Funktionsprinzip des Schaltnetzteils + Schaltplananalyse

1. Übersicht über Schaltnetzteile

Schaltnetzteilist ein Hochfrequenz-Umwandlungsgerät für elektrische Energie, auch Schaltnetzteil oder Schaltwandler genannt. Es wandelt die Eingangsspannung über eine Hochgeschwindigkeitsschaltröhre in ein Hochfrequenzimpulssignal um und wandelt dann die elektrische Energie durch Verarbeitung von einer Form in eine andere umTransformator, Gleichrichterschaltung und Filterschaltung und erhält schließlich eine stabile Gleichspannung mit geringer Welligkeit für die Stromversorgung.

Das Schaltnetzteil bietet die Vorteile eines hohen Wirkungsgrads, einer guten Stabilität, einer geringen Größe, eines geringen Gewichts und einer hohen Zuverlässigkeit und kann an unterschiedliche Leistungsanforderungen der Geräte angepasst werden.

Schaltnetzteile sind in verschiedenen Bereichen weit verbreitet, darunter in der industriellen Automatisierung, Kommunikation und neuen Energien. Im Bereich der industriellen Automatisierung bietet Schaltnetzteil eine stabile Stromversorgung für verschiedene Automatisierungsgeräte, um den effizienten und stabilen Betrieb der Geräte sicherzustellen.

Im Kommunikationsbereich werden Schaltnetzteile häufig in drahtlosen Basisstationen, Netzwerkgeräten usw. eingesetzt, um die Signalübertragungsstabilität des Kommunikationssystems sicherzustellen und die Kommunikationsqualität zu verbessern. Im Bereich der neuen Energien spielt die Schaltnetzteilversorgung in Solar- und Windenergieanlagen eine Schlüsselrolle und trägt zur effektiven Nutzung erneuerbarer Energien bei.

Das Schaltnetzteil besteht grob aus vier Hauptkomponenten: Eingangskreis, Wandler, Steuerkreis und Ausgangskreis. Das Folgende ist ein typisches schematisches Blockdiagramm eines Schaltnetzteils. Für uns ist es wichtig, es zu beherrschen, um das Schaltnetzteil zu verstehen.

2. Klassifizierung von Schaltnetzteilen

Schaltnetzteile können nach verschiedenen Klassifizierungsstandards klassifiziert werden. Im Folgenden sind einige gängige Klassifizierungsmethoden aufgeführt:

1. Klassifizierung nach Eingangsleistungstyp:
AC-DC-Schaltnetzteil: Wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um.
DC-DC-Schaltnetzteil: Wandelt Gleichstrom in eine andere Gleichspannung um.

2. Klassifizierung nach Arbeitsmodus:
Single-Ended-Schaltnetzteil: verfügt über nur eine Schaltröhre und ist für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch geeignet.
Dual-Ended-Schaltnetzteil: verfügt über zwei Schaltröhren, geeignet für Hochleistungsanwendungen.

3. Klassifizierung nach Topologie:
Entsprechend der Topologie kann es grob in Buck, Boost, Buck-Boost, Flyback, Forward, Two-Transistor Forward, Push-Pull, Half Bridge, Full Bridge usw. unterteilt werden. Diese Klassifizierungsmethoden sind nur ein Teil davon. Schaltnetzteile können auch nach anderen spezifischen Anforderungen und Anwendungen detaillierter klassifiziert werden.

Als nächstes stellen wir die häufig verwendeten Flyback- und Forward-Funktionen vor. Forward und Flyback sind zwei unterschiedliche Schaltnetzteiltechnologien. Unter Vorwärtsschaltnetzteil versteht man ein Schaltnetzteil, das einen Vorwärts-Hochfrequenztransformator verwendet, um die gekoppelte Energie zu isolieren, und das entsprechende Rücklaufschaltnetzteil ist ein Rücklaufschaltnetzteil.

2.1 Vorwärtsschaltnetzteil

Die Struktur des Vorwärtsschaltnetzteils ist komplexer, aber die Ausgangsleistung ist sehr hoch, geeignet für 100-W-300-W-Schaltnetzteile, die im Allgemeinen in Niederspannungs- und Hochstrom-Schaltnetzteilen verwendet werden und häufiger verwendet werden.

Wie in der Abbildung unten gezeigt, fungiert der Ausgangstransformator beim Vorwärtsschalten der Stromversorgung, insbesondere wenn die Schaltröhre eingeschaltet ist, als Medium, das direkt an die magnetische Feldenergie gekoppelt ist. Elektrische Energie und magnetische Energie werden ineinander umgewandelt, so dass die Eingabe und Ausgabe gleichzeitig.

Es gibt auch Mängel in der täglichen Anwendung: wie die Notwendigkeit, die Umkehrpotentialwicklung zu erhöhen (um zu verhindern, dass die Primärspule des Transformators durch das Umkehrpotential zum Schaltrohrdurchschlag erzeugt wird), die Sekundärinduktivität verfügt über mehr als eine Induktivität zur Energiespeicherfilterung usw Im Vergleich zum Flyback-Schaltnetzteil sind die Kosten höher und das Volumen des Vorwärtsschaltnetzteiltransformators ist größer als das Volumen des Flyback-Schaltnetzteiltransformators.

Vorwärtsschaltendes Netzteil

2.2 Flyback-Schaltnetzteil

Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, bezieht sich ein Flyback-Schaltnetzteil auf ein Schaltnetzteil, das einen Flyback-Hochfrequenztransformator verwendet, um die Eingangs- und Ausgangskreise zu isolieren. Sein Transformator übernimmt nicht nur die Rolle der Spannungsumwandlung zur Energieübertragung, sondern auch die Rolle der Energiespeicherinduktivität. Daher ähnelt der Flyback-Transformator im Aufbau einem Induktor. Alle Schaltungen sind relativ einfach und leicht zu steuern. Flyback wird häufig in Anwendungen mit geringer Leistung von 5 W bis 100 W eingesetzt.

Bei einem Flyback-Schaltnetzteil steigt der Strom der Primärinduktivität des Transformators an, wenn die Schaltröhre eingeschaltet wird. Da die Ausgangsspule der Rücklaufschaltung entgegengesetzte Enden hat, ist die Ausgangsdiode ausgeschaltet, der Transformator speichert Energie und die Last wird vom Ausgangskondensator mit Energie versorgt. Beim Ausschalten der Schaltröhre wird die induktive Spannung der Primärinduktivität des Transformators umgekehrt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ausgangsdiode eingeschaltet und die Energie des Transformators wird der Last über die Diode zugeführt, während der Kondensator geladen wird.

Flyback-Schaltnetzteil

Aus dem Vergleich ist ersichtlich, dass der Transformator der Vorwärtserregung nur die Funktion eines Transformators hat und das Ganze als Tiefsetzschaltung mit Transformator betrachtet werden kann. Der Flyback-Transformator kann als Induktivität mit Transformatorfunktion betrachtet werden und ist eine Buck-Boost-Schaltung. Im Allgemeinen ist das Vorwärts-Flyback-Arbeitsprinzip unterschiedlich. Vorwärts ist die Primärarbeit, Sekundärarbeit, und die Sekundärarbeit arbeitet nicht mit einem Strominduktor, um den Strom zu erneuern, im Allgemeinen im CCM-Modus.

Der Leistungsfaktor ist im Allgemeinen nicht hoch und der Ein- und Ausgang sowie der variable Arbeitszyklus sind proportional. Flyback ist die primäre Arbeit, die sekundäre funktioniert nicht, die beiden Seiten sind unabhängig voneinander, im Allgemeinen im DCM-Modus, aber die Induktivität des Transformators ist relativ klein und es muss ein Luftspalt hinzugefügt werden, sodass er normalerweise für kleine und mittlere Leistungen geeignet ist.

Der Vorwärtstransformator ist ideal und hat keinen Energiespeicher. Da die Erregerinduktivität jedoch einen endlichen Wert hat, wird der Erregerstrom im Kern groß. Um eine Flusssättigung zu vermeiden, benötigt der Transformator eine Hilfswicklung zum Zurücksetzen des Flusses.

Der Rücklauftransformator kann als eine Art gekoppelte Induktivität angesehen werden, wobei die Induktivität zunächst Energie speichert und dann entlädt, da die Eingangs- und Ausgangsspannungen des Rücklauftransformators entgegengesetzte Polarität haben. Wenn also die Schaltröhre getrennt ist, kann die Sekundärseite diese bereitstellenMagnetkernmit einer Reset-Spannung, und daher muss der Flyback-Transformator keine zusätzliche Fluss-Reset-Wicklung hinzufügen.