Gleichstromwandler im Netzteil. Die Revolution steht vor der Tür: neue Netzteile von Antec, Enermax und Seasonic. ⇡ Hauptkonverter

sind elektronische Geräte, die eine Ausgangsspannung erzeugen, die sich von der Eingangsspannung unterscheidet.

Geregelte Leistungsmodule (DC-DC-Wandler) werden zum Aufbau von Leistungsbussen in galvanisch getrennten Stromkreisen verwendet. Sie werden häufig verwendet, um eine Vielzahl von Geräten mit Strom zu versorgen elektronische Geräte Sie finden sich auch in Steuerkreisen, Kommunikations- und Computergeräten.

Arbeitsprinzip

Das Funktionsprinzip ist im Namen selbst enthalten. Gleichspannung wird in Wechselspannung umgewandelt. Anschließend wird es angehoben oder abgesenkt, anschließend ausgerichtet und dem Gerät zugeführt. DC-DC-Wandler, die nach dem oben genannten Prinzip arbeiten, werden Impulswandler genannt. Der Vorteil von Pulsumrichtern ist ihr hoher Wirkungsgrad: rund 90 %.

Arten von DC-DC-Wandlern
Buck-DC/DC-Wandler

Die Ausgangsspannung dieser Wandler ist niedriger als die Eingangsspannung. Bei einer Eingangsspannung von 12-50 V kann man mit solchen DC-DC-Wandlern beispielsweise eine Spannung von mehreren Volt am Ausgang erhalten.

DC-DC-Aufwärtswandler

Die Ausgangsspannung dieser Wandler ist höher als die Eingangsspannung. Beispielsweise können Sie bei einer Eingangsspannung von 5 V mit einer Ausgangsspannung von bis zu 30 V rechnen.

Spannungswandler unterscheiden sich auch im Design. Sie können sein:

Modular
Dies ist die häufigste Art von DC-DC-Wandlern, einschließlich große Menge eine Vielzahl von Modellen. Der Konverter ist in einem Metall- oder Kunststoffgehäuse untergebracht, so dass der Zugang zu internen Elementen ausgeschlossen ist.
Zur Montage Leiterplatte

Diese Konverter sind speziell für die Montage auf einer Leiterplatte konzipiert. Sie unterscheiden sich von modularen dadurch, dass sie kein Gehäuse haben.

Hauptmerkmale
Betriebsparameter

→ Der Eingangsspannungsbereich impliziert solche Eingangsspannungsparameter, bei denen der Konverter im Normalmodus gemäß seiner erklärten Funktionalität arbeitet.

→ Der Ausgangsspannungsbereich umfasst die Parameter, die der DC-DC-Wandler im Normalbetrieb am Ausgang erzeugen kann.

→ Der Leistungskoeffizient (Wirkungsgrad) ist das Verhältnis der Eingangs- und Ausgangsleistungswerte. Der Wirkungsgrad hängt von einer Reihe von Bedingungen ab, der höchste Wirkungsgrad wird jedoch bei der maximal zulässigen Belastung erreicht. Je größer der Unterschied zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad.

→Begrenzung des Ausgangsstroms. Dieser Schutz ist in den meisten modernen Stabilisatormodellen verfügbar. Es funktioniert wie folgt: Sobald der Ausgangsstrom erreicht ist gegebener Wert, die Eingangsspannung sinkt. Sobald der Ausgangsstrom im zulässigen Bereich liegt, wird die Spannungsversorgung wieder aufgenommen.

Genauigkeitsparameter

→ Welligkeit. Selbst unter idealen Bedingungen sind bestimmte „Geräusche“ vorhanden, so dass es unmöglich ist, sie vollständig zu beseitigen. Die Maßeinheiten sind mV. Manchmal gibt der Hersteller daneben „rr“ an, was den Bereich der Welligkeitsspannung angibt – vom Minimum der negativen Spitze bis zum Maximum der positiven.

Betrachten und vergleichen wir die Funktionsweise mehrerer einstellbarer Spannungswandler unterschiedlicher Preiskategorien. Beginnen wir vom Einfachen zum Komplexen.

Beschreibung

Bei diesem Modell handelt es sich um einen kostengünstigen Miniatur-DC-DC-Wandler, der zum Laden kleiner Batterien verwendet werden kann. Maximaler Ausgangsstrom: 2,5 A, daher dauert das Laden von Akkus mit einer Kapazität von mehr als 20 Amperestunden mit diesem Konverter sehr lange.

Dieses Gerät eignet sich am besten für Einsteiger, die darauf aufbauend ein Netzteil mit einer Ausgangsspannung von 0,8 V bis 20 V und einem Ausgangsstrom von bis zu 2 A zusammenbauen können. In diesem Fall ist eine Anpassung möglich Sowohl die Ausgangsspannung als auch der Ausgangsstrom.

Dieser Stabilisator kann bis zu 5 A aushalten, in der Praxis ist bei diesem Stromwert jedoch ein Kühlkörper erforderlich. Ohne Kühlkörper hält der Stabilisator bis zu 3 A aus.

Funktional

Der Spannungswandler XL4005 wird nicht umsonst als „geregelt“ bezeichnet. Es gibt mehrere Anpassungen. Einer der wertvollsten Vorteile ist die Möglichkeit, den Ausgangsstrom zu begrenzen. Sie können beispielsweise die Ausgangsstrombegrenzung auf 2,5 A einstellen und der Strom wird diesen Wert niemals erreichen, da es sonst sofort zu einem Spannungsabfall kommt. Dieser Schutz ist besonders wichtig beim Laden von Batterien.

Das Vorhandensein von LEDs weist auch darauf hin, dass der vorgestellte Stabilisator perfekt für Ladezwecke geeignet ist. Es gibt eine LED, die aufleuchtet, wenn der Stabilisator im Strombegrenzungsmodus arbeitet, also wenn der Ausgangsüberlastschutz eingeschaltet ist. Auf der Unterseite befinden sich zwei weitere LEDs: Eine funktioniert, wenn der Ladevorgang läuft, die andere leuchtet, wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist.

Es ist erwähnenswert, dass es sich um ein sehr erschwingliches und benutzerfreundliches Modell handelt, das der angegebenen Funktionalität voll und ganz entspricht.

Schauen wir uns nun einen teureren und funktionaleren Konverter an, der sich perfekt für komplexere und ernsthaftere Projekte eignet.

Beschreibung

Bei diesem Modell handelt es sich um einen einstellbaren Abwärtsspannungswandler mit digitaler Steuerung. Es zeichnet sich durch eine hohe Effizienz aus. Digitale Steuerung bedeutet, dass Parameter über Tasten eingestellt werden. Das Modul selbst kann in mehrere Teile unterteilt werden: DC-DC-Wandler, Stromversorgung für den Digitalteil, Messteil und Digitalteil.

Die Eingangsspannung dieses Geräts beträgt 6 V bis 32 V. Die Ausgangsspannung ist von 0 V bis 30 V einstellbar. Der Spannungseinstellschritt beträgt 0,01 V. Der Ausgangsstrom ist von 0 A bis 6 A einstellbar. Der Einstellschritt ist 0,001 A. Der Wirkungsgrad des Wandlers beträgt bis zu 92 %. Um die Drähte am Konverter zu befestigen, werden spezielle Klemmen installiert. Auch auf der Tafel befinden sich Aufschriften: Eingang +, Eingang -, Ausgang -, Ausgang +. Der Leistungsteil basiert auf dem XL4016E1-PWM-Controller. Zum Einsatz kommt eine leistungsstarke Zehn-Ampere-Diode MBR1060. Alles wird von einem 8-Bit-Mikrocontroller STM8S003F3 gesteuert. Der digitale Teil verfügt über einen UART-Anschluss.

LEDs

Zusätzlich zu den Tasten und der Anzeige verfügt dieses Gerät über drei LEDs.

Die erste (rot, out) leuchtet, wenn der Wandler Spannung an den Ausgang liefert. Die zweite LED (gelb, CC – Constant Current) leuchtet, wenn die Ausgangsstrombegrenzung ausgelöst wird. Die dritte LED (grün, CV – Konstantspannung) leuchtet, wenn der Konverter in den Spannungsbegrenzungsmodus wechselt.

Kontrollen
Die Bedienelemente werden durch vier Tasten dargestellt.

Wenn wir sie von rechts nach links betrachten, dann ist der erste Knopf „OK“, der zweite ist „oben“, der dritte ist „unten“ und der vierte ist „SET“.

Der Konverter wird durch Drücken der „OK“-Taste gestartet, wodurch das Menü aufgerufen wird. Wenn Sie die „OK“-Taste nicht loslassen, können Sie sehen, wie sich die Zahlen ändern: 0-1-2. Dies sind die drei Programme, über die dieser Konverter verfügt.

Programm „0“: Unmittelbar nach dem Anlegen der Spannung am Eingang wird die Spannung am Ausgang eingeschaltet.
Programm „1“: ermöglicht das Speichern der erforderlichen Parameter.
Programm „2“: Zeigt Parameter nach dem Einschalten automatisch an.
Um das gewünschte Programm auszuwählen, müssen Sie die „OK“-Taste loslassen, sobald die gewünschte Nummer angezeigt wird.
Dieses Gerät zeigt die Spannung relativ genau an. Möglicher Fehler bei Spannung +/-0,035 V, bei Strom +/- 0,006 A. Die Einstellung erfolgt entweder durch einmaliges Drücken der Tasten oder durch Gedrückthalten.

Es ist möglich, aktuelle Parameter anzuzeigen. Wenn Sie die „OK“-Taste erneut drücken, wird die Leistung auf der Anzeige angezeigt. Wenn Sie erneut auf die Schaltfläche „OK“ drücken, können Sie die Kapazität sehen, die der Konverter bereitgestellt hat.

Dieser Konverter ist präzise und leistungsstark und wird anspruchsvolle Aufgaben gut bewältigen.

So wählen Sie einen Spannungswandler aus

Heutzutage gibt es eine große Anzahl von Modellen verschiedener DC-DC-Wandler auf dem Markt. Am beliebtesten sind Impulswandler. Aber ihre Auswahl ist so groß, dass man leicht verwirrt werden kann. Worauf sollten Sie besonders achten?

♦ Effizienz und Temperaturbereich

Einige Konverter benötigen einen Kühlkörper, um ordnungsgemäß zu funktionieren und die angegebene Leistung zu erreichen. Andernfalls ist das Gerät zwar funktionsfähig, seine Effizienz nimmt jedoch ab. In der Regel weist ein gewissenhafter Verkäufer auf diesen Punkt in Notizen und Fußnoten hin, die nicht vernachlässigt werden sollten.

♦ Löttemperatur von oberflächenmontierten Konvertern

Diese Information in der Regel in der technischen Dokumentation angegeben.Und obwohl ein normaler Mikroschaltkreis Temperaturen von bis zu 280 °C standhalten sollte, ist es besser, diesen Punkt zu klären.

♦ Konverterabmessungen

Ein kleiner Wandler kann keine sehr hohe Leistung haben. Und obwohl sich moderne Technologien ständig verbessern, sind ihre Möglichkeiten nicht unbegrenzt. Der Konverter benötigt bestimmte Abmessungen, um die Komponenten kühl zu halten und der Belastung standzuhalten.

Heutzutage gibt es eine Vielzahl verschiedener einstellbarer Miniaturkonverter mit und ohne Anzeige, mit und ohne Zusatzfunktionen und -programmen. Solche DC-DC-Wandler können je nach Vorstellungskraft des Entwicklers für verschiedene Zwecke eingesetzt werden. Moderne Technologien ermöglichen es Ihnen, Leistung, Genauigkeit, Miniaturgröße und erschwinglichen Preis zu kombinieren.

Der LM2596 ist ein einstellbarer DC-Spannungsregler mit Schaltabwärtswandler. Hat eine hohe Effizienz. Im Vergleich zu Modulen mit Linearstabilisatoren erwärmt es sich weniger. Das Netzteil kann in den unterschiedlichsten Geräten eingesetzt werden. Zu den unbestrittenen Vorteilen gehört der Betrieb in einem spürbaren Eingangsspannungsbereich. Zusammen mit einem hohen Wirkungsgrad führt dies zu guten Ergebnissen bei der Reihenschaltung des DC-DC LM2596 mit chemischen Stromquellen. Solarplatten oder Windgeneratoren.

Durch das Hinzufügen eines Transformators, eines Gleichrichters und eines Filters zum DC-DC-Wandler LM2596 erhalten wir eine Stromversorgung. Am Eingang des Stabilisators muss die Spannung mindestens 1,5 V größer sein als die Ausgangsspannung. Wenn die Leistungsaufnahme des DC-DC LM2596 mehr als zehn W beträgt, sollten Kühlmittel verwendet werden.

Befestigungslöcher für Schrauben sind vorhanden. Es gibt keine Klemmenblöcke, die Drähte müssen angelötet werden. Unter dem Chip befinden sich Löcher mit Metallisierung zur zusätzlichen Wärmeableitung auf die Rückseite der Platine.

Spezifikationen des LM2596-Konverters

Umwandlungseffizienz (COP): bis zu 92 %
Schaltfrequenz: 150 kHz
Arbeitstemperatur: -40 bis + 85 °C
Auswirkung einer Änderung der Eingangsspannung auf den Ausgangspegel: ±0,5 %
Hält die eingestellte Spannung präzise aufrecht: ±2,5 %
Eingangsspannung: 3-40 V
Ausgangsspannung: 1,5–35 V (einstellbar)
Ausgangsstrom: nominell bis 1A, von 1 auf 2A steigt die Erwärmung spürbar, maximal 3A (zusätzlicher Heizkörper erforderlich)
Größe: 45x20x14 mm

Schematische Darstellung des LM2596-Konverters

Bei einigen Modulen ist am Eingang die Schutzdiode D1 verpolt parallel geschaltet, vergessen Sie in diesem Fall jedoch nicht, am Eingang eine Sicherung anzuschließen, die bei Verpolung durchbrennt; diese Diode schützt auch vor Spannungsspitzen an die Ausgabe.

Es gibt Optionen mit direktem Anschluss der Diode D1 (SS34, SS54) am Eingang, in der Regel handelt es sich dabei um Schottky-Dioden; diese Dioden haben zwei positive Eigenschaften: einen sehr geringen Durchlassspannungsabfall (0,2-0,4 Volt) am Verbindungspunkt und eine sehr hohe Geschwindigkeit .

Billige Module auf LM2596-Basis verfügen jedoch nicht über eine Schutzdiode; das ist einerseits ein Minus, da man den Wandler durch Verpolung am Eingang versehentlich kaputt machen kann, und andererseits ein Plus, weil Bei hohen Strömen fällt an der Diode etwas Spannung ab und die Diode erwärmt sich.

Der Anschluss des Konverters ist sehr einfach, die unstabilisierte Spannung wird an die Modulkontakte +IN, –IN (Plus bzw. Minus) angelegt und die Ausgangsspannung wird von den Platinenkontakten +OUT, -OUT abgenommen.

Auf der Rückseite befindet sich ein Pfeil, der anzeigt, in welche Richtung die Transformation geht.

Fotogallerie

Wahrscheinlich erinnern sich viele an mein Epos mit hausgemachtem Essen Laborblock Ernährung.
Aber ich wurde immer wieder nach etwas Ähnlichem gefragt, nur einfacher und günstiger.
In diesem Testbericht habe ich beschlossen, eine alternative Version eines einfachen geregelten Netzteils zu zeigen.
Kommen Sie vorbei, ich hoffe es wird interessant.

Ich habe diese Rezension lange aufgeschoben, ich hatte keine Zeit, aber ich habe es endlich geschafft.
Dieses Netzteil hat etwas andere Eigenschaften als .
Die Basis der Stromversorgung wird eine DC-DC-Abwärtswandlerplatine mit digitaler Steuerung sein.
Aber alles hat seine Zeit, und jetzt gibt es tatsächlich ein paar Standardfotos.
Der Schal kam in einer kleinen Schachtel an, nicht viel größer als eine Schachtel Zigaretten.

Darin befand sich in zwei Beuteln (noppenartig und antistatisch) die eigentliche Heldin dieses Tests, die Konverterplatine.

Die Platine hat ein recht einfaches Design, einen Leistungsteil und eine kleine Platine mit einem Prozessor (diese Platine ähnelt einer Platine eines anderen, weniger leistungsstarken Konverters), Steuertasten und einer Anzeige.

Eigenschaften dieses Boards
Eingangsspannung - 6-32 Volt
Ausgangsspannung - 0-30 Volt
Ausgangsstrom – 0–8 Ampere
Mindestauflösung der Spannungseinstellung/-anzeige – 0,01 Volt
Mindestdiskretion der Strominstallation/-anzeige – 0,001 Ampere
Diese Platine kann auch die Kapazität messen, die auf die Last und den Strom übertragen wird.
Die in der Anleitung angegebene Wandlungsfrequenz beträgt laut Controller-Datenblatt 150KHz – 300KHz, gemessen – ca. 270KHz, was deutlich näher an dem im Datenblatt angegebenen Parameter liegt.

Die Hauptplatine enthält Leistungselemente, einen PWM-Controller, eine Leistungsdiode und einen Induktor, Filterkondensatoren (470 µF x 50 Volt), eine PWM-Logik und einen Operationsverstärker-Stromversorgungscontroller, Operationsverstärker, einen Stromshunt sowie Ein- und Ausgang Klemmenblöcke.

Hinten gibt es praktisch nichts, nur ein paar Stromschienen.

Die Zusatzplatine enthält einen Prozessor, Logikchips, einen 3,3-Volt-Stabilisator zur Stromversorgung der Platine, eine Anzeige und Bedientasten.
Prozessor -
Logik - 2 Stück
Leistungsstabilisator -

Auf der Leistungsplatine sind 2 Operationsverstärker installiert (die gleichen Operationsverstärker sind im ZXY60xx installiert).
PWM-Leistungsregler des Adj-Boards selbst

Eine Mikroschaltung fungiert als Leistungs-PWM-Controller. Laut Datenblatt handelt es sich um einen 12-Ampere-PWM-Controller, der hier also nicht mit voller Leistung arbeitet, was eine gute Nachricht ist. Es ist jedoch zu bedenken, dass es besser ist, die Eingangsspannung nicht zu überschreiten, da dies ebenfalls gefährlich sein kann.
Die Beschreibung für die Platine gibt eine maximale Eingangsspannung von 32 Volt an, die Grenze für den Controller liegt bei 35 Volt.
Leistungsstärkere Wandler nutzen einen Low-Current-Controller, der einen leistungsstarken Feldeffekttransistor steuert; hier erledigt das alles ein einziger leistungsstarker PWM-Controller.
Ich entschuldige mich für die Fotos, ich konnte keine gute Qualität hinbekommen.

Die Anleitung, die ich im Internet gefunden habe, beschreibt, wie man in den Servicemodus gelangt, in dem man einige Parameter ändern kann. Um in den Servicemodus zu gelangen, müssen Sie Strom anlegen, während die OK-Taste gedrückt ist; die Zahlen 0-2 wechseln nacheinander auf dem Bildschirm; um die Einstellung zu ändern, müssen Sie die Taste loslassen, während die entsprechende Zahl angezeigt wird.
0 – Aktiviert die automatische Spannungsversorgung des Ausgangs, wenn Strom an die Platine angelegt wird.
1 – Aktivieren Sie den erweiterten Modus, in dem nicht nur Strom und Spannung, sondern auch die an die Last übertragene Kapazität und die Ausgangsleistung angezeigt werden.
2 - Automatische Auswahl der auf dem Bildschirm oder manuell angezeigten Messungen.

In der Anleitung gibt es auch ein Beispiel für das Merken der Einstellungen, da das Board die Grenze für die Einstellung von Strom und Spannung festlegen kann und über einen Einstellungsspeicher verfügt, aber auf diesen Dschungel bin ich nicht mehr eingegangen.
Auch die auf der Platine befindlichen Kontakte für den UART-Anschluss habe ich nicht angetastet, denn selbst wenn dort etwas wäre, konnte ich immer noch kein Programm für diese Platine finden.

Zusammenfassung.
Profis.
1. Ziemlich umfangreiche Möglichkeiten – Einstellen und Messen von Strom und Spannung, Messen von Kapazität und Leistung sowie das Vorhandensein eines Modus zur automatischen Spannungsversorgung des Ausgangs.
2. Der Ausgangsspannungs- und Strombereich ist für die meisten Amateuranwendungen ausreichend.
3. Die Verarbeitung ist nicht so gut, aber ohne offensichtliche Mängel.
4. Die Komponenten sind mit Reserve verbaut, PWM bei 12 Ampere bei 8 angegeben, Kondensatoren bei 50 Volt am Ein- und Ausgang, bei angegebenen 32 Volt.

Minuspunkte
1. Der Bildschirm ist sehr unpraktisch; er kann nur einen Parameter anzeigen, zum Beispiel -
0,000 - Strom
00.00 - Spannung
P00.0 – Leistung
C00.0 – Kapazität.
Bei den letzten beiden Parametern handelt es sich um einen Gleitpunkt.
2. Basierend auf dem ersten Punkt sind die Steuerungen ziemlich umständlich; ein Valcoder wäre sehr hilfreich.

Meiner Meinung.
Für den Aufbau eines einfachen geregelten Netzteils ist es eine recht gute Platine, besser und einfacher ist es jedoch, ein fertiges Netzteil zu verwenden.
Die Rezension hat mir gefallen +123 +268

Linear- und Schaltnetzteile

Beginnen wir mit den Grundlagen. Das Netzteil in einem Computer erfüllt drei Funktionen. Zunächst muss Wechselstrom aus dem Hausstromnetz in Gleichstrom umgewandelt werden. Die zweite Aufgabe des Netzteils besteht darin, die für die Computerelektronik zu hohe Spannung von 110-230 V auf die von Stromwandlern einzelner PC-Komponenten geforderten Standardwerte 12 V, 5 V und 3,3 V zu reduzieren (sowie negative Spannungen, über die wir etwas später sprechen werden) . Schließlich übernimmt das Netzteil die Rolle eines Spannungsstabilisators.

Es gibt zwei Haupttypen von Netzteilen, die die oben genannten Funktionen erfüllen: lineare und schaltende. Die einfachste lineare Stromversorgung basiert auf einem Transformator, an dem die Wechselspannung auf den erforderlichen Wert reduziert und anschließend der Strom durch eine Diodenbrücke gleichgerichtet wird.

Allerdings muss das Netzteil auch die Ausgangsspannung stabilisieren, was sowohl durch Spannungsinstabilität im Haushaltsnetz als auch durch einen Spannungsabfall als Reaktion auf einen Stromanstieg in der Last verursacht wird.

Um den Spannungsabfall zu kompensieren, werden in einer linearen Stromversorgung die Transformatorparameter so berechnet, dass überschüssige Leistung bereitgestellt wird. Dann wird bei hohem Strom die erforderliche Spannung in der Last eingehalten. Allerdings ist auch die ohne Kompensation auftretende erhöhte Spannung bei geringem Strom in der Nutzlast nicht akzeptabel. Überspannung wird beseitigt, indem eine nicht genutzte Last in den Stromkreis einbezogen wird. Im einfachsten Fall ist dies ein Widerstand oder Transistor, der über eine Zenerdiode angeschlossen ist. In einer weiterentwickelten Version wird der Transistor von einer Mikroschaltung mit Komparator gesteuert. Wie dem auch sei, überschüssige Leistung wird einfach als Wärme abgegeben, was sich negativ auf die Effizienz des Geräts auswirkt.

Im Schaltnetzteil erscheint neben den beiden bereits vorhandenen Variablen Eingangsspannung und Lastwiderstand noch eine weitere Variable, von der die Ausgangsspannung abhängt. Es gibt einen Schalter in Reihe mit der Last (in unserem Fall handelt es sich um einen Transistor), der von einem Mikrocontroller im Pulsweitenmodulationsmodus (PWM) gesteuert wird. Je höher die Dauer der offenen Zustände des Transistors im Verhältnis zu ihrer Periode ist (dieser Parameter wird als Arbeitszyklus bezeichnet, in der russischen Terminologie wird der umgekehrte Wert verwendet - Arbeitszyklus), desto höher ist die Ausgangsspannung. Aufgrund des Vorhandenseins eines Schalters wird ein Schaltnetzteil auch als Switched-Mode Power Supply (SMPS) bezeichnet.

Durch einen geschlossenen Transistor fließt kein Strom und der Widerstand eines offenen Transistors ist idealerweise vernachlässigbar. In Wirklichkeit hat ein offener Transistor einen Widerstand und gibt einen Teil der Leistung als Wärme ab. Darüber hinaus ist der Übergang zwischen den Transistorzuständen nicht vollkommen diskret. Dennoch kann der Wirkungsgrad einer gepulsten Stromquelle 90 % überschreiten, während der Wirkungsgrad eines linearen Netzteils mit Stabilisator bestenfalls 50 % erreicht.

Ein weiterer Vorteil von Schaltnetzteilen ist die drastische Reduzierung von Größe und Gewicht des Transformators im Vergleich zu linearen Netzteilen gleicher Leistung. Es ist bekannt, dass die erforderliche Kerngröße und die Anzahl der Wicklungswindungen umso kleiner sind, je höher die Frequenz des Wechselstroms in der Primärwicklung eines Transformators ist. Daher wird der Schlüsseltransistor in der Schaltung nicht hinter, sondern vor dem Transformator platziert und dient neben der Spannungsstabilisierung der Erzeugung von hochfrequentem Wechselstrom (bei Computer-Netzteilen sind dies 30 bis 100 kHz und höher). in der Regel etwa 60 kHz). Ein Transformator, der mit einer Netzfrequenz von 50–60 Hz betrieben wird, wäre im Vergleich zur Leistung, die ein Standardcomputer benötigt, zehnmal so groß.

Heutzutage werden lineare Netzteile hauptsächlich bei Anwendungen mit geringer Leistung eingesetzt, bei denen die relativ komplexe Elektronik, die für ein Schaltnetzteil erforderlich ist, im Vergleich zu einem Transformator einen empfindlicheren Kostenfaktor darstellt. Dabei handelt es sich beispielsweise um 9-V-Netzteile, die für Gitarren-Effektpedale verwendet werden, und zwar einmal für Spielekonsole usw. Aber Ladegeräte für Smartphones sind bereits völlig ausgelastet – hier sind die Kosten gerechtfertigt. Aufgrund der deutlich geringeren Amplitude der Spannungswelligkeit am Ausgang werden lineare Netzteile auch dort eingesetzt, wo diese Qualität gefragt ist.

⇡ Allgemeines Diagramm eines ATX-Netzteils

Das Netzteil eines Desktop-Computers ist ein Schaltnetzteil, dessen Eingang mit Haushaltsspannung mit den Parametern 110/230 V, 50-60 Hz versorgt wird und dessen Ausgang über eine Reihe von Gleichstromleitungen verfügt, von denen die wichtigsten Nennleitungen sind 12, 5 und 3,3 V Zusätzlich stellt das Netzteil eine für den ISA-Bus notwendige Spannung von -12 V und teilweise auch eine Spannung von -5 V bereit. Letzteres wurde jedoch irgendwann aus dem ATX-Standard ausgeschlossen, da die Unterstützung für ISA selbst eingestellt wurde.

Im oben dargestellten vereinfachten Diagramm eines Standard-Schaltnetzteils lassen sich vier Hauptstufen unterscheiden. In der gleichen Reihenfolge betrachten wir die Komponenten der Netzteile in den Testberichten, nämlich:

EMI-Filter – elektromagnetische Störungen (RFI-Filter);
Primärkreis - Eingangsgleichrichter (Gleichrichter), Schlüsseltransistoren (Umschalter), die einen hochfrequenten Wechselstrom an der Primärwicklung des Transformators erzeugen;
Haupttransformator;
Sekundärkreis - Stromgleichrichter aus der Sekundärwicklung des Transformators (Gleichrichter), Glättungsfilter am Ausgang (Filterung).

⇡ EMF-Filter

Der Filter am Netzteileingang dient zur Unterdrückung zweier Arten elektromagnetischer Störungen: Differenzial (Differentialmodus) – wenn der Störstrom in den Stromleitungen in verschiedene Richtungen fließt, und Gleichtakt – wenn der Strom in eine Richtung fließt.

Differenzielles Rauschen wird durch den parallel zur Last geschalteten Kondensator CX (der große gelbe Filmkondensator auf dem Foto oben) unterdrückt. Manchmal ist an jedem Draht zusätzlich eine Drossel angebracht, die die gleiche Funktion erfüllt (nicht im Diagramm).

Der Gleichtaktfilter besteht aus CY-Kondensatoren (blaue tropfenförmige Keramikkondensatoren auf dem Foto), die die Stromleitungen an einem gemeinsamen Punkt usw. mit Erde verbinden. eine Gleichtaktdrossel (im Diagramm LF1), deren Strom in beiden Wicklungen in die gleiche Richtung fließt und so einen Widerstand für Gleichtaktstörungen schafft.

In billigen Modellen werden sie eingebaut Mindestsatz Filterteile, in teureren bilden die beschriebenen Schaltkreise sich wiederholende (ganz oder teilweise) Verbindungen. In der Vergangenheit war es keine Seltenheit, Netzteile ohne EMI-Filter zu sehen. Nun ist dies eher eine merkwürdige Ausnahme, auch wenn man ein sehr günstiges Netzteil kauft, kann man dennoch auf eine solche Überraschung stoßen. Dadurch leidet nicht nur und nicht so sehr der Computer selbst, sondern auch andere Geräte, die an das Haushaltsnetzwerk angeschlossen sind – Schaltnetzteile sind eine starke Störquelle.

Im Filterbereich eines guten Netzteils finden sich mehrere Teile, die das Gerät selbst oder seinen Besitzer vor Schäden schützen. Als Kurzschlussschutz gibt es fast immer eine einfache Sicherung (F1 im Diagramm). Beachten Sie, dass beim Auslösen der Sicherung das geschützte Objekt nicht mehr die Stromversorgung ist. Tritt ein Kurzschluss auf, bedeutet dies, dass die Schlüsseltransistoren bereits durchgebrochen sind und es gilt, zumindest einen Brand der elektrischen Leitungen zu verhindern. Wenn eine Sicherung im Netzteil plötzlich durchbrennt, ist der Austausch durch eine neue höchstwahrscheinlich sinnlos.

Dagegen ist ein gesonderter Schutz vorgesehen kurzfristigÜberspannungen mithilfe eines Varistors (MOV – Metalloxid-Varistor). Es gibt jedoch keinen Schutz vor längeren Spannungsanstiegen in Computer-Netzteilen. Diese Funktion übernehmen externe Stabilisatoren mit eigenem Transformator im Inneren.

Der Kondensator im PFC-Schaltkreis nach dem Gleichrichter kann nach der Trennung vom Stromnetz eine erhebliche Ladung behalten. Um zu verhindern, dass eine unvorsichtige Person, die ihren Finger in den Stromanschluss steckt, einen Stromschlag bekommt, ist zwischen den Drähten ein hochwertiger Entladewiderstand (Bleederwiderstand) installiert. In einer ausgefeilteren Version – zusammen mit einer Steuerschaltung, die verhindert, dass Ladung austritt, wenn das Gerät in Betrieb ist.

Übrigens, das Vorhandensein eines Filters im PC-Netzteil (und im Monitor-Netzteil und fast jedem). Computerausrüstung es ist auch dort) bedeutet, dass der Kauf eines separaten " Netzwerkfilter„anstelle eines normalen Verlängerungskabels im Allgemeinen ohne Erfolg. In ihm ist alles gleich. Einzige Voraussetzung ist in jedem Fall eine normale dreipolige Verkabelung mit Erdung. Andernfalls können die an Masse angeschlossenen CY-Kondensatoren ihre Funktion einfach nicht erfüllen.

⇡ Eingangsgleichrichter

Nach dem Filter wird der Wechselstrom mithilfe einer Diodenbrücke in Gleichstrom umgewandelt – meist in Form einer Baugruppe in einem gemeinsamen Gehäuse. Ein separater Kühler zur Kühlung der Brücke ist sehr willkommen. Eine aus vier diskreten Dioden zusammengesetzte Brücke ist ein Merkmal billiger Netzteile. Sie können auch fragen, für welchen Strom die Brücke ausgelegt ist, um festzustellen, ob sie mit der Leistung des Netzteils selbst übereinstimmt. Allerdings gibt es für diesen Parameter in der Regel einen guten Spielraum.

⇡ Aktiver PFC-Block

In einem Wechselstromkreis mit einer linearen Last (z. B. einer Glühbirne oder einem Elektroherd) folgt der Stromfluss derselben Sinuswelle wie die Spannung. Bei Geräten, die über einen Eingangsgleichrichter verfügen, wie beispielsweise Schaltnetzteilen, ist dies jedoch nicht der Fall. Das Netzteil leitet den Strom in kurzen Impulsen weiter, die ungefähr zeitlich mit den Spitzen der Spannungssinuswelle (d. h. der maximalen Momentanspannung) zusammenfallen, wenn der Glättungskondensator des Gleichrichters aufgeladen wird.

Das verzerrte Stromsignal wird in mehrere harmonische Schwingungen in der Summe einer Sinuskurve einer bestimmten Amplitude zerlegt (das ideale Signal, das bei einer linearen Last auftreten würde).

Leistung, die zur Leistung verwendet wird nützliche Arbeit(bei dem es sich tatsächlich um die Erwärmung von PC-Komponenten handelt), wird in den Eigenschaften des Netzteils angezeigt und als aktiv bezeichnet. Die verbleibende Leistung, die durch harmonische Schwingungen des Stroms erzeugt wird, wird als Blindleistung bezeichnet. Es leistet keine nützliche Arbeit, sondern erhitzt die Drähte und belastet Transformatoren und andere Energieanlagen.

Die Vektorsumme aus Blind- und Wirkleistung wird als Scheinleistung bezeichnet. Und das Verhältnis von Wirkleistung zur Gesamtleistung nennt man Leistungsfaktor – nicht zu verwechseln mit Wirkungsgrad!

Ein Schaltnetzteil hat zunächst einen eher niedrigen Leistungsfaktor – etwa 0,7. Für einen privaten Verbraucher stellt Blindleistung kein Problem dar (wird von Stromzählern glücklicherweise nicht berücksichtigt), es sei denn, er nutzt eine USV. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung ist für die volle Leistung der Last verantwortlich. Auf der Ebene eines Büro- oder Stadtnetzes führt die durch die Umschaltung der Stromversorgung entstehende überschüssige Blindleistung bereits zu einer deutlichen Verschlechterung der Qualität der Stromversorgung und verursacht Kosten, weshalb aktiv dagegen vorgegangen wird.

Insbesondere die überwiegende Mehrheit der Computer-Netzteile ist mit Schaltkreisen zur aktiven Leistungsfaktorkorrektur (Active PFC) ausgestattet. Ein Gerät mit aktivem PFC lässt sich leicht an einem einzigen großen Kondensator und einer Induktivität erkennen, die hinter dem Gleichrichter installiert sind. Im Wesentlichen ist Active PFC ein weiterer Impulswandler, der eine konstante Ladung des Kondensators mit einer Spannung von etwa 400 V aufrechterhält. Dabei wird Strom aus dem Versorgungsnetz in kurzen Impulsen verbraucht, deren Breite so gewählt ist, dass das Signal wird durch eine Sinuswelle angenähert – was zur Simulation einer linearen Belastung erforderlich ist. Um das Stromverbrauchssignal mit der Spannungssinuskurve zu synchronisieren, verfügt der PFC-Controller über eine spezielle Logik.

Die aktive PFC-Schaltung enthält einen oder zwei Schlüsseltransistoren und eine leistungsstarke Diode, die auf demselben Kühlkörper wie die Schlüsseltransistoren des Hauptstromversorgungswandlers platziert sind. In der Regel sind der PWM-Controller des Hauptwandlerschlüssels und der aktive PFC-Schlüssel ein Chip (PWM/PFC Combo).

Der Leistungsfaktor von Schaltnetzteilen mit aktiver PFC erreicht 0,95 und mehr. Darüber hinaus haben sie einen weiteren Vorteil: Sie benötigen keinen 110/230 V-Netzschalter und keinen entsprechenden Spannungsverdoppler im Netzteil. Die meisten PFC-Schaltungen verarbeiten Spannungen von 85 bis 265 V. Darüber hinaus wird die Empfindlichkeit des Netzteils gegenüber kurzzeitigen Spannungseinbrüchen verringert.

Neben der aktiven PFC-Korrektur gibt es übrigens auch eine passive, bei der eine hochinduktive Induktivität in Reihe mit der Last eingebaut wird. Sein Wirkungsgrad ist gering, was in einem modernen Netzteil kaum zu finden ist.

