Как работает импульсный блок питания

Обновлено: 03.07.2024

Устранение шума или электромагнитных помех может стать серьезной проблемой при разработке источников питания для электронных плат. В то время как снижение уровня шума может не быть критическим вопросом при проектировании линейных источников питания, собственные шумы, создаваемые переключающими устройствами, имеют первостепенное значение при проектировании цепей импульсных источников питания. К счастью, эту проблему можно решить в достаточной степени, как описано в следующих часто задаваемых вопросах по импульсным источникам питания.

Что такое импульсный источник питания?

Импульсный источник питания — это один из двух основных типов конструкции источников питания, используемых в электронных продуктах. Эти блоки питания характеризуются использованием точной коммутации, которая позволяет создавать конструкции с преобразованием постоянного тока в постоянный, постоянного в переменный, переменного в постоянный и с преобразованием частоты.

В чем разница между импульсным источником питания и SMPS?

Исследования и разработка источников питания, в которых использовалось «переключение» для повышения эффективности по сравнению с обычными линейными источниками питания, восходят к 1950-м годам, когда в первых устройствах использовались электронные лампы; однако первое запатентованное использование термина «импульсный источник питания» было в 1976 году Говардом Скоттом из RCA. Сегодня термины «импульсный источник питания» и «импульсный источник питания» (SMPS) обычно используются как синонимы.

Какие типы переключающих компонентов используются в импульсных источниках питания?

В отличие от линейных источников питания, в которых обычно используются диоды, в импульсных источниках питания используется точное переключение для управления рабочим циклом. Поэтому чаще всего используются транзисторы, обеспечивающие улучшенное управление.

Где используются импульсные источники питания?

Импульсные источники питания в основном используются в цифровых системах, таких как телекоммуникационные устройства, вычислительное оборудование, аудиооборудование, зарядные устройства для мобильных телефонов, медицинские тестовые устройства, оборудование для дуговой сварки и автомобильные зарядные устройства.

Что такое импульсный адаптер питания?

Источники питания по сути являются преобразователями. Как правило, они преобразуют один или несколько параметров из подаваемой мощности в тип и уровень параметра, требуемые нагрузкой или подключенной цепью. Адаптер источника питания позволяет использовать источник питания, выход которого не был специально разработан для используемого входа. Конструкции блоков питания могут состоять только из схемы преобразования или могут состоять из схемы преобразования и схемы адаптера на одной плате.

Какие бывают конструкции импульсных источников питания?

Бак
Увеличить
Повышение цены
Вперед
Обратный ход
Тяни-тяни
Полумост
Полный мост

Какие проблемы возникают при разработке плат импульсных источников питания?

Точное управление процессом переключения — важнейшее требование к конструкции импульсных источников питания. Однако это действие переключения создает высокую частоту и шум. Для печатных плат более низкие радиочастоты не являются серьезной проблемой. Тем не менее, при проектировании высокоскоростных плат необходимо учитывать особые факторы, такие как длина дорожек и выводы, импеданс платы и тип материала.

DFM для печатных плат HDI

Как уменьшить шум при переключении цепей питания?

Полное устранение шума или электромагнитных помех в конструкции вашего источника питания практически невозможно. Вместо этого цель состоит в том, чтобы максимально уменьшить шум для достижения электромагнитной совместимости. На данный момент ваша плата блока питания не только является хорошим соседом для находящихся поблизости электронных устройств, но и количество электромагнитных помех на вашей плате не оказывает негативного влияния на функциональность. Некоторые из передовых методов снижения шума на печатных платах включают следующее: использование согласования импедансов, ограничение длины дорожек и соблюдение правильных расстояний утечки и зазоров. Кроме того, фильтрация является одним из наиболее важных соображений, которое также влияет на ваши цели по производительности для подключенных нагрузок.

Какие факторы наиболее важны при проектировании и сборке печатных плат импульсных источников питания?

SMPS используются в самых разных приложениях. Однако следующие факторы обычно требуют особого внимания при разработке плат импульсных источников питания.

Оптимизация разработки печатной платы импульсного источника питания

Применять хорошие методы проектирования фильтров.
Выберите материалы для высокоскоростного распространения сигнала.
Выберите подходящую ширину и длину трассировки.
Используйте соответствующие методы заземления сигнала, платы, шасси и заземления.
Следуйте правилам и рекомендациям менеджера по маркетингу DFM и DFA.

Виртуальное контрактное производство печатных плат.
Быстрые и точные котировки.
Поддержка DFM с первого дня разработки.
Цифровая обработка потоков с мониторингом в реальном времени.
Самое быстрое время выполнения работ в отрасли для максимальной рентабельности инвестиций.
Процесс гибкого производства, сертифицированный QC, для поддержки управления рисками.
Стандартное и расширенное тестирование контроля качества.
Надежная непрерывность цепочки поставок.
Специализация на быстром прототипировании и мелкосерийном производстве.
Оптимизация разработки печатных плат для сложных критически важных систем, таких как аэрокосмическая, медицинская, автомобильная и промышленная.

Используя элементы, перечисленные выше, вы можете разработать конструкцию импульсного источника питания, которая будет соответствовать вашим требованиям к производительности, решать наиболее важные проблемы и способствовать оптимальной разработке. В Tempo Automation, лидере отрасли в производстве печатных плат под ключ, мы будем работать с вами на протяжении всего процесса разработки, чтобы гарантировать, что ваши платы будут изготовлены быстро и в соответствии с высочайшими стандартами качества.

Чтобы помочь вам начать работу с наилучшего пути, мы предоставляем информацию для ваших проверок DFM и позволяем вам легко просматривать и загружать файлы DRC. Если вы являетесь пользователем Altium Designer или Cadence Allegro, вы можете просто добавить эти файлы в свое программное обеспечение для проектирования печатных плат. Для Mentor Pads или других дизайнерских пакетов мы предоставляем информацию DRC в других форматах CAD и Excel.

Если вы готовы изготовить свой проект, попробуйте наш инструмент расчета стоимости, чтобы загрузить файлы CAD и BOM. Если вам нужны дополнительные ответы на часто задаваемые вопросы, которые помогут вам в разработке импульсного источника питания, свяжитесь с нами.

Когда нам нужен высокоэффективный блок питания небольшого размера. Многие выбирают импульсный блок питания. Раньше мне нравился линейный источник питания. Но иногда мне следует попробовать другие способы.

В этом посте мы узнаем, что такое импульсный источник питания по сравнению с линейным, как это работает?

Возможно, вам это нравится так же, как и мне. После прочтения этой статьи.

Какие бывают типы блоков питания

Блок питания является источником энергии для различных цепей. Он преобразует сеть переменного тока в напряжение постоянного тока. Это фиксированное или переменное напряжение, применяемое в ваших работах.

Существует 2 основных типа блоков питания:

Обычно используется линейный источник питания.
Простые схемы не сложны. Но они большие и с низким КПД всего около 50% и более. Пока они работают несут потери в виде сильного нагрева.

Импульсный источник питания В настоящее время
многие работы выбирают этот тип источника питания. Потому что небольшой высокий КПД составляет около 85% или более. Представьте, что мы вводим 100% электрическую энергию. Он может быть преобразован в 85% энергии. И 15 % теряется энергия в виде тепла.

Но схема импульсного питания довольно сложная. Чего раньше я старался избегать, потому что не был уверен, что смогу легко объяснить.

Готовы начать?

Начнем с блок-схемы импульсного источника питания. Хотя конструкция выглядит сложной. Но если схему можно разделить на части, ее будет легче понять.

Блок-схема импульсного источника питания

Изюминкой этой схемы является работа с высокой частотой. Поэтому имеет меньший трансформатор. Имеется система коммутации с высокими частотами.

А входная и выходная цепи включают в себя выпрямитель и фильтрующую цепь. и детектор ошибки напряжения для контроля стабильного напряжения.

Конечно, сейчас вы можете не понять. Но при чтении следующего раздела друзья поймут больше.

В импульсном блоке питания имеется 4 типа цепей выпрямителя

Познакомьтесь с выпрямителем переменного тока в постоянный — это просто, но очень полезно

Импульсный источник питания будет иметь схему выпрямителя как на входе, так и на выходе. Большинство из них представляет собой схему мостового выпрямителя.

Детали, преобразующие переменный ток в постоянный, — это выпрямитель. В линейной схеме эта схема важна. В схеме импульсного питания важна и схема выпрямителя.

Важным устройством является диод, который представляет собой полупроводниковое устройство, позволяющее току течь только в одном направлении. Затем напряжение постоянного тока будет проходить через фильтр, чтобы сгладить ток.

В импульсном блоке питания имеется 4 типа схем выпрямителя:

Обычно сначала мы находим схему выпрямителя. Входная сторона импульсного источника питания, как показано на схеме ниже.

Вход переменного тока в импульсное напряжение постоянного тока с использованием мостового выпрямителя

Входное переменное напряжение 220 В (среднеквадратичное значение) или 311 Впик выпрямляется до постоянного импульсного напряжения 160 Впик. Затем дело доходит до принципиальной схемы радиочастотного переключателя.

В импульсном источнике питания входной сигнал постоянного тока будет переключаться с помощью высокочастотного радиочастотного сигнала. Затем понижающий трансформатор преобразует его в переменный ток низкого напряжения. Далее он также поступает на однополупериодный выпрямитель в импульс постоянного тока.

Разработан на основе однополупериодного выпрямителя. Мы часто будем видеть такой выпрямитель. И обратите внимание, что он использует центральный отвод вторичного трансформатора. Это ссылка на землю.

Для этой схемы не нужен трансформатор с центральным отводом, но нам нужно использовать еще 2 диода.

Подбор диодов для схемы выпрямителя

Есть два важных фактора, которые

Пиковое обратное напряжение — PIV

Это максимальное напряжение, которое может выдержать диод. При этом он получает обратное смещение. Или когда диод выключен.

Значение PIV используемого диода должно выдерживать как минимум 2-кратное рабочее напряжение. И при расчете залог тоже надо увеличить на 50%.

При входном напряжении переменного тока 220 В (среднеквадратичное значение) пиковое напряжение составляет 1,414 x В (среднеквадратичное значение) = 311 В (пик).

Мы должны выбрать диод со значением:

Piv = (311Vpkx2) + (311Vpkx0,5)
= 777,5Vpiv

Прямой ток-ПЧ

Это ток, который диод пропускает через себя при получении прямого сигнала без повреждений. И что еще более важно, не забудьте добавить значение безопасности 50%.

Например, входной выпрямитель с током 1А. Мы должны выбрать диод с прямым током:
IF = 1+ (1×0,5) = 1,5A

Насколько важен фильтр

Напряжение от выпрямителя является постоянным. Но мы не можем его использовать. Нам нужно сгладить его фильтрующим конденсатором. Его необходимо использовать как для линейного, так и для импульсного источника питания.

Конденсатор — это устройство, используемое для хранения энергии. Он заряжает энергию внутри себя, пока не достигнет максимального значения импульсного напряжения. И отпустит при загрузке.

Эффект фильтрации импульсного сигнала постоянного тока и ответный ток нагрузки

На изображении показан эффект фильтра конденсатора при зарядке и разрядке. При подключении к нагрузке. Напряжение пульсаций на конденсаторе называется пульсацией.

Высокая пульсация. Если большой ток нагрузки
Напротив, низкая пульсация. Если это малый ток нагрузки.

А если мы посмотрим, как работает блок-схема. В схеме фильтра на переменное напряжение 50-60Гц. Мы будем использовать довольно большой конденсатор.

Обычно в диапазоне от 1000 мкФ до 2000 мкФ. Это зависит от тока нагрузки.

Увеличение его значения (параллельно) сокращает время разряда между импульсами, что также приводит к меньшим значениям пульсаций напряжения

Норма рабочего напряжения
Важно, нам нужно использовать номинальное рабочее напряжение конденсатора больше, чем напряжение при рабочем токе примерно 50%

Высокочастотный трансформатор

Трансформатор – это устройство, которое используется для преобразования высокого напряжения на первичной обмотке в низкое напряжение на вторичной обмотке, как показано на рисунке ниже.

ВЧ-трансформаторы соединяют вход и выход

Это форма подключения трансформатора к входу и выходу. Используем Импульсный блок питания для коммутации на высоких частотах 20КГц и выше.

Обычно широко используемые трансформаторы на 50 Гц нельзя использовать на высоких частотах.

Хотя размер и форма переключающих трансформаторов отличаются от трансформаторов 50 Гц. Но в операции по-прежнему используются те же основные принципы связи магнитного поля.

Это высокое напряжение, подключенное к первичной обмотке. И он будет накапливать энергию и создавать магнитные поля, чередующиеся между фазами включения и выключения.

Который сердечник трансформатора действует как магнитное поле, индуцированное вторичной обмоткой в виде трансформатора связи.

Что такое импульсный ВЧ-регулятор

Основой импульсного источника питания является ВЧ-регулятор.Также известен как регулятор переключения.

Регулятор с широтно-импульсной модуляцией

Хотя существует множество различных схем коммутации. Но обычно используется ШИМ-широтно-импульсная модуляция.

Это базовая блок-схема импульсного стабилизатора с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Он поддерживает уровень напряжения в замкнутом контуре.

Чтобы получить постоянное выходное напряжение. Эта схема обнаружит ошибку напряжения. Этот сигнал ошибки используется для управления шириной импульса схемы переключения. Это изменение ширины импульса цепи генератора в регуляторе.

Ширина импульсов, измененная генератором, передается на транзистор, действующий как переключатель. В котором изменение ширины импульса приводит к соответствующему изменению среднего напряжения на выходе.

ВЧ-трансформаторы понижают напряжение в сигнале переменного тока, затем он снова выпрямляется и фильтруется.

Для окончательного вывода напряжения постоянного тока. Вывод будет снова рандомизирован. И будет регулировать сигнал ошибки после. До получения постоянного напряжения по мере необходимости.

Это означает, что цепь будет работать в замкнутом контуре. Выходное напряжение постоянно контролируется до тех пор, пока не будет работать нормально.

Теперь мы можем узнать основной принцип работы импульсного стабилизатора. Как это работает? Так, что дальше? Наверное, пришло время применить его.

Принцип работы гибридного импульсного регулятора

Не всегда необходимо использовать высокочастотный трансформатор для разработки импульсного источника питания.

Обычно трансформатор используется для изменения напряжения импульса с высокого напряжения на более низкое.

Если входное напряжение постоянного тока близко к фактическому рабочему напряжению. ВЧ трансформатор не нужен.

Мы можем использовать понижающий трансформатор напряжения 50 Гц, чтобы снизить напряжение до более низкого значения. Перед подачей его на вход схемы выпрямителя.

Посмотрите на схему гибридного импульсного регулятора, вход схемы имеет характеристики, аналогичные характеристикам линейного источника питания. Но это повышает производительность.

Гибридный импульсный регулятор 5 В, 500 мА

Посмотрите на примеры реального использования, гибридный импульсный регулятор 5 В, 500 мА. В схеме используется LM341 фирмы NS. Как правило, это 3-контактный регулятор положительного напряжения.

Мне не нравится читать текст. Но мне нравится изучать его работу с помощью схем и блок-схем. Ты такой же, как я? Смотрим в цепи. Мы будем больше понимать.

Но это служит осциллятору. Частота генератора в цепи определяется соотношением сопротивлений R2 и R3.

Выходное напряжение возвращается катушкой индуктивности L1. Транзистор Q1 служит реальным переключающим устройством в схеме.

Ознакомьтесь также с этими статьями по теме:

Изучите работу импульсного регулятора обратного хода

Если вам нужен импульсный стабилизатор, в котором используется несколько компонентов. А для вашей нагрузки требуется мощность менее 100 Вт.

Посмотрите на блок-схему ниже.

Это схема питания с обратноходовым переключением.

Уменьшите напряжение.
Разделите входные и выходные цепи.
Также ограничьте ток сети переменного тока.

В котором первичная и вторичная катушки намотаны в противоположных направлениях.

При наличии импульсного управляющего сигнала для смещения транзистор работает. Ток будет проходить через высокочастотный трансформатор. Но выходной выпрямитель не проводит ток.

Наоборот, когда транзистор выключен. Первичное напряжение меняется на противоположное. И этот результат вызывает протекание тока обратного хода на выход выпрямителя и выход фильтра. Мы можем контролировать ширину импульса через трансформатор. Для поддержания постоянного выходного напряжения.

Мощность обратноходового импульсного блока питания ограничена 100 Вт. Из-за тока трансформатора. И ограничение на значение пикового тока переключающего транзистора.

Для приложений мощностью более 100 Вт. Мы будем использовать другие схемы импульсного регулятора. Это будет объяснено в следующей схеме.

Подборка связанных схем, которые вы, возможно, захотите прочитать:

Схема дешевого зарядного устройства на 6 В — использует принцип обратного хода.
3 идеи схем питания высокого напряжения
Схема повышающего преобразователя с 5 В на 12 В или выше с использованием транзистора.

Схема стабилизатора прямого переключения мощностью от 80 до 200 Вт

Посмотрите на регулятор прямого переключения на блок-схеме ниже. Это высокая мощность от 80 Вт до 200 Вт. Мы можем улучшить пульсацию, чтобы снизить. Потому что мы используем схему мостового выпрямителя. Который имеет пульсацию ниже, чем у однополупериодного выпрямителя обратноходового импульсного стабилизатора.

Кроме того, мы можем еще больше уменьшить пульсации, подключив дроссель последовательно с емкостным фильтром.

Когда работает транзистор (ON). Выход схемы будет проводить ток и иметь напряжение на себе.

И когда транзистор остановится (OFF). Ток перестанет течь в выходном выпрямителе. Напряжение на дросселе изменит полярность. И поставляет в нагрузку. Вот почему он снижает пульсацию.

Существует небольшая разница в схеме импульсного управления регулятора прямого переключения.

На практике необходимо изменить синхронизацию выходных импульсов в соответствии с различными выходными размерами. Для достижения наилучших результатов.

Вот несколько связанных сообщений, которые вы, возможно, захотите прочитать:

Двухтактный импульсный блок питания

Если вам нужна мощность более 200 Вт. Эта схема предназначена для обеспечения мощности до 600 Вт.

Посмотрите на блок-схему. Он состоит из двух импульсных регуляторов с широтно-импульсной модуляцией, работающих вместе для управления переключающим транзистором с каждой стороны.

Этот тип соединения цепи позволит управлять большим током.

Пульсации в двухтактной схеме включения можно уменьшить. Предоставляя схему для балансировки каждой широкоимпульсной модуляции.

Как правило, двухтактные схемы переключения имеют наименьшую пульсацию. По сравнению с другими схемами импульсного питания.

И выпрямители, и схемы фильтрации импульсов импульсной модуляции одинаковы. С точки получить ошибку напряжения выхода той же точки.

Заключение

Недостаток импульсного источника питания — радиочастотный шумовой сигнал. Которые он может распространять и мешать другим цепям. Если плохо защищен.

Значения регулирования и пульсации аналогичны линейным цепям.

Итак, импульсный источник питания подходит для приложений, требующих небольшого размера, высокой эффективности и низкого тепловыделения.

Кроме того, вот несколько связанных сообщений, которые вы тоже должны прочитать:

ПОЛУЧАТЬ ОБНОВЛЕНИЯ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь упростить изучение электроники .

Я люблю электронные схемы. Соберу много схемотехники, чтобы научить сына и всем пригодится. Спасибо за вашу поддержку.

Навигация по записи

Предыдущий пост

Универсальное зарядное устройство для аккумуляторов nicd и nimh с использованием LM317T

Следующая запись

Что такое стабилитрон? Его принцип работы и пример использования

Оставить ответ Отменить ответ

Этот сайт использует Akismet для уменьшения количества спама. Узнайте, как обрабатываются данные ваших комментариев.

Источники питания с импульсным режимом (часто сокращенно SMPS) значительно сложнее, чем линейные регулируемые источники питания, описанные в Модуле источников питания 2. Основное преимущество этой дополнительной сложности заключается в том, что работа в импульсном режиме дает регулируемые источники постоянного тока, которые больше мощности для данного размера, стоимости и веса силового агрегата.

Дизайн с переключением режимов

Используется ряд различных типов дизайна. Там, где вход представляет собой сеть переменного тока (линию), переменный ток выпрямляется и сглаживается накопительным конденсатором, а затем обрабатывается преобразователем постоянного тока в постоянный для получения регулируемого выходного постоянного тока на требуемом уровне. Следовательно, SMPS можно использовать в качестве преобразователя переменного тока в постоянный для использования во многих цепях с питанием от сети или постоянного тока в постоянный, повышая или понижая напряжение постоянного тока по мере необходимости, в системах с батарейным питанием.

Блок-схема переключаемого режима

Рис. 3.0.1 Типовая блок-схема SMPS

Рис. 3.0.1 показан пример блок-схемы типичного SMPS с сетевым (линейным) входом переменного тока и регулируемым выходом постоянного тока. Выходное выпрямление и фильтр изолированы от высокочастотной коммутационной секции высокочастотным трансформатором, а обратная связь управления напряжением осуществляется через оптоизолятор.Блок схемы управления типичен для специализированных ИС, содержащих высокочастотный генератор, широтно-импульсную модуляцию, управление напряжением и током и секции отключения выхода.

Какой бы ни была цель SMPS, общей чертой (после преобразования переменного тока в постоянный, если требуется) является использование прямоугольной волны высокой частоты для управления электронной схемой переключения питания. Эта схема используется для преобразования источника постоянного тока в высокочастотный и сильноточный переменный ток, который различными способами, в зависимости от конструкции схемы, преобразуется в регулируемый выход постоянного тока. Причина этого процесса двойного преобразования заключается в том, что при изменении постоянного тока или переменного тока сети на высокочастотный переменный ток компоненты, такие как трансформаторы, катушки индуктивности и конденсаторы, необходимые для преобразования обратно в регулируемый источник постоянного тока, могут быть намного меньше и меньше. дешевле, чем те, которые необходимы для выполнения той же работы на частоте сети (линии).

Высокочастотный переменный ток, создаваемый в процессе преобразования, представляет собой прямоугольную волну, которая обеспечивает средства управления выходным напряжением с помощью широтно-импульсной модуляции. Это позволяет регулировать выходную мощность намного эффективнее, чем это возможно в источниках с линейной регулировкой.

Комбинация прямоугольного генератора и переключателя, используемая в импульсных источниках питания, также может использоваться для преобразования постоянного тока в переменный. Таким образом, метод переключения режимов также можно использовать в качестве «инвертора» для создания источника переменного тока с потенциалом сети из источников постоянного тока, таких как батареи, солнечные панели и т. д.

Регулировка напряжения

В большинстве импульсных источников питания обычно предусмотрено регулирование как сети (входное напряжение), так и нагрузки (выходное напряжение). Это достигается путем изменения отношения метки к пробелу формы сигнала генератора перед его применением к переключателям. Контроль отношения метки к пробелу достигается путем сравнения обратной связи по напряжению с выхода источника питания со стабильным опорным напряжением. Используя эту обратную связь для управления отношением метки к пространству генератора, можно управлять рабочим циклом и, следовательно, средним выходным постоянным током схемы. Таким образом может быть обеспечена защита как от перенапряжения, так и от перегрузки по току.

Там, где важно обеспечить электрическую изоляцию от сети, это обеспечивается за счет использования трансформатора либо на входе переменного тока, где он также может использоваться для изменения напряжения переменного тока перед выпрямлением, либо между секцией управления источник питания и выходная секция, где, помимо обеспечения изоляции, трансформатор с несколькими вторичными обмотками может выдавать несколько разных выходных напряжений.

Чтобы обеспечить хорошо регулируемый выходной сигнал, образец выходного напряжения постоянного тока обычно подается обратно в схему управления и сравнивается со стабильным эталонным напряжением. Любая полученная ошибка используется для управления выходным напряжением. Чтобы обеспечить гальваническую развязку между входом и выходом, обратная связь обычно осуществляется через такое устройство, как оптоизолятор.

ВЧ переключение

Использование высокой частоты для привода переключения дает несколько преимуществ:

• Трансформатор должен быть ВЧ-типа, который намного меньше стандартного сетевого трансформатора.

• Частота пульсаций будет намного выше (например, 100 кГц), чем при линейном питании, поэтому требуется меньшая емкость сглаживающего конденсатора.

• Кроме того, использование прямоугольной волны для управления переключающими транзисторами (режим переключения) гарантирует, что они рассеивают гораздо меньшую мощность, чем обычные транзисторы последовательного стабилизатора. Опять же, это означает, что для заданной выходной мощности можно использовать меньшие и более дешевые транзисторы, чем в линейных источниках питания аналогичного номинала.

• Использование меньших трансформаторов и сглаживающих конденсаторов делает импульсные блоки питания более легкими и менее громоздкими. Дополнительные затраты на сложную схему управления также компенсируются меньшими и, следовательно, более дешевыми трансформаторами и сглаживающими конденсаторами, что делает некоторые конструкции с импульсным режимом менее дорогими, чем эквивалентные линейные источники питания.

Хотя линейные источники могут обеспечить лучшую стабилизацию и лучшее подавление пульсаций при низких уровнях мощности, чем источники с импульсным режимом, вышеуказанные преимущества делают ИИП наиболее распространенным выбором для блоков питания в любом оборудовании, где стабилизированный источник питания необходим для подачи среды к большое количество энергии.

Недостаток использования такой высокочастотной прямоугольной волны в мощной цепи, такой как SMPS, заключается в том, что создается много мощных высокочастотных гармоник, поэтому без очень эффективного экранирования и фильтрации RF существует опасность того, что SMPS создаст RF. помехи.

Импульсные источники питания, импульсные источники питания обеспечивают повышенную эффективность и экономию места по сравнению с традиционными линейными источниками питания, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить низкий уровень шума на выходе.

Импульсные источники питания широко используются из-за преимуществ, которые они предлагают с точки зрения размера, веса, стоимости, эффективности и общей производительности.

Благодаря своим характеристикам импульсные источники питания используются во всех приложениях, кроме самых требовательных, чтобы обеспечить эффективный и действенный источник питания для большинства форм электронных систем.

Импульсные источники питания стали общепринятой частью электроники и часто называются импульсными преобразователями питания или просто коммутаторами.

