منبع تغذیه سوئیچینگ | Switched-mode power supply
منبع تغذیه سوئیچینگ
منبع تغذیه سوئیچ حالت (منبع تغذیه سوئیچینگ حالت، تغییر حالت منبع تغذیه، منبع تغذیه روشن، SMPS، و یا سیستمهای) یک منبع تغذیه الکترونیکی است که شامل یک رگولاتور سوئیچینگ برای تبدیل انرژی الکتریکی کارآمد است. مانند سایر منابع تغذیه، یک SMPS انتقال قدرت از یک منبع، مانند برق قدرت، به یک بار، مانند یک کامپیوتر شخصی، در حالی که تبدیل ولتاژ و ویژگی های فعلی است. بر خلاف یک منبع تغذیه خطی، ترانزیستور عبور از یک منبع سوئیچینگ حالت به طور مستمر سوئیچ بین کم اتلاف، ایالات پر بار و پر کردن، و صرف زمان بسیار کمی در انتقال اتلاف بالا، که به حداقل می رساند اتلاف انرژی. در حالت ایده آل، یک منبع تغذیه سوئیچینگ پراکندگی هیچ قدرتی ندارد. تنظیم ولتاژ با تغییر نسبت در به خاموش زمان به دست آورد. در مقابل، یک منبع تغذیه خطی تنظیم ولتاژ خروجی به طور مستمر اتلاف قدرت در ترانزیستور پاس. این بازده تبدیل توان بالاتر یک مزیت مهم یک منبع تغذیه سوئیچینگ است. برق سوئیچ حالت نیز ممکن است قابل ملاحظه ای کوچکتر و سبک تر از یک منبع خطی با توجه به اندازه ترانسفورماتور کوچکتر و وزن باشد.
تنظیم کننده های سوئیچینگ به عنوان جایگزین برای تنظیم کننده های خطی استفاده می شود که بهره وری بالاتر، اندازه کوچکتر و یا وزن سبک تر مورد نیاز است. آنها، با این حال، پیچیده تر. جریان تعویض خود می تواند مشکلات نویز الکتریکی شود اگر دقت سرکوب نیست، و طرح های ساده ممکن است یک عامل قدرت ضعیف است.
یک تنظیم کننده خطی ولتاژ خروجی مورد نظر را با اتلاف قدرت بیش از حد در تلفات اهمی (به عنوان مثال، در یک مقاومت یا در منطقه کلکتور امیتر ترانزیستور پاس در حالت فعال آن) فراهم می کند. یک تنظیم کننده خطی تنظیم هم ولتاژ خروجی و یا در حال حاضر با اتلاف برق بیش از حد در شکل گرما، و از این رو حداکثر بهره وری قدرت خود است ولتاژ-OUT / ولتاژ در از تفاوت ولت هدر می رود.
در مقابل، منبع تغذیه سوئیچینگ تنظیم هم ولتاژ خروجی و یا در حال حاضر با عناصر سوئیچینگ ذخیره سازی ایده آل، مانند سلف ها و خازن، به داخل و خارج از تنظیمات الکتریکی متفاوت است. عناصر سوئیچینگ ایده آل (به عنوان مثال، ترانزیستورها در خارج از حالت فعال خود عمل) هیچ مقاومت که “بسته” و حمل بدون فعلی زمانی که “باز”، و بنابراین مبدل لحاظ نظری می تواند با 100٪ بهره وری کار (به عنوان مثال، تمام قدرت ورودی به تحویل بار؛ هیچ قدرت به صورت گرما تلف تلف).
شماتیک اساسی یک مبدل بوست.
برای مثال، اگر یک منبع DC، یک سلف، یک سوئیچ، و متناظر زمین الکتریکی در سری قرار می گیرد و سوئیچ با یک موج مربعی رانده می شود، ولتاژ پیک به پیک از شکل موج اندازه گیری در سراسر سوئیچ می تواند بیش از ولتاژ ورودی از منبع DC. دلیل این است که سلف به تغییرات در حال حاضر پاسخ با القای ولتاژ خود را برای مقابله با تغییر در جریان، و این ولتاژ می افزاید: به ولتاژ منبع در حالی که سوئیچ باز است. اگر یک ترکیب دیود و خازن به صورت موازی به سوئیچ قرار می گیرد، ولتاژ پیک را می توان در خازن ذخیره می شود، و خازن می توان به عنوان یک منبع DC با ولتاژ خروجی بیشتر از ولتاژ DC رانندگی مدار استفاده می شود. این مبدل بوست مانند یک ترانسفورماتور گام به گام تا سیگنال های DC عمل می کند. مبدل باک-بوست کار می کند به شیوه ای مشابه، اما بازده ولتاژ خروجی که در مقابل در قطب به ولتاژ ورودی. دیگر مدارهای جفتک انداختن وجود برای افزایش متوسط جریان خروجی با کاهش ولتاژ.
