แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งคืออะไรและแตกต่างจากอะนาล็อกทั่วไปอย่างไร

ในเครื่องใช้ไฟฟ้าจำนวนมากหลักการของการใช้พลังงานทุติยภูมิได้ถูกนำมาใช้เป็นเวลานานผ่านการใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมซึ่งได้รับความไว้วางใจจากฟังก์ชั่นการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับวงจรที่ต้องการพลังงานจากแรงดันไฟฟ้าความถี่และกระแสไฟฟ้า ...

สำหรับสิ่งนี้องค์ประกอบเพิ่มเติมจะถูกสร้างขึ้น: อุปกรณ์ไฟฟ้าเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของประเภทหนึ่งเป็นประเภทอื่น พวกเขาสามารถ:

• สร้างขึ้นในกรณีของผู้บริโภคเช่นเดียวกับอุปกรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์จำนวนมาก

• หรือทำโดยแยกโมดูลที่มีสายเชื่อมต่อคล้ายกับที่ชาร์จแบบดั้งเดิมบนโทรศัพท์มือถือ

ในวิศวกรรมไฟฟ้าสมัยใหม่หลักการของการแปลงพลังงานสองประการสำหรับผู้ใช้ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ:

1. การใช้อุปกรณ์แปลงสัญญาณอนาล็อกเพื่อส่งกำลังไปยังวงจรทุติยภูมิ

2. การสลับแหล่งจ่ายไฟ

พวกเขามีความแตกต่างพื้นฐานในการออกแบบของพวกเขาทำงานกับเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน

หม้อแปลงไฟฟ้า

เริ่มแรกมีเพียงการออกแบบเท่านั้นที่ถูกสร้างขึ้น พวกเขาเปลี่ยนโครงสร้างแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนจากเครือข่ายครัวเรือน 220 โวลต์ซึ่งความกว้างของฮาร์มอนิกลดลงจากนั้นก็ส่งไปยังอุปกรณ์วงจรเรียงกระแสที่ประกอบด้วยไดโอดพลังงานซึ่งโดยปกติจะเชื่อมต่อตามวงจรสะพาน

หลังจากนั้นแรงดันไฟฟ้าของระลอกจะถูกปรับให้เรียบแบบขนานโดยค่าความจุที่เลือกตามค่าของพลังงานที่อนุญาตและเสถียรโดยวงจรเซมิคอนดักเตอร์พร้อมทรานซิสเตอร์พลังงาน

โดยการเปลี่ยนตำแหน่งของตัวต้านทานปรับแต่งในวงจรความเสถียรทำให้สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเอาท์พุท

การสลับพาวเวอร์ซัพพลาย (UPS)

พัฒนาการออกแบบดังกล่าวปรากฏขึ้นเป็นจำนวนมากเมื่อหลายสิบปีก่อนและเริ่มเพลิดเพลินกับความนิยมที่เพิ่มขึ้นในอุปกรณ์ไฟฟ้าเนื่องจาก:

• ความพร้อมในการทำฐานองค์ประกอบทั่วไปให้สมบูรณ์

• ความน่าเชื่อถือในการดำเนินการ

• ความเป็นไปได้ของการขยายช่วงการทำงานของแรงดันเอาต์พุต

แหล่งจ่ายพลังงานแบบสวิตชิ่งเกือบทั้งหมดนั้นมีความแตกต่างกันเล็กน้อยในการออกแบบและใช้งานตามรูปแบบทั่วไปของอุปกรณ์อื่น

ส่วนประกอบหลักของแหล่งจ่ายไฟรวมถึง:

• วงจรเรียงกระแสเครือข่ายที่ประกอบจาก: ฉายาอินพุต, ตัวกรองระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ให้การปลดจากการรบกวนและการแยกสถิตยศาสตร์กับตัวเก็บประจุฟิวส์ไฟและสะพานไดโอด;

• ความสามารถในการกรองสะสม

• ทรานซิสเตอร์พลังงานที่สำคัญ

• oscillator ต้นแบบ

• วงจรป้อนกลับที่ทำบนทรานซิสเตอร์;

• OPTOCOUPLER;

• การสลับแหล่งจ่ายไฟจากขดลวดทุติยภูมิซึ่งแรงดันไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาสำหรับการแปลงเป็นวงจรไฟฟ้า

