Vad är en växelströmförsörjning och hur skiljer den sig från en konventionell analog

I många elektriska apparater har principen om implementering av sekundär kraft länge tillämpats genom användning av ytterligare enheter, som har till uppgift att tillhandahålla el till kretsar som behöver kraft från vissa typer av spänning, frekvens, ström ...

För detta skapas ytterligare element: strömförsörjningomvandla spänningen av en typ till en annan. De kan vara:

• inbyggt i konsumentens fall, som på många mikroprocessorenheter;

• eller tillverkas av separata moduler med anslutande ledningar, liknande en konventionell laddare på en mobiltelefon.

I modern elektroteknik är två principer för energiomvandling för elektriska konsumenter baserade på:

1. användning av analoga transformatoranordningar för överföring av kraft till sekundärkretsen;

2. växla strömförsörjning.

De har grundläggande skillnader i sin design, arbetar med olika tekniker.

Transformatorens strömförsörjning

Ursprungligen skapades bara sådana mönster. De ändrar spänningsstrukturen på grund av driften av en krafttransformator som drivs av ett 220 volt hushållsnätverk, i vilket amplitud hos sinusformad harmonisk minskar, och sedan skickas till en likriktare som består av kraftdioder, som vanligtvis är anslutna enligt bryggkretsen.

Därefter utjämnas rippelspänningen parallellt med en kapacitans valt enligt värdet på den tillåtna kraften och stabiliseras av en halvledarkrets med krafttransistorer.

Genom att ändra positionen för avstämningsmotstånd i stabiliseringskretsen är det möjligt att justera spänningen vid utgångarna.

Switching Power Supplies (UPS)

En sådan designutveckling dök upp i stort antal för flera decennier sedan och började njuta av ökande popularitet inom elektriska apparater på grund av:

• tillgängligheten för att slutföra en gemensam elementbas;

• tillförlitlighet i utförandet;

• möjligheterna att utöka arbetsområdet för utgångsspänningar.

Nästan alla källor för växlingströmförsörjning skiljer sig något i design och fungerar enligt ett schema som är typiskt för andra enheter.

Huvuddelen av strömförsörjningen inkluderar:

• en nätverkslikriktare sammansatt av: ingångsstrossar, ett elektromekaniskt filter som ger avstängning från störningar och isolering av statik med kondensatorer, en nätsäkring och en diodbrygga;

• kumulativ filterkapacitet;

• nyckelkrafttransistor;

• masteroscillator;

• återkopplingskrets gjord på transistorer;

• optokopplare;

• omkoppling av strömförsörjning, från den sekundära lindningen av vilken spänning matas för omvandling till en kraftkrets;

• likriktningsdioder i utgångskretsen;

• styrkretsar för utgångsspänningen, till exempel 12 volt med inställning gjord på en optokopplare och transistorer;

• filterkondensatorer;

• kraftschakering, som utför spänningskorrigeringens roll och dess diagnostik i nätverket;

• utgångskontakter.

Ett exempel på ett elektroniskt kort på en liknande omkopplare med en kort beteckning av elementbasen visas på bilden.

Hur växlar strömförsörjning

Växelströmtillförseln producerar en stabiliserad matningsspänning genom användning av principerna för interaktion mellan elementen i inverterarkretsen.

Nätverksspänningen på 220 volt matas via de anslutna ledningarna till likriktaren. Dess amplitud jämnas ut med ett kapacitivt filter på grund av användning av kondensatorer som motstår toppar i storleksordningen 300 volt och separeras av ett interferensfilter.

ingång diodbro korrigerar sinusoiderna som passerar genom den, som sedan omvandlas av en transistorkrets till högfrekvens- och rektangulära pulser med en viss arbetscykel. De kan konverteras:

1. med galvanisk separering av strömförsörjningsnätet från utgångskretsarna;

2. utan att utföra ett sådant frigörande.

Isolerad strömförsörjning

I detta fall skickas högfrekventa signaler till en pulstransformator som utför galvanisk isolering av kretsarna. På grund av den ökade frekvensen ökar effektiviteten för att använda en transformator, dimensioner på dess magnetkrets och vikt minskas. Oftast används ferromagneter för ett material av en sådan kärna, och elektriskt stål används praktiskt taget inte i dessa anordningar. Det hjälper också till att minimera den övergripande designen.

På bilden visas en av versionerna av omkopplarens strömförsörjningskrets med transformatorisolering av kretsarna.

I sådana enheter finns det tre sammankopplade kedjor:

1. PWM-styrenhet;

2. en kaskad av strömnycklar;

3. pulstransformator.

Hur fungerar en PWM-controller?

En styrenhet är en enhet som styr en process. I den aktuella kraftaggregatet är det processen att konvertera pulsbreddmodulering. Det är baserat på principen att generera pulser med samma frekvens, men med olika omkopplingstider.

Momentumtillförseln motsvarar beteckningen på en logisk enhet, och frånvaron motsvarar noll. Dessutom är de alla lika stora i storlek och frekvens (har samma svängningsperiod T). Varaktigheten på enhetens tillstånd och dess förhållande till periodändringen och gör att du kan kontrollera driften av elektroniska kretsar.

Typiska förändringar i SHIP-sekvenserna visas i diagrammet.

Regulatorer skapar vanligtvis sådana pulser med en frekvens på 30 ÷ 60 kHz.

Ett exempel är en controller tillverkad på ett TL494-chip. För att justera frekvensen för generering av dess pulser används en krets bestående av motstånd med kondensatorer.

Arbeta kaskad av strömnycklar

Den består av kraftfulla transistorer som väljs från bipolära, fält- eller IGBT-modeller. Ett individuellt styrsystem kan skapas för dem på andra lågeffekttransistorer eller integrerade drivrutiner.

Strömknappar kan slås på på olika sätt:

• brygga;

• halvbro;

• med ett mittpunkt.

Pulstransformator

De primära och sekundära lindningarna monterade runt en magnetkärna tillverkad av ferrit eller alsifer kan pålitligt överföra högfrekvenspulser med frekvenser upp till 100 kHz.

Deras arbete kompletteras med filterkedjor, stabilisatorer, dioder och andra komponenter.

Byt strömförsörjning utan galvanisk isolering

I växelströmförsörjningar konstruerade enligt algoritmer som utesluter galvanisk isolering används ingen högfrekvensisoleringstransformator, och signalen går direkt till lågpassfiltret. En liknande princip för drift av kretsen visas nedan.

Funktioner för utgångsspänningsstabilisering

Alla växelströmförsörjningar har element som ger negativ feedback med utgångsparametrarna. På grund av detta har de god stabilisering av utspänningen under förändrade belastningar och fluktuationer i matningsnätet.

Metoderna för att implementera feedback beror på schemat som används för att driva strömförsörjningen. Det kan utföras i enheter som arbetar med galvanisk isolering på grund av:

1. mellaneffekt av utgångsspänningen på en av lindningarna hos en högfrekvent pulstransformator;

2. Användning av en optokopplare.

I båda fallen styr dessa signaler driftscykeln för de pulser som matas till PWM-styrenhetens utgång.

Vid användning av en krets utan galvanisk isolering skapas vanligtvis feedback genom att ansluta en resistiv spänningsdelare.

Fördelar med att byta strömförsörjning över konventionell analog

Vid jämförelse av konstruktionen av block med lika prestandaindikatorer har växelströmförsörjning följande fördelar:

1. minskad vikt;

2. ökad effektivitet;

3. lägre kostnad;

4. utökat utbud av matningsspänningar;

5. förekomsten av inbyggda skydd.

1. Den reducerade vikten och dimensionerna hos växelströmförsörjningen förklaras av övergången från lågfrekvent energiomvandling av kraftfulla och tunga krafttransformatorer med styrsystem placerade på stora kylradiatorer och arbetar i ett konstant linjärt läge till pulsomvandlings- och regleringstekniker.

Genom att öka frekvensen för den bearbetade signalen reduceras spänningsfiltrens kapacitet och följaktligen deras dimensioner. Deras uträtningssystem förenklas också fram till övergången till den enklaste halvvågen.

2. För lågfrekventa transformatorer skapas en betydande del av energiförlusten på grund av frisläppande och spridning av värme vid utförande av elektromagnetiska transformationer.

I impulsblock skapas de största energiförlusterna under inträffandet av transienter under växling av kraftnyckelkaskader. Och resten av tiden är transistorerna i ett stabilt läge: öppet eller stängt. Med detta villkor skapas alla förhållanden för minimal elförlust, när effektiviteten kan vara 90 ÷ 98%.

3. Priset på växelströmförsörjningar sjunker gradvis på grund av den pågående föreningen av elementbasen, som görs av ett brett spektrum av helt mekaniserade företag med robotmaskiner. Dessutom tillåter driftsätt för kraftelement baserat på kontrollerade tangenter användning av mindre kraftfulla halvledarkomponenter.

4. Pulssteknik låter dig strömförsörja enheter från spänningskällor med olika frekvenser och amplituder. Detta utvidgar tillämpningsområdet för deras driftförhållanden med olika standarder för elektrisk energi.

5. Tack vare användningen av småstora halvledarmoduler för digital teknik är det möjligt att på ett tillförlitligt sätt integrera skydd i konstruktionen av pulsblock, som kontrollerar förekomsten av kortslutningsströmmar, kopplar bort laster vid enhetens utgång och andra nödlägen.

För konventionella transformatorkraftförsörjningar skapades sådana skydd på den gamla elektromekaniska, relä, halvledarbasen. Att tillämpa digital teknik på dem i de flesta scheman nu är inte vettigt. Undantaget är matfall:

• styrkretsar med låg effekt på komplexa hushållsapparater;

• styrenheter med låg precision, med hög noggrannhet, till exempel som används i mätutrustning eller metrologiska ändamål (digitala elmätare, voltmetrar).

Nackdelar med att byta strömförsörjning

V / h-störningar

Eftersom växelströmförsörjningen fungerar på principen att konvertera högfrekvenspulser, producerar de i alla konstruktioner störningar som överförs till miljön. Detta skapar behovet av att undertrycka dem på olika sätt.

I vissa fall kan brusavbrott vara ineffektivt, vilket eliminerar användningen av växelströmförsörjning för vissa typer av digital precision av utrustning.

Kraftgränser

Växelströmförsörjning har en kontraindikation för att fungera inte bara vid höga utan också låga belastningar. Om en kraftig minskning av strömmen utanför det lägsta kritiska värdet inträffar i utgångskretsen kan startkretsen misslyckas eller så kommer enheten att ge en spänning med förvrängda tekniska egenskaper som inte passar in i driftsområdet.

Och i den här artikeln, läs om reparation av strömförsörjning.