Convertoare simple de tensiune fără transformare

Mulți sunători începători le este greu să determine tipul de alimentare, dar nu este atât de dificil. Principalele metode de conversie a tensiunii sunt de a utiliza una dintre cele două opțiuni de circuit:

• Transformer;

• Surse de energie fără transformare.

La rândul lor, transformatoarele diferă în funcție de tipul de circuit:

• Surse, cu un transformator care funcționează la o frecvență de 50 Hz;

• Puls, cu un transformator care funcționează la frecvențe înalte (zeci de mii de Hz).

Circuitele cu impulsuri ale surselor de alimentare pot crește eficiența generală a produsului final, evitând pierderile statice pe stabilizatori liniari și alte elemente.

Circuite fără transformare

Dacă este nevoie de alimentare de la o sursă de alimentare de 220 V pentru casă, cele mai simple dispozitive pot fi pornite de la surse de alimentare cu elemente de balast pentru a scădea tensiunea. Un exemplu cunoscut pe scară largă de o astfel de sursă de energie este un circuit condensator de balast.

Cu toate acestea, există o serie de drivere cu încorporat Controler PWM și o cheie de alimentare pentru a construi un convertor de buck cu impulsuri fără transformare, acestea sunt foarte frecvente în Becuri LED și alte tehnologii.

În cazul alimentării de la o sursă de curent continuu, de exemplu, baterii sau alte baterii galvanice, utilizați:

• Stabilizator liniar de tensiune (stabilizator integral KEN sau L78xx cu sau fără tranzistor de trecere, stabilizator parametric din dioda zener și tranzistor)

• Convertizor de impulsuri (coborâre - BUCK, intensificare - BOOST, sau pas - BUCK-BOOST)

Avantajul surselor de alimentare și convertizoarelor fără transformare este următorul:

• Nu este necesară înfășurarea transformatorului, conversia este efectuată de clapeta de accelerație și chei;

• O consecință a precedentului sunt dimensiunile mici ale surselor de alimentare.

dezavantaje:

• Lipsa izolării galvanice, în cazul defecțiunilor cheilor, duce la apariția tensiunii sursei de alimentare primare. Acest lucru este esențial mai ales dacă rolul său este jucat de o rețea de 220 V;

• Pericol de electrocutare, ca urmare a cuplajului galvanic;

• Dimensiunile mari ale inductorului pe convertizoarele de mare putere pun la îndoială fezabilitatea utilizării acestei topologii a surselor de alimentare. Cu indicatori de greutate și dimensiuni comparabile, puteți utiliza un transformator, izolat galvanic.

Principalele varietăți de convertoare de tensiune de comutare

În literatura internă, adesea se găsește abrevierea „IPPN”, care înseamnă: Impulsor Step-down (sau step-up, sau ambele) Convertor de tensiune

Ca bază, se pot distinge trei scheme de bază.

1. IPPN1 - Convertizor descendent, în literatura engleză - BUCK DC CONVERTER sau Step-down.

2. IPPN2 - Convertor Boost, în literatura engleză - BOOST DC CONVERTER sau Step-up.

3. IPPN3 - convertor de conversie cu posibilitatea de a crește și descrește tensiunea, CONVERTATOR DC BUCK-BOOST.

Cum funcționează un convertor de buck pulsat?

Să începem considerând principiul funcționării primei scheme - IPPN1.

 

În schemă se pot distinge două circuite de putere:

1. "+" de la sursa de alimentare este furnizat printr-o cheie privată (tranzistor de orice tip de conductivitate corespunzătoare) către Lн (sufocare de stocare), apoi curentul curge prin sarcină către sursa de alimentare "-".

2. Al doilea circuit este format din diode Д, clapeta de accelerație Lн și sarcina conectată Rн.

Când cheia este închisă, curentul trece de-a lungul circuitului primar, curentul curge prin inductor și se acumulează energie în câmpul său magnetic. Când oprim (deschidem) cheia, energia stocată în bobină este disipată în sarcină, în timp ce curentul curge prin al doilea circuit.

Tensiunea la ieșire (încărcarea) unui astfel de convertor este

Uout = Uin * Ku

Ku este coeficientul de conversie, care depinde de ciclul de funcționare al impulsurilor de control ale întrerupătorului.

Ku = Uout / Uin

Ciclul de serviciu "D" este raportul dintre perioada în care tasta este deschisă la perioada PWM. „D” poate lua valori de la 0 la 1.

IMPORTANT: Pentru STI1 Ku = D. Aceasta înseamnă că limitele de reglare ale acestui stabilizator sunt aproximativ egale - 0 ... Uout.

Tensiunea de ieșire a unui astfel de convertor este similară în polaritate cu tensiunea de intrare.

Cum crește un convertor de tensiune

IPPN2 - este capabil să crească tensiunea de la tensiunea de alimentare la o valoare de zeci de ori mai mare decât aceasta. Schematic, constă în aceleași elemente ca și precedentul.

Orice convertor de acest tip are în compoziția sa trei ingrediente active principale:

• Cheia gestionată (Bipolar, Field, Tranzistoare IGBT, MOSFET);

• Cheie necontrolată (dioda redresoare);

• Inductanță cumulativă.

