¿Qué es una fuente de alimentación conmutada?
Con el desarrollo y la innovación de la tecnología de electrónica de potencia, la tecnología de fuentes de alimentación conmutadas también está en constante innovación. En la actualidad, la fuente de alimentación conmutada se utiliza ampliamente en casi todos los equipos electrónicos debido a su pequeño tamaño, peso ligero y alta eficiencia. Es un método de alimentación indispensable para el rápido desarrollo de la industria de la información electrónica actual.
Una fuente de alimentación conmutada es una fuente de alimentación que utiliza tecnología moderna de electrónica de potencia para controlar la relación de tiempo de encendido y apagado del tubo de conmutación para mantener una tensión de salida estable. La fuente de alimentación conmutada suele estar compuesta por un circuito integrado de control de modulación por ancho de pulsos (PWM) y un MOSFET.
La fuente de alimentación conmutada es relativa a la fuente de alimentación lineal. Su terminal de entrada rectifica directamente la corriente alterna en corriente continua. Bajo la acción del circuito de oscilación de alta frecuencia, el tubo de conmutación se utiliza para controlar el encendido y apagado de la corriente para formar una corriente de impulsos de alta frecuencia. Con la ayuda de un inductor (transformador de alta frecuencia), se emite una corriente continua de baja tensión estable.
Dado que el tamaño del núcleo magnético del transformador es inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada, cuanto mayor sea la frecuencia, más pequeño será el núcleo. De este modo se puede reducir en gran medida el tamaño del transformador y reducir el peso y el tamaño de la fuente de alimentación. Y como controla directamente la CC, esta fuente de alimentación es mucho más eficiente que una fuente de alimentación lineal. Esto ahorra energía, por lo que es favorecida por la gente. Pero también tiene desventajas, es decir, el circuito es complejo, el mantenimiento es difícil y el circuito está seriamente contaminado. La fuente de alimentación es ruidosa y no es adecuada para su uso en algunos circuitos de bajo ruido.
Características de la fuente de alimentación conmutada
Las fuentes de alimentación conmutadas suelen estar compuestas por circuitos integrados de control de modulación por ancho de pulsos (PWM) y MOSFET. Con el desarrollo y la innovación de la tecnología de electrónica de potencia, las fuentes de alimentación conmutadas se utilizan actualmente de forma generalizada en casi todos los equipos electrónicos debido a su pequeño tamaño, peso ligero y alta eficiencia. Su importancia es evidente.
Clasificación de las fuentes de alimentación conmutadas
Según la forma en que se conectan los dispositivos de conmutación en el circuito, las fuentes de alimentación conmutadas pueden dividirse generalmente en tres categorías: fuentes de alimentación conmutadas en serie, fuentes de alimentación conmutadas en paralelo y fuentes de alimentación conmutadas por transformador.
Entre ellas, la fuente de alimentación conmutada tipo transformador puede dividirse en: tipo push-pull, tipo medio puente, tipo puente completo, etc. Según la excitación del transformador y la fase de la tensión de salida, puede dividirse en: tipo forward, tipo flyback, tipo de excitación simple y tipo de excitación doble.
Diferencia entre una fuente de alimentación conmutada y una ordinaria
Las fuentes de alimentación ordinarias suelen ser fuentes de alimentación lineales. Las fuentes de alimentación lineales se refieren a fuentes de alimentación en las que el tubo regulador funciona en estado lineal. Pero en las fuentes de alimentación conmutadas, es diferente. El tubo de conmutación (en la fuente de alimentación conmutada, generalmente llamamos tubo de conmutación al tubo regulador) funciona en dos estados: encendido y apagado: encendido - la resistencia es muy pequeña, apagado - la resistencia es muy pequeña. grande.
La fuente de alimentación conmutada es un tipo relativamente nuevo de fuente de alimentación. Tiene las ventajas de ser muy eficaz, ligera, capaz de aumentar y disminuir la tensión y con una gran potencia de salida. Sin embargo, como el circuito funciona en estado conmutado, el ruido es relativamente grande.
Ejemplo: Fuente de alimentación conmutada Buck
Hablemos brevemente del principio de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada reductora: el circuito se compone de un interruptor (un transistor o transistor de efecto de campo en el circuito real), un diodo en vacío, un inductor de almacenamiento de energía, un condensador de filtro, etc.
Cuando el interruptor está cerrado, la fuente de alimentación suministra energía a la carga a través del interruptor y el inductor, y almacena parte de la energía eléctrica en el inductor y el condensador. Debido a la autoinductancia del inductor, la corriente aumenta lentamente tras el encendido del interruptor, es decir, la salida no puede alcanzar inmediatamente el valor de tensión de la fuente de alimentación.
Transcurrido cierto tiempo, el interruptor se apaga. Debido a la autoinductancia del inductor (puede considerarse que la corriente en el inductor tiene inercia), la corriente en el circuito permanecerá inalterada, es decir, seguirá fluyendo de izquierda a derecha. Esta corriente fluye a través de la carga, vuelve por el cable de tierra, fluye hacia el ánodo del diodo en vacío, pasa por el diodo y vuelve al extremo izquierdo del inductor, formando así un bucle.
Controlando el tiempo de cierre y apertura del interruptor (es decir, PWM - modulación por ancho de pulsos), se puede controlar la tensión de salida. Si el tiempo de encendido y apagado se controla detectando la tensión de salida para mantenerla constante, se consigue el propósito de estabilizar la tensión.
Las fuentes de alimentación ordinarias y las fuentes de alimentación conmutadas tienen el mismo tubo de ajuste de tensión, que utiliza el principio de realimentación para regular la tensión. La diferencia es que las fuentes de alimentación conmutadas utilizan tubos de conmutación para el ajuste, mientras que las fuentes de alimentación ordinarias suelen utilizar la zona de amplificación lineal de los triodos para el ajuste. En comparación, la fuente de alimentación conmutada tiene un bajo consumo de energía, un amplio rango aplicable para la tensión alterna y un mejor coeficiente de ondulación de la corriente continua de salida. La desventaja es la interferencia del pulso de conmutación.
El principio de funcionamiento principal de una fuente de alimentación conmutada de medio puente ordinaria es que los tubos de conmutación del puente superior e inferior (los tubos de conmutación son VMOS cuando la frecuencia es alta) se encienden por turnos. En primer lugar, la corriente fluye a través del tubo de conmutación del puente superior, y la función de almacenamiento de la bobina inductora se utiliza para recoger la energía eléctrica. Finalmente, se apaga el tubo de conmutación del puente superior y se enciende el tubo de conmutación del puente inferior. La bobina inductora y el condensador siguen suministrando energía al exterior. A continuación, se apaga el tubo de conmutación del puente inferior y se enciende el tubo de conmutación del puente superior para que entre la corriente, y esto se repite. Como los dos tubos de conmutación se encienden y se apagan sucesivamente, se denomina fuente de alimentación conmutada.
La fuente de alimentación lineal es diferente. Como no hay ningún interruptor, la tubería de alimentación siempre está descargando agua. Si hay demasiada agua, se saldrá. Por eso vemos a menudo que el tubo de ajuste de algunas fuentes de alimentación lineales genera mucho calor. Toda la energía eléctrica inagotable se convierte en energía térmica. Desde esta perspectiva, la eficiencia de conversión de la fuente de alimentación lineal es muy baja, y cuando el calor es alto, la vida útil de los componentes disminuirá inevitablemente, afectando al efecto de uso final.
Diferencia principal: Cómo funciona
El tubo de ajuste de potencia de la fuente de alimentación lineal funciona siempre en la zona de amplificación, y la corriente que circula por él es continua. Dado que el tubo de ajuste consume una gran cantidad de energía, requiere un tubo de ajuste de potencia más grande y está equipado con un radiador grande. El calor es grave y el rendimiento es muy bajo, generalmente entre 40% y 60% (también hay que decir que es muy lineal). fuente de alimentación).
El método de trabajo de la fuente de alimentación lineal requiere un dispositivo convertidor de tensión para pasar de alta tensión a baja tensión. Generalmente, se trata de un transformador, pero también hay otros como la fuente de alimentación KX, que luego rectifica y da salida a la tensión continua. Como resultado, es grande, voluminosa, poco eficiente y genera mucho calor; pero también tiene ventajas: pequeño rizado, buena tasa de ajuste, baja interferencia externa y adecuada para usar con circuitos analógicos/varios amplificadores, etc.
El dispositivo de alimentación de la fuente de alimentación conmutada funciona en estado de conmutación. Durante el ajuste de la tensión, la energía se almacena temporalmente a través de la bobina inductora, por lo que su pérdida es pequeña, el rendimiento es alto y los requisitos de disipación de calor son bajos, pero no afecta al transformador ni al inductor de almacenamiento de energía. También hay requisitos más exigentes, que deben estar hechos de materiales con baja pérdida y alta permeabilidad magnética. Su transformador es tan pequeño como una palabra. La eficiencia total es de 80% a 98%. La fuente de alimentación conmutada tiene un alto rendimiento pero un tamaño reducido. Sin embargo, en comparación con la fuente de alimentación lineal, su ondulación y la tasa de regulación de tensión y corriente tienen un cierto descuento.
