Perjungimo maitinimo šaltinis naudojamas įvesties įtampai konvertuoti į vertę, kurios reikalauja vidiniai įrenginio elementai. Kitas plačiai paplitęs impulsinių šaltinių pavadinimas yra inverteriai.
Turinys
Kas tai yra?
Inverteris yra antrinis maitinimo šaltinis, kuris naudoja dvigubą kintamosios srovės įvesties įtampos konvertavimą. Išėjimo parametrų reikšmė reguliuojama keičiant impulsų trukmę (plotį), o kai kuriais atvejais ir jų pasikartojimo dažnį. Šis moduliavimo tipas vadinamas impulso pločio moduliavimu.
Perjungiamojo maitinimo šaltinio veikimo principas
Inverterio veikimas pagrįstas pirminės įtampos ištaisymu ir tolesniu jos pavertimu aukšto dažnio impulsų seka. Tuo jis skiriasi nuo įprasto transformatoriaus.Iš bloko išėjimo įtampa formuojamas neigiamas grįžtamojo ryšio signalas, leidžiantis reguliuoti impulsų parametrus. Reguliuojant impulsų plotį, lengva organizuoti išėjimo parametrų, įtampos ar srovės stabilizavimą ir reguliavimą. Tai yra, tai gali būti ir įtampos stabilizatorius, ir srovės stabilizatorius.
Išėjimo verčių skaičius ir poliškumas gali labai skirtis priklausomai nuo to, kaip veikia perjungimo maitinimo šaltinis.
Maitinimo šaltinių įvairovė
Buvo naudojami keli keitiklių tipai, kurie skiriasi savo konstrukcijos schema:
- be transformatoriaus;
- transformatorius.
Pirmieji skiriasi tuo, kad impulsų seka eina tiesiai į išėjimo lygintuvą ir įrenginio išlyginamąjį filtrą. Tokia schema turi mažiausiai komponentų. Paprastame keitiklyje yra specializuota integrinė grandinė - impulso pločio generatorius.
Iš betransformatorių įrenginių trūkumų pagrindinis yra tai, kad jie neturi galvaninės izoliacijos nuo elektros tinklo ir gali kelti elektros smūgio pavojų. Be to, jie paprastai turi mažą galią ir suteikia tik 1 išėjimo įtampą.
Dažniau naudojami transformatoriniai įrenginiai, kuriuose aukšto dažnio impulsų seka tiekiama į pirminę transformatoriaus apviją. Antrinių apvijų gali būti tiek, kiek norite, o tai leidžia generuoti kelias išėjimo įtampas. Kiekviena antrinė apvija yra pakrauta su savo lygintuvu ir išlyginimo filtru.
Galingas bet kurio kompiuterio perjungimo maitinimo šaltinis yra sukurtas pagal schemą, kuri pasižymi dideliu patikimumu ir saugumu. Grįžtamojo ryšio signalui čia naudojama 5 arba 12 voltų įtampa, nes šios vertės reikalauja tiksliausio stabilizavimo.
Transformatorių naudojimas aukšto dažnio įtampai konvertuoti (dešimtis kilohercų vietoj 50 Hz) leido daug kartų sumažinti jų matmenis ir svorį ir kaip šerdies medžiagą naudoti ne elektrinę geležį, o feromagnetines medžiagas, turinčias didelę prievartą ( magnetinė grandinė).
Nuolatinės srovės keitikliai taip pat yra sukurti impulsų pločio moduliavimo pagrindu. Nenaudojant inverterių grandinių, konversija buvo susijusi su dideliais sunkumais.
PSU schema
Dažniausiai pasitaikančios impulsų keitiklio konfigūracijos grandinė apima:
- tinklo triukšmo slopinimo filtras;
- lygintuvas;
- išlyginamasis filtras;
- impulso pločio keitiklis;
- raktiniai tranzistoriai;
- išėjimo aukšto dažnio transformatorius;
- išvesties lygintuvai;
- išvesties individualūs ir grupiniai filtrai.
Triukšmo slopinimo filtro paskirtis – atidėti trikdžius, atsirandančius dėl įrenginio veikimo į elektros tinklą. Perjungimo galios puslaidininkinius elementus gali lydėti trumpalaikių impulsų kūrimas plačiame dažnių diapazone. Todėl čia būtina naudoti specialiai tam skirtus elementus kaip filtravimo blokų įvadinius kondensatorius.
Lygintuvas naudojamas įvesties kintamosios srovės įtampai paversti nuolatine, o kitas išlyginamasis filtras pašalina išlygintos įtampos pulsaciją.
