Explicación detallada del principio de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada Diagrama del principio de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada
Con el énfasis global en las cuestiones energéticas, el problema del consumo de energía de los productos electrónicos se volverá cada vez más prominente. Cómo reducir su consumo de energía en espera y mejorar la eficiencia del suministro de energía se ha convertido en un problema urgente que debe resolverse. Aunque la fuente de alimentación regulada lineal tradicional tiene una estructura de circuito simple y un funcionamiento confiable, tiene desventajas como baja eficiencia (solo 40%?-50%), gran volumen, gran consumo de cobre y hierro, alta temperatura de funcionamiento y pequeños ajustes. rango. Para mejorar la eficiencia, la gente ha desarrollado una fuente de alimentación regulada conmutada. Su eficiencia puede alcanzar más del 85% y tiene un amplio rango de estabilización de voltaje. Además, también tiene las características de precisión de estabilización de alto voltaje y no utiliza energía. Transformador. Es una fuente de alimentación regulada ideal. Debido a esto, las fuentes de alimentación conmutadas reguladas se han utilizado ampliamente en diversos equipos electrónicos. Este artículo explica los principios de funcionamiento de varias fuentes de alimentación conmutadas.
1. Principio de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada
El modo de control de conmutación de la fuente de alimentación regulada se divide en dos tipos: tipo de ajuste de ancho y tipo de modulación de frecuencia. el tipo de ajuste de ancho se utiliza mejor. La mayoría de los circuitos integrados de fuente de alimentación conmutada desarrollados y utilizados actualmente son tipos de modulación de ancho de pulso. Por lo tanto, a continuación se presenta principalmente la fuente de alimentación regulada conmutada de ancho ajustable.
El principio básico de la fuente de alimentación regulada conmutada de ancho ajustable se puede ver en la siguiente figura.
Para pulsos rectangulares unipolares, el voltaje promedio de CC Uo depende del ancho del pulso rectangular. Cuanto más ancho sea el pulso, mayor será el valor del voltaje promedio de CC. Tensión media CC U. Se puede calcular mediante la fórmula,
es decir, Uo=Um×T1/T
donde Um es el valor de voltaje máximo del pulso rectangular; T es el período del pulso rectangular; ; T1 es el ancho del pulso rectangular.
Se puede ver en la fórmula anterior que cuando Um? y T? permanecen sin cambios, el voltaje promedio de CC Uo? será proporcional al ancho del pulso T1?. De esta manera, siempre que intentemos reducir el ancho del pulso a medida que aumenta el voltaje de salida de la fuente de alimentación regulada, se puede lograr el propósito de estabilizar el voltaje.
2. Circuito principal de la fuente de alimentación conmutada
1. Circuito básico
Figura 2: Diagrama de bloques del circuito básico de la fuente de alimentación conmutada
El diagrama de bloques del circuito básico de la fuente de alimentación conmutada se muestra en la Figura 2.
Después de que el circuito rectificador y el circuito de filtro rectifican y filtran el voltaje de CA, se convierte en un voltaje de CC que contiene un cierto componente pulsante. Este voltaje ingresa al convertidor de alta frecuencia y se convierte en una onda cuadrada. del valor de voltaje requerido y finalmente se convierte en una onda cuadrada con el valor de voltaje requerido. Este voltaje de onda cuadrada se rectifica y se filtra al voltaje de CC requerido.
El circuito de control es un modulador de ancho de pulso, que se compone principalmente de circuitos de muestreo, comparador, oscilador, modulación de ancho de pulso y voltaje de referencia. Esta parte del circuito se ha integrado y convertido en varios circuitos integrados para conmutar fuentes de alimentación. El circuito de control se utiliza para ajustar la relación de tiempo de conmutación de elementos de conmutación de alta frecuencia para lograr el propósito de estabilizar el voltaje de salida.
2. Fuente de alimentación conmutada flyback de un solo extremo
El circuito típico de una fuente de alimentación conmutada flyback de un solo extremo se muestra en la Figura 3. El llamado circuito de un solo extremo significa que el núcleo magnético del convertidor de alta frecuencia solo funciona en un lado del bucle de histéresis. El llamado flyback significa que cuando se enciende el tubo del interruptor VT1, el voltaje inducido del devanado primario del transformador de alta frecuencia T es positivo hacia arriba y negativo hacia abajo, y el diodo rectificador VD1 está en un estado de corte. almacenar energía en el devanado primario. Cuando se apaga el interruptor VT1, la energía almacenada en el devanado primario del transformador T es rectificada por el devanado secundario y VD1 y filtrada por el capacitor C antes de ser enviada a la carga.
La fuente de alimentación conmutada flyback de un solo extremo es el circuito de alimentación de menor costo con una potencia de salida de 20-100 W. Puede generar diferentes voltajes al mismo tiempo y tiene una buena tasa de regulación de voltaje. La única desventaja es que el voltaje de ondulación de salida es grande y las características externas son deficientes, por lo que es adecuado para cargas relativamente fijas.
El tubo de conmutación VT1 utilizado en la fuente de alimentación conmutada flyback de un solo extremo puede soportar el voltaje inverso máximo que es el doble del voltaje de funcionamiento del circuito, y la frecuencia de funcionamiento está entre 20 y 200 kHz.
3. Fuente de alimentación conmutada directa de un solo extremo
El circuito típico de una fuente de alimentación conmutada directa de un solo extremo se muestra en la Figura 4. Este circuito tiene una forma similar a un circuito flyback de un solo extremo, pero funciona de manera diferente. Cuando se enciende el interruptor VT1, también se enciende VD2. En este momento, la red eléctrica transmite energía a la carga y el inductor de filtro L almacena energía cuando se apaga el interruptor VT1, el inductor L continúa funcionando libremente; diodo VD3? Liberar energía a la carga.
También hay una bobina de abrazadera y un diodo VD2 en el circuito, que pueden limitar el voltaje máximo del tubo de conmutación VT1 al doble del voltaje de la fuente de alimentación.
Para cumplir con las condiciones de reinicio del núcleo, es decir, el establecimiento del flujo magnético y los tiempos de reinicio deben ser iguales, por lo que el ciclo de trabajo del pulso en el circuito no puede ser superior al 50%. Dado que este circuito transmite energía a la carga a través del transformador cuando se enciende el interruptor VT1, el rango de potencia de salida es grande y puede generar una potencia de 50 a 200 W. El transformador utilizado en el circuito tiene una estructura compleja y un tamaño grande. Por esta razón, este tipo de circuito tiene pocas aplicaciones prácticas.
4. Fuente de alimentación conmutada autoexcitada
El circuito típico de una fuente de alimentación conmutada autoexcitada se muestra en la Figura 5. Se trata de una fuente de alimentación conmutada compuesta por un circuito de oscilación intermitente y también es una de las fuentes de alimentación básicas más utilizadas actualmente.
Cuando se conecta la fuente de alimentación, R1 proporciona una corriente de arranque al tubo de conmutación VT1, lo que hace que VT1 comience a conducir. Su corriente de colector Ic aumenta linealmente en L1 y se induce en L2. ¿Base de VT1? Positivo, voltaje de retroalimentación positiva extremadamente negativo del emisor, lo que hace que VT1 se sature rápidamente. Al mismo tiempo, el voltaje inducido carga C1 a medida que aumenta el voltaje de carga de C1, el potencial de base de VT1 disminuye gradualmente, lo que hace que VT1 salga de la zona de saturación, Ic comienza a disminuir y se induce la base de VT1. en L2 se vuelve negativo, el voltaje positivo del emisor hace que VT1 se corte rápidamente. En este momento, el diodo VD1 se enciende y la energía almacenada en el devanado primario del transformador de alta frecuencia T se libera. la carga. Cuando se corta VT1, no hay voltaje inducido en L2, y el voltaje de entrada de la fuente de alimentación de CC carga inversamente de C1 a R1, aumentando gradualmente el potencial base de VT1, lo que hace que se reconduzca, gire nuevamente y alcance la saturación, y el El circuito seguirá oscilando así. Aquí, al igual que una fuente de alimentación conmutada flyback de un solo extremo, el devanado secundario del transformador T emite el voltaje requerido a la carga.
El tubo de conmutación en la fuente de alimentación conmutada autoexcitada desempeña la doble función de conmutación y oscilación, y también se omite el circuito de control. En el circuito, dado que la carga está ubicada en el lado secundario del transformador y funciona en estado flyback, tiene la ventaja de que la entrada y la salida están aisladas entre sí. Este circuito no sólo es adecuado para fuentes de alimentación de alta potencia, sino también para fuentes de alimentación de baja potencia.
5. Fuente de alimentación conmutada push-pull
El circuito típico de la fuente de alimentación conmutada push-pull se muestra en la Figura 6. Es un circuito de conversión de dos extremos y el núcleo magnético del transformador de alta frecuencia funciona en ambos lados del bucle de histéresis. El circuito utiliza dos tubos de conmutación VT1 y VT2. Los dos tubos de conmutación se encienden y apagan alternativamente bajo el control de la señal de onda cuadrada de excitación externa. El voltaje de onda cuadrada se obtiene en el lado secundario del transformador T, que se rectifica y. filtrado en el voltaje CC requerido.
La ventaja de este circuito es que los dos tubos de conmutación son fáciles de manejar. La principal desventaja es que la tensión soportada de los tubos de conmutación debe alcanzar el doble de la tensión máxima del circuito. La potencia de salida del circuito es relativamente grande, generalmente en el rango de 100 a 500 W.
6. Fuente de alimentación conmutada reductora
El circuito típico de la fuente de alimentación conmutada reductora se muestra en la Figura 7. Cuando se enciende el interruptor VT1?, el diodo VD1? se corta y el voltaje rectificado de entrada carga C a través de VT1 y L. Esta corriente aumenta el almacenamiento de energía en el inductor L. Cuando se apaga el interruptor VT1, el inductor L induce un voltaje negativo izquierdo y positivo derecho, y la energía almacenada en el inductor L se libera a través de la carga RL y el diodo de rueda libre VD1, manteniendo el voltaje CC de salida sin cambios. El nivel del voltaje CC de salida del circuito está determinado por el ancho del pulso aplicado a la base de VT1.
Este circuito utiliza menos componentes. Al igual que los otros dos circuitos que se presentan a continuación, solo necesita usar inductores, condensadores y diodos para implementarse.
7. Fuente de alimentación conmutada de refuerzo
El circuito estabilizador de voltaje de la fuente de alimentación conmutada de refuerzo se muestra en la Figura 8. Cuando se enciende el tubo del interruptor VT1, el inductor L almacena energía. Cuando se corta el tubo de conmutación VT1, el inductor L induce voltajes izquierdo negativo y derecho positivo. Este voltaje se superpone al voltaje de entrada y suministra energía a la carga a través del diodo VD1, lo que hace que el voltaje de salida sea mayor que el voltaje de entrada. , formando una fuente de alimentación conmutada de refuerzo.
8. Fuente de alimentación conmutada inversa
El circuito típico de la fuente de alimentación conmutada inversa se muestra en la Figura 9. Este circuito también se denomina fuente de alimentación conmutada reductora. Independientemente de si el voltaje de CC pulsante antes del interruptor VT1 es mayor o menor que el voltaje estable en el extremo de salida, el circuito puede funcionar normalmente.
Cuando se enciende el interruptor VT1, el inductor L almacena energía, el diodo VD1 se apaga y la carga RL se alimenta con la última carga del condensador C. Cuando se apaga el interruptor VT1, la corriente en el inductor L continúa fluyendo e induce un voltaje negativo superior y un voltaje positivo inferior, que suministra energía a la carga a través del diodo VD1 y carga el condensador C al mismo tiempo.
Lo anterior presenta el principio de funcionamiento y varios tipos de circuitos de fuente de alimentación conmutada por modulación de ancho de pulso. En aplicaciones prácticas, habrá una variedad de circuitos de control reales, pero pase lo que pase, todos se basan en estos. desarrollado en. Para obtener más información, preste atención a Tubatu Decoración Red.
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