1. Wat is een schakelende voeding?
Schakelende voeding is een soort voeding die moderne vermogenselektronicatechnologie gebruikt om de tijdsverhouding van het in- en uitschakelen te regelen om een stabiele uitgangsspanning te behouden. Schakelende voedingen zijn over het algemeen samengesteld uit pulsbreedtemodulatie (PWM) besturings-IC's en MOSFET's.
De schakelende voeding is relatief ten opzichte van de lineaire voeding. De ingangsaansluiting corrigeert de wisselstroom direct in gelijkstroom en vervolgens wordt onder invloed van het hoogfrequente oscillatiecircuit de schakelbuis gebruikt om de stroom aan en uit te sturen om een hoogfrequente pulsstroom te vormen. Met behulp van inductoren (hoogfrequente transformatoren) wordt stabiele laagspanningsgelijkstroom uitgevoerd.
Aangezien de grootte van de magnetische kern van de transformator omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de bedrijfsfrequentie van de schakelende voeding, hoe hoger de frequentie, hoe kleiner de kern. Op deze manier kan de transformator sterk worden verminderd en kan het gewicht en volume van de voeding worden verminderd. En omdat het dc direct regelt, is de efficiëntie van deze voeding veel hoger dan die van een lineaire voeding. Dit bespaart energie, dus het is favoriet bij mensen. Maar het heeft ook tekortkomingen, dat wil zeggen, het circuit is ingewikkeld, het onderhoud is moeilijk en de vervuiling van het circuit is ernstig. De voeding is luidruchtig en is niet geschikt voor sommige geluidsarme circuits.
2. Kenmerken van schakelende voeding
Schakelende voedingen zijn over het algemeen samengesteld uit pulsbreedtemodulatie (PWM) besturings-IC's en MOSFET's. Met de ontwikkeling en innovatie van vermogenselektronicatechnologie wordt de huidige schakelende voeding veel gebruikt in bijna alle elektronische apparaten, voornamelijk vanwege het kleine formaat, het lichte gewicht en de hoge efficiëntie, en het belang ervan is duidelijk.
Drie, de classificatie van schakelende voeding
Afhankelijk van de manier waarop het schakelapparaat in het circuit is aangesloten, kan de schakelende voeding worden onderverdeeld in drie categorieën: serie schakelende voeding, parallelle schakelende voeding en transformator schakelende voeding.
Onder hen kan de transformator-type schakelende voeding verder worden onderverdeeld in: push-pull, half-bridge, full-bridge, etc. Afhankelijk van de excitatie van de transformator en de fase van de uitgangsspanning, kan deze worden onderverdeeld in: voorwaarts type, flyback type, enkele excitatie type en dubbele excitatie type.
Ten vierde, het verschil tussen schakelende voeding en gewone voeding
Gewone voedingen zijn over het algemeen lineaire voedingen en lineaire voedingen verwijzen naar de voeding waarin de regelbuis in een lineaire toestand werkt. Het is echter anders in het schakelen van de voeding. De schakelbuis (in de schakelende voeding noemen we de stelbuis over het algemeen de schakelbuis) werkt in twee toestanden: aan-de weerstand is erg klein, en uit-de weerstand is erg hoog. groot.
Schakelende voeding is een relatief nieuw type voeding. Het heeft de voordelen van hoge efficiëntie, lichtgewicht, spanningsverhoging en -afname en een hoog uitgangsvermogen. Maar omdat het circuit in de schakeltoestand werkt, is de ruis relatief groot.
5. Voorbeelden: step-down schakelende voeding
Laten we het kort hebben over het werkingsprincipe van de step-down schakelende voeding: het circuit bestaat uit schakelaars (triodes of veldeffectbuizen in het eigenlijke circuit), vrijloopdiodes, energieopslaginductoren, filtercondensatoren, enz.
Wanneer de schakelaar is gesloten, levert de voeding stroom aan de belasting via de schakelaar en inductor en slaat een deel van de elektrische energie op in de inductor en condensator. Vanwege de zelfinductie van de inductor neemt de stroom relatief langzaam toe nadat de schakelaar is ingeschakeld, dat wil zeggen dat de uitgang de voedingsspanningswaarde niet onmiddellijk kan bereiken.
Na een bepaalde periode wordt de schakelaar uitgeschakeld. Vanwege de zelfinductie van de inductor (het kan levendiger worden beschouwd dat de stroom in de inductor een traag effect heeft), zal de stroom in het circuit ongewijzigd blijven, dat wil zeggen van links naar rechts blijven stromen. Deze stroom stroomt door de belasting, keert terug van de aarddraad, stroomt naar de anode van de vrijloopdiode, gaat door de diode en keert terug naar het linkerkant van de inductor en vormt zo een lus.
De uitgangsspanning kan worden geregeld door de tijd te regelen waarop de schakelaar gesloten en open is (dwz PWM-pulsbreedtemodulatie). Als de uitgangsspanning wordt gedetecteerd om de aan- en uittijd te regelen om de uitgangsspanning constant te houden, bereikt dit het doel van spanningsstabilisatie.
Gewone voeding en schakelende voeding zijn hetzelfde in die zin dat ze allemaal spanningsregelaars hebben, die het feedbackprincipe gebruiken voor spanningsregeling. Het verschil is dat schakelende voedingen schakelbuizen gebruiken voor aanpassing, terwijl gewone voedingen over het algemeen het lineaire versterkingsgebied van een triode gebruiken voor aanpassing. Ter vergelijking: het stroomverbruik van de schakelende voeding is laag, het toepassingsbereik van wisselspanning is breed en de rimpelcoëfficiënt van het uitgangs-DC is beter. Het nadeel is de schakelpulsinterferentie.
Het belangrijkste werkingsprincipe van de gewone half-bridge schakelende voeding is dat de schakelbuizen van de bovenste brug en de onderste brug (de schakelbuis is VMOS wanneer de frequentie hoog is) beurtelings worden ingeschakeld. Eerst stroomt de stroom door de bovenste schakelbuis van de brug naar binnen en wordt de opslagfunctie van de inductor gebruikt om de elektrische energie te verzamelen. In de spoel wordt de schakelbuis van de bovenste brug uiteindelijk uitgeschakeld en de schakelbuis van de onderste brug ingeschakeld. De inductor spoel en de condensator blijven stroom leveren aan de buitenkant. Schakel vervolgens de onderste brugschakelaarbuis uit, schakel vervolgens de bovenste brug in om de stroom binnen te laten en herhaal dit op deze manier. Omdat de twee schakelbuizen om de beurt worden in- en uitgeschakeld, wordt dit een schakelende voeding genoemd.
De lineaire voeding is anders. Omdat er geen schakelinterventie is, heeft de watertoevoerleiding water afgevoerd. Als er te veel is, lekt het uit. Dit is wat we vaak zien dat sommige lineaire voedingsregelaarbuizen veel warmte genereren. De onuitputtelijke elektrische energie wordt allemaal omgezet in warmte-energie. Vanuit dit oogpunt is de conversie-efficiëntie van de lineaire voeding erg laag en wanneer de warmte hoog is, zal de levensduur van de component zeker afnemen, wat het uiteindelijke gebruikseffect zal beïnvloeden.
Zes. Belangrijkste verschillen: werkwijze
De vermogensafstellingsbuis van de lineaire voeding werkt altijd in het versterkende gebied en de stroom die er doorheen stroomt is continu. Vanwege het grote vermogensverlies op de instelbuis is een grotere vermogensverstellingsbuis nodig en wordt een grote radiator geïnstalleerd. De hitte is ernstig en het rendement is zeer laag, over het algemeen 40% tot 60% (het moet gezegd worden dat het een zeer lineaire voeding is).
De werkwijze van lineaire voeding vereist een spanningsreducerend apparaat om van hoogspanning naar laagspanning te schakelen. Over het algemeen is het een transformator, maar er zijn ook andere typen zoals KX-voedingen, die vervolgens worden gerectificeerd om een gelijkspanning uit te voeren. Op deze manier is het volume ook groot, relatief zwaar, laag rendement en grote warmteontwikkeling; maar het heeft ook voordelen: kleine rimpel, goede instelsnelheid, kleine externe interferentie, geschikt voor gebruik met analoge circuits / verschillende versterkers, enz.
Het voedingsapparaat van de schakelende voeding werkt in de schakeltoestand. Wanneer de spanning wordt aangepast, wordt de energie tijdelijk opgeslagen door de inductiespoel, zodat het verlies klein is, het rendement hoog is en de behoefte aan warmteafvoer laag is, maar het heeft een transformator en energieopslaginductie. Er zijn ook hogere eisen aan het gebruik van materialen met een laag verlies en een hoge permeabiliteit. De transformator is maar een klein woordje. Het totale rendement ligt tussen de 80% en 98%. De schakelende voeding heeft een hoog rendement maar een klein formaat, maar in vergelijking met de lineaire voeding zijn de rimpel en spanning en stroomaanpassing tot op zekere hoogte verdisconteerd.