Impulzný blok energie

Pre bežného človeka, ktorý sa nehrabe v elektronike, bol prechod všetkých zdrojov z lineárneho na pulzný nepostrehnuteľný. Sú to pulzné napájacie zdroje (SMPS), ktoré sú inštalované vo všetkých moderných zariadeniach. Hlavným dôvodom prechodu na tento typ meničov napätia je zmenšenie. Keďže elektronické zariadenia od začiatku vzhľadu a vynálezu vyžadujú neustále zmenšovanie ich veľkosti. Na obrázku sú pre porovnanie uvedené rozmery konvenčného a impulzného jednosmerného zdroja. Rozdiel vo veľkosti je viditeľný voľným okom.

Princíp činnosti SMPS a jeho zariadenia

Spínaný zdroj je zariadenie, ktoré pracuje na princípe meniča, to znamená, že striedavé napätie najprv premení na konštantné a potom opäť z konštantného vytvorí premennú požadovanej frekvencie. V konečnom dôsledku je posledný stupeň meniča stále založený na usmerňovaní napätia, keďže väčšina zariadení stále pracuje so zníženým jednosmerným napätím. Podstata zmenšenia rozmerov týchto napájacích a meniacich zariadení je založená na prevádzke transformátora. Faktom je, že transformátor nemôže pracovať s jednosmerným napätím. Jednoducho, na výstupe sekundárneho vinutia sa pri privedení jednosmerného prúdu na primár nebude indukovať EMF (elektromotorická sila). Aby sa na sekundárnom vinutí objavilo napätie, musí sa zmeniť smer alebo veľkosť. Túto vlastnosť má striedavé napätie, prúd v ňom mení svoj smer a veľkosť s frekvenciou 50 Hz. Aby sa však zmenšili rozmery samotného napájacieho zdroja a teda aj transformátora, ktorý je základom galvanického oddelenia, je potrebné zvýšiť frekvenciu vstupného napätia.

Súčasne pulzné transformátory, na rozdiel od konvenčných lineárnych, majú feritové jadro magnetického obvodu a nie oceľové jadro vyrobené z dosiek. A tiež moderné napájacie zdroje fungujúce na tomto princípe pozostávajú z:

1. usmerňovač sieťového napätia;
2. generátor impulzov založený na PWM (modulácia šírky impulzu) alebo Schmittovom spúšťači;
3. menič konštantného napätia.

Za usmerňovačom sieťového napätia ho generátor impulzov pomocou PWM generuje na striedavé napätie s frekvenciou asi 20–80 kHz. Práve toto zvýšenie z 50 Hz na desiatky kHz umožňuje výrazne znížiť rozmery aj hmotnosť zdroja. Horný rozsah môže byť väčší, ale potom bude zariadenie vytvárať vysokofrekvenčné rušenie, ktoré ovplyvní činnosť rádiofrekvenčného zariadenia. Pri výbere PWM stabilizácie je potrebné brať do úvahy aj vyššie harmonické prúdy.

Aj pri prevádzke na takýchto frekvenciách tieto impulzné zariadenia generujú vysokofrekvenčný šum. A čím viac ich je v jednej miestnosti alebo v jednej uzavretej miestnosti, tým viac ich je na rádiových frekvenciách. Na absorbovanie týchto negatívnych vplyvov a rušení sú na vstupe zariadenia a na jeho výstupe inštalované špeciálne filtre na potlačenie hluku.

Toto je dobrý príklad moderného spínaného zdroja napájania používaného v osobných počítačoch.

A - vstupný usmerňovač. Môžu sa použiť polomostové a mostové obvody. Nižšie je uvedený vstupný filter s indukčnosťou;
B - vstupné vyhladzovacie kondenzátory s pomerne veľkou kapacitou. Vpravo je inštalovaný žiarič vysokonapäťových tranzistorov;
C - impulzný transformátor. Vpravo je namontovaný žiarič nízkonapäťových diód;
D - výstupná filtračná cievka, to znamená induktor skupinovej stabilizácie;
E - výstupné filtračné kondenzátory.
Cievka a veľký žltý kondenzátor pod E sú komponenty prídavného vstupného filtra namontovaného priamo na napájacom konektore a nie sú súčasťou hlavnej dosky plošných spojov.

Ak si rádioamatér obvod sám vymyslí, určite sa pozrie do referenčnej knihy o rádiových komponentoch. Práve referenčná kniha je v tomto prípade hlavným zdrojom informácií.

