Fonts d'alimentació de commutació: principis generals, avantatges i desavantatges
Avui en dia, ja és difícil trobar un transformador de ferro en qualsevol electrodomèstic o font d'alimentació. A la dècada de 1990, van començar a desaparèixer ràpidament en el passat, donant pas a la commutació de convertidors o fonts d'alimentació de commutació (abreujat com SMPS).
Les fonts d'alimentació de commutació superen els transformadors pel que fa a la mida, la qualitat de la tensió de CC resultant, tenen àmplies opcions per regular la tensió i el corrent de sortida i estan equipades tradicionalment amb protecció contra sobrecàrregues de sortida. I encara que es creu que les fonts d'alimentació de commutació són els principals proveïdors d'interferències a la xarxa domèstica, el seu ús generalitzat no es pot revertir.
Subministrament del transformador:
Corrent de commutació:
Les fonts d'alimentació de commutació deuen la seva ubiqüitat als interruptors de semiconductors: transistors d'efecte de camp i Díode Schottky… És el transistor d'efecte de camp, que treballa juntament amb una bobina o transformador, que és el cor de tota font d'alimentació de commutació moderna: en inversors, màquines de soldadura, fonts d'alimentació ininterrompuda, fonts d'alimentació incorporades per a televisors, monitors, etc. — Actualment només s'utilitzen circuits de conversió d'impulsos gairebé a tot arreu de voltatge.
El principi general de funcionament d'un convertidor d'impulsos es basa en la llei de la inducció electromagnètica i és similar en això amb cada transformador... L'única diferència és que una tensió alterna amb una freqüència de xarxa de 50 Hz s'aplica directament al bobinatge primari d'un transformador de xarxa convencional i es converteix directament (després, si cal, rectificada), i en una font d'alimentació commutada, la tensió de xarxa primer es rectifica i es converteix a DC i després es converteix en un pols per augmentar o disminuir encara més utilitzant un circuit especial d'alta freqüència (en comparació amb la xarxa de 50 hertz).
Un circuit d'alimentació de commutació inclou diversos components principals: un rectificador de xarxa, un interruptor (o interruptors), un transformador (o bobina), un rectificador de sortida, una unitat de control i una unitat d'estabilització i protecció. El rectificador, l'interruptor i el transformador (asfixia) formen la base de la part de potència del circuit SMPS, mentre que els blocs electrònics (inclòs el controlador PWM) pertanyen a l'anomenat controlador.
Així, la tensió de la xarxa s'alimenta a través del rectificador al condensador del filtre de la xarxa, on d'aquesta manera s'obté una tensió constant, el màxim de la qual és de 305 a 340 volts, depenent del valor mitjà actual de la tensió de xarxa ( de 215 a 240 volts).
La tensió rectificada s'aplica a l'enrotllament primari del transformador (estrangulament) en forma de polsos, la freqüència de repetició dels quals sol ser determinada pel circuit de control de la clau, i la durada del qual està determinada pel corrent mitjà de la càrrega subministrada. .
Un interruptor amb una freqüència de diverses desenes a diversos centenars de kilohertz connecta i desconnecta el bobinatge primari del transformador o l'obstrucció al condensador del filtre, invertint així la magnetització del transformador o del nucli de l'obstrucció.
La diferència entre un transformador i una bobina: en una bobina, les fases d'emmagatzematge d'energia de la font al nucli i transferència d'energia del nucli a través del bobinatge a la càrrega es separen en el temps, mentre que en un transformador això passa simultàniament.
El choke s'utilitza en convertidors sense aïllament galvànic de topologies: boost - boost, step - down, així com en convertidors amb aïllament galvànic de topologia inversa. El transformador s'utilitza en convertidors amb aïllament galvànic de les topologies següents: pont-pont complet, mig pont-mig pont, push-pull-push-pull, forward-forward.
L'interruptor pot ser un únic (convertidor inversor, convertidor directe, convertidor boost o buck sense aïllament galvànic) o la secció de potència pot incloure diversos interruptors (mitja pont, pont, push).
El circuit de control de l'interruptor(s) rep de la sortida de la font un senyal de retroalimentació per a la tensió o per a la tensió i el corrent de la càrrega, d'acord amb el valor d'aquest senyal, l'amplada (cicle de treball) del pols, que controla la durada de l'estat conductor de l'interruptor s'ajusta automàticament.
La sortida s'organitza de la següent manera. Des del bobinatge secundari del transformador o inductor, o des del bobinatge únic de l'inductor (si estem parlant d'un convertidor sense aïllament galvànic), a través dels díodes Schottky d'un rectificador d'ona completa, es subministra una tensió polsada al filtre. condensador.
També hi ha un divisor de tensió des del qual es rep el senyal de retroalimentació de tensió i també pot estar present un sensor de corrent. La càrrega es connecta al condensador del filtre mitjançant un filtre de pas baix de sortida addicional o directament.