Fuente de alimentación conmutada

Fuente de alimentación conmutada

: circuito electrónico en el que la tensión de entrada se rectifica, filtra y corta en ráfagas de alta frecuencia para su transmisión a través de un transformador de tamaño pequeño. El bloque se vuelve controlable, con parámetros ajustables de manera flexible. La masa de la parte más pesada de la fuente - transformador disminuye. En la literatura inglesa, estos dispositivos se denominan fuente de alimentación en modo de conmutación( SMPS).

La aparición de fuentes de alimentación conmutadas

El tamaño de los transformadores preocupó a Tesla. El científico, repitiendo la experiencia de la experiencia, ha establecido: las altas frecuencias de corriente son seguras para los humanos, provocan grandes pérdidas en los núcleos de los transformadores. El resultado de la disputa fue la adopción de una frecuencia de 60 Hz para la construcción de la estación hidroeléctrica Niagara. Comenzamos con Nikola Tesla, porque esta es la primera persona que se dio cuenta de que no recibirá oscilaciones mecánicas rápidas. Por lo tanto, es necesario utilizar circuitos oscilatorios. Así, apareció el transformador de Tesla( 22 de septiembre de 1896), con la ayuda de la cual el científico decidió transmitir mensajes y energía a distancia.

La esencia de la invención se describe en la sección sobre la bobina de Tesla, proporcionamos información breve. El transformador consta de dos partes conectadas en serie. El devanado primario del primero estaba conectado a una fuente de voltaje alterno de frecuencia relativamente baja. Debido a la baja relación de transformación, el condensador conectado al devanado secundario se cargó a un alto potencial. La tensión alcanzó el umbral, el pararrayos penetró, conectado en paralelo al condensador. Se inició el proceso oscilatorio de la descarga a través del devanado primario del segundo transformador hacia el circuito externo. Tesla estaba recibiendo voltajes de radio con una amplitud de millones de voltios.

El primer paso para crear una fuente de alimentación por pulsos, donde el voltaje de una frecuencia relativamente baja se convierte en pulsos. Un diseño similar fue creado en 1910 por Charles Kettering, equipando el sistema de encendido de los automóviles. Las fuentes de alimentación de pulso aparecieron en los años 60.La idea de minimizar el tamaño de los transformadores( después de Nikola Tesla) fue propuesta por General Electric en 1959 en la persona de Joseph Murphy y Francis Starcher( Patente de Estados Unidos 3.040.271).La idea no encontró inmediatamente una respuesta en caliente( no había una base de elementos adecuada); en 1970, Tektroniks lanzó una línea de osciloscopios con una nueva fuente de energía. Osciloscopio

Dos años después, los inversores se utilizan en electrónica( patente US3697854 A), lo principal: ¡aparecen los primeros modelos domésticos! Las patentes se vinculan entre sí, es imposible entender quién propuso utilizar la idea por primera vez en las computadoras personales. En la URSS, el desarrollo comenzó en 1970, debido a la aparición en la venta del transistor de germanio de alta potencia de alta frecuencia 2Т809А.Según lo estipulado en la literatura, el primer moscovita que triunfó en 1972 fue LN Sharov, un candidato de ciencias técnicas. Más tarde, apareció una unidad de suministro de energía de pulso de 400 vatios por A.I. Ginzburg, S.A. Eranosyan. Las computadoras de la UE están equipadas con una novedad en 1976 por un equipo liderado por J. A. Mkrtchyan.

Las primeras fuentes de alimentación de conmutación, conocidas por el consumidor nacional en televisores y videograbadoras digitales, a menudo se averían, los productos modernos carecen de desventajas: han estado operando continuamente durante años. El momento del comienzo de los años 90 proporciona la siguiente información:

1. Potencia específica: 35 - 120 W por decímetro cúbico.
2. Frecuencia de trabajo del inversor: 30 - 150 kHz. Eficiencia
3. : 75 - 85%.
4. Tiempo de falla: 50–200 mil horas( 6250 días hábiles).

Los méritos de las fuentes de alimentación de conmutación

Las fuentes de alimentación lineales son voluminosas, la eficiencia es escasa. La eficiencia rara vez supera el 30%.Para las fuentes de alimentación de impulsos, los números promedio están en el rango de 70 a 80%, hay productos que están muy fuera de servicio. Para mejor, por supuesto. Se proporciona la siguiente información: La eficiencia de una fuente de alimentación por pulsos alcanza el 98%.Al mismo tiempo, se reduce la capacidad de filtrado requerida de los condensadores. La energía almacenada durante un período cae dramáticamente con una frecuencia creciente. Depende directamente de la capacitancia del capacitor, y de forma cuadrada de la amplitud del voltaje.

El aumento a una frecuencia de 20 kHz( en comparación con 50/60) reduce las dimensiones lineales de los elementos en 4 veces. Florece en comparación con las expectativas en la radio. Explica la razón para equipar los receptores con pequeños condensadores. Dispositivo de fuente de alimentación de conmutación

La tensión de entrada es rectificada. El proceso lleva un puente de diodo, rara vez un solo diodo. Luego, el voltaje se corta en pulsos, aquí la literatura avanza alegremente a la descripción del transformador. Los lectores probablemente están plagados por la pregunta: ¿cómo funciona el helicóptero( un dispositivo que genera impulsos)?Sobre la base del microcircuito, alimentado directamente por la tensión de la red de 230 voltios. Con menos frecuencia, se instala especialmente un estabilizador( estabilizador de tipo paralelo).

El microcircuito genera pulsos( 20–200 kHz) de amplitud relativamente pequeña que controlan el tiristor u otro interruptor de alimentación de semiconductor. El tiristor corta los impulsos de alto voltaje, de acuerdo con un programa flexible generado por el chip del oscilador. Dado que la entrada tiene un alto voltaje, se necesita protección. El generador está protegido por un varistor cuya resistencia disminuye bruscamente cuando se supera el umbral, cerrando un salto dañino al suelo. Desde el interruptor de alimentación, los paquetes de impulsos llegan a un transformador de alta frecuencia de pequeño tamaño. Las dimensiones lineales son relativamente bajas. Para una fuente de alimentación de computadora con una capacidad de 500 W se adapta a la palma de los niños.

La tensión resultante se rectifica de nuevo. Se utilizan diodos Schottky, gracias a la baja caída de voltaje de la transición metal-semiconductor. La tensión rectificada se filtra, alimenta a los consumidores. Debido a la presencia de múltiples devanados secundarios, los valores de diferente polaridad y amplitud se obtienen de manera bastante simple. La historia está incompleta sin mencionar el ciclo de retroalimentación. Los voltajes de salida se comparan con un estándar( por ejemplo, un diodo Zener), el modo del generador de impulsos se ajusta: la potencia transmitida( amplitud) depende de la frecuencia, el ciclo de trabajo. Los productos se consideran relativamente sencillos, pueden funcionar en una amplia gama de voltajes de suministro.

La tecnología se llama inversor, utilizada por soldadores, hornos de microondas, placas de inducción, adaptadores para teléfonos celulares, iPad. Una fuente de alimentación de computadora funciona de una manera similar.

Diseño del circuito de la fuente de alimentación de conmutación. Nature proporcionó 14 topologías de implementación básicas para la conmutación de las fuentes de alimentación. Con ventajas inherentes, características únicas. Algunos son adecuados para crear fuentes de alimentación de bajo consumo( por debajo de 200 W), otros muestran las mejores calidades cuando funcionan con 230 voltios( 50/60 Hz).Y para elegir la topología deseada, poder presentar las propiedades de cada uno. Históricamente, los tres primeros se llaman:

• Buck - buck, venado, dólar.
• Boost - aceleración.
• Inversor de polaridad - inversor de polaridad.

Tres topologías se refieren a reguladores lineales. Se considera que el tipo de dispositivos es el predecesor de las fuentes de alimentación de impulsos, sin incluir las ventajas. La tensión se aplica a través del transformador, se endereza, se corta en la tecla de encendido. El regulador es administrado por la retroalimentación, cuya tarea es generar una señal de error. El tipo de dispositivos era una facturación de miles de millones de dólares en los años 60, solo podía disminuir el voltaje y el cable común del consumidor estaba conectado a la red eléctrica.

Buck Topología

Así que había "ciervos".Diseñado originalmente para voltaje de CC, la señal de entrada se cortó en pulsos, luego los paquetes se enderezaron y se filtraron para obtener una potencia promedio. La retroalimentación controla el ciclo de trabajo, la frecuencia( modulación de ancho de pulso).Similar se está haciendo hoy en día por las fuentes de alimentación de la computadora. Casi inmediatamente, se lograron valores de densidad de potencia de 1–4 W por pulgada cúbica( posteriormente hasta 50 W por pulgada cúbica).Encantadoramente, ha sido posible obtener una multitud de voltajes de salida liberados de la entrada.

La desventaja es que la pérdida en el momento de la conmutación del transistor, el voltaje cambia la polaridad, permanece por debajo de cero hasta el siguiente pulso. La parte indicada de la señal, sin pasar por el diodo, se cierra a tierra sin llegar al filtro. Se encuentra la existencia de frecuencias de conmutación óptimas a las que se minimizan los costos. El rango de 25 - 50 kHz.

Boost Topology

La topología se denomina acelerador de anillo, tecla de avance. Es posible aumentar el voltaje de entrada a la clasificación deseada. El circuito funciona de la siguiente manera:

1. En el momento inicial del tiempo, el transistor está abierto, el estrangulador se almacena con la energía de la fuente de voltaje a través del colector, las uniones pn del emisor, la tierra.
2. Luego se bloquea la llave, se inicia el proceso de carga del condensador. El estrangulador emite energía.
3. En algún punto, el amplificador de realimentación está funcionando, la carga recibe alimentación. El condensador es incapaz de dar energía en la dirección del interruptor de alimentación, evita el diodo. La carga lleva la carga útil.
4. Una caída de voltaje hará que el circuito de retroalimentación vuelva a dispararse y el estrangulador comenzará a acumular energía. Inversor de polaridad

Topología de

La topología del inversor polar es similar al esquema anterior, el estrangulador se encuentra detrás de la llave. Funciona de la siguiente manera:

1. En el momento inicial, la tecla está abierta, la tensión de media onda positiva llena el estrangulador con energía. Además, la energía es incapaz de pasar, previene el diodo.
2. El transistor se cierra, se genera una fem en el estrangulador, llamado parásito. Se dirige de forma opuesta a la inicial, el diodo pasa libremente, recargando el condensador.
3. El circuito de realimentación funciona, el modulador de ancho de pulso reabre el transistor. El proceso de descarga del condensador a la carga comienza, el acelerador se llena de nuevo de energía. Esquema de inversor de polaridad

En este caso, observamos el paralelismo de los procesos de almacenamiento / gasto de energía. Los tres esquemas considerados demuestran las siguientes desventajas:

1. Existe un enlace de CC entre la entrada y la salida. En otras palabras, no hay aislamiento galvánico.
2. Es imposible obtener varias clasificaciones de voltaje de un circuito.

Las desventajas se eliminan al empujar y tirar, empujar y tirar, tarde( arriba).Ambos utilizan chopper con tecnología avanzada( adelante).En el primer caso, se utiliza un par diferencial de transistores. Se hace posible usar una tecla durante la mitad del período. Para controlar, se necesita un esquema de conformación especial, alternando estos cambios de balanceo, se mejoran las condiciones de eliminación de calor. El voltaje de corte es bipolar, alimenta el devanado primario del transformador, el voltaje secundario está muy de acuerdo con los requisitos de los consumidores.

En la topología retardada, un transistor se reemplaza por un diodo. El circuito a menudo se opera con fuentes de alimentación de baja potencia( hasta 200 W) con un voltaje de salida constante de 60–200 V.