Kā darbojas slēdža režīma barošanas (SMPS) shēmas

SMPS ir akronīms vārdam Switch Mode Power Supply. Nosaukums nepārprotami liek domāt, ka jēdzienam ir kaut kas vai tas ir pilnīgi saistīts ar impulsiem vai izmantoto ierīču pārslēgšanu. Uzzināsim, kā darbojas SMPS adapteri, lai tīkla spriegumu pārveidotu par zemāku līdzstrāvas spriegumu.

SMPS topoloģijas priekšrocība

SMPS adapteros ideja ir ieslēgt tīkla ieejas spriegumu transformatora primārajā tinumā tā, lai pie transformatora sekundārā tinuma varētu iegūt zemāku DC spriegumu.

Tomēr jautājums ir tāds pats, ko var izdarīt ar parasto transformatoru, tad kāda ir tik sarežģītas konfigurācijas nepieciešamība, ja funkcionēšanu var vienkārši ieviest, izmantojot parastos transformatorus?

Koncepcija tika izstrādāta tieši tāpēc, lai izslēgtu smago un lielgabarīta transformatoru izmantošanu ar daudz efektīvākām SMPS barošanas ķēdes .

Lai gan darbības princips ir diezgan līdzīgs, rezultāti ir ļoti atšķirīgi.

Mūsu tīkla spriegums ir arī pulsējošs spriegums vai maiņstrāva, kas parasti tiek ievadīta parastajā transformatorā nepieciešamajiem pārveidojumiem, taču mēs nevaram padarīt transformatoru mazāku pat tad, ja strāva ir tik zema kā 500 mA.

Iemesls tam ir ļoti zemā frekvence, kas saistīta ar mūsu maiņstrāvas tīkla ieejām.
Pie 50 Hz vai 60 Hz vērtība ir ārkārtīgi zema, lai tos ieviestu lielās līdzstrāvas izejās, izmantojot mazākus transformatorus.

Tas notiek tāpēc, ka, samazinoties frekvencei, palielinās virpuļstrāvas zudumi ar transformatora magnetizāciju, kā rezultātā siltuma dēļ tiek zaudēta liela strāva, un pēc tam viss process kļūst ļoti neefektīvs.

Lai kompensētu iepriekšminētos zaudējumus, ir iesaistīti salīdzinoši lielāki transformatora serdeņi ar attiecīgu stieples biezuma pakāpi, padarot visu vienību smagu un apgrūtinošu.

Slēdža režīma barošanas ķēde ļoti gudri risina šo problēmu.

Ja zemāka frekvence palielina virpuļstrāvas zudumus, tas nozīmē, ka frekvences palielināšana rīkotos tieši pretēji.

Nozīme, ja frekvence tiek palielināta, transformatoru var padarīt daudz mazāku, tomēr to izejā būtu lielāka strāva.

Tas ir tieši tas, ko mēs darām ar SMPS shēma . Sapratīsim darbību ar šādiem punktiem:

Kā darbojas SMPS adapteri

Slēdža režīma barošanas ķēdes shēmā ieeja AC vispirms tiek izlabota un filtrēta, lai iegūtu atbilstošu līdzstrāvas lielumu.

Iepriekšminētā līdzstrāva tiek piemērota oscilatora konfigurācijai, kas sastāv no augstsprieguma tranzistora vai mosfeta, kas piestiprināta pie labi izmērīta maza ferīta transformatora primārā tinuma.

Kontūra kļūst par pašu svārstīgu konfigurācijas veidu, kas sāk svārstīties ar kādu iepriekš noteiktu frekvenci, ko iestatījuši citi pasīvie komponenti, piemēram, kondensatori un rezistori.

Biežums parasti pārsniedz 50 Khz.

Šī frekvence inducē līdzvērtīgu spriegumu un strāvu pie transformatora sekundārā tinuma, ko nosaka pēc stieples pagriezienu skaita un SWG.

Sakarā ar augsto frekvenču iedarbību virpuļstrāvas zudumi kļūst nenozīmīgi mazi un lielas strāvas līdzstrāvas izeja kļūst atvasināma, izmantojot mazākus ferīta serdeņu transformatorus un salīdzinoši plānāku stiepļu tinumu.

Tomēr sekundārais spriegums būs arī primārajā frekvencē, tāpēc to atkal izlabo un filtrē, izmantojot ātras atkopšanas diode un augstas vērtības kondensatoru.

Rezultāts pie izejas ir perfekti filtrēts zems līdzstrāvas līmenis, ko var efektīvi izmantot jebkuras elektroniskās ķēdes darbināšanai.

Mūsdienu SMPS versijās ieejā tranzistoru vietā tiek izmantotas augstas klases IC.
IC ir aprīkoti ar iebūvētu augstsprieguma mosfetu, lai uzturētu augstas frekvences svārstības un daudzas citas aizsardzības funkcijas.

Kādas ir iebūvētās aizsardzības funkcijas SMPS

Šīm IC ir pietiekama iebūvēta aizsardzības shēma, piemēram, aizsardzība pret lavīnu, aizsardzība pret karstumu un izejas pār sprieguma aizsardzību, kā arī sprādziena režīma funkcija.

Lavīnas aizsardzība nodrošina, ka IC netiek sabojāts strāvas ieslēgšanas strāvas laikā.

Aizsardzība pret pārkaršanu nodrošina to, ka IC automātiski izslēdzas, ja transformators nav pareizi ievilkts, un no IC ievada vairāk strāvas, padarot to bīstami karstu.

Sērijveida režīms ir interesanta funkcija, kas iekļauta mūsdienu SMPS vienībās.

Šeit izejas DC tiek atgriezta IC jutīgajā ieejā. Ja kāda iemesla dēļ, parasti nepareizas sekundārās tinuma vai rezistoru izvēles dēļ, izejas spriegums pārsniedz noteiktu iepriekš noteiktu vērtību, IC izslēdz ieejas komutāciju un izlaiž pārslēgšanos ar periodiskiem pārrāvumiem.

Tas palīdz kontrolēt izejas spriegumu un arī strāvu izejā.

Funkcija arī nodrošina, ka, ja izejas spriegums tiek noregulēts uz kādu augstāko punktu un izeja netiek ielādēta, IC pārslēdzas uz sērijas režīmu, pārliecinoties, ka iekārta tiek darbināta ar pārtraukumiem, līdz izeja tiek atbilstoši noslogota, tas ietaupa ierīces jaudu gaidīšanas režīmā vai ja izvade nedarbojas.

Atgriezeniskā saite no izejas sadaļas uz IC tiek ieviesta, izmantojot opto-savienotāju, lai izeja paliktu labi atdalīta no augstsprieguma tīkla maiņstrāvas, izvairoties no bīstamiem triecieniem.