Kategorijas: Piedāvātie raksti » Praktiskā elektronika
Skatījumu skaits: 25599
Komentāri par rakstu: 0

Vienkārši impulsu sprieguma pārveidotāji bez transformatoriem

 

Daudziem iesācējiem šķiņķiem ir grūti noteikt barošanas veidu, taču tas nav tik grūti. Galvenās sprieguma pārveidošanas metodes ir izmantot vienu no divām shēmas iespējām:

  • Transformators;

  • Bez transformatoru barošanas avoti.

Transformatoru barošanas avoti

Transformatori savukārt atšķiras pēc shēmas veida:

  • Elektrotīkls ar transformatoru, kas darbojas ar frekvenci 50 Hz;

  • Impulss ar transformatoru, kas darbojas ar augstām frekvencēm (desmitiem tūkstošu Hz).

Barošanas avotu impulsu shēmas var palielināt galaprodukta kopējo efektivitāti, izvairoties no statiskajiem zaudējumiem uz lineārajiem stabilizatoriem un citiem elementiem.


Bez pārveidotāju ķēdes

Ja ir nepieciešama barošana no 220 V sadzīves barošanas avota, vienkāršākās ierīces var ieslēgt no barošanas avotiem, izmantojot balasta elementus, lai pazeminātu spriegumu. Plaši pazīstams šāda enerģijas avota piemērs ir balasta kondensatora shēma.

Transformatoru barošanas avots
Bez pārveidotāja ķēde

Tomēr ir vairāki autovadītāji ar iebūvētu sistēmu PWM kontrolieris un strāvas atslēga, lai izveidotu impulsa lādētāja pārveidotāju bez transformatoriem, tie ir ļoti izplatīti LED spuldzes un citas tehnoloģijas.

LED lampas shēma

Ja enerģijas avots ir līdzstrāvas avots, piemēram, baterijas vai citas galvaniskās baterijas, izmantojiet:

  • Lineārā sprieguma stabilizators (integrēts KEN vai L78xx tipa stabilizators ar caurlaides tranzistoru vai bez tā, parametra stabilizators no Zener diodes un tranzistora)

  • Impulsu pārveidotājs (atkāpšanās - BUCK, pastiprināšana - BOOST vai pastiprināšana - BUCK-BOOST)

Transformatoru barošanas avotu un pārveidotāju priekšrocības ir šādas:

  • Transformatoru nav nepieciešams vējot, pārveidošanu veic ar droseļvārstu un taustiņiem;

  • Iepriekšējās sekas ir enerģijas avotu mazie izmēri.

Trūkumi:

  • Galvaniskās izolācijas neesamība taustiņu darbības traucējumu gadījumā izraisa primārā enerģijas avota sprieguma parādīšanos. Tas ir īpaši svarīgi, ja tā lomu spēlē 220 V tīkls;

  • Elektriskās strāvas trieciena risks galvaniskās savienojuma rezultātā;

  • Induktora lielie izmēri lieljaudas pārveidotājos rada šaubas par šīs barošanas avotu topoloģijas izmantošanas iespējām. Izmantojot salīdzināmus svara un lieluma indikatorus, varat izmantot transformatoru, galvaniski izolētu pārveidotāju.


Pārslēgšanas sprieguma pārveidotāju galvenās šķirnes

Vietējā literatūrā bieži sastopams saīsinājums "IPPN", kas apzīmē: Pulsa samazināšanas (vai pastiprināšanas, vai abas) sprieguma pārveidotājs

Pārslēgšanas sprieguma pārveidotāju galvenās šķirnes

Kā pamatu var izdalīt trīs pamata shēmas.

1. IPPN1 - atkāpšanās pārveidotājs angļu literatūrā - BUCK DC CONVERTER vai Down-down.

2. IPPN2 - Boost pārveidotājs, angļu literatūrā - BOOST DC CONVERTER vai Step-up.

3. IPPN3 - pārveidojošs pārveidotājs ar iespēju gan palielināt, gan samazināt spriegumu, BUCK-BOOST līdzstrāvas pārveidotājs.


Kā darbojas impulsa buksa pārveidotājs?

Sāksim apsvērt pirmās shēmas darbības principu - IPPN1.

 

Buck pārveidotājs

Shēmā var izdalīt divas strāvas ķēdes:

1. "+" no barošanas avota caur privātu atslēgu (jebkura veida atbilstošas ​​vadītspējas tranzistoru) tiek piegādāts Lн (uzglabāšanas droseļvārsts), pēc tam strāva caur slodzi plūst uz enerģijas avotu "-".

2. Otrā ķēde tiek veidota no diode Д, droseļvārsts Lн un savienotā krava Rн.

Kad atslēga ir aizvērta, strāva iet gar primāro ķēdi, strāva plūst caur induktoru, un enerģija tiek uzkrāta tā magnētiskajā laukā. Kad mēs izslēdzam (atveram) atslēgu, spolē uzkrātā enerģija tiek izkliedēta slodzē, bet strāva plūst caur otro ķēdi.

Spriegums pie šāda pārveidotāja izejas (slodzes) ir

Uout = Uin * Ku

Ku ir konversijas koeficients, kas ir atkarīgs no strāvas slēdža vadības impulsu darba cikla.

Ku = Uout / Uin

Darba cikls "D" ir laika attiecība, kad atslēga ir atvērta PWM periodam. "D" var būt vērtības no 0 līdz 1.

SVARĪGI: STI1 Ku = D. Tas nozīmē, ka šī stabilizatora regulēšanas robežas ir aptuveni vienādas - 0 ... Uout.

Periods, darba cikls un PWM vērtība

Šāda pārveidotāja izejas spriegums ir līdzīgs polaritātei ar ieejas spriegumu.


Kā notiek impulsa palielināšanas sprieguma pārveidotājs

IPPN2 - spēj palielināt spriegumu no barošanas sprieguma līdz desmitiem reižu lielākam par to. Shematiski tas sastāv no tiem pašiem elementiem kā iepriekšējais.



Jebkurš šāda veida pārveidotājs ir savā sastāvā trīs galvenās aktīvās sastāvdaļas:

  • Pārvaldīta atslēga (bipolārs, lauks, IGBT, MOSFET tranzistori);

  • Nekontrolēta atslēga (taisngrieža diode);

  • Kumulatīvā induktivitāte.

Impulsa palielināšanas pārveidotājs

Strāva vienmēr plūst caur induktivitāti, mainās tikai tās lielums.

Lai saprastu šī pārveidotāja darbības principu, jums jāatceras induktora ieslēgšanas likums: "strāva caur induktoru nevar uzreiz mainīties."

To izraisa tāda parādība kā pašindukcijas EML vai pret EML. Tā kā induktivitātes elektromagnētiskais lauks novērš pēkšņas strāvas izmaiņas, spoli var attēlot kā enerģijas avotu. Tad šajā ķēdē, kad atslēga aizveras caur spoli, sāk plūst liela strāva, bet, kā krasi tika teikts, tā nevar palielināties.

Counter-EML ir parādība, kad spoles galos EML parādās pretēji tam, kas tiek piemērots. Ja skaidrības labad to parādīsit diagrammā, induktivitātes spole būs jāiedomājas kā EML avots.

Induktors emf avota formā

Cipars “1” norāda ķēdes stāvokli, kad atslēga ir aizvērta. Lūdzu, ņemiet vērā, ka enerģijas avots un simbols EMF spoles ir savienotas virknē ar pozitīvajiem spailēm, t.i. to EML vērtības tiek atņemtas. Šajā gadījumā induktivitāte novērš elektriskās strāvas pāreju vai drīzāk palēnina tās augšanu. Pieaugot, pēc noteikta nemainīga laika intervāla pret EML vērtība samazinās, un strāva caur induktivitāti palielinās.


Liriskā novirze:

Pašindukcijas EML vērtību, tāpat kā jebkuru citu EML, mēra voltos.

Šajā laika posmā galvenā strāva plūst gar ķēdi: enerģijas avota-induktivitātes slēgtā atslēga.

Kad atveras atslēga SA, 2. ķēde gar šādu ķēdi sāk plūst strāva: barošanas avota induktivitāte-diode-slodze. Kopš slodzes pretestības, bieži vien daudz vairāk nekā slēgta tranzistora kanāla pretestība. Šajā gadījumā atkal - caur induktivitāti plūstošā strāva nevar pēkšņi mainīties, induktivitāte vienmēr cenšas saglabāt strāvas virzienu un lielumu, tāpēc atkal parādās prets EML, bet apgrieztā polaritātē.

Ievērojiet, kā otrajā diagrammā ir savienoti strāvas avota un EML avota, kas aizstāj spoli, stabi. Tos virknē savieno ar pretējiem poliem, un šo EML vērtības tiek summētas.

Tādējādi notiek sprieguma palielināšanās.

Induktīvās enerģijas glabāšanas laikā slodzi baro enerģija, kas iepriekš tika glabāta izlīdzināšanas kondensatorā.

Pārrēķina koeficients IPPN2 ir

Ku = 1 / (1-D)

Kā redzams no formulas - jo lielāks D ir darba cikls, jo lielāks ir izejas spriegums. Izejas jaudas polaritāte ir tāda pati kā ievade šāda veida pārveidotājiem.


