Как работят веригите за захранване в режим на превключване (SMPS)

SMPS е съкращението на думата Switch Mode Power Supply. Името ясно подсказва, че концепцията има нещо или изцяло свързано с импулси или превключване на използваните устройства. Нека да научим как SMPS адаптерите работят за преобразуване на мрежовото напрежение в по-ниско постояннотоково напрежение.

Предимство на SMPS топологията

В SMPS адаптерите идеята е да се включи мрежовото входно напрежение в първичната намотка на трансформатор, така че да може да се получи по-ниско постояннотоково напрежение при вторичната намотка на трансформатора.

Въпросът обаче е, че същото може да се направи и с обикновен трансформатор, така че каква е необходимостта от такава сложна конфигурация, когато функционирането може просто да бъде приложено чрез обикновени трансформатори?

Е, концепцията е разработена именно за елиминиране на използването на тежки и обемисти трансформатори с много ефективни версии на SMPS вериги за захранване .

Въпреки че принципът на действие е доста сходен, резултатите са изключително различни.

Нашето мрежово напрежение също е пулсиращо напрежение или променлив ток, който обикновено се подава в обикновения трансформатор за необходимите преобразувания, но не можем да направим трансформатора по-малък по размер дори при ток от 500 mA.

Причината за това е много ниската честота, свързана с нашите мрежови входове.
При 50 Hz или 60 Hz стойността е изключително ниска за прилагането им в изходи с висок постоянен ток, използвайки по-малки трансформатори.

Това е така, тъй като с намаляването на честотата загубите от вихрови токове с намагнитването на трансформатора се увеличават, което води до огромна загуба на ток чрез топлина и впоследствие целият процес става много неефективен.

За да се компенсира горепосочената загуба, се включват относително по-големи ядра на трансформатора със съответна степен на дебелина на проводника, което прави целия блок тежък и тромав.

Схема на захранване в режим на превключване се справя с този въпрос много хитро.

Ако по-ниската честота увеличава вихровите загуби, това означава, че увеличаването на честотата би направило точно обратното.

Това означава, че ако честотата се увеличи, трансформаторът може да бъде много по-малък, но ще осигури по-висок ток на техните изходи.

Точно това правим с SMPS верига . Нека разберем функционирането със следните точки:

Как работят SMPS адаптерите

В схемата на схемата за захранване в режим на превключване входният променлив ток първо се коригира и филтрира, за да се получи съответната величина на постояннотока.

Горното DC се прилага към осцилаторна конфигурация, включваща транзистор с високо напрежение или MOSFET, монтиран към добре оразмерена малка феритна трансформаторна първична намотка.

Веригата се превръща в автоколебателен тип конфигурация, която започва да трепти с някаква предварително определена честота, зададена от други пасивни компоненти като кондензатори и резистори.

Честотата обикновено е над 50 Khz.

Тази честота индуцира еквивалентно напрежение и ток при вторичната намотка на трансформатора, определени от броя на завъртанията и SWG на проводника.

Поради участието на високи честоти, загубите от вихрови токове стават пренебрежимо малки и изходът с постоянен ток с висок ток става извлечен чрез по-малки феритови трансформатори и относително по-тънка намотка.

Вторичното напрежение обаче също ще бъде на първичната честота, поради което то отново се коригира и филтрира с помощта на диод за бързо възстановяване и кондензатор с висока стойност.

Резултатът на изхода е перфектно филтриран ниско DC, който може да се използва ефективно за работа с всяка електронна схема.

В съвременните версии на SMPS вместо транзистори на входа се използват интегрални схеми от висок клас.
ИС са оборудвани с вграден MOSFET за високо напрежение за поддържане на високочестотни трептения и много други защитни функции.

Какви вградени защити имат SMPS

Тези интегрални схеми имат адекватна вградена схема за защита като защита от лавина, защита от топлина и изход срещу защита от напрежение, както и функция за режим на взрив.

Защитата от лавина гарантира, че интегралната схема не се поврежда по време на бърз ток на включване на захранването.

Защитата от прегряване гарантира, че интегралната схема автоматично се изключва, ако трансформаторът не е навит правилно и изтегля повече ток от IC, което го прави опасно горещ.

Серийният режим е интересна функция, включена в съвременните SMPS устройства.

Тук изходният DC се връща обратно към сензорния вход на IC. Ако поради някаква причина, обикновено поради грешна вторична намотка или избор на резистори, изходното напрежение се повиши над определена предварително определена стойност, IC изключва превключването на входа и прескача превключването в периодични изблици.

Това помага да се контролира напрежението на изхода, а също и токът на изхода.

Функцията също така гарантира, че ако изходното напрежение е настроено до някаква висока точка и изходът не е натоварен, IC превключва в режим на импулси, като се уверява, че устройството работи периодично, докато изходът се зареди адекватно, това спестява мощност на устройството когато е в режим на готовност или когато изходът не работи.

Обратната връзка от изходната секция към интегралната схема се осъществява чрез опто-съединител, така че изходът остава добре отдалечен от входящата мрежа за високо напрежение AC, като се избягват опасни удари.