SMPS to skrót od „Switched-Mode Power Supply” (zasilacz impulsowy), szeroko stosowany w przemysłowych systemach sterowania do zasilania odbiorników prądu stałego. Urządzenie to pozwala skutecznie przekształcać napięcie prądu przemiennego (AC) na napięcie prądu stałego (DC).
Zasilacze impulsowe są jednym z 10 najczęściej stosowanych komponentów w automatyce przemysłowej, zasilając różne urządzenia, takie jak sterowniki PLC, czujniki temperatury, czujniki zbliżeniowe, kurtyny świetlne bezpieczeństwa, lampki sygnalizacyjne, przetworniki temperatury, zawory elektromagnetyczne, regulatory temperatury, przekaźniki półprzewodnikowe oraz różne taśmy LED.
W tym wpisie na blogu dowiesz się:
- Czym jest zasilacz impulsowy (SMPS)?
- Jak to działa.
- Jakie ładunki może przewozić?
- Rodzaje zasilaczy impulsowych (SMPS).
- Przewodnik po wyborze zasilaczy impulsowych.
A teraz przyjrzyjmy się temu bliżej.
Czym jest zasilacz impulsowy (SMPS)?
Krótko mówiąc, zasilacz impulsowy (SMPS) to przetwornik napięcia, który przekształca napięcie prądu przemiennego (AC) na napięcie prądu stałego (DC) o stałej wartości. W związku z tym zasilacze do laptopów, ładowarki do telefonów komórkowych oraz sterowniki LED można uznać za zasilacze impulsowe.
Napięcie wejściowe może wynosić 110 V lub 220 V prądu przemiennego jednofazowego albo 380 V prądu przemiennego trójfazowego. Napięcia te są przekształcane przez wewnętrzne obwody zasilacza impulsowego (SMPS) na napięcie stałe 5 V, 12 V, 24 V lub 48 V, w zależności od konstrukcji produktu.
W następnym rozdziale szczegółowo wyjaśnimy zasadę działania zasilacza impulsowego.
Jak działa zasilacz impulsowy (SMPS)?
Schemat działania zasilacza SMPS składa się z 6 etapów: zasilanie sieciowe prądu przemiennego → filtr EMI → mostek prostowniczy + kondensator elektrolityczny (magistrala DC310V lub DC150V) → przełącznik PWM + transformator wysokoczęstotliwościowy → prostowanie i filtrowanie po stronie wtórnej → stabilne napięcie wyjściowe prądu stałego.
Przyjrzyjmy się bliżej każdemu etapowi.
1. Zasilanie sieciowe prądu przemiennego
Do zacisków wejściowych zasilacza impulsowego należy podłączyć napięcie 110 V AC, 220 V AC lub 380 V AC.
2. Filtr EMI
Na tym etapie napięcie prądu przemiennego zostanie przefiltrowane w celu uzyskania czystego źródła zasilania prądem przemiennym, a inne sygnały zakłócające (takie jak szumy elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości) zostaną odfiltrowane i pochłonięte.
3. Most prostowniczy + kondensator elektrolityczny (magistrala DC310V lub DC150V)
W tej sekcji napięcie wejściowe wynosi 220 V prądu przemiennego (Uwaga: Podane tutaj napięcie to 220 V prądu przemiennego, czyli wartość skuteczna napięcia sieciowego. Jego wartość szczytowa wynosi 220 × √2 = 310 V.). To napięcie prądu przemiennego jest przekształcane na 310 V prądu stałego.
Odpowiedni przebieg sygnału dzieli się na dwa etapy, jak pokazano i opisano poniżej:
- Prąd przemienny przepływa przez prostownik mostkowy, przekształcając naprzemienne wartości dodatnie i ujemne prądu przemiennego w jednokierunkowy, pulsujący prąd stały;
- Po przefiltrowaniu przez kondensator elektrolityczny o dużej pojemności uzyskuje się stabilne napięcie stałe o wartości 310 V.
4. Przełącznik PWM + transformator wysokoczęstotliwościowy
Obecnie mamy napięcie 310 V DC. Nie jest to nasze docelowe napięcie wyjściowe, więc potrzebujemy transformatora, który obniży je do 12 V, 24 V lub 5 V DC.
Żaden transformator nie jest jednak w stanie bezpośrednio przekształcić stabilnego prądu stałego. Wynika to z faktu, że prąd stały generuje strumień statyczny wewnątrz transformatora, uniemożliwiając indukcję napięcia po stronie wtórnej w celu transformacji napięcia.
Jak rozwiązać ten problem?
Rozwiązaniem jest zastosowanie tranzystora MOSFET wysokoczęstotliwościowego do przekształcenia stałego napięcia prądu stałego w impulsy prądu stałego o wysokiej częstotliwości; impulsy te można zobaczyć poniżej:
Dzięki tej metodzie można przekształcić wysokie napięcie stałe na niskie. Niemniej jednak impulsy przemienne z transformatora należy przekształcić w jednokierunkowe napięcie stałe o dodatnim polaryzacji.
Przechodzimy teraz do kolejnego etapu: prostowania i filtrowania po stronie wtórnej.
5. Prostowanie i filtrowanie po stronie wtórnej
Obwód ten umożliwia zmianę napięcia z wysokonapięciowej fali prostokątnej o wartości 310 V DC na niskonapięciową falę prostokątną o wartości 5 V DC, 12 V DC lub 24 V DC.
Kolejnym krokiem jest zamiana ujemnego półcyklu fali prostokątnej na dodatni półcykl, tak aby całe napięcie wyjściowe stało się napięciem stałym. Można to osiągnąć za pomocą kolejnego obwodu prostowniczego.
Po odfiltrowaniu innych zakłóceń na wyjściu pojawi się stabilne, niskie napięcie stałe.
Rodzaje zasilaczy impulsowych (SMPS)
Z naszego doświadczenia wynika, że zasilacze impulsowe można zasadniczo podzielić na trzy rodzaje: zasilacze impulsowe o zmiennym napięciu wyjściowym, zasilacze impulsowe montowane na szynie DIN oraz standardowe zasilacze impulsowe montowane za pomocą śrub. Każdy z nich omówimy w następnej sekcji.
Zasilacz impulsowy o zmiennej mocy wyjściowej
Zasilacze impulsowe o regulowanym napięciu wyjściowym (SMPS), znane również jako zasilacze prądu stałego o regulowanym napięciu, umożliwiają uzyskanie pożądanego napięcia stałego poprzez regulację pokrętła znajdującego się na urządzeniu.
Ich zmienna charakterystyka wyjściowa prądu stałego ułatwia użytkownikom uzyskanie wymaganego napięcia, jednak z tego powodu ich cena jest znacznie wyższa niż w przypadku dwóch rodzajów zasilaczy impulsowych, które przedstawimy poniżej.
W związku z tym zasilacze impulsowe o zmiennej mocy wyjściowej są stosowane głównie w laboratoriach i urządzeniach testowych, a rzadko spotyka się je na rzeczywistych liniach produkcyjnych.
Zasilacz impulsowy na szynę DIN
Zasilacze impulsowe do montażu na szynie DIN są wyposażone z tyłu w elementy mocujące do szyny DIN, co pozwala użytkownikom na łatwy montaż na szynach DIN o szerokości 35 mm.
Wśród nich do najpopularniejszych modeli należą seria DR oraz seria NDR.
Porównując dwie serie zasilaczy impulsowych o tej samej mocy wyjściowej, seria NDR jest cieńsza niż seria DR.
Zasilacz impulsowy mocowany śrubami
Innym, częściej stosowanym rodzajem zasilacza impulsowego jest zasilacz impulsowy montowany na śruby, którego nazwa pochodzi od sposobu mocowania za pomocą śrub.
Do zasilaczy impulsowych montowanych na śrubach należą serie S, D, SP i MS. Klikając ten link, można pobrać nasz katalog produktów zasilaczy impulsowych: Katalog produktów zasilaczy impulsowych Lorentzzi.
Zasilacze impulsowe montowane na śrubach są powszechnie stosowane w systemach sterowania oświetleniem LED, gdzie służą do zasilania taśm LED, lamp ulicznych itp.
Jakie urządzenia mogą być zasilane przez zasilacz SMPS?
Zasilacze impulsowe (SMPS) zasilają szeroką gamę urządzeń elektronicznych pracujących na prąd stały, w tym:
1. Urządzenia do automatyki przemysłowej
Na przykład różne czujniki zbliżeniowe, kurtyny świetlne bezpieczeństwa, sterowniki PLC, przekaźniki ogólnego przeznaczenia (przekaźniki pośrednie), zawory elektromagnetyczne, Styczniki z cewką prądu stałego, moduły serwosterowania oraz interfejsy HMI na prąd stały.
2. Oświetlenie
Taśmy LED i oprawy LED o stałym napięciu.
3. Sprzęt komunikacyjny i sieciowy
Routery, przełączniki, systemy monitoringu oraz urządzenia końcowe sieciowe.
4. Elektronika użytkowa i profesjonalna
Ładowarka do akumulatorów, ładowarka do telefonu, zasilacze do laptopów i tym podobne.
Jak dobrać odpowiedni zasilacz impulsowy do danego zastosowania?
Wybór odpowiedniego zasilacza impulsowego do danego obciążenia pozwala uniknąć wielu kłopotów.
Mówiąc najprościej, wybór odpowiedniego zasilacza impulsowego można podzielić na 4 etapy: 1. Określenie mocy znamionowej obciążenia, 2. Określenie napięcia znamionowego obciążenia, 3. Zapewnienie pewnego marginesu dla obciążenia, 4. Określenie sposobu montażu.
W poniższej sekcji pokażemy Ci krok po kroku, jak to zrobić.
1. Sprawdź moc znamionową obciążenia
Moc znamionową obciążenia prądu stałego można ustalić na podstawie danych podanych na tabliczce znamionowej; jeśli nie znasz tych danych, możemy podać kilka informacji: w przypadku większości czujników moc znamionowa wynosi zazwyczaj mniej niż 10 W; w przypadku obciążeń pojemnościowych, takich jak zawory elektromagnetyczne, moc znamionowa wynosi zazwyczaj mniej niż 30 W, ale ich moc rozruchowa jest zazwyczaj 2–3 razy większa od mocy znamionowej, dlatego najlepiej jest zastosować zasilacz impulsowy o mocy 100 W.
2. Sprawdź napięcie znamionowe obciążenia
Napięcie znamionowe obciążenia można również ustalić na podstawie danych podanych na tabliczce znamionowej. Na przykład, jeśli obciążenie ma napięcie 24 V DC, należy wybrać zasilacz impulsowy o napięciu wyjściowym 24 V DC.
Wybranie niewłaściwego napięcia wyjściowego może spowodować przegrzanie i przepalenie cewek obciążenia prądu stałego.
3. Należy pozostawić pewien zapas na obciążenie
W przypadku stabilnych obciążeń nieindukcyjnych (czujniki, kurtyny świetlne bezpieczeństwa, regulatory temperatury): Należy zapewnić rezerwę mocy wynoszącą 20%~30%.
W przypadku obciążeń indukcyjnych (zawory elektromagnetyczne, przekaźniki): Należy zapewnić rezerwę mocy w zakresie 40%–50%
4. Potwierdź metodę instalacji
Na koniec należy zatwierdzić plan montażu zasilacza SMPS w szafie.
Jeśli zależy Ci na szybkim i łatwym montażu, wybierz zasilacz SMPS do montażu na szynie DIN; jeśli Twoja szafa nie posiada szyn DIN, wybierz zasilacz SMPS do montażu śrubowego i solidnie przymocuj go do szafy za pomocą czterech śrub.
Wnioski
Podsumowując, zasilacze impulsowe znajdują szerokie zastosowanie w sterowaniu przemysłowym, umożliwiając dostarczanie stabilnego napięcia stałego do odbiorników prądu stałego przy wykorzystaniu prądu przemiennego.
Jeśli nadal masz pytania dotyczące zasilaczy impulsowych (SMPS) lub szukasz chińskiego dostawcy zdolnego do produkcji wysokiej jakości zasilaczy impulsowych, możesz przesłać swoje pytania lub zapytania na adres shonxu@lorentzzi.com, oraz dział sprzedaży firmy Lorentzzi Electric Wkrótce się z Tobą skontaktujemy.
