Mikä on kytkentävirtalähde ja miten se eroaa perinteisestä analogista

Monissa sähkölaitteissa toissijaisen energian käyttöönoton periaatetta on jo pitkään sovellettu käyttämällä lisälaitteita, joille on uskottu tehtävä toimittaa sähköä piireille, jotka tarvitsevat virtaa tietyntyyppisiltä jännitteiltä, ​​taajuuksilta, virralta ...

Tätä varten luodaan lisäelementtejä: virtalähteetmuunnetaan yhden tyypin jännite toiseksi. Ne voivat olla:

• rakennettu kuluttajan tapaukseen, kuten monissa mikroprosessorilaitteissa;

• tai valmistettu erillisistä moduuleista, joissa on kytkentäjohdot, samanlainen kuin matkapuhelimen tavanomainen laturi.

Nykyaikaisessa sähkötekniikassa kaksi energianmuuntamisen periaatetta kuluttajille, jotka perustuvat:

1. analogisten muuntajalaitteiden käyttö tehon siirtämiseksi toissijaiseen piiriin;

2. virtalähteiden kytkeminen.

Heillä on perustavanlaatuisia eroja suunnittelussa, työskentely eri tekniikoilla.

Muuntajan teholähteet

Aluksi vain sellaisia ​​malleja luotiin. Ne muuttavat jänniterakennetta johtuen 220 voltin kotitalousverkosta saatavasta voimanmuuntajasta, jossa sinimuotoisen harmonisen amplitudi pienenee, ja lähetetään sitten tasasuuntaajalaitteeseen, joka koostuu tehodiodeista, jotka on yleensä kytketty siltapiirin mukaisesti.

Sen jälkeen aaltoilujännite tasoitetaan rinnan kapasitanssilla, joka valitaan sallitun tehon arvon perusteella, ja vakautetaan puolijohdepiirillä, jossa on tehotransistorit.

Muuttamalla viritysvastuksien sijaintia stabilointipiirissä, on mahdollista säätää jännitettä lähtöliittimissä.

Kytkevät virtalähteet (UPS)

Tällaisia ​​suunnittelukehityksiä ilmeni lukuisina useita vuosikymmeniä sitten, ja ne alkoivat nauttia yhä suositummista sähkölaitteissa johtuen:

• yhteisen alkuainekannan täydentämisen saatavuus;

• luotettavuus toteutuksessa;

• lähtöjännitteiden työalueen laajentamisen mahdollisuudet.

Lähes kaikki kytkentävirtalähteen lähteet eroavat hieman rakenteeltaan ja toimivat yhden järjestelmän mukaisesti, joka on tyypillinen muille laitteille.

Virtalähteiden pääosia ovat:

• verkon tasasuuntaajan, joka on koottu seuraavista: tulokuristimet, sähkömekaaninen suodatin, joka estää häiriöistä ja staattisen eristyksen kondensaattoreilla, verkkovaroke ja diodisilta;

• kumulatiivinen suodatuskapasiteetti;

• avaintransistori;

• pääoskillaattori;

• transistoreihin tehty palautepiiri;

• optocoupler;

• vaihdetaan virtalähde, jonka toisiokäämiltä vapautetaan jännite muuntamiseksi virtapiiriksi;

• ulostulopiirin tasasuuntaajat;

• ohjauspiirin lähtöjännite, esimerkiksi 12 volttia virityksellä, joka tehdään optoeristimelle ja transistoreille;

• suodatinkondensaattorit;

• tehokuristimet, jotka suorittavat jännitteenkorjauksen ja sen diagnostiikan roolia verkossa;

• lähtöliittimet.

Kuvassa on esimerkki samanlaisesta kytkentävirtalähteestä koostuvasta elektronisesta kortista, jossa on lyhyt elementtikanta.

Kuinka kytkentävirtalähde

Kytkentävirtalähde tuottaa stabiloidun syöttöjännitteen käyttämällä invertteripiirin elementtien vuorovaikutusperiaatteita.

Verkkojännite 220 volttia syötetään kytkettyjen johtojen kautta tasasuuntaajaan. Sen amplitudi tasoitetaan kapasitiivisella suodattimella kondensaattoreiden käytön johdosta, jotka kestävät huippuluokkaa 300 volttia huippuja, ja erotetaan häiriösuodattimella.

panos diodisilta tasasuuntaa sen läpi kulkevat sinusoidit, jotka transistoripiiri muuntaa sitten korkeataajuuksisiksi ja suorakulmaisiksi pulsseiksi tietyllä käyttöjaksolla. Ne voidaan muuntaa:

1. Erottamalla virtalähdeverkon galvaaninen erotus lähtöpiireistä;

2. suorittamatta tällaista denouementia.

Eristetty kytkentävirtalähde

Tässä tapauksessa korkeataajuiset signaalit lähetetään pulssimuuntajaan, joka suorittaa piirien galvaanisen eristyksen. Lisääntyneen taajuuden vuoksi muuntajan käytön tehokkuus kasvaa, sen magneettisen piirin mitat ja paino pienenevät. Useimmiten ferromagneetteja käytetään tällaisen ytimen materiaaliin, eikä sähköterästä käytännössä käytetä näissä laitteissa. Se auttaa myös minimoimaan yleisen suunnittelun.

Yksi kytkentävirtasyöttöpiirin versioista, joissa piirien muuntaja on eristetty, on esitetty kuvassa.

Tällaisissa laitteissa on kolme toisiinsa kytkettyä ketjua:

1. PWM-ohjain;

2. virtalukkojen kaskadia;

3. pulssimuuntaja.

Kuinka PWM-ohjain toimii?

Ohjain on laite, joka ohjaa prosessia. Tarkasteltavassa virtalähdeyksikössä se on prosessi pulssinleveyden moduloinnin muuttamiseksi. Se perustuu periaatteeseen tuottaa saman taajuuden, mutta eri kytkentäaikojen pulsseja.

Vauhdin syöttö vastaa loogisen yksikön nimeämistä, ja poissaolo vastaa nollaa. Lisäksi ne ovat kaikki yhtä suuria ja taajuudeltaan (niillä on sama värähtelyjakso T). Laitteen olotilan kesto ja sen suhde ajanjaksoon muuttuvat ja antavat sinun hallita elektronisten piirien toimintaa.

Tyypilliset muutokset SHIP-sekvensseissä on esitetty kaaviossa.

Ohjaimet yleensä luovat tällaisia ​​pulsseja taajuudella 30 ÷ 60 kHz.

Esimerkki on ohjain, joka on tehty TL494-sirulle. Pulssien generointitaajuuden säätämiseksi käytetään piiriä, joka koostuu vastuksista ja kondensaattoreista.

Virta-avainten työjärjestys

Se koostuu voimakkaista transistoreista, jotka valitaan bipolaarisista, kenttä- tai IGBT-malleista. Heille voidaan luoda yksilöllinen ohjausjärjestelmä muille pienitehoisille transistoreille tai integroiduille ohjaimille.

Virtapainikkeet voidaan kytkeä päälle eri tavoilla:

• silta;

• puoli silta;

• keskipisteellä.

Pulssimuuntaja

Ferriitistä tai alsiferista valmistetun magneettisen ytimen ympärille asennetut ensiö- ja toisiokäämit voivat siirtää luotettavasti korkeataajuisia pulsseja jopa 100 kHz: n taajuuksilla.

Niiden työtä täydentävät suodatinketjut, stabilisaattorit, diodit ja muut komponentit.

Kytkentävirtalähteet ilman galvaanista eristystä

Galvaanista eristämistä sulkevien algoritmien mukaisesti suunnitelluissa kytkentävirtalähteissä ei käytetä korkeataajuista eristysmuuntajaa, ja signaali menee suoraan alipäästösuodattimeen. Samanlainen piirin toimintaperiaate esitetään alla.

Lähtöjännitteen vakauttamisen ominaisuudet

Kaikissa kytkentävirtalähteissä on elementtejä, jotka antavat negatiivisen palautteen lähtöparametreista. Tästä johtuen heillä on hyvä lähtöjännitteen stabiloituminen muuttuvien kuormitusten ja syöttöverkon vaihtelun vuoksi.

Takaisinkytkentämenetelmät riippuvat virransyötön käyttämiseen käytetystä järjestelmästä. Se voidaan suorittaa yksiköissä, jotka toimivat galvaanisella eristyksellä johtuen:

1. Lähtöjännitteen välituote yhdelle korkeataajuisen pulssimuuntajan käämeistä;

2. optoerottimen käyttö.

Molemmissa tapauksissa nämä signaalit ohjaavat PWM-ohjaimen ulostuloon syötettyjen pulssien työsykliä.

Kun käytetään piiriä ilman galvaanista eristystä, takaisinkytkentä luodaan yleensä kytkemällä resistiivinen jännitteenjakaja.

Teholähteiden vaihtamisen edut perinteiseen analogiseen verrattuna

Kun verrataan lohkojen malleja yhtäläisillä suoritusindikaattoreilla, kytkentävirtalähteillä on seuraavat edut:

1. alennettu paino;

2. parempi tehokkuus;

3. alhaisemmat kustannukset;

4. laajennettu syöttöjännitealue;

5. sisäänrakennettujen suojausten olemassaolo.

1. Kytkentävirtalähteiden pienentynyt paino ja mitat selittyvät siirtymällä matalataajuuksisista energianmuuntajista voimakkaalla ja raskalla muuntajalla, jonka ohjausjärjestelmät sijaitsevat suurilla jäähdytyspattereilla ja toimivat vakiona lineaarisessa tilassa pulssimuuntamis- ja säätötekniikoihin.

Nostamalla prosessoidun signaalin taajuutta pienenevät jännitesuodattimien kapasitanssi ja vastaavasti niiden mitat. Niiden suoristusmenetelmää yksinkertaistetaan myös siirtymiseen yksinkertaisimpaan puoliaalloon.

2. Matalataajuisille muuntajille syntyy merkittävä osa energian menetyksestä, joka johtuu lämmön vapautumisesta ja hajoamisesta sähkömagneettisia muunnoksia suoritettaessa.

Impulssilohkoissa suurimpia energiahäviöitä syntyy transienttien esiintyessä virtanäppäimen kaskadien vaihtamisen aikana. Ja muun ajan, transistorit ovat vakaassa asennossa: avoinna tai kiinni. Tällä ehdolla luodaan kaikki olosuhteet sähkön vähimmäisvahinkoksi, kun hyötysuhde voi olla 90 ÷ 98%.

3. Teholähteiden kytkentähinta laskee vähitellen jatkuvan elementtipohjan yhdistämisen johdosta, jonka laaja valikoima täysin koneellistettuja yrityksiä tarjoaa robotteja. Lisäksi ohjatuihin näppäimiin perustuvien voimaelementtien toimintatapa mahdollistaa vähemmän tehokkaiden puolijohdekomponenttien käytön.

4. Pulssitekniikan avulla voit syöttää yksiköitä jännitelähteistä, joilla on eri taajuudet ja amplitudit. Tämä laajentaa niiden soveltamisalaa toimintaolosuhteissa erilaisilla sähköenergiastandardeilla.

5. Pienikokoisten digitaalitekniikan puolijohdemoduulien käytön ansiosta on mahdollista integroida suojaukset luotettavasti pulssilohkojen suunnitteluun, jotka hallitsevat oikosulkuvirtojen esiintymistä, katkaisevat kuormitukset laitteen ulostulossa ja muut hätätilat.

Tavanomaisille muuntajavirtalähteille sellaiset suojaukset luotiin vanhaan sähkömekaaniseen, rele-, puolijohdepohjaan. Digitaalitekniikan soveltaminen heihin useimmissa järjestelmissä ei nyt ole järkevää. Poikkeuksena ovat ruoka-asiat:

• monimutkaisten kodinkoneiden pienitehoiset ohjauspiirit;

• erittäin tarkkoja pienitarkkaa ohjauslaitetta, jota käytetään esimerkiksi mittauslaitteisiin tai metrologisiin tarkoituksiin (digitaaliset sähkömittarit, voltimetrit).

Vaihtovirtalähteiden haitat

V / h-häiriö

Koska kytkentävirtalähteet toimivat korkeataajuisten pulssien muuntoperiaatteella, ne tuottavat missä tahansa mallissa ympäristölle välittyviä häiriöitä. Tämä aiheuttaa tarpeen tukahduttaa ne eri tavoin.

Joissakin tapauksissa kohinanpoisto voi olla tehoton, mikä eliminoi kytkentävirtalähteiden käytön tietyntyyppisille tarkkuusdigilaitteille.

Tehorajat

Kytkentävirtalähteillä on vasta-aiheita paitsi korkeissakin myös alhaisissa kuormituksissa. Jos lähtöpiirissä tapahtuu jyrkkä pieneneminen pienimmän kriittisen arvon ulkopuolella, käynnistyspiiri saattaa epäonnistua tai yksikkö antaa jännitteen vääristyneillä teknisillä ominaisuuksilla, jotka eivät sovi toiminta-alueelle.

Ja tässä artikkelissa, lue kytkentävirtalähteiden korjaus.