Egyszerű transzformátor nélküli impulzusfeszültség-átalakítók

Sok kezdő sonkának nehéz meghatározni az áramellátás típusát, de ez nem olyan nehéz. A feszültségátalakítás fő módszerei a két áramköri lehetőség egyikének használata:

• Transzformátor;

• Transzformátor nélküli tápegységek.

A transzformátorok viszont különböznek az áramkör típusától:

• Hálózat, 50 Hz frekvencián működő transzformátorral;

• Impulzus, magas frekvencián (tízezer Hz) működő transzformátorral.

A tápegységek impulzus áramkörei növelhetik a végtermék általános hatékonyságát, elkerülve a statikus veszteségeket a lineáris stabilizátorokon és más elemeknél.

Transzformátor nélküli áramkörök

Ha szükség van egy 220 V-os háztartási áramellátásra, akkor a legegyszerűbb eszközöket be lehet kapcsolni az áramellátásból ballaszt elemek segítségével a feszültség csökkentése érdekében. Az ilyen energiaforrás széles körben ismert példája az előtét kondenzátor áramkör.

Számos beépített illesztőprogram van PWM vezérlő és egy tápkapcsolót transzformátor nélküli impulzus buck konverter készítéséhez, ezek nagyon gyakoriak a LED izzók és más technológiák.

Egyenáramú áram, például elemek vagy más galvanikus elemek tápellátása esetén használja:

• Lineáris feszültségstabilizátor (beépített KEN vagy L78xx típusú stabilizátor átmenő tranzisztorral vagy anélkül, parametrikus stabilizátor a Zener diódából és tranzisztorból)

• Impulzus átalakító (lefelé - BUCK, fokozva - BOOST vagy fokozva - BUCK-BOOST)

A transzformátor nélküli tápegységek és átalakítók előnye a következő:

• Nincs szükség a transzformátor tekercselésére, az átalakítást a fojtószelep és a kulcsok végzik;

• Az előző következménye az energiaforrások kis mérete.

hátrányai:

• A galvanikus szigetelés hiánya a kulcsok hibás működése esetén az elsődleges áramforrás feszültségének megjelenéséhez vezet. Ez különösen akkor fontos, ha szerepét egy 220 V-os hálózat játszik;

• Áramütés veszélye a galván csatlakozás következtében;

• Az induktor nagy méretei a nagy teljesítményű konverteren megkérdőjelezik a tápegységek ezen topológiájának alkalmazhatóságát. Az összehasonlítható súly- és méretjelzőkkel transzformátort használhatunk, galvanikusan elkülönített átalakítóval.

A kapcsolófeszültség-átalakítók fő fajtái

A hazai irodalomban gyakran megtalálható az "IPPN" rövidítés, amely a következőket jelenti: Impulzusos (vagy fokozatos, vagy mindkettő) feszültség átalakító

Alapjául három alapvető séma különböztethető meg.

1. IPPN1 - Leépíthető átalakító, az angol irodalomban - BUCK DC CONVERTER vagy leépítés.

2. IPPN2 - Boost konverter, az angol irodalomban - BOOST DC CONVERTER vagy Step-up.

3. IPPN3 - Invertáló átalakító a feszültség növelésével és csökkentésével egyaránt, BUCK-BOOST DC Konverter.

Hogyan működik az impulzusos átalakító?

Kezdjük azzal, hogy megvizsgáljuk az első rendszer működési elvét - IPPN1.

 

A sémában két áramkör különböztethető meg:

1. Az energiaforrásból a "+" egy magánkulccsal (a megfelelő vezetőképesség bármely típusának tranzisztorával) jut az Lн-hez (tárolófojtó), majd az áram a terhelésen át a "-" energiaforráshoz vezet.

2. A második áramkör a következőkből van kialakítva: dióda Д, fojtószelep Lн és csatlakoztatott terhelés Rн.

A kulcs bezárásakor az áram áthalad az elsődleges áramkörön, az áram átfolyik az induktoron, és az energia felhalmozódik a mágneses mezőjében. Amikor kikapcsoljuk (kinyitjuk) a kulcsot, a tekercsben tárolt energia eloszlik a terhelésbe, miközben az áram átfolyik a második körön.

Az ilyen átalakító kimeneti feszültsége (terhelése)

Uout = Uin * Ku

Ku az átváltási együttható, amely a teljesítménykapcsoló vezérlőimpulzusainak teljes ciklusától függ.

Ku = Uout / Uin

A "D" munkaciklus annak az időnek a hányadosa, amikor a kulcs nyitva van a PWM periódushoz. A "D" értéke 0 és 1 között lehet.

FONTOS: Az STI1 esetén Ku = D. Ez azt jelenti, hogy ennek a stabilizátornak a szabályozási határértéke megközelítőleg egyenlő - 0 ... Uout.

Az ilyen konverter kimeneti feszültsége polaritása hasonló a bemeneti feszültséghez.

Hogyan működik egy impulzusfeszültség-átalakító?

IPPN2 - képes a tápfeszültséget a tízszeresére magasabbra növelni. Vázlatosan ugyanazokból az elemekből áll, mint az előző.

Bármely ilyen típusú konverter összetételében van három fő hatóanyag:

• Kezelt kulcs (bipoláris, mező, IGBT, MOSFET tranzisztorok);

• Nem ellenőrzött kulcs (egyenirányító dióda);

• Kumulatív induktivitás.

Az áram mindig áramlik az induktivitáson, csak a nagysága változik.

Annak érdekében, hogy megértsük a konverter működési elvét, meg kell emlékezni az induktor kapcsolási törvényére: "Az induktoron keresztüli áram nem változhat azonnal."

Ezt egy olyan jelenség okozza, mint például az önindukciós EMF vagy az ellen-EMF. Mivel az induktivitás elektromágneses tere megakadályozza az áram hirtelen változását, a tekercs áramforrásként reprezentálható. Ezután ebben az áramkörben, amikor a kulcs a tekercsen bezárul, egy nagy áram folyik, de, amint élesen elmondtuk, nem növekszik.

Az ellen-EMF olyan jelenség, amikor a tekercs végén az EMF az alkalmazott módszerrel ellentétesen jelenik meg. Ha ezt az ábra szemlélteti az érthetőség kedvéért, el kell képzelnie az induktoros áramot EMF forrás formájában.

Az „1” szám jelzi az áramkör állapotát, amikor a kulcs zárva van. Felhívjuk figyelmét, hogy az energiaforrás és az EMF tekercsek szimbólummal vannak összekötve a pozitív csatlakozókkal, azaz EMF-értékeiket kivonják. Ebben az esetben az induktivitás megakadályozza az elektromos áram áthaladását, vagy inkább lelassítja annak növekedését. Ahogy növekszik, egy állandó állandó időintervallum után az ellen-EMF értéke csökken, és az induktivitáson átmenő áram növekszik.

Lírai eltérés:

Az önindukció EMF-jének értékét, mint bármely más EMF-t, V-ban mérik.

Ebben az időszakban a főáram az áramkör mentén áramlik: az energiaforrás-induktivitás-zárt kulcs.

Amikor az SA kulcs kinyílik, a 2. áramkör megkezdi az áram áramlását egy ilyen áramkör mentén: tápegység-induktivitás-dióda-terhelés. Mivel a terhelési ellenállás gyakran sokkal több, mint egy zárt tranzisztor csatornaellenállása. Ebben az esetben ismét - az induktivitáson át áramló áram nem változhat hirtelen, az induktivitás mindig az áram irányának és nagyságának fenntartására törekszik, ezért az ellen-EMF ismét megjelenik, de fordított polaritással.

Figyelje meg, hogy a második ábrán hogyan vannak összekapcsolva az áramforrás és az elektromos áramforrás pólusai, amelyek a tekercset helyettesítik. Ezeket egymással ellentétes pólusok kötik össze, és ezeknek az EMF-eknek az értékeit összeadják.

Így növekszik a feszültség.

Az induktivitás energia tárolása során a terhelést olyan energia hajtja meg, amelyet korábban a simító kondenzátorban tároltak.

Az átváltási együttható az IPPN2-ben:

Ku = 1 / (1-D)

Amint az a képletből kitűnik - minél nagyobb D a teljes ciklus, annál nagyobb a kimeneti feszültség. A kimeneti teljesítmény polaritása megegyezik az ilyen típusú konverter bemenetével.

Hogyan működik az invertáló feszültség átalakító?

Az invertáló feszültség-átalakító meglehetősen érdekes eszköz, mert mind feszültségcsökkentő, mind fokozott üzemmódban egyaránt képes működni. Érdemes azonban figyelembe venni, hogy a kimeneti feszültség polaritása ellentétes a bemenettel, azaz pozitív potenciál van a közös vezetéken.

Az invertálás szintén észlelhető a D. dióda bekapcsolásának irányába. A működési elv kissé hasonló az IPPN2-hez. Abban az időben, amikor a T kulcs bezáródik, az induktancia-energia felhalmozódik, a forrásból származó energia nem kerül a D dióda miatt a terhelésbe. Amikor a kulcs bezáródik, az induktivitási energia eloszlik a terhelés során.

Az áram tovább folyik az induktivitáson keresztül, egy önindukciós EMF jelenik meg, oly módon irányítva, hogy a tekercs végén az elsődleges áramforrással ellentétes polaritás alakuljon ki. Ie a tranzisztor emitterének kereszteződésénél (ürítsen le, ha terepi hatású tranzisztor), a dióda katódja és a tekercs tekercsének vége negatív potenciált képez. A másik végén pozitív.

Az IPPN3 konverziós tényező egyenlő:

Ku = D / (1-D)

A kitöltési tényező egyszerű helyettesítésével a képletben meghatározhatjuk, hogy a D értékig 0,5-ig ez a konverter lefelé és felülről - felfelé konverterként működik.

Hogyan lehet irányítani egy ilyen átalakítót?

Lehetséges leírni a PWM vezérlők végtelenségig történő konstruálásának minden lehetőségét, erről több kötet szakirodalom írható. Szeretnék korlátozódni néhány egyszerű lehetőség felsorolására:

1. Szerelje össze az aszimmetrikus multivibrátor áramkört. A VT3 helyett egy tranzisztor csatlakozik az IPPN áramkörökhöz.

2. Kissé bonyolultabb, de gyakoriság szempontjából stabilabb lehetőség PWM az NE555 készüléken (kattintson a képre a nagyításhoz).

Változtassa meg az áramkört, a VT1 egy tranzisztor, úgy változtatjuk meg az áramkört, hogy a helyén legyen egy IPPN tranzisztor.

3. Használási lehetőség mikrokontroller, így számos további funkciót is elvégezhet, kezdőknek jól fognak működni AVR mikrovezérlők. Van egy csodálatos video bemutató erről.

megállapítások

A váltófeszültség-átalakítók nagyon fontos téma az elektronikus berendezések tápegységeinek iparában. Az ilyen áramköröket mindenütt használják, és a közelmúltban, a „házi készítésűek” növekedésével, vagy amint ma már divatos a „barkácsolás” elnevezése és az aliexpress webhely népszerűsége, az ilyen konverterek különösen népszerűvé váltak és a kereslet szerint megrendelhetik egy kész áramköri kártyát, amely már klasszikus átalakítóvá vált Az LM2596 és hasonlók csak néhány dollárért, miközben lehetősége van a feszültség vagy áram, vagy mindkettő beállítására.

 

Egy másik népszerű tábla a mini-360

Megfigyelheti, hogy ezekben az áramkörökben nincs tranzisztor. A tény az, hogy be van építve a chipbe, rajta kívül van egy PWM vezérlő, visszacsatoló áramkörök a kimeneti feszültség stabilizálásához és még sok más. Ezek az áramkörök azonban kiegészíthetők egy további tranzisztor felszerelésével.

Ha érdekli az igényeinek megfelelő áramkör tervezése, akkor a következő irodalomban többet olvashat a tervezési arányokról:

• „Alkatrészek energiaellátáshoz”, Mihail Baburin, Aleksej Pavlenko, a Symmetron vállalatcsoportja

• "Stabilizált tranzisztor konverterek" V.S. Moin, Energoatomizdat, M. 1986.