Kas ir komutācijas barošanas avots un kā tas atšķiras no parastā analogā

Daudzās elektriskās ierīcēs sekundārās enerģijas ieviešanas princips jau sen tiek piemērots, izmantojot papildu ierīces, kurām ir uzticēta funkcija nodrošināt elektrību ķēdēm, kurām nepieciešama enerģija no noteikta veida sprieguma, frekvences, strāvas ...

Šim nolūkam tiek izveidoti papildu elementi: barošanas blokiviena tipa sprieguma pārveidošana citā. Tie var būt:

• iebūvēts patērētāja gadījumā, tāpat kā daudzās mikroprocesoru ierīcēs;

• vai izgatavoti no atsevišķiem moduļiem ar savienojošiem vadiem, līdzīgi kā parastais lādētājs mobilajā tālrunī.

Mūsdienu elektrotehnikā tiek ievēroti divi enerģijas pārveidošanas principi elektrības patērētājiem, kuru pamatā ir:

1. analogo transformatoru ierīču izmantošana enerģijas pārvadīšanai uz sekundāro ķēdi;

2. barošanas avotu maiņa.

Viņu dizainā ir būtiskas atšķirības, viņi strādā pie dažādām tehnoloģijām.

Transformatoru barošanas avoti

Sākotnēji tika izveidoti tikai šādi dizaini. Viņi maina sprieguma struktūru sakarā ar strāvas transformatora darbību, ko darbina no 220 voltu sadzīves tīkla un kurā sinusoidālās harmonikas amplitūda samazinās, pēc tam nosūta uz taisngrieža ierīci, kas sastāv no strāvas diodēm, kuras parasti ir savienotas saskaņā ar tilta shēmu.

Pēc tam pulsācijas spriegumu paralēli izlīdzina ar kapacitāti, kas izvēlēta atbilstoši pieļaujamās jaudas vērtībai, un stabilizē ar pusvadītāju ķēdi ar jaudas tranzistoriem.

Mainot tuning rezistoru stāvokli stabilizācijas ķēdē, ir iespējams pielāgot spriegumu izejas spailēs.

Komutācijas barošanas avoti (UPS)

Šādi dizaina uzlabojumi parādījās daudzos skaitļos pirms vairākām desmitgadēm, un elektrisko ierīču popularitāte sāka pieaugt, pateicoties:

• kopīgas elementāras bāzes komplektēšanas pieejamība;

• izpildes uzticamība;

• izejas spriegumu darba diapazona paplašināšanas iespējas.

Gandrīz visi komutācijas barošanas avoti nedaudz atšķiras pēc konstrukcijas un darbojas saskaņā ar vienu shēmu, kas raksturīga citām ierīcēm.

Galvenās barošanas avotu daļas ir:

• tīkla taisngriezis, kas samontēts no: ieejas droseles, elektromehāniska filtra, kas nodrošina traucējumus un traucē statiku izolēšanu ar kondensatoriem, tīkla drošinātāju un diodes tiltu;

• kumulatīvā filtrēšanas spēja;

• atslēgas jaudas tranzistors;

• galvenais oscilators;

• tranzistoru atgriezeniskās saites ķēde;

• optoelements;

• komutācijas barošana, no kuras tiek piegādāts sekundārais tinums, lai to pārveidotu strāvas ķēdē;

• izejas ķēdes taisngrieža diodes;

• izejas sprieguma vadības shēmas, piemēram, 12 volti ar noregulēšanu uz optoelementa un tranzistoriem;

• filtru kondensatori;

• jaudas droseles, izpildot sprieguma korekcijas un tās diagnostikas lomu tīklā;

• izejas savienotāji.

Līdzīga komutācijas barošanas avota elektroniskās plates piemērs ar īsu elementa pamatnes apzīmējumu parādīts attēlā.

Kā notiek komutācijas barošana

Komutācijas barošanas avots rada stabilizētu barošanas spriegumu, izmantojot invertora ķēdes elementu mijiedarbības principus.

Tīkla spriegums 220 volti tiek piegādāts caur savienotajiem vadiem uz taisngriezi. Tā amplitūdu izlīdzina ar kapacitīvo filtru, jo tiek izmantoti kondensatori, kas iztur 300 voltu maksimumus, un to atdala ar traucējumu filtru.

Ievade diode tilts rektifizē sinusoīdus, kas iet caur to, kurus tranzistora ķēde pēc tam pārveido augstfrekvences un taisnstūra impulsos ar noteiktu darba ciklu. Tos var pārveidot:

1. ar barošanas tīkla galvanisku atdalīšanu no izejas ķēdēm;

2. neveicot šādu noklusēšanu.

Izolēta komutācijas barošana

Šajā gadījumā augstfrekvences signāli tiek nosūtīti uz impulsa transformatoru, veicot ķēžu galvanisko izolāciju. Sakarā ar paaugstinātu frekvenci palielinās transformatora lietošanas efektivitāte, tiek samazināti tā magnētiskās ķēdes un svara izmēri. Visbiežāk šāda serdeņa materiālam tiek izmantoti feromagnēti, un šajās ierīcēs praktiski netiek izmantots elektriskais tērauds. Tas arī palīdz samazināt kopējo dizainu.

Viena no komutācijas barošanas ķēdes versijām ar transformatoru ķēžu izolāciju ir parādīta attēlā.

Šādās ierīcēs ir trīs savstarpēji savienotas ķēdes:

1. PWM kontrolieris;

2. ieslēgšanas taustiņu kaskāde;

3. impulsa transformators.

Kā darbojas PWM kontrolieris?

Kontrolieris ir ierīce, kas kontrolē procesu. Apskatāmajā barošanas blokā tas ir impulsa platuma modulācijas pārveidošanas process. Tā pamatā ir princips, ka vienādas frekvences impulsus rada, bet ar dažādiem pārslēgšanās laikiem.

Impulsa padeve atbilst loģiskas vienības apzīmējumam, un neesamība atbilst nullei. Turklāt tie visi ir vienādi pēc lieluma un frekvences (tiem ir vienāds svārstību periods T). Vienības ieslēgšanās stāvokļa ilgums un tā saistība ar periodu mainās un ļauj kontrolēt elektronisko shēmu darbību.

Tipiskas SHIP secību izmaiņas ir parādītas diagrammā.

Kontrolieri parasti rada šādus impulsus ar frekvenci 30 ÷ 60 kHz.

Piemērs ir kontrolieris, kas izgatavots uz TL494 mikroshēmas. Lai pielāgotu tā impulsu ģenerēšanas frekvenci, tiek izmantota ķēde, kas sastāv no rezistoriem ar kondensatoriem.

Strāvas taustiņu darba kaskāde

Tas sastāv no jaudīgiem tranzistoriem, kurus izvēlas no bipolāriem, lauka vai IGBT modeļiem. Citiem mazjaudas tranzistoriem vai integrētiem draiveriem tiem var izveidot individuālu vadības sistēmu.

Strāvas taustiņus var ieslēgt dažādos veidos:

• bruģis;

• pus tilts;

• ar viduspunktu.

Impulsa transformators

Primārie un sekundārie tinumi, kas piestiprināti ap magnēta serdi, kas izgatavots no ferīta vai alsifera, var droši pārraidīt augstas frekvences impulsus ar frekvenci līdz 100 kHz.

Viņu darbu papildina filtru, stabilizatoru, diožu un citu sastāvdaļu ķēdes.

Komutācijas barošanas bloki bez galvaniskās izolācijas

Komutācijas barošanas avotos, kas izstrādāti saskaņā ar algoritmiem, kuri izslēdz galvanisko izolāciju, netiek izmantots augstfrekvences izolācijas transformators, un signāls nonāk tieši zemfrekvences filtrā. Līdzīgs shēmas darbības princips ir parādīts zemāk.

Izejas sprieguma stabilizācijas pazīmes

Visos komutācijas barošanas blokos ir elementi, kas nodrošina negatīvu atgriezenisko saiti ar izejas parametriem. Tādēļ viņiem ir laba izejas sprieguma stabilizācija mainīgās slodzēs un piegādes tīkla svārstībās.

Atgriezeniskās saites ieviešanas metodes ir atkarīgas no shēmas, kuru izmanto barošanas avota darbināšanai. To var veikt vienībās, kas darbojas ar galvanisko izolāciju:

1. izejas sprieguma starpposma iedarbība uz kādu no augstfrekvences impulsa transformatora tinumiem;

2. Optoelementa izmantošana.

Abos gadījumos šie signāli kontrolē impulsu darba ciklu, kas tiek piegādāts PWM regulatora izejai.

Izmantojot ķēdi bez galvaniskās izolācijas, atgriezenisko saiti parasti izveido, savienojot pretestības sprieguma dalītāju.

