Kaip veikia perjungimo režimo maitinimo (SMPS) grandinės

SMPS yra žodžio „Switch Mode Power Supply“ santrumpa. Pavadinimas aiškiai rodo, kad ši sąvoka yra kažkas arba visiškai susijusi su impulsais ar naudojamų prietaisų perjungimu. Sužinokime, kaip veikia SMPS adapteriai, kai tinklo įtampa paverčiama mažesne nuolatine įtampa.

SMPS topologijos pranašumas

SMPS adapteriuose idėja yra įjungti tinklo įėjimo įtampą į pirminę transformatoriaus apviją, kad esant antrinei transformatoriaus apvijai būtų galima gauti mažesnę nuolatinės įtampos vertę.

Tačiau kyla klausimas, tą patį galima padaryti ir su įprastu transformatoriumi, taigi kam reikalinga tokia sudėtinga konfigūracija, kai funkcionavimą galima paprasčiausiai įgyvendinti naudojant įprastus transformatorius?

Na, ši koncepcija buvo sukurta būtent tam, kad būtų išvengta sunkių ir didelių gabaritų transformatorių su daug efektyvesnėmis versijomis naudojimo SMPS maitinimo grandinės .

Nors veikimo principas yra gana panašus, rezultatai labai skiriasi.

Mūsų tinklo įtampa taip pat yra pulsuojanti įtampa arba kintamosios srovės įtampa, kuri paprastai tiekiama į įprastą transformatorių reikalingoms konversijoms, tačiau mes negalime padaryti transformatoriaus mažesnio dydžio net esant 500 mA srovei.

To priežastis yra labai žemas dažnis, susijęs su kintamosios srovės tinklo įėjimais.
Esant 50 Hz arba 60 Hz dažniui, vertė yra nepaprastai maža, kad juos būtų galima panaudoti didelių nuolatinių srovių išėjimuose naudojant mažesnius transformatorius.

Taip yra todėl, kad, mažėjant dažniui, virpėjimo srovės nuostoliai, susidarant transformatoriaus įmagnetinimui, didėja, o tai lemia didžiulį srovės praradimą dėl šilumos, o vėliau visas procesas tampa labai neefektyvus.

Norint kompensuoti pirmiau minėtus nuostolius, santykinai didesni transformatoriaus šerdys yra su atitinkamu vielos storio laipsniu, todėl visas mazgas yra sunkus ir sudėtingas.

Jungiklio režimo maitinimo grandinė šią problemą sprendžia labai sumaniai.

Jei žemesnis dažnis padidina sūkurinės srovės nuostolius, reiškia, kad dažnio padidėjimas padarytų priešingai.

Reiškia, jei dažnis padidinamas, transformatorius gali būti daug mažesnis, tačiau jų išėjimuose būtų didesnė srovė.

Būtent tai mes darome su SMPS grandinė . Supraskime veikimą šiais punktais:

Kaip veikia SMPS adapteriai

Perjungimo režimo maitinimo grandinės schemoje įėjimas AC pirmiausia ištaisomas ir filtruojamas, kad gautų atitinkamą nuolatinės srovės dydį.

Pirmiau minėta nuolatinė srovė taikoma osciliatoriaus konfigūracijai, kurią sudaro aukštos įtampos tranzistorius arba mosfetas, pritvirtintas prie gerai išmatuoto mažo ferito transformatoriaus pirminės apvijos.

Kontūras tampa savaime svyruojančiu konfigūracijos tipu, kuris pradeda svyruoti tam tikru iš anksto nustatytu dažniu, kurį nustato kiti pasyvūs komponentai, tokie kaip kondensatoriai ir rezistoriai.

Dažniausiai dažnis viršija 50 Khz.

Šis dažnis sukelia lygiavertę įtampą ir srovę esant antrinei transformatoriaus apvijai, nustatomą pagal laido apsisukimų skaičių ir SWG.

Dėl aukštų dažnių, sūkurinės srovės nuostoliai tampa nereikšmingai maži, o didelės srovės nuolatinės srovės išėjimas tampa išvestinis per mažesnius ferito šerdies transformatorius ir santykinai plonesnę vielos apviją.

Tačiau antrinė įtampa taip pat bus pagrindiniu dažniu, todėl ji dar kartą ištaisoma ir filtruojama naudojant greitojo atkūrimo diodą ir didelės vertės kondensatorių.

Rezultatas išvestyje yra visiškai filtruota maža nuolatinė įtampa, kurią galima efektyviai naudoti bet kuriai elektroninei grandinei valdyti.

Šiuolaikinėse SMPS versijose vietoj tranzistorių įvestyje naudojami „high-end“ IC.
IC yra įmontuotas aukštos įtampos MOSFET palaikyti aukšto dažnio svyravimus ir daug kitų apsaugos funkcijų.

Ką turi integruotos apsaugos SMPS

Šie IC turi pakankamai įmontuotas apsaugos grandines, tokias kaip apsauga nuo lavinų, apsauga nuo šilumos ir išėjimo virš įtampos, taip pat sprogimo režimo funkciją.

Apsauga nuo lavinų užtikrina, kad IC nepakenktų per maitinimo jungiklio įjungimo srovę.

Apsauga nuo perkaitimo užtikrina, kad IC automatiškai išsijungs, jei transformatorius nėra tinkamai suvyniotas, ir iš IC ima daugiau srovės, todėl jis pavojingai įkaista.

„Burst“ režimas yra įdomi funkcija, įtraukta į šiuolaikinius SMPS įrenginius.

Čia išėjimo nuolatinė srovė grąžinama į jutiklinį IC įėjimą. Jei dėl kokių nors priežasčių, paprastai dėl neteisingos antrinės apvijos ar rezistorių pasirinkimo, išėjimo įtampa pakyla virš tam tikros iš anksto nustatytos vertės, IC išjungia įėjimo perjungimą ir praleidžia perjungimą į periodinius protrūkius.

Tai padeda valdyti išėjimo įtampą ir išėjimo srovę.

Ši funkcija taip pat užtikrina, kad jei išėjimo įtampa bus sureguliuota iki aukščiausio taško ir išėjimas nebus apkrautas, IC persijungs į serijos režimą, užtikrindamas, kad įrenginys veiktų su pertraukomis, kol išvestis bus tinkamai apkrauta, tai taupo įrenginio energiją kai jis veikia budėjimo režimu arba kai išvestis neveikia.

Grįžtamasis ryšys iš išvesties skyriaus į IC yra įgyvendinamas per opto jungtį, kad išvestis išliktų gerai nutolusi nuo įvesties aukštos įtampos tinklo AC, išvengiant pavojingų smūgių.