Preklopni izvori napajanja — Opća načela, prednosti i nedostaci
Danas je već teško pronaći željezni transformator u bilo kojem kućanskom aparatu ili napajanju. U 1990-ima počeli su brzo nestajati u prošlost, ustupivši mjesto preklopnim pretvaračima ili preklopnim izvorima napajanja (skraćeno SMPS).
Preklopni izvori napajanja nadmašuju transformatore po veličini, kvaliteti rezultirajućeg istosmjernog napona, imaju široke mogućnosti regulacije izlaznog napona i struje te su tradicionalno opremljeni izlaznom zaštitom od preopterećenja. I premda se vjeruje da su sklopni izvori napajanja glavni uzročnici smetnji u kućnoj mreži, njihova raširena uporaba ne može se preokrenuti.
Napajanje transformatora:
Preklopna struja:
Preklopni izvori napajanja duguju svoju sveprisutnost poluvodičkim sklopkama— tranzistori s efektom polja i Dioda Schottky… Upravo je tranzistor s efektom polja, koji radi zajedno s prigušnicom ili transformatorom, srce svakog modernog prekidačkog napajanja: u inverterima, aparatima za zavarivanje, besprekidnim izvorima napajanja, ugrađenim izvorima napajanja za TV, monitore itd. — danas se gotovo posvuda koriste samo sklopovi za pretvorbu impulsa.
Opći princip rada pretvarača impulsa temelji se na zakonu elektromagnetske indukcije i sličan je u ovom sa svakim transformatorom… Jedina je razlika u tome što se izmjenični napon s mrežnom frekvencijom od 50 Hz primjenjuje izravno na primarni namot konvencionalnog mrežnog transformatora i izravno pretvara (zatim se, ako je potrebno, ispravlja), au sklopnom napajanju, mrežni napon prvo se ispravlja i pretvara u istosmjernu struju, a zatim pretvara u impuls koji se dalje povećava ili smanjuje korištenjem posebnog kruga visoke frekvencije (u usporedbi s mrežom od 50 herca).
Preklopni krug napajanja uključuje nekoliko glavnih komponenti: mrežni ispravljač, sklopka (ili sklopke), transformator (ili prigušnica), izlazni ispravljač, upravljačka jedinica i jedinica za stabilizaciju i zaštitu. Ispravljač, sklopka i transformator (prigušnica) čine osnovu energetskog dijela SMPS sklopa, dok elektronički blokovi (uključujući PWM kontroler) pripadaju tzv.
Dakle, mrežni napon se preko ispravljača dovodi do kondenzatora mrežnog filtera, gdje se na taj način dobiva konstantan napon, čiji je maksimum od 305 do 340 volti, ovisno o trenutnoj prosječnoj vrijednosti mrežnog napona ( od 215 do 240 volti).
Ispravljeni napon se dovodi na primarni namot transformatora (prigušnicu) u obliku impulsa, čiju frekvenciju ponavljanja obično određuje upravljački krug ključa, a trajanje je određeno prosječnom strujom opskrbljenog opterećenja. .
Prekidač s frekvencijom od nekoliko desetaka do nekoliko stotina kiloherca spaja i odvaja primarni namot transformatora ili prigušnice na filterski kondenzator, čime se mijenja magnetizacija jezgre transformatora ili prigušnice.
Razlika između transformatora i prigušnice: kod prigušnice su faze pohrane energije od izvora do jezgre i prijenosa energije od jezgre kroz namot do trošila vremenski odvojene, dok se kod transformatora to događa istovremeno.
Prigušnica se koristi u pretvaračima bez galvanske izolacije topologija: boost - boost, step - down, kao iu pretvaračima s galvanskom izolacijom reverzne topologije. Transformator se koristi u pretvaračima s galvanskim odvajanjem sljedećih topologija: most-puni most, polumost-polumost, push-pull-push-pull, naprijed-naprijed.
Prekidač može biti jedan (buck-up pretvarač, forward converter, boost ili buck pretvarač bez galvanske izolacije) ili energetski dio može uključivati više sklopki (polumosni, premosni, push).
Upravljački krug prekidača(a) prima s izlaza izvora povratni signal za napon ili za napon i struju opterećenja, u skladu s vrijednošću ovog signala, širinom (radnim ciklusom) impulsa, koji kontrolira trajanje vodljivog stanja sklopke se podešava automatski.
Izlaz je raspoređen na sljedeći način. Iz sekundarnog namota transformatora ili induktora, ili iz jednog namota induktora (ako govorimo o pretvaraču bez galvanske izolacije), kroz Schottky diode punovalnog ispravljača, impulsni napon se dovodi do filtra kondenzator.
Tu je i razdjelnik napona iz kojeg se prima povratni signal napona, a može biti prisutan i senzor struje. Opterećenje je spojeno na filterski kondenzator preko dodatnog izlaznog niskopropusnog filtera ili izravno.