Schaltnetzteil-Topologien im Vergleich

Die allgegenwärtige lineare Stromversorgung von Alt ist seit dem Aufkommen von Switch Mode Power Supplies (SMPS) seit Jahren stetig rückläufig. Der eindeutige Vorteil von SMPS gegenüber linearen Lieferungen ist die Größe und Effizienz. Da sich die weltweite Energiekrise auf internationaler, wirtschaftlicher und politischer Ebene abzeichnet, hat sich der Trend zu SMPS nur beschleunigt.

Als neue Technologie wurde die Technologie aufgrund der hohen Anzahl von SMPS-Komponenten teurer als linear. Mit der Geburt des elektronischen Zeitalters sind die Bauteilkosten jedoch so niedrig, dass der hohe Rohstoffgehalt von Kupfer und Eisen im linearen Transformator die SMPS-Technologie wirtschaftlicher macht.

Selbst mit den Nachteilen, komplexer zu sein und mehr Sorgfalt bei der EMI-Kontrolle zu erfordern, überwiegen die Vorteile von Schaltnetzteilen in fast allen Nischenanwendungen bei weitem.

Schaltnetzteile bestehen aus mehreren Stufen. Wenn der Eingang ein AC-Eingang ist, muss die Eingangsstufe sowohl den Eingangsfilter als auch einen Gleichrichter enthalten, um in einen DC-Eingang umgewandelt zu werden. DC / DC-Wandler benötigen keinen Gleichrichter. Die Inverterstufe dreht sich um und wandelt den jetzt eingespeisten DC-Eingang sofort wieder in einen AC-Eingang um, indem die DC-Eingangsspannung mit einer viel höheren Frequenz als der ursprüngliche AC-Eingang ein- und ausgeschaltet wird. Die Betriebsfrequenz wird häufig so gewählt, dass sie im Bereich von 20 kHz bis 150 kHz liegt, was hoch genug ist, um außerhalb des hörbaren Bereichs zu liegen, und niedrig genug, um außerhalb der FCC-Anforderungen für leitungsgeführte EMI zu bleiben.

Nach der Inverterstufe richtet die Endstufe die Ausgabe gleich und filtert sie. Wenn eine isolierte Ausführung erforderlich ist, wird ein Transformator zwischen Gleichrichter und Ausgangsstufe platziert. Dieser Transformator kann aufgrund der höheren Schaltfrequenz viel kleiner, leichter und billiger als der lineare Netztransformator sein.

Nach der Inverterstufe richtet die Endstufe die Ausgabe gleich und filtert sie. Wenn eine isolierte Ausführung erforderlich ist, wird ein Transformator zwischen Gleichrichter und Ausgangsstufe platziert. Dieser Transformator kann aufgrund der höheren Schaltfrequenz viel kleiner, leichter und billiger als der lineare Netztransformator sein.

Beim Entwurf einer Stromversorgung wird normalerweise durch die Entwurfskriterien ein Schaltnetzteil gegenüber einem linearen Netzteil bevorzugt. Bei der Entscheidung, welche SMPS-Topologie verwendet werden soll, ist die Entscheidung oft schwieriger.

Wenn Sie die falsche Topologie auswählen, kann dies zu einem Entwurfsprojekt führen, das Ihre Kostenziele, Effizienzziele oder eine Vielzahl anderer Anforderungen nicht erfüllt. Im Folgenden werden einige der häufigsten Topologien und ihre Funktionen beschrieben.

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