Schaltnetzteil: Schaltplan und Funktionsweise


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Wie funktioniert ein Schaltnetzteil


Willkommen auf der Informationsseite des Mppt Solar. Perspektive der Einsparung von Energie und eine saubere Zukunft und besser lassen Sie wissen, konnten wir nicht umhin, die Umstellung der Versorgung. Auf dieser Seite werden wir erklären, was ist in der Tat ein Netzteil Switching, wie es funktioniert, was ist Ihr Schaltplan, was sind die Unterschiede zwischen der alten linear geregelten Netzteil und diese neuen Netzteile und die Unterschiede zwischen Stromschaltvorrichtung Typ Step-up (Boost) und denen eines Step-down (buck) und schließlich, wie man eine richtige Design zu machen.

Dank ihrer geringen Größe und der Möglichkeit der Erlangung eine breite Palette von Spannungen haben Schaltnetzteilen jetzt die traditionellen linearen Netzteilen in vielen Anwendungen ersetzt. Viele Elektronik-Enthusiasten, die sich leicht in der Lage wäre, eine geregelte Stromversorgung linear zu bauen, unterziehen viele Schwierigkeiten, wenn sie ein Schaltnetzteil zu entscheiden. Wenn es nicht schwierig ist, in groben Zügen das Funktionsprinzip dieser neuesten Generation von Netzteilen zu verstehen, in der Tat ist das Design ein und machen es wie es sollte, etwas ganz anderes. Das Schaltnetzteil vorhanden, im Vergleich zu einem klassischen Feeder, ein elektrisches Schaltplan entschieden komplexer, nicht zu erwähnen, dass auch in der Phase der Realisierung ist von wesentlicher Bedeutung, um im Platz einige konstruktive Maßnahmen setzen.



Unterschied zwischen linearer Stromversorgung und Schaltnetzteil

Geboren aus der Luft- und Raumfahrttechnik, in der es von grundlegender Bedeutung ist der Einsatz von Geräten mit verringertem Gewicht und Größe, mit einem hohen Wirkungsgrad ausgestattet, die Schaltnetzteilen seit mehreren Jahren trat mit Gewalt in den allgemeinen Gebrauch, finden in den meisten verbreitet von elektronischen Geräten.

Es ist aufgrund ihrer geringen Größe, dass es möglich war, um Geräte mehr und mehr miniaturisiert und effizient, als tragbare PCs, DVD-Player, Handy-Ladegeräte, und viele andere Geräte des täglichen Gebrauchs. Die kleine Größe und geringes Gewicht, sind jedoch nicht die einzige Wahl, weil das elektronische Schaltelement bieten die Designer weitere Möglichkeiten, die sie fast unersetzlich in einigen Anwendungen zu machen. Um nur eins, das in der Lage ist, eine Ausgangsspannung höher als die am Eingang angelegt zu erhalten, der sog. Step-up (oder verstärkt) die Funktion, die von der klassischen linearen Stromversorgung sichergestellt werden.

Letzteres verwendet tatsächlich ein Einstellelement, das im allgemeinen aus einem Leistungstransistor besteht, auf dem der Spannungsabfall erzeugt wird, wodurch die Ausgangsspannung geregelt werden kann. In diesem Fall arbeitet der Transistor als ein variabler Widerstand, der mit der Last in Reihe geschaltet ist. Daraus folgt, dass die Ausgangsspannung immer niedriger ist als die Eingangsspannung. Es ist ein Anpassungssystem, das gut funktioniert, aber das den Nachteil einer eher geringen Ausbeute hat, im Allgemeinen zwischen 30% und 60%, da ein nicht vernachlässigbarer Teil der Eingangsleistung dissipiert wird und daher an dem Element verloren geht der Regulierung. Letztere muss auf einem geeigneten Kühlkörper montiert werden, um bei sehr niedrigen Temperaturen arbeiten zu können, was nicht überraschend ist, dass diese Stromversorgung auch "dissipativ" genannt wird.

Dies geschieht nicht mit dem Schaltnetzteil, das ganz anders funktioniert. Mit dieser Art von Stromversorgung ist es nicht nur möglich, Spannungswerte höher als die Eingangsspannungen auszugeben, sondern vor allem wird ein viel höherer Wirkungsgrad erreicht, in der Größenordnung von 80% -90%, was sowohl die Leistungsaufnahme als auch die Leistungsaufnahme erheblich reduziert seine Abmessungen, die der Kühlrippen und des Leistungstransformators und die Verlängerung der Betriebszeit von batteriebetriebenen Geräten. Es ist sofort klar, wie sehr diese Art von Stromversorgung auch in kleinen Wind- und Photovoltaikanlagen nützlich sein kann, in denen es wichtig ist, die Produktion und das Management von Energie zu optimieren.

Auf der anderen Seite hat das Schaltnetzteil einige Nachteile, wie z. B. eine der großen Ausgangsspannung überlagerte Welligkeit und das Vorhandensein von hochfrequentem Rauschen, was es in einigen empfindlichen Anwendungen wie stabilisierten Labornetzteilen oder Verstärkern nicht ratsam macht -Fi, in dem die traditionelle Stromversorgung noch vorteilhaft ist. Um die Schwierigkeit des Schaltungsdesigns zu überwinden, gibt es viele integrierte Schaltungen auf dem Markt, die dem Bastler die Möglichkeit bieten, die Art von Stromversorgung zu realisieren, die er von Zeit zu Zeit benötigt. Einer davon ist der integrierte MC34063A (siehe Datenblatt), der die Realisierung einer Vielzahl von Schaltnetzteilen ermöglicht.



Linear und Switching: Tabelle der Unterschiede


Unterschied Linearer Anleger Schaltnetzteil
Größe Unhandlich Reduziert
Gewicht Schwer Licht
Wirksamkeit von 30 bis 40% von 70 bis 95%
Komplexität Einfach Komplex
Elektromagnetische Störung (EMI) Geringes Rauschen Filterung erforderlich
Kosten Hoch (aufgrund der verwendeten Materialien) Niedrig



Step-Down- und Step-Up-Schaltnetzteile

Im Folgenden werden die beiden Hauptversorgungsarten dargestellt, nämlich der Step-down, bei dem die Ausgangsspannung kleiner als der am Eingang anliegende Wert ist, und der Step-up, der es ermöglicht, eine kontinuierliche Ausgangsspannung zu erhalten höher als der ankommende. Wir werden auch erklären, was die Unterschiede zwischen diesen beiden Konfigurationen sind und wie die verschiedenen Komponenten berechnet werden können, die für ihre Realisierung notwendig sind. Sie werden sehen, dass mit diesem integrierten Design eine Umschaltung keine besonderen Schwierigkeiten bereitet und für jeden wirklich erschwinglich wird. Sobald Sie sich mit diesem Material vertraut gemacht haben, können Sie Spaß daran haben, andere Schaltnetzteile eines komplexeren Typs und mit einer ausgeklügelteren Leistung herzustellen.



SCHALTNETZTEILE STEP-DOWN


schaltnetzteil step down


Das Funktionsprinzip eines Step-Down-Schaltnetzteils ist in der obigen Abbildung dargestellt. Die Gleichspannung, die vom Gleichrichter und Spannungsregler oder von einer Batterie kommt, wird am Eingang angelegt. In diesem Fall kann das Schaltnetzteil auch als DC-DC-Wandler, dh Gleichspannung - Gleichspannung betrachtet werden. Auf der Eingangsleitung befindet sich ein Schalter (S1), hinter dem sich eine Induktivität L1 befindet, die mit der Last in Reihe geschaltet ist, schematisch dargestellt durch den RC-Widerstand. Der Kondensator C1 ist parallel zur Last angeordnet. Die Kathode der Diode DS1 ist mit einem Ende der Induktivität verbunden.

Um zu verstehen, wie das Schaltnetzteil funktioniert, muss man beobachten, was während der Schließ- und Öffnungsphasen des Leistungsschalters geschieht. Wir nennen Ton die Zeit, in der der Schalter geschlossen bleibt, Toff die Zeit, in der er offen bleibt und T die Summe der zwei Zeiten Ton + Toff. Wenn der Leistungsschalter schließt, fließt ein Strom durch ihn, der teilweise durch die Induktivität und die in Serie geschaltete Last fließt, und teilweise geht es zum Laden des Kondensators C1. Der Wert des in der Induktivität fließenden Stroms nimmt während der Zeit Ton progressiv zu, da diese Komponente die Eigenschaft hat, der Änderung des durch sie fließenden Stroms entgegenzuwirken.

Wenn nach der Zeit Ton der Schalter geöffnet wird, wird die Induktivität dazu neigen, in dem Stromkreis den gleichen Stromwert zu zirkulieren, der in diesem Moment erreicht wurde. Tatsächlich erzeugt er an den Enden der Induktivität eine Spannung mit der in der Figur angegebenen Polarität, die dazu tendiert, den Strom an der Last auch durch die Diode DS1 zu zirkulieren, die jetzt direkt polarisiert ist. Auf diese Weise ist die Spannung an der Last auch in der Toff-Zeit vorhanden, dh wenn der Leistungsschalter offen ist. Wenn der Strom, der durch die Induktivität fließt, reduziert wird, übernimmt der Kondensator, der sich an der Last entlädt, wobei die konstante Spannung beibehalten wird. Durch periodisches Verbinden und Trennen des Schalters wird ein Spannungswert am Ausgang erhalten, dessen Amplitude von dem Verhältnis zwischen der Zeit Ton und der Periode T abhängt. Dieses Verhältnis wird als duty cycle bezeichnet.



SCHALTNETZTEILE STEP-UP


schaltnetzteil step up


Mit diesem Wandlertyp kann eine höhere Spannung als am Ausgang angelegt werden, eine Bedingung, die nur mit einem Schaltnetzteil erreicht werden kann. In der gegenüberliegenden Abbildung haben wir das Grundschema einer solchen Konfiguration beschrieben. Die Induktivität L1 in Bezug auf die Tiefsetzkonfiguration ist in Reihe über die Diode DS1 mit der Eingangsspannung und mit der Ausgangsspannung verbunden.

Während der Ton-Phase, wenn der Transistor gesättigt ist, akkumuliert die Induktivität Energie, um sie während der Toff-Phase zu dem Ausgang zu übertragen, wodurch zu der Eingangsspannung eine zusätzliche Spannung addiert wird, die eine höhere Spannung als die Eingangsspannung am Ausgang erzeugt . Die Diode DS1 verhindert, dass die Ausgangsspannung während der Tonphase durch den Transistor kurzgeschlossen wird.



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