Шта је прекидачко напајање и како се разликује од конвенционалног аналогног

У многим електричним апаратима принцип примене секундарне снаге одавно се примењује употребом додатних уређаја који су поверени функцијом да пружају струју струјним круговима којима је потребно напајање из одређених врста напона, фреквенције, струје ...

За то се стварају додатни елементи: напајањапретварајући напон једне врсте у други. Они могу бити:

• уграђено у потрошачки случај, као и на многим микропроцесорским уређајима;

• или израђени одвојеним модулима са прикључним жицама, слично уобичајеном пуњачу на мобилном телефону.

У савременој електротехници, два принципа претварања енергије за електричне потрошаче, заснована на:

1. употреба аналогних трансформаторских уређаја за пренос снаге у секундарни круг;

2. пребацивање напајања.

Имају фундаменталне разлике у свом дизајну, раду на различитим технологијама.

Напајање трансформатора

У почетку су настали само такви дизајни. Они мењају напонску структуру због рада енергетског трансформатора напајаног из домаћинства од 220 волти, у којем се амплитуда синусоидне хармонике смањује, а затим се шаљу на исправљачки уређај који се састоји од енергетских диода, а које су обично повезане у складу са мостним кругом.

Након тога, напон пукотине се изједначава паралелно помоћу капацитивности одабране према вредности дозвољене снаге и стабилизоване полуводичким кругом са транзисторима снаге.

Промјеном положаја подешавања отпорника у стабилизацијском кругу могуће је подесити напон на излазним терминалима.

Прекидач напајања (УПС)

Овакви дизајни дизајнирали су се у великом броју пре неколико деценија и почели да уживају у све већој популарности у електричним уређајима због:

• доступност комплетирања заједничке елементарне базе;

• поузданост у извођењу;

• могућности проширења радног опсега излазних напона.

Готово сви извори преклопног напајања мало се разликују по дизајну и раде по једној шеми типичној за остале уређаје.

Главни делови напајања укључују:

• мрежни исправљач састављен од: улазних пригушница, електромеханичког филтера који омогућава одвајање од сметњи и изолације статике кондензаторима, мрежним осигурачем и диодним мостом;

• кумулативни капацитет филтрирања;

• кључни транзистор снаге;

• главни осцилатор;

• повратни круг направљен на транзисторима;

• оптоцоуплер;

• пребацивање напајања из секундарног намота од којег се емитује напон за претварање у струјни круг;

• исправљачке диоде излаза;

• управљачки кругови излазног напона, на пример, 12 волти са подешавањем на оптопару и транзисторима;

• кондензатори филтера;

• пригушнице напајања, вршећи корекцију напона и његову дијагностику у мрежи;

• излазни конектори.

Пример електронске плоче сличног прекидачког напајања са кратким ознаком базе елемената приказан је на слици.

Како се врши прекидачко напајање

Прекидачко напајање производи стабилизовани напон напајања коришћењем принципа интеракције елемената претварачког круга.

Мрежни напон од 220 волти напаја се преко исправљених жица до исправљача. Његова амплитуда је изглађена капацитивним филтером због употребе кондензатора који издржавају врхове величине од 300 волти, а одвојена је интерференцијским филтром.

Инпут диодни мост исправља синусоиде који пролазе кроз њега, а који се транзисторским кругом трансформишу у високофреквентне и правоугаоне импулсе са одређеним радним циклусом. Могу се претворити:

1. галванским одвајањем мреже напајања од излазних кругова;

2. без извршавања такве отказивања.

Изоловано напајање са прекидачем

У том се случају високофреквентни сигнали шаљу на импулсни трансформатор, изводећи галванску изолацију кругова. Због повећане фреквенције, повећава се ефикасност коришћења трансформатора, смањују се димензије његовог магнетног круга и тежина. Најчешће се феромагнети користе за материјал таквог језгра, а електрични челик се практично не користи у овим уређајима. Такође помаже у смањењу укупног дизајна.

Једна од верзија склопног склопа напајања са изолацијом струјних кругова трансформатора приказана је на слици.

У таквим уређајима постоје три међусобно повезана ланца:

1. ПВМ контролер;

2. каскада тастера за напајање;

3. импулсни трансформатор.

Како ради ПВМ контролер?

Контролер је уређај који контролише процес. У предметној јединици за напајање која се разматра, то је процес претварања модулације ширине импулса. Заснован је на принципу генерисања импулса исте фреквенције, али са различитим временима пребацивања.

Снага напајања одговара ознаци логичке јединице, а одсуство одговара нули. Штавише, сви су једнаки по јачини и фреквенцији (имају исти период осцилације Т). Трајање стања укључености јединице и њен однос са променом периода и омогућавају вам контролу рада електронских кола.

Типичне промене у СХИП секвенци приказане су на графу.

Контролери обично стварају такве импулсе фреквенцијом од 30 ÷ 60 кХз.

Пример је контролер направљен на ТЛ494 чипу. За подешавање фреквенције генерисања њихових импулса користи се склоп који се састоји од отпорника са кондензаторима.

Радите каскаду тастера за укључивање

Састоји се од снажних транзистора који су изабрани из биполарних, теренских или ИГБТ модела. За њих се може креирати појединачни систем управљања на другим транзисторима мале снаге или интегрисаним покретачима.

Тастери за напајање се могу укључити на различите начине:

• колник;

• пола моста;

• са средином.

Импулсни трансформатор

Примарни и секундарни намоти монтирани око магнетног језгра направљеног од ферита или алсифера могу поуздано да преносе високофреквентне импулсе са фреквенцијама до 100 кХз.

Њихов рад употпуњују ланци филтера, стабилизатора, диода и других компоненти.

Пребацивање напајања без галванске изолације

Код пребацивања напајања направљених према алгоритмима који искључују галванску изолацију, високофреквентни изолациони трансформатор се не користи, а сигнал иде директно у филтер ниских пропусности. Сличан принцип рада кола је приказан доле.

Карактеристике стабилизације излазног напона

Сва прекидачка напајања садрже елементе који пружају негативне повратне информације с излазним параметрима. Због тога имају добру стабилизацију излазног напона под променљивим оптерећењима и флуктуацијама у мрежи напајања.

Методе за спровођење повратних информација зависе од шеме која се користи за рад на напајању. Може се извести у јединицама које раде са галванском изолацијом због:

1. посредни ефекат излазног напона на једном од намотаја високофреквентног импулсног трансформатора;

2. Употреба оптоелектора.

У оба случаја ови сигнали управљају радним циклусом импулса који се испоручују на излаз ПВМ контролера.

Када користите склоп без галванске изолације, повратне информације обично се стварају повезивањем отпорничког раздјелника напона.

Предности пребацивања напајања преко конвенционалних аналогних

Када упоређујемо дизајн блокова са једнаким показатељима перформанси, комутациони извори напајања имају следеће предности:

1. смањена тежина;

2. повећана ефикасност;

3. нижи трошкови;

4. проширени опсег напонских напајања;

5. присутност уграђених заштита.

1. Смањена тежина и димензије прекидачких напајања објашњавају се преласком са претварања нискофреквентних енергија снажним и тешким енергетским трансформаторима са управљачким системима који се налазе на великим расхладним радијаторима и који раде у сталном линеарном режиму на технологију претварања и регулације импулса.

Повећањем фреквенције обрађеног сигнала смањује се капацитет напонских филтера и, сходно томе, њихове димензије. Њихова шема исправљања је такође поједностављена до преласка на најједноставнији полуславни талас.

2. За нискофреквентне трансформаторе значајан удио губитка енергије настаје услед ослобађања и расипања топлоте приликом обављања електромагнетних трансформација.

У блоковима импулса, највећи губици енергије настају током појаве прелазних стања током пребацивања каскада напајања. А остало време транзистори су у стабилном положају: отворени или затворени. Уз овај услов, стварају се сви услови за минималан губитак електричне енергије, када ефикасност може бити 90 ÷ 98%.

3. Цена пребацивања напајања се постепено смањује због непрекидног обједињавања елемената, што чине широк спектар потпуно механизованих предузећа са роботским машинама. Поред тога, режим рада елемената напајања заснован на контролисаним тастерима омогућава употребу мање моћних полуводичких компоненти.

4. Пулсе технологија омогућава напајање јединица из извора напона различитих фреквенција и амплитуда. Ово проширује обим њихове примене у радним условима са различитим стандардима електричне енергије.

5. Захваљујући употреби полуводичких модула мале дигиталне технологије, могуће је поуздано интегрисати заштиту у дизајн пулсних блокова, који контролишу појаву струје кратког споја, искључују оптерећења на излазу уређаја и друге режиме у случају нужде.

За конвенционална напајања трансформатора, такве заштите су створене на старој електромеханичкој, релејној, полуводичкој бази. Примјена на њих дигиталне технологије у већини програма сада нема смисла. Изузетак су случајеви с храном:

• контролни кругови мале снаге сложених кућанских апарата;

• уређаји за контролу ниске прецизности високе тачности, на пример, који се користе у мерној опреми или метролошким сврхама (дигитални бројила електричне енергије, волтметри).

Недостаци пребацивања напајања

В / х сметње

Будући да прекидачки извори напајања раде на принципу претварања високофреквентних импулса, они у било којем дизајну производе сметње које се преносе у околину. То ствара потребу за сузбијањем истих на различите начине.

У неким случајевима, отказивање буке може бити неефикасно, што елиминише употребу преклопних напајања за одређене врсте прецизне дигиталне опреме.

Ограничења снаге

Пребацивање напајања има контраиндикацију за рад не само при великим, већ и малим оптерећењима. Ако дође до наглог смањења струје изван минималне критичне вредности у излазном кругу, стартни круг може да пропадне или ће јединица испуштати напон са искривљеним техничким карактеристикама које се не уклапају у радни опсег.

И у овом чланку прочитајте о томе поправка комутационих напајања.