Bộ nguồn chuyển mạch — Nguyên tắc chung, Ưu điểm và Nhược điểm

Ngày nay, thật khó để tìm thấy một máy biến áp sắt trong bất kỳ thiết bị gia dụng hoặc nguồn điện nào. Vào những năm 1990, chúng bắt đầu nhanh chóng chìm vào dĩ vãng, nhường chỗ cho việc chuyển đổi bộ chuyển đổi hoặc chuyển đổi nguồn điện (viết tắt là SMPS).

Bộ nguồn chuyển mạch vượt qua máy biến áp về kích thước, chất lượng của điện áp DC thu được, có nhiều tùy chọn để điều chỉnh điện áp và dòng điện đầu ra, đồng thời được trang bị bảo vệ quá tải đầu ra theo truyền thống. Và mặc dù nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi được cho là nhà cung cấp can thiệp chính trong mạng gia đình, việc sử dụng rộng rãi của chúng không thể bị đảo ngược.

Cung cấp máy biến áp:

Chuyển đổi hiện tại:

Nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi nhờ vào sự phổ biến của chúng đối với các công tắc bán dẫn— bóng bán dẫn hiệu ứng trường Và Đi-ốt Schottky… Chính bóng bán dẫn hiệu ứng trường, hoạt động cùng với cuộn cảm hoặc biến áp, là trái tim của mọi bộ nguồn chuyển mạch hiện đại: trong bộ biến tần, máy hàn, bộ nguồn liên tục, bộ nguồn tích hợp cho TV, màn hình, v.v. - ngày nay chỉ có các mạch chuyển đổi xung được sử dụng ở hầu hết mọi nơi điện áp.

Nguyên lý hoạt động chung của bộ biến đổi xung dựa trên định luật cảm ứng điện từ và tương tự trong trường hợp này với mỗi máy biến áp… Điểm khác biệt duy nhất là điện áp xoay chiều có tần số lưới 50 Hz được đặt trực tiếp vào cuộn sơ cấp của máy biến áp lưới thông thường và được chuyển đổi trực tiếp (sau đó, nếu cần, được chỉnh lưu) và trong nguồn điện chuyển mạch, điện áp lưới đầu tiên được chỉnh lưu và chuyển đổi thành DC, sau đó được chuyển đổi thành xung để tăng hoặc giảm hơn nữa bằng cách sử dụng mạch tần số cao đặc biệt (so với điện lưới 50 hertz).

Mạch cấp nguồn chuyển mạch bao gồm một số thành phần chính: bộ chỉnh lưu nguồn, công tắc (hoặc công tắc), máy biến áp (hoặc cuộn cảm), bộ chỉnh lưu đầu ra, bộ điều khiển, bộ ổn định và bảo vệ. Bộ chỉnh lưu, công tắc và máy biến áp (cuộn cảm) tạo thành cơ sở của phần nguồn của mạch SMPS, trong khi các khối điện tử (bao gồm cả bộ điều khiển PWM) thuộc về cái gọi là trình điều khiển.

Vì vậy, điện áp nguồn được cung cấp qua bộ chỉnh lưu đến tụ điện của bộ lọc nguồn, theo cách này thu được điện áp không đổi, mức tối đa là từ 305 đến 340 volt, tùy thuộc vào giá trị trung bình hiện tại của điện áp nguồn ( từ 215 đến 240 vôn).

Điện áp chỉnh lưu được đặt vào cuộn sơ cấp của máy biến áp (cuộn cảm) ở dạng xung, tần số lặp lại thường được xác định bởi mạch điều khiển chính và thời lượng được xác định bởi dòng điện trung bình của tải được cung cấp .

Một công tắc có tần số vài chục đến vài trăm kilohertz kết nối và ngắt cuộn dây sơ cấp của máy biến áp hoặc cuộn cảm với tụ lọc, do đó đảo ngược từ hóa của lõi biến áp hoặc cuộn cảm.

Sự khác biệt giữa máy biến áp và cuộn cảm: trong cuộn cảm, các giai đoạn lưu trữ năng lượng từ nguồn đến lõi và truyền năng lượng từ lõi qua cuộn dây đến tải được tách biệt theo thời gian, trong khi ở máy biến áp, điều này xảy ra đồng thời.

Cuộn cảm được sử dụng trong các bộ chuyển đổi không có cấu trúc liên kết cách ly điện: tăng - tăng, giảm dần, cũng như trong các bộ chuyển đổi có cách ly điện của cấu trúc liên kết ngược. Máy biến áp được sử dụng trong các bộ chuyển đổi có cách ly điện của các cấu trúc liên kết sau: cầu toàn cầu, nửa cầu nửa cầu, đẩy-kéo-đẩy-kéo, chuyển tiếp về phía trước.

Công tắc có thể là một công tắc duy nhất (bộ chuyển đổi tăng áp, chuyển đổi thuận, chuyển đổi tăng hoặc giảm áp mà không có cách ly điện) hoặc phần nguồn có thể bao gồm một số công tắc (nửa cầu, cầu, đẩy).

Mạch điều khiển của (các) công tắc nhận từ đầu ra của nguồn tín hiệu phản hồi cho điện áp hoặc cho điện áp và dòng điện của tải, theo giá trị của tín hiệu này, độ rộng (chu kỳ nhiệm vụ) của xung, mà kiểm soát thời lượng của trạng thái dẫn điện của công tắc được điều chỉnh tự động.

Đầu ra được sắp xếp như sau. Từ cuộn thứ cấp của máy biến áp hoặc cuộn cảm, hoặc từ cuộn đơn của cuộn cảm (nếu chúng ta đang nói về bộ chuyển đổi không có cách ly điện), thông qua điốt Schottky của bộ chỉnh lưu toàn sóng, điện áp xung được cung cấp cho bộ lọc tụ điện.

Ngoài ra còn có một bộ chia điện áp mà từ đó nhận được tín hiệu phản hồi điện áp và cũng có thể có một cảm biến dòng điện. Tải được kết nối với tụ lọc thông qua bộ lọc thông thấp đầu ra bổ sung hoặc trực tiếp.