Principiul de funcționare a sursei de alimentare cu comutare și Electronică de proiectare Believer
Funcționarea sursei de comutare este foarte diferită de cea a sursei de alimentare liniare. În ciuda complexității sale, a costului materialului mai ridicat și a numărului mai mare de piese, alimentarea cu comutare este în continuare topologia de alimentare preferată pe piață în zilele noastre. Motivul principal este eficiența mai mare și densitatea de putere mai mare. Eficiență mai mare înseamnă pur și simplu că doar o mică parte din puterea de intrare este irosită, în timp ce densitatea de putere mai mare înseamnă o putere mai mare este posibilă într-un factor de formă sau dimensiune mai mic.
Revizuirea sursei de alimentare liniare AC-DC
Transformator 50/60 Hz
Acesta poate fi un pas în sus sau în jos, în funcție de utilizare. În mod obișnuit, aceasta este o versiune redusă, deoarece cererea obișnuită de tensiune de ieșire este mai mică decât nivelul de intrare.
Redresor
Aceasta va converti AC în DC pulsant. Redresorul cel mai frecvent utilizat este tipul de punte cu undă completă, așa cum arată diagrama.
Filtru
Un filtru simplu este un condensator electrolitic. Acest lucru va crește nivelul RMS sau DC al semnalului rectificat.
Regulator
Acest lucru va menține un curent continuu pur la ieșire, astfel încât să nu provoace probleme la sarcini sensibile sau la sistem.
Probleme comune
Eficiența și dimensiunea sunt problema obișnuită asociată unei surse de alimentare liniare AC-DC. De asemenea, este limitat doar pentru aplicațiile cu putere redusă. Pentru o funcționare de mare putere, un transformator de 50/60 Hz va fi foarte mare și costisitor. Tensiunea rectificată secundară filtrată trebuie să fie întotdeauna mai mare decât ieșirea cu o marjă semnificativă, astfel încât regulatorul să poată funcționa corect. Din acest motiv, tensiunea în exces va fi absorbită de regulator, ceea ce va cauza o pierdere uriașă de putere atunci când este înmulțită cu curentul de sarcină. Acesta este motivul pentru care eficiența este foarte slabă. Alimentarea liniară AC-DC nu poate oferi și o gamă largă de intrare. De exemplu, transformatorul este proiectat pentru 220Vac la 20Vac, nu îl mai puteți folosi pentru 110Vac, deoarece nu mai puteți obține 20Vac pe secundar.
Revizuirea unei surse de alimentare liniare DC-DC
Circuitul de mai sus este o sursă de alimentare liniară DC-DC de bază. Este direct și foarte ușor prin faptul că există doar câteva componente. Cu toate acestea, dezavantajul său principal este încă eficiență și limitat doar pentru aplicațiile cu putere redusă. Pentru ca un regulator liniar să se regleze corect, tensiunea sa de intrare trebuie să fie mai mare decât tensiunea de ieșire cu o marjă. Diferența dintre tensiunea de intrare și ieșire este numită de altfel ca tensiune de ieșire. În zilele noastre, există deja un regulator liniar de tensiune scăzută pe piață. O scădere scăzută va introduce în continuare pierderi uriașe de putere la o funcționare cu curent mai mare.
Schema blocului de alimentare cu comutare AC-DC
Mai jos este o diagramă bloc a sursei de alimentare cu modul de comutare AC-DC în două etape. Primul bloc este un redresor cu punte, care are scopul de a converti AC în DC pulsant. Spre deosebire de o sursă de alimentare liniară AC-DC, acest redresor de punte necesită o tensiune ridicată, deoarece vede direct tensiunea de intrare. Convertorul de comutare în prima etapă este de cele mai multe ori un convertor boost care funcționează ca un circuit de corecție a factorului de putere sau PFC. Convertorul Boost are o ieșire mai mare decât intrarea sa. Corecția factorului de putere este necesară pentru comutarea circuitului de putere pentru a corecta forma curentului și a minimiza armonicele. Convertorul Boost este cel mai bun circuit de corecție a factorului de putere activ datorită capacității sale de a extrage curent de la intrare în ambele stări de Q1 (pornit sau oprit). Al doilea convertor de comutare este denumit în mod obișnuit o secțiune DC-DC de către producătorii sau proiectanții de surse de alimentare. Există o mulțime de topologii disponibile pentru rezonanță DC-DC (LLC, serie, paralelă), înainte (ITTF, TTF, tranzistor unic), pod și punte completă pentru a numi câteva. În diagrama de mai jos, secțiunea DC-DC este un convertor rezonant LLC. Ultimul bloc este redresorul de ieșire și filtrul. Pentru aplicații de mare putere, în loc de diode sunt utilizate NMOS.
Diagrama de mai jos este utilizată în mod obișnuit pentru adaptoare și încărcătoare offline de putere redusă. Folosește un singur convertor de comutare pe secțiunea DC-DC, care este convertorul Flyback. Un convertor Flyback este eficient cu o putere nominală de până la 100W. În unele cazuri, Flyback este utilizat până la 200W, atât timp cât sunt îndeplinite cerințele, în special eficiența. Nu mai există o etapă PFC, deoarece puterea tipică sau nominală a acestei configurații este în jur de 80-120W și cerința factorului de putere pentru această gamă de putere nu este atât de strictă. Convertorul Flyback este foarte popular pentru alimentarea offline a modului de comutare offline datorită simplității și numărului mai mic de piese.
Alimentare cu comutare DC-DC
Există mai multe topologii care pot fi utilizate pentru a crea o sursă de alimentare în modul DC-DC. Sub circuit este un convertor DC-DC step down sau cunoscut în mod obișnuit ca un convertor Buck. Convertorul Buck are o tensiune de ieșire mai mică decât intrarea sa.
O altă soluție de alimentare în modul de comutare DC-DC este un convertor de impuls ca în circuitul de mai jos. Un convertor boost are o ieșire mai mare decât intrarea sa.
O combinație de convertor Buck și boost este posibilă și în topologia Buck-Boost. Mai jos este o soluție inversă de impuls. Poate fi configurat să funcționeze atunci când intrarea sa este mai mică decât ieșirea sau invers. Buck-boost non-inversabil este, de asemenea, o opțiune, dar are mai multe componente decât inversarea buck-boost.
Cum funcționează sursele de alimentare cu comutare
Afișăm cased deasupra unora dintre varietățile unei surse de alimentare în modul de comutare, atât în formele AC-DC, cât și DC-DC. Ce face exact un SMPS? Cum este diferit de sursa de alimentare convențională liniară?