Во многих электрических приборах уже давно применяется принцип реализации вторичной мощности за счет использования дополнительных устройств, на которые возложены функции обеспечения электроэнергией схем, нуждающихся в питании от отдельных типов напряжений, частоты, тока…
Для этого создаются дополнительные элементы: , преобразующие напряжение одного вида в другой. Они могут быть:
Переключаемые источники рекомендуются всякий раз, когда мы используем схемы, питаемые от батарей, но существенные, когда потребление увеличивается выше примерно на половину усилителя, потому что выделяемое тепло и его эвакуация начнут создавать проблемы, которые станут все более сложными.
Достоинства трансформаторных блоков питания
Помните также, что коммутируемый источник по своей природе всегда снижает уровень входного напряжения и не может использоваться так, чтобы выходное напряжение было больше входного напряжения. В целом рынок предоставляет нам множество схем, смонтированных с коммутируемыми источниками, и хотя они несколько дороже, чем простые линейные регуляторы, цены упали настолько, что за несколько евро вы получаете качественный конвертер.
встроены внутрь корпуса потребителя, как на многих микропроцессорных приборах;
или изготовлены отдельными модулями с соединительными проводами по образцу обычного зарядного устройства у мобильного телефона.
В современной электротехнике успешно уживаются два принципа преобразования энергии для электрических потребителей, основанные на:
Литературный ликбез на тему ИБП
Давайте посмотрим на некоторые из них, чтобы вы знали, что искать. 
Вы можете регулировать выходное напряжение с помощью встроенного потенциометра, который вы видите синим. Они могут обеспечить 2 стабильных усилителя и доходить до 3 ампер, но для их поддержания вам понадобится радиатор, так что вы уже можете питаться такими же маленькими и не очень маленькими двигателями.
1. использовании аналоговых трансформаторных устройств для передачи мощности во вторичную схему;
2. импульсных блоках питания.
Они имеют принципиальные отличия в своей конструкции, работают по разным технологиям.
Трансформаторные блоки питания
Первоначально создавались только такие конструкции. Они изменяют структуру напряжения за счет работы силового трансформатора, питающегося от бытовой сети 220 вольт, в котором происходит понижение амплитуды синусоидальной гармоники, направляемой далее на выпрямительное устройство, состоящее из силовых диодов, включенных, как правило, по схеме моста.
Как выбрать импульсные блоки питания
Цепь управления не является частью силовой цепи привода с переменной скоростью. Эта схема должна гарантировать четыре основные функции.
- Управление полупроводниками привода с переменной скоростью.
- Обмен информацией контроля, контроля и анализа с периферийными устройствами.
- Контроль неисправностей.
- Защита привода с переменной скоростью и двигателя.
После этого пульсирующее напряжение сглаживается параллельно подключенной емкостью, подобранной по величине допустимой мощности, и стабилизируется полупроводниковой схемой с силовыми транзисторами.
За счет изменения положения подстроечных резисторов в схеме стабилизации удается регулировать величину напряжения на выходных клеммах.
Управление скоростью трехфазных двигателей переменного тока развивается в соответствии с двумя различными принципами управления. Эти принципы определяют программирование алгоритмов управления и регулирования приводов с переменной скоростью. Оба метода имеют преимущества в зависимости от конкретных требований производительности и точности привода.
Это базовая система управления стандартными преобразователями частоты. Чтобы поддерживать постоянный поток в двигателе и, следовательно, также изменять постоянную скорость крутящего момента, напряжение и частота изменяются пропорционально до номинальной частоты двигателя. Когда достигается номинальное напряжение, напряжение больше не может увеличиваться. Всегда можно увеличить частоту; В этом случае изменение выполняется при постоянной мощности, крутящий момент уменьшается со скоростью. Этот режим работы является предпочтительным для постоянных нагрузок крутящего момента, таких как лифты.
Импульсные блоки питания (ИБП)
Подобные конструктивные разработки массово появились несколько десятилетий назад и стали пользоваться все большей популярностью в электротехнических приборах благодаря:
доступностью комплектования распространенной элементной базой;
надежностью в исполнении;
возможностями расширения рабочего диапазона выходных напряжений.
