스위칭 전원 공급 장치란 무엇인가요?
전력 전자 기술의 발전과 혁신에 따라 스위칭 전원 공급 장치 기술도 끊임없이 혁신하고 있습니다. 현재 스위칭 전원 공급 장치는 작은 크기, 가벼운 무게 및 높은 효율로 인해 거의 모든 전자 장비에 널리 사용됩니다. 오늘날 전자 정보 산업의 급속한 발전에 없어서는 안 될 전원 공급 방식입니다.
스위칭 전원 공급 장치는 최신 전력 전자 기술을 사용하여 스위칭 튜브의 턴온 및 턴오프 시간 비율을 제어하여 안정적인 출력 전압을 유지하는 전원 공급 장치입니다. 스위칭 전원 공급 장치는 일반적으로 펄스 폭 변조(PWM) 제어 IC와 MOSFET으로 구성됩니다.
스위칭 전원 공급 장치는 선형 전원 공급 장치에 상대적입니다. 입력 단자는 교류를 직류로 직접 정류합니다. 고주파 진동 회로의 작용에 따라 스위칭 튜브는 전류의 온-오프 제어에 사용되어 고주파 펄스 전류를 형성합니다. 인덕터(고주파 변압기)의 도움으로 안정적인 저전압 직류가 출력됩니다.
변압기의 자기 코어 크기는 스위칭 전원 공급 장치의 작동 주파수의 제곱에 반비례하므로 주파수가 높을수록 코어가 작아집니다. 따라서 변압기의 크기를 크게 줄이고 전원 공급 장치의 무게와 크기를 줄일 수 있습니다. 또한 DC를 직접 제어하기 때문에 이 전원 공급 장치는 선형 전원 공급 장치보다 훨씬 더 효율적입니다. 따라서 에너지를 절약할 수 있어 사람들이 선호합니다. 그러나 회로가 복잡하고 유지 관리가 어렵고 회로가 심각하게 오염된다는 단점도 있습니다. 전원 공급 장치가 시끄럽고 일부 저소음 회로에서는 사용하기에 적합하지 않습니다.
스위칭 전원 공급 장치의 특성
스위칭 전원 공급 장치는 일반적으로 펄스 폭 변조(PWM) 제어 IC와 MOSFET으로 구성됩니다. 전력 전자 기술의 발전과 혁신으로 스위칭 전원 공급 장치는 작은 크기, 경량, 고효율로 인해 현재 거의 모든 전자 장비에 널리 사용되고 있습니다. 그 중요성은 분명합니다.
스위칭 전원 공급 장치의 분류
스위칭 장치가 회로에 연결되는 방식에 따라 스위칭 전원 공급 장치는 일반적으로 직렬 스위칭 전원 공급 장치, 병렬 스위칭 전원 공급 장치 및 변압기 스위칭 전원 공급 장치의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
그 중 변압기형 스위칭 전원 공급 장치는 푸시풀 타입, 하프 브리지 타입, 풀 브리지 타입 등으로 더 나눌 수 있습니다. 변압기의 여기 및 출력 전압의 위상에 따라 순방향 유형, 플라이백 유형, 단일 여자 유형 및 이중 여자 유형으로 나눌 수 있습니다.
스위칭 전원 공급 장치와 일반 전원 공급 장치의 차이점
일반적인 전원 공급 장치는 일반적으로 선형 전원 공급 장치입니다. 선형 전원 공급 장치는 레귤레이터 튜브가 선형 상태로 작동하는 전원 공급 장치를 말합니다. 하지만 스위칭 전원 공급 장치에서는 다릅니다. 스위칭 튜브 (스위칭 전원 공급 장치에서 일반적으로 조정 튜브 스위칭 튜브라고 함)는 켜짐과 꺼짐의 두 가지 상태로 작동합니다. 켜짐-저항이 매우 작고 꺼짐-저항이 매우 작습니다.
스위칭 전원 공급 장치는 비교적 새로운 유형의 전원 공급 장치입니다. 고효율, 가벼운 무게, 전압을 높이거나 낮출 수 있고 출력이 높다는 장점이 있습니다. 하지만 회로가 스위칭 상태로 작동하기 때문에 노이즈가 상대적으로 큽니다.
예시: 벅 스위칭 전원 공급 장치
스텝다운 스위칭 전원 공급 장치의 작동 원리에 대해 간단히 설명하자면, 회로는 스위치(실제 회로에서는 트랜지스터 또는 전계 효과 트랜지스터), 프리휠링 다이오드, 에너지 저장 인덕터, 필터 커패시터 등으로 구성됩니다.
스위치가 닫히면 전원 공급 장치는 스위치와 인덕터를 통해 부하에 전원을 공급하고 인덕터와 커패시터에 전기 에너지의 일부를 저장합니다. 인덕터의 자체 인덕턴스로 인해 스위치가 켜진 후 전류가 천천히 증가하므로 출력이 전원 전압 값에 즉시 도달할 수 없습니다.
