SMPS — это аббревиатура от «Switched-Mode Power Supply» (импульсный источник питания), который широко используется в системах промышленного управления для питания нагрузок постоянного тока. Он позволяет эффективно преобразовывать напряжение переменного тока (AC) в напряжение постоянного тока (DC).
Импульсные источники питания являются одним из 10 наиболее распространенных компонентов в промышленной автоматизации, обеспечивая питание различных устройств, таких как ПЛК, датчики температуры, датчики приближения, защитные световые завесы, сигнальные лампочки, датчики температуры, электромагнитные клапаны, терморегуляторы, твердотельные реле а также различные светодиодные ленты.
В этой статье вы узнаете:
- Что такое импульсный источник питания (SMPS)?
- Как это работает.
- Какие грузы он может перевозить?
- Типы импульсных источников питания.
- Руководство по выбору импульсных источников питания.
А теперь давайте углубимся в тему.
Что такое импульсный источник питания (SMPS)?
Короче говоря, импульсный источник питания (SMPS) — это преобразователь напряжения, который преобразует переменное напряжение (AC) в постоянное напряжение (DC) с фиксированным значением. Таким образом, адаптеры для ноутбуков, зарядные устройства для мобильных телефонов и драйверы светодиодов можно отнести к разряду импульсных источников питания.
Входное напряжение может быть однофазным переменным напряжением 110 В или 220 В либо трехфазным переменным напряжением 380 В. В соответствии с конструкцией изделия эти входные напряжения преобразуются внутренними схемами импульсного источника питания (SMPS) в постоянное напряжение 5 В, 12 В, 24 В или 48 В.
В следующем разделе мы подробно расскажем о принципе работы импульсного источника питания.
Как работает импульсный источник питания?
Рабочий процесс импульсного источника питания (SMPS) состоит из 6 этапов: питание от сети переменного тока → фильтр электромагнитных помех → выпрямительный мост + электролитический конденсатор (шина постоянного тока 310 В или 150 В) → ШИМ-переключатель + высокочастотный трансформатор → выпрямление и фильтрация на вторичной обмотке → выход стабильного напряжения постоянного тока.
Давайте подробнее рассмотрим каждый этап.
1. Вход питания от сети переменного тока
К входным клеммам импульсного источника питания необходимо подключить напряжение переменного тока 110 В, 220 В или 380 В.
2. Фильтр EMI
На этом этапе напряжение переменного тока будет подвергаться фильтрации для получения чистого источника питания переменного тока, при этом другие помехи (такие как высокочастотные электромагнитные помехи) будут отфильтрованы и поглощены.
3. Выпрямительный мост + электролитический конденсатор (шина 310 В постоянного тока или 150 В постоянного тока)
В данном разделе входное напряжение составляет 220 В переменного тока (Примечание: указанное здесь напряжение составляет 220 В переменного тока — это среднеквадратичное значение напряжения в сети. Его пиковое значение равно 220 × √2 = 310 В.). Это напряжение переменного тока преобразуется в 310 В постоянного тока.
Соответствующая форма сигнала делится на два этапа, как показано и описано ниже:
- Переменный ток проходит через полный мостовой выпрямитель, преобразуя чередующиеся положительные и отрицательные полуволны переменного тока в однонаправленный пульсирующий постоянный ток;
- После фильтрации через электролитический конденсатор большой ёмкости получается стабильное высоковольтное постоянное напряжение 310 В.
4. ШИМ-переключатель + высокочастотный трансформатор
Сейчас у нас напряжение 310 В постоянного тока. Это не то напряжение, которое нам нужно, поэтому нам понадобится трансформатор, чтобы понизить его до 12 В, 24 В или 5 В постоянного тока.
Однако ни один трансформатор не может напрямую преобразовывать стабильный постоянный ток. Это связано с тем, что постоянный ток создает статический магнитный поток внутри трансформатора, что препятствует индукции напряжения на вторичной обмотке, необходимой для преобразования напряжения.
Как решить эту проблему?
Решением является использование высокочастотного MOSFET для преобразования постоянного тока в высокочастотные импульсы постоянного тока; эти импульсы постоянного тока показаны ниже:
С помощью этого метода высокое постоянное напряжение можно преобразовать в низкое. Однако импульсы переменного тока, поступающие от трансформатора, необходимо преобразовать в однонаправленный положительный постоянный ток.
Теперь перейдем к следующему этапу: выпрямлению и фильтрации на вторичной обмотке.
5. Выпрямление и фильтрация на вторичной обмотке
Эта схема позволяет преобразовывать напряжение с высоковольтного прямоугольного сигнала 310 В постоянного тока в низковольтный прямоугольный сигнал напряжением 5 В, 12 В или 24 В постоянного тока.
Следующим шагом является преобразование отрицательного полуцикла прямоугольного сигнала в положительный, чтобы весь выходной сигнал представлял собой постоянное напряжение. Это можно осуществить с помощью другой выпрямительной схемы.
После устранения посторонних помех на выходе будет формироваться стабильное низкое постоянное напряжение.
Типы импульсных источников питания (SMPS)
Исходя из нашего опыта, импульсные источники питания можно условно разделить на три типа: импульсные источники питания с регулируемым выходным напряжением, импульсные источники питания для монтажа на DIN-рейку и стандартные импульсные источники питания с винтовым креплением. Каждый из них мы рассмотрим в следующем разделе.
Импульсный источник питания с регулируемым выходным напряжением
Импульсные источники питания с регулируемым выходным напряжением (SMPS), также известные как источники постоянного тока с регулируемым напряжением, позволяют получить необходимое напряжение постоянного тока путем поворота регулятора на корпусе устройства.
Благодаря переменной характеристике выходного постоянного тока пользователи могут легко получить необходимое напряжение, однако именно по этой причине их цена значительно выше, чем у двух типов импульсных источников питания, о которых мы расскажем ниже.
Поэтому импульсные источники питания с переменной выходной мощностью в основном используются в лабораториях и испытательном оборудовании, а на реальных производственных линиях встречаются крайне редко.
Импульсный источник питания на DIN-рейке
Импульсные источники питания с креплением на DIN-рейку оснащены на задней панели конструкцией для монтажа на DIN-рейку, что позволяет пользователям легко устанавливать их на DIN-рейки шириной 35 мм.
Среди них к числу наиболее популярных моделей относятся серии DR и NDR.
Если сравнить две серии импульсных источников питания с одинаковой выходной мощностью, то серия NDR оказывается более тонкой, чем серия DR.
Импульсный источник питания с винтовым креплением
Еще одним, более распространенным типом импульсного источника питания является импульсный источник питания с винтовым креплением, названный так из-за способа крепления с помощью винтов.
К импульсным источникам питания с винтовым креплением относятся серии S, D, SP и MS. Вы можете перейти по этой ссылке, чтобы скачать наш каталог импульсных источников питания: Каталог импульсных источников питания Lorentzzi.
Импульсные источники питания с винтовым креплением широко используются в системах управления светодиодным освещением для питания светодиодных лент, уличных фонарей и т. д.
Какие устройства могут питаться от импульсного источника питания (SMPS)?
Импульсные источники питания (SMPS) обеспечивают питание широкого спектра электронных устройств, работающих от постоянного тока, в том числе:
1. Оборудование для промышленной автоматизации
Например различные датчики приближения, защитные световые завесы, ПЛК, реле общего назначения (промежуточные реле), электромагнитные клапаны, Контакторы с катушкой постоянного тока, модули сервоуправления и HMI на постоянном токе.
2. Освещение
Светодиодные ленты и светодиодные светильники с постоянным напряжением.
3. Оборудование для связи и сетей
Маршрутизаторы, коммутаторы, системы видеонаблюдения и сетевое оконечное оборудование.
4. Бытовая и коммерческая электроника
Зарядное устройство для аккумуляторов, зарядное устройство для телефона, адаптеры для ноутбуков и т. д.
Как выбрать подходящий импульсный источник питания для вашей задачи?
Правильный выбор импульсного источника питания для вашей нагрузки поможет избежать множества проблем.
Проще говоря, выбор подходящего импульсного источника питания можно разделить на 4 этапа: 1. Определить номинальную мощность нагрузки; 2. Определить номинальное напряжение нагрузки; 3. Предусмотреть некоторый запас по мощности для нагрузки; 4. Определить способ монтажа.
В следующем разделе мы расскажем вам, как это сделать, шаг за шагом.
1. Уточните номинальную мощность нагрузки
Номинальную мощность нагрузки постоянного тока можно определить по данным на заводской табличке; если вам эта информация неизвестна, мы можем предоставить следующие сведения: для большинства датчиков номинальная мощность обычно не превышает 10 Вт; для емкостных нагрузок, таких как соленоидные клапаны, номинальная мощность обычно не превышает 30 Вт, однако их пусковая мощность, как правило, в 2–3 раза превышает номинальную, поэтому лучше всего использовать импульсный источник питания мощностью 100 Вт.
2. Уточните номинальное напряжение нагрузки
Номинальное напряжение нагрузки также можно определить по данным на заводской табличке. Например, если напряжение вашей нагрузки составляет 24 В постоянного тока, вам следует выбрать импульсный источник питания с выходным напряжением 24 В постоянного тока.
Неправильный выбор выходного напряжения может привести к перегреву и выходу из строя катушек вашей нагрузки постоянного тока.
3. Оставьте некоторый запас на нагрузку
Для стабильных неиндуктивных нагрузок (датчики, световые завесы безопасности, регуляторы температуры): предусмотрите запас мощности 20%~30%.
Для индуктивных нагрузок (электромагнитные клапаны, реле): предусмотрите запас мощности в размере 40%~50%
4. Подтвердите способ установки
В заключение подтвердите свой план по установке импульсного источника питания в стойку.
Если вам нужна быстрая и простая установка, выберите импульсный блок питания с креплением на DIN-рейку; если в вашей стойке нет DIN-реек, выберите импульсный блок питания с винтовым креплением и надежно закрепите его в стойке с помощью четырёх винтов.
Заключение
Таким образом, импульсные источники питания широко применяются в системах промышленного управления, обеспечивая стабильное питание постоянным током для нагрузок постоянного тока за счет использования переменного тока.
Если у вас остались вопросы по поводу импульсных источников питания (SMPS) или вы ищете китайского поставщика, способного производить высококачественные импульсные источники питания, вы можете отправить свои вопросы или запросы по адресу shonxu@lorentzzi.com, а также отдел продаж компании Lorentzzi Electric Свяжемся с вами в ближайшее время.
