Che cos'è un alimentatore switching?
Con lo sviluppo e l'innovazione della tecnologia dell'elettronica di potenza, anche la tecnologia degli alimentatori a commutazione è in costante evoluzione. Attualmente, l'alimentazione a commutazione è ampiamente utilizzata in quasi tutte le apparecchiature elettroniche grazie alle sue dimensioni ridotte, al peso ridotto e all'elevata efficienza. Si tratta di un metodo di alimentazione indispensabile per il rapido sviluppo dell'odierna industria dell'informazione elettronica.
Un alimentatore switching è un alimentatore che utilizza la moderna tecnologia dell'elettronica di potenza per controllare il rapporto dei tempi di accensione e spegnimento del tubo di commutazione per mantenere una tensione di uscita stabile. L'alimentatore switching è generalmente composto da un circuito integrato di controllo a modulazione di larghezza di impulso (PWM) e da un MOSFET.
L'alimentatore switching è parente dell'alimentatore lineare. Il suo terminale di ingresso raddrizza direttamente la corrente alternata in corrente continua. Sotto l'azione del circuito di oscillazione ad alta frequenza, il tubo di commutazione viene utilizzato per controllare l'accensione e lo spegnimento della corrente per formare una corrente a impulsi ad alta frequenza. Con l'aiuto di un induttore (trasformatore ad alta frequenza), viene emessa una corrente continua stabile a bassa tensione.
Poiché le dimensioni del nucleo magnetico del trasformatore sono inversamente proporzionali al quadrato della frequenza operativa dell'alimentatore switching, più alta è la frequenza, più piccolo è il nucleo. Ciò consente di ridurre notevolmente le dimensioni del trasformatore e di ridurre il peso e le dimensioni dell'alimentatore. Inoltre, poiché controlla direttamente la corrente continua, questo alimentatore è molto più efficiente di un alimentatore lineare. Ciò consente di risparmiare energia e per questo è molto apprezzato. Ma presenta anche degli svantaggi: il circuito è complesso, la manutenzione è difficile e il circuito è seriamente inquinato. L'alimentatore è rumoroso e non è adatto all'uso in alcuni circuiti a basso rumore.
Caratteristiche dell'alimentazione a commutazione
Gli alimentatori a commutazione sono generalmente composti da circuiti integrati di controllo a modulazione di larghezza di impulso (PWM) e MOSFET. Con lo sviluppo e l'innovazione della tecnologia dell'elettronica di potenza, gli alimentatori a commutazione sono attualmente ampiamente utilizzati in quasi tutte le apparecchiature elettroniche grazie alle loro dimensioni ridotte, alla leggerezza e all'elevata efficienza. La sua importanza è evidente.
Classificazione degli alimentatori switching
In base al modo in cui i dispositivi di commutazione sono collegati nel circuito, gli alimentatori a commutazione possono essere generalmente suddivisi in tre categorie: alimentatori a commutazione in serie, alimentatori a commutazione in parallelo e alimentatori a commutazione con trasformatore.
Tra questi, gli alimentatori switching a trasformatore possono essere ulteriormente suddivisi in: tipo push-pull, tipo half-bridge, tipo full-bridge, ecc. In base all'eccitazione del trasformatore e alla fase della tensione di uscita, può essere suddiviso in: tipo forward, tipo flyback, tipo a eccitazione singola e tipo a eccitazione doppia.
La differenza tra l'alimentatore switching e l'alimentatore ordinario
Gli alimentatori ordinari sono generalmente alimentatori lineari. Gli alimentatori lineari si riferiscono ad alimentatori in cui il tubo regolatore funziona in uno stato lineare. Ma negli alimentatori a commutazione la situazione è diversa. Il tubo di commutazione (nell'alimentazione a commutazione, in genere chiamiamo il tubo di regolazione tubo di commutazione) funziona in due stati: acceso e spento: acceso - la resistenza è molto piccola, spento - la resistenza è molto piccola. grande.
L'alimentatore switching è un tipo di alimentazione relativamente nuovo. Presenta i vantaggi dell'alta efficienza, della leggerezza, della capacità di aumentare e diminuire la tensione e dell'elevata potenza di uscita. Tuttavia, poiché il circuito funziona in stato di commutazione, il rumore è relativamente elevato.
Esempio: Alimentatore switching buck
Parliamo brevemente del principio di funzionamento dell'alimentatore switching step-down: il circuito è composto da un interruttore (un transistor o un transistor a effetto di campo nel circuito reale), un diodo a ruota libera, un induttore di accumulo di energia, un condensatore di filtro, ecc.
Quando l'interruttore è chiuso, l'alimentatore fornisce energia al carico attraverso l'interruttore e l'induttore e immagazzina parte dell'energia elettrica nell'induttore e nel condensatore. A causa dell'auto-induttanza dell'induttore, la corrente aumenta lentamente dopo l'accensione dell'interruttore, cioè l'uscita non può raggiungere immediatamente il valore della tensione di alimentazione.
Dopo un certo periodo di tempo, l'interruttore viene spento. A causa dell'autoinduttanza dell'induttore (si può pensare che la corrente nell'induttore abbia un'inerzia), la corrente nel circuito rimarrà invariata, cioè continuerà a fluire da sinistra a destra. Questa corrente passa attraverso il carico, ritorna dal filo di terra, passa all'anodo del diodo a ruota libera, attraversa il diodo e ritorna all'estremità sinistra dell'induttore, formando così un anello.
Controllando il tempo di chiusura e apertura dell'interruttore (cioè PWM - modulazione dell'ampiezza degli impulsi), è possibile controllare la tensione di uscita. Se il tempo di accensione e spegnimento viene controllato rilevando la tensione di uscita per mantenerla costante, si raggiunge lo scopo di stabilizzare la tensione.
Gli alimentatori ordinari e gli alimentatori a commutazione hanno lo stesso tubo di regolazione della tensione, che utilizza il principio della retroazione per regolare la tensione. La differenza è che gli alimentatori a commutazione utilizzano tubi di commutazione per la regolazione, mentre gli alimentatori ordinari utilizzano generalmente l'area di amplificazione lineare dei triodi per la regolazione. In confronto, l'alimentatore a commutazione ha un basso consumo energetico, un'ampia gamma applicabile per la tensione CA e un migliore coefficiente di ondulazione della corrente continua in uscita. Lo svantaggio è l'interferenza degli impulsi di commutazione.
Il principio di funzionamento principale di un normale alimentatore a commutazione a mezzo ponte è che i tubi di commutazione a ponte superiore e inferiore (i tubi di commutazione sono VMOS quando la frequenza è elevata) vengono attivati a turno. In primo luogo, la corrente scorre attraverso il tubo di commutazione a ponte superiore e la funzione di accumulo della bobina induttrice viene utilizzata per raccogliere l'energia elettrica. Nella bobina, il tubo di commutazione a ponte superiore viene infine spento e il tubo di commutazione a ponte inferiore viene acceso. La bobina induttrice e il condensatore continuano a fornire energia all'esterno. In seguito, il tubo di commutazione a ponte inferiore viene spento, quindi il tubo di commutazione a ponte superiore viene acceso per far entrare la corrente, e questo si ripete. Poiché i due tubi di commutazione si accendono e si spengono a turno, si parla di alimentatore switching.
L'alimentatore lineare è diverso. Poiché non è presente alcun interruttore, il tubo di alimentazione dell'acqua scarica sempre acqua. Se l'acqua è troppa, fuoriesce. Per questo motivo si nota spesso che il tubo di regolazione di alcuni alimentatori lineari genera molto calore. L'energia elettrica infinita viene convertita in energia termica. Da questo punto di vista, l'efficienza di conversione dell'alimentatore lineare è molto bassa e quando il calore è elevato, la durata dei componenti diminuisce inevitabilmente, compromettendo l'effetto finale di utilizzo.
Differenza principale: Come funziona
Il tubo di regolazione della potenza dell'alimentatore lineare lavora sempre nell'area di amplificazione e la corrente che lo attraversa è continua. Poiché il tubo di regolazione consuma una grande quantità di energia, richiede un tubo di regolazione più grande ed è dotato di un grande radiatore. Il calore è notevole e l'efficienza è molto bassa, generalmente compresa tra 40% e 60% (va anche detto che è molto lineare). alimentazione).
Il metodo di funzionamento degli alimentatori lineari richiede un dispositivo di conversione della tensione per passare dall'alta alla bassa tensione. In genere si tratta di un trasformatore, ma ne esistono anche altri, come l'alimentatore KX, che raddrizza ed emette tensione continua. Di conseguenza, è grande, ingombrante, a bassa efficienza e genera molto calore; ma ha anche dei vantaggi: piccola ondulazione, buona velocità di regolazione, bassa interferenza esterna e adatto all'uso con circuiti analogici/vari amplificatori, ecc.
Il dispositivo di potenza dell'alimentatore switching funziona in stato di commutazione. Durante la regolazione della tensione, l'energia viene temporaneamente immagazzinata attraverso la bobina dell'induttore, in modo che la sua perdita sia ridotta, l'efficienza sia elevata e i requisiti per la dissipazione del calore siano bassi, ma non influisca sul trasformatore e sull'induttore di accumulo dell'energia. Vi sono anche requisiti più elevati, che devono essere realizzati con materiali a bassa perdita e alta permeabilità magnetica. Il suo trasformatore è piccolo come una parola. L'efficienza totale è compresa tra 80% e 98%. L'alimentatore switching ha un'elevata efficienza ma dimensioni ridotte. Tuttavia, rispetto all'alimentatore lineare, il suo ripple e il tasso di regolazione della tensione e della corrente hanno un certo sconto.
