Dê um exemplo para ilustrar a diferença entre uma fonte de alimentação chaveada e uma fonte de alimentação normal
A tecnologia de fonte de alimentação comutada está em constante evolução junto com o progresso e a inovação da tecnologia de eletrônica de potência. Devido ao seu tamanho compacto, peso leve e grande eficiência, as fontes chaveadas são utilizadas atualmente em praticamente todos os equipamentos eletrônicos. Dado o rápido desenvolvimento da indústria de informação eletrônica atual, é uma técnica de fornecimento de energia essencial.
A moderna tecnologia eletrônica de potência é usada ao alternar fontes de alimentação para regular a relação de tempo de ligar e desligar, a fim de manter uma tensão de saída constante. Os principais componentes de uma fonte de alimentação chaveada são um MOSFET e um IC de controle PWM. A fonte de alimentação de comutação e a fonte de alimentação linear estão relacionadas. O tubo de comutação é usado para controlar o on-off da corrente para criar uma corrente de pulso de alta frequência após seu terminal de entrada retificar diretamente a corrente alternada em corrente contínua enquanto opera sob a influência do circuito oscilante de alta frequência. Um indutor é usado para fornecer uma corrente contínua constante de baixa tensão.
Normalmente, um MOSFET mais um IC de controle de modulação por largura de pulso compõem uma fonte de alimentação de comutação. As fontes de alimentação chaveadas tornaram-se cada vez mais comuns com o avanço e a inovação da tecnologia eletrônica de potência devido ao seu tamanho pequeno, peso leve e alta eficiência, o que demonstra sua importância.
As fontes de alimentação comutadas podem ser amplamente categorizadas em três grupos com base em como os dispositivos de comutação são conectados no circuito: fontes de alimentação comutadas em série, fontes de alimentação comutadas em paralelo e fontes de alimentação comutadas por transformador. A fonte de alimentação chaveada do tipo transformador pode ser dividida em push-pull, meia ponte, ponte completa e outras variações. Ele pode ser dividido em quatro categorias: tipo direto, tipo flyback, tipo de excitação simples e tipo de excitação dupla, dependendo de como o transformador é excitado e da fase da tensão de saída.
Então, qual é a diferença entre fonte de alimentação comutada e fonte de alimentação comum?
Uma fonte de alimentação linear, ou uma fonte de alimentação na qual o tubo de ajuste opera em uma condição linear, é o que normalmente se entende pelo termo "fonte de alimentação regular". Em contraste, o tubo de comutação opera em dois estados de ligado e desligado em uma fonte de alimentação chaveada: ligado, onde a resistência é mínima, e desligado, onde a resistência é considerável. Uma forma relativamente nova de fonte de alimentação chamada fonte de alimentação comutada tem os benefícios de alta eficiência, peso leve, capacidade de aumentar e diminuir a potência e enorme potência de saída. Mas como o circuito opera em modo de comutação, o ruído é bastante significativo.
A título de ilustração, o circuito da fonte de alimentação chaveada abaixadora é composto por chaves, diodos de roda livre, indutores de armazenamento de energia e capacitores de filtro. Quando o interruptor está fechado, a fonte de alimentação envia eletricidade através do interruptor e do indutor para a carga, enquanto também armazena parte da eletricidade no capacitor e no indutor. A auto-indutância da indutância faz com que a corrente aumente lentamente depois que o interruptor é ativado, evitando que a saída atinja rapidamente o valor da tensão da fonte de alimentação. A corrente no circuito continuará a fluir da esquerda para a direita mesmo depois que o interruptor for ligado desligado por um período de tempo predeterminado por causa da auto-indutância do indutor. Essa corrente circula pela carga, emerge do fio terra, viaja para o ânodo do diodo de roda livre, flui através do diodo e, em seguida, volta para a extremidade esquerda do indutor. Os tempos de fechamento e abertura da chave podem ser ajustados, o que controla a tensão de saída. O objetivo da regulação de tensão é alcançado se o tempo de ligar e desligar for gerenciado monitorando a tensão de saída para manter a tensão de saída constante.
O tubo de ajuste de tensão usado tanto na fonte de alimentação chaveada quanto na fonte de alimentação comum usa o princípio de realimentação para estabilizar a tensão. A fonte de alimentação de comutação se ajusta usando o tubo de comutação, enquanto a fonte de alimentação convencional normalmente se ajusta usando a região de amplificação linear do triodo. Por outro lado, a fonte de alimentação comutada usa menos energia, tem uma faixa de aplicação mais ampla para tensão CA e produz CC com menos ondulação. A interferência de pulso de comutação é uma desvantagem.
Os tubos de comutação da ponte superior e da ponte inferior são ligados um de cada vez como o conceito operacional básico de uma fonte de alimentação de comutação de meia ponte. O tubo de comutação da ponte superior é onde a corrente entra primeiro. A energia elétrica é acumulada na bobina de indutância usando sua capacidade de armazenamento, e o interruptor da ponte superior é finalmente desligado. Quando o tubo de comutação da ponte inferior é ativado, a bobina de indutância e o capacitor continuarão a fornecer eletricidade para o mundo externo. É conhecido como fonte de alimentação de comutação porque os dois tubos de comutação devem ser ligados e desligados sequencialmente. Depois de desligar o tubo do interruptor da ponte inferior, abra a ponte superior para permitir que a eletricidade flua. Diferente é a fonte de alimentação linear. O cano de água superior descarrega água constantemente porque não há um interruptor envolvido. A água vazará se houver muita. Em alguns tubos de ajuste de fonte de alimentação linear, frequentemente observamos isso. Toda a energia elétrica ilimitada é transformada em energia térmica. A partir dessa perspectiva, a eficiência de conversão da fonte de alimentação linear é extremamente baixa e, quando o calor é alto, a vida útil do componente inevitavelmente diminui e afeta o efeito final do uso.
No entanto, a principal distinção entre sua fonte de alimentação comutada e a fonte de alimentação regular é como ela opera. O tubo de ajuste de potência da fonte de alimentação linear opera continuamente na área de amplificação e está sempre em operação. Enormes tubos de ajuste de potência são necessários e um grande radiador é construído como resultado da significativa perda de potência no tubo de ajuste, o que resulta em significativa geração de calor e baixa eficiência, geralmente entre 40% e 60%. O princípio de funcionamento da fonte de alimentação linear requer o uso de um dispositivo de tensão para alternar de alta tensão para baixa tensão. Geralmente consiste em um transformador, embora existam alternativas como a fonte de alimentação KX que retifica o sinal e gera uma tensão contínua. Nesse método, o volume é grande, pesado, ineficiente e gera muito calor, mas também tem benefícios como pequena ondulação, boa taxa de ajuste, pouca interferência externa e funciona com circuitos analógicos ou outros amplificadores. O dispositivo de alimentação da fonte de alimentação comutada opera na condição de comutação. É para o transformador e armazenamento de energia que a energia é armazenada temporariamente através da bobina de indutância quando a tensão é ajustada, então há pouca perda, alta eficiência e menor necessidade de dissipação de calor. Padrões mais altos se aplicam à indutância, que deve ser construída de materiais de baixa perda e alta permeabilidade. Seu transformador tem um tamanho do tamanho de uma palavra. A eficiência varia de 80% a 98% no geral. Embora a fonte de alimentação chaveada seja pequena e tenha alta eficiência, ela é menos eficiente que as fontes de alimentação lineares em termos de ondulação, tensão e taxa de ajuste de corrente.
