Geef een voorbeeld om het verschil tussen een schakelende voeding en een normale voeding te illustreren
Schakelende voedingstechnologie evolueert voortdurend samen met de vooruitgang en innovatie van de vermogenselektronicatechnologie. Vanwege hun compacte formaat, lichte gewicht en grote efficiëntie worden schakelende voedingen momenteel gebruikt in vrijwel alle elektronische apparatuur. Gezien de snelle ontwikkeling van de huidige elektronische informatie-industrie is het een essentiële stroomvoorzieningstechniek.
Moderne vermogenselektronische technologie wordt gebruikt door schakelende voedingen om de tijdsverhouding van in- en uitschakelen te regelen om een constante uitgangsspanning te behouden. De belangrijkste componenten van een schakelende voeding zijn een MOSFET en een PWM-besturings-IC. De schakelende voeding en de lineaire voeding zijn gerelateerd. De schakelbuis wordt gebruikt om het aan-uitschakelen van de stroom te regelen om een hoogfrequente pulsstroom te creëren nadat de ingangsklem de wisselstroom direct gelijkricht in gelijkstroom terwijl het werkt onder invloed van het hoogfrequente oscillerende circuit. Een inductor wordt gebruikt om een constante laagspanningsgelijkstroom te leveren.
Typisch vormen een MOSFET plus een pulsbreedtemodulatiebesturings-IC een schakelende voeding. Schakelende voedingen zijn steeds gewoner geworden door de vooruitgang en innovatie van vermogenselektronicatechnologie vanwege het kleine formaat, het lichte gewicht en de hoge efficiëntie, wat hun belang aantoont.
Schakelende voedingen kunnen grofweg worden onderverdeeld in drie groepen op basis van hoe schakelapparaten in het circuit zijn aangesloten: seriegeschakelde voedingen, parallelle schakelende voedingen en transformator schakelende voedingen. De schakelende voeding van het transformatortype kan verder worden onderverdeeld in push-pull, halve brug, volledige brug en andere variaties. Het kan worden opgesplitst in vier categorieën: voorwaarts type, terugslagtype, enkel excitatietype en dubbel excitatietype, afhankelijk van hoe de transformator wordt geëxciteerd en de fase van de uitgangsspanning.
Dus wat is het verschil tussen schakelende voeding en gewone voeding?
Een lineaire voeding, of een voeding waarin de verstelbuis in een lineaire toestand werkt, is wat doorgaans wordt bedoeld met de term "gewone voeding". De schakelende buis werkt daarentegen in twee toestanden van aan en uit in een schakelende voeding: aan, waar de weerstand minimaal is, en uit, waar de weerstand aanzienlijk is. Een relatief nieuwe vorm van voeding, een schakelende voeding genaamd, heeft de voordelen van hoge efficiëntie, lichtgewicht, step-up en step-down-mogelijkheden en een enorm uitgangsvermogen. Maar omdat het circuit in een schakelende modus werkt, is de ruis behoorlijk significant.
Ter illustratie: het circuit van de step-down schakelende voeding bestaat uit schakelaars, vrijloopdiodes, energieopslaginductoren en filtercondensatoren. Wanneer de schakelaar gesloten is, stuurt de voeding elektriciteit door de schakelaar en de inductor naar de belasting, terwijl ook een deel van de elektriciteit in de condensator en inductor wordt opgeslagen. De zelfinductie van de inductantie zorgt ervoor dat de stroom langzaam opbouwt nadat de schakelaar is geactiveerd, waardoor wordt voorkomen dat de uitgang snel de waarde van de voedingsspanning bereikt. De stroom in het circuit blijft van links naar rechts stromen, zelfs nadat de schakelaar is geschakeld uitgeschakeld voor een vooraf bepaalde tijd vanwege de zelfinductie van de inductor. Deze stroom circuleert door de belasting, komt uit de aardedraad, gaat naar de anode van de vrijloopdiode, stroomt door de diode en loopt dan terug naar het linkeruiteinde van de inductor. De sluit- en openingstijden van de schakelaar kunnen worden aangepast, waarmee de uitgangsspanning wordt geregeld. Het doel van spanningsregeling wordt bereikt als de aan- en uittijd wordt beheerd door de uitgangsspanning te bewaken om de uitgangsspanning constant te houden.
De spanningsaanpassingsbuis die wordt gebruikt in zowel de schakelende voeding als de gemeenschappelijke voeding, maakt gebruik van het feedbackprincipe om de spanning te stabiliseren. De schakelende voeding past zich aan met behulp van de schakelende buis, terwijl de conventionele voeding zich doorgaans aanpast met behulp van het lineaire versterkingsgebied van de triode. De schakelende voeding verbruikt daarentegen minder energie, heeft een breder toepassingsbereik voor wisselspanning en produceert gelijkstroom met minder rimpel. Schakelpulsinterferentie is een nadeel.
De schakelbuizen voor de bovenste brug en de onderste brug worden één voor één ingeschakeld als het basisbedieningsconcept van een schakelende voeding met halve brug. De schakelbuis van de bovenste brug is waar de stroom het eerst binnenkomt. Elektrische energie wordt geaccumuleerd in de inductantiespoel met behulp van zijn opslagcapaciteit, en de schakelaar van de hogere brug wordt uiteindelijk uitgeschakeld. Wanneer de schakelbuis van de onderste brug wordt geactiveerd, blijven de inductantiespoel en condensator elektriciteit leveren aan de buitenwereld. Het staat bekend als een schakelende voeding omdat de twee schakelbuizen opeenvolgend moeten worden in- en uitgeschakeld. Nadat je de schakelbuis van de onderste brug hebt uitgeschakeld, open je de bovenste brug om elektriciteit door te laten. Anders is de lineaire voeding. De hogere waterleiding voert constant water af omdat er geen schakelaar aan te pas komt. Er lekt water uit als er teveel van is. In sommige regelbuizen voor lineaire voedingen zien we dit vaak. Alle grenzeloze elektrische energie wordt omgezet in thermische energie. Vanuit dit perspectief is de conversie-efficiëntie van de lineaire voeding extreem laag, en wanneer de hitte hoog is, zal de levensduur van de componenten onvermijdelijk korter worden en een impact hebben op het uiteindelijke gebruikseffect.
Het belangrijkste onderscheid tussen de schakelende voeding en de reguliere voeding is echter hoe deze werkt. De vermogensaanpassingsbuis van de lineaire voeding werkt continu in het versterkingsgebied en is altijd in werking. Er zijn enorme vermogensaanpassingsbuizen nodig en er wordt een grote radiator gebouwd als gevolg van het aanzienlijke vermogensverlies op de aanpassingsbuis, wat resulteert in een aanzienlijke warmteontwikkeling en een laag rendement, vaak tussen de 40 procent en 60 procent. Het werkingsprincipe van de lineaire voeding vereist het gebruik van een spanningsapparaat om van hoogspanning naar laagspanning te schakelen. Het bestaat meestal uit een transformator, terwijl er alternatieven zijn zoals de KX-voeding die het signaal gelijkricht en een gelijkspanning afgeeft. Bij deze methode is het volume groot, zwaar, inefficiënt en genereert het veel warmte, maar het heeft ook voordelen zoals kleine rimpel, goede aanpassingssnelheid, weinig interferentie van buitenaf, en het werkt met analoge circuits of andere versterkers. Het voedingsapparaat van de schakelende voeding werkt in de schakelende toestand. Het is voor de transformator en energieopslag dat de energie tijdelijk wordt opgeslagen via de inductiespoel wanneer de spanning wordt aangepast, dus er is weinig verlies, een hoog rendement en er is minder behoefte aan warmteafvoer. Hogere normen zijn van toepassing op inductantie, die moet worden geconstrueerd van verliesarme, hoogdoorlatende materialen. De transformator heeft een grootte ter grootte van een woord. De efficiëntie varieert van 80 procent tot 98 procent in totaal. Hoewel de schakelende voeding klein is en een hoog rendement heeft, is deze minder efficiënt dan lineaire voedingen in termen van rimpel-, spannings- en stroomaanpassingssnelheid.
