Impulzni napajalni blok

Za navadnega človeka, ki se ne poglobi v elektroniko, je bil prehod vseh napajalnikov iz linearnega v impulzni neopazen. To so impulzni napajalniki (SMPS), ki so vgrajeni v vso sodobno opremo. Glavni razlog za prehod na to vrsto napetostnih pretvornikov je zmanjšanje velikosti. Ker ves čas, od začetka videza in izuma, elektronske naprave zahtevajo nenehno zmanjševanje njihove velikosti. Na sliki so za primerjavo prikazane dimenzije običajnega in impulznega enosmernega vira. Razlika v velikosti je vidna s prostim očesom.

Načelo delovanja SMPS in njegove naprave

Stikalni napajalnik je naprava, ki deluje na principu inverterja, torej najprej pretvori izmenično napetost v konstantno, nato pa spet iz konstantne naredi spremenljivo želene frekvence. Konec koncev zadnja stopnja pretvornika še vedno temelji na usmerjanju napetosti, saj večina naprav še vedno deluje pri znižani enosmerni napetosti. Bistvo zmanjšanja dimenzij teh napajalno-pretvornih naprav temelji na delovanju transformatorja. Dejstvo je, da transformator ne more delovati z enosmerno napetostjo. Preprosto, na izhodu sekundarnega navitja, ko enosmerni tok deluje na primarni, ne bo induciran EMF (elektromotorna sila). Da se napetost pojavi na sekundarnem navitju, se mora spremeniti v smeri ali velikosti. To lastnost ima izmenična napetost, tok v njej spreminja svojo smer in velikost s frekvenco 50 Hz. Vendar pa je za zmanjšanje dimenzij samega napajalnika in s tem transformatorja, ki je osnova galvanske izolacije, potrebno povečati frekvenco vhodne napetosti.

Hkrati imajo impulzni transformatorji, za razliko od običajnih linearnih, feritno jedro magnetnega vezja in ne jeklenega iz plošč. In tudi sodobni napajalniki, ki delujejo na tem principu, so sestavljeni iz:

1. usmernik omrežne napetosti;
2. impulzni generator, ki temelji na PWM (pulzno širinska modulacija) ali Schmittovem prožilu;
3. pretvornik konstantne napetosti.

Po usmerniku omrežne napetosti jo generator impulzov s pomočjo PWM ustvari v izmenično napetost s frekvenco približno 20–80 kHz. To povečanje s 50 Hz na desetine kHz vam omogoča, da znatno zmanjšate tako dimenzije kot maso vira energije. Zgornje območje bi lahko bilo večje, vendar bo takrat naprava ustvarila visokofrekvenčne motnje, ki bodo vplivale na delovanje radiofrekvenčne opreme. Pri izbiri PWM stabilizacije je treba upoštevati tudi višje harmonike tokov.

Tudi pri delovanju na takih frekvencah te impulzne naprave ustvarjajo visokofrekvenčni šum. In več kot jih je v eni sobi ali v eni zaprti sobi, več jih je v radijskih frekvencah. Za absorpcijo teh negativnih vplivov in motenj so na vhodu in izhodu naprave nameščeni posebni filtri za dušenje hrupa.

To je dober primer sodobnega stikalnega napajalnika, ki se uporablja v osebnih računalnikih.

A - vhodni usmernik. Uporabljajo se lahko polmostna in premostitvena vezja. Spodaj je vhodni filter z induktivnostjo;
B - vhodni gladilni kondenzatorji z dokaj veliko kapacitivnostjo. Desno je nameščen radiator visokonapetostnih tranzistorjev;
C - impulzni transformator. Desno je nameščen radiator nizkonapetostnih diod;
D - tuljava izhodnega filtra, to je skupinska stabilizacijska tuljava;
E - kondenzatorji izhodnega filtra.
Tuljava in veliki rumeni kondenzator pod E sta sestavni deli dodatnega vhodnega filtra, nameščenega neposredno na napajalni konektor in nista del glavnega vezja.

Če radioamater sam izumi vezje, potem bo zagotovo pogledal v priročnik o radijskih komponentah. Referenčna knjiga je v tem primeru glavni vir informacij.

