Schakelvoedingsbron - elektronische schakeling, waarbij de ingangsspanning wordt gelijkgericht, gefilterd, gesneden in hoogfrequente bursts voor verzending via een transformator van klein formaat. Het blok wordt bestuurbaar, met flexibel instelbare parameters. De massa van het zwaarste deel van de bron, de transformator, neemt af. In de Engelse literatuur worden dergelijke apparaten Switching Mode Power Supply( SMPS) genoemd.
Device SMPS( switching power supply)
Het uiterlijk van schakelende voedingen
De grootte van de transformatoren maakte Tesla ongerust. De wetenschapper, die de ervaring van de ervaring herhaalt, heeft vastgesteld: hoge frequenties van stroom zijn veilig voor mensen, veroorzaken grote verliezen in de kernen van transformatoren. Het resultaat van het geschil was de invoering van een frequentie van 60 Hz voor de bouw van het waterkrachtcentrale Niagara. We zijn begonnen met Nikola Tesla, omdat dit de eerste persoon is die zich realiseerde dat je geen snelle oscillaties mechanisch zult ontvangen. Daarom is het noodzakelijk om oscillerende circuits te gebruiken. Zo verscheen de Tesla transformator( 22 september 1896), met behulp waarvan de wetenschapper besloot om boodschappen en energie over een afstand te verzenden.
De essentie van de uitvinding wordt beschreven in de sectie over de Teslarol, we geven korte informatie. De transformator bestaat uit twee delen die in serie zijn geschakeld. De primaire wikkeling van de eerste was verbonden met een bron van wisselspanning van relatief lage frequentie. Vanwege de lage transformatieverhouding werd de condensator die was verbonden met de secundaire wikkeling geladen tot een hoge potentiaal. De spanning bereikte de drempel, de afleider drong door en was parallel verbonden met de condensator. Het oscillerende proces van de ontlading door de primaire wikkeling van de tweede transformator in het externe circuit begon. Tesla ontving radiospanningen met een amplitude van miljoenen volt.
De eerste stap bij het maken van een gepulseerde voeding, waarbij de spanning van relatief lage frequentie wordt omgezet in pulsen. Een soortgelijk ontwerp werd in 1910 gecreëerd door Charles Kettering, waarbij het ontstekingssysteem van auto's werd uitgerust. Puls-voedingen verschenen in de jaren 60.Het idee om de grootte van transformatoren te minimaliseren( naar Nikola Tesla) werd in 1959 door General Electric voorgesteld in de persoon van Joseph Murphy en Francis Starcher( Amerikaans octrooischrift 3.040.271).Het idee vond niet onmiddellijk een hete reactie( er was geen geschikte elementbasis), in 1970 lanceerde Tektroniks een reeks oscilloscopen met een nieuwe stroombron.
Oscilloscoop
Twee jaar later worden inverters gebruikt in elektronica( Patent US3697854 A), het belangrijkste: de eerste binnenlandse modellen verschijnen! Octrooien koppelen aan elkaar, het is onmogelijk om te begrijpen wie het eerst voorstelde het idee in pc's te gebruiken. In de USSR begon de ontwikkeling in 1970, vanwege het verschijnen in de verkoop van hoogfrequente hoogvermogen germaniumtransistor 2Т809А.Zoals bepaald in de literatuur, was de Moskoviet, kandidaat voor technische wetenschappen, L. N. Sharov, de eerste die in 1972 slaagde. Later verscheen een 400 watt pulsvoedingseenheid door A.I. Ginzburg, S.A. Eranosyan. EU-computers zijn in 1976 uitgerust met een nieuwigheid door een team onder leiding van J. A. Mkrtchyan.
De eerste schakelvoedingen, die de consument thuis kent op digitale tv's en videorecorders, zijn vaak kapot gegaan: moderne producten hebben het nadeel - ze werken al jarenlang continu. Het moment van het begin van de jaren 90 geeft de volgende informatie:
- Specifieke kracht: 35 - 120 W per kubieke decimeter.
- Werkfrequentie van omvormer: 30 - 150 kHz.
- efficiëntie: 75 - 85%.
- Fouttijd: 50 - 200 duizend uren( 6250 werkdagen).
