Πώς λειτουργούν τα κυκλώματα τροφοδοσίας τρόπου λειτουργίας (SMPS)

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Το SMPS είναι το ακρωνύμιο της λέξης Power Mode Power Supply. Το όνομα υποδηλώνει ξεκάθαρα ότι η ιδέα έχει να κάνει με τον παλμό ή την αλλαγή των χρησιμοποιούμενων συσκευών. Ας μάθουμε πώς λειτουργούν οι προσαρμογείς SMPS για τη μετατροπή της τάσης δικτύου σε χαμηλότερη τάση DC.

Πλεονέκτημα της τοπολογίας SMPS

Στους προσαρμογείς SMPS η ιδέα είναι να αλλάξετε την τάση εισόδου του δικτύου στην πρωτεύουσα περιέλιξη ενός μετασχηματιστή έτσι ώστε να μπορεί να επιτευχθεί χαμηλότερη τιμή τάσης DC κατά τη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή.



Ωστόσο, το ερώτημα είναι, το ίδιο μπορεί να γίνει με έναν συνηθισμένο μετασχηματιστή, οπότε ποια είναι η ανάγκη μιας τόσο περίπλοκης διαμόρφωσης όταν η λειτουργία μπορεί να εφαρμοστεί απλώς μέσω απλών μετασχηματιστών;

Λοιπόν, η ιδέα αναπτύχθηκε ακριβώς για την εξάλειψη της χρήσης βαρέων και ογκωδών μετασχηματιστών με πολύ αποδοτικές εκδόσεις Κυκλώματα τροφοδοσίας SMPS .



Αν και η αρχή της λειτουργίας είναι παρόμοια, τα αποτελέσματα είναι πολύ διαφορετικά.

Η τάση του δικτύου μας είναι επίσης μια παλμική τάση ή ένα εναλλασσόμενο ρεύμα που τροφοδοτείται κανονικά στον συνηθισμένο μετασχηματιστή για τις απαιτούμενες μετατροπές, αλλά δεν μπορούμε να κάνουμε τον μετασχηματιστή μικρότερο σε μέγεθος ακόμη και με ρεύμα τόσο χαμηλό όσο 500 mA.

Ο λόγος πίσω από αυτό είναι η πολύ χαμηλή συχνότητα που σχετίζεται με τις εισόδους AC μας.
Στα 50 Hz ή 60 Hz, η τιμή είναι εξαιρετικά χαμηλή για την υλοποίησή τους σε εξόδους υψηλών ρευμάτων DC χρησιμοποιώντας μικρότερους μετασχηματιστές.

Αυτό συμβαίνει επειδή καθώς μειώνεται η συχνότητα, αυξάνονται οι απώλειες ρεύματος με τον μαγνητισμό του μετασχηματιστή, γεγονός που οδηγεί σε τεράστια απώλεια ρεύματος μέσω θερμότητας και στη συνέχεια ολόκληρη η διαδικασία καθίσταται πολύ αναποτελεσματική.

Για να αντισταθμιστεί η παραπάνω απώλεια, σχετικά μεγαλύτεροι πυρήνες μετασχηματιστών εμπλέκονται με σχετικό βαθμό πάχους σύρματος, καθιστώντας ολόκληρη τη μονάδα βαριά και δυσκίνητη.

Ένα κύκλωμα τροφοδοσίας λειτουργίας διακόπτη αντιμετωπίζει αυτό το ζήτημα πολύ έξυπνα.

Εάν η χαμηλότερη συχνότητα αυξάνει τις απώλειες ρεύματος, σημαίνει ότι η αύξηση της συχνότητας θα έκανε ακριβώς το αντίθετο.

Δηλαδή εάν αυξηθεί η συχνότητα, ο μετασχηματιστής θα μπορούσε να γίνει πολύ μικρότερος αλλά θα παρείχε υψηλότερο ρεύμα στις εξόδους τους.

Αυτό ακριβώς κάνουμε με ένα Κύκλωμα SMPS . Ας καταλάβουμε τη λειτουργία με τα ακόλουθα σημεία:

Πώς λειτουργούν οι προσαρμογείς SMPS

Σε ένα διάγραμμα κυκλώματος τροφοδοσίας λειτουργίας διακόπτη, το AC εισαγωγής πρώτα διορθώνεται και φιλτράρεται για να παράγει σχετικό μέγεθος DC.

Το παραπάνω DC εφαρμόζεται σε διαμόρφωση ταλαντωτή που περιλαμβάνει τρανζίστορ υψηλής τάσης ή mosfet, στερεωμένο σε ένα καλά διαστατικό πρωτεύον τύλιγμα μικρού μετασχηματιστή φερρίτη.

Το κύκλωμα γίνεται ένας τύπος διαμόρφωσης ταλαντώσεων που αρχίζει να ταλαντεύεται σε κάποια προκαθορισμένη συχνότητα που έχει οριστεί από άλλα παθητικά εξαρτήματα όπως πυκνωτές και αντιστάσεις.

Η συχνότητα είναι συνήθως πάνω από 50 Khz.

Αυτή η συχνότητα προκαλεί ισοδύναμη τάση και ρεύμα στη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή, που καθορίζεται από τον αριθμό στροφών και το SWG του καλωδίου.

Λόγω της εμπλοκής των υψηλών συχνοτήτων, οι απώλειες του ρεύματος του Eddy γίνονται αμελητέα μικρές και η έξοδος συνεχούς ρεύματος υψηλής ισχύος γίνεται παράγωγη μέσω μικρότερων μετασχηματιστών με φερρίτη και σχετικά λεπτότερης περιέλιξης καλωδίων.

Ωστόσο, η δευτερεύουσα τάση θα είναι επίσης στην κύρια συχνότητα, επομένως διορθώνεται και φιλτράρεται και πάλι χρησιμοποιώντας μια δίοδο ταχείας ανάκτησης και έναν πυκνωτή υψηλής αξίας.

Το αποτέλεσμα στην έξοδο είναι ένα τέλεια φιλτραρισμένο χαμηλό DC, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά για τη λειτουργία οποιουδήποτε ηλεκτρονικού κυκλώματος.

Στις σύγχρονες εκδόσεις του SMPS, τα hi-end ICs χρησιμοποιούνται αντί των τρανζίστορ στην είσοδο.
Τα IC είναι εξοπλισμένα με ενσωματωμένο mosfet υψηλής τάσης για τη διατήρηση ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας και πολλά άλλα χαρακτηριστικά προστασίας.

Τι έχουν οι ενσωματωμένες προστασίες του SMPS

Αυτά τα IC διαθέτουν επαρκή ενσωματωμένα κυκλώματα προστασίας όπως προστασία χιονοστιβάδας, προστασία από θερμότητα και έξοδο έναντι προστασίας τάσης, καθώς και δυνατότητα λειτουργίας έκρηξης.

Η προστασία από χιονοστιβάδες διασφαλίζει ότι το IC δεν θα υποστεί ζημιά κατά τη διάρκεια του ρεύματος του διακόπτη ενεργοποίησης βιασύνης.

Η προστασία από την υπερθέρμανση διασφαλίζει ότι το IC απενεργοποιείται αυτόματα εάν ο μετασχηματιστής δεν τυλιχθεί σωστά και αντλεί περισσότερο ρεύμα από το IC καθιστώντας τον επικίνδυνα ζεστό.

Η λειτουργία ριπής είναι ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό που περιλαμβάνεται στις σύγχρονες μονάδες SMPS.

Εδώ, η έξοδος DC τροφοδοτείται πίσω από μια είσοδο ανίχνευσης του IC Εάν για κάποιο λόγο, συνήθως λόγω λανθασμένης δευτερεύουσας περιέλιξης ή επιλογής αντιστάσεων, η τάση εξόδου αυξάνεται πάνω από μια ορισμένη προκαθορισμένη τιμή, το IC διακόπτει τη μεταγωγή εισόδου και παραλείπει τη μετάβαση σε διαλείπουσες εκρήξεις.

Αυτό βοηθά στον έλεγχο της τάσης στην έξοδο και επίσης του ρεύματος στην έξοδο.

Η λειτουργία διασφαλίζει επίσης ότι εάν η τάση εξόδου ρυθμιστεί σε κάποιο υψηλό σημείο και η έξοδος δεν φορτωθεί, το IC μεταβαίνει σε λειτουργία ριπής διασφαλίζοντας ότι η μονάδα λειτουργεί διακεκομμένα έως ότου η έξοδος φορτωθεί επαρκώς, αυτό εξοικονομεί ενέργεια της μονάδας όταν βρίσκεται σε κατάσταση αναμονής ή όταν η έξοδος δεν είναι λειτουργική.

Η ανατροφοδότηση από το τμήμα εξόδου στο IC πραγματοποιείται μέσω ενός οπτοζεύκτη έτσι ώστε η έξοδος να παραμένει πολύ μακριά από το ρεύμα εισόδου υψηλής τάσης AC, αποφεύγοντας επικίνδυνα σοκ.




Προηγούμενο: Κυκλώματα προστασίας κινητήρα - Υπερβολική τάση, Υπερθέρμανση, Υπερβολικό ρεύμα Επόμενο: Απλό κύκλωμα 12V, 1A SMPS