SMPS è l'acronimo della parola Switch Mode Power Supply. Il nome suggerisce chiaramente che il concetto ha qualcosa o interamente a che fare con gli impulsi o la commutazione dei dispositivi impiegati. Impariamo come funzionano gli adattatori SMPS per convertire la tensione di rete in una tensione CC inferiore.
Vantaggio della topologia SMPS
Negli adattatori SMPS l'idea è di commutare la tensione di ingresso di rete nell'avvolgimento primario di un trasformatore in modo da ottenere una tensione CC di valore inferiore sull'avvolgimento secondario del trasformatore.
Comunque la domanda è, lo stesso può essere fatto con un normale trasformatore, quindi qual è la necessità di una configurazione così complicata quando il funzionamento può essere semplicemente implementato attraverso normali trasformatori?
Ebbene, il concetto è stato sviluppato proprio per eliminare l'uso di trasformatori pesanti e ingombranti con versioni molto efficienti di Circuiti di alimentazione SMPS .
Sebbene il principio di funzionamento sia abbastanza simile, i risultati sono molto diversi.
La nostra tensione di rete è anche una tensione pulsante o una corrente alternata che viene normalmente immessa nel trasformatore ordinario per le conversioni richieste, ma non possiamo rendere il trasformatore di dimensioni più piccole anche con correnti fino a 500 mA.
Il motivo alla base di ciò è la frequenza molto bassa coinvolta con i nostri ingressi di rete CA.
A 50 Hz o 60 Hz, il valore è tremendamente basso per implementarli in uscite con correnti CC elevate utilizzando trasformatori più piccoli.
Questo perché al diminuire della frequenza, aumentano le perdite di correnti parassite con la magnetizzazione del trasformatore, il che si traduce in un'enorme perdita di corrente attraverso il calore e di conseguenza l'intero processo diventa molto inefficiente.
Per compensare la suddetta perdita, sono coinvolti nuclei del trasformatore relativamente più grandi con un grado di spessore del filo rilevante, rendendo l'intera unità pesante e ingombrante.
Un circuito di alimentazione in modalità switch affronta questo problema in modo molto intelligente.
Se una frequenza più bassa aumenta le perdite di correnti parassite, significa che un aumento della frequenza farebbe esattamente l'opposto.
Significa che se la frequenza viene aumentata, il trasformatore potrebbe essere reso molto più piccolo ma fornirebbe una corrente più elevata alle loro uscite.
Questo è esattamente quello che facciamo con un file Circuito SMPS . Comprendiamo il funzionamento con i seguenti punti:
Come funzionano gli adattatori SMPS
In uno schema del circuito di alimentazione a commutazione, la CA in ingresso viene prima rettificata e filtrata per produrre un'ampiezza di corrente continua.
La corrente continua di cui sopra è applicata a una configurazione di oscillatore comprendente un transistor ad alta tensione o un mosfet, montato su un avvolgimento primario di un piccolo trasformatore di ferrite ben dimensionato.
Il circuito diventa un tipo di configurazione auto oscillante che inizia a oscillare a una frequenza predeterminata impostata da altri componenti passivi come condensatori e resistori.
La frequenza è solitamente superiore a 50 Khz.
Questa frequenza induce una tensione e una corrente equivalenti all'avvolgimento secondario del trasformatore, determinata dal numero di spire e dal SWG del filo.
A causa del coinvolgimento delle alte frequenze, le perdite di correnti parassite diventano trascurabilmente piccole e l'uscita CC ad alta corrente diventa derivabile attraverso trasformatori con nucleo di ferrite più piccoli e avvolgimenti di filo relativamente più sottili.
Tuttavia anche la tensione secondaria sarà alla frequenza primaria, quindi viene nuovamente raddrizzata e filtrata utilizzando un diodo a recupero rapido e un condensatore di alto valore.
Il risultato in uscita è una bassa CC perfettamente filtrata, che può essere utilizzata efficacemente per il funzionamento di qualsiasi circuito elettronico.
Nelle versioni moderne di SMPS, i circuiti integrati hi-end vengono utilizzati al posto dei transistor in ingresso.
I circuiti integrati sono dotati di un mosfet ad alta tensione integrato per sostenere le oscillazioni ad alta frequenza e molte altre funzioni di protezione.
Quali sono le protezioni integrate di SMPS
Questi circuiti integrati hanno circuiti di protezione integrati adeguati come protezione da valanga, protezione da surriscaldamento e protezione da sovratensione in uscita e anche una funzione di modalità burst.
La protezione contro le valanghe assicura che il circuito integrato non venga danneggiato durante l'accensione della corrente in fretta.
La protezione contro il surriscaldamento assicura che l'IC si spenga automaticamente se il trasformatore non è avvolto correttamente e assorbe più corrente dall'IC rendendolo pericolosamente caldo.
La modalità burst è una caratteristica interessante inclusa con le moderne unità SMPS.
In questo caso, l'uscita CC viene restituita a un ingresso di rilevamento dell'IC. Se per qualche motivo, normalmente a causa di un avvolgimento secondario errato o di una selezione di resistori, la tensione di uscita sale al di sopra di un certo valore predeterminato, l'IC spegne la commutazione di ingresso e salta la commutazione in raffiche intermittenti.
Questo aiuta a controllare la tensione in uscita e anche la corrente in uscita.
La funzione garantisce inoltre che se la tensione di uscita viene regolata su un punto alto e l'uscita non viene caricata, l'IC passa alla modalità burst assicurandosi che l'unità venga azionata in modo intermittente fino a quando l'uscita non viene caricata adeguatamente, questo consente di risparmiare energia dell'unità in condizioni di riposo o quando l'uscita non è operativa.
Il feedback dalla sezione di uscita all'IC è implementato tramite un accoppiatore ottico in modo che l'uscita rimanga ben distaccata dalla rete ad alta tensione in ingresso AC, evitando pericolosi shock.
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