Управление векторным напряжением
Действительно, крутящий момент двигателя «прилипает» лучше к профилю резистивного крутящего момента; Это означает, что результирующее потребление ниже. Работа при постоянном крутящем моменте при 50 Гц. Работа с постоянным крутящим моментом. Простота адаптации привода с переменной скоростью к двигателю легко поддерживает изменения нагрузки во всем диапазоне скоростей, крутящий момент двигателя остается более или менее постоянным в зависимости от скорости. Для этого типа управления необходимо предоставить точные указания по параметрам двигателя.
Практически все источники импульсного питания незначительно отличаются по конструкции и работают по одной, типичной для других устройств схеме.
Современные блоки питания различных типов с нужными параметрами и характеристиками можно подобрать с помощью интернет-сервиса по поиску электронных компонентов ChipHunt - http://chiphunt.ru/catalog/enclosures/
Управление вектором напряжения работает в соответствии с принципом расчета оптимальной намагниченности двигателя при различных нагрузках с использованием параметров компенсации для управления скольжением и нагрузкой двигателя. Как следует из названия, управление вектором напряжения работает с векторами напряжения вакуума и компенсацией относительно изменения нагрузки.
Ориентированное векторное управление вектором работает со значениями активных токов, намагниченности и крутящего момента. С помощью подходящей математической модели можно определить крутящий момент, требуемый двигателем в соответствии с векторами потока статора и током ротора, чтобы оптимизировать и регулировать магнитное поле и скорость двигателя в зависимости от нагрузки.
В состав основных деталей источников питания входят:
- Хорошая реакция на изменения нагрузки.
- Точный контроль скорости.
- Крутящий момент при нулевой скорости.
- Производительность похожа на приводы постоянного тока.
- Быстрая реакция на изменения скорости и широкий диапазон скоростей.
- Требует точных характеристик двигателя.
- Работа со значительной динамикой переключения.
- Отсутствие шума или искажений.
- Замкнутое контактное сопротивление.
- Очень низкое.
- Емкостная связь между контактами для многополярных моделей.
сетевой выпрямитель, собранный из: входных дросселей, электромеханического фильтра, обеспечивающего отстройку от помех и развязку статики с конденсаторами, сетевого предохранителя и диодного моста;
накопительная фильтрующая емкость;
ключевой силовой транзистор;
Векторное управление потоком имеет следующие преимущества и недостатки. Лучшая динамическая реакция на изменения направления вращения. Требуется единая стратегия управления для всего диапазона скоростей.
задающий генератор;
схема обратной связи, выполненная на транзисторах;
оптопара;
импульсный источник питания, со вторичной обмотки которого исходит напряжение для преобразования в силовую цепь;
выпрямительные диоды выходной схемы;
цепи управления выходного напряжения, например, на 12 вольт с подстройкой, изготовленной на оптопаре и транзисторах;
Стандарты и сертификаты
Когда эта катушка проходит через достаточный ток, магнитное поле притягивает к ней подвижную часть и перемещает механические контакты, расположенные бок о бок с осью. Когда ток не течет в катушке, контакты возобновляются Их положение покоя благодаря возвратной пружине. Внешние соединения просто обеспечивают доступ к проводам катушки и к электрическим контактам, подключенным к подвижным механическим частям.
Преимущества электромеханического реле
Возможность переключения как непрерывных, так и чередующихся сигналов по широкому диапазону частот. Высокое сопротивление открытому контакту. Очень высокое. Большая изоляция между цепью управления и коммутационной схемой. Возможность решения задач автоматизации иногда проще, чем при использовании электронной схемы.
Недостатки электромеханического реле
Элемент управления, имеющий незначительный индуктивный компонент, вызывающий большое перенапряжение, когда ток, текущий в катушке, прерывается. Интересно знать, что количество подборов и, следовательно, скорость откровенного контакта зависят от управляющего тока, протекающего в катушке. Количество подборов действительно больше, когда этот управляющий ток намного ниже или превышает номинальное значение тока, указанное изготовителем. Совместимость не всегда обеспечивается цифровыми схемами, особенно для мощных реле, для которых может потребоваться конкретная схема интерфейса. Снижение изоляции в открытом состоянии из-за Емкостная связь, «низкий» срок службы, если большое количество переключений, большие механические требования к реле средней и высокой мощности, которые следует сравнивать с транзисторами или тиаками, оснащенными их радиаторами. Прошивка не была нормализована, несмотря на некоторые усилия, предпринятые для определенных категорий реле.Выводы некоторых электромеханических реле
фильтрующие конденсаторы;
силовые дроссели, выполняющие роль коррекции напряжения и его диагностики в сети;
выходные разъемы.
Пример электронной платы подобного импульсного блока питания с кратким обозначением элементной базы показан на картинке.
Обратите внимание, что в той же компоновке электроники вы можете соответствовать разному расположению вкладок подключения. Будьте осторожны, чтобы подключить реле при изготовлении печатной схемы или выполнить открытую проводку. Лучше всего, если у вас есть сомнения, вынуть мультиметр и использовать его в режиме омметра.
Установление контактов Таким образом, между ними выполняется согласно следующей таблице. С физической стороны действительно существует множество случаев. Настолько, что это называется автоматическим реле. Тип корпуса очень удобен с точки зрения технического обслуживания, поскольку стандартизованное расстояние между ногами с шагом 2, 54 мм позволяет устанавливать эти реле на стандартную поддержку интегральной схемы и легко заменять его. Некоторые реле также имеют электростатический экран между катушкой и электрическими контактами, это, как правило, вариант.
Как работает импульсный блок питания
Импульсный блок питания выдает стабилизированное питающее напряжение за счет использования принципов взаимодействия элементов инверторной схемы.
Напряжение сети 220 вольт поступает по подключенным проводам на выпрямитель. Его амплитуда сглаживается емкостным фильтром за счет использования конденсаторов, выдерживающих пики порядка 300 вольт, и отделяется фильтром помех.
Твердотельные реле
Это специализированные реле, предназначенные только для высокочастотных приложений. Этот тип реле, как правило, герметичен, что не всегда относится к электромеханическим реле, которые могут задерживать пыль и со временем страдать от значительной коррозии, если контакты не предназначены для выдерживания.
Недостатки статического реле
Отсутствие движущейся механической части, позволяющей значительно увеличить срок службы, независимо от того, является ли число переключения значительным или нет. Статическое реле может включать дополнительную электронику для точного управления временем переключения на уровне мощности. Это позволяет, например, переключать мощность переменного напряжения во время пересечения нуля волны, чтобы избежать или ограничить помехи переключения, связанные с внезапным отключением ненулевого напряжения. Может использоваться более легко во враждебных средах из-за отсутствия электрических дуг. Повышенная устойчивость к коррозии, вызванная отсутствием механических контактов в движении, в основном безмолвная, что может быть важно в больнице, например. В некоторых рабочих диапазонах статическое реле дешевле электромеханического реле. Он также может быть менее объемным, с равной мощностью. Более короткое время переключения. Высокая выходная мощность: около 20 пФ против 1 пФ для механических реле, что значительно ограничивает использование статических реле в высокочастотном диапазоне. Перегрев при переключении высоких токов, что может потребовать принудительной вентиляции. В некоторых случаях физическое отключение реле необходимо по соображениям безопасности, что не всегда возможно при использовании статического реле.
Реле для прогрессивного включения питания
- Повышенная совместимость с цифровыми схемами.
- Нижний управляющий ток, особенно для реле высокой мощности.
- Паразиты порождали меньше или вообще отсутствовали.
- Устойчивость к более высоким условиям прохождения.
- Для максимального использования тока необходимо добавить теплоотвод.
- Большая трудность включения нескольких контактов в одном корпусе.
Входной диодный мост выпрямляет проходящие через него синусоиды, которые затем преобразуются транзисторной схемой в импульсы высокой частоты и прямоугольной формы с определенной скважностью. Они могут преобразовываться:
1. с гальваническим отделением сети питания от выходных цепей;
2. без выполнения подобной развязки.
