O que é uma fonte de alimentação comutada?
Com o desenvolvimento e a inovação da tecnologia da eletrónica de potência, a tecnologia da fonte de alimentação comutada está também em constante inovação. Atualmente, a fonte de alimentação comutada é amplamente utilizada em quase todos os equipamentos electrónicos devido às suas pequenas dimensões, peso leve e elevada eficiência. É um método de alimentação indispensável para o rápido desenvolvimento da atual indústria da informação eletrónica.
Uma fonte de alimentação comutada é uma fonte de alimentação que utiliza a moderna tecnologia de eletrónica de potência para controlar a relação de tempo de ativação e desativação do tubo de comutação para manter uma tensão de saída estável. A fonte de alimentação comutada é geralmente composta por um CI de controlo de modulação de largura de impulso (PWM) e um MOSFET.
A fonte de alimentação comutada é relativa à fonte de alimentação linear. O seu terminal de entrada rectifica diretamente a corrente alternada em corrente contínua. Sob a ação do circuito de oscilação de alta frequência, o tubo de comutação é utilizado para controlar o ligar/desligar da corrente para formar uma corrente pulsada de alta frequência. Com a ajuda de um indutor (transformador de alta frequência), é emitida uma corrente contínua estável de baixa tensão.
Uma vez que o tamanho do núcleo magnético do transformador é inversamente proporcional ao quadrado da frequência de funcionamento da fonte de alimentação comutada, quanto maior for a frequência, mais pequeno será o núcleo. Isto pode reduzir significativamente o tamanho do transformador e reduzir o peso e o tamanho da fonte de alimentação. E porque controla diretamente a corrente contínua, esta fonte de alimentação é muito mais eficiente do que uma fonte de alimentação linear. Isso economiza energia, por isso é favorecido pelas pessoas. Mas também tem desvantagens, ou seja, o circuito é complexo, a manutenção é difícil e o circuito está seriamente poluído. A fonte de alimentação é ruidosa e não é adequada para utilização em alguns circuitos de baixo ruído.
Caraterísticas da fonte de alimentação comutada
As fontes de alimentação comutadas são geralmente compostas por circuitos integrados de controlo da modulação da largura de impulso (PWM) e por MOSFET. Com o desenvolvimento e a inovação da tecnologia da eletrónica de potência, as fontes de alimentação comutadas são atualmente muito utilizadas em quase todos os equipamentos electrónicos devido às suas pequenas dimensões, leveza e elevada eficiência. A sua importância é evidente.
Classificação da fonte de alimentação comutada
De acordo com a forma como os dispositivos de comutação são ligados no circuito, as fontes de alimentação comutadas podem ser geralmente divididas em três categorias: fontes de alimentação comutadas em série, fontes de alimentação comutadas em paralelo e fontes de alimentação comutadas por transformador.
Entre elas, a fonte de alimentação de comutação do tipo transformador pode ser dividida em: tipo push-pull, tipo meia ponte, tipo ponte completa, etc. De acordo com a excitação do transformador e a fase da tensão de saída, pode ser dividida em: tipo forward, tipo flyback, tipo de excitação simples e tipo de excitação dupla.
A diferença entre a fonte de alimentação comutada e a fonte de alimentação normal
As fontes de alimentação comuns são geralmente fontes de alimentação lineares. As fontes de alimentação lineares referem-se a fontes de alimentação em que o tubo regulador funciona num estado linear. Mas na fonte de alimentação comutada, a situação é diferente. O tubo de comutação (na fonte de alimentação comutada, chamamos geralmente tubo de comutação ao tubo de regulação) funciona em dois estados: ligado e desligado: ligado - a resistência é muito pequena, desligado - a resistência é muito pequena. grande.
A fonte de alimentação comutada é um tipo relativamente novo de fonte de alimentação. Tem as vantagens de alta eficiência, peso leve, capacidade de aumentar e diminuir a tensão e alta potência de saída. No entanto, como o circuito funciona num estado de comutação, o ruído é relativamente grande.
Exemplo: Fonte de alimentação de comutação Buck
Vamos falar brevemente sobre o princípio de funcionamento da fonte de alimentação comutada descendente: o circuito é composto por um interrutor (um transístor ou transístor de efeito de campo no circuito atual), um díodo de roda livre, um indutor de armazenamento de energia, um condensador de filtro, etc.
Quando o interrutor está fechado, a fonte de alimentação fornece energia à carga através do interrutor e do indutor, e armazena parte da energia eléctrica no indutor e no condensador. Devido à auto-indutância do indutor, a corrente aumenta lentamente após o interrutor ser ligado, ou seja, a saída não pode atingir imediatamente o valor da tensão da fonte de alimentação.
