Εναλλαγή τροφοδοτικών — Γενικές αρχές, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Σήμερα, είναι ήδη δύσκολο να βρεθεί ένας μετασχηματιστής σιδήρου σε οποιαδήποτε οικιακή συσκευή ή τροφοδοτικό. Στη δεκαετία του 1990, άρχισαν να ξεθωριάζουν γρήγορα στο παρελθόν, δίνοντας τη θέση τους στην αλλαγή μετατροπέων ή στην εναλλαγή τροφοδοτικών (συντομογραφία SMPS).
Τα τροφοδοτικά μεταγωγής ξεπερνούν τους μετασχηματιστές ως προς το μέγεθος, την ποιότητα της προκύπτουσας τάσης DC, έχουν ευρείες επιλογές για τη ρύθμιση της τάσης και του ρεύματος εξόδου και είναι παραδοσιακά εξοπλισμένα με προστασία υπερφόρτωσης εξόδου. Και παρόλο που τα τροφοδοτικά μεταγωγής πιστεύεται ότι είναι οι κύριοι πάροχοι παρεμβολών στο οικιακό δίκτυο, η ευρεία χρήση τους δεν μπορεί να αντιστραφεί.
Τροφοδοσία μετασχηματιστή:
Ρεύμα μεταγωγής:
Τα τροφοδοτικά μεταγωγής οφείλουν την πανταχού παρουσία τους στους διακόπτες ημιαγωγών— τρανζίστορ εφέ πεδίου και Δίοδος Schottky… Είναι το τρανζίστορ εφέ πεδίου, που συνεργάζεται με τσοκ ή μετασχηματιστή, που είναι η καρδιά κάθε σύγχρονου τροφοδοτικού μεταγωγής: σε μετατροπείς, μηχανές συγκόλλησης, αδιάλειπτα τροφοδοτικά, ενσωματωμένα τροφοδοτικά για τηλεοράσεις, οθόνες κ.λπ. — σήμερα χρησιμοποιούνται μόνο κυκλώματα μετατροπής παλμών σχεδόν παντού στην τάση.
Η γενική αρχή λειτουργίας ενός μετατροπέα παλμών βασίζεται στο νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και είναι παρόμοια σε αυτό με κάθε μετασχηματιστή… Η μόνη διαφορά είναι ότι μια εναλλασσόμενη τάση με συχνότητα δικτύου 50 Hz εφαρμόζεται απευθείας στο πρωτεύον τύλιγμα ενός συμβατικού μετασχηματιστή δικτύου και μετατρέπεται απευθείας (στη συνέχεια, εάν είναι απαραίτητο, διορθώνεται) και σε ένα τροφοδοτικό μεταγωγής, η τάση δικτύου πρώτα διορθώνεται και μετατρέπεται σε DC και στη συνέχεια μετατρέπεται σε παλμό που θα αυξηθεί ή θα μειωθεί περαιτέρω χρησιμοποιώντας ένα ειδικό κύκλωμα υψηλής συχνότητας (σε σύγκριση με το δίκτυο 50 hertz).
Ένα κύκλωμα τροφοδοσίας μεταγωγής περιλαμβάνει πολλά κύρια εξαρτήματα: έναν ανορθωτή δικτύου, έναν διακόπτη (ή διακόπτες), έναν μετασχηματιστή (ή τσοκ), έναν ανορθωτή εξόδου, μια μονάδα ελέγχου και μια μονάδα σταθεροποίησης και προστασίας. Ο ανορθωτής, ο διακόπτης και ο μετασχηματιστής (τσοκ) αποτελούν τη βάση του τμήματος ισχύος του κυκλώματος SMPS, ενώ τα ηλεκτρονικά μπλοκ (συμπεριλαμβανομένου του ελεγκτή PWM) ανήκουν στον λεγόμενο οδηγό.
Έτσι, η τάση δικτύου τροφοδοτείται μέσω του ανορθωτή στον πυκνωτή του φίλτρου δικτύου, όπου με αυτόν τον τρόπο προκύπτει μια σταθερή τάση, το μέγιστο της οποίας είναι από 305 έως 340 βολτ, ανάλογα με την τρέχουσα μέση τιμή της τάσης δικτύου ( από 215 έως 240 βολτ) .
Η ανορθωμένη τάση εφαρμόζεται στην κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή (τσοκ) με τη μορφή παλμών, η συχνότητα επανάληψης των οποίων καθορίζεται συνήθως από το κύκλωμα ελέγχου του κλειδιού και η διάρκεια του οποίου καθορίζεται από το μέσο ρεύμα του παρεχόμενου φορτίου .
Ένας διακόπτης με συχνότητα από πολλές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες kilohertz συνδέει και αποσυνδέει την κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή ή του τσοκ στον πυκνωτή του φίλτρου, αντιστρέφοντας έτσι τη μαγνήτιση του μετασχηματιστή ή του πυρήνα του τσοκ.
Η διαφορά μεταξύ μετασχηματιστή και τσοκ: σε ένα τσοκ, οι φάσεις της αποθήκευσης ενέργειας από την πηγή στον πυρήνα και της μεταφοράς ενέργειας από τον πυρήνα μέσω της περιέλιξης στο φορτίο διαχωρίζονται χρονικά, ενώ σε έναν μετασχηματιστή αυτό συμβαίνει ταυτόχρονα.
Το τσοκ χρησιμοποιείται σε μετατροπείς χωρίς γαλβανική απομόνωση τοπολογιών: boost - boost, step - down, καθώς και σε μετατροπείς με γαλβανική απομόνωση αντίστροφης τοπολογίας. Ο μετασχηματιστής χρησιμοποιείται σε μετατροπείς με γαλβανική απομόνωση των ακόλουθων τοπολογιών: γέφυρα-γεμάτη-γέφυρα, μισή γέφυρα-μισή-γέφυρα, ώθηση-έλξη-ώθηση-έλξη, προς τα εμπρός.
Ο διακόπτης μπορεί να είναι ένας μόνος (μετατροπέας buck-up, μετατροπέας προώθησης, μετατροπέας ενίσχυσης ή buck χωρίς γαλβανική απομόνωση) ή το τμήμα ισχύος μπορεί να περιλαμβάνει πολλούς διακόπτες (μισή γέφυρα, γέφυρα, ώθηση).
Το κύκλωμα ελέγχου των διακοπτών λαμβάνει από την έξοδο της πηγής ένα σήμα ανάδρασης για την τάση ή για την τάση και το ρεύμα του φορτίου, σύμφωνα με την τιμή αυτού του σήματος, το πλάτος (κύκλος λειτουργίας) του παλμού, το οποίο ελέγχει τη διάρκεια της αγώγιμης κατάστασης του διακόπτη ρυθμίζεται αυτόματα.
Η έξοδος είναι διατεταγμένη ως εξής. Από τη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή ή του επαγωγέα ή από τη μοναδική περιέλιξη του επαγωγέα (αν μιλάμε για μετατροπέα χωρίς γαλβανική απομόνωση), μέσω των διόδων Schottky ενός ανορθωτή πλήρους κύματος, παρέχεται παλμική τάση στο φίλτρο πυκνωτής.
Υπάρχει επίσης ένας διαιρέτης τάσης από τον οποίο λαμβάνεται το σήμα ανάδρασης τάσης και μπορεί επίσης να υπάρχει αισθητήρας ρεύματος. Το φορτίο συνδέεται με τον πυκνωτή του φίλτρου μέσω ενός πρόσθετου φίλτρου χαμηλής διέλευσης εξόδου ή απευθείας.