• วงจรเรียงกระแสไดโอดของวงจรเอาท์พุท;

• วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกตัวอย่างเช่น 12 โวลต์ที่มีการปรับจูนด้วยออปโตคัปเปลอร์และทรานซิสเตอร์

• ตัวเก็บประจุกรอง

• อำนาจโช้ค, การดำเนินบทบาทของการแก้ไขแรงดันไฟฟ้าและการวินิจฉัยในเครือข่าย;

• ขั้วต่อเอาท์พุท

ตัวอย่างของบอร์ดอิเล็กทรอนิกส์ของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่คล้ายกันโดยมีการกำหนดย่อของฐานองค์ประกอบจะแสดงในภาพ

แหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่งเป็นอย่างไร

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรโดยใช้หลักการของการทำงานร่วมกันขององค์ประกอบของวงจรอินเวอร์เตอร์

แรงดันเครือข่าย 220 โวลต์จ่ายผ่านสายเชื่อมต่อกับวงจรเรียงกระแส แอมพลิจูดของมันถูกปรับให้เรียบโดยฟิลเตอร์ capacitive เนื่องจากการใช้ตัวเก็บประจุที่ทนต่อยอดของ 300 โวลต์และแยกออกจากตัวกรองสัญญาณรบกวน

อินพุต สะพานไดโอด แก้ไขไซนัสด์ที่ผ่านเข้าไปซึ่งจะถูกแปลงโดยวงจรทรานซิสเตอร์เป็นพัลส์ความถี่สูงและพัลส์รูปสี่เหลี่ยมที่มีรอบการทำงานบางอย่าง สามารถแปลงได้:

1. แยก galvanic ของเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟจากวงจรเอาท์พุท

2. ไม่มีการดำเนินการผลลัพธ์ดังกล่าว

แหล่งจ่ายไฟสลับแยก

ในกรณีนี้สัญญาณความถี่สูงจะถูกส่งไปยังพัลส์ทรีหม้อแปลงเพื่อทำการแยกกัลวานิกของวงจร เนื่องจากความถี่ที่เพิ่มขึ้นประสิทธิภาพของการใช้หม้อแปลงเพิ่มขึ้นขนาดของวงจรแม่เหล็กและน้ำหนักจะลดลง ส่วนใหญ่แล้วมักใช้เฟอร์ไรต์สำหรับวัสดุของแกนกลางและเหล็กไฟฟ้าจะไม่ถูกใช้ในอุปกรณ์เหล่านี้ นอกจากนี้ยังช่วยลดการออกแบบโดยรวมให้น้อยที่สุด

หนึ่งในรุ่นของวงจรจ่ายไฟสลับที่มีการแยกหม้อแปลงของวงจรจะแสดงในภาพ

ในอุปกรณ์ดังกล่าวมีเครือข่ายเชื่อมโยงสามเครือข่าย:

1. ตัวควบคุม PWM

2. น้ำตกของปุ่มเปิดปิด

3. หม้อแปลงชีพจร

ตัวควบคุม PWM ทำงานอย่างไร

ตัวควบคุมคืออุปกรณ์ที่ควบคุมกระบวนการ ในหน่วยแหล่งจ่ายไฟที่กำลังพิจารณามันเป็นกระบวนการของการแปลงการปรับความกว้างพัลส์ มันขึ้นอยู่กับหลักการของการสร้างพัลส์ของความถี่เดียวกัน แต่มีเวลาเปลี่ยนที่แตกต่างกัน

การจ่ายโมเมนตัมสอดคล้องกับการกำหนดของหน่วยทางลอจิคัลและการขาดนั้นสอดคล้องกับศูนย์ ยิ่งไปกว่านั้นมันมีขนาดเท่ากันและมีความถี่เท่ากัน (มีช่วงความผันผวน T เดียวกัน) ระยะเวลาของสถานะเปิดของหน่วยและความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงระยะเวลาและช่วยให้คุณสามารถควบคุมการทำงานของวงจรอิเล็กทรอนิกส์

การเปลี่ยนแปลงโดยทั่วไปในลำดับ SHIP จะแสดงในกราฟ

ตัวควบคุมมักจะสร้างพัลส์ดังกล่าวด้วยความถี่ 30 ÷ 60 kHz

ตัวอย่างคือคอนโทรลเลอร์ที่สร้างบนชิป TL494 ในการปรับความถี่ของการสร้างพัลส์จะมีการใช้วงจรที่ประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ

ทำงานเรียงซ้อนของปุ่มเปิดปิด

ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ที่ทรงพลังซึ่งเลือกมาจากรุ่นไบโพลาร์, สนามหรือ IGBT สามารถสร้างระบบควบคุมแยกต่างหากสำหรับพวกเขาบนทรานซิสเตอร์พลังงานต่ำหรือไดรเวอร์รวม

ปุ่มเปิดปิดสามารถเปิดได้หลายวิธี:

• สะพาน;

• สะพานครึ่งหนึ่ง

• ด้วยจุดกึ่งกลาง

หม้อแปลงชีพจร

ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิที่ติดตั้งรอบแกนแม่เหล็กทำจากเฟอร์ไรต์หรืออัลไซเฟอร์สามารถส่งพัลส์ความถี่สูงได้อย่างน่าเชื่อถือด้วยความถี่สูงถึง 100 kHz

การทำงานของพวกเขาเสริมด้วยโซ่ของฟิลเตอร์, ความคงตัว, ไดโอดและส่วนประกอบอื่น ๆ

การสลับแหล่งจ่ายไฟโดยไม่แยกด้วยไฟฟ้า

ในการสลับแหล่งจ่ายไฟที่ออกแบบตามอัลกอริทึมที่แยกการแยกแบบไฟฟ้าออกจะไม่ใช้หม้อแปลงแยกความถี่สูงและสัญญาณจะไปยังตัวกรองความถี่ต่ำโดยตรง หลักการทำงานที่คล้ายกันของวงจรแสดงไว้ด้านล่าง

คุณสมบัติของเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าขาออก

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งทั้งหมดรวมองค์ประกอบที่ให้ข้อเสนอแนะเชิงลบพร้อมพารามิเตอร์เอาต์พุต ด้วยเหตุนี้พวกเขามีเสถียรภาพที่ดีของแรงดันออกภายใต้การเปลี่ยนแปลงโหลดและความผันผวนในเครือข่ายอุปทาน

วิธีการใช้ข้อเสนอแนะขึ้นอยู่กับโครงการที่ใช้ในการใช้งานแหล่งจ่ายไฟ มันสามารถดำเนินการในหน่วยงานที่มีการแยกกัลวานิคเนื่องจาก:

1. ผลกลางของแรงดันไฟฟ้าขาออกที่หนึ่งในขดลวดของหม้อแปลงชีพจรความถี่สูง

2. การใช้ออปโตคัปเปลอร์

ในทั้งสองกรณีสัญญาณเหล่านี้จะควบคุมรอบการทำงานของพัลส์ที่จ่ายให้กับเอาต์พุตของตัวควบคุม PWM

เมื่อใช้วงจรที่ไม่มีการแยกกระแสไฟฟ้ามักจะสร้างข้อเสนอแนะโดยการเชื่อมต่อตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าความต้านทาน

ข้อดีของการจ่ายพลังงานแบบสวิตช์ผ่านอนาล็อกทั่วไป

เมื่อเปรียบเทียบการออกแบบของบล็อกที่มีตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพเท่ากันสวิตช์ไฟมีข้อดีดังต่อไปนี้:

1. ลดน้ำหนัก

2. เพิ่มประสิทธิภาพ

3. ลดต้นทุน

4. ขยายช่วงของแรงดันไฟฟ้าอุปทาน

5. การปรากฏตัวของการป้องกันในตัว

1. น้ำหนักและขนาดที่ลดลงของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งอธิบายได้ด้วยการเปลี่ยนจากการแปลงพลังงานความถี่ต่ำโดยหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังสูงและหนักด้วยระบบควบคุมที่อยู่ในหม้อน้ำระบายความร้อนขนาดใหญ่และทำงานในโหมดเชิงเส้นคงที่

โดยการเพิ่มความถี่ของสัญญาณประมวลผลความจุของตัวกรองแรงดันไฟฟ้าและตามขนาดของพวกเขาจะลดลง รูปแบบการยืดของพวกเขานั้นง่ายขึ้นจนถึงการเปลี่ยนไปเป็นคลื่นครึ่งง่าย

2. สำหรับหม้อแปลงความถี่ต่ำจะมีการสูญเสียพลังงานอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากการปลดปล่อยและการกระจายความร้อนในระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