Barošanas avotu pārslēgšanas priekšrocības salīdzinājumā ar parasto analogo

Salīdzinot bloku dizainu ar vienādiem veiktspējas rādītājiem, pārslēgšanas barošanas avotiem ir šādas priekšrocības:

1. samazināts svars;

2. paaugstināta efektivitāte;

3. zemākas izmaksas;

4. paplašināts barošanas spriegumu diapazons;

5. iebūvētu aizsardzību.

1. Maiņstrāvas avotu samazināts svars un izmēri ir izskaidrojami ar pāreju no zemfrekvences enerģijas pārveidošanas ar jaudīgiem un lieljaudas transformatoriem ar vadības sistēmām, kas atrodas uz lieliem dzesēšanas radiatoriem un darbojas nemainīgā lineārā režīmā, uz impulsu pārveidošanas un regulēšanas tehnoloģijām.

Palielinot apstrādātā signāla frekvenci, tiek samazināta sprieguma filtru kapacitāte un attiecīgi to izmēri. Viņu iztaisnošanas shēma tiek vienkāršota arī līdz pārejai uz vienkāršāko pusviļņu.

2. Zemfrekvences transformatoriem ievērojama enerģijas zudumu daļa rodas siltuma izdalīšanās un izkliedes dēļ elektromagnētisko transformāciju laikā.

Impulsu blokos lielākie enerģijas zudumi rodas īslaicīgu pāreju laikā, pārslēdzot barošanas taustiņu kaskādi. Un pārējā laikā tranzistori atrodas stabilā stāvoklī: atvērtā vai slēgtā stāvoklī. Ar šo nosacījumu tiek radīti visi nosacījumi minimāliem elektroenerģijas zudumiem, kad efektivitāte var būt 90 ÷ 98%.

3. Barošanas bloku maiņas cena pakāpeniski samazinās, pateicoties notiekošajai elementu bāzes apvienošanai, ko veic plašs pilnībā mehanizētu uzņēmumu loks ar robotu mašīnām. Turklāt jaudas elementu darbības režīms, kas balstīts uz vadāmiem taustiņiem, ļauj izmantot mazāk jaudīgus pusvadītāju komponentus.

4. Impulsu tehnoloģija ļauj barot vienības no sprieguma avotiem ar dažādām frekvencēm un amplitūdām. Tas paplašina to piemērošanas jomu darbības apstākļos ar dažādiem elektroenerģijas standartiem.

5. Pateicoties mazu izmēru digitālo tehnoloģiju pusvadītāju moduļu izmantošanai, ir iespējams ticami integrēt aizsardzības impulsbloku projektēšanā, kas kontrolē īssavienojuma strāvu rašanos, atvieno slodzes ierīces izejā un citus avārijas režīmus.

Parastajiem transformatoru barošanas avotiem šādas aizsardzības tika izveidotas uz vecās elektromehāniskās, releja, pusvadītāja pamatnes. Pielietot ciparu tehnoloģijas viņiem lielākajā daļā shēmu tagad nav jēgas. Izņēmums ir pārtikas gadījumi:

• sarežģītas sadzīves tehnikas mazjaudas vadības shēmas;

• augstas precizitātes vadības ierīces ar mazu precizitāti, piemēram, mērīšanas iekārtās vai metroloģiskos nolūkos (digitālie elektrības skaitītāji, voltmetri).

Barošanas avotu pārslēgšanas trūkumi

V / h traucējumi

Tā kā komutācijas barošanas avoti darbojas pēc augstfrekvences impulsu konvertēšanas principa, tie jebkurā dizainā rada traucējumus, kas tiek nodoti videi. Tas rada vajadzību tos dažādos veidos apspiest.

Dažos gadījumos trokšņu slāpēšana var būt neefektīva, kas izslēdz pārslēgšanas barošanas avotu izmantošanu noteikta veida precīzijas digitālajām iekārtām.

Jaudas robežas

Komutācijas barošanas avotiem ir kontrindikācija darbam ne tikai pie lielām, bet arī ar zemām slodzēm. Ja izejas ķēdē strauji samazinās strāva ārpus minimālās kritiskās vērtības, ieslēgšanas ķēde var neizdoties vai iekārta izdos spriegumu ar izkropļotiem tehniskajiem parametriem, kas neietilpst darbības diapazonā.

Un šajā rakstā lasiet par komutācijas barošanas avotu remonts.