Navedite primer za ponazoritev razlike med stikalnim in običajnim napajalnikom
Tehnologija stikalnega napajanja se nenehno razvija skupaj z napredkom in inovacijami tehnologije močnostne elektronike. Zaradi svoje kompaktne velikosti, majhne teže in velike učinkovitosti se stikalni napajalniki trenutno uporabljajo v skoraj vsej elektronski opremi. Glede na trenutni hiter razvoj elektronske informacijske industrije je to bistvena tehnika napajanja.
Sodobna močnostna elektronika se uporablja pri stikalnih napajalnikih za uravnavanje časovnega razmerja vklopa in izklopa z namenom vzdrževanja konstantne izhodne napetosti. Glavni sestavni deli stikalnega napajalnika sta MOSFET in krmilni IC PWM. Preklopno napajanje in linearno napajanje sta povezana. Preklopna cev se uporablja za nadzor vklopa in izklopa toka za ustvarjanje visokofrekvenčnega impulznega toka, potem ko njen vhodni terminal neposredno usmeri izmenični tok v enosmerni tok, medtem ko deluje pod vplivom visokofrekvenčnega nihajnega kroga. Za zagotavljanje enakomernega nizkonapetostnega enosmernega toka se uporablja induktor.
Običajno MOSFET in krmilni IC s širinsko modulacijo sestavljata stikalni napajalnik. Stikalni napajalniki so postali vse bolj običajni z napredkom in inovacijami tehnologije močnostne elektronike zaradi svoje majhnosti, majhne teže in visoke učinkovitosti, kar dokazuje njihov pomen.
Stikalne napajalnike je mogoče na splošno razvrstiti v tri skupine glede na to, kako so stikalne naprave povezane v vezju: zaporedni stikalni napajalniki, vzporedni stikalni napajalniki in transformatorski stikalni napajalniki. Preklopni napajalnik transformatorskega tipa je mogoče nadalje razdeliti na potisne in vlečne, pol-mostove, polne mostove in druge različice. Razdelimo ga lahko v štiri kategorije: tip naprej, tip povratnega preleta, tip enojnega vzbujanja in tip dvojnega vzbujanja, odvisno od tega, kako je transformator vzbujen, in faze izhodne napetosti.
Kakšna je torej razlika med stikalnim napajalnikom in običajnim napajalnikom?
Linearni napajalnik ali napajalnik, pri katerem nastavitvena cev deluje v linearnem stanju, je tisto, kar običajno pomeni izraz "običajno napajanje". Nasprotno pa stikalna cev deluje v dveh stanjih vklopa in izklopa v stikalnem napajalniku: vklopljeno, kjer je upor minimalen, in izklopljeno, kjer je upor precejšen. Relativno nova oblika napajanja, imenovana stikalni napajalnik, ima prednosti visoke učinkovitosti, majhne teže, zmožnosti povečevanja in zniževanja ter ogromne izhodne moči. Toda ker vezje deluje v preklopnem načinu, je hrup precejšen.
Za ponazoritev, vezje napajalnika z nizkim stikanjem je sestavljeno iz stikal, prostih diod, induktorjev za shranjevanje energije in filtrskih kondenzatorjev. Ko je stikalo zaprto, napajalnik pošlje elektriko skozi stikalo in induktor do obremenitve, hkrati pa shrani nekaj elektrike v kondenzatorju in induktorju. Samoinduktivnost induktivnosti povzroči, da se tok po aktiviranju stikala počasi poveča, kar preprečuje, da bi izhod hitro dosegel vrednost napajalne napetosti. Tok v tokokrogu bo še naprej tekel od leve proti desni tudi po preklopu stikala izklopljen za vnaprej določen čas zaradi samoinduktivnosti induktorja. Ta tok kroži skozi obremenitev, izhaja iz ozemljitvene žice, potuje do anode diode s prostim tekom, teče skozi diodo in se nato vrne nazaj na levi konec induktorja. Čas zapiranja in odpiranja stikala je mogoče prilagoditi, kar nadzoruje izhodno napetost. Cilj regulacije napetosti je dosežen, če se čas vklopa in izklopa upravlja s spremljanjem izhodne napetosti, da se vzdržuje konstantna izhodna napetost.
Cev za prilagajanje napetosti, ki se uporablja tako v stikalnem napajalniku kot v običajnem napajalniku, uporablja princip povratne zveze za stabilizacijo napetosti. Preklopni napajalnik se prilagaja s pomočjo preklopne cevi, medtem ko se običajni napajalnik običajno prilagaja z linearnim ojačevalnim območjem triode. Nasprotno pa stikalni napajalnik porabi manj energije, ima širši obseg uporabe za izmenično napetost in proizvaja enosmerni tok z manj valovanja. Motnje preklopnega impulza so pomanjkljivost.
Preklopne cevi zgornjega in spodnjega mostu so vklopljene ena za drugo, kar je osnovni koncept delovanja polmostnega preklopnega napajanja. Tok najprej vstopi v stikalno cev zgornjega mostu. Električna energija se kopiči v induktivni tuljavi z uporabo njene zmogljivosti shranjevanja, stikalo višjega mostu pa se končno izklopi. Ko je preklopna cev spodnjega mostu aktivirana, bosta induktivna tuljava in kondenzator še naprej zagotavljala elektriko zunanjemu svetu. Znana je kot preklopna napajalna enota, ker je treba dve preklopni cevi vklopiti in izklopiti zaporedno. Po izklopu stikalne cevi spodnjega mostu odprite zgornji most, da omogočite pretok električne energije. Drugačen je linearni napajalnik. Višja vodovodna cev nenehno odvaja vodo, ker ni vpletenega stikala. Voda bo iztekla, če je bo preveč. Pri nekaterih linearnih napajalnih napajalnih ceveh to pogosto opazimo. Vsa neomejena električna energija se pretvori v toplotno energijo. S tega vidika je učinkovitost pretvorbe linearnega napajalnika izjemno nizka in ko je toplota visoka, se življenjska doba komponente neizogibno skrajša in vpliva na končni učinek uporabe.
Vendar je ključna razlika med njegovim stikalnim in običajnim napajanjem način delovanja. Cev za prilagajanje moči linearnega napajalnika neprekinjeno deluje v območju ojačanja in je vedno v delovanju. Potrebne so ogromne cevi za nastavitev moči in velik radiator je zgrajen kot posledica znatne izgube moči na cevi za nastavitev, kar ima za posledico znatno proizvodnjo toplote in nizko učinkovitost, pogosto med 40 in 60 odstotki. Načelo delovanja linearnega napajalnika zahteva uporabo napetostne naprave za preklop z visoke na nizko napetost. Običajno je sestavljen iz transformatorja, medtem ko obstajajo alternative, kot je napajalnik KX, ki popravi signal in oddaja enosmerno napetost. Pri tej metodi je prostornina velika, težka, neučinkovita in ustvarja veliko toplote, vendar ima tudi prednosti, kot so majhno valovanje, dobra stopnja prilagajanja, malo zunanjih motenj in deluje z analognimi vezji ali drugimi ojačevalniki. Napajalna naprava stikalnega napajalnika deluje v preklopnem stanju. Za transformator in shranjevanje energije se energija začasno shrani prek induktivne tuljave, ko je napetost nastavljena, tako da je malo izgube, visok izkoristek in manj potrebe po odvajanju toplote. Višji standardi veljajo za induktivnost, ki mora biti izdelana materialov z nizkimi izgubami in visoko prepustnostjo. Njegov transformator je velikosti besede. Učinkovitost se giblje od 80 odstotkov do 98 odstotkov na splošno. Čeprav je stikalni napajalnik majhen in ima visok izkoristek, je manj učinkovit od linearnih napajalnikov v smislu valovanja, napetosti in stopnje prilagajanja toka.
