Cách hoạt động của mạch nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi (SMPS)

SMPS là từ viết tắt của từ Switch Mode Power Supply. Tên gọi rõ ràng gợi ý rằng khái niệm này có liên quan gì đó hoặc hoàn toàn liên quan đến xung hoặc chuyển đổi của các thiết bị được sử dụng. Hãy cùng tìm hiểu cách bộ điều hợp SMPS hoạt động để chuyển đổi điện áp nguồn thành điện áp một chiều thấp hơn.

Lợi thế của cấu trúc liên kết SMPS

Trong bộ điều hợp SMPS, ý tưởng là chuyển điện áp đầu vào chính vào cuộn sơ cấp của máy biến áp để có thể thu được điện áp một chiều có giá trị thấp hơn ở cuộn thứ cấp của máy biến áp.

Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là, điều tương tự cũng có thể được thực hiện với một máy biến áp thông thường, vậy cấu hình phức tạp như vậy là gì khi chức năng có thể được thực hiện một cách đơn giản mặc dù máy biến áp thông thường?

Vâng, khái niệm này được phát triển chính xác để loại bỏ việc sử dụng các máy biến áp nặng và cồng kềnh với các phiên bản hiệu quả hơn nhiều Mạch cấp nguồn SMPS .

Mặc dù nguyên tắc hoạt động khá giống nhau nhưng kết quả lại khác nhau rất nhiều.

Điện áp nguồn của chúng tôi cũng là điện áp xung hoặc điện xoay chiều thường được cấp vào máy biến áp thông thường cho các chuyển đổi cần thiết, nhưng chúng tôi không thể làm cho máy biến áp có kích thước nhỏ hơn ngay cả với dòng điện thấp đến 500 mA.

Lý do đằng sau điều này là tần số rất thấp liên quan đến đầu vào nguồn AC của chúng tôi.
Ở 50 Hz hoặc 60 Hz, giá trị cực kỳ thấp để triển khai chúng thành các đầu ra dòng DC cao bằng cách sử dụng các máy biến áp nhỏ hơn.

Điều này là do khi tần số giảm, tổn thất dòng điện xoáy với từ hóa máy biến áp tăng lên, dẫn đến mất dòng điện qua nhiệt rất lớn và sau đó toàn bộ quá trình trở nên rất kém hiệu quả.

Để bù đắp tổn thất trên, các lõi biến áp tương đối lớn hơn có liên quan đến độ dày của dây dẫn, làm cho toàn bộ thiết bị trở nên nặng nề và cồng kềnh.

Một mạch cung cấp điện chế độ chuyển đổi giải quyết vấn đề này rất thông minh.

Nếu tần số thấp hơn làm tăng tổn thất dòng điện xoáy, có nghĩa là tăng tần số sẽ làm ngược lại.

Có nghĩa là nếu tần số được tăng lên, máy biến áp có thể được làm nhỏ hơn nhiều nhưng sẽ cung cấp dòng điện cao hơn ở đầu ra của chúng.

Đó chính xác là những gì chúng tôi làm với Mạch SMPS . Hãy hiểu hoạt động của nó với những điểm sau:

Cách bộ điều hợp SMPS hoạt động

Trong sơ đồ mạch nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi, AC đầu vào đầu tiên được chỉnh lưu và lọc để tạo ra cường độ DC tương ứng.

DC trên được áp dụng cho cấu hình bộ dao động bao gồm một bóng bán dẫn điện áp cao hoặc một mosfet, được lắp vào cuộn sơ cấp máy biến áp ferit nhỏ có kích thước tốt.

Mạch trở thành một dạng cấu hình tự dao động bắt đầu dao động ở một số tần số xác định trước được thiết lập bởi các thành phần thụ động khác như tụ điện và điện trở.

Tần số thường trên 50 Khz.

Tần số này tạo ra một điện áp và dòng điện tương đương ở cuộn thứ cấp của máy biến áp, được xác định bởi số vòng và SWG của dây.

Do sự tham gia của tần số cao, tổn thất dòng điện xoáy trở nên nhỏ không đáng kể và đầu ra dòng điện một chiều cao trở nên có được thông qua các máy biến áp cuộn dây ferit nhỏ hơn và cuộn dây tương đối mỏng hơn.

Tuy nhiên, điện áp thứ cấp cũng sẽ ở tần số chính, do đó nó một lần nữa được chỉnh lưu và lọc bằng cách sử dụng một diode phục hồi nhanh và một tụ điện có giá trị cao.

Kết quả ở đầu ra là một DC thấp được lọc hoàn hảo, có thể được sử dụng hiệu quả để vận hành bất kỳ mạch điện tử nào.

Trong các phiên bản hiện đại của SMPS, các vi mạch cao cấp được sử dụng thay vì các bóng bán dẫn ở đầu vào.
Các vi mạch được trang bị một MOSFET điện áp cao tích hợp để duy trì dao động tần số cao và nhiều tính năng bảo vệ khác.

SMPS có những biện pháp bảo vệ tích hợp nào

Các IC này có đầy đủ mạch bảo vệ tích hợp sẵn như bảo vệ tuyết lở, bảo vệ quá nhiệt và bảo vệ quá áp đầu ra và cũng có tính năng chế độ nổ.

Bảo vệ tuyết lở đảm bảo rằng IC không bị hư hỏng trong quá trình bật nguồn khi dòng điện đang BẬT.

Việc bảo vệ quá nhiệt đảm bảo rằng vi mạch sẽ tự động tắt nếu biến áp không được quấn đúng cách và hút thêm dòng điện từ vi mạch làm cho nó nóng nguy hiểm.

Chế độ chụp liên tục là một tính năng thú vị có trong các thiết bị SMPS hiện đại.

Tại đây, DC đầu ra được đưa trở lại đầu vào cảm biến của IC. Nếu vì lý do nào đó, thông thường do cuộn thứ cấp sai hoặc do chọn điện trở mà điện áp đầu ra tăng trên một giá trị định trước nhất định, thì IC sẽ tắt công tắc đầu vào và bỏ qua việc chuyển mạch thành từng đợt ngắt quãng.

Điều này giúp kiểm soát điện áp ở đầu ra và cả dòng điện ở đầu ra.

Tính năng này cũng đảm bảo rằng nếu điện áp đầu ra được điều chỉnh đến một điểm cao nào đó và đầu ra không được tải, thì IC sẽ chuyển sang chế độ liên tục để đảm bảo rằng thiết bị được vận hành liên tục cho đến khi đầu ra được tải đầy đủ, điều này giúp tiết kiệm điện của thiết bị khi ở điều kiện chờ hoặc khi đầu ra không hoạt động.

Phản hồi từ phần đầu ra đến IC được thực hiện thông qua một bộ ghép quang để đầu ra vẫn cách biệt tốt với nguồn điện cao áp AC đầu vào, tránh những cú sốc nguy hiểm.