Tuo atveju, kai naudojamas DC/DC keitiklis, lygintuvas ir filtras tampa nereikalingi, o įvesties signalas, praėjęs triukšmo filtro grandines, tiekiamas tiesiai į impulso pločio keitiklį (moduliatorių), sutrumpintą PWM.
PWM yra sudėtingiausia perjungimo maitinimo grandinės dalis. Jo užduotis apima:
- aukšto dažnio impulsų generavimas;
- bloko išėjimo parametrų valdymas ir impulsų sekos koregavimas pagal grįžtamąjį signalą;
- valdymas ir apsauga nuo perkrovos.
PWM signalas tiekiamas į galingų raktinių tranzistorių valdymo išėjimus, sujungtus tiltu arba pusiau tiltu. Tranzistorių galios išėjimai apkraunami ant aukšto dažnio išėjimo transformatoriaus pirminės apvijos. Vietoj tradicinių bipolinių tranzistorių naudojami IGBT arba MOSFET tranzistoriai, kuriems būdingas mažas įtampos kritimas sandūrose ir didelis greitis. Patobulinti tranzistorių parametrai padeda sumažinti galios išsklaidymą esant vienodiems matmenims ir techninio projekto parametrams.
Išėjimo impulsinis transformatorius naudoja tą patį konversijos principą kaip ir klasikinis. Išimtis yra darbas didesniu dažniu. Dėl to vienodos perduodamos galios aukšto dažnio transformatoriai turi mažesnius matmenis.
Į išėjimo lygintuvus tiekiama įtampa iš antrinės galios transformatoriaus apvijos (gali būti keletas). Skirtingai nuo įvesties lygintuvo, antrinės grandinės lygintuvų diodai turi turėti padidintą veikimo dažnį.Schottky diodai geriausiai veikia šioje grandinės dalyje. Jų pranašumai prieš įprastus:
- didelis veikimo dažnis;
- sumažintos talpos p-n jungtis;
- mažas įtampos kritimas.
Perjungiamojo maitinimo šaltinio išėjimo filtro paskirtis – sumažinti ištaisytos išėjimo įtampos pulsaciją iki reikiamo minimumo. Kadangi pulsacijos dažnis yra daug didesnis nei tinklo įtampos, nereikia didelių kondensatorių talpos verčių ir ritių induktyvumo.
Perjungimo maitinimo apimtis
Perjungimo įtampos keitikliai dažniausiai naudojami vietoj tradicinių transformatorių su puslaidininkiniais stabilizatoriais. Esant tokiai pat galiai, inverteriai yra mažesni bendrų matmenų ir svorio, didelio patikimumo, o svarbiausia – didesnio efektyvumo ir galimybės veikti plačiame įėjimo įtampos diapazone. O esant panašiems matmenims, maksimali keitiklio galia yra kelis kartus didesnė.
Tokioje srityje, kaip tiesioginės įtampos konvertavimas, impulsiniai šaltiniai praktiškai neturi alternatyvaus pakeitimo ir gali dirbti ne tik sumažinti įtampą, bet ir generuoti padidintą, organizuoti poliškumo keitimą. Aukštas konversijos dažnis labai palengvina išvesties parametrų filtravimą ir stabilizavimą.
Mažo dydžio inverteriai, pagrįsti specializuotomis integrinėmis grandinėmis, naudojami kaip visų rūšių prietaisų įkrovikliai, o jų patikimumas yra toks, kad įkrovimo įrenginio eksploatavimo laikas gali kelis kartus viršyti mobiliojo įrenginio veikimo laiką.
12 voltų maitinimo tvarkyklės, skirtos LED apšvietimo šaltiniams įjungti, taip pat pastatytos pagal impulsinę grandinę.
Kaip savo rankomis pasidaryti perjungimo maitinimo šaltinį
Inverteriai, ypač galingi, turi sudėtingą schemą ir gali būti kartojami tik patyrusiems radijo mėgėjams. Savaiminiam tinklo maitinimo šaltinių surinkimui galime rekomenduoti paprastas mažos galios grandines naudojant specializuotus PWM valdiklio lustus. Tokie IC turi nedidelį surišimo elementų skaičių ir pasiteisino tipinėmis perjungimo grandinėmis, kurioms praktiškai nereikia reguliavimo ir derinimo.
Dirbant su namuose pagamintomis konstrukcijomis ar remontuojant pramoninius įrenginius, reikia atsiminti, kad dalis grandinės visada bus tinklo potenciale, todėl reikia laikytis saugos priemonių.
Panašūs straipsniai:
