Apakah bekalan kuasa bertukar dan bagaimana ia berbeza daripada analog konvensional?

Dalam banyak peralatan elektrik, prinsip melaksanakan kuasa sekunder telah lama diterapkan melalui penggunaan peranti tambahan, yang diamanahkan dengan fungsi penyediaan tenaga elektrik ke litar yang memerlukan kuasa dari beberapa jenis voltan, frekuensi, ...

Untuk ini, elemen tambahan dibuat: bekalan kuasamengubah voltan satu jenis ke satu lagi. Mereka boleh:

• dibina ke dalam kes pengguna, seperti pada banyak alat mikropemproses;

• atau dibuat oleh modul yang berasingan dengan kabel penyambung, sama dengan pengecas konvensional pada telefon mudah alih.

Dalam kejuruteraan elektrik moden, dua prinsip penukaran tenaga untuk pengguna elektrik, berdasarkan:

1. penggunaan alat pengubah analog untuk menghantar kuasa ke litar sekunder;

2. menukar bekalan kuasa.

Mereka mempunyai perbezaan asas dalam reka bentuk mereka, bekerja pada teknologi yang berbeza.

Bekalan kuasa transformer

Pada mulanya, reka bentuk hanya dibuat. Mereka mengubah struktur voltan disebabkan operasi pengubah kuasa yang dikuasakan dari rangkaian isi rumah 220 volt, di mana amplitud sinusoidal harmonik menurun, kemudian dihantar ke peranti penerus yang terdiri daripada dioda kuasa, yang biasanya disambungkan mengikut litar jambatan.

Selepas itu, voltan riak dimuatkan selari dengan kapasitans yang dipilih mengikut nilai kuasa yang dibenarkan, dan disejukkan oleh litar semikonduktor dengan transistor kuasa.

Dengan mengubah kedudukan penalaan tuning dalam litar penstabilan, adalah mungkin untuk menyesuaikan voltan di terminal output.

Bekalan Kuasa Beralih (UPS)

Perkembangan reka bentuk sedemikian muncul dalam bilangan besar beberapa dekad yang lalu dan mula menikmati peningkatan populariti dalam peranti elektrik disebabkan oleh:

• ketersediaan melengkapkan pangkalan asas biasa;

• kebolehpercayaan dalam pelaksanaan;

• kemungkinan untuk memperluaskan pelbagai voltan output.

Hampir semua sumber bekalan kuasa bertukar berbeza sedikit dalam reka bentuk dan beroperasi menurut satu skim yang tipikal peranti lain.

Bahagian utama bekalan kuasa termasuk:

• penerus rangkaian yang dipasang dari: input chokes, suatu penapis elektromekanik yang memberikan penentuan dari campur tangan dan pengasingan statistik dengan kapasitor, sekering utama dan jambatan dioda;

• kapasiti penapisan kumulatif;

• transistor kuasa utama;

• pengayun tuan;

• litar umpan balik dibuat pada transistor;

• optocoupler;

• bekalan kuasa pensuisan, dari penggulungan sekunder yang mana voltan dipancarkan untuk penukaran kepada litar kuasa;

• dioda penerus litar output;

• litar kawalan voltan keluaran, contohnya, 12 volt dengan penalaan dibuat pada optocoupler dan transistor;

• kapasitor penapis;

• kuasa mencekik, melaksanakan peranan pembetulan voltan dan diagnostiknya dalam rangkaian;

• penyambung keluaran.

Contoh lembaga elektronik bekalan kuasa pensuisan yang sama dengan penunjuk ringkas asas unsur ditunjukkan dalam gambar.

Bagaimana bekalan kuasa bertukar

Bekalan kuasa beralih menghasilkan voltan bekalan yang stabil melalui penggunaan prinsip-prinsip interaksi unsur litar penyongsang.

Voltan rangkaian 220 volt dibekalkan melalui wayar yang disambungkan ke penerus. Amplitudnya dilembapkan oleh penapis kapasitif disebabkan oleh penggunaan kapasitor yang mencapai puncak pesanan 300 volt, dan dipisahkan oleh penapis gangguan.

Input jambatan dioda membetulkan sinusoid yang melaluinya, yang kemudiannya diubah oleh litar transistor ke denyut frekuensi tinggi dan segiempat tepat dengan kitaran tugas tertentu. Mereka boleh ditukar:

1. dengan pemisahan galvanik rangkaian bekalan kuasa dari litar output;

2. tanpa melakukan penyamaran sedemikian.

Bekalan Kuasa Switching Terasing

Dalam kes ini, isyarat frekuensi tinggi dihantar ke pengubah nadi, melaksanakan pengasingan galvanik litar. Oleh kerana kekerapan meningkat, kecekapan menggunakan peningkatan pengubah, dimensi litar magnetik dan beratnya dikurangkan. Selalunya, ferromagnet digunakan untuk bahan seperti teras, dan keluli elektrik praktikalnya tidak digunakan dalam peranti ini. Ia juga membantu mengurangkan reka bentuk keseluruhan.

Salah satu versi litar bekalan kuasa bertukar dengan pengasingan pengubah litar ditunjukkan dalam gambar.

Dalam peranti sedemikian, terdapat tiga rantai yang saling berkaitan:

1. Pengawal PWM;

2. lata kekunci kuasa;

3. pengubah nadi.

Bagaimanakah pengawal PWM berfungsi?

Pengawal adalah peranti yang mengawal proses. Dalam unit pembekalan kuasa yang sedang dipertimbangkan, ia adalah proses menukar modulasi lebar denyut. Ia didasarkan pada prinsip menghasilkan denyutan kekerapan yang sama, tetapi dengan masa bertukar yang berbeza.

Pembekalan momentum sepadan dengan penetapan unit logik, dan ketiadaannya bersamaan dengan sifar. Lebih-lebih lagi, mereka semua sama dalam magnitud dan frekuensi (mempunyai tempoh ayunan yang sama T). Tempoh keadaan unit dan hubungannya dengan perubahan tempoh dan membolehkan anda mengawal operasi litar elektronik.

Perubahan tipikal dalam urutan SHIP ditunjukkan dalam graf.

Pengawal selalunya membuat denyutan sedemikian dengan frekuensi 30 ÷ 60 kHz.

Contohnya ialah pengawal yang dibuat pada cip TL494. Untuk menyesuaikan frekuensi penjanaan denyutannya, litar yang terdiri daripada perintang dengan kapasitor digunakan.

Lekas ​​kerja kekunci kuasa

Ia terdiri daripada transistor yang kuat yang dipilih dari model bipolar, lapangan, atau IGBT. Sistem kawalan individu boleh dibuat untuk mereka pada transistor kuasa rendah lain atau pemandu bersepadu.

Kekunci kuasa boleh dihidupkan dengan pelbagai cara:

• trak;

• setengah jambatan;

• dengan titik tengah.

Pengubah nadi

Gelombang primer dan sekunder yang dipasang di sekitar teras magnet yang diperbuat daripada ferit atau alsifer boleh mengalihkan denyutan frekuensi tinggi dengan frekuensi sehingga 100 kHz.

Kerja mereka dilengkapi dengan rangkaian penapis, penstabil, diod dan komponen lain.

Menukar bekalan kuasa tanpa pengasingan galvanik

Dalam bekalan kuasa suis yang direka mengikut algoritma yang tidak termasuk pengasingan galvanik, pengubah pengasingan kekerapan tinggi tidak digunakan, dan isyaratnya langsung ke penapis lulus rendah. Prinsip pengoperasian litar yang sama ditunjukkan di bawah.

Ciri penstabilan voltan keluaran

Semua bekalan kuasa beralih menggabungkan unsur-unsur yang memberikan maklum balas negatif dengan parameter output. Disebabkan ini, mereka mempunyai penstabilan yang baik bagi voltan output di bawah perubahan beban dan turun naik dalam rangkaian bekalan.

Kaedah untuk melaksanakan maklum balas bergantung kepada skema yang digunakan untuk mengendalikan bekalan kuasa. Ia boleh dilakukan dalam unit yang beroperasi dengan pengasingan galvanik kerana:

1. kesan perantaraan voltan keluaran pada salah satu lilitan pengubah nadi frekuensi tinggi;

2. Penggunaan optocoupler.

Dalam kedua-dua kes, isyarat ini mengawal kitaran tugas denyutan yang diberikan kepada output pengawal PWM.

Apabila menggunakan litar tanpa pengasingan galvanik, maklum balas biasanya dibuat dengan menyambung pembahagi voltan rintangan.

Kelebihan bekalan kuasa bertukar daripada analog konvensional

Apabila membandingkan reka bentuk blok dengan penunjuk prestasi yang sama, bekalan kuasa bertukar mempunyai kelebihan berikut:

1. menurunkan berat badan;

2. peningkatan kecekapan;

3. kos yang lebih rendah;

4. pelbagai voltan pembekalan;

5. kehadiran perlindungan terbina dalam.

1. Mengurangkan berat badan dan dimensi bekalan kuasa beralih diterangkan dengan peralihan dari penukaran tenaga frekuensi rendah oleh kuasa transformer kuasa yang kuat dan berat dengan sistem kawalan yang terletak di radiator penyejukan yang besar dan beroperasi dalam mod linear yang berterusan untuk mengalihkan penukaran dan peraturan teknologi.

Dengan meningkatkan kekerapan isyarat yang diproses, kapasitansi penapis voltan dan, dengan itu, dimensi mereka dikurangkan. Skim pelurus mereka juga dipermudahkan sehingga peralihan kepada satu gelombang separuh yang paling mudah.

2. Bagi pengubah frekuensi rendah, sebahagian besar kehilangan tenaga dicipta disebabkan oleh pelepasan dan pelesapan haba ketika melakukan transformasi elektromagnetik.

Dalam blok denyut, kerugian tenaga terbesar dibuat semasa transien semasa menukar cascade suis kuasa. Dan sepanjang masa, transistor berada dalam kedudukan yang stabil: terbuka atau tertutup. Dengan keadaan ini, semua syarat dicipta untuk kehilangan elektrik minimum, apabila kecekapannya dapat 90 ÷ 98%.

3. Harga bekalan kuasa bertukar secara beransur-ansur berkurang disebabkan oleh penyatuan asas asas yang berterusan, yang dibuat oleh pelbagai perusahaan mekanik yang lengkap dengan mesin robot. Di samping itu, mod operasi unsur kuasa berdasarkan kekunci terkawal membolehkan penggunaan komponen semikonduktor kurang berkuasa.

4. Teknologi denyutan membolehkan anda menyalurkan unit bekalan dari sumber voltan dengan frekuensi dan amplitud yang berlainan. Ini memperluaskan ruang lingkup aplikasi mereka dalam keadaan operasi dengan pelbagai standard tenaga elektrik.

5. Terima kasih kepada penggunaan modul semikonduktor teknologi digital bersaiz kecil, adalah mungkin untuk mengintegrasikan perlindungan ke dalam reka bentuk blok nadi yang mengawal kejadian arus litar pintas, melepaskan beban pada output peranti, dan mod kecemasan lain.

Untuk bekalan kuasa pengubah konvensional, perlindungan sedemikian telah dibuat pada asas elektromekanik, geganti, semikonduktor lama. Memohon teknologi digital kepada mereka dalam kebanyakan skim kini tidak masuk akal. Pengecualian adalah kes makanan:

• litar kawalan rendah kuasa perkakas rumah yang kompleks;

• alat kawalan ketepatan rendah dengan ketepatan yang tinggi, contohnya, digunakan untuk mengukur peralatan atau keperluan metrologi (meter elektrik digital, voltmeters).

Kelemahan bekalan kuasa bertukar

V / h campur tangan

Memandangkan penukaran bekalan kuasa beroperasi pada prinsip menukarkan denyutan frekuensi tinggi, mereka dalam sebarang reka bentuk menghasilkan gangguan yang dihantar ke alam sekitar. Ini mewujudkan keperluan untuk menindas mereka dalam pelbagai cara.

Dalam sesetengah kes, pembatalan bunyi bising boleh menjadi tidak cekap, yang menghapuskan penggunaan bekalan kuasa suis untuk jenis peralatan digital ketepatan tertentu.

Had tenaga

Bekalan kuasa bertukar mempunyai kontra untuk bekerja bukan sahaja tinggi, tetapi juga beban rendah. Jika penurunan tajam dalam arus di luar nilai kritikal minimum berlaku dalam litar keluaran, litar permulaan mungkin gagal atau unit akan mengeluarkan voltan dengan ciri teknikal yang tidak disengajakan yang tidak sesuai dengan julat operasi.

Dan dalam artikel ini, bacalah pembaikan bekalan kuasa bertukar.