Tipos y selección de fuentes de alimentación estabilizadas de CC

Dispositivo electrónico que puede proporcionar una fuente de alimentación de CC estable para una carga. La mayoría de las fuentes de alimentación para fuentes de alimentación de CC estabilizadas son fuentes de alimentación de CA. Cuando cambia el voltaje o la resistencia de carga de la fuente de alimentación de CA, el voltaje de salida de CC del regulador permanecerá estable. Con el desarrollo de dispositivos electrónicos hacia una alta precisión, alta estabilidad y alta confiabilidad, las fuentes de alimentación de CC estabilizadas han planteado requisitos más altos para la fuente de alimentación de dispositivos electrónicos.

 

Tipos y selección de fuentes de alimentación estabilizadas de CC:

 

1. Fuente de alimentación CC estabilizada lineal

1) Fuente de alimentación CC estable en serie con transistores: La fuente de alimentación CC estable en serie con transistores funciona en un estado de amplificación lineal, con una velocidad de respuesta rápida, estabilidad de voltaje y estabilidad de carga elevadas, voltaje de ondulación de salida bajo y bajo nivel de ruido. En términos de tecnología de circuitos, su circuito de control utiliza menos componentes. No existen requisitos especiales para las características de conmutación del tubo regulador y el rendimiento de alta frecuencia del filtro, lo que da como resultado una alta confiabilidad.

 

Un serio inconveniente de una fuente de alimentación regulada en serie es su baja eficiencia. Para mejorar la eficiencia, es necesario reducir la caída de presión en el tubo regulador y minimizar las pérdidas en el tubo regulador. Solución: 1. Los transistores PNP y NPN son complementarios: cuando la corriente de potencia de salida de una fuente de alimentación regulada en serie es alta, el transistor de ajuste generalmente se conecta a un transistor de combinación Darlington con un electrodo colector común. Debido a los mismos parámetros eléctricos del transistor, mantener el mismo factor de amplificación de corriente reduce la caída de voltaje colector-emisor del regulador de combinación conectado complementariamente, mejorando así la eficiencia de la fuente de alimentación. 2. Método de polarización: la caída de voltaje entre el colector y el emisor de un tubo de combinación de colector común generalmente depende en cierta medida de la corriente de polarización. Al usar el método de conexión de polarización, la eficiencia energética se puede mejorar de manera efectiva cuando la corriente de salida es constante. 3. Regulador de voltaje de conmutación como preajuste: cuando la diferencia de voltaje de entrada y salida es grande y la corriente de salida es grande, usar un regulador de voltaje de conmutación como preajuste para un regulador de voltaje en serie también es efectivo para mejorar la eficiencia energética. Método a implementar. El preajuste del interruptor también se puede realizar en el lado primario del transformador de potencia.

 

2) El desarrollo de reguladores lineales integrados: En el mercado temprano, había muchos fabricantes de reguladores integrados con gran salida y amplias áreas de aplicación. Se divide principalmente en dos categorías: reguladores de voltaje integrados de un solo chip de semiconductores y reguladores de voltaje integrados híbridos. Sus formas de circuito, empaquetado, especificaciones de voltaje y corriente son diversas. Los reguladores de voltaje integrados se pueden dividir en voltaje constante, ajustable, de seguimiento y flotante. Sin embargo, independientemente de la forma, generalmente constan de una fuente de voltaje de referencia, un amplificador comparativo, un elemento regulador, es decir, transistor de potencia, y alguna forma de circuito limitador de corriente. Algunos reguladores de voltaje integrados también tienen circuitos de apagado lógico interno y circuitos de corte térmico. En comparación con los reguladores de voltaje compuestos por componentes discretos, los reguladores de voltaje integrados tienen ventajas significativas, que incluyen bajo costo, tamaño pequeño, uso conveniente, buen rendimiento y alta confiabilidad.

 

3) Tecnología de fuente de alimentación estabilizada de red de fuente de corriente constante: el uso de energía estabilizada de red de corriente constante es una característica de las fuentes de alimentación estabilizadas en serie de corriente. El uso de una red de corriente constante puede mejorar de manera efectiva la estabilidad de la fuente de alimentación. Las redes de corriente constante se utilizan comúnmente para integrar reguladores de voltaje. Los reguladores de voltaje en serie compuestos por componentes discretos están adoptando cada vez más la tecnología de corriente constante. La corriente constante se puede lograr mediante el uso de componentes como transistores, transistores de efecto de campo y diodos de corriente constante. Es más conveniente utilizar diodos de corriente constante en reguladores de voltaje en serie con componentes discretos.

 

2. Fuente de alimentación estabilizada de CC conmutada

Una fuente de alimentación regulada de CC de tipo interruptor se refiere a una fuente de alimentación regulada de CC cuyos componentes de regulación de potencia funcionan de manera "encendida" y "apagada". Las primeras fuentes de alimentación estabilizadas de CC con conmutación de amplificador magnético utilizaban los estados "saturado" e "insaturado" del núcleo de hierro para realizar el control de "encendido" y "apagado". Eso es un amplificador magnético de baja frecuencia. La fuente de alimentación rectificadora controlada por fase de tiristor que aparece durante este proceso también es un tipo de fuente de alimentación de CC conmutada. Posteriormente, la tecnología de conversión de fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia se ha desarrollado rápidamente, refiriéndose principalmente a fuentes de alimentación estabilizadas de CC conmutadas de alta frecuencia en forma de convertidores. En la década de 1990, la tecnología de electrónica de potencia, PWM y otras tecnologías se volvieron cada vez más maduras, y las fuentes de alimentación conmutadas de CC y las fuentes de alimentación conmutadas de CA se convirtieron en los actores dominantes en el mercado. La tecnología de electrónica de potencia es una disciplina que utiliza la tecnología de electrónica de potencia para controlar y convertir energía eléctrica. Incluye tres partes: dispositivos electrónicos de potencia, circuitos convertidores y circuitos de control. Es un campo interdisciplinario entre las tres principales tecnologías de ingeniería eléctrica: potencia, electrónica y control. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la tecnología de la electrónica de potencia se ha convertido gradualmente en una disciplina técnica integral con infiltración interdisciplinaria debido a su estrecha conexión con la teoría de control moderna, la ciencia de los materiales, la ingeniería eléctrica, la tecnología microelectrónica y muchos otros campos.

 

1) Sin transformador de frecuencia industrial: La eliminación de los transformadores de frecuencia industrial y la adopción de una entrada de rectificación directamente desde la red eléctrica es una medida importante para reducir el volumen y el peso de las fuentes de alimentación conmutadas. La ausencia de transformadores de frecuencia industrial se ha convertido en una característica de las fuentes de alimentación conmutadas avanzadas contemporáneas. En comparación con varias fuentes de alimentación estabilizadas de CC con transformadores de frecuencia industrial, las ventajas sobresalientes de las fuentes de alimentación conmutadas sin transformadores de frecuencia industrial son su pequeño tamaño, peso ligero y alta eficiencia. Las formas de circuito de las fuentes de alimentación conmutadas son diversas. En términos de tecnología de modulación, existen modulación de ancho de pulso, modulación de frecuencia, modulación híbrida, etc., entre las cuales la modulación de ancho de pulso representa la gran mayoría. En la actualidad, existen fuentes de alimentación conmutadas completamente libres de transformadores que ni siquiera requieren convertidores de alta frecuencia. La característica más importante de esta fuente de alimentación es que su volumen es mucho menor que el de las fuentes de alimentación conmutadas actuales sin transformadores de frecuencia industrial, y no hay componentes como transformadores bobinados. Se puede fabricar utilizando tecnología de circuito integrado.

 

2) Fuentes de alimentación conmutadas de alta frecuencia: una característica importante de las fuentes de alimentación conmutadas modernas es el aumento continuo de la frecuencia de conmutación. Las fuentes de alimentación conmutadas de transistores, tiristores o transistores de efecto de campo están evolucionando hacia la alta frecuencia. Con la aparición de los IGBT y MOSFET de potencia, la frecuencia de funcionamiento de las fuentes de alimentación conmutadas ha aumentado gradualmente desde los 20 KHz típicos iniciales hasta el rango de los megahercios o incluso los gigahercios.

 

3) Integración de circuitos de control: Los circuitos de control de las primeras fuentes de alimentación conmutadas estaban compuestos por componentes discretos. De esta manera, el diseño del circuito es complejo, la depuración y el mantenimiento son problemáticos, lo que afecta la promoción y aplicación de las fuentes de alimentación conmutadas. Para adaptarse al rápido desarrollo de las fuentes de alimentación conmutadas, se han desarrollado con éxito circuitos de control de fuentes de alimentación conmutadas integradas, y sus funciones se están volviendo cada vez más completas. La integración del circuito de control de la fuente de alimentación conmutada simplifica enormemente el diseño de la fuente de alimentación conmutada, mejora el rendimiento eléctrico y la confiabilidad de la fuente de alimentación conmutada y tiene un volumen pequeño, lo que reduce los costos.

 

4) Alta frecuencia de los componentes principales: Para adaptarse al rápido desarrollo de las fuentes de alimentación conmutadas, los componentes principales utilizados en las fuentes de alimentación conmutadas también se están desarrollando rápidamente, y su objetivo principal es lograr una alta frecuencia. Los componentes de conmutación en las fuentes de alimentación conmutadas (transistores de potencia, tiristores y transistores de efecto de campo) han avanzado en el aumento de la frecuencia de operación. Sin embargo, lo más llamativo es la aparición de los transistores compuestos IGBT de potencia y los transistores de efecto de campo MOSFET, que no solo aumentan la frecuencia de conmutación a 1 MHz -1 GHz, sino que también tienen ventajas especiales como buenas características de conmutación, baja potencia de accionamiento requerida, sin desgaste secundario y la capacidad de prevenir el descontrol térmico. Además, la aparición de barreras Schottky de alta corriente ha mejorado en gran medida la eficiencia de rectificación de las fuentes de alimentación conmutadas de alta corriente y bajo voltaje. Tiene las ventajas de una velocidad de conmutación rápida, un tiempo de recuperación inversa corto y una pequeña caída de voltaje directo. Durante el proceso de filtrado, los condensadores y otros dispositivos también deben desarrollarse en términos de materiales, estructura y tecnología para satisfacer los requisitos de alta frecuencia de las fuentes de alimentación conmutadas.

 

5) Control totalmente digital: El control de las fuentes de alimentación conmutadas ha pasado por el control analógico y el control mixto analógico y digital, y ahora ha entrado en la etapa del control totalmente digital. El control totalmente digital es una nueva tendencia de desarrollo que se ha aplicado en muchos dispositivos de conversión de energía. Sin embargo, en el pasado, la aplicación del control digital era relativamente limitada en los convertidores CC/CC. A lo largo de los años, se han desarrollado chips de control totalmente digitales de alto rendimiento para fuentes de alimentación conmutadas, y el costo también se ha reducido a un nivel relativamente razonable. Muchas empresas en Europa y Estados Unidos han desarrollado y fabricado chips de control digital y software para convertidores de conmutación. La ventaja del control totalmente digital es que las señales digitales se pueden calibrar en cantidades más pequeñas que las señales digitales analógicas mixtas, y el precio del chip también es más económico. El error de detección de corriente se puede corregir digitalmente con precisión, lo que hace que la detección de voltaje sea más precisa. Puede lograr un diseño de control rápido y flexible.