Komutaciniai maitinimo šaltiniai naudojami įėjimo įtampai konvertuoti į vidiniams komponentams reikalingą vertę. Kitas įprastas komutuojamųjų maitinimo šaltinių pavadinimas - inverteriai.
Turinys
Kas yra perjungiamasis maitinimo šaltinis?
Inverteris - tai antrinis maitinimo šaltinis, kuris naudoja dvigubą įėjimo kintamosios srovės įtampos keitimą. Išėjimo vertės reguliuojamos keičiant impulsų trukmę (plotį), o kai kuriais atvejais - jų dažnį. Toks moduliavimo būdas vadinamas impulsų pločio moduliavimu.
Perjungiamojo maitinimo šaltinio veikimo principas
Inverteris veikia ištiesindamas pirminę įtampą ir konvertuodamas ją į aukšto dažnio impulsų virtinę. Kitaip nei įprastinis transformatorius. Išėjimo įtampa naudojama neigiamo grįžtamojo ryšio signalui generuoti, todėl galima reguliuoti impulsų parametrus. Valdant impulsų plotį, lengva stabilizuoti ir reguliuoti išėjimo parametrus, įtampą ar srovę. Tai reiškia, kad jis gali būti ir įtampos, ir srovės reguliatorius.
Išėjimo verčių skaičius ir poliariškumas gali labai skirtis priklausomai nuo to, kaip veikia komutacinis maitinimo šaltinis.
Maitinimo šaltinių įvairovė
Naudojami kelių tipų inverteriai, kurie skiriasi savo schema:
- be transformatoriaus;
- transformatorius.
Pirmieji išsiskiria tuo, kad impulsų seka eina tiesiai į įrenginio išėjimo lygintuvą ir išlyginamąjį filtrą. Tokia grandinė turi mažiausiai komponentų. Paprastas inverteris turi specializuotą integrinį grandyną - impulsų pločio osciliatorių.
Pagrindinis prietaisų be transformatoriaus trūkumas yra tas, kad jie neturi galvaninio atskyrimo nuo elektros tinklo ir gali kelti elektros smūgio pavojų. Be to, jie paprastai yra mažos galios ir užtikrina tik 1 vertės išėjimo įtampą.
Labiau paplitę yra transformatorių įrenginiai, kuriuose į transformatoriaus pirminę apviją įjungiama aukšto dažnio impulsų seka. Gali būti tiek antrinių apvijų, kiek reikia, todėl galima formuoti kelias išėjimo įtampas. Kiekviena antrinė apvija turi savo lygintuvą ir išlyginamąjį filtrą.
Pagal tokią schemą, pasižyminčią dideliu patikimumu ir saugumu, sukurtas galingas bet kurio kompiuterio komutacinio režimo maitinimo blokas. Grįžtamojo ryšio signalui naudojama 5 arba 12 voltų įtampa, nes šioms vertėms reikia kuo geresnio stabilizavimo.
Naudojant transformatorius aukšto dažnio įtampos keitimui (dešimtys kilohercų vietoj 50 Hz), buvo galima daug kartų sumažinti jų dydį ir svorį, o kaip šerdies medžiagą (magnetinę vielą) vietoj elektrinės geležies naudoti feromagnetines medžiagas, pasižyminčias didele koercine jėga.
Nuolatinės srovės DC-DC keitikliai taip pat pagrįsti impulsų pločio moduliacija. Nenaudojant keitiklių grandinių, konvertuoti buvo labai sunku.
Nuolatinės srovės maitinimo grandinė
Dažniausiai pasitaikančios impulsinio keitiklio konfigūracijos grandinės schemą sudaro:
- Linijinis filtras trikdžiams slopinti;
- lygintuvas;
- Išlyginamasis filtras;
- impulsų pločio keitiklis;
- pagrindiniai tranzistoriai;
- išėjimo aukšto dažnio transformatorius;
- išėjimo lygintuvai;
- individualūs ir grupiniai išvesties filtrai.
Trikdžių slopinimo filtro paskirtis - sulaikyti trukdžius, atsirandančius dėl įrenginio veikimo į elektros tinklą. Didelės galios puslaidininkinių elementų perjungimą gali lydėti trumpalaikių impulsų generavimas plačiame dažnių spektre. Todėl filtravimo grandims būtina naudoti specialiai suprojektuotus elementus kaip pralaidumo kondensatorius.
Iš lygintuvo įėjimo kintamąją įtampą paverčiama nuolatine įtampa, o pasroviui esantis išlyginamasis filtras pašalina ištiesintos įtampos pulsacijas.
Kai naudojamas nuolatinės srovės keitiklis, lygintuvas ir filtras nereikalingi, o įėjimo signalas, perėjęs per triukšmo filtro grandinę, tiekiamas tiesiai į impulsų pločio keitiklį (moduliatorių), sutrumpintai vadinamą PWM.
PWM yra sudėtingiausia impulsinio maitinimo šaltinio grandinės dalis. Jos užduotis yra:
- Aukšto dažnio impulsų generavimas;
- įrenginio išėjimo parametrų stebėjimas ir impulsų eigos korekcija pagal grįžtamojo ryšio signalą;
- Stebėsena ir apsauga nuo perkrovų.
PWM signalas tiekiamas į didelės galios tilteliu arba pusiau tilteliu sujungtų tranzistorių valdymo išvadus. Maitinimo laidai prijungiami prie aukšto dažnio išėjimo transformatoriaus pirminės apvijos. Tradiciniai dvipoliai tranzistoriai keičiami IGBT arba MOSFET tranzistoriais, kurie pasižymi labai mažu jungties įtampos kritimu ir dideliu greičiu. Dėl geresnio tranzistorių našumo galima sumažinti išsklaidomąją galią esant tiems patiems matmenims ir techniniam dizainui.
Išėjimo impulsų transformatoriuje naudojamas tas pats konversijos principas kaip ir klasikiniame transformatoriuje. Išimtis - per didelio dažnio operacija. Todėl aukšto dažnio transformatoriai yra mažesnių matmenų, kai perduodama ta pati galia.
Įtampa iš galios transformatoriaus antrinės apvijos (gali būti kelios) tiekiama į išėjimo lygintuvus. Skirtingai nei įėjimo lygintuvo, antrinės grandinės lygintuvo diodų darbinis dažnis turi būti didesnis. Šioje grandinės dalyje geriausiai tinka Šotkio diodai. Jų privalumai, palyginti su įprastais diodais, yra šie:
- aukštas darbinis dažnis;
- mažesnė p-n sandūros talpa;
- mažas įtampos kritimas.
Komutacinio maitinimo šaltinio išėjimo filtro paskirtis - sumažinti ištiesintos išėjimo įtampos pulsacijas iki būtino minimumo. Kadangi pulsacijų dažnis yra daug didesnis už linijos įtampos dažnį, ritėse nereikia didelės talpos ir induktyvumo.
Komutuojamojo maitinimo šaltinio taikymo sritis
Daugeliu atvejų vietoj tradicinių transformatorinių keitiklių su puslaidininkiniais stabilizatoriais naudojami impulsiniai įtampos keitikliai. Tos pačios galios inverteriai yra mažesni ir lengvesni, patikimesni, o svarbiausia - efektyvesni ir gali veikti esant įvairiai įėjimo įtampai. O panašaus dydžio inverterio didžiausia galia yra kelis kartus didesnė.
Tokioje srityje kaip nuolatinės įtampos keitimas impulsiniai šaltiniai beveik neturi alternatyvos ir gali veikti ne tik mažindami įtampą, bet ir generuodami didesnę įtampą bei keisdami poliškumą. Didelis konversijos dažnis labai palengvina išėjimo parametrų filtravimą ir stabilizavimą.
Maži inverteriai, pagrįsti specialiais integrinių grandynų elementais, naudojami kaip įvairių prietaisų įkrovikliai, o jų patikimumas yra toks didelis, kad įkrovimo įrenginio tarnavimo laikas gali kelis kartus viršyti mobiliojo prietaiso tarnavimo laiką.
12 voltų maitinimo tvarkyklės, skirtos šviesos diodų šviesos šaltiniams įjungti, taip pat pagrįstos perjungimo grandine.
Kaip savo rankomis pasigaminti perjungiamąjį maitinimo šaltinį
Inverteriai, ypač galingi, turi sudėtingas schemas ir yra prieinami tik patyrusiems radijo mėgėjams. Paprastas mažos galios grandines, kuriose naudojami specializuoti PWM valdikliai, galima rekomenduoti savarankiškai montuoti tinklo maitinimo šaltinius. Šių integrinių grandynų laidų yra nedaug, o jų grandinės konstrukcija yra nusistovėjusi, todėl jų beveik nereikia reguliuoti ir derinti.
Dirbdami su savadarbėmis konstrukcijomis arba taisydami pramoninius prietaisus, nepamirškite, kad dalis grandinės visada bus po elektros tinklo potencialu, todėl būtina laikytis saugos priemonių.
Susiję straipsniai:
