Surse de alimentare cu comutare „SMPS” (Surse de alimentare cu comutare)

Tensiunea medie de ieșire poate fi calculată cu ușurință din următoarea ecuație:

Diagrama și principiul de bază al funcționării sursei de alimentare în modul comutat:

1 - Intrare de tensiune AC

3 - filtru de intrare

4 - redresor (punte diodă)

5 - tranzistor de tastare

6 - Controler PWM

7 - cuplaj optic (izolator galvanic)

8 - transformator de vârf

10 - filtru de ieșire

11 - ieșire de tensiune continuă

1 - Intrare de tensiune AC

3 - filtru de intrare

4 - redresor (punte diodă)

5 - tranzistor de tastare

6 - Controler PWM

7 - cuplaj optic (izolator galvanic)

8 - transformator de vârf

10 - filtru de ieșire

11 - ieșire de tensiune continuă

Următorii parametri trebuie luați în considerare la selectarea sursei de alimentare în modul comutat.

În Polonia și alte țări ale UE, tensiunea de rețea este de 230 V c.a. (cu excepția Regatului Unit - 240 V c.a.). Standardele permit o abatere de 10%, adică tensiunea de rețea poate fluctua de la 207 la 253 V c.a. Astfel, o sursă de alimentare cu o gamă largă de tensiune de intrare, de ex. Se recomandă 100–264 V c.a.

Curent maxim de intrare

Pulsul de curent mare este generat la pornire, care, în funcție de putere, poate atinge valori mari până la zeci de amperi cu o durată de până la o perioadă, adică până la 20 ms la 50 Hz AC. Acest fenomen este cauzat de încărcarea condensatorului de intrare și poate fi problematic la alimentarea mai multor surse de alimentare sau la utilizarea dispozitivelor de mare putere. Curentul mare de pornire poate declanșa protecția rețelei (siguranțe, întrerupător de supracurent etc.). Problema poate fi rezolvată prin utilizarea întreruptoarelor de supracurent de tip C sau de tip D.

Este un raport dintre puterea de ieșire DC (generată de sursa de alimentare) și puterea de intrare AC (primită de la rețea) exprimată în procente.

Eficiența este de obicei denotată de litera greacă mică: η. La toate dispozitivele care convertesc energia, o parte din puterea de intrare se pierde, iar eficiența este o măsură a pierderii de energie. Acest parametru este de remarcat, deoarece cu cât eficiența este mai mare, cu atât se pierde mai puțină energie, ceea ce înseamnă că temperatura din interiorul sursei de alimentare este mai mică și, ca urmare, fiabilitatea și durata de viață sunt crescute. Sursele de alimentare disponibile în modul comutat oferă eficiență> 90% (eficiența transformatoarelor sau a surselor de alimentare liniare nu depășește 50%).

η - eficiență (%)

Pout - putere de iesire

Pin - puterea de intrare

η - eficiență (%)

Pout - putere de iesire

Pin - puterea de intrare

Exemplul 1.
Eficiența unei surse de alimentare cu o putere de ieșire de 100 W la intrarea de rețea de 117,6 W poate fi calculată după cum urmează:

În fișele tehnice, producătorii specifică de obicei puterea de ieșire și eficiența sursei de alimentare, cu toate acestea, puterea de intrare nu este de obicei specificată. Poate fi calculat cu ușurință folosind următoarea ecuație.

Exemplul 2.
Alimentare cu putere de ieșire de 150W și eficiență de 86%. Alimentarea cu energie electrică poate fi calculată după cum urmează:

Pierderea de energie ca energie termică (Pd - pierderea de putere) poate fi calculată folosind o ecuație simplă (scoateți puterea generată de la puterea de intrare).

În acest caz, 24,4 W se pierd ca energie termică la sarcină maximă. Cei 24,4 W cresc temperatura din interiorul incintei și temperatura componentelor interne.

MTBF - Timpul mediu dintre eșec

Este exprimat în ore și indică fiabilitatea dispozitivului.

Acest parametru este adesea interpretat greșit. MTBF al sursei de alimentare poate fi de 700.000 de ore, adică aproape 80 de ani. Cu toate acestea, nu înseamnă că sursa de alimentare va funcționa fără eșecuri pentru o perioadă atât de lungă de timp.

Metodele de calcul al MTBF au fost introduse de armata SUA în 1965 odată cu publicarea modelului MIL-HDBK-217. Modelul a inclus ratele de defecțiune pentru diferite componente electronice, adică condensatori, rezistențe și tranzistoare și metodele de calcul al ratei de eșec. Trebuia să standardizeze metodele de evaluare a fiabilității pentru echipamentele electronice și militare.

În afară de modelele MIL-HDBK-217, alte modele pentru calcularea MTBF sunt disponibile în specificațiile dispozitivelor electronice. Modelele folosesc algoritmi diferiți pentru a calcula fiabilitatea. Exemple de metode: HRD5, Telcordia, RBD, model Markow, FMEA/FMECA, arbore de eșec, HALT.

Cu un timp MTBF cunoscut, putem calcula probabilitatea defecțiunii dispozitivului înainte de expirarea MTBF. Este o informație foarte utilă care permite evaluarea fiabilității generale a unui sistem. Regula este simplă: cu cât MTBF este mai mare, cu atât dispozitivul este mai fiabil.

MTBF este un moment, după care fiabilitatea dispozitivului scade la 36,8%.

Cum este posibil? Calculul folosește o ecuație pentru fiabilitate.

R (T) - fiabilitatea exprimată ca procente în raport cu timpul de funcționare al dispozitivului

T - timpul de funcționare al dispozitivului

MTBF - timpul mediu dintre eșec

2.718th cel mai frecvent - Numărul lui Euler (notat ca litera e)

R (T) - fiabilitatea exprimată ca procente în raport cu timpul de funcționare al dispozitivului

T - timpul de funcționare al dispozitivului

MTBF - timpul mediu dintre eșec

2.718th cel mai frecvent - numărul Euler (notat ca litera "e")

În cuvinte: 2.718 la puterea negativă a timpului de funcționare împărțit la MTBF.

Să calculăm rata de defecțiune a unui dispozitiv cu MTBF de 50.000 de ore după 50.000 de ore de funcționare.

Dispozitivul cu MTBF = 50.000 de ore are o fiabilitate de 36,8% după 50.000 de ore de funcționare. Cu alte cuvinte, după 50.000 de ore, probabilitatea este ca pentru fiecare 100 de dispozitive să fie aprox. 37 vor fi în continuare în funcțiune și 63 vor eșua.

Să verificăm probabilitatea unei defecțiuni în termen de 3 ani pentru două surse de alimentare cu MTBF diferit.

1. MTBF = 50.000 ore, 3 ani = 3 ani x 24 ore x 365 zile = 26.280 ore:

Rezultatele arată probabilitatea ca după 3 ani, 59,1% din sursele de alimentare să fie în continuare în funcțiune (de exemplu, pentru fiecare 100 de dispozitive, aproximativ 59 de dispozitive vor fi în continuare în funcțiune și 41 vor eșua).

2. MTBF = 70.000 ore, 3 ani = 3 ani x 24 ore x 365 zile = 26.280 ore:

Acest caz arată probabilitatea ca după 3 ani 97,1% din sursele de alimentare să fie în continuare în funcțiune (de exemplu, pentru fiecare 100 de dispozitive, aproximativ 97 vor fi în continuare în funcțiune și 3 vor eșua).

Cel mai adesea, MTBF este determinat de producător în raport cu funcționarea dispozitivului la 25 ° C. Pentru funcționarea la temperaturi mai ridicate, creșterea temperaturii cu 10 ° C reduce MTBF la jumătate. De ce diferă MTBF pentru diferite dispozitive? Diferența se datorează de obicei calității componentelor și gradului de complexitate. Nu toți producătorii includ acest parametru în specificațiile produsului.

Tensiunea de ieșire este tensiunea care trebuie stabilizată la modificările sarcinii de alimentare de la 0 la 100%. Amintiți-vă că tensiunea de ieșire pentru toate sursele de alimentare include zgomot, valuri și interferențe cu o amplitudine de până la câteva sute de mVp-p. Ondulația cu tensiune ridicată de ieșire poate cauza probleme dacă dispozitivul furnizat este susceptibil la ondulații, de ex. interferențe în imaginile înregistrate de camerele CCTV sau reporniri frecvente ale dispozitivelor electronice.

Un exemplu de oscilogramă a tensiunilor de tensiune a sursei de alimentare în modul comutat de 12V este prezentat mai jos.

Fiecare sursă de alimentare trebuie să furnizeze tensiune de ieșire constantă, indiferent de modificările curentului de sarcină. Cu toate acestea, pot apărea variații ale sarcinii (de exemplu, comutarea iluminatorului IR în camera CCTV sau a sarcinii auxiliare). Variația sarcinii de la 0 la 100% sau invers poate introduce interferențe și fluctuații de tensiune de ieșire care pot afecta funcționarea altor dispozitive conectate la sursa de alimentare.

Diagrama prezintă modificări ale tensiunii de ieșire datorate schimbărilor de sarcină de la 0 la 100% pentru o sursă de alimentare de înaltă calitate din (pe baza specificațiilor).

V - tensiunea de ieșire

V - tensiunea de ieșire

Majoritatea surselor de alimentare cu regim de comutare sunt prevăzute cu protecții împotriva scurtcircuitului și suprasolicitării. Deoarece sunt utilizate diferite protecții, sursa de alimentare trebuie să fie adecvată tipului de sarcină. Motoare, becuri incandescente, capacitate mare și sarcini mari cu inductanță etc., adică sarcinile cu caracteristici neliniare pot necesita impulsuri de curent mare la putere la depășirea curentului nominal maxim al sursei de alimentare. Poate declanșa protecția și poate împiedica pornirea sursei de alimentare. În practică, o sursă de alimentare de 12V 50W nu va putea furniza o sarcină de 12V 30W (de ex. Bec sau motor cu incandescență).

Proiectanții surselor de alimentare utilizează diferite metode pentru a preveni scurtcircuitele și supraîncărcările. Protecția trebuie să garanteze siguranța atât a sursei de alimentare, cât și a sarcinii. Cele mai frecvent utilizate protecții sunt discutate mai jos.

Este una dintre cele mai frecvent folosite protecții sughiţ caracterizat prin pierderi reduse de energie în sursa de alimentare din cauza supraîncărcării sau scurtcircuitului și restabilirea automată a funcționării normale după ce a fost eliminată cauza scurtcircuitului sau suprasolicitării.

Diagrama de mai jos prezintă principiul de bază de lucru al protecției de tip sughiț.

Wout - tensiunea de ieșire

Am plecat - curent de ieșire

A - scurtcircuit (suprasarcină)

B - cauza scurtcircuitului eliminată

Wout - tensiunea de ieșire

Am plecat - curent de ieșire

A - scurtcircuit (suprasarcină)

B - cauza scurtcircuitului eliminată

Suprasarcina sau scurtcircuitul au loc la A. Sursa de alimentare este deconectată. La ieșire se generează impuls de curent de durată foarte scurtă (de ex. 100 ms) la 150% curent maxim. Sursa de alimentare va transmite acest impuls la fiecare câteva secunde până la cauza supraîncărcării sau a scurtcircuitului (B) este eliminat și restabilește modul normal de funcționare. În majoritatea cazurilor, pragul de activare (deconectarea sursei de alimentare) este setat la 110-150% curent nominalAm plecat). Acest mod este de obicei integrat cu o protecție termică. Dacă sarcina necesită un curent mai mare decât curentul nominal, dar mai mic decât pragul, protecția termică va fi activată după un timp pentru a deconecta sursa de alimentare și a comuta în modul sughiț până când se elimină cauza supraîncărcării.

Alte tipuri de protecție împotriva intrării de curent mare sunt prezentate mai jos (3 curbe: A, B și C).

Wout - tensiunea de ieșire

Am plecat - curent de ieșire

Wout - tensiunea de ieșire

Am plecat - curent de ieșire

Curba A - limitarea curentului de foldback (Limitarea curentului de foldback)
Acest tip de protecție este utilizat și în sursele de alimentare liniare. După depășirea curentului maxim (rezistență la sarcină redusă), curentul este redus. Cu alte cuvinte, dacă rezistența la sarcină este redusă, curentul este, de asemenea, redus. Această metodă se caracterizează prin pierderi reduse de energie la sursa de alimentare în caz de suprasarcină sau scurtcircuit. Cu toate acestea, sursa de alimentare nu va porni cu sarcini care necesită curenți mari de pornire (de exemplu, sarcini de capacitate mare).

Curba B - limitarea constantă a curentului (Constant Current Limiting)
După depășirea curentului maxim (rezistență redusă la sarcină), sursa de alimentare menține curentul constant de ieșire, indiferent de suprasarcină, reducând simultan tensiunea de ieșire. Protecție auxiliară care deconectează sursa de alimentare în cazul în care tensiunea scade la mai mulți volți este adesea utilizată. Această metodă se caracterizează prin pierderi mari de putere la sursa de alimentare și debit mare de curent prin sarcină care poate duce la deteriorarea. Acest tip de protecție permite pornirea unei surse de alimentare cu sarcini neliniare conectate.

Curba C - limitarea puterii (limitarea puterii)
După depășirea curentului maxim (rezistență la sarcină redusă), puterea de ieșire a sursei de alimentare este menținută la un nivel constant. Odată cu creșterea sarcinii, tensiunea și curentul de ieșire scad în conformitate cu curba C. Acest tip de protecție permite pornirea unei surse de alimentare cu sarcini neliniare conectate.

Temperatura de lucru, temperatura aerului înconjurător

În funcție de eficiența sursei de alimentare, o parte din energia furnizată la sursa de alimentare se pierde ca energie termică, temperatura din interiorul sursei de energie crește în raport cu temperatura externă. Sursele de alimentare de înaltă calitate care funcționează la 25 ° C se pot încălzi până la 50-70 ° C. La temperaturi ambientale de 50 ° C, temperatura unei surse de alimentare poate ajunge până la 75-95 ° C.

Temperatura de funcționare afectează în mod direct durata de viață și fiabilitatea dispozitivului. Sursele de alimentare cu comutare sunt foarte complexe și constau dintr-un număr mare de componente electronice care pot fi aranjate unul lângă celălalt în interiorul carcasei. Temperatura ambientală ridicată poate duce la deteriorări și poate reduce semnificativ durata de viață. Există o corelație puternică între puterea de ieșire și temperatura. Evitați funcționarea sursei de alimentare la temperaturi care depășesc 50 ° C, în ciuda faptului că producătorii specifică adesea temperaturi mai mari de funcționare. Citiți cu atenție specificațiile dispozitivului.

De exemplu, temperatura de funcționare pentru o sursă de alimentare de 150W 12V este de -10 ° C la 70 ° C. Cu toate acestea, specificația include un grafic al sarcinii procentuale în funcție de temperatura de funcționare.

L - Procentul încărcării maxime

T - Temperatura aerului înconjurător

L - Procentul încărcării maxime

T - Temperatura aerului înconjurător

Graficul arată că dispozitivul poate furniza putere maximă până la 50 ° C. La 70 ° C, dispozitivul poate furniza 50% din curentul maxim.

Condensatoarele electrolitice utilizate în aproape fiecare sursă de alimentare sunt componentele cele mai sensibile la creșterea temperaturii. Producătorii de condensatoare includ un parametru cheie, adică durata de viață la temperatura maximă de funcționare. Scăderea temperaturii cu 10 ° C va dubla durata de viață a condensatorului electrolitic. De exemplu, durata de viață a unui condensator electrolitic standard este de 1.000 de ore la 105 ° C.

Adică:

Durata de viață nu înseamnă neapărat că condensatorul va eșua, cu toate acestea, performanța sa va fi redusă semnificativ (capacitate, rezistență serială etc.) ceea ce poate duce la eșec.

Cu cât temperatura este mai scăzută, cu atât durata de viață este mai mare. Sunt disponibile condensatoare cu o durată de viață de câteva ori mai mare, însă acestea sunt mult mai scumpe. Este producătorul care decide asupra componentelor utilizate. Componentele mai scumpe cu o durată de viață mai lungă nu sunt utilizate de obicei în sursele de alimentare mai puțin costisitoare.

• Depanarea surselor de alimentare în modul comutatorului
• Depanarea surselor de alimentare pentru sistemele de control al accesului Lăcătuș
• Utilizarea a două surse de alimentare în computer (într-un mod adecvat) - Super User
• Surse de alimentare stabilizate
• Două surse de alimentare de 12v în serie Schimb de stive de electrotehnică