Kuinka kytkentätilan virtalähde (SMPS) toimii

SMPS on lyhenne sanasta Switch Mode Power Supply. Nimi viittaa selvästi siihen, että käsitteellä on jotain tai kokonaan tekemistä pulssien tai käytettyjen laitteiden vaihtamisen kanssa. Opitaan, kuinka SMPS-sovittimet toimivat verkkojännitteen muuntamiseksi pienemmäksi DC-jännitteeksi.

SMPS-topologian etu

SMPS-sovittimissa ajatus on vaihtaa verkkojännite muuntajan ensiökäämiin niin, että muuntajan toisiokäämityksessä voidaan saavuttaa pienempi arvo DC-jännite.

Kysymys on kuitenkin, sama voidaan tehdä tavallisella muuntajalla, joten mikä on tällaisen monimutkaisen kokoonpanon tarve, kun toiminta voidaan yksinkertaisesti toteuttaa tavallisten muuntajien kautta?

No, konsepti on kehitetty nimenomaan poistamaan raskaiden ja isojen muuntajien käyttö, joissa on paljon tehokkaampia versioita SMPS-virtalähdepiirit .

Vaikka toimintaperiaate on melko samanlainen, tulokset ovat hyvin erilaiset.

Verkkojännitteemme on myös sykkivä jännite tai vaihtovirta, joka normaalisti syötetään tavalliseen muuntajaan tarvittavia muunnoksia varten, mutta emme voi tehdä muuntajan kooltaan pienempiä jopa 500 mA: n virralla.

Syynä tähän on AC-verkkotulojen erittäin matala taajuus.
Taajuudella 50 Hz tai 60 Hz arvo on äärimmäisen alhainen, kun niitä käytetään suurten tasavirtalähtöjen lähtöihin pienempiä muuntajia käyttämällä.

Tämä johtuu siitä, että kun taajuus pienenee, pyörrevirtahäviöt muuntajan magnetisoinnilla kasvavat, mikä johtaa valtavaan virran menetykseen lämmön vaikutuksesta ja myöhemmin koko prosessi muuttuu erittäin tehoton.

Edellä mainitun häviön kompensoimiseksi suhteellisen suuret muuntajan ytimet ovat mukana langan paksuudella, jolloin koko yksikkö on raskas ja hankala.

Kytkinmoodin virtalähdepiiri käsittelee tätä ongelmaa erittäin taitavasti.

Jos matalampi taajuus lisää pyörrevirtahäviöitä, taajuuden kasvu merkitsisi päinvastoin.

Jos taajuutta kasvatetaan, muuntaja voitaisiin tehdä paljon pienemmäksi, mutta tuottaisi suurempaa virtaa niiden lähdöissä.

Juuri niin teemme SMPS-piiri . Ymmärretään toiminta seuraavilla kohdilla:

Kuinka SMPS-sovittimet toimivat

Kytkentätilan virtalähteen piirikaaviossa tulo AC ensin korjataan ja suodatetaan DC: n merkityksellisen suuruuden tuottamiseksi.

Edellä olevaa DC: tä käytetään oskillaattorikokoonpanoon, joka käsittää suurjännitetransistorin tai mosfetin, kiinnitettynä hyvin mitoitettuun pieneen ferriittimuuntajan primaarikäämitykseen.

Piiristä tulee itsensä värähtelevä konfiguraatiotyyppi, joka alkaa värähtelemään jollakin ennalta määrätyllä taajuudella, jonka muut passiiviset komponentit, kuten kondensaattorit ja vastukset, asettavat.

Taajuus on yleensä yli 50 Khz.

Tämä taajuus indusoi vastaavan jännitteen ja virran muuntajan toisiokäämissä, joka määritetään kierroksen lukumäärällä ja langan SWG: llä.

Suurten taajuuksien vuoksi pyörrevirtahäviöt muuttuvat merkityksettömän pieniksi ja suurivirta-DC-ulostulo saadaan johdettavissa pienempien ferriittisydämen muuntajien ja suhteellisen ohuemman johtinkäämityksen kautta.

Toissijainen jännite on kuitenkin myös ensisijaisella taajuudella, joten se korjataan jälleen ja suodatetaan käyttämällä nopeaa palautusdiodia ja arvokasta kondensaattoria.

Tulos ulostulossa on täysin suodatettu matala DC, jota voidaan käyttää tehokkaasti minkä tahansa elektronisen piirin käyttämiseen.

SMPS: n nykyaikaisissa versioissa hi-end-IC: itä käytetään transistorien sijasta tulossa.
IC: t on varustettu sisäänrakennetulla suurjännitemosfetilla korkeataajuisten värähtelyjen ja monien muiden suojaominaisuuksien ylläpitämiseksi.

Mitä sisäänrakennettuja suojauksia SMPS: llä on

Näillä mikropiireillä on riittävät sisäänrakennetut suojapiirit, kuten lumivyöryjen suojaus, ylilämpösuoja ja ulostulojännitesuoja sekä purskemooditoiminto.

Lumivyöryjen suojaus varmistaa, että mikropiiri ei vahingoitu virtakytkimen virran ollessa käynnissä.

Ylikuumenemissuojaus varmistaa, että mikropiiri sammuu automaattisesti, jos muuntajaa ei ole kääritty oikein, ja vetää enemmän virtaa mikropiiriltä tehden siitä vaarallisen kuuman.

Burst-tila on mielenkiintoinen ominaisuus, joka sisältyy moderneihin SMPS-yksiköihin.

Tässä lähtö DC syötetään takaisin IC: n anturituloon. Jos lähtöjännite nousee jostain syystä, normaalisti väärän sekundäärikäämityksen tai vastusten valinnan takia, tietyn ennalta määrätyn arvon yli, IC sammuttaa tulokytkennän ja ohittaa kytkennän jaksoittaisiksi purskeiksi.

Tämä auttaa hallitsemaan lähdön jännitettä ja myös lähtövirtaa.

Ominaisuus varmistaa myös, että jos lähtöjännite on säädetty johonkin korkeampaan pisteeseen eikä lähtöä ladata, IC kytkeytyy pursketilaan varmistaen, että yksikköä käytetään ajoittain, kunnes lähtö latautuu riittävästi, mikä säästää yksikön virtaa valmiustilassa tai kun lähtö ei ole toiminnassa.

Palautus lähtöosasta IC: lle toteutetaan opto-liittimen kautta siten, että lähtö pysyy hyvin kaukana suurjänniteverkkovirran AC: stä välttäen vaarallisia iskuja.