Alimentatore switching: caratteristiche speciali

L'alimentazione elettrica di commutazione è un sistema inverter. Rettifica la tensione di ingresso CA. Inoltre, la tensione costante, ottenuta come risultato dell'operazione precedente, viene convertita in impulsi rettangolari con maggiore frequenza e una certa compattezza, oppure in impulsi alimentati direttamente a un filtro passa-basso di uscita o a un trasformatore.

Caratteristiche del design

Un semplice alimentatore switching può incorporare trasformatori di piccole dimensioni, il che è spiegato in modo abbastanza semplice: con l'aumentare della frequenza, l'efficienza del trasformatore aumenta e i requisiti per le dimensioni di nucleo necessarie per trasmettere la corrispondente potenza diminuiscono notevolmente. Molto spesso, tale nucleo è costituito da leghe ferromagnetiche e per quei dispositivi che operano a bassa frequenza viene utilizzato acciaio elettrico.

In che modo il dispositivo fornisce stabilità?

L'alimentatore switching funziona in modo tale che la tensione al suo interno sia stabilizzata da un feedback negativo. Con il suo aiuto, è possibile mantenere la tensione di uscita approssimativamente allo stesso livello, indipendentemente dall'entità del suo carico e dalle oscillazioni all'ingresso. Il feedback può essere organizzato in uno dei vari modi. Se viene utilizzato un alimentatore switching con isolamento galvanico dalla rete, i metodi più comuni potrebbero essere l'uso della comunicazione con uno degli avvolgimenti del trasformatore in uscita o con un fotoaccoppiatore. Il ciclo di lavoro degli impulsi all'uscita del controllore PWM varia a seconda della quantità del segnale di retroazione che viene caratterizzato e dipende dalla tensione di uscita. Se non è necessario il disaccoppiamento, viene utilizzato più spesso un semplice divisore resistivo. Ciò consente all'alimentatore di mantenere la tensione di uscita a un livello stabile.

dignità

L'alimentazione a impulsi presenta numerosi vantaggi, specialmente se confrontati con stabilizzatori di potenza simile. Il peso ridotto si ottiene grazie al fatto che con l'aumentare della frequenza è opportuno utilizzare piccoli trasformatori, a condizione che la potenza fornita sia allo stesso livello. Negli stabilizzatori lineari, la maggior parte è costituita da trasformatori di potenza pesanti e potenti a bassa frequenza, nonché da radiatori di grandi dimensioni di elementi di potenza che operano in modalità lineare. L'aumento della conversione di frequenza consente di ridurre notevolmente la dimensione della tensione di uscita del filtro. È opportuno installare condensatori più piccoli rispetto ai raddrizzatori funzionanti a una frequenza industriale. Il raddrizzatore può essere realizzato su uno schema a metà ciclo piuttosto semplice, che elimina completamente il rischio di aumentare le increspature di tensione all'uscita.

produttività

Un alimentatore a impulsi è caratterizzato da un'efficienza significativamente maggiore rispetto agli stabilizzatori, poiché in quest'ultimo caso le perdite sono associate ai transitori nei momenti in cui l'elemento principale viene commutato. Dal momento che gli elementi chiave sono in uno degli stati, cioè, sono accesi o spenti, stiamo parlando di perdite minime di elettricità.

Altri vantaggi

Gli alimentatori a impulsi costano molto meno degli stabilizzatori, poiché utilizzano una base elementare unificata, oltre a transistor a chiave ad alta potenza. Inoltre, è consentito utilizzare elementi di potenza di minore potenza, poiché operano in modalità chiave. L'affidabilità degli alimentatori è paragonabile al parametro analogo degli stabilizzatori lineari. Nelle moderne apparecchiature per ufficio, informatica e elettronica di consumo, vengono spesso utilizzati alimentatori a impulsi. E quelli lineari al momento attuale sono conservati solo in alcune aree:

- come elementi di potenza per quadri elettrici a bassa corrente di elettrodomestici di alta qualità: forni a microonde , lavatrici, riscaldamento caldaie e altoparlanti;

- per dispositivi di controllo di bassa potenza, altissima e alta affidabilità, progettati per un funzionamento continuo e prolungato con completa assenza di assistenza o con la sua difficoltà (ad esempio, automazione dei processi in produzione o voltmetri digitali nei quadri elettrici).

Gli alimentatori a impulsi sono caratterizzati da un'ampia gamma di frequenza e tensione di alimentazione, che sono irraggiungibili per un'analoga attrezzatura lineare di costo. In pratica, ciò suggerisce la possibilità di utilizzare lo stesso dispositivo per l'elettronica digitale in diverse parti del mondo, dove ci sono differenze significative di tensione e frequenza nelle prese. Nella maggior parte dei moderni alimentatori, esiste un circuito di protezione integrato contro situazioni impreviste eterogenee, ad esempio, contro l'assenza di carichi in uscita o un cortocircuito.

carenze

Gli alimentatori switching presentano alcuni svantaggi rispetto a quelli lineari. La parte principale del circuito del dispositivo funziona dalla rete senza isolamento galvanico, il che complica notevolmente la riparazione di tali dispositivi. L'alimentazione a impulsi per l'amplificatore, così come per tutte le altre apparecchiature, è caratterizzata dal fatto che crea rumore ad alta frequenza, che è collegato al principio del suo funzionamento. Spesso è necessario applicare determinati metodi di soppressione delle interferenze, che molto spesso non portano alla loro completa eliminazione. Questo è il motivo per cui gli alimentatori a impulsi in molti casi non possono essere utilizzati per alcune apparecchiature. In genere, questi dispositivi hanno un limite di carico minimo in termini di potenza. Se questo parametro è inferiore al necessario, l'unità potrebbe semplicemente non avviarsi o i suoi parametri di tensione di uscita non rientreranno nella tolleranza.

dispositivo

È possibile elencare i nodi dell'alimentazione principale. Il raddrizzatore di rete è costituito da due induttanze EMI, un filtro di interferenza e isolamento statico, un fusibile di rete di ingresso e ponte a diodi da dove proviene il circuito sorgente principale. Il nucleo del circuito primario è costituito da una capacità di filtraggio cumulativa, un transistor di potenza chiave, un circuito di retroazione, un trasformatore di impulsi e un fotoaccoppiatore. Nel circuito secondario fonte di energia la tensione di uscita proviene dall'avvolgimento del trasformatore secondario, diodi raddrizzatori condensatori di filtro, induttanze di potenza.

Il principio di funzionamento degli alimentatori a impulsi

La tensione di rete va al raddrizzatore, dopo di che viene livellato da un filtro capacitivo. Dal condensatore del filtro si sposta al collettore transistor, che svolge il ruolo di una chiave. Il dispositivo di controllo è responsabile dell'attivazione e disattivazione del transistor. L'avvio affidabile dell'alimentazione è fornito da un oscillatore principale realizzato sul chip. Il suo potere è fornito da una catena di resistori. Il funzionamento di un fotoaccoppiatore è regolato da un transistor a chiave e un oscillatore principale.