Zasilacze impulsowe — ogólne zasady, zalety i wady
Dziś już trudno jest znaleźć żelazny transformator w jakimkolwiek urządzeniu gospodarstwa domowego lub zasilaczu. W latach 90. zaczęły one gwałtownie odchodzić w przeszłość, ustępując miejsca przetwornicom przełączającym lub zasilaczom impulsowym (w skrócie SMPS).
Zasilacze impulsowe przewyższają transformatory wielkością, jakością uzyskiwanego napięcia stałego, mają szerokie możliwości regulacji napięcia i prądu wyjściowego oraz tradycyjnie wyposażone są w zabezpieczenie wyjścia przed przeciążeniem. I chociaż uważa się, że zasilacze impulsowe są głównym źródłem zakłóceń w sieci domowej, ich powszechnego stosowania nie można odwrócić.
Zasilanie transformatora:
Prąd przełączania:
Zasilacze impulsowe zawdzięczają swoją wszechobecność przełącznikom półprzewodnikowym — tranzystory polowe I Dioda Schottky'ego…To właśnie tranzystor polowy, współpracujący z dławikiem lub transformatorem, jest sercem każdego nowoczesnego zasilacza impulsowego: w falownikach, spawarkach, zasilaczach bezprzerwowych, zasilaczach do zabudowy do telewizorów, monitorów itp. — obecnie prawie wszędzie stosowane są tylko układy konwersji impulsów.
Ogólna zasada działania przetwornika impulsów opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej i jest w tym podobna z każdym transformatorem… Jedyna różnica polega na tym, że napięcie przemienne o częstotliwości sieciowej 50 Hz jest doprowadzane bezpośrednio do uzwojenia pierwotnego konwencjonalnego transformatora sieciowego i bezpośrednio przetwarzane (następnie, jeśli to konieczne, prostowane), a w zasilaczu impulsowym napięcie sieciowe jest najpierw prostowany i przetwarzany na prąd stały, a następnie przekształcany w impuls, który można dalej zwiększać lub zmniejszać za pomocą specjalnego obwodu wysokiej częstotliwości (w porównaniu z siecią 50 Hz).
Obwód zasilacza impulsowego obejmuje kilka głównych elementów: prostownik sieciowy, przełącznik (lub przełączniki), transformator (lub dławik), prostownik wyjściowy, jednostkę sterującą oraz jednostkę stabilizująco-zabezpieczającą. Prostownik, przełącznik i transformator (dławik) stanowią podstawę części zasilającej układu SMPS, natomiast bloki elektroniczne (w tym sterownik PWM) należą do tzw.
Tak więc napięcie sieciowe jest podawane przez prostownik do kondensatora filtra sieciowego, gdzie w ten sposób uzyskuje się stałe napięcie, którego maksimum wynosi od 305 do 340 woltów, w zależności od aktualnej średniej wartości napięcia sieciowego ( od 215 do 240 woltów).
Napięcie wyprostowane jest przykładane do uzwojenia pierwotnego transformatora (dławika) w postaci impulsów, których częstotliwość powtarzania jest zwykle określana przez kluczowy obwód sterujący, a czas trwania jest określany przez średni prąd zasilanego obciążenia .
Przełącznik o częstotliwości od kilkudziesięciu do kilkuset kiloherców łączy i rozłącza uzwojenie pierwotne transformatora lub dławika z kondensatorem filtrującym, odwracając w ten sposób magnesowanie rdzenia transformatora lub dławika.
Różnica między transformatorem a dławikiem: w dławiku fazy magazynowania energii ze źródła do rdzenia i przekazywania energii z rdzenia przez uzwojenie do obciążenia są rozłożone w czasie, podczas gdy w transformatorze dzieje się to jednocześnie.
Dławik stosowany jest w przetwornicach bez izolacji galwanicznej topologii: boost – boost, step – down, a także w przetwornicach z izolacją galwaniczną topologii odwrotnej. Transformator stosowany jest w przekształtnikach z izolacją galwaniczną o topologiach: mostek-pełny-mostek, półmostek-półmostek, przeciwsobny-ciągnący-przeciwsobny-ciągnący, przód-przód.
Przełącznik może być pojedynczy (przetwornica buck-up, przetwornica forward, przetwornica boost lub buck bez izolacji galwanicznej) lub sekcja zasilająca może zawierać kilka przełączników (półmostek, mostek, push).
Obwód sterujący przełącznika(ów) otrzymuje z wyjścia źródła sygnał sprzężenia zwrotnego dla napięcia lub napięcia i prądu obciążenia, zgodnie z wartością tego sygnału, szerokością (wypełnieniem) impulsu, który kontroluje czas trwania stanu przewodzenia przełącznika jest regulowany automatycznie.
Wyjście jest ułożone w następujący sposób. Z uzwojenia wtórnego transformatora lub cewki indukcyjnej lub z pojedynczego uzwojenia cewki indukcyjnej (jeśli mówimy o konwerterze bez izolacji galwanicznej), przez diody Schottky'ego prostownika pełnookresowego, do filtra dostarczane jest napięcie pulsacyjne kondensator.
Istnieje również dzielnik napięcia, z którego odbierany jest sygnał sprzężenia zwrotnego napięcia, a także czujnik prądu. Obciążenie jest podłączone do kondensatora filtra przez dodatkowy wyjściowy filtr dolnoprzepustowy lub bezpośrednio.