Cel mai frecvent tip de sursă de alimentare de astăzi este sursa de comutare.

proiectarea

Cel mai frecvent tip de sursă de alimentare de astăzi este sursa de comutare. Aceste unități utilizează modulația lățimii impulsurilor (PWM) pentru a regla ieșirea. În prezent, consumabilele utilizează mai multe configurații diferite de circuite PWM. În toate cazurile, semnalul logic PWM acționează tranzistorul de putere de comutare, iar tranzistorul de putere acționează sarcina.

Tranzistorul de comutare pornește și se oprește rapid, producând o tensiune de curent continuu. Tensiunea de curent continuu este alimentată către un transformator care convertește curentul continuu pulsatoriu în c.a. Acest curent alternativ este apoi alimentat către un al doilea redresor de pod care produce ieșirea continuă de curent continuu. Un circuit de detectare monitorizează continuu tensiunea de ieșire, ajustând ciclul de funcționare de comutare pentru a menține o tensiune de ieșire constantă.

Sursele de alimentare de comutare sunt mai eficiente decât cele reglementate în serie, deoarece puterea mică este disipată într-un tranzistor de comutare. Sursele de comutare sunt fizic mai mici decât tipurile reglate în serie, deoarece componentele care funcționează la frecvența de comutare (de obicei 20 kHz) sunt mult mai mici decât cele utilizate într-o sursă fără comutare care funcționează la 50 până la 60 Hz. Aceste surse de alimentare sunt potrivite acolo unde este necesară compactitatea, eficiența și o reglare moderată precisă. Dar sursele de alimentare de tip comutare sunt electric și uneori zgomotoase. Astfel, acestea nu sunt adecvate pentru alimentarea circuitelor sensibile la zgomotul electric, cu excepția cazului în care aceste circuite sunt filtrate și ecranate. În cele din urmă, sursele de comutare sunt în general mai costisitoare decât alte surse de alimentare.

Frecvențele de comutare cresc continuu. Avantajele frecvențelor mai ridicate includ dimensiunea redusă a componentelor, tensiunea de ondulare mai mică, puterea mai mare pe unitate de volum și funcționarea silențioasă. În timp ce 20-30 kHz pare a fi cea mai utilizată frecvență în prezent, se utilizează și 100 până la 500 kHz. Și unele circuite integrate de tip PWM sunt capabile să gestioneze frecvențele de comutare la 1 MHz și mai mult.

Circuitul care produce semnalul de acționare PWM este acum disponibil pe numeroase circuite integrate standard. Aceste jetoane au o varietate de caracteristici. Multe dintre caracteristici protejează cipul și sursa de alimentare de supratensiuni de curent de pornire, supratensiune și defecțiuni la scurtcircuit. Alții permit proiectantului de aprovizionare să construiască mai multă flexibilitate, cum ar fi controlul pornit/oprit de la distanță, detectarea la distanță a erorilor și partajarea proporțională a curentului de încărcare. IC-urile personalizate și microprocesoarele sunt acum încorporate în surse de alimentare mai complexe, în special în cele care interacționează cu computerele gazdă prin autobuze standard.

Producătorii de aprovizionare spun că opțiunile devin rapid caracteristici standard pe măsură ce utilizatorii solicită produse mai bune. Și pe măsură ce sistemele devin mai complexe, caracteristicile standard devin necesități de bază. Protecția la supratensiune, tensiunea reglabilă și pornirea activă sunt printre cele mai frecvente capabilități găsite pe sursele de alimentare actuale care au fost odată opțiuni. Opțiunile suplimentare, care sunt candidate la standardizare, includ filtre EMI specializate, indicatori valabili de defecțiune și putere și circuite de echilibru de curent pentru partajarea proporțională a sarcinii.

Comutarea este de obicei implementată într-unul din cele trei moduri. Primul este o configurație a circuitului flyback. Este potrivit până la 100 W și este cel mai economic dintre cele trei tipuri, deoarece conține cel mai mic număr de piese. O a doua se numește convertor de transmisie directă Este cel mai eficient din punct de vedere al costurilor între 80 și 200 W. Al treilea este un tip mai complex care vine fie ca un circuit de împingere centrală, fie ca un circuit de împingere pe jumătate de punte. Aceste două sunt utilizate pe scară largă în gama 150 - 600-W.

Un comutator off-line rectifică tensiunea principală de intrare și este considerat un convertor de curent continuu la curent continuu. Rectificat și filtrat 115 Vac produce aproximativ 145 Vdc; prin urmare, unele modele de convertoare funcționează de la intrarea de 145 Vcc, precum și de la 115 Vac. Redresoarele de intrare devin diode de direcție care permit oricărui cablu de intrare să fie pozitiv sau negativ. Și modelele off-line cu un mâner de intrare selectabil de 115/230-Vac, până la o intrare de 290 Vcc.

Comutatoarele care funcționează direct de la rețea necesită un circuit de limitare a supratensiunii de curent de intrare. Deoarece nu există nici o impedanță a transformatorului care să ajute la limitarea curentului de încărcare a condensatorilor de filtrare, curenții de vârf pot fi suficient de mari pentru a distruge redresoarele.

În configurația sa de bază, comutatorul flyback conține un transformator, un circuit de modulare a lățimii impulsurilor, un tranzistor de putere și o diodă de ieșire. Transformatorul scade tensiunea, asigură izolarea liniei și acționează ca un inductor. La pornirea tranzistorului de curent, curentul din primar stochează energie în miezul transformatorului. Polaritatea este de așa natură încât diodele nu conduc. Când tranzistorul se oprește, polaritatea tensiunii se inversează și zboară înapoi, trecând curentul prin dioda de ieșire la condensatorul de ieșire și la încărcare. Cantitatea de energie stocată în miez variază în funcție de timpul de pornire al PWM și al tranzistorului.

Pe măsură ce puterea crește peste 100 W, dimensiunea transformatorului flyback crește rapid din cauza cerințelor de curent crescute. De asemenea, forma de undă dinte de ferăstrău produsă de circuitul flyback are nevoie de dublul curentului de vârf pentru un anumit nivel de putere comparativ cu un convertor direct. Peste 100 W, curentul maxim maxim admis pentru tranzistorul flyback apare rapid.

Un convertor înainte folosește o diodă suplimentară a volantului și un sufocator de filtrare în ieșire în comparație cu circuitul flyback. De asemenea, transformatorul intensifică tensiunea în sus sau în jos și asigură izolația liniei.

În timpul tranzistorului de comutare la timp, curentul curge prin inductorul de ieșire către condensatorul filtrului, astfel încât inductorul stochează energie. Când tranzistorul se oprește, energia stocată continuă să curgă prin dioda volantului, provocând o tensiune de ondulare mai redusă decât proiectarea flyback. Curentul de vârf este doar jumătate din cel al flyback-ului, dar convertorul direct are două componente magnetice care măresc dimensiunea și costul.

Pe măsură ce puterea necesită o creștere suplimentară, circuitele push-pull sunt utilizate pe scară largă până la aproximativ 600 W. Sunt disponibile două versiuni. Unul este un circuit push-pull central, iar celălalt este o jumătate de pod. Circuitul central atins arată ca două convertoare înainte cu puncte alternative. Ambele convertoare partajează un singur inductor de ieșire. În funcție de lățimea impulsului, inductorul furnizează curent condensatorului în timp ce ambele comutatoare sunt deschise. Ambele circuite push-pull produc cea mai mică tensiune de ondulare dintre toate comutatoarele.

În timp ce sursele de alimentare cu comutare au multe avantaje față de tipurile liniare, ele au, de asemenea, mai multe dezavantaje. Printre acestea se numără producția de zgomot în timpul comutării, care necesită o atenție deosebită în proiectarea circuitelor și aspectul plăcii de circuite imprimate pentru filtrare. O sursă de alimentare liniară bine proiectată are un nivel de zgomot de ieșire mai mic de 1 mVpp, comparativ cu 10 mVpp pentru același comutator de capacitate. Ambele armonici de zgomot condus și radiate și de frecvență de comutare se extind în spectrul de frecvențe radio. Proiectanții trebuie să mențină aceste niveluri de zgomot în cadrul specificațiilor stabilite și controlate de agențiile de reglementare din întreaga lume.

Un alt dezavantaj se referă la răspunsul limitat la schimbările dinamice de încărcare. Spre deosebire de sursele liniare cu impedanță de ieșire foarte mică, corectarea tensiunii de sarcină într-un comutator are loc numai după un ciclu complet al oscilatorului. În plus, constanta de timp a buclei de control este setată pentru a integra modificarea tensiunii de ieșire pe mai multe cicluri pentru a preveni soneria continuă.

De regulă, reglarea liniei și a sarcinii pentru liniare sunt de aproximativ zece ori mai bune decât comutatoarele pentru aceeași tensiune și curent nominal. Dar această calitate vine în detrimentul disipării puterii. De exemplu, un raport de 2: 1 în eficiența unui comutator peste o liniară poate reprezenta un avantaj de 6: 1 în disiparea puterii la un nivel de 800 W.