Impulsstoiteallikas

Impulsstoiteallikas (inglise keeles SMPS switched-mode power supply) on elektroonikalülitus, mis muundab sisendpinge (harilikult eletrivõrgu 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 üha levinumateks tehnilisteks lahendusteks toiteplokkides.

Alalispinge impulsstoitelülituse struktuuriskeem:
1 ‒ võrgufilter; 2 ‒ alaldusdiood või sildalaldi; 3 ‒ silukondensaator; 4 ‒ võimsustransistor (nt MOSFET); 5 ‒ trafo; 6 ‒ integraallülitus; 7 ‒ optron

Talitluspõhimõte

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) väljatransistoridel 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 tagada elektriohutus. Nimelt eraldab trafo toitelülituse sekundaarpoole (tarviti) galvaaniliselt elektrivõrgust, s.t katkestab nende vooluahelate vahel alalisvooluühenduse.

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

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;
• avar sisendpingete vahemik, näiteks 100 ‒ 240 V, millesse mahuvad erinevad võrgupingesüsteemid;
• kõrge kasutegur ‒ vähemalt 90 %, väga väike voolutarve ooteolekus (koormuseta).

Puudused:

• alalispinge kõrgesagedusliku hakkimisega kaasnevad elektromagnethäired, mille pääsu tarvitisse ja elektrivõrku tuleb tõkestada sagedusfiltritega 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

Arvuti impulsstoiteplokk (avatud kaanega).
A — Sisendalaldi. Allpool on nähtav sisendfilter
B — Silufiltri kondendsaatorid. Paremal on nähtav kõrgepingeliste transistoride radiaator
C — Kõrgsagedus trafo. Parempool on nähtav madalapingeliste transistoride radiaator
D — Väljundfiltri induktiivpool
E — Väljundfiltri kondensaatorid

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

Vaata ka

• Toiteplokk
• Toiteadapter
• Pulsilaiusmodulatsioon