Zasilacz impulsowy służy do konwersji napięcia wejściowego na wartość wymaganą przez wewnętrzne elementy urządzenia. Inną nazwą źródeł impulsowych, która stała się powszechna, są falowniki.
Zawartość
Co to jest?
Falownik jest dodatkowym źródłem zasilania, które wykorzystuje podwójną konwersję napięcia wejściowego AC. Wartość parametrów wyjściowych reguluje się poprzez zmianę czasu trwania (szerokości) impulsów, aw niektórych przypadkach częstotliwości ich powtarzania. Ten rodzaj modulacji nazywa się modulacją szerokości impulsu.
Zasada działania zasilacza impulsowego
Działanie falownika polega na prostowaniu napięcia pierwotnego i jego dalszej transformacji na sekwencję impulsów o wysokiej częstotliwości. Tym różni się od konwencjonalnego transformatora.Napięcie wyjściowe bloku jest wykorzystywane do tworzenia ujemnego sygnału sprzężenia zwrotnego, co pozwala na dostosowanie parametrów impulsów. Kontrolując szerokość impulsów, łatwo jest zorganizować stabilizację i regulację parametrów wyjściowych, napięcia lub prądu. Oznacza to, że może to być zarówno stabilizator napięcia, jak i stabilizator prądu.
Liczba i polaryzacja wartości wyjściowych może być bardzo różna w zależności od sposobu działania zasilacza impulsowego.
Odmiany zasilaczy
Zastosowano kilka typów falowników różniących się schematem budowy:
- beztransformatorowy;
- transformator.
Te pierwsze różnią się tym, że sekwencja impulsów trafia bezpośrednio do prostownika wyjściowego i filtra wygładzającego urządzenia. Taki schemat ma minimum elementów. Prosty falownik zawiera specjalizowany układ scalony - generator szerokości impulsów.
Wśród wad urządzeń beztransformatorowych główną jest to, że nie mają one izolacji galwanicznej od sieci i mogą stwarzać ryzyko porażenia prądem. Ponadto zwykle mają niską moc i dają tylko 1 napięcie wyjściowe.
Bardziej powszechne są urządzenia transformatorowe, w których ciąg impulsów o wysokiej częstotliwości jest podawany do uzwojenia pierwotnego transformatora. Może być tyle uzwojeń wtórnych, ile chcesz, co pozwala na generowanie kilku napięć wyjściowych. Każde uzwojenie wtórne jest obciążone własnym prostownikiem i filtrem wygładzającym.
Potężny zasilacz impulsowy dla dowolnego komputera jest zbudowany zgodnie ze schematem o wysokiej niezawodności i bezpieczeństwie. Dla sygnału sprzężenia zwrotnego stosuje się tutaj napięcie 5 lub 12 woltów, ponieważ wartości te wymagają najdokładniejszej stabilizacji.
Zastosowanie transformatorów do przetwarzania napięcia o wysokiej częstotliwości (dziesiątki kiloherców zamiast 50 Hz) umożliwiło wielokrotne zmniejszenie ich wymiarów i wagi oraz wykorzystanie jako materiału rdzenia nie żelaza elektrycznego, ale materiałów ferromagnetycznych o dużej koercji ( obwód magnetyczny).
Przetwornice DC są również budowane w oparciu o modulację szerokości impulsu. Bez zastosowania układów inwerterowych konwersja wiązała się z dużymi trudnościami.
Schemat zasilacza
Obwód najczęstszej konfiguracji przetwornika impulsów obejmuje:
- filtr przeciwzakłóceniowy sieci;
- prostownik;
- filtr wygładzający;
- konwerter szerokości impulsu;
- kluczowe tranzystory;
- wyjściowy transformator wysokiej częstotliwości;
- prostowniki wyjściowe;
- wyprowadzanie filtrów indywidualnych i grupowych.
Zadaniem filtra przeciwzakłóceniowego jest opóźnienie zakłóceń pochodzących z pracy urządzenia do sieci. Przełączaniu elementów półprzewodnikowych mocy może towarzyszyć powstawanie krótkotrwałych impulsów w szerokim zakresie częstotliwości. Dlatego tutaj konieczne jest zastosowanie elementów specjalnie do tego zaprojektowanych jako kondensatorów przepustowych jednostek filtrujących.
Prostownik służy do zamiany wejściowego napięcia AC na DC, a kolejny filtr wygładzający eliminuje tętnienie wyprostowanego napięcia.
W przypadku zastosowania przetwornika DC/DC prostownik i filtr stają się zbędne, a sygnał wejściowy po przejściu przez układy filtrów przeciwzakłóceniowych jest podawany bezpośrednio do przetwornika szerokości impulsu (modulatora), w skrócie PWM.
PWM jest najbardziej złożoną częścią obwodu zasilacza impulsowego. Do jego zadań należy:
- generowanie impulsów o wysokiej częstotliwości;
- kontrola parametrów wyjściowych bloku i korekta sekwencji impulsów zgodnie z sygnałem sprzężenia zwrotnego;
- kontrola i ochrona przed przeciążeniem.
Sygnał PWM podawany jest na wyjścia sterujące potężnych tranzystorów kluczowych połączonych w obwód mostkowy lub półmostkowy. Wyjścia mocy tranzystorów są ładowane na uzwojenie pierwotne transformatora wyjściowego wysokiej częstotliwości. Zamiast tradycyjnych tranzystorów bipolarnych stosuje się tranzystory IGBT lub MOSFET, które charakteryzują się niskim spadkiem napięcia na złączach i dużą prędkością. Udoskonalone parametry tranzystorów pomagają zmniejszyć rozproszenie mocy przy tych samych wymiarach i technicznych parametrach konstrukcyjnych.
Transformator impulsów wyjściowych wykorzystuje tę samą zasadę konwersji, co klasyczny. Wyjątkiem jest praca na wyższej częstotliwości. W rezultacie transformatory wysokiej częstotliwości o tej samej przesyłanej mocy mają mniejsze wymiary.
Napięcie z uzwojenia wtórnego transformatora mocy (może być ich kilka) dostarczane jest do prostowników wyjściowych. W przeciwieństwie do prostownika wejściowego, diody prostownicze obwodu wtórnego muszą mieć zwiększoną częstotliwość roboczą.W tej części obwodu najlepiej sprawdzają się diody Schottky'ego. Ich przewaga nad konwencjonalnymi:
- wysoka częstotliwość robocza;
- złącze p-n o zmniejszonej pojemności;
- mały spadek napięcia.
Zadaniem filtra wyjściowego zasilacza impulsowego jest zmniejszenie tętnienia wyprostowanego napięcia wyjściowego do wymaganego minimum. Ponieważ częstotliwość tętnień jest znacznie wyższa niż napięcia sieciowego, nie ma potrzeby stosowania dużych wartości pojemności kondensatorów i indukcyjności cewek.
Zakres zasilacza impulsowego
Przetwornice napięcia przełączającego stosuje się w większości przypadków zamiast tradycyjnych transformatorów ze stabilizatorami półprzewodnikowymi. Przy tej samej mocy falowniki charakteryzują się mniejszymi gabarytami i wagą, wysoką niezawodnością, a co najważniejsze wyższą sprawnością i możliwością pracy w szerokim zakresie napięć wejściowych. A przy porównywalnych wymiarach maksymalna moc falownika jest kilkakrotnie wyższa.
W takim obszarze, jak bezpośrednia konwersja napięcia, źródła impulsowe praktycznie nie mają alternatywy i są w stanie pracować nie tylko w celu obniżenia napięcia, ale także wygenerowania go podwyższonego, aby zorganizować zmianę polaryzacji. Wysoka częstotliwość konwersji znacznie ułatwia filtrowanie i stabilizację parametrów wyjściowych.
Niewielkie falowniki oparte na specjalistycznych układach scalonych służą jako ładowarki do wszelkiego rodzaju gadżetów, a ich niezawodność jest taka, że żywotność jednostki ładującej może kilkukrotnie przekroczyć czas działania urządzenia mobilnego.
Sterowniki mocy 12 V do włączania źródeł światła LED są również zbudowane zgodnie z obwodem pulsacyjnym.
Jak zrobić zasilacz impulsowy własnymi rękami
Falowniki, zwłaszcza te o dużej mocy, mają złożone obwody i są dostępne do powtórzenia tylko przez doświadczonych radioamatorów. Do samodzielnego montażu zasilaczy sieciowych możemy polecić proste obwody małej mocy wykorzystujące specjalizowane układy kontrolerów PWM. Takie układy scalone mają niewielką liczbę elementów spinających i mają sprawdzone typowe obwody przełączające, które praktycznie nie wymagają regulacji i strojenia.
Podczas pracy z konstrukcjami domowymi lub naprawą urządzeń przemysłowych należy pamiętać, że część obwodu zawsze będzie na potencjale sieci, dlatego należy przestrzegać środków bezpieczeństwa.
Podobne artykuły:
