كيف تعمل دوائر إمداد الطاقة في وضع التبديل (SMPS)

SMPS هو اختصار لكلمة Switch Mode Power Supply. يشير الاسم بوضوح إلى أن المفهوم له علاقة أو علاقة كاملة بالنبضات أو تبديل الأجهزة المستخدمة. دعنا نتعلم كيف تعمل محولات SMPS لتحويل جهد التيار الكهربائي إلى جهد تيار مستمر أقل.

ميزة طوبولوجيا SMPS

في محولات SMPS ، تتمثل الفكرة في تحويل جهد إدخال التيار الكهربائي إلى الملف الأولي للمحول بحيث يمكن الحصول على جهد تيار مستمر منخفض القيمة عند الملف الثانوي للمحول.

ومع ذلك ، فإن السؤال هو ، يمكن فعل الشيء نفسه مع محول عادي ، فما هي الحاجة إلى مثل هذا التكوين المعقد عندما يمكن تنفيذ الأداء ببساطة من خلال المحولات العادية؟

حسنًا ، تم تطوير هذا المفهوم على وجه التحديد للتخلص من استخدام المحولات الثقيلة والكبيرة الحجم ذات الإصدارات الفعالة من دوائر تزويد الطاقة SMPS .

على الرغم من أن مبدأ العملية متشابه تمامًا ، إلا أن النتائج مختلفة بشكل كبير.

جهدنا الرئيسي هو أيضًا جهد نابض أو تيار متردد يتم تغذيته بشكل طبيعي في المحول العادي للتحويلات المطلوبة ، لكن لا يمكننا جعل المحول أصغر حجمًا حتى مع تيار منخفض يصل إلى 500 مللي أمبير.

السبب وراء ذلك هو التردد المنخفض جدًا الذي ينطوي عليه مدخلات التيار المتردد لدينا.
عند 50 هرتز أو 60 هرتز ، تكون القيمة منخفضة للغاية لتنفيذها في مخرجات تيارات تيار مستمر عالية باستخدام محولات أصغر.

هذا لأنه مع انخفاض التردد ، تزداد خسائر التيار الدوامة مع مغنطة المحولات ، مما يؤدي إلى فقد كبير للتيار من خلال الحرارة وبالتالي تصبح العملية برمتها غير فعالة للغاية.

لتعويض الخسارة المذكورة أعلاه ، يتم تضمين نوى المحولات الأكبر نسبيًا مع الدرجة ذات الصلة من سماكة السلك ، مما يجعل الوحدة بأكملها ثقيلة ومرهقة.

تعالج دائرة إمداد الطاقة في وضع التبديل هذه المشكلة بذكاء شديد.

إذا أدى التردد المنخفض إلى زيادة خسائر التيار الدوامة ، فهذا يعني أن الزيادة في التردد ستؤدي إلى العكس تمامًا.

بمعنى أنه في حالة زيادة التردد ، يمكن جعل المحول أصغر بكثير ولكنه سيوفر تيارًا أعلى في مخرجاته.

هذا بالضبط ما نفعله بامتداد دائرة SMPS . دعنا نفهم الأداء بالنقاط التالية:

كيف تعمل محولات SMPS

في مخطط دائرة إمداد الطاقة في وضع التبديل ، يتم أولاً تصحيح مدخل التيار المتردد وتصفيته لإنتاج الحجم المناسب للتيار المستمر.

يتم تطبيق DC أعلاه على تكوين مذبذب يشتمل على ترانزستور عالي الجهد أو mosfet ، ومجهز بملف أولي لمحول حديدي صغير ذو أبعاد جيدة.

تصبح الدائرة نوعًا ذاتي التذبذب من التكوين الذي يبدأ في التذبذب عند بعض التردد المحدد مسبقًا والذي تم ضبطه بواسطة مكونات سلبية أخرى مثل المكثفات والمقاومات.

التردد عادة ما يكون أعلى من 50 كيلو هرتز.

يستحث هذا التردد جهدًا وتيارًا مكافئًا عند اللف الثانوي للمحول ، والذي يتم تحديده بواسطة عدد المنعطفات و SWG للسلك.

نظرًا لتورط الترددات العالية ، تصبح خسائر التيار الدوامة صغيرة بشكل ضئيل ويصبح ناتج التيار المستمر المرتفع قابلاً للاشتقاق من خلال محولات أصغر من الفريت ولف سلك أرق نسبيًا.

ومع ذلك ، سيكون الجهد الثانوي أيضًا عند التردد الأساسي ، وبالتالي يتم تصحيحه وتصفيته مرة أخرى باستخدام صمام ثنائي سريع الاسترداد ومكثف عالي القيمة.

والنتيجة عند الإخراج هي تيار مستمر منخفض مفلتر تمامًا ، والذي يمكن استخدامه بفعالية لتشغيل أي دائرة إلكترونية.

في الإصدارات الحديثة من SMPS ، يتم استخدام الدوائر المتكاملة عالية النهاية بدلاً من الترانزستورات عند الإدخال.
تم تجهيز الدوائر المتكاملة بموسفيت مدمج عالي الجهد للحفاظ على تذبذبات عالية التردد والعديد من ميزات الحماية الأخرى.

ما هي الحماية المضمنة التي تتمتع بها SMPS

تحتوي هذه الدوائر المتكاملة على دوائر حماية مدمجة كافية مثل الحماية من الانهيار الجليدي ، والحماية من الحرارة الزائدة وحماية الناتج من الجهد الزائد وأيضًا ميزة وضع الاندفاع.

تضمن الحماية من الانهيار الجليدي عدم تعرض IC للتلف أثناء تشغيل مفتاح الطاقة في الاندفاع.

تضمن الحماية من الحرارة الزائدة أن يتم إيقاف تشغيل IC تلقائيًا إذا لم يتم لف المحول بشكل صحيح وسحب المزيد من التيار من IC مما يجعله ساخنًا بشكل خطير.

يعد وضع الاندفاع ميزة مثيرة للاهتمام مضمنة في وحدات SMPS الحديثة.

هنا ، يتم تغذية الناتج DC مرة أخرى إلى مدخلات الاستشعار الخاصة بـ IC. إذا كان لسبب ما ، عادةً بسبب لف ثانوي خاطئ أو اختيار مقاومات ، فإن جهد الخرج يرتفع فوق قيمة معينة محددة مسبقًا ، يقوم IC بإيقاف تشغيل تبديل الإدخال ويتخطى التبديل إلى رشقات متقطعة.

هذا يساعد على التحكم في الجهد عند الخرج وكذلك التيار عند الخرج.

تضمن الميزة أيضًا أنه إذا تم ضبط جهد الخرج على نقطة عالية ولم يتم تحميل الإخراج ، فإن IC يتحول إلى وضع الاندفاع مع التأكد من تشغيل الوحدة بشكل متقطع حتى يتم تحميل الإخراج بشكل كافٍ ، وهذا يوفر طاقة الوحدة عندما تكون في وضع الاستعداد أو عندما يكون الإخراج غير فعال.

يتم تنفيذ التغذية الراجعة من قسم الإخراج إلى IC عبر مقرنة بصرية بحيث يظل الإخراج بعيدًا عن مدخل التيار المتردد عالي الجهد ، لتجنب الصدمات الخطيرة.