Kategori: Artikel Pilihan » Elektronik Praktikal
Bilangan pandangan: 25599
Komen pada artikel: 0

Pengubah voltan nadi transformerless mudah

 

Ramai pemula menyukarkan untuk menentukan jenis bekalan kuasa, tetapi ia tidak begitu sukar. Kaedah utama penukaran voltan adalah menggunakan salah satu daripada dua pilihan litar:

  • Transformer;

  • Bekalan kuasa tanpa transformer.

Bekalan kuasa transformer

Sebaliknya, transformer berbeza dalam jenis litar:

  • Kuasa, dengan pengubah yang beroperasi pada kekerapan 50 Hz;

  • Pulse, dengan pengubah yang beroperasi pada frekuensi tinggi (puluhan ribu Hz).

Litar pulse bekalan kuasa dapat meningkatkan kecekapan keseluruhan produk akhir, dengan menghindari kerugian statik pada penstabil linier dan elemen lain.


Litar tanpa transformer

Sekiranya terdapat keperluan untuk kuasa dari bekalan kuasa isi rumah 220 V, peranti paling mudah boleh dihidupkan dari bekalan kuasa menggunakan elemen balast untuk menurunkan voltan. Satu contoh yang diketahui umum seperti sumber kuasa adalah litar kapasitor balast.

Bekalan kuasa tanpa transformer
Litar Transformerless

Walau bagaimanapun, terdapat beberapa pemandu dengan built-in Pengawal PWM dan kunci kuasa untuk membina penukar nadi tanpa transformer, ini sangat biasa Mentol lampu LED dan teknologi lain.

Litar lampu LED

Dalam hal kuasa dari sumber arus langsung, misalnya, bateri atau bateri galvanik lain, gunakan:

  • Penstabil voltan linear (penstabil integral bagi jenis KREN atau L78xx dengan atau tanpa transistor suapan melalui, penstabil parametrik dari diod zener dan transistor)

  • Penukar nadi (langkah ke bawah - BUCK, langkah-langkah - BOOST, atau langkah-up - BUCK-BOOST)

Keuntungan bekalan dan penukar kuasa tanpa transformer adalah seperti berikut:

  • Tidak perlu angin pengubah, penukaran dilakukan oleh pendikit dan kunci;

  • Akibat dari sebelumnya adalah dimensi kecil sumber kuasa.

Kelemahan:

  • Ketiadaan pengasingan galvanik, sekiranya berlaku kerosakan kunci, akan menyebabkan penampilan voltan sumber kuasa utama. Ini amat penting terutamanya jika peranannya dimainkan oleh rangkaian 220 V;

  • Bahaya kejutan elektrik, akibat gandingan galvanik;

  • Dimensi besar induktor pada penukar kuasa tinggi menimbulkan keraguan pada kemungkinan menggunakan topologi bekalan kuasa ini. Dengan penunjuk berat dan ukuran yang setanding, anda boleh menggunakan pengubah, penukar galvanik terpencil.


Jenis utama menukar penukar voltan

Dalam kesusasteraan domestik, singkatan "IPPN" sering dijumpai, yang bermaksud: Pulse Step-down (atau step-up, atau keduanya) Penukar Voltan

Jenis utama menukar penukar voltan

Sebagai asas, tiga skim asas boleh dibezakan.

1. IPPN1 - Penukar langkah ke bawah, dalam kesusasteraan Inggeris - BUCK DC CONVERTER atau Step-down.

2. IPPN2 - Menaikkan penukar, dalam kesusasteraan Inggeris - BOOST DC CONVERTER atau Step-up.

3. IPPN3 - Penukaran penyongsang dengan kemungkinan kedua-dua voltan meningkat dan menurun, BUCK-BOOST DC CONVERTER.


Bagaimana penukar buck pulsed berfungsi?

Mari kita mulakan dengan mempertimbangkan prinsip operasi skim pertama - IPPN1.

 

Penukar Buck

Dalam skema, dua litar kuasa boleh dibezakan:

1. "+" dari sumber kuasa dibekalkan melalui kekunci persendirian (transistor dari mana-mana jenis kekonduksian yang sama) ke Ln (penyimpanan tercekik), maka arus mengalir melalui beban ke sumber kuasa "-".

2. Litar kedua dibentuk dari diod D, throttle Ln dan beban yang disambungkan Rn.

Apabila kunci ditutup, arus lulus sepanjang litar utama, aliran semasa melalui induktor, dan tenaga terkumpul dalam medan magnetnya. Apabila kita mematikan (membuka) kunci, tenaga yang disimpan dalam gegelung akan hilang ke dalam beban, sementara arus mengalir melalui litar kedua.

Voltan pada output (beban) seperti penukar adalah

Uout = Uin * Ku

Ku adalah pekali penukaran, yang bergantung kepada kitaran denyut kawalan suis kuasa.

Ku = Uout / Uin

Kitaran tugas "D" ialah nisbah masa apabila kunci dibuka untuk tempoh PWM. "D" boleh mengambil nilai dari 0 hingga 1.

PENTING: Untuk STI1 Ku = D. Ini bermakna bahawa had peraturan penstabil ini kira-kira sama - 0 ... Uout.

Tempoh, kitaran tugas dan nilai PWM

Voltan keluaran penukar sedemikian adalah sama dengan polariti kepada voltan masukan.


Bagaimanakah nadi meningkatkan penukar voltan?

IPPN2 - dapat meningkatkan voltan dari voltan bekalan kepada puluhan kali lebih tinggi daripada itu. Secara skematik, ia terdiri daripada unsur-unsur yang sama seperti sebelumnya.



Mana-mana penukar jenis ini telah dalam komposisinya tiga bahan aktif utama:

  • Kunci Terurus (Bipolar, Lapangan, IGBT, MOSFET Transistor);

  • Kunci yang tidak terkawal (diod penerus);

  • Induktansi kumulatif.

Pulse boost converter

Arus sentiasa mengalir melalui induktansi, hanya magnitud perubahannya.

Untuk memahami prinsip operasi penukar ini, anda perlu mengingati undang-undang beralih untuk induktor: "Arus melalui induktor tidak boleh berubah dengan serta-merta."

Ini disebabkan oleh fenomena seperti EMF induksi atau kaunter EMF. Oleh kerana medan elektromagnet induktansi menghalang perubahan mendadak semasa, gegelung boleh diwakili sebagai sumber kuasa. Kemudian dalam litar ini, apabila kunci ditutup melalui gegelung, arus magnitud yang besar mula mengalir, tetapi, seperti yang dikatakan dengan ketara, ia tidak boleh meningkat.

Counter-EMF adalah fenomena apabila di hujung gegelung EMF muncul bertentangan dengan apa yang digunakan. Jika anda membentangkan ini dalam rajah untuk kejelasan, anda perlu membayangkan induktor dalam bentuk sumber EMF.

Induktor dalam bentuk sumber emf

Nombor "1" menandakan keadaan litar apabila kunci ditutup. Sila ambil perhatian bahawa sumber kuasa dan simbol gegelung EMF disambung secara siri dengan terminal positif, iaitu. nilai EMF mereka dikurangkan. Dalam kes ini, induktansi menghalang laluan arus elektrik, atau melambatkan pertumbuhannya. Apabila ia tumbuh, selepas selang masa malar tertentu, nilai kaunter-EMF menurun, dan arus melalui induktans meningkat.


Penggalian Lyrical:

Nilai EMF induksi diri, seperti mana-mana EMF lain, diukur dalam Volt.

Dalam tempoh masa ini, arus utama mengalir di sepanjang litar: kekunci sumber-induktansi-ditutup kekunci.

Apabila SA utama terbuka, litar 2. Semasa mula mengalir di sepanjang litar seperti: sumber kuasa-induktans-diod-beban. Sejak rintangan beban, sering lebih daripada rintangan saluran transistor tertutup. Dalam kes ini, sekali lagi - arus yang mengalir melalui induktansi tidak boleh berubah dengan tiba-tiba, induktansinya sentiasa berusaha untuk mengekalkan arah dan magnitud arus, dengan itu, counter-EMF muncul sekali lagi, tetapi dalam polar yang terbalik.

Perhatikan bagaimana dalam rajah kedua tiang Sumber Kuasa dan sumber EMF yang menggantikan gegelung disambungkan. Mereka disambung secara siri oleh kutub bertentangan, dan nilai EMF ini ditambah.

Oleh itu, peningkatan voltan berlaku.

Semasa proses menyimpan tenaga induktansi, beban dikuasakan oleh tenaga yang sebelum ini disimpan dalam kapasitor pelicin.

Pekali penukaran dalam IPPN2 adalah

Ku = 1 / (1-D)

Seperti yang dapat dilihat dari formula - yang lebih besar D adalah kitaran tugas, semakin besar voltan keluaran. Kutub kuasa output adalah sama dengan input untuk jenis penukar ini.


Bagaimana penukar voltan terbalik?

Penukar voltan terbalik adalah peranti yang agak menarik, kerana ia boleh berfungsi dalam mod penurunan voltan dan dalam mod rangsangan. Walau bagaimanapun, adalah wajar untuk mempertimbangkan bahawa polaritas voltan keluarannya adalah bertentangan dengan input, iaitu. Potensi positif adalah pada wayar biasa.

Mengubah penukar voltan

Pengaliran juga ketara dalam arah di mana diod D. dihidupkan. Prinsip operasi agak serupa dengan IPPN2. Pada masa kunci T ditutup, proses tenaga induktansi terkumpul berlaku, kuasa dari sumber tidak masuk ke beban kerana dioda D. Apabila kunci ditutup, tenaga induktansi mula hilang dalam beban.

Arus terus mengalir melalui induktansi, EMF induksi diri muncul, diarahkan sedemikian rupa sehingga kekutuban bertentangan dengan sumber kuasa primer dibentuk di hujung gegelung. I.e. di persimpangan pemancar transistor (longkang, jika transistor kesan medan), katod diod dan akhir penggulungan gegelung membentuk potensi negatif. Pada masa yang sama, masing-masing adalah positif.

Faktor penukaran IPPN3 adalah sama dengan:

Ku = D / (1-D)

Dengan penggantian mudah faktor mengisi ke dalam formula, kita menentukan bahawa sehingga nilai D 0.5, penukar ini berfungsi sebagai penukar ke bawah, dan dari atas - sebagai penukar atas.


Bagaimana untuk mengawal penukar sedemikian?

Adalah mungkin untuk menerangkan semua pilihan untuk membina pengawal PWM tanpa had, beberapa jilid sastera teknikal boleh ditulis mengenai perkara ini. Saya mahu menghadkan diri saya untuk menyenaraikan beberapa pilihan mudah:

1. Memasang litar multivibrator asimetri. Daripada VT3, transistor disambungkan dalam litar IPPN.

Membalikkan litar penukar voltan

2. Pilihan yang agak rumit, tetapi lebih stabil dari segi kekerapan, adalah PWM pada NE555 (klik pada gambar untuk membesarkan).

PWM pada NE555

Buat perubahan pada litar, VT1 adalah transistor, kita menukar litar supaya di tempatnya ada transistor IPPN.

3. Pilihan untuk digunakan mikropengawal, jadi anda juga boleh melakukan banyak fungsi tambahan, untuk pemula mereka akan berfungsi dengan baik Pengawal mikro AVR. Terdapat tutorial video yang hebat tentang perkara ini.


Kesimpulan

Menukar pengubah voltan adalah topik yang sangat penting dalam industri bekalan kuasa untuk peralatan elektronik. Litar sedemikian digunakan di mana-mana, dan baru-baru ini, dengan pertumbuhan "buatan" atau seperti sekarang yang bergaya untuk memanggil "DIY" dan populariti laman web aliexpress, penukar sedemikian telah menjadi sangat popular dan permintaan, anda boleh memesan papan litar siap yang sudah menjadi penukar klasik untuk LM2596 dan sebagainya hanya untuk beberapa dolar, sementara anda mendapat keupayaan untuk menyesuaikan voltan atau arus, atau kedua-duanya.

 

Penukar voltan pada LM2596
Litar penukar voltan

Satu lagi papan popular adalah mini-360

Penukar voltan

Anda mungkin mendapati bahawa tiada transistor dalam litar ini. Faktanya ialah ia dibina ke dalam cip, selain itu terdapat pengawal PWM, litar balas untuk menstabilkan voltan keluaran, dan banyak lagi. Walau bagaimanapun, litar ini boleh dikuatkan dengan memasang transistor tambahan.

Jika anda berminat untuk mereka bentuk litar untuk keperluan anda, maka anda boleh membaca lebih lanjut mengenai nisbah reka bentuk dalam kesusasteraan berikut:

  • "Komponen untuk membina sumber kuasa", Mikhail Baburin, Alexey Pavlenko, Kumpulan Syarikat Symmetron

  • "Penukaran transistor yang stabil" A.S. Moin, Energoatomizdat, M. 1986.

Lihat juga di i.electricianexp.com:

  • DC-DC Converters
  • Apakah pengawal PWM, bagaimana ia disusun dan berfungsi, jenis dan skim
  • RCD snubber - prinsip contoh operasi dan perhitungan
  • Apakah voltan, bagaimana untuk menurunkan dan meningkatkan voltan
  • Apakah beban induktif dan kapasitif?

  •