⇡ Hauptkonverter

Das allgemeine Funktionsprinzip aller Impulsstromversorgungen mit isolierter Topologie (mit Transformator) ist das gleiche: Ein Schlüsseltransistor (oder Transistoren) erzeugt Wechselstrom an der Primärwicklung des Transformators, und der PWM-Controller steuert den Arbeitszyklus von ihr Wechsel. Bestimmte Schaltkreise unterscheiden sich jedoch sowohl in der Anzahl der Schlüsseltransistoren und anderen Elementen als auch in den qualitativen Eigenschaften: Effizienz, Signalform, Rauschen usw. Aber auch hier hängt zu viel von der spezifischen Implementierung ab, als dass es sich lohnt, sich darauf zu konzentrieren. Für Interessierte stellen wir eine Reihe von Diagrammen und eine Tabelle zur Verfügung, mit denen Sie sie anhand der Zusammensetzung der Teile in bestimmten Geräten identifizieren können.

	Transistoren	Dioden	Kondensatoren	Primärzweige des Transformators
Einzeltransistor-Weiterleitung	1	1	1	4
	2	2	0	2
	2	0	2	2
	4	0	0	2
	2	0	0	3

Zusätzlich zu den aufgeführten Topologien gibt es in teuren Netzteilen resonante Versionen der Halbbrücke, die leicht an einer zusätzlichen großen Induktivität (oder zwei) und einem Kondensator zu erkennen sind, die einen Schwingkreis bilden.

Einzeltransistor-Weiterleitung

⇡ Sekundärkreis

Der Sekundärkreis ist alles, was nach der Sekundärwicklung des Transformators kommt. In den meisten modernen Netzteilen verfügt der Transformator über zwei Wicklungen: Von einer Wicklung werden 12 V und von der anderen 5 V abgenommen. Der Strom wird zunächst mithilfe einer Anordnung aus zwei Schottky-Dioden gleichgerichtet – eine oder mehrere pro Bus (auf der höchsten Seite). geladener Bus - 12 V - in leistungsstarken Netzteilen gibt es vier Baugruppen). Effizienter im Hinblick auf den Wirkungsgrad sind Synchrongleichrichter, die Feldeffekttransistoren anstelle von Dioden verwenden. Dies ist jedoch das Vorrecht wirklich fortschrittlicher und teurer Netzteile, die das 80 PLUS Platinum-Zertifikat beanspruchen.

Die 3,3-V-Schiene wird normalerweise von derselben Wicklung wie die 5-V-Schiene angetrieben, nur die Spannung wird mithilfe einer sättigbaren Induktivität (Mag Amp) heruntertransformiert. Eine spezielle Wicklung an einem Transformator für eine Spannung von 3,3 V ist eine exotische Option. Von den negativen Spannungen im aktuellen ATX-Standard verbleiben nur noch -12 V, die über separate Schwachstromdioden aus der Sekundärwicklung unter dem 12-V-Bus entfernt werden.

Die PWM-Steuerung des Wandlerschlüssels ändert die Spannung an der Primärwicklung des Transformators und damit an allen Sekundärwicklungen gleichzeitig. Gleichzeitig ist der Stromverbrauch des Computers keineswegs gleichmäßig auf die Stromversorgungsbusse verteilt. In moderner Hardware ist der am stärksten belastete Bus 12 V.

Um Spannungen auf verschiedenen Bussen getrennt zu stabilisieren, sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Die klassische Methode besteht in der Verwendung einer Gruppenstabilisierungsdrossel. Drei Hauptbusse werden durch seine Wicklungen geführt, und wenn der Strom auf einem Bus ansteigt, sinkt die Spannung auf den anderen. Nehmen wir an, der Strom auf dem 12-V-Bus hat zugenommen, und um einen Spannungsabfall zu verhindern, hat der PWM-Controller das Tastverhältnis der Schlüsseltransistoren reduziert. Dadurch konnte die Spannung am 5-V-Bus über die zulässigen Grenzen hinausgehen, wurde aber durch die Gruppenstabilisierungsdrossel unterdrückt.

Die Spannung am 3,3-V-Bus wird zusätzlich durch eine weitere sättigungsfähige Induktivität geregelt.

Eine weiterentwickelte Version bietet eine separate Stabilisierung der 5- und 12-V-Busse durch sättigbare Drosseln, doch mittlerweile ist dieses Design den DC-DC-Wandlern in teuren hochwertigen Netzteilen gewichen. Im letzteren Fall verfügt der Transformator über eine einzige Sekundärwicklung mit einer Spannung von 12 V und die Spannungen 5 V und 3,3 V werden dank DC-DC-Wandlern erhalten. Diese Methode ist für die Spannungsstabilität am günstigsten.

Ausgabefilter

Die letzte Stufe an jedem Bus ist ein Filter, der die von den Tastentransistoren verursachte Spannungswelligkeit glättet. Darüber hinaus dringen die Pulsationen des Eingangsgleichrichters, deren Frequenz doppelt so hoch ist wie die Frequenz des Versorgungsnetzes, in gewissem Maße in den Sekundärkreis des Netzteils ein.

Der Welligkeitsfilter umfasst eine Drossel und große Kondensatoren. Hochwertige Netzteile zeichnen sich durch eine Kapazität von mindestens 2.000 uF aus, Hersteller günstiger Modelle haben jedoch Einsparungsreserven, wenn sie beispielsweise Kondensatoren mit halbem Nennwert einbauen, was sich zwangsläufig auf die Welligkeitsamplitude auswirkt.

⇡ Standby-Stromversorgung +5VSB

Eine Beschreibung der Stromversorgungskomponenten wäre unvollständig, ohne die 5-V-Standby-Spannungsquelle zu erwähnen, die den Schlafmodus des PCs ermöglicht und den Betrieb aller Geräte gewährleistet, die jederzeit eingeschaltet sein müssen. Die Stromversorgung des „Dienstzimmers“ erfolgt über einen separaten Impulsumrichter mit Kleintransformator. In manchen Netzteilen ist zusätzlich ein dritter Transformator im Stromkreis verbaut Rückmeldung um den PWM-Controller vom Primärkreis des Hauptumrichters zu isolieren. In anderen Fällen wird diese Funktion von Optokopplern (einer LED und einem Fototransistor in einem Gehäuse) übernommen.

⇡ Methodik zum Testen von Netzteilen

Einer der Hauptparameter der Stromversorgung ist die Spannungsstabilität, die sich in der sogenannten widerspiegelt. Querlastcharakteristik. KNH ist ein Diagramm, bei dem auf einer Achse der Strom bzw. die Leistung auf dem 12-V-Bus und auf der anderen der Gesamtstrom bzw. die Gesamtleistung auf dem 3,3- und 5-V-Bus aufgetragen ist. An den Schnittpunkten bei unterschiedliche Bedeutungen Beide Größen bestimmen die Spannungsabweichung vom Nennwert auf einem bestimmten Bus. Dementsprechend veröffentlichen wir zwei verschiedene KNHs – für den 12-V-Bus und für den 5/3,3-V-Bus.

Die Farbe des Punktes gibt den Prozentsatz der Abweichung an:

grün: ≤ 1 %;
hellgrün: ≤ 2 %;
gelb: ≤ 3 %;
orange: ≤ 4 %;
rot: ≤ 5 %.
Weiß: > 5 % (nach ATX-Standard nicht zulässig).

Um KNH zu erhalten, wird ein speziell angefertigter Netzteilprüfstand verwendet, der durch Wärmeableitung an leistungsstarke Feldeffekttransistoren eine Last erzeugt.

Ein weiterer ebenso wichtiger Test ist die Bestimmung der Welligkeitsamplitude am Netzteilausgang. Der ATX-Standard erlaubt eine Welligkeit innerhalb von 120 mV für einen 12-V-Bus und 50 mV für einen 5-V-Bus. Dabei wird zwischen hochfrequenter Welligkeit (bei doppelter Frequenz des Hauptumrichterschalters) und niederfrequenter (bei doppelter Frequenz) unterschieden Frequenz des Versorgungsnetzes).

Wir messen diesen Parameter mit einem Hantek DSO-6022BE USB-Oszilloskop bei Maximale Last an einem durch Spezifikationen spezifizierten Netzteil. Im Oszillogramm unten entspricht der grüne Graph dem 12-V-Bus, der gelbe Graph entspricht 5 V. Es ist zu erkennen, dass die Welligkeit innerhalb normaler Grenzen liegt, sogar mit einem Spielraum.

Zum Vergleich präsentieren wir ein Bild von Wellen am Ausgang des Netzteils eines alten Computers. Dieser Block war anfangs nicht besonders gut, aber er hat sich im Laufe der Zeit sicherlich nicht verbessert. Gemessen an der Größe der niederfrequenten Welligkeit (beachten Sie, dass die Spannungsdurchlaufteilung auf 50 mV erhöht wird, um den Schwingungen auf dem Bildschirm gerecht zu werden) ist der Glättungskondensator am Eingang bereits unbrauchbar geworden. Die Hochfrequenzwelligkeit auf dem 5-V-Bus liegt an der Grenze der zulässigen 50 mV.

Der folgende Test bestimmt den Wirkungsgrad des Geräts bei einer Belastung von 10 bis 100 % der Nennleistung (durch Vergleich der Ausgangsleistung mit der mit einem Haushaltswattmeter gemessenen Eingangsleistung). Zum Vergleich zeigt die Grafik die Kriterien für die verschiedenen 80 PLUS-Kategorien. Dies stößt heutzutage jedoch nicht auf großes Interesse. Die Grafik zeigt die Ergebnisse des Top-End-Netzteils von Corsair im Vergleich zum sehr günstigen Antec-Netzteil, und der Unterschied ist nicht so groß.

Ein drängenderes Problem für den Nutzer ist die Geräuschentwicklung des eingebauten Lüfters. Eine direkte Messung in der Nähe des tosenden Netzteilprüfstands ist nicht möglich, daher messen wir die Drehzahl des Laufrads mit einem Lasertachometer – auch bei einer Leistung von 10 bis 100 %. Die folgende Grafik zeigt, dass bei geringer Belastung dieses Netzteils der 135-mm-Lüfter auf niedriger Drehzahl bleibt und kaum hörbar ist. Bei maximaler Belastung ist das Geräusch bereits spürbar, der Pegel ist aber noch durchaus akzeptabel.

Schaltnetzteile bieten einen höheren Wirkungsgrad als herkömmliche lineare Netzteile. Sie können die Spannung erhöhen, verringern und umkehren. Einige Geräte trennen die Ausgangsspannung von der Eingangsspannung.

Allgemeines Konzept von DC-DC-Wandlern

Linearregler, die in Transformator-Netzteilen verwendet werden, halten dank eines Schaltungselements, beispielsweise eines Transistors, an dem Überspannung anliegt, eine konstante Ausgangsspannung aufrecht. Das Steuersystem überwacht ständig die Ausgangsspannung und korrigiert ihren Abfall an diesem Element.

Linearstabilisatoren haben einige Vorteile:

keine Einmischung;
niedriger Preis und einfache Bedienung.

Doch ein solches Gerät ist nicht ohne Nachteile:

Überspannung wird in Wärme umgewandelt;
Es gibt keine Möglichkeit, die Spannung zu erhöhen.

Impuls-Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler sind Schaltkreise, die in der Lage sind, mithilfe von Spulen und Kondensatoren einen Spannungspegel in einen anderen umzuwandeln, in ihnen vorübergehend Energie zu speichern und sie so zu entladen, dass die endgültigen gewünschten Signalpegel erreicht werden.

Funktionsprinzip eines Pulsumrichters

Grundlage für den Betrieb vieler Wandler ist das Phänomen der Selbstinduktion. Nehmen wir an, es gibt eine Induktivität, durch die ein Gleichstrom fließt. Wenn der Stromfluss plötzlich unterbrochen wird, entsteht in dem um die Spule induzierten Magnetfeld eine selbstinduzierte EMK und dementsprechend entsteht an ihren Anschlüssen eine Spannung mit umgekehrter Polarität.

Wichtig! Durch Steuerung des Stroms und der Schaltzeit des Stromkreises kann die Selbstinduktionsspannung angepasst werden.

Ein Schaltwandler ist ein elektronischer Schaltkreis, der eine Spule enthält, die zyklisch an eine Stromquelle angeschlossen und wieder getrennt wird.

Addiert man die induzierte Spannung zur Eingangsspannung, erhält man einen Hochsetzsteller;
Wenn die Spule eingeschaltet wird, sodass die in ihr induzierte Spannung von der IP-Spannung abgezogen wird, entsteht ein Spannungsreduzierungskreis.

Da die Spule zyklisches Laden erfordert, ist in der Schaltung ein Kondensator erforderlich, um das Signal zu filtern und eine konstante Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten.

Wichtig! Die Filterung ist nicht perfekt – die Ausgangsspannung ist immer gepulst. Ein zu hoher Pegel dieses Rauschens kann zu Fehlfunktionen der Schaltung führen, beispielsweise zum Einfrieren des Mikrocontrollers.

Parameter von Impulswandlern

Basic technische Eigenschaften Vom Hersteller angegebene Geräte:

Ausgangsspannung. Kann fest (nicht einstellbar) oder innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt werden. Bei möglichen Abweichungen muss der Hersteller deren Grenzwerte angeben, zum Beispiel 5V +/- 0,2 V;
Maximaler Ausgangsstrom;
Eingangsspannung;
Effizienz. Darunter versteht man das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung. Der Unterschied besteht in den Verlusten, die in Form von Wärme freigesetzt werden. Der Indikator wird in Prozent ausgedrückt. Je näher an 100 %, desto besser.

Wichtig! Effizienz hängt auch von den Arbeitsbedingungen ab. Deshalb sollten Sie die Hinweise in den Herstellerkatalogen für Diagramme sorgfältig studieren. Es kann sich herausstellen, dass ein sehr teurer Wandler schlechtere Parameter aufweist als viel billigere, die für den Betrieb bei einer anderen Versorgungsspannung optimiert sind.

Die Eingangsspannung kann je nach Wechselrichtertyp betragen:

unter dem Ausgang, wenn die Schaltung verstärkt;
höher als der Ausgang, wenn der Wandler ein Tiefsetzsteller ist;
höher oder niedriger, aber innerhalb eines Bereichs (sepisch).

Aufwärtswandler sind unverzichtbar, wenn Sie die Spannung erhöhen müssen. Nehmen wir an, das Gerät verfügt über einen 3,6-V-Lithium-Ionen-Akku und ein LCD-Display, das für 5-V-Strom ausgelegt ist.

Wichtig! Im Allgemeinen erfolgt eine Erhöhung der Spannung mit geringerer Effizienz als eine Verringerung. Daher ist es besser, eine Hochspannungsquelle zu haben, die auf die richtige Spannung reduziert wird, und nicht umgekehrt.