Импульсный блок питания с гальванической развязкой
В этом случае высокочастотные сигналы направляются на импульсный трансформатор, осуществляющий гальваническую развязку цепей. За счет повышенной частоты увеличивается эффективность использования трансформатора, снижаются габариты его магнитопровода и вес. Чаще всего для материала подобного сердечника применяют ферромагнетики, а электротехнические стали в этих устройствах практически не используются. Это также позволяет минимизировать общую конструкцию.
Один из вариантов исполнения схемы импульсного блока питания с трансформаторной развязкой цепей показан на картинке.
В таких устройствах работают три взаимосвязанных цепочки:
2. каскад из силовых ключей;
3. импульсный трансформатор.
Как работает ШИМ-контроллер
Контроллером называют устройство, которое управляет каким-либо технологическим процессом. В рассматриваемых нами блоке питания им выступает процесс преобразования широтно-импульсной модуляции. В его основу заложен принцип выработки импульсов одинаковой частоты, но с разной длительностью включения.
Подача импульса соответствует обозначению логической единицы, а отсутствие — нуля. При этом они все равны по величине амплитуды и частоте (имеют одинаковый период колебаний Т). Продолжительность включенного состояния единицы и его отношение к периоду меняются и позволяют управлять работой электронных схем.
Типовые изменения ШИП-последовательностей показаны на графике.
Контроллеры обычно создают подобные импульсы с частотой 30÷60 кГц.
В качестве примера можно привести контроллер, выполненный на микросхеме TL494. Для настройки частоты выработки его импульсов используется схема, состоящая из резисторов с конденсаторами.
Работа каскада из силовых ключей
Он состоит из мощных транзисторов, которые подбираются из биполярных, полевых или IGBT-моделей. Для них может быть создана индивидуальная система управления на других маломощных транзисторах либо интегральных драйверах.
Силовые ключи могут быть включены по различным схемам:
мостовой;
полумостовой;
со средней точкой.
Импульсный трансформатор
Первичная и вторичная обмотки, смонтированные вокруг г магнитопровода из феррита или альсифера, способны надежно передавать высокочастотные импульсы с частотой вплоть до 100 кГц.
Их работу дополняют цепочки из фильтров, стабилизаторов, диодов и других компонентов.
Импульсные блоки питания без гальванической развязки
В импульсных блоках питания, разработанных по алгоритмам, исключающим гальваническое разделение, высокочастотный разделительный трансформатор не используется, а сигнал поступает сразу на фильтр нижних частот. Подобный принцип работы схемы показан ниже.
Особенности стабилизации выходного напряжения
Все импульсные блоки питания имеют в своем составе элементы, осуществляющие отрицательную обратную связь с выходными параметрами. За счет этого они обладают хорошей стабилизацией выходного напряжения при изменяющихся нагрузках и колебаниях питающей сети.
Способы реализации обратной связи зависят от применяемой схемы для работы блока питания. Она может осуществляться у блоков, работающих с гальванической развязкой за счет:
1. промежуточного воздействия выходного напряжения на одну из обмоток высокочастотного импульсного трансформатора;
2. применения оптрона.
В обоих случаях эти сигналы управляют скважностью импульсов, подаваемых на выход ШИМ-контроллера.
При использовании схемы без гальванической развязки обратная связь обычно создается за счет подключения резистивного делителя напряжения.
Преимущества импульсных блоков питания над обычными аналоговыми
При сравнении конструкций блоков с равными показателями выходных мощностей импульсные блоки питания обладают следующими достоинствами:
1. уменьшенный вес;
2. повышенный КПД;
3. меньшая стоимость;
4. расширенный диапазон питающих напряжений;
5. наличие встроенных защит.
1. Пониженный вес и габариты импульсных блоков питания объясняются переходом от преобразований низкочастотной энергии мощными и тяжелыми силовыми трансформаторами с управляющими системами, расположенными на больших радиаторах охлаждения и работающими в постоянном линейном режиме, к технологиям импульсного преобразования и регулирования.
За счет повышения частоты обрабатываемого сигнала сокращается емкость конденсаторов у фильтров напряжения и, соответственно, их габариты. Также упрощается их схема выпрямления вплоть до перехода к самой простой — однополупериодной.
2. У низкочастотных трансформаторов значительная доля потерь энергии создается за счет выделения и рассеивания тепла при выполнении электромагнитных преобразований.
В импульсных блоках наибольшие потери энергии создаются во время возникновения переходных процессов при коммутациях каскадов силовых ключей. А в остальное время транзисторы находятся в устойчивом положении: открыты или закрыты. При таком их состоянии создаются все условия для минимальной потери электроэнергии, когда КПД может составлять 90÷98%.
3. Цена на импульсные блоки питания постепенно снижается за счет постоянно проводимой унификации элементной базы, которая производится широким ассортиментом на полностью механизированных предприятиях со станками-роботами. К тому же режим работы силовых элементов на основе управляемых ключей позволяет использовать менее мощные полупроводниковые детали.
4. Импульсные технологии позволяют запитывать блоки питания от источников напряжения с разной частотой и амплитудой. Это расширяет область их применения в условиях эксплуатации с различными стандартами электрической энергии.
5. Благодаря использованию малогабаритных полупроводниковых модулей, работающих по цифровым технологиям, в конструкцию импульсных блоков удается надежно встраивать защиты, контролирующие возникновение токов коротких замыканий, отключения нагрузок на выходе прибора и другие аварийные режимы.
У обычных трансформаторных блоков питания такие защиты создавались на старой электромеханической, релейной, полупроводниковой базе. Применять сейчас для них цифровые технологии в большинстве схем не имеет смысла. Исключение составляют случаи питания:
маломощных цепей управления сложной бытовой техники;
слаботочных устройств управления высокой точности, например, используемых в измерительной технике или метрологических целях (цифровые счетчики электроэнергии, вольтметры).
Недостатки импульсных блоков питания
В/ч помехи
Поскольку импульсные блоки питания работают по принципу преобразования высокочастотных импульсов, то они в любом исполнении вырабатывают помехи, транслируемые в окружающую среду. Это создает необходимость их подавления различными способами.
В отдельных случаях помехоподавление может быть неэффективным, что исключает использование импульсных блоков питания для отдельных типов точной цифровой аппаратуры.
Ограничения по мощности
Импульсные блоки питания имеют противопоказание к работе не только на повышенных, но и пониженных нагрузках. Если в выходной цепи произойдет резкое снижение тока за предел минимального критического значения, то схема запуска может отказать или блок станет выдавать напряжение с искаженными техническими характеристиками, не укладывающимися в рабочий диапазон.
Импульсный источник питания – электронная схема, где входное напряжение выпрямляется, фильтруется, нарезается пачками импульсов высокой частоты для передачи через малогабаритный трансформатор. Блок становится управляемым, с гибко подстраиваемыми параметрами. Уменьшается масса самой тяжелой части источника – трансформатора. В англоязычной литературе такие приборы именуются Switching-Mode Power Supply (SMPS).
Прибор SMPS (импульсный источник питания)
Появление импульсных источников питания
Размеры трансформаторов волновали еще Теслу. Ученый повторяя опыт за опытом, установил: высокие частоты тока безопасны для человека, провоцируют большие потери в сердечниках трансформаторов. Результатом споров стало принятие частоты 60 Гц для строительства Ниагарской ГЭС. Начали с Николы Тесла, потому что это первый человек, который понял, что быстрые колебания механическим способом не получишь. Следовательно, приходится использовать колебательные контуры. Так появился трансформатор Тесла (22 сентября 1896 года), при помощи которого ученый задумал передавать на расстояние сообщения и энергию.
Суть изобретения описана в разделе про , приведем краткие сведения. Трансформатор образован двумя частями, включенными последовательно. Первичная обмотка первого подключалась к источнику переменного напряжения сравнительно низкой частоты. Благодаря низкому коэффициенту трансформации происходил заряд конденсатора, подключенного ко вторичной обмотке, до высокого потенциала. Напряжение достигало порога, пробивался разрядник, включенный параллельно конденсатору. Начинался колебательный процесс разряда через первичную обмотку второго трансформатора во внешнюю цепь. Тесла получал напряжения радиодиапазона амплитудой миллионы вольт.
