Как работают схемы импульсного источника питания (SMPS)

SMPS - это аббревиатура от слова Switch Mode Power Supply. Название ясно указывает на то, что эта концепция имеет какое-то или полностью отношение к импульсам или переключению используемых устройств. Давайте узнаем, как адаптеры SMPS работают для преобразования сетевого напряжения в более низкое напряжение постоянного тока.

Преимущество топологии SMPS

В адаптерах SMPS идея состоит в том, чтобы переключить входное напряжение сети на первичную обмотку трансформатора, чтобы на вторичной обмотке трансформатора можно было получить более низкое значение постоянного напряжения.

Однако вопрос в том, что то же самое можно сделать с обычным трансформатором, так зачем нужна такая сложная конфигурация, когда функционирование может быть просто реализовано через обычные трансформаторы?

Что ж, концепция была разработана именно для исключения использования тяжелых и громоздких трансформаторов с более эффективными версиями Цепи питания SMPS .

Хотя принцип работы очень похож, результаты сильно отличаются.

Наше сетевое напряжение также представляет собой пульсирующее напряжение или переменный ток, который обычно подается в обычный трансформатор для необходимых преобразований, но мы не можем уменьшить размер трансформатора даже при токе всего 500 мА.

Причина этого - очень низкая частота наших сетевых входов переменного тока.
При 50 Гц или 60 Гц значение чрезвычайно низкое для реализации их в выходах с большим постоянным током с использованием трансформаторов меньшего размера.

Это связано с тем, что при уменьшении частоты потери на вихревые токи с намагниченностью трансформатора увеличиваются, что приводит к огромным потерям тока из-за тепла, и, следовательно, весь процесс становится очень неэффективным.

Чтобы компенсировать вышеуказанные потери, используются относительно большие сердечники трансформатора с соответствующей толщиной провода, что делает весь блок тяжелым и громоздким.

Схема импульсного источника питания очень ловко решает эту проблему.

Если более низкая частота увеличивает потери на вихревые токи, значит, увеличение частоты приведет к обратному.

Это означает, что при увеличении частоты трансформатор можно сделать намного меньше, но при этом он будет обеспечивать более высокий ток на их выходах.

Именно это мы делаем с Схема SMPS . Давайте разберемся в функционировании со следующих точек:

Как работают адаптеры SMPS

На схеме импульсного источника питания входной переменный ток сначала выпрямляется и фильтруется для получения постоянного тока соответствующей величины.

Вышеупомянутый постоянный ток применяется к конфигурации генератора, содержащей высоковольтный транзистор или МОП-транзистор, установленный на первичной обмотке небольшого ферритового трансформатора с хорошими размерами.

Схема становится автоколебательной конфигурацией, которая начинает колебаться с некоторой заранее определенной частотой, установленной другими пассивными компонентами, такими как конденсаторы и резисторы.

Частота обычно выше 50 кГц.

Эта частота индуцирует эквивалентное напряжение и ток на вторичной обмотке трансформатора, определяемые количеством витков и шириной поперечного сечения провода.

Из-за использования высоких частот потери на вихревые токи становятся пренебрежимо малыми, и выход постоянного тока с высоким током может быть получен через меньшие трансформаторы с ферритовым сердечником и относительно более тонкую проволочную обмотку.

Однако вторичное напряжение также будет на первичной частоте, поэтому оно снова выпрямляется и фильтруется с помощью диода быстрого восстановления и конденсатора высокой емкости.

Результатом на выходе является идеально отфильтрованный низкий постоянный ток, который можно эффективно использовать для управления любой электронной схемой.

В современных версиях ИИП вместо транзисторов на входе используются высокопроизводительные ИС.
ИС оснащены встроенным высоковольтным МОП-транзистором для поддержания высокочастотных колебаний и многими другими функциями защиты.

Какие встроенные защиты есть у SMPS

Эти ИС имеют соответствующие встроенные схемы защиты, такие как защита от лавин, защита от перегрева и защита от перенапряжения на выходе, а также функцию импульсного режима.

Защита от лавин гарантирует, что микросхема не будет повреждена при резком включении питания.

Защита от перегрева гарантирует, что ИС автоматически отключается, если трансформатор неправильно намотан, и потребляет больше тока от ИС, что делает ее опасно горячей.

Пакетный режим - интересная функция, включенная в современные блоки SMPS.

Здесь выходной постоянный ток возвращается на чувствительный вход ИС. Если по какой-либо причине, обычно из-за неправильной вторичной обмотки или выбора резисторов, выходное напряжение поднимается выше определенного заранее определенного значения, IC отключает переключение входа и пропускает переключение в прерывистые всплески.

Это помогает контролировать напряжение на выходе, а также ток на выходе.

Эта функция также гарантирует, что если выходное напряжение настроено на некоторую высокую точку, а выход не загружен, ИС переключается в пакетный режим, гарантируя, что устройство работает с перебоями до тех пор, пока выход не будет должным образом загружен, это экономит мощность устройства. в режиме ожидания или когда выход не работает.

Обратная связь от выходной секции к ИС осуществляется через оптопару, так что выход остается в стороне от входной сети переменного тока высокого напряжения, избегая опасных ударов.