Após um determinado período de tempo, o interrutor é desligado. Devido à auto-indutância do indutor (a corrente no indutor pode ser considerada como tendo inércia), a corrente no circuito permanecerá inalterada, ou seja, continuará a fluir da esquerda para a direita. Esta corrente flui através da carga, regressa do fio de terra, flui para o ânodo do díodo de roda livre, passa através do díodo e regressa à extremidade esquerda do indutor, formando assim um loop.
Ao controlar o tempo em que o interrutor é fechado e aberto (ou seja, PWM - modulação por largura de impulso), a tensão de saída pode ser controlada. Se o tempo de ligar e desligar for controlado através da deteção da tensão de saída para manter a tensão de saída constante, o objetivo da estabilização da tensão é alcançado.
As fontes de alimentação normais e as fontes de alimentação comutadas têm o mesmo tubo de regulação da tensão, que utiliza o princípio de feedback para regular a tensão. A diferença é que as fontes de alimentação comutadas usam tubos de comutação para ajuste, enquanto as fontes de alimentação comuns geralmente usam a área de amplificação linear de triodos para ajuste. Em comparação, a fonte de alimentação comutada tem um baixo consumo de energia, uma vasta gama aplicável à tensão CA e um melhor coeficiente de ondulação da saída CC. A desvantagem é a interferência de impulsos de comutação.
O principal princípio de funcionamento de uma fonte de alimentação de comutação de meia-ponte comum é que os tubos de comutação de ponte superior e inferior (os tubos de comutação são VMOS quando a frequência é elevada) são ligados sucessivamente. Primeiro, a corrente flui através do tubo de comutação da ponte superior, e a função de armazenamento da bobina indutora é utilizada para recolher a energia eléctrica. Na bobina, o tubo de comutação da ponte superior é finalmente desligado e o tubo de comutação da ponte inferior é ligado. A bobina indutora e o condensador continuam a fornecer energia ao exterior. Em seguida, o tubo de interrutor de ponte inferior é desligado e, em seguida, o tubo de interrutor de ponte superior é ligado para deixar a corrente entrar, e isto repete-se. Uma vez que os dois tubos de comutação são ligados e desligados alternadamente, designa-se por fonte de alimentação comutada.
A fonte de alimentação linear é diferente. Como não há interrutor envolvido, o tubo de abastecimento de água está sempre a descarregar água. Se houver demasiada água, esta sairá. É por isso que vemos frequentemente que o tubo de ajuste de algumas fontes de alimentação lineares gera muito calor. A energia eléctrica infinita é toda convertida em energia térmica. Nesta perspetiva, a eficiência de conversão da fonte de alimentação linear é muito baixa e, quando o calor é elevado, a vida útil dos componentes diminui inevitavelmente, afectando o efeito de utilização final.
Principal diferença: Como funciona
O tubo de ajuste de potência da fonte de alimentação linear funciona sempre na área de amplificação, e a corrente que flui através dele é contínua. Uma vez que o tubo de ajuste consome uma grande quantidade de energia, requer um tubo de ajuste de potência maior e está equipado com um radiador grande. O calor é grave e a eficiência é muito baixa, geralmente entre 40% e 60% (também deve ser dito que é muito linear). fonte de alimentação).
O método de trabalho da fonte de alimentação linear requer um dispositivo conversor de tensão para mudar de alta tensão para baixa tensão. Geralmente, trata-se de um transformador, mas também existem outros, como a fonte de alimentação KX, que depois rectifica e produz tensão CC. Como resultado, é grande, volumosa, de baixa eficiência e gera muito calor; mas também tem vantagens: pequena ondulação, boa taxa de ajuste, baixa interferência externa e adequada para utilização com circuitos analógicos/vários amplificadores, etc.
O dispositivo de alimentação da fonte de alimentação comutada funciona no estado de comutação. Durante o ajuste da tensão, a energia é temporariamente armazenada através da bobina indutora, de modo que a sua perda é pequena, a eficiência é elevada e os requisitos para a dissipação de calor são baixos, mas não afecta o transformador e o indutor de armazenamento de energia. Há também requisitos mais elevados, que precisam de ser feitos de materiais com baixa perda e alta permeabilidade magnética. O seu transformador é tão pequeno como uma palavra. A eficiência total é de 80% a 98%. A fonte de alimentação de comutação tem alta eficiência, mas tamanho pequeno. No entanto, em comparação com a fonte de alimentação linear, a sua ondulação e a taxa de regulação da tensão e da corrente têm um certo desconto.
