprieguma invertori. Ar tādu pašu jaudu invertori ir mazāki un vieglāki, uzticamāki un, pats galvenais, efektīvāki, kā arī var darboties plašā ieejas sprieguma diapazonā. Salīdzināmam izmēram invertora maksimālā jauda ir vairākas reizes lielāka.
Tādā jomā kā līdzstrāvas sprieguma pārveidošana impulsu avotiem gandrīz nav alternatīvas, un tie spēj darboties ne tikai samazinot spriegumu, bet arī ģenerējot lielāku spriegumu un organizējot polaritātes maiņu. Augstā konversijas frekvence ievērojami atvieglo izejas parametru filtrēšanu un stabilizāciju.
Mazus invertorus, kuru pamatā ir specializētas integrālās shēmas, izmanto kā lādētājus visdažādākajiem sīkrīkiem, un to uzticamība ir tik liela, ka lādēšanas ierīces kalpošanas laiks var vairākas reizes pārsniegt mobilās ierīces kalpošanas laiku.
12 V strāvas draiveri LED gaismas avotu ieslēgšanai arī ir balstīti uz komutācijas shēmu.
Kā izveidot komutācijas barošanas avotu ar savām rokām
Invertoriem, īpaši jaudīgiem, ir sarežģītas shēmas, un tie ir pieejami tikai pieredzējušiem radioamatieriem. Vienkāršas mazjaudas shēmas ar specializētiem PWM kontrolieriem var ieteikt pašu spēka barošanas avotu montāžai. Šīm integrālām mikroshēmām ir maz vadu, un tām ir vispāratzīta shēmas konstrukcija, kas praktiski neprasa regulēšanu un regulēšanu.
Strādājot ar paštaisītām konstrukcijām vai remontējot rūpnieciskas ierīces, atcerieties, ka daļa ķēdes vienmēr būs zem elektrotīkla potenciāla, tāpēc jāievēro drošības pasākumi.
Saistītie raksti:
