smps controller что это
Smps controller что это
импульсный источник электропитания
—
[Интент]
Тематики
источник питания с частотно-импульсным преобразователем
—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]
Тематики
энергопитание в режиме импульсного преобразования
(напр. электрофильтра)
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]
Тематики
Смотреть что такое «SMPS» в других словарях:
SMPS — may refer to: *Switched mode power supply *Single member plurality system *Society for Marketing Professional Services … Wikipedia
Smps — Ein Schaltnetzteil (SNT, auch SMPS von engl. switched mode power supply) oder Schaltnetzgerät ist eine elektronische Baugruppe, die eine unstabilisierte Eingangsspannung (Gleich oder Wechselspannung) in eine Gleichspannung eines anderen Niveaus… … Deutsch Wikipedia
SMPS — Switch Mode Power Supply (Governmental » State & Local) *** Switched Mode Power Supply (Business » Products) *** Switching Mode Power Supply (Academic & Science » Electronics) *** Scanning Mobility Particle Sizer (Computing » Hardware) * Simpson… … Abbreviations dictionary
SMPS — • Simplified Message Processing Simulation ( > IEEE Standard Dictionary ) • Switching Mode Power Supply schaltbares Netzteil … Acronyms
SMPS — [1] Simplified Message Processing Simulation ( > IEEE Standard Dictionary ) [2] Switching Mode Power Supply schaltbares Netzteil … Acronyms von A bis Z
SMPS — abbr. SIMPSON INDUSTRIES INC NASDAQ … Dictionary of abbreviations
SMPS — comp. abbr. Switching Mode Power Supply … United dictionary of abbreviations and acronyms
Switched-mode power supply — switched mode power supply. A bridge rectifier B Input filter capacitors C Transformer D output filter coil E output filter capacitors ] A switched mode power supply, switching mode power supply or SMPS, is an electronic power supply unit (PSU)… … Wikipedia
Boost converter — A boost converter (step up converter) is a power converter with an output DC voltage greater than its input DC voltage. It is a class of switching mode power supply (SMPS) containing at least two semiconductor switches (a diode and a transistor)… … Wikipedia
Power factor — For other uses, see Power factor (pistol). The power factor of an AC electric power system is defined as the ratio of the real power flowing to the load over the apparent power in the circuit,[1][2] and is a dimensionless number between 0 and 1… … Wikipedia
DSPIC — Ein 16 bit 28 pin PDIP PIC24 Mikrocontroller Bei PICmicro handelt es sich um eine Mikrocontrollerfamilie, die von der Firma Microchip Technology Inc. hergestellt wird. Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte … Deutsch Wikipedia
Электронные схемы — SMPS
Линейный источник питания
Линейный источник питания (LPS) — это регулируемый источник питания, который рассеивает большое количество тепла в последовательном резисторе, чтобы регулировать выходное напряжение с низким уровнем пульсаций и низким уровнем шума. Этот LPS имеет много приложений.
Линейный источник питания требует больших полупроводниковых устройств для регулирования выходного напряжения и генерирует больше тепла, что приводит к снижению энергоэффективности. Линейные источники питания имеют кратковременное время отклика до 100 раз быстрее, чем у других, что очень важно в определенных специализированных областях.
Преимущества ЛПС
Недостатки ЛПС
Мы уже прошли через различные части линейного источника питания. Блок-схема линейного источника питания показана на следующем рисунке.
Несмотря на вышеперечисленные недостатки, линейные источники питания широко используются в малошумящих усилителях, испытательном оборудовании, цепях управления. Кроме того, они также используются для сбора данных и обработки сигналов.
Все системы электропитания, которые нуждаются в простом регулировании и где эффективность не имеет значения, используются схемы LPS. Поскольку электрический шум ниже, LPS используется для питания чувствительных аналоговых схем. Но для преодоления недостатков системы линейного электропитания используется импульсный источник питания (SMPS).
Импульсный источник питания (SMPS)
За работой
Работу SMPS можно понять по следующему рисунку.
Давайте попробуем понять, что происходит на каждом этапе схемы SMPS.
Этап ввода
Входной сигнал переменного тока 50 Гц подается непосредственно на комбинацию выпрямителя и цепи фильтра без использования трансформатора. Этот выход будет иметь много вариаций, и значение емкости конденсатора должно быть выше, чтобы справиться с колебаниями на входе. Этот нерегулируемый постоянный ток передается в центральную коммутационную секцию SMPS.
Секция переключения
В этом разделе используется устройство с быстрым переключением, такое как силовой транзистор или полевой МОП-транзистор, который включается и выключается в соответствии с изменениями, и этот выход подается на первичную обмотку трансформатора, присутствующего в этом разделе. Используемые здесь трансформаторы намного меньше и легче в отличие от используемых для питания 60 Гц. Они очень эффективны и, следовательно, коэффициент преобразования мощности выше.
Выходной этап
Выходной сигнал из секции переключения снова выпрямляется и фильтруется, чтобы получить требуемое напряжение постоянного тока. Это регулируемое выходное напряжение, которое затем подается на схему управления, которая является цепью обратной связи. Окончательный результат получается после рассмотрения сигнала обратной связи.
Устройство управления
Это устройство обратной связи, которое имеет много секций. Давайте иметь четкое представление об этом из следующего рисунка.
На рисунке выше показаны внутренние части блока управления. Выходной датчик воспринимает сигнал и подключает его к блоку управления. Сигнал изолирован от другой секции, так что любые внезапные пики не должны влиять на схему. Опорное напряжение задаются как один вход вместе с сигналом на усилитель ошибки, который является компаратором, который сравнивает сигнал с требуемым уровнем сигнала.
Посредством управления частотой прерывания поддерживается конечный уровень напряжения. Это контролируется путем сравнения входов, подаваемых на усилитель ошибок, выход которого помогает решить, увеличивать или уменьшать частоту прерывания. Генератор ШИМ вырабатывает стандартную частоту волны ШИМ с фиксированной частотой.
Мы можем получить более полное представление о полном функционировании SMPS, взглянув на следующий рисунок.
SMPS в основном используется там, где переключение напряжений не является проблемой, а эффективность системы действительно имеет значение. Есть несколько моментов, которые следует отметить в отношении SMPS. Они есть
Схема SMPS управляется переключением, и, следовательно, напряжения постоянно меняются.
Коммутационное устройство работает в режиме насыщения или отключения.
Выходное напряжение контролируется временем переключения цепей обратной связи.
Время переключения регулируется путем регулировки рабочего цикла.
Эффективность SMPS высока, потому что вместо рассеивания избыточной мощности в виде тепла он непрерывно переключает свой вход для управления выходом.
Схема SMPS управляется переключением, и, следовательно, напряжения постоянно меняются.
Коммутационное устройство работает в режиме насыщения или отключения.
Выходное напряжение контролируется временем переключения цепей обратной связи.
Время переключения регулируется путем регулировки рабочего цикла.
Эффективность SMPS высока, потому что вместо рассеивания избыточной мощности в виде тепла он непрерывно переключает свой вход для управления выходом.
Недостатки
Есть несколько недостатков в SMPS, таких как
преимущества
Преимущества SMPS включают в себя,
Приложения
Есть много приложений SMPS. Они используются в материнских платах компьютеров, зарядных устройствах для мобильных телефонов, измерениях постоянного тока, зарядных устройствах, централизованном распределении электроэнергии, автомобилях, бытовой электронике, ноутбуках, системах безопасности, космических станциях и т. Д.
Типы SMPS
SMPS — это схема импульсного источника питания, предназначенная для получения регулируемого выходного напряжения постоянного тока от нерегулируемого напряжения постоянного или переменного тока. Существует четыре основных типа SMPS, таких как
Часть преобразования переменного тока в постоянный в секции ввода определяет разницу между преобразователем переменного тока в постоянный и преобразователем постоянного тока в постоянный. Конвертер обратного хода используется для приложений с низким энергопотреблением. Также есть Buck Converter и Boost Converter в типах SMPS, которые уменьшают или увеличивают выходное напряжение в зависимости от требований. Другие типы SMPS включают в себя автоколебательный обратный преобразователь, Buck-Boost преобразователь, Cuk, Sepic и т. Д.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Объяснение
Преимущества и недостатки
Основным преимуществом импульсного источника питания является более высокий КПД ( до 96% ) по сравнению с линейными регуляторами, поскольку переключающий транзистор рассеивает небольшую мощность, работая в качестве переключателя.
К другим преимуществам относятся меньший размер, низкий уровень шума и меньший вес за счет устранения тяжелых трансформаторов сетевой частоты и сопоставимое тепловыделение. Потери мощности в режиме ожидания часто намного меньше, чем у трансформаторов. Трансформатор в импульсном источнике питания также меньше, чем традиционный трансформатор сетевой частоты (50 Гц или 60 Гц в зависимости от региона), и поэтому требует меньшего количества дорогостоящего сырья, такого как медь.
Очень недорогие SMPS могут передавать электрические коммутационные помехи обратно в линию электропитания, вызывая помехи для устройств, подключенных к той же фазе, например, аудио / видео оборудования. Номера для коэффициента мощности с коррекцией SMPSs также вызывает гармонические искажения.
Сравнение SMPS и линейных источников питания
Доступны два основных типа регулируемых источников питания: SMPS и линейные. В следующей таблице сравниваются линейные регулируемые и нерегулируемые источники переменного тока в постоянный ток с импульсными регуляторами в целом:
Теория Операции
Входной выпрямительный каскад
Инверторный каскад
Преобразователь напряжения и выходной выпрямитель
Если требуется выход постоянного тока, выход переменного тока от трансформатора выпрямляется. Для выходных напряжений выше десяти вольт или около того обычно используются обычные кремниевые диоды. Для более низких напряжений в качестве выпрямительных элементов обычно используются диоды Шоттки ; они обладают преимуществами более быстрого восстановления, чем кремниевые диоды (что позволяет работать с низкими потерями на более высоких частотах), и меньшего падения напряжения при проводимости. Для еще более низких выходных напряжений МОП-транзисторы могут использоваться в качестве синхронных выпрямителей ; По сравнению с диодами Шоттки, они имеют даже меньшее падение напряжения в проводящем состоянии.
Регулирование
Обратная цепь контролирует выходное напряжение и сравнивает его с опорным напряжением. В зависимости от конструкции и требований безопасности контроллер может содержать изолирующий механизм (например, оптопару ), чтобы изолировать его от выхода постоянного тока. Коммутационные источники в компьютерах, телевизорах и видеомагнитофонах имеют эти оптопары для жесткого контроля выходного напряжения.
Регуляторы без обратной связи не имеют цепи обратной связи. Вместо этого они полагаются на подачу постоянного напряжения на вход трансформатора или катушки индуктивности и предполагают, что выход будет правильным. Регулируемые конструкции компенсируют сопротивление трансформатора или катушки. Монополярные конструкции также компенсируют магнитный гистерезис сердечника.
Цепи обратной связи требуется питание для работы, прежде чем она сможет генерировать мощность, поэтому добавляется дополнительный не переключаемый источник питания для режима ожидания.
Конструкция трансформатора
Напряжение на клеммах трансформатора пропорционально произведению площади сердечника, магнитного потока и частоты. Используя гораздо более высокую частоту, можно значительно уменьшить площадь сердечника (и, следовательно, массу сердечника). Однако потери в сердечнике увеличиваются на более высоких частотах. В сердечниках обычно используется ферритовый материал, который имеет низкие потери на высоких частотах и высокую плотность магнитного потока. Ламинированные железные сердечники низкочастотных ( Потеря меди
Фактор силы
Простые автономные импульсные источники питания включают в себя простой двухполупериодный выпрямитель, подключенный к конденсатору, аккумулирующему большую энергию. Такие ИИП потребляют ток из линии переменного тока короткими импульсами, когда мгновенное напряжение сети превышает напряжение на этом конденсаторе. В течение оставшейся части цикла переменного тока конденсатор обеспечивает источник питания энергией.
В результате входной ток таких базовых импульсных источников питания имеет высокое содержание гармоник и относительно низкий коэффициент мощности. Это создает дополнительную нагрузку на линии электроснабжения, увеличивает нагрев проводки здания, трансформаторов электросети и стандартных электродвигателей переменного тока и может вызвать проблемы со стабильностью в некоторых приложениях, таких как системы аварийных генераторов или генераторы самолетов. Гармоники можно удалить с помощью фильтрации, но фильтры дорогие. В отличие от коэффициента мощности смещения, создаваемого линейными индуктивными или емкостными нагрузками, это искажение не может быть исправлено добавлением единственной линейной составляющей. Требуются дополнительные цепи для противодействия влиянию коротких импульсов тока. Установка каскада повышающего прерывателя с регулируемым током после автономного выпрямителя (для зарядки накопительного конденсатора) может скорректировать коэффициент мощности, но увеличивает сложность и стоимость.
В 2001 году Европейский союз ввел в действие стандарт IEC / EN61000-3-2, устанавливающий пределы гармоник входного переменного тока до 40-й гармоники для оборудования мощностью более 75 Вт. Стандарт определяет четыре класса оборудования в зависимости от его тип и форма волны тока. Наиболее строгие ограничения (класс D) установлены для персональных компьютеров, компьютерных мониторов и телевизионных приемников. Чтобы соответствовать этим требованиям, современные импульсные источники питания обычно включают дополнительный каскад коррекции коэффициента мощности (PFC).
Импульсные источники питания можно классифицировать по топологии схемы. Наиболее важное различие между изолированными преобразователями и неизолированными.
Неизолированные топологии
Точно так же конвертеры SEPIC и Zeta являются незначительными переделками конвертера uk.
Нейтральная точка зафиксированный (НКП) топология используется в источниках питания и активных фильтров и упоминается здесь для полноты.
Коммутаторы становятся менее эффективными, поскольку рабочие циклы становятся чрезвычайно короткими. Для больших изменений напряжения может быть лучше трансформаторная (изолированная) топология.
Изолированные топологии
Все изолированные топологии включают в себя трансформатор и, таким образом, могут выдавать выходное напряжение с более высоким или более низким напряжением, чем входное, путем регулирования коэффициента трансформации. Для некоторых топологий на трансформаторе можно разместить несколько обмоток для создания нескольких выходных напряжений. Некоторые преобразователи используют трансформатор для хранения энергии, в то время как другие используют отдельный индуктор.
Контроллер прерывателя: выходное напряжение связано со входом, поэтому очень жестко контролируется.
Квазирезонансный переключатель нулевого тока / нулевого напряжения
Эффективность и EMI
Режимы отказа
Источники питания, в которых используются конденсаторы, страдающие от конденсаторной чумы, могут преждевременно выйти из строя, когда емкость упадет до 4% от первоначального значения. Обычно это приводит к тому, что переключающийся полупроводник выходит из строя в проводящем режиме. Это может подвергнуть подключенные нагрузки полному входному напряжению и току и вызвать дикие колебания на выходе.
Меры предосторожности
В конденсаторе основного фильтра часто сохраняется до 325 вольт после того, как шнур питания был отсоединен от стены. Не все блоки питания содержат небольшой «спускной» резистор для медленной разрядки этого конденсатора. Любой контакт с этим конденсатором может привести к серьезному поражению электрическим током.
Первичная и вторичная стороны могут быть соединены с конденсатором для уменьшения электромагнитных помех и компенсации различных емкостных связей в цепи преобразователя, где трансформатор является одним. В некоторых случаях это может привести к поражению электрическим током. В соответствии с IEC 60950 ток, протекающий от линии или нейтрали через резистор 2 кОм к любой доступной части, должен быть менее 250 мкА для ИТ-оборудования.
ИМПУЛЬСНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ SMPS
При проектировании импульсных трансформаторов использовались следующие требования:
Теория импульсных блоков питания
В обычных источниках питания изменение напряжения и гальваническая развязка выполнялись на трансформаторе со стальным сердечником, работающим на частоте 50 Гц, полупроводниковым выпрямителем и линейным стабилизатором напряжения.
Стабилизация выходной мощности достигается изменением ширины импульса при постоянной частоте или включением переключения в определенные периоды времени в зависимости от нагрузки схемы. Наиболее важные преимущества SMPS, сравнимые с обычными блоками питания:
С развитием мощных транзисторов с быстрой коммутацией для высоких частот, стало возможным использовать ИИП, работающие на частотах до 1 МГц. С помощью этого типа резонансных трансформаторов рабочие частоты могут быть увеличены даже до 3 МГц. Тем не менее, эти преимущества уменьшаются из-за нежелательного высокочастотного излучения, а также из-за более низкой скорости реакции на возможные изменения нагрузки.
Правда доступность новых магнитных материалов для трансформаторов, работающих в диапазоне частот примерно до 1 МГц, а также достижения в области источников питания стимулировали разработку новых высокочастотных сердечников трансформаторов.
Эта тенденция привела к разработке новых ферритов Mn-Zn с очень мелкой структурой зерен и материалов с уменьшенными гистерезисными потерями, что позволяет передавать мощность в диапазоне от 1 до 3 МГц. Высокие рабочие частоты приводят к дальнейшему уменьшению размеров ядер и, следовательно, всего блока питания. Новый принцип конструкции в планарной технологии позволяет изготавливать высокочастотные трансформаторы с кардинально уменьшенными размерами (плоские трансформаторы, низкопрофильные трансформаторы). Эта технология оказывает сильное влияние на разработку преобразователей постоянного и переменного тока, а также на производство гибридных импульсных источников питания.
На приведенной диаграмме показаны идеи, лежащие в основе работы ШИМ, и ее довольно просто понять: V = напряжение, T = период, t (вкл.) = длительность импульса. Среднее напряжение приложенное к нагрузке, можно объяснить следующей формулой:
Vo (av) = (t (on) / T) x Vi
Предположим, что импульсный блок питания подает напряжение +12 В на нагрузку 6 А. Теперь, когда ток нагрузки внезапно повышается до 8 А, напряжение автоматически снижается до + 10,6 В. За доли секунды обратная связь, отправленная в схему ШИМ, заметит падение напряжения и включит полевой МОП-транзистор на более длительный период времени t (on). Благодаря этому схема может передавать больше мощности и восстанавливать выходное значение напряжения до +12 В.
Частота, с которой работает ШИМ, обычно находится в диапазоне от 30 кГц до 150 кГц, но может быть намного выше.
Схемотехника источников питания SMPS
Вот мы и дошли до практики. В зависимости от требуемой выходной мощности используются разные типы источников питания. Рассмотрим типы трансформаторных схем
Обратноходовый преобразователь
На приведенной схеме показаны основные формы сигналов тока и напряжения для обратноходового трансформатора.
Базовая схема flyback с трансформатором
В первой фазе цикла переключатель подключает дроссель L непосредственно к входному напряжению. Из-за постоянного входного напряжения Ue через дроссель протекает линейно возрастающий ток.
В этой фазе диод D заблокирован. Когда кнопка S открывается, полярность на дросселе меняется на обратную, так что диод проводит и энергия, накопленная в дросселе, передается нагрузочному конденсатору CLi R1. Дроссель действует как источник энергии. Таким образом, регулируя время зарядки на заданной частоте, можно менять энергию запасенную в дросселе.
Чтобы получить гальваническую развязку между входом и выходом схемы, дроссель заменяется трансформатором. Этот элемент действует как промежуточный накопитель энергии, так что цепь нагрузки может использовать энергию запасенную в трансформаторе, и тогда отсутствует прямая нагрузка на источник питания.
Условием сохранения энергии будет наличие в сердечнике трансформатора воздушного зазора или изолирующей прокладки между обеими половинами сердечника (которая имеет тот же эффект, что и воздушный зазор в средней части сердечника), но использование воздушного зазора в средней части сердечника обеспечивает лучшую обратную связь между обмотками.
Преобразователи прямоходового типа
На рисунке показана базовая схема преобразователя прямоходового типа. Когда ключ S замкнут, то линейно возрастающий ток течет через катушку непосредственно к конденсатору Ca и к нагрузке R1. На этом этапе энергия одновременно передается на дроссель и нагрузку. Диод D заблокирован.
Базовая схема прямоходового электропитания
Когда ключ открывается, магнитное поле дросселя прерывается. Полярность дросселя меняется, открывая диод. Энергия от дросселя через диод поступает на конденсатор и на нагрузку. Поскольку передача энергии в выходную схему также происходит при замкнутом ключе, тип этого трансформатора называется прямоходовым. Как и в случае трансформаторов обратного хода, энергия, запасенная в индуктивности в этом типе блока питания, может быть изменена за счет различного времени переключения.
Прямоходовое электропитание с трансформатором
На этой схеме показан источник питания прямого типа с трансформатором для разделения и преобразования сетевого напряжения. При использовании сердечника без воздушного зазора между первичной и вторичной обмотками поддерживается постоянный магнитный контакт. Но сбор и сглаживание выходного тока необходимо реализовать в отдельном дросселе Ls, для каждого выходного напряжения отдельно. Энергия, запасенная трансформатором во время фазы проводимости, передается на L1, Dl, Ce в фазе блокировки. Диод открывается при изменении полярности дросселя накопителя энергии.
Двухтактные преобразователи
Фактически, двухтактные трансформаторы состоят из двух соединенных между собой одиночных трансформаторов.
Базовая схема источника питания двухтактного типа
Переключатели S1 и S2 поочередно подключают первичную обмотку к источнику Ue. По сравнению с трансформатором прямого и обратного хода эта конфигурация обеспечивает возможность полной петли гистерезиса. Благодаря биполярной системе можно получить вдвое большую мощность при том же размере сердечника.
Даже при больших изменениях нагрузки, двухтактный трансформатор генерирует симметричное выходное напряжение, что позволяет напрямую использовать переменное напряжение без предварительного выпрямления, например в галогенном освещении.
Выбор вариантов схем электропитания
Однотранзисторный прямой преобразователь
Преимущества:
Недостатки:
a. форма волны напряжения на транзисторе
b. выходной ток
c. форма волны тока, протекающего через входной конденсатор
d. форма волны тока, протекающего через выходной конденсатор
Двухтактный преобразователь
Преимущества:
Недостатки:
a. форма волны напряжения на транзисторе
b. выходной ток
c. форма волны тока, протекающего через входной конденсатор
d. форма волны тока, протекающего через выходной конденсатор
Двухтранзисторный прямой преобразователь
Преимущества:
Недостатки:
a. форма волны напряжения на транзисторе
b. выходной ток
c. форма волны тока, протекающего через входной конденсатор
d. форма волны тока, протекающего через выходной конденсатор
Односторонний двухтактный преобразователь
Преимущества:
Недостатки:
a. форма волны напряжения на транзисторе
b. выходной ток
c. форма волны тока, протекающего через входной конденсатор
d. форма волны тока, протекающего через выходной конденсатор
Мостовой двухтактный преобразователь
Преимущества:
Недостатки:
a. форма волны напряжения на транзисторе
b. выходной ток
c. форма волны тока, протекающего через входной конденсатор
d. форма волны тока, протекающего через выходной конденсатор
Обратноходовый преобразователь
Преимущества:
Недостатки:
a. форма волны напряжения на транзисторе
b. выходной ток
c. форма волны тока, протекающего через входной конденсатор
d. форма волны тока, протекающего через выходной конденсатор
Инвертирующий (Buck-boost) конвертер
Преимущества:
Недостатки:
a. форма волны напряжения на транзисторе
b. выходной ток
c. форма волны тока, протекающего через входной конденсатор
d. форма волны тока, протекающего через выходной конденсатор
Повышающий преобразователь
Преимущества:
Недостатки:
a. форма волны напряжения на транзисторе
b. выходной ток
c. форма волны тока, протекающего через входной конденсатор
d. форма волны тока, протекающего через выходной конденсатор
Понижающе-повышающий преобразователь
Преимущества:
Недостатки:
a. форма волны напряжения на транзисторе
b. выходной ток
c. форма волны тока, протекающего через входной конденсатор
d. форма волны тока, протекающего через выходной конденсатор
Обратноходовый конвертор
Преимущества:
Недостатки:
a. форма волны напряжения на транзисторе
b. выходной ток
c. форма волны тока, протекающего через входной конденсатор
d. форма волны тока, протекающего через выходной конденсатор
Какую надо выбирать схему? Зависит от области применения. В любом случае во всех современных приборах используется импульсный источник питания. И несмотря на более сложную структуру, они значительно лучше своих предшественников с точки зрения эффективности и удельной мощности.
Форум по обсуждению материала ИМПУЛЬСНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ SMPS
Схема и сборка самодельного усилителя НЧ на TDA7379, TDA7375, TDA7377 или STA540.