Co je to spínaný zdroj napájení?
S rozvojem a inovacemi technologií výkonové elektroniky se neustále inovuje i technologie spínaných zdrojů. V současné době se spínaný zdroj díky svým malým rozměrům, nízké hmotnosti a vysoké účinnosti široce používá téměř ve všech elektronických zařízeních. Je to nepostradatelná metoda napájení pro rychlý rozvoj dnešního elektronického informačního průmyslu.
Spínaný napájecí zdroj je napájecí zdroj, který využívá moderní technologii výkonové elektroniky k řízení poměru doby zapnutí a vypnutí spínací elektronky pro udržení stabilního výstupního napětí. Spínaný napájecí zdroj se obvykle skládá z řídicího integrovaného obvodu s pulzně šířkovou modulací (PWM) a tranzistoru MOSFET.
Spínaný napájecí zdroj je relativní vůči lineárnímu napájecímu zdroji. Jeho vstupní svorka přímo usměrňuje střídavý proud na stejnosměrný. Působením vysokofrekvenčního oscilačního obvodu se spínací elektronka používá k řízení zapínání a vypínání proudu, aby se vytvořil vysokofrekvenční pulzní proud. Pomocí induktoru (vysokofrekvenčního transformátoru) je na výstupu stabilní stejnosměrný proud o nízkém napětí.
Protože velikost magnetického jádra transformátoru je nepřímo úměrná kvadrátu pracovní frekvence spínaného zdroje, čím vyšší je frekvence, tím menší je jádro. Tím lze výrazně zmenšit velikost transformátoru a snížit hmotnost a rozměry napájecího zdroje. A protože řídí stejnosměrný proud přímo, je tento napájecí zdroj mnohem účinnější než lineární napájecí zdroj. Tím se šetří energie, takže je lidmi upřednostňován. Má však také nevýhody, to znamená, že obvod je složitý, údržba je obtížná a obvod je vážně znečištěn. Zdroj je hlučný a není vhodný pro použití v některých obvodech s nízkou hlučností.
Charakteristika spínaného zdroje napájení
Spínané napájecí zdroje se obvykle skládají z řídicích obvodů s pulzně šířkovou modulací (PWM) a tranzistorů MOSFET. S rozvojem a inovacemi technologií výkonové elektroniky se spínané napájecí zdroje v současné době široce používají téměř ve všech elektronických zařízeních díky svým malým rozměrům, nízké hmotnosti a vysoké účinnosti. Jeho význam je zřejmý.
Klasifikace spínaných zdrojů napájení
Podle způsobu zapojení spínaných zařízení v obvodu lze spínané zdroje obecně rozdělit do tří kategorií: sériové spínané zdroje, paralelní spínané zdroje a transformátorové spínané zdroje.
Mezi nimi lze spínané zdroje transformátorového typu dále rozdělit na: typ push-pull, typ s polovičním můstkem, typ s plným můstkem atd. Podle způsobu buzení transformátoru a fáze výstupního napětí je lze rozdělit na: přímý typ, flyback typ, typ s jedním buzením a typ s dvojitým buzením.
Rozdíl mezi spínaným a běžným napájecím zdrojem
Běžné napájecí zdroje jsou zpravidla lineární zdroje. Lineární napájecí zdroje označují zdroje, kde elektronkový regulátor pracuje v lineárním stavu. U spínaných napájecích zdrojů je to však jinak. Spínací elektronka (ve spínaném napájecím zdroji obecně nazýváme regulační elektronku spínací) pracuje ve dvou stavech: zapnuto a vypnuto: zapnuto - odpor je velmi malý, vypnuto - odpor je velmi malý. velký.
Spínaný napájecí zdroj je relativně nový typ napájecího zdroje. Jeho výhodou je vysoká účinnost, nízká hmotnost, možnost zvyšování a snižování napětí a vysoký výstupní výkon. Protože však obvod pracuje ve spínaném stavu, je šum poměrně velký.
Příklad: Buckův spínaný zdroj
Stručně si povězme o principu fungování spínaného zdroje: obvod se skládá ze spínače (ve skutečném zapojení tranzistoru nebo tranzistoru s polem), volnoběžné diody, induktoru pro ukládání energie, filtračního kondenzátoru atd.
Když je spínač sepnutý, zdroj dodává energii do zátěže přes spínač a induktor a část elektrické energie ukládá do induktoru a kondenzátoru. Kvůli vlastní indukčnosti cívky se proud po sepnutí spínače zvyšuje pomalu, to znamená, že výstup nemůže okamžitě dosáhnout hodnoty napájecího napětí.
Po určité době se vypínač vypne. Vzhledem k vlastní indukčnosti cívky (proud v cívce si lze představit jako proud se setrvačností) zůstane proud v obvodu nezměněn, to znamená, že bude nadále protékat zleva doprava. Tento proud protéká zátěží, vrací se ze zemnicího vodiče, teče k anodě volnoběžné diody, prochází diodou a vrací se na levý konec induktoru, čímž vzniká smyčka.
Řízením doby sepnutí a rozepnutí spínače (tj. PWM - pulzně šířková modulace) lze řídit výstupní napětí. Pokud je doba sepnutí a vypnutí řízena detekcí výstupního napětí, aby bylo výstupní napětí konstantní, je dosaženo účelu stabilizace napětí.
Běžné napájecí zdroje a spínané napájecí zdroje mají stejnou elektronku pro regulaci napětí, která k regulaci napětí využívá princip zpětné vazby. Rozdíl spočívá v tom, že spínané zdroje používají k regulaci spínací elektronky, zatímco běžné zdroje obvykle používají k regulaci lineární zesilovací oblast triod. Ve srovnání s tím má spínaný zdroj nízkou spotřebu energie, široký použitelný rozsah pro střídavé napětí a lepší koeficient zvlnění výstupního stejnosměrného napětí. Nevýhodou je rušení spínacími impulsy.
Hlavní princip činnosti běžného polomůstkového spínaného zdroje spočívá v tom, že se střídavě zapínají horní a dolní spínací můstek (při vysoké frekvenci jsou spínací elektronky VMOS). Nejprve protéká proud horní můstkovou spínací trubicí a k shromažďování elektrické energie se využívá akumulační funkce cívky induktoru. V cívce se nakonec vypne horní můstková spínací trubice a zapne se dolní můstková spínací trubice. Cívka induktoru a kondenzátor nadále dodávají energii ven. Poté se vypne spodní můstková spínací trubice a následně se zapne horní můstková spínací trubice, aby do ní mohl vstupovat proud, a to se opakuje. Protože se obě spínací trubice střídavě zapínají a vypínají, nazývá se spínaný zdroj.
Lineární napájení je jiné. Protože není zapojen žádný spínač, přívodní potrubí vždy vypouští vodu. Pokud je vody příliš mnoho, vytéká ven. Proto se často setkáváme s tím, že nastavovací trubice některých lineárních napájecích zdrojů generuje velké množství tepla. Veškerá nekonečná elektrická energie se přeměňuje na tepelnou energii. Z tohoto pohledu je účinnost přeměny lineárního napájecího zdroje velmi nízká, a když je teplo vysoké, životnost komponent se nevyhnutelně sníží, což ovlivní konečný efekt použití.
Hlavní rozdíl: Jak to funguje
Výkonová regulační elektronka lineárního zdroje pracuje vždy v oblasti zesílení a proud, který jí protéká, je spojitý. Protože regulační trubice spotřebovává velké množství energie, vyžaduje větší regulační trubici a je vybavena velkým chladičem. Teplo je vážné a účinnost je velmi nízká, obecně mezi 40% a 60% (je třeba také říci, že je velmi lineární). power supply).
Pracovní metoda lineárního napájení vyžaduje měnič napětí pro změnu z vysokého napětí na nízké napětí. Obecně se jedná o transformátor, ale existují i jiné, například napájecí zdroj KX, který pak usměrní a vyvede stejnosměrné napětí. V důsledku toho je velký, objemný, málo účinný a generuje velké množství tepla; má však také výhody: malé zvlnění, dobrou rychlost regulace, nízké vnější rušení a je vhodný pro použití s analogovými obvody/různými zesilovači atd.
Napájecí zařízení spínaného zdroje pracuje ve spínaném stavu. Během úpravy napětí se energie dočasně ukládá prostřednictvím cívky induktoru, takže její ztráty jsou malé, účinnost vysoká a nároky na odvod tepla nízké, ale neovlivňuje transformátor a induktor pro ukládání energie. Existují také vyšší požadavky, které musí být vyrobeny z materiálů s nízkými ztrátami a vysokou magnetickou permeabilitou. Jeho transformátor je malý jako slovo. Celková účinnost je 80% až 98%. Spínaný zdroj má vysokou účinnost, ale malé rozměry. Ve srovnání s lineárním zdrojem je však jeho zvlnění a míra regulace napětí a proudu na určité slevě.