Flyback spínaný napájací zdroj

Toto je jeden z druhov spínaných zdrojov, ktoré majú galvanické oddelenie primárneho aj sekundárneho okruhu. Okamžite bol vynájdený tento typ meničov, ktorý bol patentovaný už v roku 1851 a jeho vylepšená verzia sa používala v zapaľovacích systémoch a pri horizontálnom skenovaní televízorov a monitorov na dodávanie vysokonapäťovej energie do sekundárnej anódy kineskopu.

Hlavnou súčasťou tohto zdroja je tiež transformátor alebo možno tlmivka. V jeho práci existujú dve etapy:

1. Akumulácia elektrickej energie zo siete alebo z iného zdroja;
2. Výstup naakumulovanej energie do sekundárnych okruhov polovičného mostíka.

Počas otvárania a zatvárania primárneho okruhu sa v sekundárnom okruhu objaví prúd. Úlohu otváracieho kľúča plnil najčastejšie tranzistor. Zistite parametre, ktoré musíte použiť v referenčnej príručke. riadenie tohto tranzistora sa najčastejšie vykonáva poľným tranzistorom vďaka PWM regulátoru.

Ovládanie regulátora PWM

Premena sieťového napätia, ktoré už prešlo fázou usmerňovania, na pravouhlé impulzy sa vykonáva v určitých intervaloch. Obdobie vypnutia a zapnutia tohto tranzistora sa vykonáva pomocou mikroobvodov. Ovládače PWM týchto kláves sú hlavným aktívnym ovládacím prvkom obvodu. V tomto prípade má dopredný aj spätný napájací zdroj transformátor, po ktorom je znovu usmernený.

Aby sa zabránilo poklesu výstupného napätia v SMPS so zvyšujúcou sa záťažou, bola vyvinutá spätná väzba, ktorá bola zavedená priamo do regulátorov PWM. Takéto zapojenie umožňuje plne stabilizovať riadené výstupné napätie zmenou pracovného cyklu impulzov. Regulátory pracujúce na PWM modulácii poskytujú široký rozsah zmien výstupného napätia.

Mikroobvody pre spínané zdroje môžu byť domácej alebo zahraničnej výroby. Napríklad NCP 1252 - regulátory PWM, ktoré majú reguláciu prúdu a sú navrhnuté tak, aby vytvorili oba typy pulzných meničov. Hlavné generátory impulzných signálov tejto značky sa ukázali ako spoľahlivé zariadenia. Ovládače NCP 1252 majú všetky kvalitatívne vlastnosti na vytvorenie nákladovo efektívnych a spoľahlivých napájacích zdrojov. Spínané zdroje na báze tohto mikroobvodu sa používajú v mnohých značkách počítačov, televízorov, zosilňovačov, stereo systémov atď. Pri pohľade do adresára nájdete všetky potrebné a podrobné informácie o všetkých jeho prevádzkových parametroch.

Výhoda spínaných zdrojov oproti lineárnym

V spínaných napájacích zdrojoch je viditeľných množstvo výhod, ktoré ich kvalitatívne odlišujú od lineárnych. Tu sú tie hlavné:

1. Výrazné zníženie veľkosti a hmotnosti zariadení;
2. Zníženie množstva drahých neželezných kovov, ako je meď, používaných pri ich výrobe;
3. Žiadne problémy v prípade skratu, vo väčšej miere to platí pre flyback zariadenia;
4. Vynikajúce plynulé nastavenie výstupného napätia, ako aj jeho stabilizácia zavedením spätnej väzby do PWM regulátorov;
5. Vysoká miera účinnosti.

Avšak, ako všetko na tomto svete, aj impulzné bloky majú svoje nevýhody:

1. Emisie rušenia, ktoré sa môžu vyskytnúť pri chybných obvodoch na potlačenie hluku, najčastejšie ide o vysychanie elektrolytických kondenzátorov;
2. Nežiaduca práca bez zaťaženia;
3. Zložitejšia schéma využívajúca viac podrobností na vyhľadávanie analógov, ku ktorým potrebujete referenčnú knihu.

Využitie napájacích zdrojov na báze vysokofrekvenčnej modulácie (v pulznej) v modernej elektronike, tak v bežnom živote, ako aj vo výrobe, výrazne ovplyvnilo vývoj celej elektronickej techniky. Už dávno vytlačili z trhu zastarané zdroje postavené na tradičnej lineárnej schéme a v budúcnosti sa budú len zlepšovať. PWM regulátory sú zároveň srdcom tohto zariadenia a vývoj ich funkčnosti a technických vlastností sa neustále zlepšuje.

Video o prevádzke spínaného zdroja