Podobnosti in razlike med visokofrekvenčnim stikalnim napajalnikom in linearnim napajalnikom
1. Razlika med visokofrekvenčnim stikalnim napajalnikom in navadnim napajalnikom
Značilnosti navadnega napajanja:
Običajno gre za linearni napajalnik, linearni napajalnik pa se nanaša na napajalnik, pri katerem regulatorska cev deluje v linearnem stanju. Vendar se to razlikuje od visokofrekvenčnih stikalnih napajalnikov. Stikalna cev (v stikalnem napajalniku se nastavitvena cev običajno imenuje stikalna cev) deluje v dveh stanjih: vklopni upor je zelo majhen; izklopni upor je velik.
Značilnosti visokofrekvenčnega stikalnega napajanja:
Visokofrekvenčni preklopni napajalnik je običajno sestavljen iz (širinsko impulzna modulacija) krmilnega IC PWM in MOSFET-a. Z razvojem in inovacijami tehnologije močnostne elektronike se stikalni napajalniki večinoma uporabljajo v majhnih velikostih, majhni teži in visoki učinkovitosti, ki se skoraj uporabljajo za vse elektronske naprave, njihov pomen pa je očiten.
Visokofrekvenčni stikalni napajalniki so razmeroma nova vrsta napajanja. Ima prednosti visoke učinkovitosti, majhne teže, povečanja in znižanja napetosti ter visoke izhodne moči. Ker pa vezje deluje v preklopnem stanju, je hrup razmeroma velik. Na kratko razpravljajmo o tem, kako deluje stikalni napajalnik z nižjo stopnjo.
Vezje je sestavljeno iz stikala K (tranzistor ali poljska cev v dejanskem vezju), diode za prosti tek D, induktorja za shranjevanje energije L, filtrskega kondenzatorja C in podobno. Ko je stikalo zaprto, bo napajalnik dovajal tok bremenu skozi stikalo K in induktor L, del električne energije pa bo shranil v induktorju L in kondenzatorju C. Zaradi lastne induktivnosti induktor L bo tok po vklopu stikala naraščal razmeroma počasi, kar pomeni, da izhod ne more takoj doseči vrednosti napajalne napetosti. Po določenem času se stikalo izklopi. Zaradi samoinduktivnosti induktorja L (jasneje lahko domnevamo, da ima tok v induktorju vztrajnostni učinek) tok v tokokrogu ostane konstanten, tj. še naprej teče od leve proti desni, ta tok teče skozi obremenitev, od tal Žica se vrne, teče do anode prostega teka diode D, teče skozi diodo D in se nato vrne na levi konec induktorja L in tvori zanko. Izhodno napetost je mogoče nadzorovati s krmiljenjem, kdaj se stikalo zapre in odpre (tj. modulacija širine impulza PWM). Ko je izhodna napetost zaznana za nadzor časa vklopa in izklopa, da se ohrani konstantna izhodna napetost, je namen regulacije napetosti dosežen.
2. Podobnosti med visokofrekvenčnim stikalnim napajalnikom in navadnim napajalnikom
Trik je v tem, da imajo regulator napetosti in za regulacijo napetosti uporabljajo princip povratne zveze. Razlika je v tem, da se visokofrekvenčni preklopni napajalnik nastavlja prek preklopne cevi, medtem ko se navaden napajalnik običajno uravnava prek linearnega območja ojačanja triode.
Nasprotno pa je poraba energije stikalnega napajalnika majhna, obseg uporabe izmenične napetosti je širok, koeficient valovanja enosmernega izhoda pa boljši.
Glavno načelo delovanja navadnega polmostnega preklopnega napajalnika je, da se preklopne cevi zgornjega in spodnjega mostu (ko je frekvenca visoka, je preklopna cev VMOS) vklopijo ena za drugo. Prvič, tok teče iz zgornje stikalne cevi mostu, funkcija shranjevanja induktivne tuljave pa se uporablja za zbiranje električne energije. V tuljavi je stikalna cev zgornjega mostu zaprta, stikalna cev spodnjega mostu pa odprta. Induktorska tuljava in kondenzator še naprej dovajata električno energijo navzven. Spodnje stikalo se nato izklopi in zgornje stikalo se vklopi, da omogoči vstop toka, in postopek se ponovi. Ker je treba dva prekinjevalca vklapljati in izklapljati enega za drugim, se imenuje stikalni napajalnik.
Linearni napajalniki so različni. Ker ni nobenega stikala, bo nabiralna cev vedno odtekla. Če je bo preveč, bo voda iztekla. To se ponavadi zgodi, ko nekatere cevi linearnega regulatorja moči proizvajajo veliko toplote, neizčrpna zaloga električne energije se vsa pretvori v toploto. S tega vidika je učinkovitost pretvorbe linearnega napajalnika zelo nizka, če pa je proizvodnja toplote visoka, se bo življenjska doba komponent neizogibno zmanjšala, kar bo vplivalo na končni učinek uporabe.
