Импулсното захранване се използва за преобразуване на входното напрежение в стойността, изисквана от вътрешните елементи на устройството. Друго име на импулсните източници, което стана широко разпространено, са инвертори.
Съдържание
Какво е?
Инверторът е вторичен източник на захранване, който използва двойно преобразуване на входното променливо напрежение. Стойността на изходните параметри се регулира чрез промяна на продължителността (широчината) на импулсите и в някои случаи честотата на тяхното повторение. Този тип модулация се нарича модулация на ширината на импулса.
Принципът на работа на импулсното захранване
Работата на инвертора се основава на изправяне на първичното напрежение и по-нататъшното му трансформиране в последователност от високочестотни импулси. По това се различава от конвенционалния трансформатор.Изходното напрежение на блока се използва за формиране на сигнал за отрицателна обратна връзка, който ви позволява да регулирате параметрите на импулсите. Чрез контролиране на ширината на импулсите е лесно да се организира стабилизирането и регулирането на изходните параметри, напрежението или тока. Тоест може да бъде както стабилизатор на напрежение, така и стабилизатор на ток.
Броят и полярността на изходните стойности може да бъдат много различни в зависимост от това как работи импулсното захранване.
Разновидности на захранвания
Използвани са няколко вида инвертори, които се различават по конструктивната си схема:
- безтрансформаторни;
- трансформатор.
Първите се различават по това, че импулсната последователност отива директно към изходния токоизправител и изглаждащия филтър на устройството. Такава схема има минимум компоненти. Един прост инвертор включва специализирана интегрална схема - генератор на широчина на импулса.
От недостатъците на безтрансформаторните устройства основният е, че те нямат галванична изолация от електрическата мрежа и могат да представляват риск от токов удар. Освен това те обикновено имат ниска мощност и дават само 1 изходно напрежение.
По-често срещани са трансформаторни устройства, при които към първичната намотка на трансформатора се подава високочестотна импулсна верига. Може да има толкова вторични намотки, колкото искате, което ви позволява да генерирате няколко изходни напрежения. Всяка вторична намотка е заредена със собствен токоизправител и изглаждащ филтър.
Мощно импулсно захранване за всеки компютър е изградено по схема, която има висока надеждност и безопасност. За сигнала за обратна връзка тук се използва напрежение от 5 или 12 волта, тъй като тези стойности изискват най-точната стабилизация.
Използването на трансформатори за преобразуване на високочестотно напрежение (десетки килохерца вместо 50 Hz) даде възможност да се намалят многократно техните размери и тегло и да се използват не електрическо желязо, а феромагнитни материали с висока коерцитивна сила като материал на сърцевината ( магнитна верига).
DC преобразувателите също са изградени на базата на широчинно-импулсна модулация. Без използването на инверторни схеми, преобразуването беше свързано с големи трудности.
Схема на захранване
Веригата на най-често срещаната конфигурация на импулсен преобразувател включва:
- филтър за потискане на мрежовия шум;
- токоизправител;
- изглаждащ филтър;
- преобразувател на широчината на импулса;
- ключови транзистори;
- изходен високочестотен трансформатор;
- изходни токоизправители;
- извежда индивидуални и групови филтри.
Целта на филтъра за потискане на шума е да забави смущенията от работата на устройството в електрическата мрежа. Превключването на мощността на полупроводниковите елементи може да бъде придружено от създаването на краткотрайни импулси в широк честотен диапазон. Ето защо тук е необходимо да се използват специално проектирани за тази цел елементи като проходни кондензатори на филтърните възли.
Токоизправителят се използва за преобразуване на входното променливо напрежение в DC, а следващият изглаждащ филтър елиминира пулсациите на изправеното напрежение.
В случай, че се използва DC/DC преобразувател, токоизправителят и филтърът стават ненужни и входният сигнал, преминаващ през веригите на филтъра за шум, се подава директно към преобразувателя на широчината на импулса (модулатора), съкратено PWM.
PWM е най-сложната част от импулсната захранваща верига. Неговата задача включва:
- генериране на високочестотни импулси;
- управление на изходните параметри на блока и корекция на импулсната последователност в съответствие със сигнала за обратна връзка;
- контрол и защита от претоварване.
ШИМ сигналът се подава към управляващите изходи на мощни ключови транзистори, свързани в мостова или полумостова верига. Изходните мощности на транзисторите се натоварват върху първичната намотка на високочестотния изходен трансформатор. Вместо традиционните биполярни транзистори се използват IGBT или MOSFET транзистори, които се характеризират с нисък спад на напрежението в преходите и висока скорост. Подобрените параметри на транзистора помагат за намаляване на разсейването на мощността със същите размери и технически параметри на дизайна.
Изходният импулсен трансформатор използва същия принцип на преобразуване като класическия. Изключение е работата на по-висока честота. В резултат на това високочестотните трансформатори със същата предавана мощност имат по-малки размери.
Напрежението от вторичната намотка на силовия трансформатор (може да има няколко) се подава към изходните токоизправители. За разлика от входния токоизправител, токоизправителните диоди на вторичната верига трябва да имат повишена работна честота.Диодите на Шотки работят най-добре в този участък от веригата. Техните предимства пред конвенционалните:
- висока работна честота;
- p-n преход с намален капацитет;
- малък спад на напрежението.
Целта на изходния филтър на импулсното захранване е да намали пулсациите на изправеното изходно напрежение до необходимия минимум. Тъй като честотата на пулсациите е много по-висока от тази на мрежовото напрежение, няма нужда от големи стойности на капацитета на кондензаторите и индуктивността на намотките.
Обхват на импулсното захранване
Превключватели на напрежение се използват в повечето случаи вместо традиционните трансформатори с полупроводникови стабилизатори. Със същата мощност инверторите са с по-малки габаритни размери и тегло, висока надеждност и най-важното – по-висока ефективност и възможност за работа в широк диапазон на входното напрежение. И при сравними размери максималната мощност на инвертора е няколко пъти по-висока.
В такава област като преобразуване на директно напрежение, импулсните източници практически нямат алтернативна замяна и са в състояние да работят не само за понижаване на напрежението, но и за генериране на повишено, за организиране на промяна на полярността. Високата честота на преобразуване значително улеснява филтрирането и стабилизирането на изходните параметри.
Малките инвертори, базирани на специализирани интегрални схеми, се използват като зарядни устройства за всякакви джаджи, а тяхната надеждност е такава, че експлоатационният живот на зарядното устройство може да надвиши времето за работа на мобилно устройство няколко пъти.
12-волтови захранващи драйвери за включване на LED източници на осветление също са изградени по импулсна верига.
Как да направите импулсно захранване със собствените си ръце
Инверторите, особено мощните, имат сложна схема и са достъпни за повторение само от опитни радиолюбители. За самостоятелно сглобяване на мрежови захранвания можем да препоръчаме прости вериги с ниска мощност, използващи специализирани PWM контролерни чипове. Такива ИС имат малък брой свързващи елементи и имат доказани типични комутационни вериги, които практически не изискват настройка и настройка.
Когато работите с домашно изработени конструкции или ремонтирате промишлени устройства, трябва да се помни, че част от веригата винаги ще бъде на потенциала на мрежата, следователно трябва да се спазват мерките за безопасност.
Подобни статии:
