스위칭 전원 공급 장치 - 일반 원칙, 장점 및 단점

오늘날 가전 제품이나 전원 공급 장치에서 철 변압기를 찾는 것은 이미 어렵습니다. 1990년대에는 스위칭 컨버터 또는 스위칭 전원 공급 장치(SMPS로 약칭)에 자리를 내주면서 빠르게 과거로 사라지기 시작했습니다.

스위칭 전원 공급 장치는 결과 DC 전압의 크기, 품질 면에서 변압기를 능가하고 출력 전압 및 전류를 조절하기 위한 다양한 옵션이 있으며 전통적으로 출력 과부하 보호 기능을 갖추고 있습니다. 또한 스위칭 전원 공급 장치가 가정용 네트워크에서 주요 간섭 공급자로 여겨지지만 널리 사용되는 것을 되돌릴 수는 없습니다.

변압기 공급:

스위칭 전류:

스위칭 전원 공급 장치는 반도체 스위치에 편재되어 있습니다. 전계 효과 트랜지스터 그리고 다이오드 쇼트키... 초크 또는 변압기와 함께 작동하는 전계 효과 트랜지스터는 인버터, 용접기, 무정전 전원 공급 장치, TV용 내장 전원 공급 장치, 모니터 등 모든 최신 스위칭 전원 공급 장치의 핵심입니다. — 요즘에는 거의 모든 전압에서 펄스 변환 회로만 사용됩니다.

펄스 변환기의 일반적인 작동 원리는 전자기 유도의 법칙을 기반으로 하며 이와 유사합니다. 각 변압기와 함께… 유일한 차이점은 주전원 주파수가 50Hz인 교류 전압을 기존 주전원 변압기의 1차 권선에 직접 인가하여 직접 변환(필요한 경우 정류)하고, 스위칭 전원 공급 장치에서는 주전원 전압을 먼저 정류되어 DC로 변환된 다음 펄스로 변환되어 특수 고주파(50Hz 주전원 대비) 회로를 사용하여 추가로 증가 또는 감소합니다.

스위칭 전원 공급 장치 회로에는 전원 정류기, 스위치(또는 스위치), 변압기(또는 초크), 출력 정류기, 제어 장치, 안정화 및 보호 장치와 같은 몇 가지 주요 구성 요소가 포함됩니다. 정류기, 스위치 및 변압기(초크)는 SMPS 회로의 전원 부분의 기초를 형성하는 반면 전자 블록(PWM 컨트롤러 포함)은 소위 드라이버에 속합니다.

따라서 주전원 전압은 정류기를 통해 주전원 필터의 커패시터로 공급되며, 여기서 주전원 전압의 현재 평균값에 따라 최대 값은 305 ~ 340V 인 일정한 전압이 얻어집니다 ( 215에서 240볼트까지) .

정류 된 전압은 펄스 형태로 변압기 (초크)의 1 차 권선에 적용되며 반복 주파수는 일반적으로 키 제어 회로에 의해 결정되며 지속 시간은 공급되는 부하의 평균 전류에 의해 결정됩니다 .

수십에서 수백 킬로헤르츠의 주파수를 갖는 스위치는 변압기 또는 초크의 1차 권선을 필터 커패시터에 연결 및 분리하여 변압기 또는 초크 코어의 자화를 반전시킵니다.

트랜스포머와 초크의 차이점: 초크에서는 소스에서 코어로 에너지를 저장하고 코어에서 권선을 통해 부하로 에너지를 전달하는 단계가 시간적으로 분리되는 반면 트랜스포머에서는 동시에 발생합니다.

초크는 토폴로지의 갈바닉 절연이 없는 컨버터(부스트-부스트, 스텝다운) 및 역 토폴로지의 갈바닉 절연이 있는 컨버터에 사용됩니다. 변압기는 브리지-풀-브리지, 하프-브리지-하프-브리지, 푸시-풀-푸시-풀, 포워드-포워드 토폴로지의 갈바닉 절연이 있는 컨버터에 사용됩니다.

스위치는 단일 스위치(벅 업 컨버터, 포워드 컨버터, 갈바닉 절연이 없는 부스트 또는 벅 컨버터)이거나 전원 섹션에 여러 스위치(하프 브리지, 브리지, 푸시)가 포함될 수 있습니다.

스위치의 제어 회로는 이 신호의 값에 따라 펄스의 폭(듀티 사이클)에 따라 부하의 전압 또는 전압 및 전류에 대한 피드백 신호를 소스의 출력으로부터 수신합니다. 스위치의 전도 상태 지속 시간을 제어하여 자동으로 조정합니다.

출력은 다음과 같이 배열됩니다. 변압기 또는 인덕터의 2차 권선 또는 인덕터의 단일 권선(갈바닉 절연이 없는 변환기에 대해 이야기하는 경우)에서 전파 정류기의 쇼트키 다이오드를 통해 필터에 펄스 전압이 공급됩니다. 콘덴서.

전압 피드백 신호가 수신되는 전압 분배기도 있으며 전류 센서도 존재할 수 있습니다. 부하는 추가 출력 저역 통과 필터를 통해 또는 직접 필터 커패시터에 연결됩니다.