Обсуждаемые до сих пор темы представляют различные разделы блока питания. Все эти разделы вместе составляют линейный источник питания . Это обычный метод получения постоянного тока из входного источника переменного тока.
Линейный источник питания
Линейный источник питания (LPS) — это регулируемый источник питания, который рассеивает большое количество тепла в последовательном резисторе, чтобы регулировать выходное напряжение с низким уровнем пульсаций и низким уровнем шума. Этот LPS имеет много приложений.
Линейный источник питания требует больших полупроводниковых устройств для регулирования выходного напряжения и генерирует больше тепла, что приводит к снижению энергоэффективности. Линейные источники питания имеют кратковременное время отклика до 100 раз быстрее, чем у других, что очень важно в определенных специализированных областях.
Преимущества ЛПС
- Источник питания непрерывный.
- Схема проста.
- Это надежные системы.
- Эта система динамически реагирует на изменения нагрузки.
- Сопротивления цепи изменяются для регулирования выходного напряжения.
- Поскольку компоненты работают в линейной области, шум низкий.
- Волна очень низкая в выходном напряжении.
Недостатки ЛПС
- Используемые трансформаторы тяжелее и крупнее.
- Тепловыделение больше.
- КПД линейного источника питания составляет от 40 до 50%.
- Мощность теряется в виде тепла в цепях LPS.
- Одно выходное напряжение получается.
Мы уже прошли через различные части линейного источника питания. Блок-схема линейного источника питания показана на следующем рисунке.
Несмотря на вышеперечисленные недостатки, линейные источники питания широко используются в малошумящих усилителях, испытательном оборудовании, цепях управления. Кроме того, они также используются для сбора данных и обработки сигналов.
Все системы электропитания, которые нуждаются в простом регулировании и где эффективность не имеет значения, используются схемы LPS. Поскольку электрический шум ниже, LPS используется для питания чувствительных аналоговых схем. Но для преодоления недостатков системы линейного электропитания используется импульсный источник питания (SMPS).
Импульсный источник питания (SMPS)
Недостатки LPS, такие как более низкий КПД, необходимость использования большого количества конденсаторов для уменьшения пульсаций, а также тяжелые и дорогостоящие трансформаторы и т. Д., Преодолеваются путем внедрения источников питания с коммутацией режимов .
Работу SMPS просто понять, зная, что транзистор, используемый в LPS, используется для управления падением напряжения, в то время как транзистор в SMPS используется в качестве управляемого переключателя .
За работой
Работу SMPS можно понять по следующему рисунку.
Давайте попробуем понять, что происходит на каждом этапе схемы SMPS.
Этап ввода
Входной сигнал переменного тока 50 Гц подается непосредственно на комбинацию выпрямителя и цепи фильтра без использования трансформатора. Этот выход будет иметь много вариаций, и значение емкости конденсатора должно быть выше, чтобы справиться с колебаниями на входе. Этот нерегулируемый постоянный ток передается в центральную коммутационную секцию SMPS.
Секция переключения
В этом разделе используется устройство с быстрым переключением, такое как силовой транзистор или полевой МОП-транзистор, который включается и выключается в соответствии с изменениями, и этот выход подается на первичную обмотку трансформатора, присутствующего в этом разделе. Используемые здесь трансформаторы намного меньше и легче в отличие от используемых для питания 60 Гц. Они очень эффективны и, следовательно, коэффициент преобразования мощности выше.
Выходной этап
Выходной сигнал из секции переключения снова выпрямляется и фильтруется, чтобы получить требуемое напряжение постоянного тока. Это регулируемое выходное напряжение, которое затем подается на схему управления, которая является цепью обратной связи. Окончательный результат получается после рассмотрения сигнала обратной связи.
Устройство управления
Это устройство обратной связи, которое имеет много секций. Давайте иметь четкое представление об этом из следующего рисунка.
На рисунке выше показаны внутренние части блока управления. Выходной датчик воспринимает сигнал и подключает его к блоку управления. Сигнал изолирован от другой секции, так что любые внезапные пики не должны влиять на схему. Опорное напряжение задаются как один вход вместе с сигналом на усилитель ошибки, который является компаратором, который сравнивает сигнал с требуемым уровнем сигнала.
Посредством управления частотой прерывания поддерживается конечный уровень напряжения. Это контролируется путем сравнения входов, подаваемых на усилитель ошибок, выход которого помогает решить, увеличивать или уменьшать частоту прерывания. Генератор ШИМ вырабатывает стандартную частоту волны ШИМ с фиксированной частотой.
Мы можем получить более полное представление о полном функционировании SMPS, взглянув на следующий рисунок.
SMPS в основном используется там, где переключение напряжений не является проблемой, а эффективность системы действительно имеет значение. Есть несколько моментов, которые следует отметить в отношении SMPS. Они есть
-
Схема SMPS управляется переключением, и, следовательно, напряжения постоянно меняются.
-
Коммутационное устройство работает в режиме насыщения или отключения.
-
Выходное напряжение контролируется временем переключения цепей обратной связи.
-
Время переключения регулируется путем регулировки рабочего цикла.
-
Эффективность SMPS высока, потому что вместо рассеивания избыточной мощности в виде тепла он непрерывно переключает свой вход для управления выходом.
Схема SMPS управляется переключением, и, следовательно, напряжения постоянно меняются.
Коммутационное устройство работает в режиме насыщения или отключения.
Выходное напряжение контролируется временем переключения цепей обратной связи.
Время переключения регулируется путем регулировки рабочего цикла.
Эффективность SMPS высока, потому что вместо рассеивания избыточной мощности в виде тепла он непрерывно переключает свой вход для управления выходом.
Недостатки
Есть несколько недостатков в SMPS, таких как
- Шум присутствует из-за высокочастотного переключения.
- Схема сложная.
- Он производит электромагнитные помехи.
преимущества
Преимущества SMPS включают в себя,
- Эффективность достигает 80-90%
- Меньше тепловыделения; меньше потерь энергии.
- Уменьшенная гармоническая обратная связь в питающей сети.
- Устройство компактно и небольшого размера.
- Стоимость изготовления снижена.
- Обеспечение для обеспечения необходимого количества напряжений.
Приложения
Есть много приложений SMPS. Они используются в материнских платах компьютеров, зарядных устройствах для мобильных телефонов, измерениях постоянного тока, зарядных устройствах, централизованном распределении электроэнергии, автомобилях, бытовой электронике, ноутбуках, системах безопасности, космических станциях и т. Д.
Типы SMPS
SMPS — это схема импульсного источника питания, предназначенная для получения регулируемого выходного напряжения постоянного тока от нерегулируемого напряжения постоянного или переменного тока. Существует четыре основных типа SMPS, таких как
- DC в DC преобразователь
- Преобразователь переменного тока в постоянный
- Обратный конвертер
- Прямой конвертер
Часть преобразования переменного тока в постоянный в секции ввода определяет разницу между преобразователем переменного тока в постоянный и преобразователем постоянного тока в постоянный. Конвертер обратного хода используется для приложений с низким энергопотреблением. Также есть Buck Converter и Boost Converter в типах SMPS, которые уменьшают или увеличивают выходное напряжение в зависимости от требований. Другие типы SMPS включают в себя автоколебательный обратный преобразователь, Buck-Boost преобразователь, Cuk, Sepic и т. Д.