Nguồn xung là gì ? Nguyên lý nguồn xung

Nguồn tuyến tính là cơ sở của các thiết kế cung cấp điện trong nhiều năm vì chúng rất tốt trong việc cung cấp đầu ra điện áp cố định liên tục.Hãy tham khảo với Hocwiki về nguồn xung nhé !

Các mạch điều chỉnh điện áp tuyến tính thường hiệu quả hơn và dễ sử dụng hơn nhiều so với các mạch điều chỉnh điện áp tương đương được làm từ các thành phần rời rạc như một diode zener và một điện trở, hoặc các bóng bán dẫn và thậm chí cả op-amps.

Các loại bộ điều chỉnh điện áp đầu ra cố định và tuyến tính phổ biến nhất cho đến nay là loạt điện áp đầu ra 78… dương và loạt điện áp đầu ra 79… âm. Hai loại bộ điều chỉnh điện áp bổ sung này tạo ra một đầu ra điện áp chính xác và ổn định, từ khoảng 5 V đến khoảng 24 V để sử dụng trong nhiều mạch điện tử.

Có rất nhiều loại bộ điều chỉnh điện áp cố định, mỗi bộ đều có mạch điều chỉnh điện áp và giới hạn dòng điện tích hợp riêng. Điều này cho phép chúng ta tạo ra một loạt các đầu ra và đường ray cung cấp điện khác nhau, nguồn cung cấp đơn hoặc kép, phù hợp với hầu hết các mạch điện tử và ứng dụng.

Thậm chí còn có các bộ điều chỉnh tuyến tính có điện áp thay đổi cũng như cung cấp điện áp đầu ra liên tục thay đổi từ chỉ trên 0 đến thấp hơn một vài vôn so với đầu ra điện áp tối đa của nó.

Hầu hết các bộ nguồn DC đều bao gồm một máy biến áp nguồn lớn và nặng, chỉnh lưu diode, toàn sóng hoặc nửa sóng và mạch lọc để loại bỏ bất kỳ gợn điện áp nào khỏi DC đã chỉnh lưu để tạo ra điện áp đầu ra DC mượt mà phù hợp.

Ngoài ra, một số dạng mạch ổn, tuyến tính hoặc chuyển mạch có thể được sử dụng để đảm bảo điều chỉnh chính xác điện áp đầu ra của bộ nguồn trong các điều kiện tải khác nhau. Sau đó, một bộ nguồn DC điển hình sẽ trông giống như sau:

Nguồn điện DC điển hình

nguồn xung

Các thiết kế cung cấp điện điển hình này chứa một biến áp nguồn lớn (cũng cung cấp cách ly giữa đầu vào và đầu ra) và một mạch điều chỉnh nối tiếp. Mạch điều chỉnh có thể bao gồm một diode zener đơn hoặc một bộ điều chỉnh nối tiếp tuyến tính để tạo ra điện áp đầu ra cần thiết. Ưu điểm của bộ điều chỉnh tuyến tính là mạch cấp nguồn chỉ cần một tụ điện đầu vào, tụ điện đầu ra và một số điện trở hồi tiếp để đặt điện áp đầu ra.

Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính tạo ra đầu ra DC được điều chỉnh bằng cách đặt một bóng bán dẫn dẫn điện liên tục mắc nối tiếp giữa đầu vào và đầu ra vận hành nó trong vùng tuyến tính của nó (do đó có tên là đặc tính dòng điện-điện áp (iv) của nó).

Do đó, bóng bán dẫn hoạt động giống như một điện trở thay đổi liên tục tự điều chỉnh đến bất kỳ giá trị nào cần thiết để duy trì điện áp đầu ra chính xác. Hãy xem xét mạch điều chỉnh bóng bán dẫn nối tiếp đơn giản này dưới đây:

Mạch điều chỉnh bóng bán dẫn nối tiếp

nguồn xung

Ở đây, mạch điều chỉnh lặp Emitter đơn giản này bao gồm một bóng bán dẫn NPN duy nhất và một điện áp phân cực DC để đặt điện áp đầu ra cần thiết. Vì mạch lặp emitter có độ lợi điện áp đơn vị, áp dụng điện áp phân cực thích hợp cho cực B bóng bán dẫn, đầu ra ổn định thu được từ đầu cực E.

Vì bóng bán dẫn cung cấp độ lợi dòng điện, dòng tải đầu ra sẽ cao hơn nhiều so với dòng điện cơ bản và vẫn cao hơn nếu sử dụng bố trí transistor Darlington.

Ngoài ra, với điều kiện là điện áp đầu vào đủ cao để có được điện áp đầu ra mong muốn, điện áp đầu ra được điều khiển bởi điện áp cực B của bóng bán dẫn và trong ví dụ này được cho là 5,7 volt để tạo ra đầu ra 5 volt cho tải xấp xỉ 0,7 volt rơi trên bóng bán dẫn giữa cực B và E. Sau đó, tùy thuộc vào giá trị của điện áp cực B, có thể thu được bất kỳ giá trị nào của điện áp đầu ra của cực E.

Mặc dù mạch điều chỉnh nối tiếp đơn giản này sẽ hoạt động, nhưng nhược điểm của điều này là bóng bán dẫn nối tiếp liên tục bị sai lệch trong công suất tiêu tán vùng tuyến tính của nó dưới dạng nhiệt. Vì tất cả dòng tải phải đi qua bóng bán dẫn nối tiếp, điều này dẫn đến hiệu suất kém, lãng phí công suất V * I và sinh nhiệt liên tục xung quanh bóng bán dẫn.

Ngoài ra, một trong những nhược điểm mà bộ điều chỉnh điện áp nối tiếp có là định mức dòng điện đầu ra liên tục tối đa của chúng bị giới hạn ở chỉ vài ampe hoặc hơn, vì vậy thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu đầu ra công suất thấp.

Khi yêu cầu điện áp đầu ra cao hơn hoặc nhu cầu điện năng hiện tại, thông thường là sử dụng bộ điều chỉnh chuyển mạch thường được gọi là nguồn xung để chuyển đổi điện áp nguồn thành bất kỳ công suất đầu ra cao hơn nào được yêu cầu.

Nguồn xung , hay SMPS , đang trở nên phổ biến và đã thay thế trong hầu hết các trường hợp bộ nguồn AC-to-DC tuyến tính truyền thống như một cách để cắt giảm tiêu thụ điện năng, giảm tản nhiệt, cũng như kích thước và trọng lượng.

Nguồn xung hiện có thể được tìm thấy trong hầu hết các PC, bộ khuếch đại công suất, TV, ổ động cơ một chiều, v.v. và bất cứ thứ gì yêu cầu nguồn cung cấp hiệu quả cao vì Nguồn xung đang ngày càng trở thành một công nghệ hoàn thiện hơn nhiều.

Theo định nghĩa, Nguồn xung (SMPS) là một loại nguồn cung cấp điện sử dụng kỹ thuật chuyển mạch bán dẫn, thay vì các phương pháp tuyến tính tiêu chuẩn để cung cấp điện áp đầu ra cần thiết. Nguồn xung cơ bản bao gồm một giai đoạn chuyển đổi nguồn và một mạch điều khiển.

Giai đoạn chuyển đổi nguồn thực hiện chuyển đổi nguồn từ điện áp đầu vào của mạch, V IN thành điện áp đầu ra của nó, V OUT bao gồm cả lọc đầu ra.

Ưu điểm chính của Nguồn xung là hiệu suất cao hơn so với bộ điều chỉnh tuyến tính tiêu chuẩn và điều này đạt được bằng cách chuyển bên trong bóng bán dẫn (hoặc MOSFET nguồn) giữa trạng thái “BẬT” (bão hòa) và trạng thái “TẮT” ( cắt), cả hai đều tạo ra mức tiêu tán công suất thấp hơn.

Điều này có nghĩa là khi bóng bán dẫn chuyển mạch hoàn toàn “BẬT” và dẫn dòng, điện áp giảm trên nó ở giá trị nhỏ nhất và khi bóng bán dẫn hoàn toàn “TẮT” thì không có dòng điện chạy qua nó. Vì vậy, bóng bán dẫn hoạt động giống như một công tắc BẬT / TẮT lý tưởng.

Không giống như bộ điều chỉnh tuyến tính chỉ cung cấp khả năng điều chỉnh điện áp theo bước, Nguồn xung có thể cung cấp điện áp đầu vào giảm dần, tăng dần và phủ định bằng cách sử dụng một hoặc nhiều trong ba cấu trúc liên kết mạch chế độ chuyển mạch cơ bản: Buck , BoostBuck – Boost  . Những cái tên này đề cập đến cách công tắc bóng bán dẫn, cuộn cảm và tụ điện làm mịn được kết nối với nhau trong mạch SMPS cơ bản.

Mạch nguồn Buck giảm áp

Mạch nguồn Buck là một loại mạch cung cấp điện ở chế độ chuyển mạch được thiết kế để giảm hiệu quả điện áp DC từ điện áp cao hơn xuống thấp hơn, tức là nó trừ hoặc “Bucks” điện áp cung cấp, do đó giảm điện áp có sẵn ở đầu ra thiết bị đầu cuối mà không thay đổi cực. Nói cách khác, bộ điều chỉnh chuyển mạch buck là một mạch điều chỉnh giảm áp, vì vậy, ví dụ, một bộ chuyển đổi buck có thể chuyển đổi +12 volt thành +5 volt.

Bộ điều chỉnh chuyển mạch buck là bộ chuyển đổi DC sang DC và là một trong những loại bộ điều chỉnh chuyển mạch đơn giản và phổ biến nhất. Khi được sử dụng trong cấu hình cung cấp điện ở chế độ chuyển mạch, bộ điều chỉnh chuyển mạch buck sử dụng bóng bán dẫn nối tiếp hoặc MOSFET nguồn (lý tưởng là bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện, hoặc IGBT) làm thiết bị chuyển mạch chính như hình dưới đây.

Bộ điều chỉnh chuyển mạch Buck

nguồn xung

Chúng ta có thể thấy rằng cấu hình mạch cơ bản cho một bộ chuyển đổi buck là một công tắc bóng bán dẫn nối tiếp, TR 1 với một mạch điều khiển liên kết giữ cho điện áp đầu ra càng gần mức mong muốn càng tốt, một diode, D 1 , một cuộn cảm, L 1 và một tụ điện làm phẳng, C 1 . Bộ chuyển đổi buck có hai chế độ hoạt động, tùy thuộc vào việc bóng bán dẫn chuyển mạch TR 1 được bật “BẬT” hay “TẮT”.

Khi bóng bán dẫn được phân cực “ON” (công tắc đóng), diode D 1 trở thành phân cực ngược và điện áp đầu vào, V IN gây ra dòng điện chạy qua cuộn cảm đến tải được kết nối ở đầu ra, sạc tụ điện, C 1 .

Theo định luật Faraday, khi dòng điện thay đổi chạy qua cuộn cảm, nó tạo ra dòng ngược ngược lại dòng điện, theo định luật Faraday, cho đến khi nó đạt đến trạng thái ổn định tạo ra từ trường xung quanh cuộn cảm, L 1 . Tình trạng này tiếp tục vô thời hạn miễn là TR 1 đóng.

Khi bóng bán dẫn TR 1 được mạch điều khiển tắt “TẮT” (công tắc mở), điện áp đầu vào ngay lập tức bị ngắt khỏi mạch emitter làm cho từ trường xung quanh cuộn cảm giảm xuống tạo ra điện áp ngược trên cuộn cảm.

Điện áp ngược này làm cho diode trở nên phân cực thuận, do đó năng lượng tích trữ trong từ trường cuộn cảm buộc dòng điện tiếp tục chạy qua tải theo cùng một hướng và quay trở lại qua diode.

Sau đó, cuộn cảm, L 1 trả lại năng lượng dự trữ của nó trở lại tải hoạt động giống như một nguồn và cung cấp dòng điện cho đến khi tất cả năng lượng của cuộn cảm được trả lại cho mạch hoặc cho đến khi công tắc bóng bán dẫn đóng lại, tùy điều kiện nào đến trước. Đồng thời tụ điện cũng phóng điện cung cấp cho tải. Sự kết hợp của cuộn cảm và tụ điện tạo thành một bộ lọc LC làm mịn bất kỳ gợn sóng nào được tạo ra bởi hoạt động chuyển mạch của bóng bán dẫn.

Do đó, khi công tắc trạng thái rắn của bóng bán dẫn đóng, dòng điện được cung cấp từ nguồn cung cấp, và khi công tắc bóng bán dẫn mở, dòng điện được cung cấp bởi cuộn cảm. Lưu ý rằng dòng điện chạy qua cuộn cảm luôn có cùng chiều, trực tiếp từ nguồn cung cấp hoặc qua diode nhưng rõ ràng là ở những thời điểm khác nhau trong chu kỳ chuyển mạch.

Khi công tắc bóng bán dẫn liên tục được đóng và mở, giá trị điện áp đầu ra trung bình do đó sẽ liên quan đến chu kỳ làm việc, D được định nghĩa là thời gian dẫn của công tắc bóng bán dẫn trong một chu kỳ chuyển đổi đầy đủ.

Nếu V IN là điện áp cung cấp và thời gian “BẬT” và “TẮT” đối với công tắc bóng bán dẫn được xác định là: t BẬT và t TẮT , thì điện áp đầu ra V OUT được cho là:

Chu kỳ làm việc của mạch buck

chu kỳ làm việc của bộ chuyển đổi buck cũng có thể được định nghĩa là:

nguồn xung

Vì vậy, chu kỳ làm việc càng lớn, điện áp đầu ra DC trung bình từ nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch càng cao. Từ đó chúng ta cũng có thể thấy rằng điện áp đầu ra sẽ luôn thấp hơn điện áp đầu vào kể từ chu kỳ làm việc, D không bao giờ có thể đạt đến một (đơn vị) dẫn đến bộ điều chỉnh điện áp giảm dần.

Điều chỉnh điện áp có được bằng cách thay đổi chu kỳ làm việc và với tốc độ chuyển mạch cao, lên đến 200kHz, các thành phần nhỏ hơn có thể được sử dụng, do đó làm giảm đáng kể kích thước và trọng lượng của Nguồn xung.

Một ưu điểm khác của bộ chuyển đổi buck là sự sắp xếp tụ điện cuộn cảm (LC) cung cấp khả năng lọc dòng điện dẫn rất tốt. Lý tưởng nhất là bộ chuyển đổi buck nên được vận hành ở chế độ chuyển mạch liên tục để dòng điện dẫn không bao giờ giảm xuống không. Với các thành phần lý tưởng, đó là giảm điện áp bằng 0 và tổn thất khi chuyển mạch ở trạng thái “BẬT”, bộ chuyển đổi buck lý tưởng có thể có hiệu suất cao tới 100%.

Cũng như bộ điều chỉnh chuyển mạch buck từng bước cho thiết kế cơ bản của nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch, có một hoạt động khác của bộ điều chỉnh chuyển mạch cơ bản hoạt động như một bộ điều chỉnh điện áp tăng áp được gọi là Nguồn Boost tăng áp.

Mạch Boost áp DC

Bộ nguồn chuyển mạch Boost là một loại mạch cung cấp điện chế độ chuyển mạch khác. Nó có các loại thành phần giống như bộ chuyển đổi buck trước đây, nhưng lần này ở các vị trí khác nhau. Nguồn tăng áp Boost được thiết kế để tăng điện áp DC từ điện áp thấp hơn lên cao hơn, tức là nó thêm quá hoặc “Tăng” điện áp nguồn, do đó tăng điện áp có sẵn ở các đầu ra mà không làm thay đổi cực tính. Nói cách khác, Nguồn tăng áp Boost áp là một mạch điều chỉnh từng bước, vì vậy, ví dụ, một bộ chuyển đổi tăng áp có thể chuyển +5 volt thành +12 volt.

Trước đây chúng ta đã thấy rằng bộ điều chỉnh chuyển mạch buck sử dụng một bóng bán dẫn chuyển mạch nối tiếp trong thiết kế cơ bản của nó. Sự khác biệt với thiết kế của Nguồn tăng áp Boost là nó sử dụng một bóng bán dẫn chuyển mạch được kết nối song song để điều khiển điện áp đầu ra từ nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch.

Khi công tắc bóng bán dẫn được kết nối hiệu quả song song với đầu ra, năng lượng điện chỉ truyền qua cuộn cảm đến tải khi bóng bán dẫn được phân cực “TẮT” (công tắc mở) như hình minh họa.

Nguồn tăng áp Boost 

Trong mạch Boost , khi công tắc bóng bán dẫn được bật hoàn toàn, năng lượng điện từ nguồn cung cấp, V IN sẽ đi qua cuộn cảm và công tắc bóng bán dẫn và quay trở lại nguồn cung cấp. Kết quả là, không có cái nào trong số nó đi đến đầu ra vì công tắc bóng bán dẫn bão hòa có hiệu quả tạo ra ngắn mạch cho đầu ra.

Điều này làm tăng dòng điện chạy qua cuộn cảm vì nó có một đường dẫn bên trong ngắn hơn để đi trở lại nguồn cung cấp. Trong khi đó, diode D 1 trở nên phân cực ngược khi cực dương của nó được nối với đất thông qua công tắc bóng bán dẫn với mức điện áp trên đầu ra khá không đổi khi tụ điện bắt đầu phóng điện qua tải.

Khi bóng bán dẫn được tắt hoàn toàn, nguồn cung cấp đầu vào bây giờ được kết nối với đầu ra thông qua cuộn cảm và diode được kết nối nối tiếp. Khi trường điện dẫn giảm năng lượng cảm ứng được lưu trữ trong cuộn cảm được đẩy đến đầu ra bởi V IN , thông qua điốt phân cực thuận.

Kết quả của tất cả những điều này là điện áp cảm ứng trên cuộn cảm L 1 đảo ngược và thêm vào điện áp của nguồn cung cấp đầu vào làm tăng tổng điện áp đầu ra như bây giờ trở thành, V IN +  V L.

Dòng điện từ tụ điện làm phẳng, C 1 , được sử dụng để cung cấp cho tải khi công tắc bóng bán dẫn đóng, giờ được đưa trở lại tụ điện bằng nguồn cung cấp đầu vào thông qua diode. Sau đó, dòng điện cung cấp cho tụ điện là dòng điện điốt, dòng điện này sẽ luôn ở trạng thái “BẬT” hoặc “TẮT” vì điốt liên tục được chuyển đổi giữa trạng thái thuận và nghịch nhờ hoạt động chuyển mạch của bóng bán dẫn. Sau đó, tụ điện làm mịn phải đủ lớn để tạo ra đầu ra ổn định trơn tru.

Khi điện áp cảm ứng trên cuộn cảm L 1 là âm, nó làm tăng thêm điện áp nguồn, V IN buộc dòng điện dẫn vào tải. Điện áp đầu ra trạng thái ổn định của Nguồn tăng áp Boost được cung cấp bởi:

Như với bộ chuyển đổi buck trước đây, điện áp đầu ra từ Nguồn tăng áp Boost phụ thuộc vào điện áp đầu vào và chu kỳ làm việc. Do đó, bằng cách kiểm soát chu kỳ làm việc, quy định điện áp đầu ra sẽ đạt được. Ngoài ra, phương trình này không phụ thuộc vào giá trị của cuộn cảm, dòng tải và tụ điện đầu ra.

Chúng ta đã thấy ở trên rằng hoạt động cơ bản của mạch cung cấp điện cho chế độ chuyển mạch không bị cô lập có thể sử dụng cấu hình bộ chuyển đổi buck hoặc Nguồn tăng áp Boost tùy thuộc vào việc chúng ta yêu cầu điện áp đầu ra giảm áp (buck) hay tăng áp (Boost). Trong khi bộ chuyển đổi buck có thể là cấu hình chuyển mạch SMPS phổ biến hơn, Nguồn tăng áp Boost thường được sử dụng trong các ứng dụng mạch điện dung như bộ sạc pin, đèn flash ảnh, đèn flash nhấp nháy, v.v., vì tụ điện cung cấp tất cả dòng tải trong khi công tắc đóng.

Nhưng chúng ta cũng có thể kết hợp hai cấu trúc liên kết chuyển mạch cơ bản này thành một mạch điều chỉnh chuyển mạch không cách ly duy nhất được gọi là Bộ chuyển đổi Buck-Boost .

Bộ điều chỉnh chuyển mạch Buck-Boost

Bộ điều chỉnh chuyển mạch Buck-Boost là sự kết hợp của bộ chuyển đổi buck và Nguồn tăng áp Boost tạo ra điện áp đầu ra ngược (âm) có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp đầu vào dựa trên chu kỳ làm việc. Bộ chuyển đổi buck-boost là một biến thể của mạch Nguồn tăng áp Boost, trong đó bộ chuyển đổi đảo chỉ cung cấp năng lượng được lưu trữ bởi cuộn cảm, L 1 , vào tải. Mạch cung cấp điện cho chế độ chuyển mạch buck-boost cơ bản được đưa ra bên dưới.

Nguồn xung Buck-Boost

Khi công tắc bóng bán dẫn, TR 1 , được bật hoàn toàn (đóng), điện áp trên cuộn cảm bằng điện áp cung cấp nên cuộn cảm tích trữ năng lượng từ nguồn cung cấp đầu vào. Không có dòng điện nào được đưa đến tải được kết nối ở đầu ra vì diode, D 1 , bị phân cực ngược. Khi công tắc bóng bán dẫn tắt hoàn toàn (mở), diode trở nên phân cực thuận và năng lượng trước đó được lưu trữ trong cuộn cảm được chuyển sang tải.

Nói cách khác, khi công tắc ở chế độ “BẬT”, năng lượng được cung cấp vào cuộn cảm bằng nguồn điện một chiều (thông qua công tắc) và không có năng lượng nào đến đầu ra và khi công tắc “TẮT”, điện áp trên cuộn cảm sẽ đảo ngược như cuộn cảm bây giờ trở thành một nguồn năng lượng vì vậy năng lượng được lưu trữ trước đó trong cuộn cảm được chuyển sang đầu ra (thông qua diode), và không có năng lượng nào đến trực tiếp từ nguồn DC đầu vào. Vì vậy, điện áp giảm trên tải khi bóng bán dẫn chuyển mạch là “TẮT” bằng điện áp cuộn cảm.

Kết quả là độ lớn của điện áp đầu ra đảo ngược có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn (hoặc bằng) độ lớn của điện áp đầu vào dựa trên chu kỳ làm việc. Ví dụ, một bộ chuyển đổi buck-boost dương sang âm có thể chuyển đổi 5 volt thành 12 volt (tăng áp) hoặc 12 volt thành 5 volt (giảm áp).

Bộ điều chỉnh chuyển mạch buck-boost điện áp đầu ra trạng thái ổn định, V OUT được đưa ra là:

Sau đó, bộ điều chỉnh tăng cường buck được đặt tên từ việc tạo ra điện áp đầu ra có thể cao hơn (như mức công suất tăng) hoặc thấp hơn (như mức công suất buck) về cường độ so với điện áp đầu vào. Tuy nhiên, điện áp đầu ra ngược cực với điện áp đầu vào.

Tóm tắt nguồn xung

Nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch hiện đại, hoặc SMPS, sử dụng công tắc trạng thái rắn để chuyển đổi điện áp đầu vào DC không được kiểm soát thành điện áp đầu ra DC được điều chỉnh và thông suốt ở các mức điện áp khác nhau. Nguồn cung cấp đầu vào có thể là điện áp DC thực từ pin hoặc bảng điều khiển năng lượng mặt trời hoặc điện áp DC được chỉnh lưu từ nguồn AC sử dụng cầu diode cùng với một số bộ lọc điện dung bổ sung.

Trong nhiều ứng dụng điều khiển công suất, bóng bán dẫn công suất, MOSFET hoặc IGFET, được vận hành ở chế độ chuyển mạch của nó nếu nó được bật liên tục “BẬT” và “TẮT” ở tốc độ cao. Ưu điểm chính của điều này là hiệu suất năng lượng của bộ điều chỉnh có thể khá cao vì bóng bán dẫn được bật hoàn toàn và dẫn (bão hòa) hoặc hoàn toàn (cắt).

Có một số loại cấu hình của bộ chuyển đổi DC-to-DC (trái ngược với bộ chuyển đổi DC-AC là bộ biến tần) có sẵn, với ba cấu trúc liên kết cấp nguồn chuyển mạch cơ bản được xem xét ở đây là Buck , BoostBuck -Boost điều chỉnh chuyển mạch nhanh. Cả ba cấu trúc liên kết này đều không bị cô lập, đó là điện áp đầu vào và đầu ra của chúng có chung một đường nối đất.

Mỗi thiết kế bộ điều chỉnh chuyển mạch có các thuộc tính độc đáo của riêng nó liên quan đến các chu kỳ làm việc ở trạng thái ổn định, mối quan hệ giữa dòng điện đầu vào và đầu ra, và gợn sóng điện áp đầu ra do hoạt động của công tắc trạng thái rắn tạo ra. Một thuộc tính quan trọng khác của các cấu trúc liên kết cung cấp điện cho chế độ chuyển mạch này là đáp ứng tần số của hành động chuyển mạch đối với điện áp đầu ra.

Quy định điện áp đầu ra đạt được bằng điều khiển phần trăm thời gian bóng bán dẫn chuyển mạch ở trạng thái “BẬT” so với tổng thời gian BẬT / TẮT. Tỷ lệ này được gọi là chu kỳ làm việc và bằng cách thay đổi chu kỳ làm việc, ( D độ lớn của điện áp đầu ra, V OUT có thể được điều khiển.

Việc sử dụng một cuộn cảm và diode duy nhất cũng như các công tắc chuyển mạch trạng thái rắn chuyển đổi nhanh có khả năng hoạt động ở các tần số chuyển mạch trong phạm vi kilohertz, trong thiết kế cấp nguồn cho chế độ chuyển mạch, cho phép giảm đáng kể kích thước và trọng lượng của bộ nguồn. .

Điều này là do sẽ không có máy biến áp nguồn điện áp giảm áp (hoặc tăng áp) lớn và nặng trong thiết kế của chúng. Tuy nhiên, nếu cần cách ly về điện giữa các đầu nối đầu vào và đầu ra, thì trước bộ chuyển đổi phải có một máy biến áp.

Hai cấu hình chuyển mạch không cách ly phổ biến nhất là bộ chuyển đổi buck (trừ) và Boost (cộng).

Bộ chuyển đổi buck là một loại bộ nguồn chuyển đổi chế độ được thiết kế để chuyển đổi năng lượng điện từ điện áp này sang điện áp thấp hơn. Bộ chuyển đổi buck hoạt động với một bóng bán dẫn chuyển mạch được kết nối nối tiếp. Khi chu kỳ làm việc, D <1 , điện áp đầu ra của buck luôn nhỏ hơn điện áp đầu vào, V IN .

Bộ chuyển đổi tăng áp là một loại bộ nguồn chuyển đổi chế độ được thiết kế để chuyển đổi năng lượng điện từ điện áp này sang điện áp cao hơn. Nguồn tăng áp Boost hoạt động với một bóng bán dẫn chuyển mạch được kết nối song song dẫn đến đường dẫn dòng điện một chiều giữa V IN và V OUT qua cuộn cảm, L 1 và diode, D 1 . Điều này có nghĩa là không có bảo vệ chống ngắn mạch trên đầu ra.

Bằng cách thay đổi chu kỳ làm việc, ( D ) của bộ chuyển đổi tăng áp, điện áp đầu ra có thể được kiểm soát và với D <1 , đầu ra DC từ bộ chuyển đổi tăng áp lớn hơn điện áp đầu vào V IN do điện áp tự cảm của cuộn cảm .

Ngoài ra, các tụ điện làm mịn đầu ra trong Nguồn xung được giả định là rất lớn, dẫn đến điện áp đầu ra không đổi từ nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch trong quá trình chuyển đổi bóng bán dẫn.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button