Что такое импульсный источник питания?
С развитием и инновациями в области силовой электроники, технология импульсных источников питания также постоянно совершенствуется. В настоящее время импульсные источники питания широко используются практически во всех электронных устройствах благодаря своим небольшим размерам, малому весу и высокой эффективности. Это незаменимый метод электропитания для быстрого развития современной электронной информационной индустрии.
Импульсный источник питания - это источник питания, в котором используются современные технологии силовой электроники для управления соотношением времени включения и выключения коммутирующей лампы для поддержания стабильного выходного напряжения. Импульсный источник питания обычно состоит из ИС управления широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и МОП-транзистора.
Импульсный источник питания является родственником линейного источника питания. Его входная клемма напрямую выпрямляет переменный ток в постоянный. Под действием высокочастотного колебательного контура коммутационная лампа используется для управления включением-выключением тока, формируя высокочастотный импульсный ток. С помощью индуктора (высокочастотного трансформатора) на выходе получается стабильный низковольтный постоянный ток.
Поскольку размер магнитопровода трансформатора обратно пропорционален квадрату рабочей частоты импульсного источника питания, чем выше частота, тем меньше сердечник. Это позволяет значительно уменьшить размер трансформатора и снизить вес и габариты источника питания. А поскольку он управляет постоянным током напрямую, такой источник питания гораздо эффективнее линейного. Это позволяет экономить электроэнергию, поэтому он пользуется популярностью у людей. Но у него есть и недостатки: сложная схема, трудное обслуживание и сильное загрязнение. Источник питания шумит и не подходит для использования в некоторых малошумящих схемах.
Характеристики импульсного источника питания
Импульсные источники питания обычно состоят из ИС управления широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и МОП-транзисторов. Благодаря развитию и инновациям в области силовой электроники импульсные источники питания в настоящее время широко используются практически во всем электронном оборудовании благодаря своим малым размерам, легкости и высокой эффективности. Его важность очевидна.
Классификация импульсных источников питания
В зависимости от способа подключения коммутирующих устройств в схеме импульсные источники питания можно разделить на три категории: последовательные импульсные источники питания, параллельные импульсные источники питания и трансформаторные импульсные источники питания.
Среди них импульсные источники питания трансформаторного типа можно разделить на: push-pull тип, полумостовой тип, полномостовой тип и т.д. В зависимости от возбуждения трансформатора и фазы выходного напряжения, они могут быть разделены на: прямого типа, обратного типа, типа с одинарным возбуждением и типа с двойным возбуждением.
Разница между импульсными и обычными источниками питания
Обычные источники питания, как правило, являются линейными источниками питания. Линейные источники питания относятся к источникам питания, в которых трубка регулятора работает в линейном режиме. Но в импульсных источниках питания все иначе. Переключающая трубка (в импульсных источниках питания мы обычно называем регулировочную трубку переключающей) работает в двух состояниях: включена и выключена: включена - сопротивление очень маленькое, выключена - сопротивление очень маленькое. большое.
Импульсный источник питания - это относительно новый тип источников питания. Его преимуществами являются высокий КПД, малый вес, возможность повышения и понижения напряжения, а также высокая выходная мощность. Однако, поскольку схема работает в состоянии переключения, шум относительно велик.
Пример: Импульсный источник питания Buck
Кратко расскажем о принципе работы понижающего импульсного блока питания: схема состоит из коммутатора (транзистора или полевого транзистора в реальной схеме), диода свободного хода, индуктора для накопления энергии, конденсатора фильтра и т.д.
Когда выключатель замкнут, источник питания подает питание на нагрузку через выключатель и индуктор, а также запасает часть электрической энергии в индукторе и конденсаторе. Из-за самоиндукции индуктора ток после включения выключателя увеличивается медленно, то есть выход не может сразу достичь значения напряжения источника питания.
Через определенный промежуток времени выключатель выключается. Благодаря самоиндукции индуктора (можно считать, что ток в индукторе обладает инерцией), ток в цепи останется неизменным, то есть продолжит течь слева направо. Этот ток проходит через нагрузку, возвращается с провода заземления, течет к аноду диода свободного хода, проходит через диод и возвращается к левому концу индуктора, образуя таким образом петлю.
Управляя временем замыкания и размыкания выключателя (т. е. ШИМ - широтно-импульсной модуляцией), можно регулировать выходное напряжение. Если время включения и выключения контролируется путем определения выходного напряжения, чтобы поддерживать его постоянным, достигается цель стабилизации напряжения.
Обычные источники питания и импульсные источники питания имеют одну и ту же трубку регулировки напряжения, которая использует принцип обратной связи для регулирования напряжения. Разница заключается в том, что импульсные источники питания используют для регулировки импульсные лампы, в то время как обычные источники питания обычно используют для регулировки линейную область усиления триодов. Для сравнения, импульсный источник питания имеет низкое энергопотребление, широкий диапазон применения переменного напряжения и лучший коэффициент пульсации выходного постоянного напряжения. Недостатком являются помехи от импульсов переключения.
Основной принцип работы обычного полумостового импульсного источника питания заключается в том, что верхняя и нижняя мостовые коммутационные трубки (при высокой частоте коммутационные трубки являются VMOS) включаются поочередно. Сначала ток проходит через верхнюю мостовую коммутационную трубку, а для накопления электрической энергии используется накопительная функция катушки индуктивности. В катушке индуктивности верхняя мостовая коммутационная трубка выключается и включается нижняя мостовая коммутационная трубка. Катушка индуктивности и конденсатор продолжают подавать энергию наружу. Затем нижняя трубка мостового переключателя выключается, а верхняя включается, чтобы пустить ток, и так повторяется. Поскольку две переключающие трубки включаются и выключаются по очереди, такой источник питания называется импульсным.
Линейный источник питания отличается. Поскольку в нем нет выключателя, труба водопровода постоянно пропускает воду. Если воды слишком много, она будет вытекать. Вот почему мы часто видим, что регулировочная трубка некоторых линейных источников питания выделяет много тепла. Бесконечная электрическая энергия преобразуется в тепловую. С этой точки зрения, эффективность преобразования линейного источника питания очень низкая, а при сильном нагреве срок службы компонентов неизбежно сокращается, что сказывается на конечном эффекте использования.
Главное отличие: Как это работает
Трубка регулировки мощности линейного источника питания всегда работает в зоне усиления, и ток через нее протекает непрерывно. Поскольку трубка регулировки потребляет большое количество энергии, она требует более мощной трубки регулировки мощности и оснащена большим радиатором. Тепловыделение серьезное, а КПД очень низкий, как правило, от 40% до 60% (надо также сказать, что он очень линейный). источник питания).
Для работы линейного источника питания требуется устройство преобразования напряжения из высокого напряжения в низкое. Как правило, это трансформатор, но есть и другие, например, блок питания KX, который затем выпрямляет и выдает постоянное напряжение. В результате он большой, громоздкий, малоэффективный и выделяет много тепла; но у него есть и преимущества: малые пульсации, хорошая скорость регулировки, низкий уровень внешних помех, возможность использования с аналоговыми схемами/различными усилителями и т.д.
Силовое устройство импульсного источника питания работает в состоянии переключения. Во время регулировки напряжения энергия временно накапливается в катушке индуктивности, поэтому ее потери малы, КПД высок, а требования к отводу тепла низки, но это не влияет на трансформатор и индуктор для накопления энергии. Есть и более высокие требования - они должны быть изготовлены из материалов с низкими потерями и высокой магнитной проницаемостью. Его трансформатор мал, как слово. Общий КПД составляет от 80% до 98%. Импульсный источник питания имеет высокий КПД и небольшие размеры. Однако, по сравнению с линейным источником питания, его пульсации и скорость регулирования напряжения и тока находятся на определенном уровне.
