1. Panoramica dell'alimentatore switching
Commutazione dell'alimentazioneè un dispositivo di conversione dell'energia elettrica ad alta frequenza, noto anche come alimentatore switching o convertitore switching. Converte la tensione di ingresso in un segnale a impulsi ad alta frequenza attraverso un tubo di commutazione ad alta velocità, quindi converte l'energia elettrica da una forma all'altra attraverso l'elaborazione ditrasformatore, circuito raddrizzatore e circuito di filtraggio, e infine ottiene una tensione CC stabile a basso ripple per l'alimentazione.
L'alimentatore switching presenta i vantaggi di alta efficienza, buona stabilità, dimensioni ridotte, leggerezza, alta affidabilità e può essere adattato alle diverse esigenze di alimentazione delle apparecchiature.
L'alimentazione elettrica a commutazione è stata ampiamente utilizzata in vari campi, tra cui l'automazione industriale, le comunicazioni e le nuove energie. Nel campo dell'automazione industriale, l'alimentatore switching fornisce un supporto di alimentazione stabile per varie apparecchiature di automazione per garantire il funzionamento efficiente e stabile delle apparecchiature.
Nel campo della comunicazione, l'alimentatore switching è ampiamente utilizzato nelle stazioni base wireless, nelle apparecchiature di rete, ecc., per garantire la stabilità della trasmissione del segnale del sistema di comunicazione e migliorare la qualità della comunicazione. Nel campo delle nuove energie, gli alimentatori switching svolgono un ruolo chiave nei sistemi di energia solare ed eolica, favorendo l’uso efficace delle energie rinnovabili.
L'alimentatore a commutazione è composto approssimativamente da quattro componenti principali: circuito di ingresso, convertitore, circuito di controllo e circuito di uscita. Quello che segue è un tipico diagramma a blocchi schematico di un alimentatore switching, padroneggiarlo è importante per noi comprendere l'alimentatore switching.
2. Classificazione degli alimentatori switching
Gli alimentatori switching possono essere classificati secondo diversi standard di classificazione. Di seguito sono riportati diversi metodi di classificazione comuni:
1. Classificazione per tipologia di potenza in ingresso:
Alimentatore switching AC-DC: converte l'alimentazione AC in energia DC.
Alimentatore switching DC-DC: converte la potenza DC in un'altra tensione DC.
2. Classificazione per modalità di lavoro:
Alimentatore switching single-ended: ha un solo tubo switch, adatto per applicazioni a bassa potenza.
Alimentatore switching a doppia estremità: ha due tubi switch, adatti per applicazioni ad alta potenza.
3. Classificazione per topologia:
Secondo la topologia, può essere suddiviso approssimativamente in Buck, Boost, Buck-Boost, Flyback, Forward, Two-Transistor Forward, Push-Pull, Half Bridge, Full Bridge, ecc. Questi metodi di classificazione ne sono solo una parte. Gli alimentatori switching possono anche essere classificati più dettagliatamente in base ad altri requisiti e applicazioni specifici.
Successivamente, introdurremo i comunemente usati Flyback e Forward. Forward e flyback sono due diverse tecnologie di alimentazione a commutazione. L'alimentatore a commutazione diretta si riferisce a un alimentatore a commutazione che utilizza un trasformatore diretto ad alta frequenza per isolare l'energia accoppiata e il corrispondente alimentatore a commutazione flyback è un alimentatore a commutazione flyback.
2.1 Alimentatore a commutazione diretta
L'alimentatore a commutazione diretta nella struttura è più complesso, ma la potenza di uscita è molto elevata, adatta per alimentatori a commutazione da 100 W-300 W, generalmente utilizzati in alimentatori a commutazione a bassa tensione e ad alta corrente, più ampiamente utilizzati.
Come mostrato nella figura seguente, per l'alimentatore a commutazione diretta, in particolare quando il tubo di commutazione è acceso, il trasformatore di uscita agisce come un mezzo direttamente accoppiato all'energia del campo magnetico, l'energia elettrica e l'energia magnetica vengono convertite l'una nell'altra, in modo che il ingresso e uscita allo stesso tempo.
Ci sono anche delle carenze nell'applicazione quotidiana: come la necessità di aumentare l'avvolgimento a potenziale inverso (per evitare che la bobina primaria del trasformatore generata dal potenziale inverso rompa il tubo di commutazione), il secondario più di un induttore per il filtraggio dell'accumulo di energia, quindi rispetto all'alimentatore switching flyback, il suo costo è più elevato e il volume del trasformatore di alimentazione switching forward rispetto al volume del trasformatore di alimentazione switching flyback è maggiore.
Alimentatore a commutazione diretta
2.2 Alimentatore switching flyback
Come mostrato nella figura seguente, un alimentatore a commutazione flyback si riferisce a un alimentatore a commutazione che utilizza un trasformatore ad alta frequenza flyback per isolare i circuiti di ingresso e di uscita. Il suo trasformatore non svolge solo il ruolo di convertire la tensione per trasmettere energia, ma svolge anche il ruolo di induttore di accumulo di energia. Pertanto, il design del trasformatore flyback è simile a quello di un induttore. Tutti i circuiti sono relativamente semplici e facili da controllare. Il flyback è ampiamente utilizzato in applicazioni a bassa potenza da 5 W a 100 W.
Per un alimentatore switching flyback, quando il tubo dell'interruttore è acceso, la corrente dell'induttore primario del trasformatore aumenta. Poiché la bobina di uscita del circuito flyback ha estremità opposte, il diodo di uscita è spento, il trasformatore immagazzina energia e il carico viene alimentato dal condensatore di uscita. Quando il tubo dell'interruttore è spento, la tensione induttiva dell'induttore primario del trasformatore viene invertita. In questo momento, il diodo di uscita è acceso e l'energia del trasformatore viene fornita al carico attraverso il diodo, mentre si carica il condensatore.
Alimentatore switching flyback
Dal confronto si vede che il trasformatore dell'eccitazione diretta ha solo la funzione di trasformatore, e il tutto può essere considerato come un circuito buck con trasformatore. Il trasformatore flyback può essere considerato un induttore con una funzione di trasformatore, è un circuito buck-boost. In generale, il principio di funzionamento del flyback in avanti è diverso, l'avanti è il lavoro primario del lavoro secondario, il secondario non funziona con un induttore di corrente per rinnovare la corrente, generalmente in modalità CCM.
Il fattore di potenza generalmente non è elevato e l'ingresso, l'uscita e il ciclo di lavoro variabile sono proporzionali. Il flyback è il lavoro primario, il secondario non funziona, i due lati in modo indipendente, generalmente in modalità DCM, ma l'induttanza del trasformatore sarà relativamente piccola e sarà necessario aggiungere un traferro, quindi solitamente adatto per piccole e medie potenze.
Il trasformatore diretto è l'ideale, senza accumulo di energia, ma poiché l'induttanza di eccitazione è un valore finito, la corrente di eccitazione fa sì che il nucleo sia grande, per evitare la saturazione del flusso, il trasformatore necessita di un avvolgimento ausiliario per il ripristino del flusso.
Il trasformatore flyback può essere visto come una forma di induttanza accoppiata, l'induttanza prima immagazzina energia e poi viene scaricata, a causa delle tensioni di ingresso e uscita del trasformatore flyback di polarità opposta, quindi quando il tubo di commutazione è scollegato, il secondario può fornire ilnucleo magneticocon una tensione di ripristino, quindi il trasformatore flyback non necessita di aggiungere ulteriore avvolgimento di ripristino del flusso.
Orario di pubblicazione: 29 settembre 2024