De voordelen van
-schakelvoedingen Lineaire voedingen zijn omvangrijk, efficiëntie is slecht. De efficiëntie is zelden hoger dan 30%.Voor gepulseerde voedingen liggen de gemiddelde aantallen in het bereik van 70-80%, er zijn producten die erg buiten gebruik zijn. Voor het beste natuurlijk. De volgende informatie wordt gegeven: De efficiëntie van een gepulseerde voeding bereikt 98%.Tegelijkertijd wordt de vereiste filtercapaciteit van condensatoren verminderd. De opgeslagen energie over een periode daalt dramatisch met toenemende frequentie. Het hangt direct af van de condensatorcapaciteit, kwadratisch op de spanningsamplitude.
Verhoging tot een frequentie van 20 kHz( vergeleken met 50/60) vermindert de lineaire afmetingen van de elementen met 4 keer. Bloemen in vergelijking met de verwachtingen in de radio. Verklaart de reden voor het uitrusten van ontvangers met kleine condensatoren.
Schakelvoedingsapparaat
De ingangsspanning is gecorrigeerd. Het proces draagt een diodebrug, zelden een enkele diode. Dan wordt de spanning in pulsen gesneden, hier gaat de literatuur vrolijk verder met de beschrijving van de transformator. Lezers worden waarschijnlijk geplaagd door de vraag: hoe werkt de helikopter( een apparaat dat impulsen genereert)?Op basis van de microschakeling, die rechtstreeks wordt gevoed door de 230 volt netspanning. Minder vaak is een stabilitron( stabilisator van het paralleltype) speciaal geïnstalleerd.
De microcircuit genereert pulsen( 20 - 200 kHz) met een relatief kleine amplitude die de thyristor of andere halfgeleidervoeding regelen. De thyristor snijdt de hoogspanningspulsen af, volgens een flexibel programma dat wordt gegenereerd door de oscillatorchip. Omdat de ingang een hoge spanning heeft, is bescherming vereist. De generator wordt bewaakt door een varistor waarvan de weerstand sterk daalt wanneer de drempel wordt overschreden, waardoor een schadelijke sprong naar de grond wordt afgesloten. Vanuit de aan / uit-schakelaar komen de pulspakketten bij een kleine hoogfrequente transformator. Lineaire afmetingen zijn relatief laag. Voor een computervoeding met een capaciteit van 500 W past de palm van kinderen.
De resulterende spanning wordt opnieuw gecorrigeerd. Schottky-diodes worden gebruikt, dankzij de lage spanningsval van de overgang tussen metaal en halfgeleider. De gelijkgerichte spanning wordt gefilterd, gevoed aan consumenten. Door de aanwezigheid van meerdere secundaire wikkelingen worden de waarden van verschillende polariteit en amplitude eenvoudig verkregen. Het verhaal is onvolledig zonder de feedbacklus te vermelden. Uitgangsspanningen worden vergeleken met een standaard( bijvoorbeeld een zenerdiode), de pulsgeneratormodus wordt aangepast: het verzonden vermogen( amplitude) hangt af van de frequentie, de werkcyclus. Producten worden beschouwd als relatief onpretentieus, kunnen functioneren in een breed scala aan voedingsspanningen.
Gesloten voedingseenheid
De technologie wordt inverter genoemd, gebruikt door lassers, magnetrons, inductiekookplaten, mobiele telefoonadapters, iPad. Een computervoeding werkt op een vergelijkbare manier.
Schakelstroomcircuitontwerp: aard heeft 14 basisimplementatietopologieën geleverd voor het schakelen van voedingen. Met inherente voordelen, unieke kenmerken. Sommige zijn geschikt voor het creëren van laagvermogen voedingen( minder dan 200 W), andere tonen de beste eigenschappen wanneer ze worden gevoed door 230 volt( 50/60 Hz).En om de gewenste topologie te kiezen, moet u de eigenschappen van elk kunnen presenteren. Historisch gezien heten de eerste drie:
- Buck - buck, deer, dollar.
- Boost - versnelling.
- Polariteitsinverter - polariteitsinverter.
Drie topologieën verwijzen naar lineaire regulatoren. Het type apparaten wordt beschouwd als de voorloper van pulsvoedingen, exclusief voordelen. De spanning wordt via de transformator aangelegd, rechtgetrokken, in de aan / uit-toets geknipt. De regelaar wordt beheerd door de feedback, waarvan de taak is om een foutsignaal te genereren. Het type apparaten was een omzet van miljarden dollars in de jaren 60, kon alleen de spanning verlagen en de gewone draad van de consument was op het lichtnet aangesloten.
Schema Buck topologie
Buck
topologie Dus er waren "herten".Oorspronkelijk bedoeld voor gelijkspanning, werd het ingangssignaal in pulsen gesneden en vervolgens werden de pakketten rechtgetrokken en gefilterd om een gemiddeld vermogen te verkrijgen. Feedback controleerde de duty cycle, frequentie( pulsbreedtemodulatie).Soortgelijk wordt vandaag gedaan door computer voedingen. Vrijwel onmiddellijk werden vermogensdichtheidswaarden van 1-4 W per kubieke inch( vervolgens tot 50 W per kubieke inch) bereikt. Charmant, het is mogelijk geworden om een veelvoud aan uitgangsspanningen los te krijgen van de ingang.
Het nadeel is het verlies op het moment van het schakelen van de transistor, de spanning verandert van polariteit, blijft onder nul tot de volgende puls. Het aangegeven deel van het signaal, voorbijgaand aan de diode, sluit zich naar de grond zonder het filter te bereiken. Het bestaan van optimale schakelfrequenties waarbij kosten worden geminimaliseerd wordt gevonden. Het bereik van 25 - 50 kHz.
Topology Boost SchemeHet is mogelijk om de ingangsspanning te verhogen tot de gewenste waarde. Het circuit werkt als volgt:
- Op het eerste moment dat de transistor open is, wordt de smoorspoel opgeslagen met de energie van de spanningsbron via de collector, emitter pn-overgangen, aarde.
- Daarna is de sleutel vergrendeld, het laadproces van de condensator begint. De choke geeft energie af.
- Op een gegeven moment werkt de feedbackversterker, de belasting is geactiveerd. De condensator kan geen energie geven in de richting van de aan / uit-schakelaar, voorkomt de diode. De lading neemt de lading.
- Een spanningsverlies zorgt ervoor dat het feedbackcircuit opnieuw struikelt en de choke begint energie te verzamelen.
Polarity Inverter
-topologie De polar-inverter-topologie is vergelijkbaar met het vorige schema, de choke bevindt zich achter de sleutel. Werkt als volgt:
- Op het eerste moment dat de sleutel open is, vult de positieve spanning van de halve golf de choke met energie. Verder is de energie machteloos om te passeren - voorkomt de diode.
- De transistor sluit, een emf wordt gegenereerd in de choke, een parasitaire genaamd. Het is tegengesteld gericht aan de eerste, de diode passeert vrij, opladen van de condensator.
- Het feedbackcircuit werkt, de pulsbreedtemodulator heropent de transistor. Het ontlaadproces van de condensator begint, de gashendel is weer gevuld met energie.
Polariteitsinverterschema van de
-topologie In dit geval zien we het parallellisme van de processen van energieopslag / -uitgaven. Alle drie de beschouwde schema's vertonen de volgende nadelen:
- Er is een DC-verbinding tussen de ingang en de uitgang. Met andere woorden, er is geen galvanische isolatie.
- Het is onmogelijk om meerdere spanningswaarden van één circuit te krijgen.
Minuten worden geëlimineerd door push-pull push-pull, late( boven).Beide gebruiken een chopper met geavanceerde technologie( vooruit).In het eerste geval wordt een differentieel paar transistors gebruikt. Het wordt mogelijk om een sleutel te gebruiken voor de helft van de periode. Voor de besturing is een speciaal vormgevingsschema nodig, afwisselend zwaaien met deze schommels, de voorwaarden voor warmteafvoer worden verbeterd. De afgesneden spanning is bipolair, deze voedt de primaire wikkeling van de transformator, de secundaire spanning is veel in overeenstemming met de eisen van consumenten.
In de vertraagde topologie wordt één transistor vervangen door een diode. Het circuit wordt vaak gebruikt met laagvermogen voedingen( tot 200 W) met een constante uitgangsspanning van 60-200 V.
