スイッチング電源は、入力電圧をデバイスの内部要素に必要な値に変換するために使用されます。普及しているパルス源の別名はインバーターです。
それは何ですか？
インバータは、AC入力電圧の二重変換を使用する二次電源です。出力パラメータの値は、パルスの持続時間（幅）と、場合によってはそれらの繰り返しの頻度を変更することによって調整されます。このタイプの変調は、パルス幅変調と呼ばれます。
スイッチング電源の動作原理
インバーターの動作は、一次電圧の整流と一連の高周波パルスへのさらなる変換に基づいています。この点で、従来のトランスとは異なります。ブロックの出力電圧は、パルスのパラメータを調整できる負のフィードバック信号を形成するために使用されます。パルスの幅を制御することにより、出力パラメータ、電圧または電流の安定化と調整を簡単に整理できます。つまり、電圧安定器と電流安定器の両方にすることができます。
出力値の数と極性は、スイッチング電源の動作によって大きく異なる可能性があります。
さまざまな電源
いくつかのタイプのインバーターが使用されていますが、それらは構造スキームが異なります。
- トランスレス;
- 変成器。
最初のものは、パルスシーケンスがデバイスの出力整流器と平滑化フィルターに直接送られるという点で異なります。このようなスキームには、最小限のコンポーネントがあります。単純なインバーターには、特殊な集積回路（パルス幅発生器）が含まれています。
トランスレスデバイスの欠点のうち、主なものは、メインからガルバニック絶縁されておらず、感電の危険性があることです。また、それらは通常低電力であり、1つの出力電圧しか与えません。
より一般的なのは、高周波パルス列が変圧器の一次巻線に供給される変圧器デバイスです。二次巻線はいくつでもあり、複数の出力電圧を生成できます。各二次巻線には、独自の整流器と平滑化フィルターが搭載されています。
あらゆるコンピュータ向けの強力なスイッチング電源は、高い信頼性と安全性を備えた方式に従って構築されています。フィードバック信号の場合、5または12ボルトの電圧がここで使用されます。これは、これらの値が最も正確な安定化を必要とするためです。
高周波電圧（50Hzではなく数十キロヘルツ）を変換するための変圧器を使用することで、その寸法と重量を何倍も減らすことができ、電気鉄ではなく、コア材料として高い強制力を持つ強磁性材料を使用することができました（磁気回路）。
DCコンバーターも、パルス幅変調に基づいて構築されています。インバータ回路を使用しないと、変換は非常に困難になりました。
PSUスキーム
パルスコンバータの最も一般的な構成の回路は次のとおりです。
- ネットワークノイズ抑制フィルター;
- 整流器;
- 平滑化フィルター;
- パルス幅コンバーター;
- キートランジスタ;
- 出力高周波トランス;
- 出力整流器;
- 個人およびグループのフィルターを出力します。
ノイズ抑制フィルターの目的は、デバイスの動作から主電源への干渉を遅らせることです。パワー半導体素子のスイッチングは、広い周波数範囲での短期パルスの生成を伴う可能性があります。したがって、ここでは、この目的のために特別に設計されたエレメントをフィルタリングユニットのフィードスルーコンデンサとして使用する必要があります。
整流器は入力AC電圧をDCに変換するために使用され、次の平滑化フィルターは整流された電圧のリップルを除去します。
DC / DCコンバータを使用する場合、整流器とフィルタが不要になり、ノイズフィルタ回路を通過した入力信号は、PWMと略してパルス幅変換器（変調器）に直接送られます。
PWMは、スイッチング電源回路の最も複雑な部分です。そのタスクは次のとおりです。
- 高周波パルスの生成;
- ブロックの出力パラメータの制御とフィードバック信号に応じたパルスシーケンスの修正。
- 制御および過負荷保護。
PWM信号は、ブリッジまたはハーフブリッジ回路に接続された強力なキートランジスタの制御出力に供給されます。トランジスタの電力出力は、高周波出力トランスの一次巻線に負荷がかかります。従来のバイポーラトランジスタの代わりに、IGBTまたはMOSFETトランジスタが使用されます。これらは、接合部での低電圧降下と高速が特徴です。改善されたトランジスタパラメータは、同じ寸法と技術設計パラメータで消費電力を削減するのに役立ちます。
出力パルストランスは、従来のものと同じ変換原理を使用しています。例外は、より高い頻度での作業です。その結果、同じ送信電力の高周波トランスの寸法は小さくなります。
電源トランスの2次巻線からの電圧（複数ある場合があります）が出力整流器に供給されます。入力整流器とは異なり、2次回路の整流ダイオードの動作周波数を高くする必要があります。ショットキーダイオードは、回路のこのセクションで最適に機能します。従来のものに対するそれらの利点：
- 高い動作周波数;
- 静電容量の減少したp-n接合。
- 小さな電圧降下。
スイッチング電源の出力フィルタの目的は、整流された出力電圧のリップルを必要最小限に抑えることです。リップル周波数は主電源電圧のリップル周波数よりもはるかに高いため、コンデンサの大きな静電容量値やコイルのインダクタンスは必要ありません。
スイッチング電源の範囲
ほとんどの場合、半導体スタビライザーを備えた従来の変圧器の代わりに、スイッチング電圧コンバーターが使用されます。同じ電力で、インバーターは全体の寸法と重量が小さく、信頼性が高く、そして最も重要なことは、効率が高く、広い入力電圧範囲で動作する能力です。また、同等の寸法では、最大インバーター電力は数倍高くなります。
直接電圧変換などの分野では、パルス電源は実質的に代替の代替手段がなく、電圧を下げるだけでなく、電圧を上げて極性変化を組織化するように機能することができます。高い変換周波数は、出力パラメータのフィルタリングと安定化を大幅に促進します。
特殊な集積回路をベースにした小型インバーターは、あらゆる種類のガジェットの充電器として使用されており、充電ユニットの耐用年数がモバイルデバイスの動作時間を数倍超える可能性があるという信頼性があります。
LED光源をオンにするための12ボルトの電源ドライバも、パルス回路に従って構築されています。
自分の手でスイッチング電源を作る方法
インバーター、特に強力なインバーターは複雑な回路を備えており、経験豊富なアマチュア無線家だけが繰り返し使用できます。ネットワーク電源の自己組織化には、専用のPWMコントローラチップを使用した単純な低電力回路をお勧めします。このようなICは少数のストラップ要素を備えており、実際には調整や調整を必要としない典型的なスイッチング回路であることが証明されています。
自家製の構造物を扱ったり、産業用デバイスを修理したりするときは、回路の一部が常にネットワークの潜在能力にあることを覚えておく必要があります。したがって、安全対策を遵守する必要があります。
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