Flyback preklopno napajanje

To je ena od vrst stikalnih napajalnikov, ki imajo galvansko izolacijo primarnega in sekundarnega tokokroga. Ta vrsta pretvornikov je bila takoj izumljena, patentirana leta 1851, njena izboljšana različica pa je bila uporabljena v sistemih za vžig in pri vodoravnem skeniranju televizorjev in monitorjev za dovajanje visokonapetostne energije na sekundarno anodo kineskopa.

Glavni del tega napajalnika je tudi transformator ali morda dušilka. V njegovem delu sta dve stopnji:

1. Akumulacija električne energije iz omrežja ali drugega vira;
2. Izhod akumulirane energije v sekundarna vezja pol-mosta.

Med odpiranjem in zapiranjem primarnega tokokroga se v sekundaru pojavi tok. Vlogo ključa za odpiranje je največkrat opravljal tranzistor. Ugotovite, katere parametre morate uporabiti v referenčnem priročniku. krmiljenje tega tranzistorja najpogosteje izvaja poljski tranzistor zaradi krmilnika PWM.

Nadzor krmilnika PWM

V določenih intervalih se izvaja pretvorba omrežne napetosti, ki je že prestala stopnjo popravljanja, v pravokotne impulze. Obdobje izklopa in vklopa tega tranzistorja se izvaja z mikrovezji. Krmilniki PWM teh tipk so glavni aktivni krmilni element vezja. V tem primeru imata napajalnik naprej in nazaj transformator, po katerem se ponovno popravi.

Da bi preprečili padec izhodne napetosti v SMPS z naraščajočo obremenitvijo, je bila razvita povratna informacija, ki je bila uvedena neposredno v krmilnike PWM. Takšna povezava omogoča popolno stabilizacijo nadzorovane izhodne napetosti s spreminjanjem delovnega cikla impulzov. Krmilniki, ki delujejo na PWM modulaciji, dajejo širok razpon sprememb izhodne napetosti.

Mikrovezja za stikalne napajalnike so lahko domače ali tuje proizvodnje. Na primer, NCP 1252 - krmilniki PWM, ki imajo nadzor toka in so zasnovani za ustvarjanje obeh vrst impulznih pretvornikov. Glavni generatorji impulznih signalov te blagovne znamke so se izkazali za zanesljive naprave. Krmilniki NCP 1252 imajo vse kakovostne lastnosti za ustvarjanje stroškovno učinkovitih in zanesljivih napajalnikov. Stikalni napajalniki, ki temeljijo na tem mikrovezju, se uporabljajo v številnih znamkah računalnikov, televizorjev, ojačevalnikov, stereo sistemov itd. Če pogledate v imenik, lahko najdete vse potrebne in podrobne informacije o vseh njegovih delovnih parametrih.

Prednost stikalnih napajalnikov pred linearnimi

Pri stikalnih napajalnikih je vidnih vrsta prednosti, ki jih kvalitativno ločijo od linearnih. Tu so glavne:

1. Znatno zmanjšanje velikosti in teže naprav;
2. Zmanjšanje količine dragih neželeznih kovin, kot je baker, ki se uporabljajo pri njihovi proizvodnji;
3. Brez težav v primeru kratkega stika, v večji meri to velja za povratne naprave;
4. Odlična gladka nastavitev izhodne napetosti, kot tudi njena stabilizacija z vnosom povratne informacije v krmilnike PWM;
5. Visoke stopnje učinkovitosti.

Vendar pa imajo, tako kot vse na tem svetu, tudi impulzni bloki svoje pomanjkljivosti:

1. Emisija motenj, ki se lahko pojavi pri okvarjenih vezjih za dušenje šuma, najpogosteje je to sušenje elektrolitskih kondenzatorjev;
2. Neželeno delo brez obremenitve;
3. Bolj zapletena shema, ki uporablja več podrobnosti za iskanje analogov, za katere potrebujete referenčno knjigo.

Uporaba napajalnikov na osnovi visokofrekvenčne modulacije (v impulzih) v sodobni elektroniki, tako v vsakdanjem življenju kot v proizvodnji, je pomembno vplivala na razvoj celotne elektronske tehnologije. S trga so že dolgo izrinili zastarele vire, zgrajene na tradicionalni linearni shemi, v prihodnosti pa jih bodo le izboljšali. Hkrati so PWM krmilniki srce te naprave in razvoj njihove funkcionalnosti in tehničnih lastnosti se nenehno izboljšuje.

Video o delovanju stikalnega napajalnika