در یک SMPS، خروجی جریان بستگی به قدرت سیگنال ورودی، عناصر ذخیره سازی و توپولوژی مدار استفاده می شود، و همچنین در الگوی استفاده می شود (به عنوان مثال، مدولاسیون عرض پالس با چرخه قابل تنظیم) به درایو عناصر سوئیچینگ. چگالی طیفی از این شکل موج تغییر انرژی در فرکانس نسبتا بالا متمرکز شده است. به این ترتیب، تعویض گذرا و موج دار شدن معرفی بر روی شکل موج خروجی را می توان با یک فیلتر LC کوچک فیلتر شده است.
مزیت اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ بهره وری بیشتر است، زیرا ترانزیستور سوئیچینگ پراکندگی قدرت کمی که اقدام به عنوان یک سوئیچ است. مزایای دیگر شامل اندازه کوچکتر و وزن سبک تر از حذف ترانسفورماتور خط فرکانس سنگین، و تولید حرارت پایین تر به دلیل بهره وری بالاتر. معایب عبارتند از پیچیدگی بیشتر نسل از بالا دامنه، انرژی فرکانس بالا که فیلتر پایین گذر باید مسدود برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، یک ولتاژ موج دار شدن در فرکانس سوئیچینگ و فرکانس هارمونیک آن.
SMPS بسیار کم هزینه ممکن است سر و صدا سوئیچینگ الکتریکی همراه تماس بر روی خط برق قدرت، باعث تداخل با A / V تجهیزات متصل به فاز هستند. بدون قدرت عامل تصحیح SMPS نیز باعث اعوجاج هارمونیکی.
اگر SMPS است ورودی AC، و سپس مرحله اول برای تبدیل ورودی به DC. این است که به نام اصلاح. SMPS با ورودی DC این مرحله نیاز ندارد. در برخی از منابع تغذیه (عمدتا کامپیوتر ATX منبع تغذیه)، مدار یکسو کننده را می توان به عنوان یک دو برابر ولتاژ با علاوه بر این از یک سوئیچ پیکربندی عمل یا به صورت دستی یا به صورت اتوماتیک. این قابلیت اجازه بهره برداری از منابع قدرت است که به طور معمول در 115 V یا در 230 V. یکسو تولید ولتاژ DC غیر قابل تنظیم است که سپس به یک خازن فیلتر بزرگ فرستاده می شود. جریان کشیده از عرضه برق توسط این مدار یکسو کننده در پالس های کوتاه در اطراف قله ولتاژ AC رخ می دهد. این پالس انرژی فرکانس بالا قابل توجهی کاهش می دهد که ضریب قدرت. برای حل این، بسیاری از SMPS جدیدتر یک مدار ویژه PFC را به ورودی فعلی شکل سینوسی از ولتاژ ورودی AC را دنبال، اصلاح ضریب قدرت استفاده کنید. برق که با استفاده از فعال PFC معمولا خودکار اعم هستند، حمایت از ورودی ولتاژ از ~ 100 VAC – 250 VAC، بدون سوئیچ انتخابگر ولتاژ ورودی.
SMPS طراحی شده برای ورودی AC معمولا می توانید از یک منبع DC اجرا می شود، به این دلیل که DC از طریق یکسو بدون تغییر منتقل می کند. [16] اگر یو پی اس برای 115 VAC طراحی شده است و بدون سوئیچ انتخابگر ولتاژ، ولتاژ DC مورد نیاز خواهد بود 163 VDC (115 × √2). این نوع استفاده از ممکن است به مرحله یکسو کننده مضر، با این حال، به عنوان آن تنها نیمی از دیود استفاده خواهد کرد در یکسو کننده برای بار کامل است. این امر ممکن است در گرمای بیش از حد از این مولفه ها، باعث آنها را به شکست زودرس منجر شود. از سوی دیگر، اگر منبع تغذیه دارای یک سوئیچ انتخابگر ولتاژ، بر اساس مدار دلون، برای 115 / 230V (برق ATX کامپیوتر به طور معمول در این دسته هستند)، سوئیچ انتخابگر مجبور به در موقعیت 230 ولت قرار داده می شود و ولتاژ مورد نیاز خواهد بود 325 VDC (230 × √2). دیود در این نوع از منبع تغذیه خواهد رسیدگی به جریان DC فقط خوب به خاطر آنها امتیاز که مسئولیت رسیدگی به دو برابر جریان ورودی اسمی هنگامی که در حالت 115 V عمل، با توجه به بهره برداری از دو برابر ولتاژ. دلیل این است که دو برابر، زمانی که در عمل، با استفاده از تنها نیمی از پل یکسوساز و اجرا می شود دو برابر فعلی از طریق آن. معلوم است که چگونه یک / فعال PFC منبع تغذیه نوع خودرو گرفته تا به توسط طراحی واکنش نشان می دهند DC.