Терминология импульсного источника питания

Импульсный источник питания, SMPS. Термин импульсный источник питания обычно используется для обозначения элемента, который можно подключить к сети или другому внешнему источнику и использовать для выработки источника питания. Другими словами, это полный источник питания.
Регулятор режима переключения: обычно это относится только к электронной схеме, обеспечивающей регулирование. Импульсный регулятор будет частью общего импульсного источника питания.
Контроллер импульсного регулятора: Многие интегральные схемы импульсного регулятора не содержат последовательно переключающего элемента. Это будет верно, если уровни тока или напряжения высоки, потому что внешний последовательный переключающий элемент сможет лучше справляться с более высокими уровнями тока и напряжения, а также с результирующей рассеиваемой мощностью.

Основные сведения об импульсном источнике питания

Основная концепция импульсного источника питания или SMPS заключается в том, что регулирование осуществляется с помощью импульсного стабилизатора. При этом используется элемент последовательного переключения, который отключает подачу тока на сглаживающий конденсатор.

Основная концепция импульсного источника питания

Время включения последовательного элемента контролируется напряжением на конденсаторе. Если она выше требуемой, элемент последовательного включения выключается, если ниже требуемой - включается. Таким образом, напряжение на сглаживающем или накопительном конденсаторе поддерживается на необходимом уровне.

Преимущества и недостатки импульсного источника питания

Использование любой технологии часто представляет собой тщательный баланс нескольких преимуществ и недостатков. Это справедливо для импульсных источников питания, которые обладают некоторыми явными преимуществами, но также имеют и свои недостатки.

Преимущества SMPS

Высокая эффективность: действие переключения означает, что элемент последовательного регулятора либо включен, либо выключен, и поэтому мало энергии рассеивается в виде тепла, и может быть достигнут очень высокий уровень эффективности.
Компактность. В результате высокой эффективности и низкого уровня рассеивания тепла импульсные блоки питания можно сделать более компактными.
Стоимость: одним из факторов, делающих импульсные блоки питания очень привлекательными, является стоимость. Более высокая эффективность и характер переключения конструкции означают, что тепло, которое необходимо уменьшить, меньше, чем у линейных источников питания, и это снижает затраты. При этом коммутационный характер питания означает, что многие компоненты стоят дешевле.
Гибкая технология. Технология импульсного источника питания может использоваться для обеспечения высокоэффективного преобразования напряжения в приложениях, повышающих или повышающих, или понижающих, понижающих.

Недостатки SMPS

Шум. Одной из самых больших проблем являются переходные пики, возникающие при переключении импульсных источников питания. Пики могут мигрировать во все области цепей, питаемых SMPS, если пики не фильтруются должным образом. Кроме того, всплески или переходные процессы могут вызывать электромагнитные или радиочастотные помехи, которые могут повлиять на другие расположенные рядом элементы электронного оборудования, особенно если они принимают радиосигналы.
Внешние компоненты. Хотя можно спроектировать импульсный регулятор с использованием одной интегральной схемы, обычно требуются внешние компоненты. Наиболее очевидным является накопительный конденсатор, но также необходимы компоненты фильтра. В некоторых конструкциях элемент последовательного переключателя может быть встроен в интегральную схему, но там, где потребляется какой-либо ток, последовательный переключатель будет внешним компонентом. Все эти компоненты требуют места и увеличивают стоимость.
Требуется экспертный проект. Часто можно собрать работающий импульсный источник питания. Гарантировать, что он работает в соответствии с требуемой спецификацией, может быть сложнее. Поддержание уровня пульсаций и помех может быть особенно сложным.
Фильтрация: Тщательно продумайте фильтрацию для SMPS, поскольку плохой дизайн может привести к высокому уровню шума и скачкам на выходе.

В целом, импульсные источники питания идеально подходят для множества приложений, от компьютеров до зарядных устройств, от лабораторного оборудования до многих предметов бытовой электроники.Стоимость, размер и эффективность являются ключевыми факторами, гарантирующими, что они станут основной технологией для очень многих приложений.

Читайте также: