La font d'alimentació de commutació s'utilitza per convertir la tensió d'entrada al valor requerit pels elements interns del dispositiu. Un altre nom de les fonts polsades, que s'ha generalitzat, és els inversors.
Contingut
Què és això?
L'inversor és una font d'alimentació secundària que utilitza la doble conversió de la tensió d'entrada de CA. El valor dels paràmetres de sortida es regula canviant la durada (amplada) dels polsos i, en alguns casos, la freqüència de la seva repetició. Aquest tipus de modulació s'anomena modulació d'amplada de pols.
El principi de funcionament d'una font d'alimentació commutada
El funcionament de l'inversor es basa en la rectificació de la tensió primària i la seva posterior transformació en una seqüència de polsos d'alta freqüència. En això es diferencia d'un transformador convencional.La tensió de sortida del bloc s'utilitza per formar un senyal de retroalimentació negativa, que us permet ajustar els paràmetres dels polsos. Mitjançant el control de l'amplada dels polsos, és fàcil organitzar l'estabilització i l'ajust dels paràmetres de sortida, tensió o corrent. És a dir, pot ser alhora un estabilitzador de tensió i un estabilitzador de corrent.
El nombre i la polaritat dels valors de sortida poden ser molt diferents segons com funcioni la font d'alimentació de commutació.
Varietats de fonts d'alimentació
S'han utilitzat diversos tipus d'inversors, que es diferencien pel seu esquema de construcció:
- sense transformador;
- transformador.
Els primers es diferencien en què la seqüència de polsos va directament al rectificador de sortida i al filtre de suavització del dispositiu. Aquest esquema té un mínim de components. Un inversor senzill inclou un circuit integrat especialitzat: un generador d'amplada de pols.
Dels inconvenients dels dispositius sense transformador, el principal és que no tenen aïllament galvànic de la xarxa elèctrica i poden suposar un risc de descàrrega elèctrica. A més, solen tenir poca potència i només donen 1 voltatge de sortida.
Més comuns són els dispositius transformadors en els quals s'alimenta un tren de polsos d'alta freqüència al bobinatge primari del transformador. Hi pot haver tants bobinatges secundaris com vulgueu, cosa que us permet generar diverses tensions de sortida. Cada bobinatge secundari es carrega amb el seu propi rectificador i filtre suavitzant.
Una potent font d'alimentació de commutació per a qualsevol ordinador es construeix d'acord amb un esquema que té una alta fiabilitat i seguretat. Per al senyal de retroalimentació, aquí s'utilitza una tensió de 5 o 12 volts, ja que aquests valors requereixen l'estabilització més precisa.
L'ús de transformadors per convertir la tensió d'alta freqüència (desenes de kilohertz en lloc de 50 Hz) va permetre reduir les seves dimensions i pes moltes vegades i utilitzar no ferro elèctric, sinó materials ferromagnètics amb una força coercitiva elevada com a material principal ( circuit magnètic).
Els convertidors de CC també es construeixen sobre la base de la modulació d'amplada de pols. Sense l'ús de circuits inversors, la conversió es va associar amb grans dificultats.
Esquema PSU
El circuit de la configuració més comuna d'un convertidor d'impulsos inclou:
- filtre de supressió de soroll de xarxa;
- rectificador;
- filtre suavitzant;
- convertidor d'amplada de pols;
- transistors de clau;
- transformador de sortida d'alta freqüència;
- rectificadors de sortida;
- sortida de filtres individuals i de grup.
L'objectiu del filtre de supressió de soroll és retardar les interferències del funcionament del dispositiu a la xarxa elèctrica. Els elements semiconductors de potència de commutació poden anar acompanyats de la creació de polsos a curt termini en un ampli rang de freqüències. Per tant, aquí cal utilitzar elements especialment dissenyats per a aquest propòsit com a condensadors de pas de les unitats de filtratge.
El rectificador s'utilitza per convertir la tensió de CA d'entrada a CC, i el següent filtre de suavització elimina l'ondulació de la tensió rectificada.
En el cas que s'utilitza un convertidor DC/DC, el rectificador i el filtre esdevenen innecessaris i el senyal d'entrada, després d'haver passat els circuits del filtre de soroll, s'alimenta directament al convertidor d'amplada de pols (modulador), abreujat com a PWM.
PWM és la part més complexa del circuit d'alimentació de commutació. La seva tasca inclou:
- generació de polsos d'alta freqüència;
- control dels paràmetres de sortida del bloc i correcció de la seqüència de polsos d'acord amb el senyal de retroalimentació;
- control i protecció contra sobrecàrregues.
El senyal PWM s'alimenta a les sortides de control de potents transistors de clau connectats en un circuit de pont o mig pont. Les sortides de potència dels transistors es carreguen al bobinatge primari del transformador de sortida d'alta freqüència. En lloc dels transistors bipolars tradicionals, s'utilitzen transistors IGBT o MOSFET, que es caracteritzen per una baixa caiguda de tensió a les unions i una gran velocitat. Els paràmetres de transistors millorats ajuden a reduir la dissipació de potència amb les mateixes dimensions i paràmetres de disseny tècnic.
El transformador d'impulsos de sortida utilitza el mateix principi de conversió que el clàssic. Una excepció és el treball a una freqüència més alta. Com a resultat, els transformadors d'alta freqüència amb la mateixa potència transmesa tenen dimensions més petites.
La tensió del bobinatge secundari del transformador de potència (poden haver-hi diversos) es subministra als rectificadors de sortida. A diferència del rectificador d'entrada, els díodes rectificadors del circuit secundari han de tenir una freqüència de funcionament augmentada.Els díodes Schottky funcionen millor en aquesta secció del circuit. Els seus avantatges respecte als convencionals:
- alta freqüència de funcionament;
- unió p-n de capacitat reduïda;
- petita caiguda de tensió.
L'objectiu del filtre de sortida de la font d'alimentació de commutació és reduir la ondulació de la tensió de sortida rectificada al mínim necessari. Atès que la freqüència d'ondulació és molt superior a la de la tensió de la xarxa, no hi ha necessitat de grans valors de capacitat dels condensadors i la inductància de les bobines.
Àmbit de l'alimentació de commutació
En la majoria dels casos s'utilitzen convertidors de tensió de commutació en lloc dels tradicionals transformadors amb estabilitzadors de semiconductors. Amb la mateixa potència, els inversors tenen dimensions i pes generals més petits, alta fiabilitat i, el més important, una major eficiència i la capacitat de funcionar en un ampli rang de voltatge d'entrada. I amb dimensions comparables, la potència màxima de l'inversor és diverses vegades més gran.
En una àrea com la conversió de tensió directa, les fonts polsades pràcticament no tenen substitució alternativa i són capaços de treballar no només per baixar la tensió, sinó també per generar-ne una augmentada, per organitzar un canvi de polaritat. L'alta freqüència de conversió facilita molt el filtrat i l'estabilització dels paràmetres de sortida.
Els inversors de mida petita basats en circuits integrats especialitzats s'utilitzen com a carregadors per a tot tipus d'aparells, i la seva fiabilitat és tal que la vida útil de la unitat de càrrega pot superar diverses vegades el temps de funcionament d'un dispositiu mòbil.
Els controladors d'alimentació de 12 volts per encendre fonts d'il·luminació LED també es construeixen segons un circuit polsat.
Com fer una font d'alimentació commutada amb les vostres pròpies mans
Els inversors, especialment els potents, tenen circuits complexos i només estan disponibles per a la repetició per a radioaficionats amb experiència. Per a l'autoassemblatge de fonts d'alimentació de xarxa, podem recomanar circuits senzills de baixa potència que utilitzen xips de controlador PWM especialitzats. Aquests circuits integrats tenen un nombre reduït d'elements de fleixament i han demostrat circuits de commutació típics que pràcticament no requereixen ajust i sintonització.
Quan es treballa amb estructures casolanes o es repara aparells industrials, cal recordar que una part del circuit sempre estarà al potencial de la xarxa, per tant, s'han d'observar les mesures de seguretat.
Articles semblants:
