Spínané napájecí zdroje — Obecné principy, výhody a nevýhody

Dnes je již obtížné najít železný transformátor v jakémkoli domácím spotřebiči nebo napájecím zdroji. V 90. letech začaly rychle mizet do minulosti a ustoupily spínacím měničům nebo spínaným zdrojům (zkráceně SMPS).

Spínané zdroje předčí transformátory velikostí, kvalitou výsledného stejnosměrného napětí, mají široké možnosti regulace výstupního napětí a proudu a jsou tradičně vybaveny ochranou výstupního přetížení. A ačkoli jsou spínané zdroje energie považovány za hlavní poskytovatele rušení v domácí síti, jejich rozšířené používání nelze zvrátit.

Napájení transformátoru:

Spínací proud:

Spínané zdroje vděčí za svou všudypřítomnost polovodičovým spínačům – tranzistory s efektem pole a Schottkyho dioda… Je to tranzistor s efektem pole, spolupracující s tlumivkou nebo transformátorem, který je srdcem každého moderního spínaného zdroje: ve střídačích, svářečkách, nepřerušitelných zdrojích napájení, vestavěných zdrojích pro TV, monitory atd. — v dnešní době se téměř všude používají pouze obvody pulsní konverze.

Obecný princip činnosti pulzního měniče je založen na zákonu elektromagnetické indukce a je v tomto podobný s každým transformátorem… Jediný rozdíl je v tom, že střídavé napětí se síťovou frekvencí 50 Hz je přivedeno přímo na primární vinutí běžného síťového transformátoru a přímo převáděno (poté v případě potřeby usměrněno) a ve spínaném zdroji síťové napětí se nejprve usměrní a převede na stejnosměrný proud a poté se převede na puls, který se dále zvýší nebo sníží pomocí speciálního vysokofrekvenčního (ve srovnání s 50 Hz sítí) obvodu.

Spínaný napájecí obvod obsahuje několik hlavních součástí: síťový usměrňovač, spínač (nebo spínače), transformátor (nebo tlumivka), výstupní usměrňovač, řídicí jednotka a stabilizační a ochranná jednotka. Usměrňovač, spínač a transformátor (tlumivka) tvoří základ výkonové části obvodu SMPS, zatímco elektronické bloky (včetně PWM regulátoru) patří do tzv. driveru.

Síťové napětí je tedy přivedeno přes usměrňovač do kondenzátoru síťového filtru, kde se tímto způsobem získá konstantní napětí, jehož maximum je od 305 do 340 voltů v závislosti na aktuální průměrné hodnotě síťového napětí ( od 215 do 240 voltů).

Usměrněné napětí je přiváděno na primární vinutí transformátoru (tlumivky) ve formě impulsů, jejichž opakovací frekvence je obvykle určena řídicím obvodem klíče a doba trvání je určena průměrným proudem napájené zátěže. .

Spínač s frekvencí několik desítek až několik stovek kilohertzů připojuje a odpojuje primární vinutí transformátoru nebo tlumivky k filtračnímu kondenzátoru, čímž se obrátí magnetizace jádra transformátoru nebo tlumivky.

Rozdíl mezi transformátorem a tlumivkou: u tlumivky jsou časově odděleny fáze ukládání energie ze zdroje do jádra a přenos energie z jádra přes vinutí do zátěže, zatímco v transformátoru se to děje současně.

Tlumivka se používá v měničích bez galvanického oddělení topologií: boost - boost, step - down, stejně jako u měničů s galvanickým oddělením reverzní topologie. Transformátor se používá v měničích s galvanickým oddělením těchto topologií: můstek-plný můstek, poloviční můstek-poloviční můstek, push-pull-push-pull, forward-forward.

Spínač může být jednoduchý (převodník, dopředný převodník, boost nebo buck převodník bez galvanického oddělení) nebo může výkonová část obsahovat několik přepínačů (half-bridge, bridge, push).

Řídicí obvod spínače (spínačů) přijímá z výstupu zdroje zpětnovazební signál pro napětí nebo pro napětí a proud zátěže, v souladu s hodnotou tohoto signálu, šířku (pracovní cyklus) impulsu, který řídí dobu trvání vodivého stavu spínače se nastavuje automaticky.

Výstup je uspořádán následovně. Ze sekundárního vinutí transformátoru nebo tlumivky nebo z jednoduchého vinutí tlumivky (mluvíme-li o měniči bez galvanického oddělení), přes Schottkyho diody celovlnného usměrňovače, je do filtru přiváděno pulzní napětí. kondenzátor.

K dispozici je také dělič napětí, ze kterého je přijímán signál zpětné vazby napětí, a může být také přítomen proudový senzor. Zátěž je připojena k filtračnímu kondenzátoru přes přídavný výstupní dolní propust nebo přímo.