Первые шаг в создании импульсных блоков питания, где напряжение сравнительно низкой частоты преобразуется в импульсы. Аналогичную конструкцию создал в 1910 году Чарльз Кеттеринг, оборудуя системы зажигания автомобилей. Импульсные блоки питания появились в 60-е годы. Идея минимизации размеров трансформаторов (после Николы Тесла) выдвинута компанией General Electric в 1959 году в лице Джозефа Мерфи и Фрэнсиса Старчеца (U.S. Patent 3,040,271). Идея не сразу нашла горячий отклик (отсутствовала подходящая элементная база), в 1970 году компания Тектроникс выпустила линейку осциллографов с новым источником питания.
Двумя годами позже инверторы находят применение в электронике (Patent US3697854 A), главное – появляются первые отечественные модели! Патенты ссылаются друг на друга, невозможно понять, кто первым предложил использовать идею в персональных компьютерах. В СССР разработки начались в 1970 году, связано с появлением в продаже высокочастотного мощного германиевого транзистора 2Т809А. Как оговаривается в литературе, первым в 1972 году добился успеха москвич, кандидат технических наук Л. Н. Шаров. Позже появился импульсный блок питания 400 Вт авторством А. И. Гинзбурга, С. А. Эраносяна. Вычислительные машины ЕС новинкой оборудованы в 1976 году коллективом под руководством Ж. А. Мкртчяна.
Первые импульсные блоки питания, известные отечественному потребителю по цифровым телевизорам и видеомагнитофонам, часто ломались, современные изделия лишены недостатка – работают непрерывно годами. Момент начала 90-х годов снабжает следующими сведениями:
- Удельная мощность: 35 - 120 Вт на кубический дециметр.
- Рабочая частота инвертора: 30 - 150 кГц.
- КПД: 75 - 85%.
- Время наработки на отказ: 50 - 200 тысяч часов (6250 рабочих дней).
Достоинства импульсных блоков питания
Линейные источники питания громоздкие, эффективность хромает. КПД редко превышает 30%. Для импульсных блоков питания средние цифры лежат в диапазоне 70 - 80%, существуют изделия, сильно выбивающиеся из ряда. В лучшую сторону, разумеется. Приводятся сведения: КПД импульсного блока питания достигает 98%. Одновременно снижаются требуемые фильтрации емкости конденсаторов. Энергия, запасаемая за период, сильно падает с повышением частоты. Зависит прямо пропорционально от ёмкости конденсатора, квадратично от амплитуды напряжения.
Повышение до частоты 20 кГц (в сравнении с 50/60) снижает линейные размеры элементов в 4 раза. Цветочки в сравнении с ожиданиями в радиодиапазоне. Объясняет причину оснащения приемников конденсаторами малого размера.
Устройство импульсных источников питания
Входное напряжение выпрямляется. Процесс осуществляет диодный мост, реже одиночный диод. Затем напряжение нарезается импульсами, здесь литература бодро переходят к описанию трансформатора. Читателей наверняка мучает вопрос – как работает чоппер (устройство, формирующее импульсы). На основе микросхемы, питающейся непосредственно сетевым напряжением 230 вольт. Реже специально ставится стабилитрон (стабилизатор параллельного типа).
Микросхема формирует импульсы (20 - 200 кГц), сравнительно малой амплитуды, управляющие тиристором или иным полупроводниковым силовым ключом. Тиристор нарезает высокое напряжение импульсами, по гибкой программе, формируемой микросхемой генератора. Поскольку на входе действует высокое напряжения, нужна защита. Генератор охраняется варистором, сопротивление которого резко падает при превышении порога, замыкая вредный скачок на землю. С силового ключа пачки импульсов поступают на малогабаритный высокочастотный трансформатор. Линейные размеры сравнительно невысоки. Для компьютерного блока питания мощностью 500 Вт умещается детской ладонью.
Полученное напряжения вновь выпрямляется. Используются диоды Шоттки, спасибо низкому падению напряжения перехода металл-полупроводник. Спрямленное напряжение фильтруется, подается потребителям. Благодаря наличию множества вторичных обмоток достаточно просто получаются номиналы различной полярности и амплитуды. Рассказ неполон без упоминания цепи обратной связи. Выходные напряжения сравниваются с эталоном (например, стабилитрон), происходит подстройка режима генератора импульсов: от частоты, скважности зависит передаваемая мощность (амплитуда). Изделия считаются сравнительно неприхотливыми, могут функционировать в широком диапазоне питающих напряжений.
Корпусной блок питания
Технология носит название инверторной, используется сварщиками, микроволновыми печами, индукционными варочными панелями, адаптерами сотовых телефонов, iPad. Компьютерный блок питания работает подобным образом.
Схемотехника импульсных блоков питания
Природой предоставлено 14 базовых топологий реализации импульсных блоков питания. С присущими достоинствами, уникальными характеристиками. Некоторые подходят созданию маломощных блоков питания (ниже 200 Вт), другие лучшие качества проявляют при питании сетевым напряжением 230 вольт (50/60 Гц). И чтобы выбрать нужную топологию, сумейте представить свойства каждой. Исторически первыми называют три:
- Buck – бак, олень, доллар.
- Boost – ускорение.
- Polarity inverter – инвертор полярности.
Три топологии относятся к линейным регуляторам. Тип приборов считается предшественником импульсных блоков питания, не включая достоинств. Напряжение подается через трансформатор, спрямляется, нарезается на силовом ключе. Работой регулятора заведует обратная связь, в задачи которой входит формирование сигнала ошибки. Тип приборов составлял многомиллиардный оборот в 60-е годы, мог лишь понижать напряжение, а общий провод потребителя замыкался с сетью питания.
Buck топология
Так появились «олени». Первоначально предназначенные для постоянного напряжения нарезали входной сигнал импульсами, затем пачки спрямлялись, фильтровались с получением средней мощности. Обратная связь контролировала скважность, частоту (широтно-импульсная модуляция). Аналогичное делается сегодня компьютерными блоками питания. Практически сразу были достигнуты значения плотности мощности 1 - 4 Вт на кубический дюйм (впоследствии до 50 Вт на кубический дюйм). Прелестно, что стало можно получать множество выходных напряжений, развязанных со входом.
Недостатком сочтем потери в момент переключения транзистора, напряжение меняет полярность, остается ниже нуля до следующего импульса. Указанная часть сигнала, минуя диод, замыкается на землю, не доходя фильтра. Обнаружено существование оптимальных частот переключения, при которых издержки минимизируются. Диапазон 25 - 50 кГц.
Boost топология
Топология именуется кольцевым дросселем, ставится вперед ключа. Удается повысить входное напряжение до нужного номинала. Схема работает следующим образом:
- В начальный момент времени транзистор открыт, дроссель запасается энергией источника напряжения через коллекторный, эмиттерный p-n-переходы, землю.
- Затем ключ запирается, стартует процесс зарядки конденсатора. Дроссель отдает энергию.
- В некоторый момент отрабатывает усилитель обратной связи, начинается питание нагрузки. Конденсатор неспособен отдать энергию в сторону силового ключа, мешает диод. Заряд забирает полезная нагрузка.
- Падение напряжения вызовет повторное срабатывание цепи обратной связи, начнется накопление энергии дросселем.
Polarity Inverter топология
Топология полярного инвертора похожа на предыдущую схему, дроссель расположен за ключом. Работает следующим образом:
В этом случае наблюдаем параллельность процессов запасания/расходования энергии. Все три рассмотренные схемы демонстрируют следующие недостатки:
- Имеется связь по постоянному току между входом и выходом. Другими словами, отсутствует гальваническая развязка.
- Невозможно получить несколько номиналов напряжений из одной схемы.
Минусы устраняются двухтактной тяни-толкай (push-pull), запаздывающей (latter) топологиями. Обе используют чоппер с технологией опережения (forward). В первом случае используется дифференциальная пара транзисторов. Становится возможным использовать один ключ на половину периода. Для управления нужна специальная формирующая схема, попеременно раскачивающая эти качели, улучшаются условия отвода тепла. Нарезанное напряжение двухполярное, питает первичную обмотку трансформатора, вторичных много – сообразно требованиям потребителей.
В запаздывающей топологии один транзистор заменен диодом. Схема часто эксплуатируется маломощными блоками питания (до 200 Вт) с постоянным напряжением на выходе 60 - 200 В.
