Funktionsweise von SMPS-Schaltkreisen (Switch Mode Power Supply)

Funktionsweise von SMPS-Schaltkreisen (Switch Mode Power Supply)

SMPS ist die Abkürzung für Switch Mode Power Supply. Der Name deutet eindeutig darauf hin, dass das Konzept etwas oder ganz mit Impulsen oder dem Schalten der verwendeten Geräte zu tun hat. Lassen Sie uns lernen, wie SMPS-Adapter funktionieren, um die Netzspannung in eine niedrigere Gleichspannung umzuwandeln.

Vorteil der SMPS-Topologie

Bei SMPS-Adaptern besteht die Idee darin, die Netzeingangsspannung in die Primärwicklung eines Transformators zu schalten, so dass an der Sekundärwicklung des Transformators eine Gleichspannung mit einem niedrigeren Wert erhalten werden kann.



Die Frage ist jedoch, dass dies auch mit einem gewöhnlichen Transformator möglich ist. Was ist also die Notwendigkeit einer solch komplizierten Konfiguration, wenn die Funktionsweise einfach durch gewöhnliche Transformatoren implementiert werden kann?



Nun, das Konzept wurde genau entwickelt, um die Verwendung schwerer und sperriger Transformatoren mit sehr effizienten Versionen von zu vermeiden SMPS-Stromversorgungskreise .

Obwohl das Funktionsprinzip ziemlich ähnlich ist, sind die Ergebnisse sehr unterschiedlich.



Unsere Netzspannung ist auch eine pulsierende Spannung oder ein Wechselstrom, der normalerweise für die erforderlichen Umwandlungen in den normalen Transformator eingespeist wird. Wir können den Transformator jedoch auch bei einem Strom von nur 500 mA nicht verkleinern.

Der Grund dafür ist die sehr niedrige Frequenz unserer Wechselstromeingänge.
Bei 50 Hz oder 60 Hz ist der Wert für die Implementierung in Ausgänge mit hohen Gleichströmen unter Verwendung kleinerer Transformatoren enorm niedrig.

Dies liegt daran, dass mit abnehmender Frequenz die Wirbelstromverluste mit der Magnetisierung des Transformators zunehmen, was zu einem enormen Stromverlust durch Wärme führt und anschließend der gesamte Prozess sehr ineffizient wird.



Um den obigen Verlust zu kompensieren, sind relativ größere Transformatorkerne mit einem relevanten Grad an Drahtdicke beteiligt, was die gesamte Einheit schwer und umständlich macht.

Eine Schaltnetzteilschaltung löst dieses Problem sehr geschickt.

Wenn eine niedrigere Frequenz die Wirbelstromverluste erhöht, bedeutet eine Erhöhung der Frequenz genau das Gegenteil.

Das heißt, wenn die Frequenz erhöht wird, könnte der Transformator viel kleiner gemacht werden, würde jedoch an ihren Ausgängen einen höheren Strom liefern.

Genau das machen wir mit einem SMPS-Schaltung . Lassen Sie uns die Funktionsweise anhand der folgenden Punkte verstehen:

Funktionsweise von SMPS-Adaptern

In einem Schaltkreis-Stromversorgungsschaltplan wird der Eingangswechselstrom zuerst gleichgerichtet und gefiltert, um eine relevante Gleichstromgröße zu erzeugen.

Der obige Gleichstrom wird an eine Oszillatorkonfiguration angelegt, die einen Hochspannungstransistor oder einen Mosfet umfasst, der an einer gut dimensionierten Primärwicklung eines kleinen Ferrittransformators angebracht ist.

Die Schaltung wird zu einer selbstoszillierenden Konfiguration, die mit einer vorbestimmten Frequenz zu schwingen beginnt, die von anderen passiven Komponenten wie Kondensatoren und Widerständen eingestellt wird.

Die Frequenz liegt normalerweise über 50 kHz.

Diese Frequenz induziert eine äquivalente Spannung und einen äquivalenten Strom an der Sekundärwicklung des Transformators, die durch die Anzahl der Windungen und die SWG des Drahtes bestimmt wird.

Aufgrund der Einbeziehung hoher Frequenzen werden Wirbelstromverluste vernachlässigbar klein und der Hochstrom-Gleichstromausgang wird durch kleinere Ferritkerntransformatoren und eine relativ dünnere Drahtwicklung ableitbar.

Die Sekundärspannung liegt jedoch auch auf der Primärfrequenz, weshalb sie erneut unter Verwendung einer schnellen Wiederherstellungsdiode und eines Kondensators mit hohem Wert gleichgerichtet und gefiltert wird.

Das Ergebnis am Ausgang ist ein perfekt gefilterter niedriger Gleichstrom, der effektiv zum Betrieb jeder elektronischen Schaltung verwendet werden kann.

In modernen Versionen von SMPS werden Hi-End-ICs anstelle von Transistoren am Eingang verwendet.
Die ICs sind mit einem eingebauten Hochspannungs-Mosfet ausgestattet, um Hochfrequenzschwingungen und viele andere Schutzfunktionen aufrechtzuerhalten.

Welche integrierten Schutzfunktionen bietet SMPS?

Diese ICs verfügen über ausreichend eingebaute Schutzschaltungen wie Lawinenschutz, Überhitzungsschutz und Ausgangsüberspannungsschutz sowie eine Burst-Modus-Funktion.

Der Lawinenschutz stellt sicher, dass der IC beim Einschalten des Stromnetzes in Eile nicht beschädigt wird.

Der Überhitzungsschutz stellt sicher, dass der IC automatisch abgeschaltet wird, wenn der Transformator nicht richtig gewickelt ist, und zieht mehr Strom aus dem IC, wodurch er gefährlich heiß wird.

Der Burst-Modus ist ein interessantes Merkmal der modernen SMPS-Einheiten.

Hier wird der Ausgang DC zu einem Erfassungseingang des IC zurückgeführt. Wenn aus irgendeinem Grund, normalerweise aufgrund einer falschen Sekundärwicklung oder Auswahl von Widerständen, die Ausgangsspannung über einen bestimmten vorbestimmten Wert ansteigt, schaltet der IC die Eingangsumschaltung ab und überspringt die Umschaltung in intermittierende Bursts.

Dies hilft, die Spannung am Ausgang und auch den Strom am Ausgang zu steuern.

Die Funktion stellt außerdem sicher, dass der IC in den Burst-Modus wechselt, wenn die Ausgangsspannung auf einen hohen Punkt eingestellt wird und der Ausgang nicht geladen ist. Dadurch wird sichergestellt, dass das Gerät intermittierend betrieben wird, bis der Ausgang ausreichend belastet wird. Dies spart Strom für das Gerät im Standby-Modus oder wenn der Ausgang nicht funktioniert.

Die Rückkopplung vom Ausgangsabschnitt zum IC wird über einen Optokoppler implementiert, so dass der Ausgang vom Eingangshochspannungsnetz weit entfernt bleibt, wodurch gefährliche Stöße vermieden werden.




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