Alimentare cu comutare
O sursă de alimentare de comutare este o sursă de alimentare electrică a cărei reglare este asigurată de componentele electronice de alimentare utilizate în comutare (în general tranzistoare ). Acest mod de funcționare diferă de cel al surselor de alimentare liniare în care componentele electronice sunt utilizate în modul liniar. O sursă de alimentare de comutare de tip forward este o sursă de alimentare care transmite instantaneu energie, în timp ce o sursă de alimentare de tip flyback stochează această energie sub formă de energie magnetică într-un inductor (bobină) și apoi eliberează această energie într-un așa-numit circuit secundar.
Sursele de alimentare în modul comutat s-au dezvoltat considerabil încă din anii 1980 pentru a depăși dezavantajele surselor de alimentare liniare: greutate mare și eficiență redusă. Acum sunt utilizate în toate dispozitivele electronice „de consum”.
Clasificare
Sursele de alimentare cu comutare pot fi clasificate în funcție de mai multe criterii: topologia circuitului, izolația, componentele utilizate etc. .
| Tip | Putere ( wați ) | Randament tipic | Cost mediu | Tensiunea de intrare ( volți ) | Izolatie | Stocare a energiei | Nivel de ieșire | Caracteristici |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dolar | 0–1000 | 75% | 1.0 | 5–1000 * | Nu | Inductor unic | Vs <Ve | Convertește o tensiune continuă într-o altă tensiune continuă de valoare mai mică. |
| Boost | 0–150 | 78% | 1.0 | 5–600 * | Nu | Inductor unic | Vs> Ve | Crește tensiunea disponibilă de la o sursă de curent continuu. |
| Buck-boost | 0–150 | 78% | 1.0 | 5–600 * | Nu | Inductor unic | Vs> Ve sau Vs <Ve | Tensiunea de ieșire inversată. |
| Zbura înapoi | 0–150 | 78% | 1.0 | 5–600 | da | Transformator | Vs> Ve sau Vs <Ve | Ieșiri multiple. |
| La jumătate înainte | 0–250 | 75% | 1.2 | 5-500 | da | Transformator + inductanță | ||
| Redirecţiona | 78% | da | Transformator + inductanță | Ieșiri multiple. | ||||
| Push-pull | 100–1000 | 72% | 1,75 | 50–1000 | da | |||
| Jumătate de pod | 0–500 | 72% | 1.9 | 50–1000 | da | |||
| Full-Bridge | 400-2000 | 69% | > 2.0 | 50–1000 | da | |||
| Rezonant, la tensiune zero | > 1000 | > 2.0 | ||||||
| Ćuk | Nu | Condensator + 2 inductoare | Vs> Ve sau Vs <Ve | Tensiune negativă pentru o intrare pozitivă. | ||||
| Pompa de încărcare inversă | Nu | Inductor unic | Tensiune de ieșire negativă și de amplitudine mai mare decât tensiunea de intrare. | |||||
| SEPIC | Nu | 2 inductori | Vs> Ve sau Vs <Ve | |||||
| Încarcă pompa | 49% - 99% | Nu | Numai condensatoare | Folosit pentru a genera tensiuni foarte mari ( multiplicatori de tensiune ) sau pe circuite integrate de putere redusă (de exemplu, pentru memorii de polarizare). |
Note: * numai pentru echipamentele care nu sunt accesibile operatorilor, în caz contrar limitele de 42,5 V și 8,0 A se aplică pentru standardele de siguranță electrică UL , CSA , VDE sau IEC 60950 .
Operațiune detaliată
Diverse componente
Fotografia de mai jos prezintă principalele elemente ale unei surse de alimentare cu comutare.
Elemente principale:
- Conector de alimentare 230 V ;
- Siguranță de protecție;
- Filtru EMI, cu o bobină de sufocare ;
- Pod cu diode ;
- Filtru condensator , stochează energie pentru etapa de comutare;
- Tranzistor de comutare (tehnologie MOS) montat pe un radiator ;
- Transformatoare sau circuite cuplate magnetic: dispozitiv care permite modificarea nivelului de tensiune și uneori izolarea părților de înaltă și joasă tensiune;
- Diodă Schottky (comutare rapidă) montată pe un radiator;
- Condensator de filtrare;
- Bobina de filtrare;
- Circuit de control optocuplator ;
- Optocuplator. Asigură izolarea pieselor de înaltă și joasă tensiune;
- Tăierea circuitului de control al tranzistorului;
- Putere de ieșire.
Elemente opționale:
15. Regulator de tensiune de comutare montat pe un radiator. Când doriți să aveți mai multe tensiuni de ieșire, această componentă este plasată pe linia principală de ieșire a sursei de alimentare de comutare. O altă soluție este să adăugați o înfășurare la transformator. Cu toate acestea, acest lucru necesită adăugarea unei etape de filtrare care se poate dovedi greoaie. Pentru curenții mici (aici 1,5 A ), se utilizează deci circuite integrate.
Convertor Flyback
Comparație cu sursele de alimentare liniare
Sursele de alimentare cu comutare oferă multe avantaje față de sursele de alimentare liniare:
- puterea disipată în componenta electronică utilizată la comutare este mai mică decât atunci când este utilizată în modul liniar. În consecință, eficiența alimentării cu energie este mai bună, iar radiatorul are dimensiuni mult mai mici;
- transformatorul funcționează la o frecvență mult mai mare decât cea a rețelei de alimentare (dincolo de 20 kHz față de 50 sau 60 Hz ), ceea ce permite ca dimensiunea sa să fie considerabil redusă (vezi formula lui Boucherot ).
La o putere egală, sursele de comutare sunt mult mai mici și mai ușoare decât sursele de alimentare liniare și au o eficiență mult mai bună.
Cu toate acestea, au și unele dezavantaje:
- componentele utilizate trebuie să aibă caracteristici mai critice: tranzistoare cu pierderi reduse la frecvențele de comutare utilizate, condensatori electrochimici cu tensiune de funcționare mai mare și rezistență la o ondulație ridicată (modele ESR reduse, nuclee magnetice cu pierderi reduse etc.);
- circuitul de intrare rezistă la solicitări electrice mai mari (vârfuri de tensiune sau curent), care pot duce la distrugerea acestuia;
- generează zgomot electromagnetic relativ ridicat, datorită semnalului dreptunghiular (bogat în armonici) la frecvența de comutare. Această limitare le face inadecvate pentru anumite aplicații.
Note
Bibliografie
- Michel Girard, Surse de comutare: curs și exerciții corectate , Paris, Dunod ,2003, 336 p. ( ISBN 2-10-006940-3 și 978-2100069408 )
- Jean-Paul Ferrieux și François Forest, Surse de alimentare de comutare: convertoare de rezonanță, principii, componente, modelare , Dunod ,2006, 316 p. ( ISBN 2-10-050539-4 și 978-2100505395 )