Cum funcționează circuitele de alimentare cu energie prin comutare (SMPS)

SMPS este acronimul cuvântului Switch Mode Power Supply. Numele sugerează în mod clar că conceptul are ceva sau în totalitate de a face cu impulsuri sau comutarea dispozitivelor utilizate. Să învățăm cum funcționează adaptoarele SMPS pentru convertirea tensiunii de rețea într-o tensiune continuă mai mică.

Avantajul topologiei SMPS

În adaptoarele SMPS, ideea este de a comuta tensiunea de intrare de rețea în înfășurarea primară a unui transformator, astfel încât să se poată obține o tensiune continuă de valoare mai mică la înfășurarea secundară a transformatorului.

Cu toate acestea, întrebarea este că același lucru se poate face cu un transformator obișnuit, deci care este nevoia unei configurații atât de complicate atunci când funcționarea poate fi pur și simplu implementată prin intermediul transformatoarelor obișnuite?

Ei bine, conceptul a fost dezvoltat tocmai pentru a elimina utilizarea transformatoarelor grele și voluminoase cu versiuni mult mai eficiente de Circuite de alimentare SMPS .

Deși principiul de funcționare este destul de similar, rezultatele sunt extrem de diferite.

Tensiunea noastră de rețea este, de asemenea, o tensiune pulsatorie sau un CA care este alimentat în mod normal în transformatorul obișnuit pentru conversiile necesare, dar nu putem face transformatorul mai mic, chiar și cu un curent de până la 500 mA.

Motivul din spatele acestui fapt este frecvența foarte scăzută implicată cu intrările noastre de rețea de curent alternativ.
La 50 Hz sau 60 Hz, valoarea este extrem de scăzută pentru implementarea lor în ieșiri cu curenți de curent continuu mari folosind transformatoare mai mici.

Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce frecvența scade, pierderile de curent turbionar cu magnetizarea transformatorului cresc, ceea ce duce la o pierdere imensă de curent prin căldură și, ulterior, întregul proces devine foarte ineficient.

Pentru a compensa pierderile de mai sus, miezurile de transformare relativ mai mari sunt implicate cu un grad relevant de grosime a firului, ceea ce face ca întreaga unitate să fie grea și greoaie.

Un circuit de alimentare cu modul de comutare abordează această problemă foarte inteligent.

Dacă frecvența mai mică crește pierderile de curenți turbionari, înseamnă că o creștere a frecvenței ar face exact opusul.

Adică dacă frecvența crește, transformatorul ar putea fi mult mai mic, dar ar oferi un curent mai mare la ieșirile lor.

Exact asta facem cu un Circuitul SMPS . Să înțelegem funcționarea cu următoarele puncte:

Cum funcționează adaptoarele SMPS

Într-o diagramă a circuitului alimentării cu energie a comutatorului, intrarea CA este mai întâi rectificată și filtrată pentru a produce magnitudinea relevantă a CC.

DC-ul de mai sus se aplică unei configurații de oscilator care cuprinde un tranzistor de înaltă tensiune sau un mosfet, montat pe o înfășurare primară a transformatorului de ferită mic bine dimensionat.

Circuitul devine un tip de configurație auto-oscilant care începe să oscileze la o anumită frecvență predeterminată setată de alte componente pasive, cum ar fi condensatorii și rezistențele.

Frecvența este de obicei peste 50 Khz.

Această frecvență induce o tensiune și un curent echivalent la înfășurarea secundară a transformatorului, determinată de numărul de spire și SWG-ul firului.

Datorită implicării frecvențelor înalte, pierderile de curenți turbionari devin neglijabil de mici, iar ieșirea continuă de curent continuu devine derivabilă prin transformatoare cu nucleu de ferită mai mici și înfășurarea firului relativ mai subțire.

Cu toate acestea, tensiunea secundară va fi, de asemenea, la frecvența primară, prin urmare este din nou rectificată și filtrată folosind o diodă de recuperare rapidă și un condensator de valoare ridicată.

Rezultatul la ieșire este un curent continuu perfect filtrat, care poate fi utilizat eficient pentru acționarea oricărui circuit electronic.

În versiunile moderne ale SMPS, IC-urile hi-end sunt utilizate în locul tranzistoarelor la intrare.
IC-urile sunt echipate cu un mosfet încorporat de înaltă tensiune pentru susținerea oscilațiilor de înaltă frecvență și multe alte caracteristici de protecție.

Ce protecții încorporate au SMPS

Aceste IC-uri au circuite de protecție încorporate adecvate, cum ar fi protecția împotriva avalanșelor, protecția împotriva căldurii și protecția la ieșire la supratensiune și, de asemenea, o caracteristică de tip rafală.

Protecția împotriva avalanșei asigură faptul că IC-ul nu se deteriorează în timpul curentului de pornire la pornire.

Protecția împotriva supraîncălzirii asigură oprirea automată a circuitului electric dacă transformatorul nu este înfășurat corect și atrage mai mult curent din circuitul electric, făcându-l periculos de fierbinte.

Modul rafală este o caracteristică interesantă inclusă în unitățile SMPS moderne.

Aici, ieșirea DC este readusă la o intrare de detectare a CI. Dacă dintr-un anumit motiv, în mod normal din cauza unei înfășurări secundare greșite sau a unei selecții de rezistențe, tensiunea de ieșire crește peste o anumită valoare prestabilită, IC oprește comutarea de intrare și omite comutarea în rafale intermitente.

Acest lucru ajută la controlul tensiunii la ieșire și, de asemenea, a curentului la ieșire.

Funcția asigură, de asemenea, că, dacă tensiunea de ieșire este reglată la un anumit punct înalt și ieșirea nu este încărcată, IC-ul trece în modul rafală asigurându-se că unitatea funcționează intermitent până când ieșirea se încarcă adecvat, acest lucru economisește puterea unității în condiții de așteptare sau când ieșirea nu este operativă.

Feedback-ul de la secțiunea de ieșire la IC este implementat printr-un opto-cuplaj, astfel încât ieșirea să rămână departe de rețeaua de alimentare de înaltă tensiune de curent alternativ, evitând șocurile periculoase.