Anahtarlama güç kaynağı nedir ve geleneksel bir analogdan nasıl farklıdır?

Birçok elektrikli cihazda, ikincil güç uygulama prensibi, belirli voltaj, frekans, akım türlerinden güç gerektiren devrelere elektrik sağlama fonksiyonu ile emanet edilen ek cihazların kullanımı ile uzun zamandır uygulanmaktadır ...

Bunun için ek öğeler oluşturulur: güç kaynaklarıbir tipteki voltajı diğerine dönüştürmek. Bunlar olabilir:

• birçok mikroişlemci cihazında olduğu gibi tüketicinin kasasına yerleştirilmiş;

• veya cep telefonundaki konvansiyonel şarj cihazına benzer şekilde bağlantı kablolarına sahip ayrı modüller tarafından yapılır.

Modern elektrik mühendisliğinde, elektrik tüketicileri için iki temel enerji dönüşümü ilkesi aşağıdakilere dayanmaktadır:

1. ikincil devreye güç iletmek için analog trafo cihazlarının kullanımı;

2. anahtarlama güç kaynakları.

Tasarımlarında temel farklılıklar var, farklı teknolojiler üzerinde çalışıyorlar.

Trafo güç kaynakları

Başlangıçta, sadece bu tür tasarımlar yaratıldı. 220 voltluk bir ev ağından güç alan bir güç transformatörünün çalışması nedeniyle voltaj yapısını değiştirirler, burada sinüzoidal harmonik genliği azalır, daha sonra genellikle köprü devresine bağlı olan güç diyotlarından oluşan bir doğrultucu cihaza gönderilir.

Bundan sonra dalgalanma gerilimi, izin verilen gücün değerine göre seçilen bir kapasitans ile paralel olarak yumuşatılır ve güç transistörlü bir yarı iletken devre tarafından stabilize edilir.

Dengeleme devresindeki ayar dirençlerinin konumunu değiştirerek, çıkış terminallerindeki voltajı ayarlamak mümkündür.

Anahtarlama Güç Kaynakları (UPS)

Bu tür tasarım gelişmeleri birkaç on yıl önce çok sayıda ortaya çıktı ve aşağıdakiler nedeniyle elektrikli cihazlarda popülerliğin artmaya başladı:

• ortak bir temel üssü tamamlayabilme;

• yürütmede güvenilirlik;

• çıkış gerilimlerinin çalışma aralığını genişletme olanakları.

Hemen hemen tüm anahtarlama güç kaynağı kaynakları tasarımda biraz farklıdır ve diğer cihazların tipik bir şemasına göre çalışır.

Güç kaynaklarının ana parçaları şunları içerir:

• aşağıdakilerden monte edilmiş bir ağ doğrultucu: giriş bobinleri, kapasitörlerle statiklerin parazitinden ve izolasyonundan tespit edilmesini sağlayan bir elektromekanik filtre, bir şebeke sigortası ve bir diyot köprüsü;

• birikimli filtreleme kapasitesi;

• anahtar güç transistörü;

• ana osilatör;

• transistörlerde yapılan geri besleme devresi;

• Optik bağlayıcı;

• güç devresine dönüştürmek için bir voltaj yayılan ikincil sargıdan güç kaynağını değiştirmek;

• çıkış devresinin doğrultucu diyotları;

• çıkış voltajının kontrol devreleri, örneğin, bir optokuplör ve transistörler üzerinde ayarlanan 12 volt;

• filtre kapasitörleri;

• güç bobinleri, voltaj düzeltmesi rolünü ve ağdaki teşhisini gerçekleştirme;

• çıkış konektörleri.

Eleman tabanının kısa bir gösterimi ile benzer bir anahtarlama güç kaynağının elektronik kartının bir örneği resimde gösterilmektedir.

Anahtarlama güç kaynağı nasıl

Anahtarlama güç kaynağı, invertör devresinin elemanlarının etkileşim prensiplerini kullanarak stabilize edilmiş bir besleme voltajı üretir.

220 voltluk şebeke gerilimi, bağlı kablolardan doğrultucuya beslenir. 300 voltluk tepe değerlerine sahip kapasitörlerin kullanımı nedeniyle genliği bir kapasitif filtre ile düzeltilir ve bir girişim filtresi ile ayrılır.

giriş diyot köprüsü içinden geçen sinüzoidleri düzeltir, daha sonra bir transistör devresi ile belirli bir görev döngüsü ile yüksek frekanslı ve dikdörtgen darbelere dönüştürülür. Bunlar dönüştürülebilir:

1. güç kaynağı ağının çıkış devrelerinden galvanik ayrılması ile;

2. böyle bir beyanda bulunmadan.

İzole Anahtarlama Güç Kaynağı

Bu durumda, yüksek frekanslı sinyaller, devrelerin galvanik izolasyonunu gerçekleştiren bir darbe transformatörüne gönderilir. Artan frekans nedeniyle, bir transformatör kullanma verimliliği artar, manyetik devresinin boyutları ve ağırlığı azalır. Çoğu zaman, ferromanetler böyle bir çekirdeğin bir malzemesi için kullanılır ve bu cihazlarda elektrik çeliği pratik olarak kullanılmaz. Ayrıca genel tasarımı en aza indirmeye yardımcı olur.

Devrelerin trafo izolasyonlu anahtarlama güç kaynağı devresinin versiyonlarından biri resimde gösterilmektedir.

Bu tür cihazlarda, birbirine bağlı üç zincir vardır:

1. PWM denetleyici;

2. güç anahtarları çağlayan;

3. darbe transformatörü.

PWM denetleyicisi nasıl çalışır?

Denetleyici, bir işlemi denetleyen bir aygıttır. Söz konusu güç kaynağı ünitesinde, darbe genişliği modülasyonunu dönüştürme işlemidir. Aynı frekansta, ancak farklı anahtarlama sürelerine sahip darbeler üretme prensibine dayanır.

Momentum kaynağı mantıksal bir birimin tanımına karşılık gelir ve yokluk sıfıra karşılık gelir. Dahası, hepsi büyüklük ve frekans bakımından eşittir (aynı salınım periyoduna T sahiptir). Ünitenin açık durumu ve süre ile ilişkisi değişir ve elektronik devrelerin çalışmasını kontrol etmenizi sağlar.

SHIP sekanslarındaki tipik değişiklikler grafikte gösterilmiştir.

Kontrolörler genellikle 30 ÷ 60 kHz frekansında bu darbeleri oluşturur.

Bir TL494 çipi üzerinde yapılan bir kontrolör buna bir örnektir. Palslarının üretilme sıklığını ayarlamak için kapasitörlü dirençlerden oluşan bir devre kullanılır.

Güç tuşlarının kaskad çalışması

Bipolar, saha veya IGBT modellerinden seçilen güçlü transistörlerden oluşur. Diğer düşük güçlü transistörlerde veya entegre sürücülerde onlar için ayrı bir kontrol sistemi oluşturulabilir.

Güç tuşları çeşitli şekillerde açılabilir:

• köprü;

• yarım köprü;

• orta nokta ile.

Darbe transformatörü

Ferrit veya alsifer'den yapılmış manyetik bir çekirdeğin etrafına monte edilen birincil ve ikincil sargılar, 100 kHz'e kadar frekanslarla yüksek frekanslı darbeleri güvenilir bir şekilde iletebilir.

Çalışmaları filtre, stabilizatör, diyot ve diğer bileşenlerin zincirleri ile tamamlanmaktadır.

Galvanik yalıtımsız anahtarlama güç kaynakları

Galvanik izolasyonu hariç tutan algoritmalara göre tasarlanan anahtarlama güç kaynaklarında, yüksek frekanslı bir izolasyon transformatörü kullanılmaz ve sinyal doğrudan alçak geçiren filtreye gider. Devrenin benzer bir çalışma prensibi aşağıda gösterilmiştir.

Çıkış gerilimi stabilizasyon özellikleri

Tüm anahtarlama güç kaynakları, çıkış parametreleriyle olumsuz geri bildirim sağlayan öğeler içerir. Bu nedenle, besleme ağındaki değişen yükler ve dalgalanmalar altında çıkış voltajında ​​iyi bir stabilizasyona sahiptirler.

Geri bildirim uygulama yöntemleri, güç kaynağını çalıştırmak için kullanılan şemaya bağlıdır. Aşağıdaki nedenlerle galvanik izolasyonla çalışan birimlerde gerçekleştirilebilir:

1. bir yüksek frekanslı darbe transformatörü sargıları biri üzerinde çıkış geriliminin ara etkisi;

2. Bir optokuplör kullanımı.

Her iki durumda da, bu sinyaller PWM kontrol cihazının çıkışına sağlanan darbelerin görev döngüsünü kontrol eder.

Galvanik izolasyonu olmayan bir devre kullanıldığında, geri besleme genellikle dirençli bir voltaj bölücü bağlanarak oluşturulur.

Güç kaynaklarını geleneksel analoglara göre değiştirmenin avantajları

Eşit performans göstergeli blok tasarımlarını karşılaştırırken, anahtarlamalı güç kaynakları aşağıdaki avantajlara sahiptir:

1. azaltılmış ağırlık;

2. artan verimlilik;

3. düşük maliyet;

4. genişletilmiş besleme gerilimi aralığı;

5. yerleşik korumaların varlığı.

1. Anahtarlama güç kaynaklarının azaltılmış ağırlığı ve boyutları, büyük soğutma radyatörlerinde bulunan ve sabit bir doğrusal modda çalışan kontrol sistemlerine sahip güçlü ve ağır güç transformatörleri tarafından düşük frekanslı enerji dönüşümlerinden darbe dönüştürme ve düzenleme teknolojilerine geçiş ile açıklanmaktadır.

İşlenen sinyalin frekansını artırarak, voltaj filtrelerinin kapasitansı ve buna göre boyutları azalır. Doğrultma şemaları da en basit yarım dalgaya geçişe kadar basitleştirilmiştir.

2. Düşük frekanslı transformatörler için, elektromanyetik dönüşümler gerçekleştirilirken ısının salınması ve yayılması nedeniyle önemli oranda enerji kaybı oluşur.

Darbe bloklarında, en büyük enerji kayıpları, güç anahtarı kaskadlarının geçişi sırasında geçici durumlar sırasında oluşur. Ve zamanın geri kalanında, transistörler kararlı bir konumdadır: açık veya kapalı. Bu koşulla, verimlilik 90 ÷ 98% olabildiği zaman, minimum elektrik kaybı için tüm koşullar yaratılır.

3. Anahtarlama güç kaynaklarının fiyatı, robot makineli çok çeşitli tam mekanize işletmeler tarafından yapılan eleman tabanının devam eden birleşmesi nedeniyle giderek azalmaktadır. Ek olarak, kontrollü tuşlara dayanan güç elemanlarının çalışma modu, daha az güçlü yarı iletken bileşenlerin kullanılmasına izin verir.

4. Darbe teknolojisi, farklı frekanslara ve genliklere sahip voltaj kaynaklarından besleme ünitelerine güç sağlar. Bu, çeşitli elektrik enerjisi standartlarıyla çalışma koşullarında uygulama kapsamını genişletir.

5. Küçük boyutlu dijital teknoloji yarı iletken modüllerinin kullanımı sayesinde, kısa devre akımlarının oluşumunu kontrol eden, cihazın çıkışındaki yüklerin bağlantısını kesen ve diğer acil durum modlarını korumaları darbe bloklarının tasarımına güvenilir bir şekilde entegre etmek mümkündür.

Geleneksel trafo güç kaynakları için, bu tür korumalar eski elektromekanik, röle, yarı iletken taban üzerinde oluşturulmuştur. Dijital teknolojiyi çoğu şemada uygulamak artık mantıklı değil. İstisna yiyecek vakalarıdır:

• karmaşık ev aletlerinin düşük güç kontrol devreleri;

• örneğin ölçüm ekipmanı veya metrolojik amaçlarla (dijital elektrik sayaçları, voltmetreler) kullanılan yüksek hassasiyetli düşük hassasiyetli kontrol cihazları.

Anahtarlamalı güç kaynaklarının dezavantajları

V / h paraziti

Anahtarlama güç kaynakları, yüksek frekanslı darbeleri dönüştürme prensibi ile çalıştığı için, herhangi bir tasarımda çevreye iletilen parazit üretir. Bu, onları çeşitli şekillerde baskılama ihtiyacını yaratır.

Bazı durumlarda, gürültü iptali verimsiz olabilir, bu da belirli hassas dijital ekipman türleri için anahtarlama güç kaynaklarının kullanımını ortadan kaldırır.

Güç sınırları

Anahtarlama güç kaynaklarının sadece yüksek değil, aynı zamanda düşük yüklerde de çalışmak için bir kontrendikasyonları vardır. Çıkış devresinde minimum kritik değerin dışındaki akımda keskin bir düşüş meydana gelirse, başlatma devresi arızalanabilir veya ünite, çalışma aralığına uymayan çarpık teknik özelliklere sahip voltaj verecektir.

Ve bu makalede, hakkında okuyun anahtarlama güç kaynaklarının onarımı.