Kuidas lülitirežiimi toiteallikad (SMPS) töötavad

SMPS on sõna Switch Mode Power Supply lühend. Nimi viitab selgelt sellele, et kontseptsioon on midagi või täielikult seotud impulsside või kasutatavate seadmete ümberlülitamisega. Õppime, kuidas töötavad SMPS-adapterid võrgupinge muundamiseks madalamale alalispingele.

SMPS-i topoloogia eelis

SMPS-adapterites on idee lülitada võrgu sisendpinge trafo primaarmähisesse, nii et trafo sekundaarmähise korral võib saada alalisvoolu pinge.

Kuid küsimus on selles, et sama saab teha tavalise trafo puhul, milleks on vaja sellist keerukat konfiguratsiooni, kui toimimist saab lihtsalt rakendada tavaliste trafode abil?

Noh, kontseptsioon töötati välja just selleks, et välistada raskete ja mahukate trafode kasutamine, mille versioonid on palju tõhusamad SMPS toiteallikad .

Kuigi tööpõhimõte on üsna sarnane, on tulemused tohutult erinevad.

Meie võrgupinge on ka pulseeriv pinge või vahelduvvool, mis tavaliselt sisestatakse tavalisse trafosse vajalike muundamiste jaoks, kuid me ei saa trafot väiksemaks muuta isegi madala voolutugevusega 500 mA.

Selle taga on meie vahelduvvoolu sisendite väga madal sagedus.
50 Hz või 60 Hz juures on väärtus ülimalt madal nende rakendamiseks suurte alalisvoolu väljunditena väiksemate trafode abil.

Seda seetõttu, et kui sagedus väheneb, suurenevad pöörisvoolukaod koos trafo magnetiseerumisega, mille tulemuseks on kuumuse tõttu tohutu voolukadu ja kogu see protsess muutub seejärel väga ebaefektiivseks.

Eespool nimetatud kaotuse kompenseerimiseks on traadi paksuse asjakohase astmega seotud suhteliselt suuremad trafo südamikud, mis muudavad kogu seadme raskeks ja tülikaks.

Lülitusrežiimiga toiteallikas tegeleb selle probleemiga väga nutikalt.

Kui madalam sagedus suurendab pöörisvoolukadusid, tähendab sageduse suurenemine just vastupidist.

See tähendab, et kui sagedust suurendatakse, võib trafo muuta palju väiksemaks, kuid see annab nende väljundites suurema voolu.

Täpselt seda teeme ka SMPS-ahel . Mõistame toimimist järgmiste punktidega:

Kuidas SMPS-adapterid töötavad

Lülitusrežiimi toiteallika skeemil kõigepealt parandatakse ja filtreeritakse sisend AC, et saada alalisvoolu asjakohane suurus.

Ülaltoodud alalisvoolu rakendatakse ostsillaatori konfiguratsioonile, mis sisaldab kõrgepingetransistorit või mosfetti, mis on ühendatud hästi mõõdetava väikese ferriiditrafo primaarmähisega.

Vooluring muutub isevõnkuvat tüüpi konfiguratsiooniks, mis hakkab võnkuma mõnel ettemääratud sagedusel, mille on seadnud teised passiivsed komponendid nagu kondensaatorid ja takistid.

Sagedus on tavaliselt üle 50 Khz.

See sagedus indutseerib trafo sekundaarmähisel ekvivalentse pinge ja voolu, mis määratakse traadi pöörete arvu ja SWG järgi.

Kõrgete sageduste kaasamise tõttu muutuvad pöörisvoolukaod tühiselt väikseks ja suure voolu alalisvoolu väljund saab tuletatavaks väiksemate ferriitsüdamikuga trafode ja suhteliselt õhema traadimähise kaudu.

Kuid sekundaarne pinge on ka primaarsagedusel, seetõttu parandatakse see uuesti ja filtreeritakse kiire taastamise dioodi ja suure väärtusega kondensaatori abil.

Tulemuseks väljundis on täiesti filtreeritud madal alalisvool, mida saab tõhusalt kasutada mis tahes elektroonilise vooluahela käitamiseks.

SMPSi kaasaegsetes versioonides kasutatakse sisendis transistoride asemel hi-end IC-sid.
IC-d on varustatud sisseehitatud kõrgepinge mosfetiga kõrgsageduslike võnkumiste ja paljude muude kaitsefunktsioonide säilitamiseks.

Mis on SMPS-i sisseehitatud kaitsetel

Nendel IC-del on piisavalt sisseehitatud kaitselülitusi nagu laviinikaitse, ülekuumenemiskaitse ja väljundpinge kaitse ning ka purskerežiimi funktsioon.

Laviinikaitse tagab, et mikrolaineahi ei kahjustaks toite sisselülitamise voolu ajal kiirustades.

Ülekuumenemiskaitse tagab, et mikrolüliti lülitatakse automaatselt välja, kui trafo pole õigesti keritud, ja tõmbab mikrolülitist rohkem voolu, muutes selle ohtlikult kuumaks.

Sarivõte on kaasaegsete SMPS-seadmetega kaasnev huvitav funktsioon.

Siin suunatakse väljund DC tagasi IC sensori sisendisse. Kui väljundpinge tõuseb mingil põhjusel vale sekundaarmähise või takisti valimise tõttu teatud ettemääratud väärtusest kõrgemale, lülitab IC sisendlülituse välja ja jätab lülitamise vahelduvateks pursketeks.

See aitab kontrollida väljundis olevat pinget ja ka väljundis olevat voolu.

Funktsioon tagab ka selle, et kui väljundpinge on reguleeritud mõnele kõrgpunktile ja väljundit ei laadita, lülitub mikrolüliti plahvatusrežiimile, veendudes, et seadet kasutatakse katkendlikult, kuni väljund on piisavalt koormatud, see säästab seadme energiat ooterežiimis või kui väljund ei tööta.

Tagasiside väljundosast IC-le viiakse läbi opto-siduri kaudu, nii et väljund jääb sisendist kõrgepingevõrgu vahelduvvoolu kaugusele, vältides ohtlikke šokke.