Was ist ein Schaltnetzteil?
Mit der Entwicklung und Innovation der Leistungselektronik wird auch die Schaltnetzteiltechnologie ständig erneuert. Gegenwärtig werden Schaltnetzteile aufgrund ihrer geringen Größe, ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Effizienz in fast allen elektronischen Geräten eingesetzt. Es ist eine unverzichtbare Stromversorgungsmethode für die schnelle Entwicklung der heutigen elektronischen Informationsindustrie.
Ein Schaltnetzteil ist ein Netzteil, das moderne Leistungselektronik verwendet, um das Ein- und Ausschaltzeitverhältnis der Schaltröhre zu steuern und so eine stabile Ausgangsspannung zu erhalten. Das Schaltnetzteil besteht im Allgemeinen aus einem PWM-Steuer-IC (Pulsweitenmodulation) und einem MOSFET.
Das Schaltnetzteil ist mit dem linearen Netzgerät verwandt. Seine Eingangsklemme gleicht den Wechselstrom direkt in Gleichstrom um. Unter der Einwirkung des Hochfrequenz-Schwingkreises steuert die Schaltröhre das Ein- und Ausschalten des Stroms, um einen hochfrequenten Impulsstrom zu erzeugen. Mit Hilfe einer Drosselspule (Hochfrequenztransformator) wird ein stabiler Niederspannungsgleichstrom ausgegeben.
Da die Größe des Magnetkerns des Transformators umgekehrt proportional zum Quadrat der Betriebsfrequenz des Schaltnetzteils ist, gilt: je höher die Frequenz, desto kleiner der Kern. Dadurch kann die Größe des Transformators erheblich reduziert werden und das Gewicht und die Größe des Netzteils sinken. Und da es den Gleichstrom direkt steuert, ist dieses Netzteil viel effizienter als ein lineares Netzteil. Das spart Energie und wird daher von den Menschen bevorzugt. Aber es hat auch Nachteile: Die Schaltung ist komplex, die Wartung ist schwierig, und die Schaltung ist stark verschmutzt. Das Netzteil ist laut und eignet sich nicht für den Einsatz in rauscharmen Schaltungen.
Merkmale von Schaltnetzteilen
Schaltnetzteile bestehen in der Regel aus Pulsweitenmodulations-ICs (PWM) und MOSFETs. Mit der Entwicklung und Innovation der Leistungselektronik sind Schaltnetzteile aufgrund ihrer geringen Größe, ihres geringen Gewichts und ihres hohen Wirkungsgrads derzeit in fast allen elektronischen Geräten weit verbreitet. Ihre Bedeutung ist offensichtlich.
Klassifizierung von Schaltnetzteilen
Je nachdem, wie die Schaltgeräte im Stromkreis angeschlossen sind, lassen sich Schaltnetzteile im Allgemeinen in drei Kategorien einteilen: Serienschaltnetzteile, Parallelschaltnetzteile und Transformator-Schaltnetzteile.
Unter ihnen können Schaltnetzteile mit Transformator weiter unterteilt werden in: Push-Pull-Typ, Halbbrücken-Typ, Vollbrücken-Typ, usw. Je nach Erregung des Transformators und der Phase der Ausgangsspannung kann man sie in Vorwärts-, Rückwärts-, Einfacherreger- und Doppelerregertyp unterteilen.
Der Unterschied zwischen einem Schaltnetzteil und einem normalen Netzgerät
Gewöhnliche Stromversorgungen sind im Allgemeinen lineare Stromversorgungen. Lineare Stromversorgungen beziehen sich auf Stromversorgungen, bei denen die Reglerröhre in einem linearen Zustand arbeitet. Bei Schaltnetzteilen ist dies jedoch anders. Die Schaltröhre (in Schaltnetzteilen nennen wir die Regelröhre im Allgemeinen Schaltröhre) arbeitet in zwei Zuständen: ein und aus: ein - der Widerstand ist sehr klein, aus - der Widerstand ist sehr klein. groß.
Schaltnetzteile sind eine relativ neue Art von Stromversorgungen. Es hat die Vorteile eines hohen Wirkungsgrads, eines geringen Gewichts, der Möglichkeit, die Spannung zu erhöhen und zu verringern, und einer hohen Ausgangsleistung. Da der Schaltkreis jedoch im Schaltzustand arbeitet, ist das Rauschen relativ groß.
Beispiel: Buck-Schaltnetzteil
Lassen Sie uns kurz über das Funktionsprinzip des Abwärtsschaltnetzteils sprechen: Die Schaltung besteht aus einem Schalter (einem Transistor oder Feldeffekttransistor in der tatsächlichen Schaltung), einer Freilaufdiode, einer Energiespeicherdrossel, einem Filterkondensator, usw.
Wenn der Schalter geschlossen ist, versorgt das Netzteil die Last über den Schalter und die Induktivität mit Strom und speichert einen Teil der elektrischen Energie in der Induktivität und dem Kondensator. Aufgrund der Selbstinduktivität der Induktivität steigt der Strom nach dem Einschalten des Schalters langsam an, d. h. der Ausgang kann nicht sofort den Wert der Versorgungsspannung erreichen.
Nach einer bestimmten Zeit wird der Schalter ausgeschaltet. Aufgrund der Selbstinduktivität der Spule (der Strom in der Spule kann als träge angesehen werden) bleibt der Strom im Stromkreis unverändert, d. h. er fließt weiterhin von links nach rechts. Dieser Strom fließt durch die Last, kehrt vom Erdungsdraht zurück, fließt zur Anode der Freilaufdiode, durchläuft die Diode und kehrt zum linken Ende der Spule zurück, wodurch eine Schleife entsteht.
Durch die Steuerung der Zeit, in der der Schalter geschlossen und geöffnet wird (d.h. PWM - Pulsweitenmodulation), kann die Ausgangsspannung gesteuert werden. Wenn die Ein- und Ausschaltzeit durch Erfassen der Ausgangsspannung gesteuert wird, um die Ausgangsspannung konstant zu halten, wird der Zweck der Spannungsstabilisierung erreicht.
Gewöhnliche Netzteile und Schaltnetzteile haben die gleiche Spannungsregelungsröhre, die das Rückkopplungsprinzip zur Regelung der Spannung verwendet. Der Unterschied besteht darin, dass Schaltnetzteile Schaltröhren für die Regelung verwenden, während herkömmliche Netzteile im Allgemeinen den linearen Verstärkungsbereich von Trioden für die Regelung nutzen. Im Vergleich dazu hat das Schaltnetzteil einen niedrigen Energieverbrauch, einen breiten Anwendungsbereich für Wechselspannung und einen besseren Welligkeitsfaktor des Ausgangsgleichstroms. Der Nachteil ist die Störung durch Schaltimpulse.
Das Funktionsprinzip eines gewöhnlichen Halbbrücken-Schaltnetzteils besteht darin, dass die obere und die untere Brückenschaltröhre (die Schaltröhren sind VMOS, wenn die Frequenz hoch ist) nacheinander eingeschaltet werden. Zunächst fließt der Strom durch die obere Brückenschaltröhre, und die Speicherfunktion der Induktionsspule wird genutzt, um die elektrische Energie zu sammeln. In der Spule wird schließlich die obere Brückenschaltröhre ausgeschaltet und die untere Brückenschaltröhre wird eingeschaltet. Die Induktionsspule und der Kondensator liefern weiterhin Strom nach außen. Dann wird das untere Brückenschaltröhrchen ausgeschaltet und das obere Brückenschaltröhrchen eingeschaltet, um den Strom eintreten zu lassen, und dieser Vorgang wird wiederholt. Da die beiden Schaltröhren abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, spricht man von einem Schaltnetzteil.
Anders ist es bei der linearen Energieversorgung. Da es keinen Schalter gibt, fließt aus der Wasserleitung immer Wasser ab. Wenn zu viel Wasser vorhanden ist, wird es auslaufen. Deshalb sieht man oft, dass das Einstellrohr einiger linearer Netzteile viel Wärme erzeugt. Die endlose elektrische Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt. Unter diesem Gesichtspunkt ist der Umwandlungswirkungsgrad des linearen Netzteils sehr niedrig, und wenn die Wärme hoch ist, wird die Lebensdauer der Komponenten unweigerlich abnehmen, was sich auf den Endeffekt auswirkt.
Hauptunterschied: Wie es funktioniert
Die Leistungsregelungsröhre des linearen Netzteils arbeitet immer im Bereich der Verstärkung, und der Strom, der durch sie fließt, ist kontinuierlich. Da die Leistungsregelungsröhre viel Strom verbraucht, ist eine größere Leistungsregelungsröhre erforderlich, und sie ist mit einem großen Kühler ausgestattet. Die Wärmeentwicklung ist groß und der Wirkungsgrad ist sehr niedrig, im Allgemeinen zwischen 40% und 60% (es muss auch gesagt werden, dass es sehr linear ist). netzteil).
Die Funktionsweise der linearen Stromversorgung erfordert einen Spannungswandler, um von Hochspannung auf Niederspannung umzuschalten. In der Regel handelt es sich dabei um einen Transformator, aber es gibt auch andere, wie z. B. KX-Netzteile, die dann eine Gleichrichtung vornehmen und eine Gleichspannung ausgeben. Daher ist es groß, sperrig, hat einen geringen Wirkungsgrad und erzeugt viel Wärme; es hat aber auch Vorteile: geringe Restwelligkeit, gute Anpassungsrate, geringe externe Störungen und eignet sich für die Verwendung mit analogen Schaltungen/verschiedenen Verstärkern usw.
Das Leistungsgerät des Schaltnetzteils arbeitet im Schaltzustand. Während der Spannungsanpassung wird die Energie vorübergehend in der Induktionsspule gespeichert, so dass der Verlust gering, der Wirkungsgrad hoch und die Anforderungen an die Wärmeableitung gering sind, was jedoch keine Auswirkungen auf den Transformator und die Energiespeicherinduktivität hat. Es gibt auch höhere Anforderungen, die aus Materialien mit geringen Verlusten und hoher magnetischer Permeabilität bestehen müssen. Der Transformator ist so klein wie ein Wort. Der Gesamtwirkungsgrad beträgt 80% bis 98%. Das Schaltnetzteil hat einen hohen Wirkungsgrad bei geringer Größe. Im Vergleich zu linearen Netzteilen sind jedoch die Restwelligkeit sowie die Spannungs- und Stromregelungsrate etwas geringer.
