כיצד עובדים מעגלי אספקת חשמל במצב מתג (SMPS)

SMPS הוא ראשי התיבות של המילה Switch Mode Power Supply. השם מרמז בבירור כי למושג יש קשר או לגמרי לפולסים או החלפה של המכשירים המועסקים. בואו ללמוד כיצד מתאמי SMPS עובדים להמרת מתח עוצמה למתח DC נמוך יותר.

יתרון של טופולוגיית SMPS

במתאמי SMPS הרעיון הוא להחליף את מתח כניסת הרשת להתפתלות ראשונית של שנאי כך שניתן יהיה להשיג מתח DC בעל ערך נמוך יותר בפיתול המשני של השנאי.

עם זאת השאלה היא, ניתן לעשות את אותו הדבר עם שנאי רגיל, אז מה הצורך בתצורה כל כך מסובכת כאשר ניתן ליישם את התפקוד פשוט באמצעות שנאים רגילים?

ובכן, הרעיון פותח בדיוק לצורך ביטול השימוש בשנאים כבדים ומסורבלים עם גרסאות יעילות בהרבה מעגלי אספקת חשמל SMPS .

למרות שעיקרון הפעולה דומה למדי, התוצאות שונות מאוד.

מתח הרשת שלנו הוא גם מתח פועם או זרם זרם זרם רגיל המוזן לשנאי הרגיל לצורך ההמרות הנדרשות, אך איננו יכולים להקטין את גודל השנאי אפילו עם זרם נמוך עד 500 מיליאמפר.

הסיבה מאחורי זה היא התדר הנמוך מאוד הכרוך בכניסות החשמל שלנו.
ב 50 הרץ או 60 הרץ, הערך נמוך מאוד להטמעתם ליציאות זרם DC גבוהות באמצעות שנאים קטנים יותר.

הסיבה לכך היא שככל שהתדר יורד, הפסדי זרם העצבני עם המגנטיזציה של השנאי גוברים, מה שגורם לאיבוד זרם עצום באמצעות חום ובהמשך התהליך כולו הופך ליעיל מאוד.

כדי לפצות על ההפסד הנ'ל, ליבות שנאים גדולות יחסית מעורבות במידת עובי החוטים הרלוונטיים, מה שהופך את כל היחידה לכבדה ומסורבלת.

מעגל אספקת חשמל במצב מתג מתמודד עם נושא זה בחוכמה רבה.

אם תדר נמוך מגדיל הפסדי זרם מערבולת, פירושו שגידול בתדירות יעשה בדיוק ההפך.

כלומר אם התדר מוגבר, ניתן להפוך את השנאי לקטן בהרבה, אך עם זאת יספק זרם גבוה יותר ביציאות שלהם.

זה בדיוק מה שאנחנו עושים עם מעגל SMPS . בואו להבין את התפקוד עם הנקודות הבאות:

כיצד עובדים מתאמי SMPS

בתרשים מעגל אספקת החשמל במצב מתג, מתחלף לתקן את קלט ה- AC ולסנן אותו כדי לייצר גודל רלוונטי של DC.

זרם ה- DC הנ'ל מוחל על תצורת מתנד הכוללת טרנזיסטור מתח גבוה או מוספט, המותקן לסיבוב שנאי פריט קטן ממדי היטב.

המעגל הופך לסוג של תצורה מתנדנדת עצמית שמתחילה להתנודד בתדר קבוע כלשהו שנקבע על ידי רכיבים פסיביים אחרים כמו קבלים ונגדים.

התדירות היא בדרך כלל מעל 50 Khz.

תדר זה גורם למתח ולזרם שווה ערך בסיבוב המשני של השנאי, הנקבע על ידי מספר הסיבובים ו- SWG של החוט.

עקב מעורבותם של תדרים גבוהים, הפסדי זרם העצבני הופכים להיות קטנים מבחינה זניחה ויציאת זרם זרם גבוהה הופכת לנגזרת באמצעות שנאי ליבת פריט קטנים יותר וסליל תיל דק יחסית.

עם זאת המתח המשני יהיה גם בתדר הראשוני, ולכן הוא מתוקן ומסונן באמצעות דיודת התאוששות מהירה וקבל בעל ערך גבוה.

התוצאה ביציאה היא זרם זרם נמוך בעל סינון מושלם, שניתן להשתמש בו ביעילות להפעלת כל מעגל אלקטרוני.

בגרסאות מודרניות של SMPS, מכשירי IC היי-אנד משמשים במקום טרנזיסטורים בכניסה.
מכשירי ה- IC מצוידים במוסף מתח מובנה לשמירה על תנודות בתדירות גבוהה ותכונות הגנה רבות אחרות.

אילו הגנות מובנות יש ל- SMPS

לממשקי חשמל אלה יש מעגלי הגנה מובנים כמו הגנה מפני מפולת שלגים, הגנה מפני חום והגנת מתח על מתח וגם תכונת מצב פרץ.

הגנה מפני מפולת שלגים מבטיחה שה- IC לא ייפגע במהלך הפעלת זרם ההפעלה במתח.

ההגנה על חום יתר מבטיחה שה- IC יכבה אוטומטית אם השנאי אינו פצוע כראוי ושואב יותר זרם מה- IC והופך אותו לחם מסוכן.

מצב הפיצוץ הוא תכונה מעניינת הכלולה ביחידות ה- SMPS המודרניות.

כאן, זרם הפלט מועבר לקלט חישה של ה- IC. אם מסיבה כלשהי, בדרך כלל עקב סלילה משנית שגויה או בחירת נגדים, מתח המוצא עולה מעל ערך קבוע קבוע מראש, ה- IC מכבה את מיתוג הכניסה ומדלג על המעבר לפרצים לסירוגין.

זה עוזר לשלוט על המתח ביציאה וגם על הזרם ביציאה.

התכונה גם מבטיחה שאם מתח המוצא מותאם לנקודה גבוהה כלשהי והפלט לא נטען, ה- IC עובר למצב פרץ ומוודא שהיחידה מופעלת לסירוגין עד שהפלט נטען כראוי, זה חוסך כוח של היחידה. בתנאי המתנה או כאשר הפלט אינו פעיל.

המשוב ממקטע הפלט ל- IC מיושם באמצעות מצמד אופטו, כך שהפלט נשאר רחוק היטב מזרם המתח הגבוה של הכניסה, ומונע זעזועים מסוכנים.