Превключващи захранвания — общи принципи, предимства и недостатъци
Днес вече е трудно да се намери трансформатор на желязо във всеки домакински уред или захранване. През 90 -те години те започнаха бързо да се отдалечават в миналото, отстъпвайки място на превключване на преобразуватели или превключване на захранвания (съкратено като SMPS).
Превключващите захранвания надминават трансформаторните по размер, качество на полученото постоянно напрежение, имат широки възможности за регулиране на изходното напрежение и ток и традиционно са оборудвани със защита от претоварване на изхода. И въпреки че се смята, че комутационните захранвания са основните доставчици на смущения в битовата мрежа, въпреки това широкото им използване не може да бъде обърнато.
Захранване на трансформатор:
Превключващите захранвания дължат своята повсеместност на полупроводникови ключове — полеви транзистори и Диоди Шотки… Това е полевият транзистор, който работи заедно с дросел или трансформатор, който е сърцето на всяко модерно импулсно захранване: в инвертори, заваръчни машини, източници на непрекъсваемо захранване, вградени захранвания за телевизори, монитори и т.н. — в днешно време само импулсни схеми за преобразуване се използват почти навсякъде напрежение.
Общият принцип на действие на импулсен преобразувател се основава на закона за електромагнитната индукция и в това е подобен с всеки трансформатор… Единствената разлика е, че променливо напрежение с мрежова честота 50 Hz се прилага директно към първичната намотка на конвенционален мрежов трансформатор и се преобразува директно (след което, ако е необходимо, се коригира), а в комутационно захранване, мрежовото напрежение първо се коригира и преобразува в постоянно, а след това се преобразува в импулс, за да бъде допълнително увеличено или намалено с помощта на специална високочестотна (в сравнение с мрежа 50 херца) верига.
Превключващата верига за захранване включва няколко основни компонента: мрежов токоизправител, превключвател (или ключове), трансформатор (или дросел), изходен токоизправител, блок за управление и блок за стабилизация и защита. Токоизправителят, превключвателят и трансформаторът (дросел) са в основата на силовата част на веригата SMPS, докато електронните блокове (включително ШИМ контролера) принадлежат към така наречения драйвер.
И така, мрежовото напрежение се подава през токоизправителя към кондензатора на мрежовия филтър, където по този начин се получава постоянно напрежение, максималното от което е от 305 до 340 волта, в зависимост от текущата средна стойност на мрежовото напрежение ( от 215 до 240 волта).
Изправеното напрежение се прилага към първичната намотка на трансформатора (дросела) под формата на импулси, чиято честота на повторение обикновено се определя от ключовата верига за управление, а продължителността се определя от средния ток на доставения товар.
Ключ с честота от няколко десетки до няколкостотин килохерца свързва и изключва първичната намотка на трансформатора или дросела към филтърния кондензатор, като по този начин обръща намагнитването на трансформатора или сърцевината на дросела.
Разликата между трансформатор и дросел: в дросел фазите на съхранение на енергия от източника на сърцевината и пренос на енергия от сърцевината през намотката към товара са разделени във времето, а в трансформатора това се случва едновременно.
Дроселът се използва в преобразуватели без галванична изолация на топологии: усилване — усилване, понижаване — понижение, както и в преобразуватели с галванична изолация на обратна топология. Трансформаторът се използва в преобразуватели с галванична изолация на следните топологии: мост-пълен мост, полумост-полумост, пуш-пул-пуш-пул, напред-напред.
Превключвателят може да бъде единичен (преобразуващ преобразувател, преобразувател напред, усилващ или понижаващ преобразувател без галванична изолация) или захранващият участък може да включва няколко превключвателя (полумост, мост, натискане).
Контролната верига на ключа (ключовете) получава от изхода на източника сигнал за обратна връзка за напрежение или за напрежение и ток на товара, в съответствие със стойността на този сигнал, ширината (работния цикъл) на импулса, който управлява продължителността на проводимото състояние на ключа се регулира автоматично.
Изходният изход е подреден, както следва. От вторичната намотка на трансформатора или индуктора, или от единствената намотка на индуктора (ако говорим за преобразувател без галванична изолация), през диодите на Шотки на пълноволно токоизправител се подава импулсно напрежение — към филтъра кондензатор.
Има и делител на напрежение, от който се приема сигналът за обратна връзка по напрежение, и може да присъства и токов сензор. Товарът се свързва към филтърния кондензатор чрез допълнителен изходен нискочестотен филтър или директно.