ในบล็อกพัลส์การสูญเสียพลังงานที่ยิ่งใหญ่ที่สุดจะเกิดขึ้นระหว่างชั่วคราวระหว่างการสลับของสวิตช์ไฟแบบเรียงซ้อน และเวลาที่เหลือทรานซิสเตอร์อยู่ในตำแหน่งที่มั่นคง: เปิดหรือปิด ด้วยเงื่อนไขนี้เงื่อนไขทั้งหมดถูกสร้างขึ้นสำหรับการสูญเสียไฟฟ้าขั้นต่ำเมื่อประสิทธิภาพสามารถ 90 ÷ 98%

3. ราคาของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจะค่อยๆลดลงเนื่องจากการรวมกันอย่างต่อเนื่องขององค์ประกอบพื้นฐานซึ่งเกิดขึ้นจากองค์กรที่มียานยนต์อย่างเต็มรูปแบบพร้อมเครื่องจักรหุ่นยนต์ นอกจากนี้โหมดการทำงานขององค์ประกอบพลังงานตามปุ่มควบคุมช่วยให้การใช้ส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่มีประสิทธิภาพน้อยลง

4. เทคโนโลยีพัลส์ช่วยให้คุณสามารถจ่ายไฟจากแหล่งแรงดันไฟฟ้าที่มีความถี่และแอมพลิจูดต่างกัน เป็นการขยายขอบเขตการใช้งานในสภาพการใช้งานด้วยมาตรฐานพลังงานไฟฟ้าที่หลากหลาย

5. ด้วยการใช้โมดูลสารกึ่งตัวนำเทคโนโลยีดิจิตอลขนาดเล็กทำให้สามารถรวมการป้องกันเข้ากับการออกแบบของบล็อกพัลส์ได้อย่างน่าเชื่อถือซึ่งควบคุมการเกิดกระแสลัดวงจรตัดการเชื่อมต่อโหลดที่เอาต์พุตของอุปกรณ์และโหมดฉุกเฉินอื่น ๆ

สำหรับแหล่งจ่ายไฟหม้อแปลงทั่วไปการป้องกันดังกล่าวถูกสร้างขึ้นบนระบบเครื่องกลไฟฟ้าเก่ารีเลย์ฐานเซมิคอนดักเตอร์ การใช้เทคโนโลยีดิจิตอลกับพวกเขาในรูปแบบส่วนใหญ่ตอนนี้ไม่สมเหตุสมผล ข้อยกเว้นคือกรณีอาหาร:

• วงจรควบคุมพลังงานต่ำของเครื่องใช้ในครัวเรือนที่ซับซ้อน

• อุปกรณ์ควบคุมความแม่นยำต่ำที่มีความแม่นยำสูงเช่นใช้ในอุปกรณ์วัดหรือวัตถุประสงค์ทางมาตรวิทยา (มิเตอร์ไฟฟ้าดิจิตอลโวลต์มิเตอร์)

ข้อเสียของการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟ

การรบกวน V / h

เนื่องจากอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งทำงานบนหลักการของการแปลงพัลส์ความถี่สูงพวกมันในการออกแบบใด ๆ ก็จะสร้างการรบกวนที่ส่งไปยังสภาพแวดล้อม สิ่งนี้สร้างความต้องการที่จะระงับพวกเขาในรูปแบบต่างๆ

ในบางกรณีการยกเลิกสัญญาณรบกวนอาจไม่มีประสิทธิภาพซึ่งจะช่วยลดการใช้แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งสำหรับอุปกรณ์ดิจิตอลความแม่นยำบางประเภท

ขีด จำกัด พลังงาน

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งมีข้อห้ามในการใช้งานไม่เพียง แต่สูง แต่ยังมีโหลดต่ำด้วย หากมีการลดลงอย่างรวดเร็วในปัจจุบันนอกค่าวิกฤตขั้นต่ำที่เกิดขึ้นในวงจรเอาท์พุท, วงจรเริ่มต้นอาจล้มเหลวหรือหน่วยจะออกแรงดันไฟฟ้าที่มีลักษณะทางเทคนิคที่ผิดเพี้ยนที่ไม่เหมาะสมกับช่วงปฏิบัติการ

และในบทความนี้อ่านเกี่ยวกับ การซ่อมแซมการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟ.