Uveďte příklad pro ilustraci rozdílu mezi spínaným zdrojem a normálním zdrojem
Technologie spínaných napájecích zdrojů se neustále vyvíjí spolu s pokrokem a inovacemi technologie výkonové elektroniky. Spínané zdroje jsou díky svým kompaktním rozměrům, nízké hmotnosti a vysoké účinnosti v současnosti využívány prakticky ve všech elektronických zařízeních. Vzhledem k rychlému rozvoji současného odvětví elektronických informací jde o základní techniku napájení.
Moderní výkonová elektronika využívá spínané zdroje k regulaci časového poměru zapínání a vypínání za účelem udržení konstantního výstupního napětí. Hlavní součásti spínaného zdroje jsou MOSFET a PWM řídicí IC. Spínaný zdroj a lineární zdroj spolu souvisí. Spínací elektronka se používá k ovládání zapínání a vypínání proudu pro vytvoření vysokofrekvenčního pulzního proudu poté, co její vstupní svorka přímo usměrňuje střídavý proud na stejnosměrný proud při provozu pod vlivem vysokofrekvenčního oscilačního obvodu. K zajištění stabilního nízkonapěťového stejnosměrného proudu se používá induktor.
Typicky MOSFET plus řídicí IC s pulzně šířkovou modulací tvoří spínaný napájecí zdroj. Spínané zdroje se stávají stále běžnějšími s pokrokem a inovacemi technologie výkonové elektroniky kvůli jejich malým rozměrům, nízké hmotnosti a vysoké účinnosti, což dokazuje jejich význam.
Spínané napájecí zdroje lze obecně rozdělit do tří skupin podle toho, jak jsou spínací zařízení zapojena v obvodu: sériové spínané napájecí zdroje, paralelní spínané napájecí zdroje a transformátorové spínané napájecí zdroje. Spínaný napájecí zdroj transformátorového typu lze dále rozdělit na push-pull, poloviční můstek, plný můstek a další varianty. Lze jej rozdělit do čtyř kategorií: dopředný typ, typ zpětného buzení, typ s jedním buzením a typ s dvojitým buzením v závislosti na tom, jak je transformátor buzen a na fázi výstupního napětí.
Jaký je tedy rozdíl mezi spínaným zdrojem a obyčejným zdrojem?
Lineární napájecí zdroj nebo napájecí zdroj, ve kterém nastavovací trubice pracuje v lineárním stavu, je to, co je typicky míněno termínem "běžný napájecí zdroj". Naproti tomu spínací elektronka pracuje u spínaného zdroje ve dvou stavech zapnuto a vypnuto: zapnuto, kde je odpor minimální, a vypnuto, kde je odpor značný. Relativně nová forma napájecího zdroje nazývaná spínaný zdroj má výhody vysoké účinnosti, nízké hmotnosti, schopnosti zvyšovat a snižovat rychlost a obrovský výstupní výkon. Ale protože obvod pracuje ve spínacím režimu, šum je poměrně významný.
Pro ilustraci, obvod spínaného napájecího zdroje je tvořen spínači, volnoběžnými diodami, indukčními cívkami pro akumulaci energie a filtračními kondenzátory. Když je spínač zavřený, zdroj posílá elektřinu přes spínač a induktor do zátěže a zároveň ukládá část elektřiny do kondenzátoru a induktoru. Vlastní indukčnost indukčnosti způsobuje, že proud po aktivaci spínače narůstá pomalu, což zabraňuje tomu, aby výstup rychle dosáhl hodnoty napájecího napětí. Proud v obvodu bude nadále téci zleva doprava i po sepnutí spínače vypnuto na předem určenou dobu kvůli vlastní indukčnosti induktoru. Tento proud cirkuluje zátěží, vystupuje z uzemňovacího vodiče, putuje k anodě volnoběžné diody, protéká diodou a poté se vrací zpět k levému konci induktoru. Časy sepnutí a rozepnutí spínače lze upravit, což řídí výstupní napětí. Cíle regulace napětí je dosaženo, pokud je doba zapnutí a vypnutí řízena monitorováním výstupního napětí, aby bylo výstupní napětí konstantní.
