Mạch điện tử - SMPS

Các chủ đề được thảo luận cho đến bây giờ đại diện cho các phần khác nhau của đơn vị cung cấp điện. Tất cả các phần này cùng nhau tạo nênLinear Power Supply. Đây là phương pháp thông thường để lấy DC từ nguồn AC đầu vào.

Cung cấp điện tuyến tính

Bộ nguồn tuyến tính (LPS) là bộ nguồn được điều chỉnh tản nhiệt nhiều trong điện trở nối tiếp để điều chỉnh điện áp đầu ra có độ gợn sóng thấp và tiếng ồn thấp. LPS này có nhiều ứng dụng.

Nguồn điện tuyến tính yêu cầu các thiết bị bán dẫn lớn hơn để điều chỉnh điện áp đầu ra và tạo ra nhiều nhiệt hơn dẫn đến hiệu suất năng lượng thấp hơn. Các bộ nguồn tuyến tính có thời gian đáp ứng thoáng qua nhanh hơn 100 lần so với các bộ khác, điều này rất quan trọng trong một số lĩnh vực chuyên biệt.

Ưu điểm của LPS

Nguồn cung cấp là liên tục.
Mạch rất đơn giản.
Đây là những hệ thống đáng tin cậy.
Hệ thống này phản ứng động với các thay đổi tải.
Các điện trở mạch được thay đổi để điều chỉnh điện áp đầu ra.
Khi các thành phần hoạt động trong vùng tuyến tính, tiếng ồn thấp.
Độ gợn sóng là rất thấp trong điện áp đầu ra.

Nhược điểm của LPS

Máy biến áp được sử dụng nặng hơn và lớn hơn.
Tản nhiệt nhiều hơn.
Hiệu suất của nguồn điện tuyến tính là 40 đến 50%
Điện năng bị lãng phí dưới dạng nhiệt trong các mạch LPS.
Điện áp đầu ra duy nhất thu được.

Chúng ta đã xem xét các phần khác nhau của nguồn điện tuyến tính. Sơ đồ khối của Bộ nguồn tuyến tính như trong hình sau.

Mặc dù có những nhược điểm trên, Bộ nguồn tuyến tính được sử dụng rộng rãi trong các bộ khuếch đại tạp âm thấp, thiết bị kiểm tra, mạch điều khiển. Ngoài ra, chúng còn được sử dụng trong việc thu thập dữ liệu và xử lý tín hiệu.

Tất cả các hệ thống cung cấp điện cần điều chỉnh đơn giản và không quan tâm đến hiệu quả, các mạch LPS được sử dụng. Khi tiếng ồn điện thấp hơn, LPS được sử dụng để cấp nguồn cho mạch tương tự nhạy cảm. Nhưng để khắc phục nhược điểm của hệ thống Linear Power Supply, người ta sử dụng Switched Mode Power Supply (SMPS).

Nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi (SMPS)

Những nhược điểm của LPS như hiệu suất thấp hơn, tụ điện cần giá trị lớn để giảm gợn sóng và máy biến áp nặng và tốn kém, v.v. được khắc phục bằng cách thực hiện Switched Mode Power Supplies.

Hoạt động của SMPS được hiểu một cách đơn giản khi biết rằng bóng bán dẫn được sử dụng trong LPS được sử dụng để kiểm soát sự sụt giảm điện áp trong khi bóng bán dẫn trong SMPS được sử dụng như một controlled switch.

Đang làm việc

Hoạt động của SMPS có thể được hiểu trong hình sau.

Hãy để chúng tôi cố gắng hiểu những gì xảy ra ở mỗi giai đoạn của mạch SMPS.

Giai đoạn đầu vào

Tín hiệu cung cấp đầu vào AC 50 Hz được đưa trực tiếp đến tổ hợp mạch chỉnh lưu và mạch lọc mà không cần sử dụng bất kỳ máy biến áp nào. Đầu ra này sẽ có nhiều biến động và giá trị điện dung của tụ điện phải cao hơn để xử lý các biến động đầu vào. Một chiều không điều chỉnh này được cấp cho phần chuyển mạch trung tâm của SMPS.

Phần chuyển đổi

Trong phần này sử dụng thiết bị chuyển mạch nhanh như Bóng bán dẫn công suất hoặc MOSFET, thiết bị này sẽ BẬT và TẮT theo các biến thể và đầu ra này được cấp cho đầu ra của máy biến áp có trong phần này. Máy biến áp được sử dụng ở đây là loại nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều không giống như loại được sử dụng cho nguồn cung cấp 60 Hz. Chúng hiệu quả hơn nhiều và do đó tỷ lệ chuyển đổi điện năng cao hơn.

Giai đoạn đầu ra

Tín hiệu đầu ra từ phần chuyển mạch một lần nữa được chỉnh lưu và lọc để có được điện áp DC cần thiết. Đây là điện áp đầu ra được điều chỉnh sau đó được cấp cho mạch điều khiển, là mạch phản hồi. Đầu ra cuối cùng thu được sau khi xem xét tín hiệu phản hồi.

Bộ điều khiển

Bộ phận này là mạch phản hồi có nhiều phần. Hãy để chúng tôi hiểu rõ ràng về điều này từ Hình sau.

Hình trên giải thích các bộ phận bên trong của bộ điều khiển. Cảm biến đầu ra cảm nhận tín hiệu và kết hợp với bộ phận điều khiển. Tín hiệu được cách ly với phần khác để không ảnh hưởng đến mạch điện đột ngột. Một điện áp tham chiếu được đưa ra làm một đầu vào cùng với tín hiệu đến bộ khuếch đại lỗi, là bộ so sánh so sánh tín hiệu với mức tín hiệu yêu cầu.

Bằng cách kiểm soát tần số cắt, mức điện áp cuối cùng được duy trì. Điều này được kiểm soát bằng cách so sánh các đầu vào được cung cấp cho bộ khuếch đại lỗi, đầu ra của nó giúp quyết định tăng hoặc giảm tần số cắt. Bộ tạo dao động PWM tạo ra một tần số cố định sóng PWM tiêu chuẩn.

Chúng ta có thể hiểu rõ hơn về hoạt động hoàn chỉnh của SMPS bằng cách xem hình sau.

SMPS chủ yếu được sử dụng khi việc chuyển đổi điện áp hoàn toàn không phải là vấn đề và hiệu quả của hệ thống thực sự quan trọng. Có một số điểm cần lưu ý về SMPS. họ đang

Mạch SMPS được vận hành bằng cách chuyển mạch và do đó điện áp thay đổi liên tục.
Thiết bị chuyển mạch được vận hành ở chế độ bão hòa hoặc chế độ cắt.
Điện áp đầu ra được điều khiển bởi thời gian chuyển mạch của mạch phản hồi.
Thời gian chuyển mạch được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh chu kỳ làm việc.
Hiệu quả của SMPS cao vì thay vì tiêu tán năng lượng dư thừa dưới dạng nhiệt, nó liên tục chuyển đổi đầu vào để điều khiển đầu ra.

Nhược điểm

Có một số nhược điểm trong SMPS, chẳng hạn như

Tiếng ồn hiện diện do chuyển đổi tần số cao.
Mạch phức tạp.
Nó tạo ra nhiễu điện từ.

Ưu điểm

Những ưu điểm của SMPS bao gồm,

Hiệu quả cao từ 80 đến 90%
Ít sinh nhiệt; ít hao phí điện năng.
Giảm phản hồi sóng hài vào nguồn điện cung cấp.
Thiết bị nhỏ gọn và có kích thước nhỏ.
Giảm chi phí sản xuất.
Dự phòng cung cấp số điện áp yêu cầu.

Các ứng dụng

Có rất nhiều ứng dụng của SMPS. Chúng được sử dụng trong bo mạch chủ của máy tính, bộ sạc điện thoại di động, đo HVDC, bộ sạc pin, phân phối điện trung tâm, xe có động cơ, thiết bị điện tử tiêu dùng, máy tính xách tay, hệ thống an ninh, trạm vũ trụ, v.v.

Các loại SMPS

SMPS là mạch Nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch được thiết kế để lấy điện áp đầu ra DC được điều chỉnh từ điện áp DC hoặc AC không được điều chỉnh. Có bốn loại SMPS chính như

Bộ chuyển đổi DC sang DC
Bộ chuyển đổi AC sang DC
Công cụ chuyển đổi bay trở lại
Công cụ chuyển tiếp

Phần chuyển đổi AC sang DC trong phần đầu vào tạo ra sự khác biệt giữa bộ chuyển đổi AC sang DC và bộ chuyển đổi DC sang DC. Bộ chuyển đổi Fly back được sử dụng cho các ứng dụng Công suất thấp. Ngoài ra còn có Bộ chuyển đổi Buck và Bộ chuyển đổi Boost trong các loại SMPS giúp giảm hoặc tăng điện áp đầu ra tùy theo yêu cầu. Các loại SMPS khác bao gồm bộ chuyển đổi fly-back tự dao động, bộ chuyển đổi Buck-boost, Cuk, Sepic, v.v.