Bộ nguồn chuyển mạch được sử dụng để chuyển đổi điện áp đầu vào thành giá trị theo yêu cầu của các phần tử bên trong thiết bị. Một tên gọi khác của nguồn xung, đã trở nên phổ biến, là bộ biến tần.
Nội dung
Nó là gì?
Biến tần là nguồn điện thứ cấp sử dụng biến đổi kép điện áp đầu vào AC. Giá trị của các tham số đầu ra được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời lượng (độ rộng) của các xung và trong một số trường hợp, tần số lặp lại của chúng. Loại điều chế này được gọi là điều chế độ rộng xung.
Nguyên tắc hoạt động của nguồn điện chuyển mạch
Hoạt động của bộ nghịch lưu dựa trên việc chỉnh lưu điện áp sơ cấp và biến đổi thêm của nó thành một chuỗi các xung tần số cao. Ở điều này, nó khác với một máy biến áp thông thường.Điện áp đầu ra của khối được sử dụng để tạo thành tín hiệu phản hồi âm, cho phép bạn điều chỉnh thông số của các xung. Bằng cách kiểm soát độ rộng của các xung, có thể dễ dàng tổ chức việc ổn định và điều chỉnh các thông số đầu ra, điện áp hoặc dòng điện. Tức là nó có thể vừa là ổn áp vừa có thể là ổn dòng.
Số lượng và cực tính của các giá trị đầu ra có thể rất khác nhau tùy thuộc vào cách hoạt động của nguồn điện chuyển mạch.
Các loại nguồn cung cấp điện
Một số loại biến tần đã được sử dụng, khác nhau về sơ đồ cấu tạo của chúng:
- không máy biến áp;
- máy biến áp.
Những thứ đầu tiên khác nhau ở chỗ chuỗi xung đi trực tiếp đến bộ chỉnh lưu đầu ra và bộ lọc làm mịn của thiết bị. Một sơ đồ như vậy có tối thiểu các thành phần. Một biến tần đơn giản bao gồm một mạch tích hợp chuyên dụng - một bộ tạo độ rộng xung.
Trong số các nhược điểm của các thiết bị không có biến áp, nhược điểm chính là chúng không có cách ly điện từ nguồn điện và có thể gây ra nguy cơ điện giật. Ngoài ra, chúng thường có công suất thấp và chỉ cho 1 điện áp đầu ra.
Phổ biến hơn là các thiết bị máy biến áp trong đó một tàu xung tần số cao được đưa vào cuộn dây sơ cấp của máy biến áp. Có thể có bao nhiêu cuộn dây thứ cấp tùy thích, cho phép bạn tạo ra một số điện áp đầu ra. Mỗi cuộn dây thứ cấp được tải với bộ chỉnh lưu và bộ lọc làm mịn của riêng nó.
Một nguồn cung cấp năng lượng chuyển mạch mạnh mẽ cho bất kỳ máy tính nào được xây dựng theo một sơ đồ có độ tin cậy và an toàn cao. Đối với tín hiệu phản hồi, điện áp 5 hoặc 12 vôn được sử dụng ở đây, vì các giá trị này yêu cầu độ ổn định chính xác nhất.
Việc sử dụng máy biến áp để chuyển đổi điện áp tần số cao (hàng chục kilohertz thay vì 50 Hz) có thể giảm kích thước và trọng lượng của chúng xuống nhiều lần và không sử dụng sắt điện mà sử dụng vật liệu sắt từ có lực cưỡng chế cao làm vật liệu cốt lõi ( mạch từ).
Bộ biến đổi DC cũng được xây dựng trên cơ sở điều chế độ rộng xung. Nếu không sử dụng mạch biến tần, việc chuyển đổi có thể gặp rất nhiều khó khăn.
Lược đồ PSU
Mạch của cấu hình phổ biến nhất của bộ chuyển đổi xung bao gồm:
- bộ lọc khử nhiễu mạng;
- bộ chỉnh lưu;
- làm mịn bộ lọc;
- bộ biến đổi độ rộng xung;
- các bóng bán dẫn chính;
- đầu ra máy biến áp cao tần;
- bộ chỉnh lưu đầu ra;
- xuất bộ lọc cá nhân và nhóm.
Mục đích của bộ lọc khử nhiễu là để trì hoãn sự can thiệp từ hoạt động của thiết bị vào nguồn điện lưới. Việc chuyển mạch các phần tử bán dẫn có thể đi kèm với việc tạo ra các xung ngắn hạn trong dải tần số rộng. Do đó, ở đây cần sử dụng các phần tử được thiết kế đặc biệt cho mục đích này làm tụ điện cấp qua của khối lọc.
Bộ chỉnh lưu được sử dụng để chuyển đổi điện áp AC đầu vào thành DC và bộ lọc làm mịn tiếp theo loại bỏ gợn sóng của điện áp chỉnh lưu.
Trong trường hợp khi sử dụng bộ chuyển đổi DC / DC, bộ chỉnh lưu và bộ lọc trở nên không cần thiết, và tín hiệu đầu vào, đã qua các mạch lọc nhiễu, được đưa trực tiếp đến bộ chuyển đổi độ rộng xung (bộ điều chế), viết tắt là PWM.
PWM là phần phức tạp nhất của mạch cung cấp điện chuyển mạch. Nhiệm vụ của nó bao gồm:
- tạo xung tần số cao;
- điều khiển các thông số đầu ra của khối và hiệu chỉnh chuỗi xung phù hợp với tín hiệu phản hồi;
- kiểm soát và bảo vệ quá tải.
Tín hiệu PWM được đưa đến các đầu ra điều khiển của các bóng bán dẫn chính mạnh được kết nối trong mạch cầu hoặc nửa cầu. Đầu ra công suất của bóng bán dẫn được tải trên cuộn sơ cấp của máy biến áp đầu ra tần số cao. Thay vì các bóng bán dẫn lưỡng cực truyền thống, người ta sử dụng các bóng bán dẫn IGBT hoặc MOSFET, được đặc trưng bởi sự sụt giảm điện áp thấp qua các điểm nối và tốc độ cao. Các thông số bóng bán dẫn được cải thiện giúp giảm công suất tiêu tán với cùng kích thước và thông số thiết kế kỹ thuật.
Biến áp xung đầu ra sử dụng nguyên tắc chuyển đổi tương tự như biến áp cổ điển. Một ngoại lệ là làm việc với tần suất cao hơn. Kết quả là máy biến áp cao tần có cùng công suất truyền tải có kích thước nhỏ hơn.
Điện áp từ cuộn thứ cấp của máy biến áp (có thể có nhiều cuộn dây) được cung cấp cho các bộ chỉnh lưu đầu ra. Không giống như bộ chỉnh lưu đầu vào, các điốt chỉnh lưu của mạch thứ cấp phải có tần số hoạt động tăng lên.Điốt Schottky hoạt động tốt nhất trong phần này của mạch. Ưu điểm của chúng so với những loại thông thường:
- tần suất hoạt động cao;
- giảm điện dung tiếp giáp p-n;
- sụt áp nhỏ.
Mục đích của bộ lọc đầu ra của nguồn điện chuyển mạch là để giảm độ gợn sóng của điện áp đầu ra được chỉnh lưu đến mức tối thiểu cần thiết. Vì tần số gợn sóng cao hơn nhiều so với tần số của điện áp nguồn nên không cần giá trị điện dung lớn của tụ điện và độ tự cảm của cuộn dây.
Phạm vi cung cấp điện chuyển mạch
Bộ chuyển đổi điện áp chuyển mạch được sử dụng trong hầu hết các trường hợp thay cho các máy biến áp truyền thống với bộ ổn định bán dẫn. Với cùng một công suất, các bộ biến tần có kích thước và trọng lượng tổng thể nhỏ hơn, độ tin cậy cao và quan trọng nhất - hiệu suất cao hơn và khả năng hoạt động trong dải điện áp đầu vào rộng. Và với kích thước tương đương, công suất biến tần tối đa cao hơn nhiều lần.
Trong một lĩnh vực như chuyển đổi điện áp trực tiếp, các nguồn xung thực tế không có khả năng thay thế thay thế và có thể hoạt động không chỉ để giảm điện áp mà còn tạo ra một điện áp tăng lên, tổ chức sự thay đổi cực tính. Tần số chuyển đổi cao tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho việc lọc và ổn định các thông số đầu ra.
Các bộ biến tần cỡ nhỏ dựa trên các mạch tích hợp chuyên dụng được sử dụng làm bộ sạc cho tất cả các loại thiết bị và độ tin cậy của chúng đến mức tuổi thọ của bộ sạc có thể vượt quá thời gian hoạt động của thiết bị di động vài lần.
Trình điều khiển nguồn 12 Volt để bật nguồn chiếu sáng LED cũng được xây dựng theo mạch xung.
Cách tạo nguồn điện chuyển mạch bằng tay của chính bạn
Biến tần, đặc biệt là những biến tần mạnh, có mạch điện phức tạp và chỉ những người nghiệp dư có kinh nghiệm mới có thể lặp lại bộ biến tần. Để tự lắp ráp bộ nguồn mạng, chúng tôi có thể đề xuất các mạch công suất thấp đơn giản sử dụng chip điều khiển PWM chuyên dụng. Các IC như vậy có một số lượng nhỏ các phần tử đóng đai và đã chứng minh được các mạch chuyển đổi điển hình mà thực tế không cần điều chỉnh và điều chỉnh.
Khi làm việc với các cấu trúc sản xuất trong nhà hoặc sửa chữa các thiết bị công nghiệp, cần phải nhớ rằng một phần của mạch điện sẽ luôn ở vị trí tiềm ẩn của mạng, do đó, các biện pháp an toàn phải được tuân thủ.
Các bài tương tự:
