Wat is een schakelende voeding?
Met de ontwikkeling en innovatie van de vermogenselektronicatechnologie, wordt ook de technologie van schakelende voedingen voortdurend vernieuwd. Op dit moment wordt schakelende voeding veel gebruikt in bijna alle elektronische apparatuur vanwege de kleine afmetingen, het lichte gewicht en de hoge efficiëntie. Het is een onmisbare voedingsmethode voor de snelle ontwikkeling van de hedendaagse elektronische informatie-industrie.
Een schakelende voeding is een voeding die moderne vermogenselektronicatechnologie gebruikt om de in- en uitschakeltijd van de schakelende buis te regelen om een stabiele uitgangsspanning te behouden. De schakelende voeding bestaat meestal uit een PWM (pulsbreedtemodulatie) regel-IC en een MOSFET.
De schakelende voeding is verwant aan de lineaire voeding. De ingangsaansluiting rectificeert de wisselstroom direct in gelijkstroom. Onder invloed van het hoogfrequente oscillatiecircuit wordt de schakelbuis gebruikt om het in- en uitschakelen van de stroom te regelen en zo een hoogfrequente pulsstroom te vormen. Met behulp van een spoel (hoogfrequente transformator) wordt een stabiele laagspanningsgelijkstroom afgegeven.
Aangezien de grootte van de magnetische kern van de transformator omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de werkingsfrequentie van de schakelende voeding, geldt: hoe hoger de frequentie, hoe kleiner de kern. Dit kan de grootte van de transformator en het gewicht en de afmetingen van de voeding aanzienlijk verkleinen. En omdat hij DC direct regelt, is deze voeding veel efficiënter dan een lineaire voeding. Dit bespaart energie en is daarom geliefd bij mensen. Maar er kleven ook nadelen aan: het circuit is complex, het onderhoud is moeilijk en het circuit is ernstig vervuild. De voeding is lawaaierig en is niet geschikt voor gebruik in sommige circuits met weinig ruis.
Kenmerken van schakelende voedingen
Schakelende voedingen zijn over het algemeen samengesteld uit PWM-besturings IC's (pulse width modulation) en MOSFET's. Met de ontwikkeling en innovatie van de vermogenselektronicatechnologie worden schakelende voedingen tegenwoordig op grote schaal gebruikt in bijna alle elektronische apparatuur vanwege hun kleine formaat, lichtgewicht en hoge efficiëntie. Het belang ervan is evident.
Classificatie van schakelende voedingen
Op basis van de manier waarop schakelapparaten in het circuit worden aangesloten, kunnen schakelende voedingen over het algemeen worden onderverdeeld in drie categorieën: serieschakelende voedingen, parallelle schakelende voedingen en transformatorschakelende voedingen.
Onder hen kan de transformator-type schakelende voeding verder worden onderverdeeld in: push-pull type, half-brug type, full-brug type, enz. Volgens de bekrachtiging van de transformator en de fase van de uitgangsspanning, kan deze worden onderverdeeld in: voorwaarts type, flyback type, enkelvoudig opwindend type en dubbel opwindend type.
Het verschil tussen schakelende voeding en gewone voeding
Gewone voedingen zijn meestal lineaire voedingen. Lineaire voedingen verwijzen naar voedingen waarbij de regelbuis lineair werkt. Maar in schakelende voedingen is het anders. De schakelbuis (in schakelende voedingen noemen we de regelbuis meestal schakelbuis) werkt in twee toestanden: aan en uit: aan - de weerstand is erg klein, uit - de weerstand is erg klein. groot.
Schakelende voeding is een relatief nieuw type voeding. Hij heeft de voordelen van een hoog rendement, licht gewicht, de mogelijkheid om de spanning te verhogen en verlagen en een hoog uitgangsvermogen. Omdat het circuit echter in een schakeltoestand werkt, is de ruis relatief groot.
Voorbeeld: Buck-schakelende voeding
Laten we het kort hebben over het werkingsprincipe van de step-down schakelende voeding: het circuit bestaat uit een schakelaar (een transistor of veldeffecttransistor in het eigenlijke circuit), een vrijloopdiode, een energieopslagspoel, een filtercondensator, enz.
Wanneer de schakelaar gesloten is, levert de voeding stroom aan de belasting via de schakelaar en de spoel en slaat een deel van de elektrische energie op in de spoel en de condensator. Door de zelfinductie van de spoel neemt de stroom langzaam toe nadat de schakelaar is ingeschakeld, dat wil zeggen dat de uitgang niet onmiddellijk de spanningswaarde van de voeding kan bereiken.
Na een bepaalde tijd wordt de schakelaar uitgezet. Door de zelfinductie van de spoel (de stroom in de spoel kan worden gezien als een spoel met traagheid) zal de stroom in het circuit onveranderd blijven, dat wil zeggen van links naar rechts blijven lopen. Deze stroom vloeit door de belasting, keert terug van de massadraad, vloeit naar de anode van de vrijloopdiode, gaat door de diode en keert terug naar het linker uiteinde van de spoel en vormt zo een lus.
Door de tijd te regelen waarin de schakelaar wordt gesloten en geopend (d.w.z. PWM - pulsbreedtemodulatie), kan de uitgangsspanning worden geregeld. Als de in- en uitschakeltijd wordt geregeld door de uitgangsspanning te detecteren om de uitgangsspanning constant te houden, wordt het doel van spanningsstabilisatie bereikt.
Gewone voedingen en schakelende voedingen hebben dezelfde spanningsregelbuis, die het terugkoppelingsprincipe gebruikt om de spanning te regelen. Het verschil is dat schakelende voedingen schakelende buizen gebruiken voor aanpassing, terwijl gewone voedingen over het algemeen het lineaire versterkingsgebied van triodes gebruiken voor aanpassing. Ter vergelijking: de schakelende voeding heeft een laag energieverbruik, een breed toepasbaar bereik voor wisselspanning en een betere rimpelcoëfficiënt van de DC-uitgang. Het nadeel is schakelpulsinterferentie.
Het belangrijkste werkingsprincipe van een gewone halfbrug-schakelende voeding is dat de bovenste en onderste brugschakelbuizen (de schakelbuizen zijn VMOS wanneer de frequentie hoog is) beurtelings worden ingeschakeld. Eerst stroomt de stroom door de bovenste brugschakelbuis en wordt de opslagfunctie van de spoel gebruikt om de elektrische energie te verzamelen. In de spoel wordt uiteindelijk de bovenste brugschakelbuis uitgeschakeld en de onderste brugschakelbuis ingeschakeld. De spoel en condensator blijven stroom leveren aan de buitenkant. Vervolgens wordt de onderste brugschakelbuis uitgeschakeld en vervolgens wordt de bovenste brugschakelbuis ingeschakeld om de stroom binnen te laten, en dit wordt herhaald. Omdat de twee schakelbuizen beurtelings aan en uit worden gezet, wordt het een schakelende voeding genoemd.
De lineaire voeding is anders. Omdat er geen schakelaar aan te pas komt, loost de watertoevoerleiding altijd water. Als er te veel water is, zal het weglekken. Daarom zien we vaak dat de instelbuis van sommige lineaire voedingen veel warmte genereert. De eindeloze elektrische energie wordt allemaal omgezet in warmte-energie. Vanuit dit perspectief is het omzettingsrendement van de lineaire voeding erg laag en wanneer de warmte hoog is, zal de levensduur van de componenten onvermijdelijk afnemen, wat het uiteindelijke gebruikseffect beïnvloedt.
Belangrijkste verschil: Hoe het werkt
De instelbuis van de lineaire voeding werkt altijd in het versterkingsgebied en de stroom die er doorheen loopt is continu. Omdat de instelbuis veel stroom verbruikt, is er een grotere instelbuis nodig en is deze voorzien van een grote radiator. De warmteontwikkeling is ernstig en het rendement is erg laag, meestal tussen 40% en 60% (het moet ook gezegd worden dat het erg lineair is). voeding).
De werkwijze van een lineaire voeding vereist een spanningsomvormer om van hoogspanning over te gaan naar laagspanning. Over het algemeen is dit een transformator, maar er zijn ook andere zoals de KX-voeding, die vervolgens gelijkricht en gelijkspanning afgeeft. Als gevolg daarvan is het groot, omvangrijk, laag rendement en genereert het veel warmte, maar het heeft ook voordelen: kleine rimpel, goede aanpassingssnelheid, weinig externe interferentie en geschikt voor gebruik met analoge schakelingen/verschillende versterkers, enz.
Het voedingsapparaat van de schakelende voeding werkt in de schakeltoestand. Tijdens de spanningsaanpassing wordt de energie tijdelijk opgeslagen via de spoel van de inductor, zodat het verlies klein is, het rendement hoog en de vereisten voor warmteafvoer laag, maar het heeft geen invloed op de transformator en de inductor voor energieopslag. Er zijn ook hogere eisen, die moeten worden gemaakt van materialen met een laag verlies en een hoge magnetische permeabiliteit. De transformator is zo klein als een woord. Het totale rendement is 80% tot 98%. De schakelende voeding heeft een hoog rendement maar een klein formaat. In vergelijking met de lineaire voeding zijn de rimpeling en de spannings- en stroomregulatiesnelheid echter enigszins lager.
