Eine regulierte Ausgangsspannung in einem SMPS (Switch-Mode-Stromversorgung) wird durch eine Rückkopplungssteuerschleife erreicht. Diese Schleife überwacht ständig die Ausgangsspannung und passt das Schaltverhalten der Leistungstransistoren an, um den gewünschten Spannungsniveau aufrechtzuerhalten. Hier ist eine Aufschlüsselung der Schlüsselkomponenten und ihrer Rollen:
1. Feedback Control Loop -Komponenten:
* Ausgangsspannungssensor: Dies verwendet typischerweise einen Spannungsteiler, um eine kleinere, proportionale Darstellung der Ausgangsspannung zu erzeugen. Diese kleinere Spannung kann durch die Steuerschaltung leicht behandelt werden.
* Fehlerverstärker (Vergleicher): Dies vergleicht die erfasste Ausgangsspannung (Rückkopplungsspannung) mit einer Referenzspannung (eine präzise, interne stabile Spannung). Der Unterschied zwischen diesen beiden Spannungen ist das Fehlersignal.
* Impulsbreitenmodulation (PWM) Controller: Dies ist das "Gehirn" der Operation. Es empfängt das Fehlersignal aus dem Fehlerverstärker. Basierend auf der Größe und Polarität des Fehlers passt es den Arbeitszyklus (den Anteil des Schaltzyklus, auf dem sich der Leistungstransistor befindet) der Schalttransistoren an.
* Transistoren umschalten (MOSFETs oder IGBTs): Diese schalten schnell ein und aus und erzeugen die Hochfrequenzimpulse, die die umgeschaltete Gleichspannung erzeugen. Der PWM -Controller schreibt vor, wie lange sie in jedem Zyklus "auf" sind.
* Ausgangsfilter (Induktor und Kondensator): Dies glättet den hochfrequenten gepulsten Ausgang der Schalttransistoren und wandelt sie in eine relativ stabile Gleichspannung um.
2. Wie es funktioniert:
1. Erstes Einschalten: Die SMPs starten und die Ausgangsspannung steigt zu.
2. Spannungsempfindung und Vergleich: Der Ausgangsspannungssensor sendet eine Spannung proportional zur Ausgangsspannung an den Fehlerverstärker. Der Fehlerverstärker vergleicht dies mit der Referenzspannung.
3. Fehlerverstärkung und PWM -Einstellung: Wenn die Ausgangsspannung niedriger ist als die Referenzspannung (Fehler ist negativ), erzeugt der Fehlerverstärker ein Signal, das den Arbeitszyklus des PWM -Controllers erhöht. Dies bedeutet, dass die Schalttransistoren für einen längeren Teil jedes Zyklus "eingeschaltet" sind und die durchschnittliche Ausgangsspannung erhöht. Wenn die Ausgangsspannung höher als die Referenzspannung ist (Fehler ist positiv), nimmt der Arbeitszyklus ab und verringert die durchschnittliche Ausgangsspannung.
4. Ausgangsspannungsregelung: Diese Rückkopplungsschleife passt kontinuierlich den Arbeitszyklus an und erzeugt ein selbstregulierendes System. Änderungen des Laststroms (mehr Gerätezeichnungsleistung) oder Eingangsspannungsschwankungen werden durch die Kontrollschleife kompensiert, wodurch eine relativ konstante Ausgangsspannung beibehalten wird.
3. Arten der Rückkopplungsregelung:
Es können verschiedene Arten von Kontrollschleifen verwendet werden, einschließlich:
* Spannungsmodussteuerung: Der Fehlerverstärker steuert den Arbeitszyklus direkt basierend auf dem Spannungsfehler. Dies ist einfacher, kann unter bestimmten Bedingungen jedoch anfällig für Instabilität sein.
* Strom-Mode-Steuerung: Die Kontrollschleife überwacht auch den Induktorstrom. Dies bietet eine schnellere transiente Reaktion und eine bessere Linienregulation, ist jedoch komplexer zu implementieren.
4. Schutzmechanismen:
Ein gut gestaltetes SMPS enthält mehrere Schutzmerkmale, wie z. B.:
* Überspannungsschutz: Schließt die SMPS ab, wenn die Ausgangsspannung eine sichere Grenze überschreitet.
* Überstromschutz: Grenzwerte oder schließt den Ausgangsstrom, wenn er übermäßig wird.
* Kurzschlussschutz: Erkennt und reagiert auf einen Kurzschluss auf dem Ausgang.
Zusammenfassend wird die regulierte Ausgangsspannung in einem SMPS durch ein präzises, geschlossenes Rückkopplungssystem erreicht, das das Schaltverhalten der Leistungstransistoren ständig überwacht und anpasst, um den gewünschten Spannungsniveau trotz der Variationen der Last oder der Eingangsspannung aufrechtzuerhalten.
