Switch-mode-strømforsyning

Switch-mode-strømforsyning eller kort SMPS er en spændingsforsyning eller strømforsyning – en elektronisk kredsløbstype, som anvendes til at omforme elektrisk energi mellem 2 elektriske kilder/belastninger (én vej - eller begge veje), med en høj virkningsgrad. Virkningsgraden kan være 98% for nyere SMPS ved fuld belastning og progressivt lavere for lavere belastning ned til 0 %. Andre navne for switch-mode-strømforsyning er switch-mode-spændingsforsyning, switch-mode-forsyning, switching-mode power supply, switched-mode power supply og switched power supply.

De fleste SMPS'er er dog kun designet til at omforme fra én kilde til én eller flere belastninger.

En SMPS sender elektrisk energi gennem elektriske lavtabskomponenter, som f.eks. kondensatorer, spoler og transformatorer. Den elektriske energi bliver "klippet" op i energipakker og tappet – via kontakter, som i princippet enten kun kan være sluttede eller åbne. Kontakterne kan være faststofkontakter som f.eks. transistorer (bipolar, effekt MOSFET, triac, SCR ...) og dioder (især hurtige Schottky-dioder).

Eksempel på en yderst almindelig smps-spændingsforsynings indre beregnet til stationære PC'er.

SMPS kan designes til at levere elektrisk energi, på baggrund af en eller flere parametre, som f.eks. kan være udgangs- eller indgangs- spænding, strøm, effekt eller bibeholde en bestemt impedans i en elektrisk belastning. Eksempelvis optimeres solcelle-/vindmølle-konvertere eller vekselrettere, for at få så meget energi ud som muligt (MPPT; eng. Maximum Power Point Tracker) og som der er mulighed for at afsætte i belastningerne. En belastning kan være en akkumulator, elnettet eller elektrisk udstyr.

For DC-til-DC-konvertere er input og output jævnspænding og/eller jævnstrøm (DC) med en lille smule overlejret vekselstrøm/spænding (AC, eng. ripple).

SMPS-typer

Nogle smps-typers principdiagrammer til højre.

Typer:

  • Ikke Galvanisk isoleret mellem input og output:
    • DC → DC:
  • Galvanisk isoleret mellem input og output:
    • DC → DC:
      • Flyback konverter (isoleret buck/boost konverter)
      • Forward konverter (isoleret buck konverter)
      • Isoleret cuk-konverter
    • DC → AC:
      • SMPS baseret vekselretter (inverter)
      • SMPS baseret 3 faset vekselretter (inverter)
    • AC → DC:
      • 1 faset boost PFC ensretter
      • Ét trins 1 faset PFC ensretter uden ensretterbro >98% virkningsgrad (Ćuk-konverter inspireret og anvender to RB-IGBT)[1][2][3]

Anvendelser

F.eks. anvendes SMPS i computere og andet nettilkoblet elektrisk udstyr, hvor de typisk erstatter en stor 230V 50 Hz transformator med en lille SMPS højfrekvens-transformator ved ca. 10-100 kHz.

De bliver også anvendt i fjernsynets højspændingsdel til at generere ca. 10.000-25.000 V til billedrøret.

I solcelle-step-up-konvertere og/eller solcelleregulatorer anvendes de til at tappe så meget energi som muligt fra solcellerne og sende det over i akkumulatorer og/eller elnettet.

Andre anvendelser:

Elnetskompatibilitet

For at en belastning er kompatibel med elnettet, skal belastningen ikke have spole eller kondensatorvirkning – Den skal derimod opføre sig som en ohmsk modstand.

Denne egenskab har man et mål for: Power factor – den skal være så tæt på én som muligt. En SMPS som er designet til at have en fornuftig power factor, kaldes en PFC SMPS (Power factor Correction-SMPS). Alle el-apparater skal opfylde:

Effektivitet

Defekte kondensatorer (slang "gravide kondensatorer") i en smps. Grundet store hyppige spidsstrømme vil kondensatorer med for stor ESR i løbet af kort tid overophede og eksplodere – eller i det mindste have en udbuling som vist på billedet. Det prægede kryds i toppen af kondensatorerne er en sikkerhedsforanstaltning, der er lavet for at gastrykket har lettere ved at komme ud af toppen, i tilfælde af for stort indre overtryk.

For at få en SMPS til at have en så høj effektivitet som muligt kan disse komponenter anvendes:

  • SiC SBD – Står for Silicium Carbid Schottky Barrier Diodes.
  • CoolMOS – kræver ingen køleplade med det rette design.

Se også

Kilder/referencer

  1. ^ "Jul 1, 2010, powerelectronics.com: True Bridgeless PFC Converter Achieves Over 98% Efficiency, 0.999 Power Factor (part 1)". Arkiveret fra originalen 16. januar 2011. Hentet 14. januar 2011.
  2. ^ Aug 1, 2010, powerelectronics.com: True Bridgeless PFC Converter Achieves Over 98% Efficiency, 0.999 Power Factor: Part 2 Arkiveret 28. november 2010 hos Wayback Machine, pdf Arkiveret 21. august 2011 hos Wayback Machine
  3. ^ Oct 1, 2010, powerelectronics.com: Single-Stage Isolated Bridgeless PFC Converter Achieves Over 98% Efficiency, 0.999 Power Factor (part 3) Arkiveret 5. december 2010 hos Wayback Machine, pdf Arkiveret 12. august 2011 hos Wayback Machine

Eksterne henvisninger

Wikimedia Commons har medier relateret til:

Medier brugt på denne side

Defekte Kondensatoren.jpg
Forfatter/Opretter: User Smial on de.wikipedia, Licens: CC BY-SA 2.0 de
Defect caused by the use of unsuitable electrolytic capacitors with too high ESR in the switched-mode power supply on a PC motherboard. Note: the ends and sides are swollen on the defective capacitors.
ATX power supply interior-1000px transparent.png
ATX power supply interior

Legend:

A - bridge rectifier
B - input filter capacitors
between B and C - Heatsink of high-voltage transistors
C - transformer
between C and D - Heatsink of low-voltage, high-current rectifiers
D - output filter coil
E - output filter capacitors
Conversores CC CC.jpg
DC/DC Converters