Kā notiek apgrieztā sprieguma pārveidotājs

Apgrieztā sprieguma pārveidotājs ir diezgan interesanta ierīce, jo tas var darboties gan sprieguma pazemināšanas, gan paaugstināšanas režīmā. Tomēr ir vērts uzskatīt, ka tā izejas sprieguma polaritāte ir pretēja ieejai, t.i. pozitīvs potenciāls ir kopīgajā vadā.

Apgrieztā sprieguma pārveidotājs

Apgriezieni ir pamanāmi arī virzienā, kurā tiek ieslēgta diode D. Darbības princips ir nedaudz līdzīgs IPPN2. Laikā, kad atslēga T tiek aizvērta, notiek induktivitātes enerģijas uzkrāšanās process, jauda no avota neietilpst slodzē diodes D dēļ. Kad atslēga ir aizvērta, induktivitātes enerģija slodzē sāk izkliedēties.

Strāva turpina plūst caur induktivitāti, parādās pašindukcijas EML, kas vērsts tādā veidā, ka spoles galos veidojas polaritāte, kas ir pretēja primārajam enerģijas avotam. T. i. tranzistora emitētāja krustojumā (notekas, ja lauka efekta tranzistors), diodes katods un spoles tinuma gals veido negatīvu potenciālu. Pretējā galā, attiecīgi, ir pozitīvs.

Konversijas koeficients IPPN3 ir vienāds ar:

Ku = D / (1-D)

Vienkārši aizpildot koeficientu, aizvietojot formulu, mēs nosakām, ka līdz D vērtībai 0,5 šis pārveidotājs darbojas kā lejupejošs pārveidotājs, un no augšas - uz augšu pārveidotājs.


Kā kontrolēt šādu pārveidotāju?

Ir iespējams bezgalīgi aprakstīt visas PWM kontrolieru konstruēšanas iespējas, par to var uzrakstīt vairākus apjomus tehniskās literatūras. Es vēlos aprobežoties ar dažu vienkāršu iespēju uzskaitīšanu:

1. Salieciet asimetrisku multivibratora ķēdi. VT3 vietā IPPN ķēdēs ir savienots tranzistors.

Apgrieztā sprieguma pārveidotāja ķēde

2. Nedaudz sarežģītāka iespēja, taču frekvences ziņā stabilāka PWM uz NE555 (noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu).

PWM uz NE555

Veiciet izmaiņas ķēdē, VT1 ir tranzistors, mēs mainām ķēdi tā, lai tās vietā būtu IPPN tranzistors.

3. Iespēja izmantot mikrokontrolieris, lai jūs varētu veikt arī daudzas papildu funkcijas, iesācējiem tās labi darbosies AVR mikrokontrolleri. Par to ir lieliska video pamācība.


Secinājumi

Pārslēdzošie sprieguma pārveidotāji ir ļoti svarīga tēma elektronisko iekārtu barošanas blokos. Šādas shēmas tiek izmantotas visur, un nesen, pieaugot "pašmāju" ražošanai vai, kā tagad ir modē saukt "DIY's", un popularitāti ieguva vietne aliexpress, šādi pārveidotāji ir kļuvuši īpaši populāri un pieprasīti, jūs varat pasūtīt gatavu shēmas plati, kas jau ir kļuvusi par klasisku pārveidotāju LM2596 un tamlīdzīgi tikai par pāris dolāriem, kamēr jūs iegūstat iespēju pielāgot spriegumu vai strāvu, vai abus.

 

Sprieguma pārveidotājs uz LM2596
Sprieguma pārveidotāja ķēde

Vēl viena populāra tāfele ir mini-360

Sprieguma pārveidotājs

Jūs varat pamanīt, ka šajās shēmās nav tranzistora. Fakts ir tāds, ka tas ir iebūvēts mikroshēmā, turklāt tam ir PWM kontrolieris, atgriezeniskās shēmas izejas sprieguma stabilizēšanai un daudz ko citu. Tomēr šīs shēmas var pastiprināt, uzstādot papildu tranzistoru.

Ja jūs interesē ķēdes projektēšana jūsu vajadzībām, tad vairāk par konstrukcijas koeficientiem varat lasīt šādā literatūrā:

  • “Komponenti celtniecības enerģijas avotiem”, Mihails Baburins, Aleksejs Pavlenko, Symmetron uzņēmumu grupa

  • "Stabilizētu tranzistoru pārveidotāji" V.S. Moins, Energoatomizdat, M. 1986.

Skatīt arī vietnē electrohomepro.com:

  • DC-DC pārveidotāji
  • Kas ir PWM kontrolieris, kā tas ir sakārtots un darbojas, veidi un shēmas
  • RCD šņabis - darbības princips un aprēķina piemērs
  • Kas ir spriegums, kā pazemināt un palielināt spriegumu
  • Kas ir induktīvā un kapacitīvā slodze?

  •