Anahtarlamalı güç kaynağı - Switched-mode power supply

Vikipedi, özgür ansiklopedi
ATX SMPS'nin iç görünümü :
A'nın altında : giriş EMI filtreleme ve köprü doğrultucu;
B: giriş filtre kapasitörleri;
"Arasında" B ve C: birincil yan soğutucu;
C: transformatör;
C ve D arasında: ikincil yan ısı emici;
D: çıkış filtresi bobini;
E: çıkış filtresi kapasitörleri.  
E'nin altındaki bobin ve büyük sarı kapasitör, doğrudan güç girişi konektörüne monte edilen ve ana devre kartının parçası olmayan ek giriş filtreleme bileşenleridir. ATX güç kaynakları en az 5 bağımsız voltaj çıkışı sağlar.
Laboratuvar kullanımı için ayarlanabilir anahtarlamalı güç kaynağı

Bir güç kaynağı anahtarlamalı ( anahtarlama modlu güç kaynağı , anahtar-modlu güç kaynağı , güç desteği , AGK veya şalter ) bir elektronik olan bir güç kaynağı , bir araya sviçleme regülatörü için elektrik güç dönüştürmek verimli.

Diğer güç kaynakları gibi, bir SMPS , voltajı ve akım özelliklerini dönüştürürken gücü bir DC veya AC kaynağından (genellikle şebeke gücü , bkz. AC adaptörü ) kişisel bilgisayar gibi DC yüklerine aktarır . Doğrusal bir güç kaynağının aksine , anahtarlamalı bir beslemenin geçiş transistörü, sürekli olarak düşük dağıtım , tam açık ve tam kapalı durumları arasında geçiş yapar ve boşa harcanan enerjiyi en aza indiren yüksek dağıtım geçişlerinde çok az zaman harcar. Varsayımsal ideal anahtarlamalı güç kaynağı, güç dağıtmaz. Gerilim regülasyonu , açma-kapama süresinin oranını değiştirerek elde edilir ( görev döngüleri olarak da bilinir ). Buna karşılık, doğrusal bir güç kaynağı, geçiş transistöründeki gücü sürekli olarak dağıtarak çıkış voltajını düzenler . Bu daha yüksek güç dönüştürme verimliliği, anahtarlamalı bir güç kaynağının önemli bir avantajıdır. Anahtarlamalı güç kaynakları, aynı zamanda, transformatör çok daha küçük olabileceğinden, doğrusal bir kaynaktan önemli ölçüde daha küçük ve daha hafif olabilir. Bunun nedeni, şebeke AC frekansı için tipik olan 50-60Hz'in tersine birkaç 100KHz'den birkaç MHz'e değişen anahtarlama frekansı üzerinde çalışmasıdır. Boyuttaki küçülmeye rağmen, güç kaynağı topolojisinin kendisi ve ticari tasarımlarda elektromanyetik parazit bastırma gereksinimi, genellikle çok daha büyük bir bileşen sayısı ve karşılık gelen devre karmaşıklığı ile sonuçlanır.

Anahtarlama regülatörleri, daha yüksek verimlilik, daha küçük boyut veya daha hafif ağırlık gerektiğinde doğrusal regülatörlerin yerine kullanılır. Ancak bunlar daha karmaşıktır; anahtarlama akımları, dikkatlice bastırılmazsa elektriksel gürültü sorunlarına neden olabilir ve basit tasarımlar zayıf bir güç faktörüne sahip olabilir .

Tarih

1836
İndüksiyon bobinleri , yüksek voltaj üretmek için anahtarlar kullanır.
1910
Charles F. Kettering ve şirketi Dayton Engineering Laboratories Company (Delco) tarafından icat edilen bir endüktif deşarj ateşleme sistemi Cadillac için üretime girdi. Kettering ateşleme sistemi bir sinek geri püskürtme dönüştürücünün mekanik anahtarlamalı versiyonudur; transformatör ateşleme bobinidir. Bu ateşleme sisteminin varyasyonları, 1960'lı yıllara kadar tüm dizel olmayan içten yanmalı motorlarda kullanıldı ve ilk önce katı hal elektronik anahtarlamalı versiyonlar, ardından kapasitif deşarjlı ateşleme sistemleri ile değiştirilmeye başlandı .
1926
23 Haziran'da İngiliz mucit Philip Ray Coursey kendi ülkesinde ve Amerika Birleşik Devletleri'nde "Elektrikli Kondenser" için patent başvurusunda bulundu. Patent, diğer kullanımların yanı sıra yüksek frekanslı kaynak ve fırınlardan bahsetmektedir .
c.  1932
Elektromekanik röleler, jeneratörlerin voltaj çıkışını stabilize etmek için kullanılır. Bkz. Voltaj regülatörü # Elektromekanik regülatörler .
c. 1936
Araba radyoları , 6 V akü beslemesini vakum tüpleri için uygun bir B + voltajına dönüştürmek için elektromekanik vibratörler kullandı .
1959
MOSFET (metal oksit yarı iletken alan etkili transistor) tarafından icat edilmiştir Mohamed M. atalla ve Dawon Kahng de Bell Labs . Güç MOSFET sonra en çok kullanılan oldu güç aygıtı anahtarlamalı güç kaynakları için.
1959
Transistör salınımı ve doğrultucu dönüştürücü güç kaynağı sistemi ABD Patenti 3,040,271 , General Motors Company'den Joseph E. Murphy ve Francis J. Starzec tarafından dosyalanmıştır.
1960'lar
Apollo Rehberlik Bilgisayar NASA'nın iddialı için MİT Enstrümantasyon Laboratuvarı tarafından 1960'ların başında geliştirilen, Ay görevlerine dahil (1966-1972), erken anahtarlamalı güç kaynakları.
c. 1967
Bob Widlar ait Fairchild Semiconductor μA723 IC gerilim regülatörü tasarlar. Uygulamalarından biri anahtarlamalı mod regülatörüdür.
1970
Tektronix , yaklaşık 1970-1995 yılları arasında ürettiği 7000 serisi osiloskoplarında Yüksek Verimli Güç Kaynağı kullanmaya başladı.
1970
Robert Boschert, daha basit, düşük maliyetli devreler geliştirir. 1977'de Boschert Inc., 650 kişilik bir şirkete dönüşür. Bir dizi birleşme, satın alma ve bölünmeden sonra (Bilgisayar Ürünleri, Zytec, Artesyn, Emerson Electric) şirket artık Advanced Energy'nin bir parçası oldu .
1972
Hewlett-Packard'ın ilk cep hesap makinesi olan HP-35 , ışık yayan diyotlar , saatler, zamanlama, ROM ve yazmaçlar için transistör anahtarlamalı güç kaynağı ile piyasaya sürüldü .
1973
Xerox , Alto mini bilgisayarda anahtarlamalı güç kaynakları kullanır
1976
Silicon General Semiconductors'ın kurucularından olan Robert Mammano, SMPS kontrolü için ilk entegre devreyi, model SG1524'ü geliştirdi. Bir dizi birleşme ve satın almalardan (Linfinity, Symetricom , Microsemi ) sonra, şirket artık Microchip Technology'nin bir parçası .
1977
Apple II , anahtarlamalı bir güç kaynağı ile tasarlanmıştır. " Rod Holt ... çok hafif bir bilgisayar yapmamızı sağlayan anahtarlamalı güç kaynağını yarattı ".
1980
HP8662A 10 kHz - 1.28 GHz sentezlenmiş sinyal oluşturucu, anahtarlamalı bir güç kaynağı ile birlikte gitti.

Açıklama

Bir doğrusal güç kaynağı (non-SMPS) ve kullanan lineer regülatör istenen çıkış sağlamak için gerilimi olarak fazla gücü dağılacaktır ile omik kayıpları (bir direnç ya da aktif modda bir geçiş transistörün kolektörü yayıcı bölgesinde, örneğin). Doğrusal bir regülatör, fazla elektrik gücünü ısı şeklinde dağıtarak çıkış voltajını veya akımını düzenler ve bu nedenle maksimum güç verimliliği, voltaj farkı boşa gittiğinden voltaj çıkışı / voltajıdır.

Aksine, bir SMPS , farklı elektrik konfigürasyonları arasında indüktörler ve kapasitörler gibi ideal olarak kayıpsız depolama elemanlarını değiştirerek çıkış voltajını ve akımını değiştirir . İdeal anahtarlama elemanları (aktif modlarının dışında çalıştırılan transistörler tarafından yaklaştırılır) "açık" konumdayken direnç göstermez ve "kapalıyken" akım taşımaz ve bu nedenle ideal bileşenlere sahip dönüştürücüler% 100 verimlilikle çalışır (yani, tüm giriş gücü sağlanır) yüke; yayılan ısı olarak hiçbir güç boşa harcanmaz). Gerçekte, bu ideal bileşenler mevcut değildir, bu nedenle anahtarlamalı bir güç kaynağı% 100 verimli olamaz, ancak yine de doğrusal bir regülatöre göre verimlilikte önemli bir gelişmedir.

Bir yükseltici dönüştürücünün temel şeması

Örneğin, bir DC kaynağı, bir indüktör, bir anahtar ve karşılık gelen elektriksel toprak seri olarak yerleştirilirse ve anahtar bir kare dalga tarafından çalıştırılırsa , anahtar boyunca ölçülen dalga formunun tepeden tepeye voltajı, DC kaynağından giriş voltajı. Bunun nedeni, indüktörün akımdaki değişime karşı koymak için kendi voltajını indükleyerek akımdaki değişikliklere yanıt vermesidir ve bu voltaj, anahtar açıkken kaynak voltajına eklenir. Bir diyot ve kapasitör kombinasyonu, anahtara paralel olarak yerleştirilirse, tepe voltajı kapasitörde depolanabilir ve kapasitör, devreyi çalıştıran DC voltajından daha büyük bir çıkış voltajı ile bir DC kaynağı olarak kullanılabilir. Bu takviye dönüştürücü , bir gibi davranır yükseltici transformatör DC sinyalleri için. Bir buck-boost dönüştürücü benzer şekilde çalışır, ancak giriş voltajına ters polarite olan bir çıkış voltajı verir. Ortalama çıkış akımını voltaj düşüşüyle ​​artırmak için başka kova devreleri vardır.

Bir SMPS'de, çıkış akımı akışı, giriş güç sinyaline, kullanılan depolama elemanlarına ve devre topolojilerine ve ayrıca anahtarlama elemanlarını çalıştırmak için kullanılan modele (örneğin, ayarlanabilir bir görev döngüsü ile darbe genişliği modülasyonu ) bağlıdır. Spektral yoğunluk bu anahtarlama dalga formu enerjisinin, nispeten yüksek frekanslarda yoğunlaşmıştır. Bu nedenle, çıkış dalga formlarına eklenen anahtarlama geçişleri ve dalgalanma , küçük bir LC filtresi ile filtrelenebilir .

Avantajlar ve dezavantajlar

Anahtarlamalı güç kaynağının ana avantajı, doğrusal regülatörlere göre daha yüksek verimliliktir ( % 96'ya kadar ) çünkü anahtarlama transistörü, anahtar görevi gördüğünde çok az güç harcar.

Diğer avantajlar arasında daha küçük boyut, daha düşük gürültü ve ağır hat frekanslı transformatörlerin ortadan kaldırılmasından kaynaklanan daha hafif ağırlık ve karşılaştırılabilir ısı üretimi bulunur. Bekleme modunda güç kaybı genellikle transformatörlerden çok daha azdır. Anahtarlamalı güç kaynağındaki transformatör ayrıca geleneksel hat frekansı (bölgeye bağlı olarak 50 Hz veya 60 Hz) transformatöründen daha küçüktür ve bu nedenle bakır gibi daha az miktarda pahalı hammadde gerektirir.

Dezavantajlar arasında daha fazla karmaşıklık, yüksek genlik, yüksek frekanslı enerji üretimi, düşük geçiş filtresinin elektromanyetik paraziti (EMI) önlemek için bloke etmesi , anahtarlama frekansında bir dalgalanma voltajı ve bunların harmonik frekanslarını içerir .

Çok düşük maliyetli SMPS'ler, elektrik anahtarlama gürültüsünü ana güç hattına bağlayarak, A / V ekipmanı gibi aynı faza bağlı cihazlarda parazite neden olabilir. Olmayan güç faktörü düzeltilmiş SMPSs da harmonik bozulmalara neden.

SMPS ve doğrusal güç kaynağı karşılaştırması

İki ana düzenlenmiş güç kaynağı türü mevcuttur: SMPS ve doğrusal. Aşağıdaki tablo, doğrusal olarak düzenlenmiş ve düzenlenmemiş AC'den DC'ye beslemeleri genel olarak anahtarlama düzenleyicileriyle karşılaştırır:

Doğrusal bir güç kaynağı ile anahtarlamalı bir güç kaynağının karşılaştırması
Doğrusal güç kaynağı Güç kaynağını değiştirmek Notlar
Ebat ve ağırlık Yüksek güçlü lineer regülatörler için soğutucu, boyut ve ağırlık kazandırır. Kullanılıyorsa, transformatörler düşük çalışma frekansı nedeniyle büyüktür ( şebeke güç frekansı 50 veya 60 Hz'dir); aksi takdirde düşük bileşen sayısı nedeniyle kompakt olabilir. Daha yüksek çalışma frekansı (tipik olarak 50 kHz - 1 MHz ) nedeniyle daha küçük transformatör (kullanılıyorsa; aksi takdirde indüktör ). Yeterli RF korumasının boyutu ve ağırlığı önemli olabilir. Histerezis kayıplarının azaltılabilmesi kaydıyla, bir transformatörün belirli boyut ve ağırlıktaki güç işleme kapasitesi frekansla artar . Bu nedenle, daha yüksek çalışma frekansı, daha yüksek kapasite veya daha küçük bir transformatör anlamına gelir.
Çıkış gerilimi Kullanılan transformatör ile, mevcut herhangi bir voltaj; trafosuz ise, gerilim katlayıcıyla elde edilebileceklerle sınırlıdır . Düzensizse, voltaj yüke göre önemli ölçüde değişir. Mevcut herhangi bir voltaj, yalnızca birçok devrede transistör arıza voltajlarıyla sınırlıdır . Voltaj yüke göre çok az değişir. Bir SMPS, çıkış voltajı değişmeden önce genellikle daha geniş giriş varyasyonuyla baş edebilir.
Verimlilik , ısı ve güç dağılımı Düzenlenirse: verimlilik büyük ölçüde giriş ve çıkış arasındaki voltaj farkına bağlıdır; çıkış voltajı, fazla gücün ısı olarak dağıtılmasıyla düzenlenir ve bu da tipik olarak% 30-40'lık bir verimlilikle sonuçlanır. Düzenlenmemişse, trafo demir ve bakır kayıpları tek önemli verimsizlik kaynağı olabilir. Çıkış, görev döngüsü kontrolü kullanılarak düzenlenir ; transistörler tamamen açılır veya tamamen kapatılır, bu nedenle giriş ve yük arasında çok az direnç kaybı olur. Üretilen tek ısı, bileşenlerin ideal olmayan yönlerindedir ve kontrol devresindeki durgun akımdır. Transistörlerdeki anahtarlama kayıpları (özellikle cihaz kısmen açıkken her döngünün kısa kısmında), anahtarlama transistörlerinin açık direnci , indüktör ve kapasitörlerdeki eşdeğer seri direnç ve indüktördeki çekirdek kayıpları ve doğrultucu voltaj düşüşü % 60-70'lik tipik bir verime katkıda bulunur. Bununla birlikte, SMPS tasarımını optimize ederek (optimum anahtarlama frekansını seçmek, indüktörlerin doygunluğunu önlemek ve aktif düzeltme gibi ), güç kaybı ve ısı miktarı en aza indirilebilir; iyi bir tasarımın verimliliği% 95 olabilir.
Karmaşıklık Düzenlenmemiş basitçe bir diyot ve kapasitör olabilir; düzenlenmiş bir voltaj düzenleme devresine ve bir gürültü filtreleme kapasitesine sahiptir; genellikle anahtarlamalı devrelerden daha basit bir devre (ve daha basit geri besleme döngüsü kararlılık kriterleri). Bir denetleyici IC, bir veya birkaç güç transistörü ve diyotun yanı sıra bir güç transformatörü, indüktör ve filtre kapasitörlerinden oluşur . Doğrusal regülatör devrelerinde bulunmayan bazı tasarım karmaşıklıkları (gürültüyü / paraziti azaltma; yüksek anahtarlama hızlarında maksimum transistör değerlerinde ekstra sınırlamalar) mevcuttur. Anahtarlamalı mod şebeke (AC'den DC'ye) beslemelerinde, bir transformatör çekirdeği tarafından çoklu voltajlar üretilebilir, ancak bu, tasarım / kullanım zorluklarına neden olabilir: örneğin , bir çıkışa minimum çıkış akımı kısıtlamaları koyabilir . Bunun için SMPS'lerin görev döngüsü kontrolünü kullanması gerekir. Çıkışlardan biri, voltaj regülasyon geri besleme döngüsünü beslemek için seçilmelidir (genellikle 3.3 V veya 5 V yükler, besleme gerilimleri konusunda 12 V'luk yüklere göre daha titizdir , bu nedenle bu, geri besleme döngüsünü hangi enerjinin besleyeceğine karar verir. diğer çıktılar genellikle düzenlenmiş olanı oldukça iyi izler). Her ikisinin de transformatörlerinin dikkatli seçimine ihtiyacı var. SMPS'lerdeki yüksek çalışma frekansları nedeniyle, baskılı devre kartı izlerinin başıboş endüktansı ve kapasitansı önemli hale gelir.
Radyo frekansı paraziti Yüksek akım yükü altında AC redresör diyotları tarafından hafif yüksek frekanslı parazit üretilebilirken, diğer kaynak türlerinin çoğu yüksek frekanslı parazit oluşturmaz. Bazı ana şebekeler, düşük sinyalli ses için sorunlu olan, korumasız kablolara indüksiyonu uğultu. Akımın keskin bir şekilde açılıp kapanması nedeniyle üretilen EMI / RFI . Bu nedenle, bozucu paraziti azaltmak için EMI filtreleri ve RF korumasına ihtiyaç vardır. Bileşenler arasındaki uzun teller, giriş ve çıkıştaki kapasitörler tarafından sağlanan yüksek frekanslı filtre verimliliğini azaltabilir. Kararlı anahtarlama frekansı önemli olabilir.
Çıkış terminallerinde elektronik gürültü Düzenlenmemiş PSU'lar, DC bileşeninin üzerine iki ana şebeke frekansında ( 100–120 Hz ) küçük bir AC dalgalanmasına sahip olabilir . Ses ekipmanında duyulabilir şebeke uğultusuna , parlaklık dalgalanmalarına veya analog güvenlik kameralarında bantlı bozulmalara neden olabilir . SMPS'nin anahtarlama frekansı nedeniyle daha gürültülü. Filtrelenmemiş bir çıkış, dijital devrelerde arızalara veya ses devrelerinde parazite neden olabilir. Bu, çıkış aşamasında kapasitörler ve diğer filtreleme devreleri ile bastırılabilir. Anahtarlamalı mod PSU ile anahtarlama frekansı, gürültüyü devrelerin çalışma frekansı bandının dışında tutmak için seçilebilir (örneğin, insan duyma aralığının üzerindeki ses sistemleri için)
Giriş terminallerinde elektronik gürültü AC girişinde harmonik bozulmaya neden olur, ancak yüksek frekans gürültüsü nispeten azdır veya hiç yoktur. Çok düşük maliyetli SMPS, elektrik anahtarlama gürültüsünü ana güç hattına bağlayarak aynı faza bağlı A / V ekipmanında parazite neden olabilir. Güç faktörüyle düzeltilmemiş SMPS'ler de harmonik bozulmaya neden olur. Bu, giriş terminalleri ile köprü doğrultucu arasına (doğru şekilde topraklanmış) bir EMI / RFI filtresi bağlanırsa önlenebilir.
Akustik ses Genellikle transformatördeki sargıların titreşimi veya manyetostriksiyon nedeniyle zayıf, genellikle duyulamayan ana şebeke uğultusu . Çoğu insan , bir fanı olmadığı veya yüksüz / arızalı olmadığı veya ses aralığında bir anahtarlama frekansı kullanmadığı veya bobinin laminasyonları çalışma frekansının bir alt harmonikinde titreşmediği sürece, genellikle çoğu insan tarafından duyulamaz . Yüklenmemiş bir SMPS'nin çalışma frekansı bazen işitilebilir insan aralığı içindedir ve işitmesi ilgili frekans aralığına çok duyarlı olan kişiler için öznel olarak oldukça yüksek ses çıkarabilir.
Güç faktörü Düzenlenmiş bir besleme için düşüktür çünkü akım, voltaj sinüzoidinin zirvelerinde şebekeden çekilir , eğer bir jikle girişi veya direnç giriş devresi redresörü takip etmedikçe (artık nadirdir). PFC'siz basit bir SMPS AC sinüzoidin tepe noktalarında akım artışları çektiğinden, çok düşükten ortaya değişir. SMPS'deki aktif / pasif güç faktörü düzeltmesi bu sorunu telafi edebilir ve hatta bazı elektrik düzenleme otoriteleri, özellikle AB'de gereklidir. Doğrusal güç kaynaklarındaki düşük güç transformatörlerinin dahili direnci genellikle her döngüde tepe akımı sınırlar ve bu nedenle, şebekeyi küçük seri dirençle doğrudan düzelten birçok anahtarlamalı mod güç kaynağından daha iyi bir güç faktörü sağlar.
Ani akım Yavaş başlatma devresi kullanılmadıkça, ana şebekeden güç alan doğrusal güç kaynağı ekipmanı açıldığında, transformatörün manyetik akısı stabilize olana ve kapasitörler tamamen şarj olana kadar büyük akım. Yalnızca giriş kaynağının empedansı ve filtre kapasitörlerine karşı herhangi bir seri dirençle sınırlanan son derece büyük tepe "ani" dalgalanma akımı. Boş filtre kapasitörleri, başlangıçta şarj olurken büyük miktarlarda akım çeker, daha büyük kapasitörler daha fazla miktarda tepe akımı çeker. Normal çalışma akımının birçok kez üzerinde olan bu, dalgalanmaya maruz kalan bileşenleri büyük ölçüde zorlar, rahatsız edici patlamaları önlemek için sigorta seçimini karmaşıklaştırır ve kesintisiz güç kaynakları gibi aşırı akım koruması kullanan ekipmanlarda sorunlara neden olabilir . Uygun bir yumuşak başlatma devresi veya seri direnç kullanılarak azaltılmıştır.
Elektrik çarpması riski Transformatörlü kaynaklar, güç beslemeli cihazdan gelen güç kaynağını izole eder ve böylece muhafazanın metal işçiliğinin güvenli bir şekilde topraklanmasını sağlar. Birincil / ikincil yalıtım bozulursa tehlikelidir, makul tasarımla olası değildir. Transformatörsüz şebeke beslemesi tehlikelidir. Hem doğrusal hem de anahtarlama modunda şebeke ve muhtemelen çıkış voltajları tehlikelidir ve iyi izole edilmelidir. Ekipman topraklanmadıkça / topraklanmadıkça veya giriş terminallerinde EMI / RFI filtreleme içermedikçe, ortak ekipman rayına (kasa dahil) şebeke voltajının yarısına kadar ancak yüksek empedansta enerji verilir. EMI / RFI radyasyonu ile ilgili düzenlemeler nedeniyle, birçok SMPS, köprü redresöründen önce kapasitörler ve indüktörlerden oluşan giriş aşamasında EMI / RFI filtrelemesi içerir. İki kapasitör arasında Toprak bağlantısı ile Canlı ve Nötr raylarla seri olarak iki kapasitör bağlanır. Bu, ortak raya yarı şebeke geriliminde enerji veren kapasitif bir bölücü oluşturur. Yüksek empedanslı akım kaynağı, operatöre bir karıncalanma veya 'ısırık' sağlayabilir veya bir Toprak Arıza LED'ini yakmak için kullanılabilir. Ancak bu akım, en hassas artık akım cihazlarında rahatsız edici açmaya neden olabilir . Topraklama pimi olmayan güç kaynaklarında (USB şarj cihazı gibi), birincil ve ikincil taraf arasına yerleştirilmiş EMI / RFI kondansatörü vardır. Aynı zamanda çok hafif bir karıncalanma hissi de sağlayabilir, ancak kullanıcı için güvenlidir.
Ekipman hasarı riski Birincil ve ikincil sargılar arasında bir kısa devre olmadıkça veya regülatör dahili olarak kısa devre yaparak başarısız olmadıkça çok düşüktür. Çıkış voltajını çok yüksek yapacak şekilde başarısız olabilir. Kapasitörler üzerindeki baskı, bunların patlamasına neden olabilir. Bazı durumlarda, değişken voltaj, transistör taban yayıcı arıza voltajını aşarsa, transistörün kazancının düşmesine ve gürültü seviyelerinin artmasına neden olursa, amplifikatörlerdeki giriş aşamalarını yok edebilir. İyi bir arıza korumalı tasarımla azaltılmıştır . SMPS'deki bir bileşenin arızalanması, diğer PSU bileşenlerine daha fazla zarar verebilir; sorun gidermek zor olabilir. Dalgalı gerilim, güç kaynağının birincil ve ikincil taraflarını köprüleyen kapasitörlerden kaynaklanır. Topraklanmış ekipmana bağlantı, kapasitörün ikincil tarafındaki voltaj toprak potansiyeline eşitlendiğinden, konektördeki akımda anlık (ve potansiyel olarak yıkıcı) bir artışa neden olacaktır.

Operasyon teorisi

Çıkış voltajı regülasyonlu şebeke ile çalışan AC / DC SMPS'nin blok şeması

Giriş doğrultucu aşaması

AC, yarım dalga ve tam dalga doğrultulmuş sinyaller

SMPS'nin bir AC girişi varsa, ilk aşama girişi DC'ye dönüştürmektir. Buna düzeltme denir . DC girişli bir SMPS bu aşamayı gerektirmez. Bazı güç kaynaklarında (çoğunlukla bilgisayar ATX güç kaynakları ), doğrultucu devresi, manuel veya otomatik olarak çalıştırılan bir anahtarın eklenmesiyle bir voltaj katlayıcı olarak yapılandırılabilir. Bu özellik, normalde 115 V veya 230 V'ta olan güç kaynaklarından çalışmaya izin verir. Doğrultucu, düzenlenmemiş bir DC voltajı üretir ve daha sonra büyük bir filtre kapasitörüne gönderilir. Bu doğrultucu devresi tarafından ana şebekeden çekilen akım, AC voltaj tepe noktaları etrafında kısa darbelerde meydana gelir. Bu darbeler, güç faktörünü azaltan önemli yüksek frekans enerjisine sahiptir. Bunu düzeltmek için birçok yeni SMPS , giriş akımının güç faktörünü düzelterek AC giriş voltajının sinüzoidal şeklini takip etmesini sağlamak için özel bir PFC devresi kullanır. Aktif PFC kullanan güç kaynakları genellikle otomatik aralıklıdır, giriş voltajı seçme anahtarı olmadan ~ 100 VAC - 250 VAC arasındaki giriş voltajlarını destekler .

AC girişi için tasarlanmış bir SMPS, genellikle bir DC kaynağından çalıştırılabilir, çünkü DC, redresörden değişmeden geçecektir. Güç kaynağı 115 VAC için tasarlanmışsa ve voltaj seçme anahtarı yoksa, gerekli DC voltajı 163 VDC (115 × √2) olacaktır. Bu tür bir kullanım, redresör aşamasına zararlı olabilir, ancak tam yük için redresördeki diyotların sadece yarısını kullanacaktır. Bu, muhtemelen bu bileşenlerin aşırı ısınmasına ve erken arızalanmalarına neden olabilir. Öte yandan, güç kaynağı, 115/230 V için Delon devresine dayalı bir voltaj seçme anahtarına sahipse (bilgisayar ATX güç kaynakları tipik olarak bu kategoridedir), seçici anahtarın 230 V'a konması gerekecektir. ve gerekli voltaj 325 VDC (230 × √2) olacaktır. Bu tip güç kaynağındaki diyotlar, DC akımını gayet iyi idare eder çünkü voltaj katlayıcının çalışması nedeniyle 115 V modunda çalıştırıldığında nominal giriş akımını iki katına çıkaracak şekilde derecelendirilmiştir . Bunun nedeni, katlayıcının, çalışırken, köprü doğrultucusunun yalnızca yarısını kullanması ve içinden iki kat daha fazla akım geçmesidir.

İnvertör aşaması

Bu bölüm , diyagramda kesiciyle işaretlenmiş blokla ilgilidir .

İnvertör aşaması, doğrudan girişten veya yukarıda açıklanan doğrultucu aşamasından DC'yi, çıkış trafosu birkaç sargı ile çok küçük olan, onlarca veya yüzlerce kilohertz frekansında bir güç osilatöründen geçirerek AC'ye dönüştürür . Frekans, insanlar tarafından duyulamaz hale getirmek için genellikle 20 kHz'in üzerinde olacak şekilde seçilir. Anahtarlama, çok aşamalı (yüksek kazanç elde etmek için) MOSFET amplifikatörü olarak uygulanır. MOSFET'ler, düşük dirençli ve yüksek akım işleme kapasitesine sahip bir transistör türüdür .

Gerilim dönüştürücü ve çıkış doğrultucu

Genellikle ana güç kaynaklarında olduğu gibi çıkışın girişten izole edilmesi gerekiyorsa, ters çevrilmiş AC, yüksek frekanslı bir transformatörün birincil sargısını sürmek için kullanılır . Bu, voltajı sekonder sargısında gerekli çıkış seviyesine yukarı veya aşağı çevirir. Blok diyagramdaki çıkış trafosu bu amaca hizmet eder.

Bir DC çıkışı gerekliyse, transformatörden gelen AC çıkışı düzeltilir. On voltun üzerindeki çıkış voltajları için yaygın olarak sıradan silikon diyotlar kullanılır. Daha düşük voltajlar için, Schottky diyotları genellikle doğrultucu elemanlar olarak kullanılır; silikon diyotlardan daha hızlı iyileşme süreleri (daha yüksek frekanslarda düşük kayıplı çalışmaya izin verir) ve iletim sırasında daha düşük voltaj düşüşü gibi avantajlara sahiptirler. Daha düşük çıkış voltajları için, MOSFET'ler senkron redresörler olarak kullanılabilir ; Schottky diyotlarına kıyasla, bunlar daha da düşük iletken durum voltaj düşüşlerine sahiptir.

Düzeltilmiş çıkış daha sonra indüktörlerden ve kapasitörlerden oluşan bir filtre ile düzleştirilir . Daha yüksek anahtarlama frekansları için, daha düşük kapasitans ve endüktansa sahip bileşenlere ihtiyaç vardır.

Daha basit, izole edilmemiş güç kaynakları, bir transformatör yerine bir indüktör içerir. Bu tür içerir boost dönüştürücüler , kova dönüştürücüleri ve Buck-Boost dönüştürücüleri . Bunlar, bir indüktör ve bir aktif anahtar kullanan tek girişli, tek çıkışlı dönüştürücülerin en basit sınıfına aittir. Buck dönüştürücü, giriş voltajını, iletken sürenin toplam anahtarlama süresine oranıyla doğru orantılı olarak azaltır, bu da görev döngüsü olarak adlandırılır. Örneğin,% 50 görev döngüsünde çalışan 10 V girişli ideal bir konvertör, 5 V'luk bir ortalama çıkış voltajı üretecektir. Girişteki değişiklikleri telafi etmek için görev döngüsünü değiştirerek çıkış voltajını düzenlemek için bir geri besleme kontrol döngüsü kullanılır. Voltaj. Bir yükseltici dönüştürücünün çıkış gerilimi her zaman giriş geriliminden daha büyüktür ve güçlendirme çıkış gerilimi tersine çevrilir, ancak giriş geriliminin büyüklüğünden büyük, ona eşit veya daha küçük olabilir. Bu dönüştürücü sınıfının birçok varyasyonu ve uzantısı vardır, ancak bu üçü, neredeyse tüm izole edilmiş ve izole edilmemiş DC'den DC'ye dönüştürücülerin temelini oluşturur. İkinci bir indüktör eklenerek Ćuk ve SEPIC dönüştürücüler uygulanabilir veya ek aktif anahtarlar eklenerek çeşitli köprü dönüştürücüler gerçekleştirilebilir.

Diğer SMPS türleri, indüktörler ve transformatörler yerine bir kapasitör - diyot voltaj çarpanı kullanır. Bunlar çoğunlukla düşük akımlarda yüksek voltaj üretmek için kullanılır ( Cockcroft-Walton jeneratörü ). Düşük voltaj varyantına şarj pompası denir .

Yönetmelik

Cep telefonu gibi küçük bir cihaz için olan bu şarj cihazı, Avrupa fişi ile basit bir çevrim dışı anahtarlama güç kaynağıdır. Basit devre sadece iki transistöre, bir opto-kuplöre ve aktif bileşenler olarak doğrultucu diyotlara sahiptir .

Bir geri besleme devresi, çıkış voltajını izler ve bunu bir referans voltajı ile karşılaştırır. Tasarım ve güvenlik gereksinimlerine bağlı olarak, kontrolör, onu DC çıkışından izole etmek için bir izolasyon mekanizması (bir opto-kuplör gibi ) içerebilir . Bilgisayarlarda, TV'lerde ve VCR'lerde kaynak değiştirme, çıkış voltajını sıkı bir şekilde kontrol etmek için bu opto-kuplörlere sahiptir.

Açık döngü regülatörlerinin bir geri besleme devresi yoktur. Bunun yerine, transformatörün veya indüktörün girişine sabit bir voltaj beslemeye güvenirler ve çıkışın doğru olacağını varsayarlar. Düzenlenmiş tasarımlar , transformatörün veya bobinin empedansını telafi eder . Monopolar tasarımlar ayrıca çekirdeğin manyetik histerezisini de telafi eder.

Geri besleme devresinin güç üretmeden önce çalışması için güce ihtiyacı vardır, bu nedenle bekleme için ek bir anahtarlamayan güç kaynağı eklenir.

Trafo tasarımı

Gücünü bir AC güç hattından alan herhangi bir anahtarlamalı güç kaynağı ( "çevrim dışı" dönüştürücü olarak adlandırılır ), galvanik izolasyon için bir transformatör gerektirir . Bazı DC-DC dönüştürücüler ayrıca bir transformatör içerebilir, ancak bu durumlarda izolasyon kritik olmayabilir. SMPS transformatörleri yüksek frekansta çalışır. Çevrimdışı güç kaynaklarındaki maliyet tasarruflarının (ve alan tasarruflarının) çoğu, daha önce kullanılan 50/60 Hz transformatörlere kıyasla yüksek frekans transformatörünün daha küçük boyutundan kaynaklanmaktadır. Ek tasarım ödünleri vardır.

Bir transformatörün terminal voltajı, çekirdek alan, manyetik akı ve frekansın çarpımı ile orantılıdır. Çok daha yüksek bir frekans kullanarak, çekirdek alan (ve dolayısıyla çekirdeğin kütlesi) büyük ölçüde azaltılabilir. Bununla birlikte, çekirdek kayıpları daha yüksek frekanslarda artar. Çekirdekler genellikle kullanılan yüksek frekanslarda ve yüksek akı yoğunluklarında düşük kayıplı ferrit malzeme kullanır. Düşük frekanslı (<400 Hz) transformatörlerin lamine demir çekirdekleri, birkaç kilohertz'lik anahtarlama frekanslarında kabul edilemez şekilde kayıplı olacaktır. Ayrıca, anahtarlama yarı iletkeninin daha yüksek frekanslarda geçişleri sırasında daha fazla enerji kaybedilir. Ayrıca, parazitler daha önemli hale geldikçe ve elektromanyetik girişim miktarı daha belirgin hale geldikçe , devre kartının fiziksel düzenine daha fazla dikkat edilmesi gerekir .

Bakır kaybı

Düşük frekanslarda (50 veya 60 Hz hat frekansı gibi), tasarımcılar genellikle cilt etkisini görmezden gelebilir . Bu frekanslar için, yüzey etkisi yalnızca iletkenler büyük olduğunda, çapı 0,3 inçten (7,6 mm) fazla olduğunda önemlidir.

Güç kaynaklarının değiştirilmesi, güç kaybı kaynağı olduğu için cilt etkisine daha fazla dikkat etmelidir. 500 kHz'de, bakırdaki yüzey derinliği yaklaşık 0,003 inçtir (0,076 mm) - bir güç kaynağında kullanılan tipik tellerden daha küçük bir boyut. İletkenlerin etkili direnci artar, çünkü akım iletkenin yüzeyinin yakınında yoğunlaşır ve iç kısım düşük frekanslardan daha az akım taşır.

Dış yüzey etkisi, yüksek hızlı darbe genişlik modülasyonu (PWM) anahtarlama dalga formlarında bulunan harmoniklerle daha da kötüleşir . Uygun yüzey derinliği sadece temeldeki derinlik değil, aynı zamanda harmonikteki yüzey derinlikleridir.

Cilt etkisine ek olarak, bir başka güç kaybı kaynağı olan yakınlık etkisi de vardır .

Güç faktörü

Basit çevrim dışı anahtarlamalı mod güç kaynakları, büyük bir enerji depolama kapasitörüne bağlı basit bir tam dalga doğrultucu içerir. Bu tür SMPS'ler, şebeke anlık voltajı bu kapasitördeki voltajı aştığında kısa darbeler halinde AC hattından akım çeker. AC döngüsünün geri kalan kısmı sırasında kondansatör güç kaynağına enerji sağlar.

Sonuç olarak, bu tür temel anahtarlamalı mod güç kaynaklarının giriş akımı yüksek harmonik içeriğe ve nispeten düşük güç faktörüne sahiptir. Bu, şebeke hatlarında ekstra yük oluşturur, bina kablolarının, şebeke trafolarının ve standart AC elektrik motorlarının ısınmasını artırır ve acil durum jeneratör sistemleri veya uçak jeneratörleri gibi bazı uygulamalarda stabilite sorunlarına neden olabilir. Harmonikler filtreleme ile giderilebilir, ancak filtreler pahalıdır. Doğrusal endüktif veya kapasitif yükler tarafından oluşturulan yer değiştirme güç faktörünün aksine, bu bozulma tek bir doğrusal bileşen eklenerek düzeltilemez. Kısa akım darbelerinin etkisini ortadan kaldırmak için ek devreler gereklidir. Çevrimdışı doğrultucudan sonra (depolama kapasitörünü şarj etmek için) akım regülasyonlu bir destek kıyıcı aşaması koymak güç faktörünü düzeltebilir, ancak karmaşıklığı ve maliyeti artırır.

2001 yılında, Avrupa Birliği, 75 W üzerindeki cihazlar için 40. harmoniğe kadar AC giriş akımının harmonikleri üzerinde sınırları belirlemek için IEC / EN61000-3-2 standardını yürürlüğe koymuştur. tip ve akım dalga formu. Kişisel bilgisayarlar, bilgisayar monitörleri ve TV alıcıları için en katı sınırlar (D sınıfı) oluşturulmuştur. Bu gereksinimlere uymak için, modern anahtarlamalı güç kaynakları normalde ek bir güç faktörü düzeltme (PFC) aşaması içerir.

Türler

Anahtarlamalı güç kaynakları, devre topolojisine göre sınıflandırılabilir. En önemli ayrım, izole edilmiş dönüştürücüler ile izole edilmemiş olanlar arasındadır.

İzole olmayan topolojiler

İzole edilmemiş dönüştürücüler, enerji depolama için tek bir indüktör kullanan üç temel tip ile en basitidir. Gerilim ilişkisi sütununda, D , dönüştürücünün görev döngüsüdür ve 0 ile 1 arasında değişebilir. Giriş geriliminin (V 1 ) sıfırdan büyük olduğu varsayılır; negatif ise tutarlılık için çıkış gerilimini (V 2 ) olumsuzlayın .

Tür Tipik Güç [ W ] Göreceli maliyet Enerji depolama Gerilim ilişkisi Özellikleri
Buck 0-1.000 1.0 Tek indüktör 0 ≤ Çıkış ≤ Giriş, Çıkışta akım süreklidir.
Boost 0–5.000 1.0 Tek indüktör Out ≥ In, Girişte akım süreklidir.
Buck-boost 0-150 1.0 Tek indüktör Out ≤ 0, Akım hem girişte hem de çıkışta süreksizdir.
Split-pi (veya boost – buck) 0–4.500 > 2.0 İki indüktör ve üç kapasitör Yukarı veya aşağı Çift yönlü güç kontrolü; içeri veya dışarı.
Ćuk Kondansatör ve iki indüktör Herhangi bir ters, Giriş ve çıkışta akım süreklidir .
SEPIC Kondansatör ve iki indüktör Hiç, Girişte akım süreklidir.
Zeta Kondansatör ve iki indüktör Hiç, Çıkışta akım süreklidir.
Şarj pompası / anahtarlamalı kondansatör Yalnızca kapasitörler Dönüşümü sağlamak için manyetik enerji depolamaya gerek yoktur, ancak yüksek verimli güç işleme normalde ayrı bir dönüşüm oranları kümesiyle sınırlıdır.

Ekipman insanlar tarafından erişilebilir olduğunda, güvenlik sertifikası için ≤ 30 V (rms) AC veya ≤ 42,4 V tepe veya ≤ 60 V DC voltaj limitleri ve 250 VA güç limitleri geçerlidir ( UL , CSA , VDE onayı).

Buck, boost ve buck-boost topolojilerinin tümü birbiriyle yakından ilişkilidir. Girdi, çıktı ve zemin bir noktada bir araya geliyor. Üçünden biri yolda bir indüktörden geçerken, diğer ikisi anahtarlardan geçer. İki anahtardan biri aktif olmalıdır (örneğin, bir transistör), diğeri ise bir diyot olabilir. Bazen topoloji, bağlantıları yeniden etiketleyerek değiştirilebilir. Bir 12 V giriş, 5 V çıkış buck dönüştürücü, çıkışı topraklayarak ve çıkışı topraklama piminden alarak 7 V girişe, −5 V çıkış artışına dönüştürülebilir .

Benzer şekilde, SEPIC ve Zeta dönüştürücüler, Ćuk dönüştürücünün küçük yeniden düzenlemeleridir.

Nötr nokta kenetlenmiş (NPC) topolojisi güç kaynakları ve aktif filtreler kullanılır ve tamamlamak için burada söz edilmektedir.

Görev döngüleri aşırı derecede kısaldıkça değiştiriciler daha az verimli hale gelir. Büyük voltaj değişiklikleri için, bir transformatör (izole edilmiş) topolojisi daha iyi olabilir.

İzole topolojiler

Tüm izole edilmiş topolojiler bir transformatör içerir ve bu nedenle dönüş oranını ayarlayarak girişten daha yüksek veya daha düşük voltajlı bir çıktı üretebilir. Bazı topolojiler için, çoklu çıkış voltajları üretmek için transformatöre çoklu sargılar yerleştirilebilir. Bazı dönüştürücüler transformatörü enerji depolamak için kullanırken, diğerleri ayrı bir indüktör kullanır.

Tür Güç
[ W ]
Göreceli maliyet Giriş aralığı
[ V ]
Enerji depolama Özellikleri
Geri dönüş 0–250 1.0 5–600 Karşılıklı indüktörler Buck-boost dönüştürücünün izole edilmiş formu
Zil bobini dönüştürücü (RCC) 0-150 1.0 5–600 Trafo Düşük maliyetli, kendiliğinden salınan geri dönüş varyantı
Yarı ileri 0–250 1.2 5–500 Bobin
İleri 100–200 60–200 Bobin Kova dönüştürücü izole formu
İleri rezonans 0-60 1.0 60–400 İndüktör ve kondansatör Tek raylı giriş, düzensiz çıkış, yüksek verimlilik, düşük EMI .
İtme çekme 100-1.000 1.75 50-1.000 Bobin
Yarım köprü 0-2.000 1.9 50-1.000 Bobin
Tam köprü 400–5.000 > 2.0 50-1.000 Bobin En yüksek güçler için kullanılan çok verimli trafo kullanımı
Rezonans, sıfır voltaj anahtarlamalı > 1.000 > 2.0 İndüktör ve kondansatör
İzole Ćuk İki kapasitör ve iki indüktör
Sıfır voltaj anahtarlamalı güç kaynakları, ısı olarak çok az enerji kaybedildiğinden yalnızca küçük soğutucu gerektirir. Bu onların küçük olmalarını sağlar. Bu ZVS, 1 kilovattan fazla teslim edebilir. Transformatör gösterilmiyor.
  • ^ 1 Geri dönüş dönüştürücü logaritmik kontrol döngüsü davranışını kontrol etmek diğer türlere göre daha zor olabilir.
  • ^ 2 İleri dönüştürücünün, transformatörün her döngüde sıfır manyetik akıya nasıl "sıfırlandığına" bağlı olarak değişen birkaç çeşidi vardır .

Kıyıcı kontrolörü: Çıkış voltajı girişe bağlandığından çok sıkı bir şekilde kontrol edilir

Yarı rezonanslı sıfır akım / sıfır voltaj anahtarı

Voltaj minimumda olduğunda ve bir vadi tespit edildiğinde yarı rezonans anahtarlama anahtarları.

Yarı rezonant bir sıfır akım / sıfır voltaj anahtarında (ZCS / ZVS) "her anahtar döngüsü, dönüştürücü çıkışına nicelleştirilmiş bir enerji 'paketi' sağlar ve anahtar açma ve kapama, sıfır akım ve voltajda gerçekleşir , temelde kayıpsız bir anahtarla sonuçlanır. " Vadi anahtarlama olarak da bilinen yarı rezonans anahtarlama, iki yöntemle güç kaynağındaki EMI'yi azaltır :

  1. EMI'ye neden olan sert anahtarlama etkisini en aza indirmek için voltaj minimumdayken (vadide) bipolar anahtarı değiştirerek.
  2. Sabit bir frekanstan ziyade bir vadi tespit edildiğinde geçiş yaparak, RF emisyon spektrumunu yayan ve genel EMI'yi azaltan doğal bir frekans titreşimi sağlar.

Verimlilik ve EMI

Daha yüksek giriş voltajı ve senkron düzeltme modu, dönüştürme işlemini daha verimli hale getirir. Kontrolörün güç tüketimi de hesaba katılmalıdır. Daha yüksek anahtarlama frekansı, bileşen boyutlarının küçültülmesine izin verir, ancak daha fazla RFI üretebilir . Bir rezonant ileri dönüştürücü , herhangi bir SMPS yaklaşımının en düşük EMI'sini üretir çünkü geleneksel sert anahtarlamaya kıyasla yumuşak anahtarlamalı bir rezonant dalga formu kullanır .

Başarısızlık modları

Bileşenlerin, devre kartının vb. Anahtarlanmasındaki arıza için elektronik makalesinin arıza modlarını okuyun .

Kapasitör salgınından muzdarip kapasitörler kullanan güç kaynakları , kapasitans orijinal değerin% 4'üne düştüğünde erken arıza yaşayabilir. Bu genellikle anahtarlama yarı iletkeninin iletken bir şekilde arızalanmasına neden olur. Bu, bağlı yükleri tam giriş voltajına ve akımına maruz bırakabilir ve çıkışta vahşi salınımları çökeltebilir.

Anahtarlama transistörünün arızalanması yaygındır. Bu transistörün üstesinden gelmek zorunda olduğu büyük anahtarlama voltajları nedeniyle ( 230 V AC şebeke beslemesi için yaklaşık 325 V ), bu transistörler genellikle kısa devre yapar ve ana dahili güç sigortasını anında atar.

Önlemler

Ana filtre kondansatörü , güç kablosu duvardan çıkarıldıktan sonra genellikle 325 volta kadar saklayacaktır . Tüm güç kaynakları, bu kapasitörü yavaşça boşaltmak için küçük bir "boşaltma" direnci içermez. Bu kapasitörle herhangi bir temas, ciddi bir elektrik çarpmasına neden olabilir.

Primer ve sekonder taraf azaltmak için bir kapasitör ile bağlı olabilir EMI ve transformatör biridir dönüştürücü devre, farklı kapasitif etkileşim telafi. Bu, bazı durumlarda elektrik çarpmasına neden olabilir. Akan akım hattı ya da nötr bir geçiş 2 kH göre herhangi bir ulaşılabilir parçası şıraya direnç, IEC 60950 , daha az olacak 250 uA BT donatımı.

Başvurular

Anahtarlamalı mod cep telefonu şarj cihazı
Kişisel bilgisayarlarda kullanım için güç girişi, fan ve çıkış kabloları görünür şekilde 450 watt'lık bir SMPS

Kişisel bilgisayarlar gibi ev ürünlerindeki anahtarlamalı güç kaynağı üniteleri (PSU'lar) genellikle evrensel girişlere sahiptir, bu da, manuel bir voltaj aralığı anahtarı gerekli olsa da, dünyanın her yerindeki şebeke kaynaklarından güç alabilecekleri anlamına gelir . Anahtarlamalı güç kaynakları, çok çeşitli güç frekanslarını ve voltajları tolere edebilir .

Cep telefonu şarj cihazları , yüksek hacimleri nedeniyle her zaman özellikle maliyete duyarlı olmuştur. İlk şarj cihazları doğrusal güç kaynaklarıydı , ancak yeni verimlilik düzeyleri gerekli olduğunda, hızlı bir şekilde uygun maliyetli halkalı kısma dönüştürücü (RCC) SMPS topolojisine geçtiler. Son zamanlarda, uygulamada daha düşük yüksüz güç gereksinimlerine olan talep, geri dönüş topolojisinin daha yaygın olarak kullanıldığı anlamına geldi; birincil yan algılamalı geri tepme denetleyicileri, optokuplörler gibi ikincil taraf algılama bileşenlerini kaldırarak malzeme listesinin (BOM) azaltılmasına da yardımcı olur .

Anahtarlamalı güç kaynakları, DC'den DC'ye dönüşüm için de kullanılır. Ağır araçların nominal 24 V DC marş beslemesi kullandığı otomobillerde , aksesuarlar için 12 V bir DC / DC anahtar modu kaynağıyla sağlanabilir. Bu, tüm 12 V yükün 24 V akünün tüm hücrelerine eşit olarak dağıtılmasıyla 12 V konumunda (hücrelerin yarısını kullanarak) aküye dokunmaya göre avantajlıdır. Telekomünikasyon rafları gibi endüstriyel ortamlarda, toplu güç, düşük bir DC voltajında ​​dağıtılabilir (örneğin, bir pil yedekleme sisteminden) ve bireysel ekipman öğelerinde, gerekli olan voltajları sağlamak için DC / DC anahtarlamalı mod dönüştürücüleri olacaktır.

Anahtarlamalı güç kaynakları için yaygın bir kullanım, aydınlatma için ekstra düşük voltaj kaynaklarıdır ve bu uygulama için genellikle "elektronik transformatörler" olarak adlandırılır.

Elektronik transformatörler olarak adlandırılan ekstra düşük voltajlı aydınlatma uygulamaları için SMPS örnekleri.

Terminoloji

Anahtar modu terimi , Motorola , anahtarlamalı güç kaynağı pazarını hedefleyen ürünler için SWITCHMODE ticari markasının mülkiyetini talep edene ve ticari markalarını uygulamaya başlayana kadar yaygın olarak kullanıldı . Anahtarlamalı güç kaynağı , anahtarlamalı güç kaynağı ve anahtarlamalı regülatör , bu tür güç kaynağı anlamına gelir.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

  • Pressman, Abraham I. (1998), Anahtarlama Güç Kaynağı Tasarımı (2. baskı), McGraw-Hill, ISBN   0-07-052236-7

daha fazla okuma

  • Basso, Christophe (2008), Anahtarlamalı Güç Kaynakları: SPICE Simülasyonları ve Pratik Tasarımlar , McGraw-Hill, ISBN   978-0-07-150858-2
  • Basso, Christophe (2012), Doğrusal ve Anahtarlamalı Güç Kaynakları için Kontrol Döngüleri Tasarımı: Bir Eğitim Kılavuzu , Artech House, ISBN   978-1608075577
  • Brown, Marty (2001), Güç Kaynağı Yemek Kitabı (2. baskı), Newnes, ISBN   0-7506-7329-X
  • Erickson, Robert W .; Maksimović, Dragan (2001), Güç Elektroniğinin Temelleri (İkinci baskı), ISBN   0-7923-7270-0
  • Liu, Mingliang (2006), Anahtarlı Kapasitör Devrelerinin Gizliliğini Giderme , Elsevier, ISBN   0-7506-7907-7
  • Luo, Fang Lin; Ye, Hong (2004), Gelişmiş DC / DC Dönüştürücüler , CRC Press, ISBN   0-8493-1956-0
  • Luo, Fang Lin; Evet, Hong; Rashid, Muhammad H. (2005), Güç Dijital Güç Elektroniği ve Uygulamaları , Elsevier, ISBN   0-12-088757-6
  • Maniktala, Sanjaya (2004), Anahtarlama Güç Kaynağı Tasarımı ve Optimizasyonu , McGraw-Hill, ISBN   0-07-143483-6
  • Maniktala, Sanjaya (2006), Anahtarlama Güç Kaynakları A'dan Z'ye , Newnes / Elsevier, ISBN   0-7506-7970-0
  • Maniktala, Sanjaya (2007), Anahtarlama Güç Dönüştürücülerinde Sorun Giderme: Uygulamalı Kılavuz , Newnes / Elsevier, ISBN   978-0-7506-8421-7
  • Mohan, Ned; Undeland, Tore M .; Robbins, William P. (2002), Güç Elektroniği: Dönüştürücüler, Uygulamalar ve Tasarım , Wiley, ISBN   0-471-22693-9
  • Nelson, Carl (1986), LT1070 tasarım Kılavuzu , AN19 , Doğrusal Teknoloji Buck, Boost, CUK, Inverter uygulamalarında kapsamlı bir giriş veren Uygulama Notu. ( http://www.linear.com/designtools/app_notes.php adresinden PDF olarak indirin )
  • Pressman, Abraham I .; Billings, Keith; Morey, Taylor (2009), Anahtarlama Güç Kaynağı Tasarımı (Üçüncü baskı), McGraw-Hill, ISBN   978-0-07-148272-1
  • Rashid, Muhammad H. (2003), Güç Elektroniği: Devreler, Cihazlar ve Uygulamalar , Prentice Hall, ISBN   0-13-122815-3

Dış bağlantılar