Switching-mode power supply

Table of contents

1 Kort om Switching-mode power supply 2 SMPS-typer 3 Anvendelser 4 Elnetskompatibilitet 5 Effektivitet 6 Se også 7 Eksterne henvisninger 7.1 Historisk 7.2 Blandet 7.3 Selvbyg SMPS 7.4 Design 7.5 Design - vekselretter, inverter 7.6 Design - effektivitet 7.7 Design - elnetskompatibilitet 7.8 Tovejs SMPS 7.9 Cuk 7.10 Zero-ripple

Kort om Switching-mode power supply

De fleste SMPS 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. kondensatorerer, spolerr og transformatorer. Den elektriske energi bliver "klippet" op i energipakker og tappet - via kontakterer, 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 (bl.a. kilde).

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. I eksempelvis solcelle/vindmølle konvertere eller vekselrettere optimeres, 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-DC-konvertere er input og output -jævnspænding og/eller -jævnstrøm (DC) med en lille smule overlejret AC (eng. ripple).

SMPS-typer

Typer:

• Ikke Galvanisk isoleret mellem input og output:
  • DC -> DC:
    • Buck konverter eller step-down konverter.
    • Boost konverter eller step-up konverter.
    • Boost-buck konverter.
    • Cuk konverter.
• Galvanisk isoleret mellem input og output:
  • DC -> DC:
    • Flyback konverter (isoleret buck/boost konverter).
    • Forward konverter (isoleret buck konverter).
  • DC -> AC:
    • vekselretter (inverter).
    • 3 faset vekselretter (inverter).
  • AC -> DC:
    • 1 faset boost PFC ensretter.

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 akkumulatorerer og/eller elnettet (eksempler: "sine wave inverter/chargers do it all").

Andre anvendelser:

• Elektronisk blitz
• Elektronisk halogenlampestrømforsyning
• Videomaskine, Videooptager, VCR
• Printer
• CD-afspiller
• Generator til elektrisk hegn.
• Elektronisk ballast til lysstofrør.
• Elektroniske sparepærer og lavenergipærer.
• Tændrørsspole til benzinmotor med vinkelkrankkontakt/afbryder.
• Relæ med styrekontakt - relæet virker faktisk som en step-down konverter, hvor energien dog går tabt i relæ solenoide og diode.

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:

• EN 61000-3-2
• UPS: EN 50091-2.
• Teknologisk Institut > Certificering og Kontrol > CE-mærkning (bl.a. 230V 50Hz grænseflade (ikke 110V 60Hz)).
• europa-kommissionen.dk: CE-mærkning
• 27. februar 2004, eurocenter.info: Myter og fakta om CE-mærkning
  • 2. april 2003, eurocenter.info: Sammenhængen mellem produktdirektiver og standarder Citat: "...De tekniske detaljer er lagt over i de såkaldte fælleseuropæiske, harmoniserede standarder, EN'er (European Norms), der "peger på" de enkelte direktiver...Det er de fælleseuropæiske standardiseringsorganisationer (CEN, CENELEC og ETSI), der udarbejder disse standarder efter mandat fra Europa-Kommissionen..."

• MOSFET
• UPS
• PWM
• Linear spændingsforsyning
• tv tripler, spændingstripler (eng. Voltage tripler) Experiment 15 - 65kV Power Supply Citat: "...Cockroft Walton multiplier..."

Historisk

• History and development of Switched-Mode Power Suplies pre 1987

• Google: Power Electronics
• DC-DC Converter Basics
• Fundamentals of Power Electronics
• Topologies for Power Converters
• Kræver Java: Interactive learning tool for power electronics
• Notes on the Troubleshooting and Repair of Small Switchmode Power Supplies
• aseapower.com: Technical Notes
• Webarchive backup: Powerquotes Comprehensive Glossary

• Pocket LED light
• White LED Head Lamp
• Selvbyg og teori: Sun energy converter for low input voltage (norsk)
• SCC3 - 12 Volt 20 Amp Solar Charge Controller Kit (bl.a. diagram), tilslutning, spec
• SCC2 10 Amp Solar Charge Controller (bl.a. diagram)
• The Zener-based solar engine. Using a Zener diode as a voltage sensor
• Switch Mode Power Supply. (SMPS) Akkumulatorlader.

• ridleyengineering.com: SMPS: Design Tips
  • ridleyengineering.com: SMPS: Common myths about high frequency transformer and inductor design are explained on this page
• Switching-Mode Power Supply Design Power supply circuit design problems, solutions, tutorials, tips, and resources. A website about power supply design for power supply designers.
  • Switching-Mode Power Supply Design
  • Power Supply Design Web Log Questions, answers, rants, raves, and meta-knowledge about switching-mode power supply design by Jerrold Foutz.
• Nonlinear Dynamics and Chaos in Power Electronics
• powerpulse.net: Prediction Technology to Control Synchronous Rectifiers
• epanorama.net: Switched Mode Power Supply Page
• Alan Sharp: Output Transformer design: Skin depth at various spot frequencies Citat: "...The depth of penetration is given by: D = 66/SQRT(F). D is the skin depth in mm, SQRT is square root of, F is frequency in Hz..."

• "Magic sinewaves" - teori fra ca. år 2000. Don Lancaster, Synergetics og adskillige Synergetics Partnere har lavet en inverter modulationsteori, som er exceptionel. F.eks. kan alle harmoniske op til ca. 22. harmoniske af 50 eller 60 Hz udfases via et specielt timing-design af flankeskift. Det er også virkeliggjort med 3 fasede vekselrettere. Kan anvendes til elbiler og AC elektromotor styring:
  • "Magic sinewaves" are repeating long sequences of ones and zeros. They can get created from ordinary but extremely carefully chosen digitally switched pulses. Se f.eks.:
    • Introduction to Magic Sinewaves (pdf)
    • Three Phase Magic Sinewaves (pdf)
    • Magic Sinewave Demo Hardware! (pdf)
    • Steplocked Magic Sinewave Synthesis (pdf)

• "Cool" 90%-Efficient Converter Delivers 30 A At 3.3 V Using Optimal Component-Layout And Circuit-Design Techniques, This Device Eliminates The Need For Bulky Heatsinking.
• Cree: SiC (Silicium Carbon/Carbid) Power Schottky (Barrier) Diodes (SBD) in Power Factor Correction Circuits (pdf)
• Januar 2002, Silicon carbide moves further towards commercialization ...A 3 x 4.1 mm^2 1800 V SiC JFET die was presented with a current-carrying capability of 15 A at an on-state voltage of just 2 V. ...Of the bipolar devices reported at the conference, the most impressive results came from Cree, which announced 10 kV, 200 A pulsed power performance from a 3 x 3 mm 4H-SiC pin diode..."
• Taiwan: Infineon aims CoolMOS power technology at eliminating heatsinks

• Chris Iannello (slide show): Active Power Factor Correction Research. Topology Overview
• ce-mag.com: The Hidden Schematic: EMC Threats in Medical Power Supplies Citat: "...Laying Out the Circuit Board..."
• ce-mag.com: Using a Modified Charge-Pump Technique to Reduce Line Harmonics Citat: "...Since January 2001, EN 61000-3-2 has regulated the European line-current harmonic levels of equipment up to 16 A per phase from the public 230-V supply.1 Active and passive power factor correction (PFC) circuits are used to comply with this standard..."
• EDN, 1/6/2000, FROM EDN EUROPE: Active power factor correction

• Bi-Directional Automotive 42/14 Volt Bus DC/DC Converter (PowerPoint præsentation)
  • Hovedadresse: MIT/Industry Consortium on Advanced Automotive Electrical/Electronic Components and Systems: Jumpstarting and Charging Batteries with the New 42V PowerNet.
• Three Phase PWM Boost-Buck Rectifiers with Power Regenerating (pdf)
• Analysis and Control of Three Phase AC-DC PWM Boost-Buck and Buck-Boost Bidirectional Power Converters
• Et heftigt el-hjul på 120kW: e-traction.com: TheWheel™ - what it is and what it does Citat: "...operating at more than 90% energy efficiency...delivers up to 120 KW of direct drive traction at the only place where it matters,.....at the wheel...the braking action is converted back to electrical power. This process is called regenerative braking..."

• Matematisk orienteret:
  • Lagrangian Modeling and Control of Coupled-Inductor Switched-Mode DC-to-DC Power Converters
  • Lagrangian Modeling and Control of Switching Networks with Integrated Coupled Magnetics

• A New Zero-Ripple Technique for Switchmode Power Supplies
• Igor: Zero-Ripple Technique Overview

Denne artikel er fra Wikipedia. Læs artiklen hos Wikipedia.