Bei der dritten Konfiguration kann die Eingangsspannung schwanken, die Entscheidung, sie zu erhöhen oder zu verringern, trifft die Schaltung selbst, um ein stabiles Ausgangssignal zu erhalten. Diese Wandler sind ideal für den Betrieb in Stromkreisen, in denen die Versorgungsspannung kaum von der gewünschten abweicht. Auch wenn die Bandbreite der Regulierung groß sein kann. Zum Beispiel am Eingang - 4-35 V, am Ausgang - 1,23-32 V.

Da die Verlustleistung gering ist, eignet sich der Gleichspannungswandler gut für Stromkreise, die mit Niederspannungsbatterien betrieben werden. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn die Steuerelektronik mit 5 V und die Aktoren mit einer 12 V-Batterie versorgt werden.

Geht man davon aus, dass die Steuerelektronik einen Strom von 200 mA zieht, dann beträgt die Leistungsaufnahme 5 V x 200 mA = 1 W. Bei Verwendung eines 7805-Reglers zur Spannungsreduzierung beträgt die von der Batterie verbrauchte Leistung 12 V x 200 mA = 2,4 W. Die Leistung, die der Receiver nicht aufnimmt, 1,4 W, wird in Wärme umgewandelt. Der Stabilisator wird sich stark erwärmen.

Bei Verwendung eines Pulsumrichters mit 90 % Wirkungsgrad beträgt die aus der Batterie aufgenommene Leistung 1,11 W. Die Verluste betragen nur 0,11 W. Die Temperatur des Moduls steigt nahezu unmerklich an.

Zusätzlich zu den drei Arten von Gleichspannungswandlern gibt es auch invertierende Wandler, die die Polarität des Ausgangssignals ändern. Diese Schaltung wird zur Stromversorgung von Operationsverstärkern benötigt.

Pulsweitenmodulation

Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine Art Signal, mit dem die an eine Last gesendete Energiemenge geändert wird. Es wird häufig in digitalen Schaltkreisen verwendet, die ein analoges Signal emulieren müssen.

Die erzeugten Impulse sind rechteckig, deren relative Breite im Vergleich zur Periode variieren kann. Das Ergebnis dieses Verhältnisses wird als Arbeitszyklus bezeichnet und seine Einheiten werden in Prozent angegeben:

D = t/T x 100 %, wobei:

D – Arbeitszyklus;
t – Zeitpunkt, zu dem das Signal positiv ist;
T – Punkt.

Der Arbeitszyklus wird so variiert, dass der Durchschnittswert des Signals eine ungefähre zu erhaltende Spannung darstellt. Durch Ändern des Wertes von D können Sie den Tastentransistor steuern, der in fast allen Impulswandlerschaltungen verwendet wird.

Der Grundschaltkreis besteht aus einer Induktivität, einem Kondensator, einer Diode und einem Schalttransistor. Der Transistor dient zum Schalten eines Signals mit hoher Frequenz und wird mittels PWM angesteuert. Der Arbeitszyklus D legt die Öffnungs- und Schließzeit des Transistors fest.

Wenn der Transistor eingeschaltet ist, fließt Strom durch die Spule, den Lastwiderstand und den Kondensator. Im Induktor und Kondensator sammelt sich Energie an und der Strom steigt nicht abrupt, sondern allmählich an. Zu diesem Zeitpunkt ist die Diode gesperrt;
Wenn ein bestimmter Spannungspegel erreicht ist, der die Steuerparameter des Transistors bestimmt, schaltet sich der Transistor aus, aber aufgrund der Selbstinduktions-EMK in der Induktivität beginnt der Strom durch den unter Beteiligung der offenen Diode gebildeten Stromkreis zu fließen , da sich die Polarität an der Spule geändert hat. In diesem Fall nimmt der Strom langsam mit einer Rate von Uout/L ab.

Durch Anpassen der Steuerung des Transistors können Sie den erforderlichen Spannungspegel erreichen, der jedoch nicht höher als der Eingang sein darf.

Schnellumrechner

Seine Schaltung enthält die gleichen Elemente wie das Abwärtsgerät, ihre Verbindung ist jedoch unterschiedlich. Das Öffnen des Transistors wird weiterhin durch die PWM-Einstellungen gesteuert.

Wenn der Transistor geöffnet ist, fließt Strom durch die Induktivität und den Transistor. Der Strom in der Spule steigt mit der Rate Vin/L und sie speichert Energie. In diesem Stadium ist die Diode geschlossen, um zu verhindern, dass der Ausgangskondensator über den Transistor entladen wird, der wiederum den Lastwiderstand versorgt;
Wenn die Spannung abnimmt, weniger ein bestimmtes Niveau Der Transistor wird durch ein Steuersignal ausgeschaltet. Die Diode öffnet und der Ausgangskondensator wird aufgeladen. Die Eingangsspannung addiert sich zur an der Spule erzeugten Spannung und das Ausgangssignal ist höher;
Bei Erreichen der vorgegebenen Spannungsgrenzen öffnet der Thyristor wieder und der Zyklus wiederholt sich.

Bei SEPIC-Wandlern ist die Schaltung nach einem kombinierten Prinzip aufgebaut. Darin sind ein weiterer Induktor und ein Kondensator verbaut. Die Komponenten L1 und C2 erhöhen die Spannung, L2 und C1 verringern die Spannung.

Spannungswandler mit galvanischer Trennung

Isolierte Gleichstromwandler werden in einer Vielzahl von Anwendungen benötigt, darunter Leistungsmessung, industrielle speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Netzteile mit isolierten Bipolartransistoren (IGBT) usw. Sie werden zur galvanischen Trennung sowie zur Verbesserung der Sicherheit und Störfestigkeit eingesetzt.

Abhängig von der Genauigkeit der Ausgangsspannungsregelung,Gleichstrom Gleichstrom Konverter mit galvanischer Trennungsind in drei Kategorien unterteilt:

einstellbar;
unreguliert;
halbverstellbar.

Bei solchen Geräten ist der Eingangskreis vom Ausgangskreis isoliert. Die einfachste Schaltung eines Durchflusswandlers besteht aus zwei isolierten Schaltkreisen: In einem gibt es einen Schlüsseltransistor und einen Transformator, im anderen gibt es eine Induktivität, einen Kondensator und einen Lastwiderstand. An den Transistor wird ein Impulssteuersignal mit dem Tastverhältnis D angelegt.

Wenn der Transistor geöffnet ist, lässt die Diode VD Strom durch und D1 ist gesperrt. Strom fließt durch den Stromkreis durch die Spule, den Kondensator und die Last. In der Spule wird Energie gespeichert;
Wenn der Transistor ausgeschaltet wird, ändert die Spannung an den Transformatorwicklungen das Vorzeichen, sodass VD schließt und D1 beginnt, Strom zu leiten, der entlang des Stromkreises zwischen Spule, D1, Kondensator und Lastwiderstand fließt. Die Ausgangsspannung beträgt:

Uout = (w2/w1) x D, wobei w2, w1 – die Anzahl der Windungen der beiden Wicklungen des Transformators.

So funktioniert eine Vorwärts-Single-Ended-Wandlerschaltung. Es gibt Flyback- und Push-Pull-Schaltungen, bei denen während beider Wandlungszyklen Energie an den Ausgang geliefert wird. Um Verluste zu reduzieren, werden MOS-Transistoren anstelle von Dioden verwendet.