Az SMPS a Switch Mode Power Supply szó rövidítése. A név egyértelműen arra utal, hogy a koncepciónak valami vagy teljes egészében köze van az impulzusokhoz vagy az alkalmazott eszközök kapcsolásához. Tanuljuk meg, hogyan működnek az SMPS adapterek a hálózati feszültség alacsonyabb egyenfeszültséggé alakításához.
Az SMPS topológia előnye
Az SMPS adaptereknél az a gondolat, hogy a hálózati bemeneti feszültséget egy transzformátor primer tekercsébe kapcsoljuk, hogy alacsonyabb értékű egyenfeszültség érhető el a transzformátor szekunder tekercselésénél.
A kérdés azonban az, hogy ugyanez megtehető egy közönséges transzformátorral is, tehát mi szükség van egy ilyen bonyolult konfigurációra, amikor a működés egyszerűen megvalósítható a szokásos transzformátorokon keresztül?
Nos, a koncepciót pontosan azért fejlesztették ki, hogy kiküszöböljék a nehéz és terjedelmes transzformátorok használatát, amelyeknek sokkal hatékonyabb verziói vannak SMPS tápegység áramkörök .
Bár a működés elve meglehetősen hasonló, az eredmények nagyon eltérőek.
Hálózati feszültségünk szintén lüktető feszültség vagy váltakozó áram, amelyet normál transzformátorba táplálnak be a szükséges átalakításokhoz, de még 500 mA-nél alacsonyabb áramerősség mellett sem tehetjük kisebb méretűre a transzformátort.
Ennek oka az AC hálózati bemeneteink nagyon alacsony frekvenciája.
50 Hz-en vagy 60 Hz-nél az érték rendkívül alacsony ahhoz, hogy kisebb transzformátorok segítségével nagy DC áramú kimenetekbe valósítsák őket.
A frekvencia csökkenésével ugyanis a transzformátor mágnesezésével járó örvényáram-veszteség növekszik, ami a hő hatására hatalmas áramvesztést eredményez, és ezt követően az egész folyamat nagyon hatástalanná válik.
A fenti veszteség kompenzálásához viszonylag nagyobb transzformátor magok vannak bevonva, a huzal vastagságának megfelelő mértékével, ami az egész egységet nehézzé és nehézkessé teszi.
A kapcsolóüzemű áramellátó áramkör nagyon ügyesen kezeli ezt a kérdést.
Ha az alacsonyabb frekvencia növeli az örvényáram-veszteségeket, az azt jelenti, hogy a frekvencia növekedése éppen ellenkezőleg járna el.
Ha a frekvenciát növeljük, akkor a transzformátor sokkal kisebbre tehető, ugyanakkor nagyobb áramot biztosítana a kimenetükön.
Pontosan ezt csináljuk egy SMPS áramkör . Értsük meg a működést a következő pontokkal:
Hogyan működnek az SMPS adapterek
A kapcsolóüzemű tápellátás kapcsolási rajzán az AC bemenetet először kijavítják és szűrik, hogy megfelelő DC-nagyságot kapjanak.
A fenti egyenáramot egy nagyfeszültségű tranzisztort vagy mosfetet tartalmazó oszcillátor-konfigurációra alkalmazzuk, amely egy jól méretezett kis ferrittranszformátor primer tekercsre van felszerelve.
Az áramkör önrezgő típusú konfigurációvá válik, amely bizonyos passzív alkatrészek, például kondenzátorok és ellenállások által meghatározott, előre meghatározott frekvencián kezd el oszcillálni.
A frekvencia általában 50 Khz felett van.
Ez a frekvencia egyenértékű feszültséget és áramot indukál a transzformátor szekunder tekercsén, amelyet a huzal fordulatok száma és SWG-je határoz meg.
A magas frekvenciák bevonása miatt az örvényáram-veszteségek elhanyagolhatóan kicsivé válnak, és a nagyáramú DC kimenet kisebb ferritmaggal ellátott transzformátorok és viszonylag vékonyabb huzaltekercselés révén lesz levezethető.
Ugyanakkor a szekunder feszültség is az elsődleges frekvencián lesz, ezért azt ismét helyreállítják és szűrik egy gyors helyreállító dióda és egy nagy értékű kondenzátor segítségével.
A kimenet eredménye egy tökéletesen szűrt alacsony DC, amely hatékonyan használható bármely elektronikus áramkör működtetésére.
Az SMPS modern verzióiban hi-end IC-ket alkalmaznak a tranzisztorok helyett a bemeneten.
Az IC-k beépített nagyfeszültségű mosfettel vannak ellátva a nagyfrekvenciás rezgések és sok más védelmi funkció fenntartására.
Az SMPS beépített védelmei
Ezek az IC-k megfelelő beépített védelmi áramkörökkel rendelkeznek, mint például a lavinavédelem, a túlmelegedés elleni védelem és a kimeneti feszültségvédelem, valamint egy tört üzemmód funkcióval.
A lavinavédelem biztosítja, hogy az IC ne sérüljön meg a bekapcsoláskor bekapcsolt áram alatt.
A túlmelegedés elleni védelem biztosítja, hogy az IC automatikusan kikapcsoljon, ha a transzformátor nincs megfelelően feltekerve, és több áramot merít az IC-ből, ami veszélyesen felmelegíti.
A sorozatkép érdekes funkció a modern SMPS egységeknél.
Itt a DC kimenetet visszavezetjük az IC érzékelő bemenetére. Ha valamilyen oknál fogva, általában a helytelen másodlagos tekercselés vagy az ellenállások megválasztása miatt a kimeneti feszültség egy előre meghatározott érték fölé emelkedik, az IC kikapcsolja a bemeneti kapcsolást és szakaszos törésekre hagyja a kapcsolást.
Ez segít a kimenet feszültségének és a kimenet áramának szabályozásában.
A szolgáltatás azt is biztosítja, hogy ha a kimeneti feszültséget valamilyen magas pontra állítják, és a kimenet nincs terhelve, az IC átkapcsol sorozatkép üzemmódra, ügyelve arra, hogy az egységet szakaszosan működtesse, amíg a kimenet megfelelően meg nem terhelődik, ez megtakarítja az egység energiáját ha készenléti állapotban van, vagy amikor a kimenet nem működik.
A kimeneti szakasznak az IC-hez való visszajelzését opto-csatolón keresztül hajtják végre, így a kimenet jól tartózkodik a bemenő nagyfeszültségű váltóáramtól, elkerülve a veszélyes sokkokat.
Korábbi: Motorvédő áramkörök - túlfeszültség, túlmelegedés, túláram Következő: Egyszerű 12V, 1A SMPS áramkör