Trubka pro nastavení napětí použitá ve spínaném napájecím zdroji i ve společném napájecím zdroji využívá princip zpětné vazby ke stabilizaci napětí. Spínací napájecí zdroj se nastavuje pomocí spínací trubice, zatímco konvenční napájecí zdroj se typicky nastavuje pomocí lineární oblasti zesílení triody. Naproti tomu spínaný zdroj spotřebovává méně energie, má širší rozsah použití pro střídavé napětí a produkuje stejnosměrný proud s menším zvlněním. Nevýhodou je rušení pulzního spínání.
Spínací trubice horního můstku a dolního můstku jsou zapínány po jedné jako základní provozní koncept polomůstkového spínaného zdroje. Spínací trubice horního můstku je místo, kde proud vstupuje jako první. Elektrická energie se akumuluje v indukční cívce pomocí její akumulační schopnosti a spínač vyššího můstku se nakonec vypne. Když je spínací trubice spodního můstku aktivována, indukční cívka a kondenzátor budou nadále dodávat elektřinu vnějšímu světu. Je to známé jako spínací napájecí zdroj, protože dvě spínací trubice musí být zapínány a vypínány postupně. Po vypnutí spínací trubice spodního můstku otevřete horní můstek, aby mohla proudit elektřina. Rozdílné je lineární napájení. Vyšší vodovodní potrubí neustále vypouští vodu, protože není zapojený spínač. Voda vyteče, pokud je jí příliš mnoho. U některých trubic pro nastavení lineárního napájení to často pozorujeme. Veškerá neomezená elektrická energie se přeměňuje na tepelnou energii. Z tohoto pohledu je účinnost konverze lineárního napájecího zdroje extrémně nízká, a když je teplo vysoké, životnost komponent se nevyhnutelně zkrátí a bude mít dopad na konečný efekt využití.
Klíčovým rozdílem mezi spínaným zdrojem napájení a běžným napájením je však způsob jeho fungování. Trubka pro nastavení výkonu lineárního zdroje pracuje nepřetržitě v oblasti zesílení a je vždy v provozu. Jsou zapotřebí obrovské trubky pro nastavení výkonu a velký radiátor je postaven v důsledku značné ztráty výkonu na nastavovací trubce, což má za následek značné vytváření tepla a nízkou účinnost, často mezi 40 procenty a 60 procenty. Princip fungování lineárního napájecího zdroje vyžaduje použití napěťového zařízení pro přepnutí z vysokého napětí na nízké napětí. Obvykle se skládá z transformátoru, zatímco existují alternativy, jako je napájecí zdroj KX, který usměrňuje signál a vydává stejnosměrné napětí. Při této metodě je objem velký, těžký, neefektivní a generuje hodně tepla, ale má také výhody jako malé zvlnění, dobrá rychlost nastavení, malé vnější rušení a funguje s analogovými obvody nebo jinými zesilovači. Napájecí zařízení spínaného zdroje pracuje ve spínaném stavu. Právě pro transformátor a akumulaci energie je energie dočasně ukládána přes indukční cívku, když je napětí upraveno, takže dochází k malým ztrátám, vysoké účinnosti a menší potřebě rozptylu tepla. Na indukčnost, která musí být zkonstruována, platí vyšší standardy. z nízkoztrátových materiálů s vysokou propustností. Jeho transformátor má velikost slova. Celková účinnost se pohybuje od 80 procent do 98 procent. Ačkoli je spínaný napájecí zdroj malý a má vysokou účinnost, je méně účinný než lineární napájecí zdroje, pokud jde o zvlnění, napětí a rychlost přizpůsobení proudu.
