Impulsstoiteallikas

Impulsstoiteallikas (inglise keeles SMPS switched-mode power supply) on elektroonikalülitus, mis muundab sisendpinge (harilikult elektrivõrgu vahelduvpinge) elektritarvitile sobivaks pingeks.

Impulsstoiteallikas hoiab väljundparameetrid püsivana sisendpingete laias vahemikus, kusjuures palju energiasäästlikumalt, kui see on võimalik lineaarse pingestabilisaatoriga. Impulsstoiteallikad võeti kasutusele 1970. aastate lõpul ja need on levinuimad tehnilised lahendused toiteplokkides.

Talitluspõhimõte

Võrgupingest alalispinge saamiseks kasutatava impulsstoitelülituse struktuuriskeem:
1 ‒ võrgufilter; 2 ‒ alaldusdiood või sildalaldi; 3 ‒ silukondensaator; 4 ‒ jõutransistor (või türistor);
5 ‒ trafo; 6 ‒ integraallülitus; 7 ‒ optron

Erinevalt võrgusagedusliku trafoga toitelülitusest, kus võrgu vahelduvpinge transformeeritakse vajaliku tasemeni ja siis alaldatakse, impulsstoitelülituses võrgupinge (Euroopas 230 V, 50 Hz) esmalt alaldatakse ja silutakse pinge pulsatsiooni suure mahtuvusega kondensaatori abil. Tulemusena saadakse võrgupingest mõnevõrra kõrgem alalispinge.

Alalispinge vaheldatakse (hakitakse) transistori(de)l (MOSFET, IGBT, bipolaartransistor) põhineva vaheldi abil impulssideks, mille sagedus on võrgusagedusest palju kõrgem (vähemalt 50 000 impulssi sekundis ehk 50 kHz). Impulsspinge transformeeritakse (madaldatakse) kõrgsagedusliku impulsstrafoga vajaliku väärtuseni, seejärel alaldatakse ja silutakse pulsatsiooni vähendamiseks. Ühtlasi toimub tagasisideahela vahendusel väljundpinge stabiliseerimine, s.t selle pinge hoidmine nimiväärtuse tasemel sõltumata koormusvoolu ja sisendpinge muutumisest suurtes piirides.

Impulsstoitelülituse trafos toimub magnetvälja ülesehitamine suure sagedusega, mistõttu ühe tsükliga on vaja üle kanda palju vähem energiat kui võrgusagedusel. Vastavalt võib siis trafo olla väiksema südamikuga ja selleks saab kasutada väikese ümbermagneetimis- ja pöörisvoolukaoga magnetmaterjali, enamasti ferriiti. Oluline on ka kokkuhoid mähiste vase arvel. Kuna silukondensaatori tarvilik mahtuvus on pöördvõrdeline sagedusega, võib selle mahtuvus olla seega mitu suurusjärku väiksem, võrreldes pulsatsiooni silumisega võrgupingel.

Nii tavalises kui ka impulsstoitelülituses on trafo ülesandeks peale pingetaseme muutmise ka elektriohutuse tagamine. Nimelt eraldab trafo toitelülituse sekundaarpoole (tarviti) galvaaniliselt elektrivõrgust, s.t katkestab nende vooluahelate vahel alalisvooluühenduse.

Impulssmuunduse põhimõttel on võimalik peale vahelduvpinge alalispingeks muundamise ka alalispinget vahelduvpingeks muundada. Näiteks on impulsstoiteallikaga võimalik akupingest saada 230 V vahelduvpinget või teise pingenivooga stabiliseeritud alalispinget.

Arvuti impulsstoiteplokk (avatud kaanega)
A – sisendalaldi (allpool on näha sisendfilter);
B – silufiltri kondensaatorid (paremal on näha kõrgepingetransistoride radiaator);
C – kõrgsagedustrafo (aremal on näha madalapingetransistoride radiaator);
D – väljundfiltri induktiivpool;
E – väljundfiltri kondensaatorid

Eelised ja puudused tavalise võrgutoitelülitusega võrreldes

Eelised:

• kompaktsus: väikesed mõõtmed ja mass, sest puudub massiivne raudsüdamik ja võrgutrafo vaskmähise keerdude arv võib olla palju väiksem;
• lai sisendpingete vahemik, näiteks 100‒240 V, millesse mahuvad erinevad võrgupingesüsteemid;
• suur kasutegur ‒ vähemalt 90%, väga väike voolutarve ooteolekus (koormuseta).

Puudused:

• alalispinge kõrgsagedusliku hakkimisega kaasnevad elektromagnethäired, mille pääsu tarvitisse ja elektrivõrku tuleb tõkestada sagedusfiltrite ja varjestamisega;
• keerukam elektroonikalülitus, suure komponentide arvu tõttu suurem rikkevõimalus;
• võimalik väljundpinge ebastabiilsus koormuse äkkmuutumisel, samuti väga väikesel koormusel;
• lülituse sisendosas olev suure mahtuvusega kondensaator koormab elektrivõrku reaktiivvooluga; sellest tingituna rakendatakse võimsates toiteplokkides võimsusteguri (cos φ) korrektsiooni.

Kasutusalad

• Arvutite ja laboriseadmete võrgutoiteplokid, printerite, kuvarite, telerite jm elektroonikaseadmete võrgutoiteosad.
• Toiteadapterid (väikese võimsusega elektritarvitite jaoks) ja laadimisseadmed (näiteks mobiiltelefoni aku laadimiseks).
• Elektrikaarkeevitusseadmed (vt keevitusalaldi)
• Päikesepatareiseadmed.
• Elektrimootori pöörlemiskiiruse sageduse reguleerimise lülitused.
• Luminofoor-säästulampide liitelülitused (vt elektrooniline ballast)

Vaata ka

• Toiteplokk
• Toiteadapter
• Pulsilaiusmodulatsioon
• Alalispingemuundur