일정 시간이 지나면 스위치가 꺼집니다. 인덕터의 자체 인덕턴스(인덕터의 전류는 관성이 있는 것으로 생각할 수 있음)로 인해 회로의 전류는 변하지 않고, 즉 왼쪽에서 오른쪽으로 계속 흐르게 됩니다. 이 전류는 부하를 통해 흐르고 접지선에서 되돌아와 프리휠링 다이오드의 양극으로 흐르고 다이오드를 통과하여 인덕터의 왼쪽 끝으로 되돌아가서 루프를 형성합니다.
스위치가 닫히고 열리는 시간(즉, PWM - 펄스 폭 변조)을 제어하여 출력 전압을 제어할 수 있습니다. 출력 전압을 감지하여 온/오프 시간을 제어하여 출력 전압을 일정하게 유지하면 전압 안정화라는 목적을 달성할 수 있습니다.
일반 전원 공급 장치와 스위칭 전원 공급 장치에는 피드백 원리를 사용하여 전압을 조절하는 동일한 전압 조정 튜브가 있습니다. 차이점은 스위칭 전원 공급 장치는 조정을 위해 스위칭 튜브를 사용하는 반면 일반 전원 공급 장치는 일반적으로 조정을 위해 3극관의 선형 증폭 영역을 사용한다는 것입니다. 이에 비해 스위칭 전원 공급 장치는 에너지 소비가 적고 AC 전압에 대한 적용 범위가 넓으며 출력 DC의 리플 계수가 더 좋습니다. 단점은 스위칭 펄스 간섭입니다.
일반 하프 브리지 스위칭 전원 공급 장치의 주요 작동 원리는 상부 및 하부 브리지 스위칭 튜브(주파수가 높을 때는 스위칭 튜브가 VMOS)가 차례로 켜지는 것입니다. 먼저 전류가 상부 브리지 스위칭 튜브를 통해 흐르고 인덕터 코일의 저장 기능이 전기 에너지를 모으는 데 사용됩니다. 코일에서 상부 브리지 스위치 튜브가 최종적으로 꺼지고 하부 브리지 스위치 튜브가 켜집니다. 인덕터 코일과 커패시터는 계속해서 외부에 전력을 공급합니다. 그런 다음 하단 브리지 스위치 튜브가 꺼지고 상단 브리지 스위치 튜브가 켜져 전류가 들어오는 것을 반복합니다. 두 개의 스위치 튜브가 차례로 켜지고 꺼지기 때문에 이를 스위칭 전원 공급 장치라고 합니다.
선형 전원 공급 장치가 다릅니다. 스위치가 없기 때문에 급수관은 항상 물을 배출합니다. 물이 너무 많으면 물이 새어 나옵니다. 그렇기 때문에 일부 선형 전원 공급 장치의 조정 튜브에서 많은 열이 발생하는 것을 종종 볼 수 있습니다. 무한한 전기 에너지는 모두 열 에너지로 변환됩니다. 이러한 관점에서 선형 전원 공급 장치의 변환 효율은 매우 낮고 열이 높으면 구성 요소의 수명이 필연적으로 감소하여 최종 사용 효과에 영향을 미칩니다.
주요 차이점: 작동 방식
선형 전원 공급 장치의 전력 조정 튜브는 항상 증폭 영역에서 작동하며 전류가 연속적으로 흐릅니다. 조정 튜브는 많은 양의 전력을 소비하기 때문에 더 큰 전력 조정 튜브가 필요하며 대형 라디에이터가 장착되어 있습니다. 열이 심각하고 효율이 매우 낮으며 일반적으로 40%에서 60% 사이입니다 (매우 선형적이라고 말해야합니다. 전원 공급 장치).
선형 전원 공급 장치의 작동 방식은 고전압에서 저전압으로 변경하기 위해 전압 변환 장치가 필요합니다. 일반적으로 변압기를 사용하지만, KX 전원 공급 장치와 같이 직류 전압을 정류하여 출력하는 장치도 있습니다. 따라서 크고 부피가 크며 효율이 낮고 열이 많이 발생하지만 리플이 작고 조정 속도가 좋으며 외부 간섭이 적고 아날로그 회로/다양한 앰프 등과 함께 사용하기에 적합하다는 장점도 있습니다.
스위칭 전원 공급 장치의 전원 장치는 스위칭 상태에서 작동합니다. 전압 조정 중에 인덕터 코일을 통해 에너지가 일시적으로 저장되므로 손실이 적고 효율이 높으며 열 방출 요구 사항이 낮지 만 변압기 및 에너지 저장 인덕터에는 영향을 미치지 않습니다. 또한 손실이 적고 자기 투과성이 높은 재료로 만들어야 하는 더 높은 요구 사항도 있습니다. 변압기는 단어만큼 작습니다. 총 효율은 80% ~ 98%입니다. 스위칭 전원 공급 장치는 효율은 높지만 크기가 작습니다. 그러나 선형 전원 공급 장치에 비해 리플과 전압 및 전류 조정 속도가 일정 부분 할인됩니다.