Curentul curge întotdeauna prin inductanță, doar magnitudinea lui se schimbă.

Pentru a înțelege principiul de funcționare al acestui convertor, trebuie să vă amintiți legea de comutare a inductorului: „Curentul prin inductor nu se poate modifica instantaneu”.

Acest lucru este cauzat de un fenomen precum EMF de auto-inducție sau contra-EMF. Deoarece câmpul electromagnetic al inductanței previne o schimbare bruscă a curentului, bobina poate fi reprezentată ca o sursă de alimentare. Apoi, în acest circuit, când cheia este închisă prin serpentină, începe să curgă un curent de mărime mare, dar, așa cum s-a spus brusc, nu poate crește.

Contra-EMF este un fenomen când la capetele serpentinei un EMF apare opus celor aplicate. Dacă prezentați acest lucru în diagrama pentru claritate, va trebui să vă imaginați inductorul sub forma unei surse de EMF.

Numărul „1” indică starea circuitului când tasta este închisă. Vă rugăm să rețineți că sursa de alimentare și simbolurile EMF sunt conectate în serie cu bornele pozitive, adică. valorile lor EMF sunt scăzute. În acest caz, inductanța împiedică trecerea curentului electric sau, mai degrabă, încetinește creșterea acestuia. Pe măsură ce crește, după un anumit interval de timp constant, valoarea contra-EMF scade, iar curentul prin inductanță crește.

Digresia lirică:

Valoarea EMF de auto-inducție, ca orice alt EMF, este măsurată în volți.

În această perioadă, curentul principal curge de-a lungul circuitului: cheia sursă de alimentare-inductanță-închisă.

Când se deschide cheia SA, circuitul 2. Curentul începe să curgă de-a lungul unui astfel de circuit: alimentare-inductanță-diodă-încărcare. Deoarece rezistența la sarcină, de multe ori mult mai mult decât rezistența canalului unui tranzistor închis. În acest caz, din nou - curentul care curge prin inductanță nu se poate schimba brusc, inductanța încearcă întotdeauna să mențină direcția și amploarea curentului, prin urmare, contra-EMF apare din nou, dar în polaritate inversă.

Observați cum în a doua diagramă sunt conectați poli ai sursei de alimentare și ai sursei EMF care înlocuiesc bobina. Sunt conectate în serie prin poli opuși, iar valorile acestor EMF sunt adăugate.

Astfel, apare o creștere a tensiunii.

În timpul procesului de stocare a energiei de inductanță, sarcina este alimentată de energie care a fost stocată anterior în condensatorul de netezire.

Coeficientul de conversie în IPPN2 este

Ku = 1 / (1-D)

După cum se poate observa din formulă - cu cât D mai mare este ciclul de serviciu, cu atât tensiunea de ieșire este mai mare. Polaritatea puterii de ieșire este aceeași cu intrarea pentru acest tip de convertor.

Cum face convertorul de tensiune inversat

Convertorul de tensiune inversat este un dispozitiv destul de interesant, deoarece poate funcționa atât în ​​modul de coborâre a tensiunii, cât și în modul boost. Cu toate acestea, merită luat în considerare că polaritatea tensiunii sale de ieșire este opusă intrării, adică. potențial pozitiv este pe firul comun.

Inversarea este de asemenea vizibilă în direcția în care este activată dioda D. Principiul funcționării este puțin similar cu IPPN2. În momentul în care se închide cheia T, are loc procesul de acumulare a energiei de inductanță, puterea de la sursă nu intră în sarcină datorită diodei D. Când cheia este închisă, energia de inductanță începe să se disipeze în sarcină.

Curentul continuă să curgă prin inductanță, apare un EMF de auto-inducție, îndreptat în așa fel încât să se formeze o polaritate opusă sursei de alimentare primare la capetele bobinei. Ie în joncțiunea emițătorului tranzistorului (scurgere, dacă tranzistor cu efect de câmp), catodul diodei și capătul înfășurării bobinei formează un potențial negativ. La capătul opus, respectiv, este pozitiv.

Factorul de conversie IPPN3 este egal cu:

Ku = D / (1-D)

Prin simpla înlocuire a factorului de umplere în formulă, determinăm că până la o valoare de D de 0,5, acest convertor acționează ca un convertor în jos și de sus - ca un convertor în sus.

Cum să controlezi un astfel de convertor?

Este posibil să descrieți toate opțiunile pentru construirea de controlere PWM la infinit, mai multe volume de literatură tehnică pot fi scrise despre acest lucru. Doresc să mă limitez la enumerarea câtorva opțiuni simple:

1. Asamblați un circuit multivibrator asimetric. În loc de VT3, un tranzistor este conectat în circuitele IPPN.

2. O opțiune ușor mai complicată, dar mai stabilă în ceea ce privește frecvența este PWM pe NE555 (faceți clic pe imagine pentru a mări)

Faceți modificări pe circuit, VT1 este un tranzistor, schimbăm circuitul astfel încât în ​​locul său să existe un tranzistor IPPN.

3. Opțiunea de utilizare microcontroler, astfel încât să puteți face, de asemenea, multe funcții suplimentare, pentru începători vor funcționa bine Microcontrolere AVR. Există un minunat tutorial video despre asta.

constatări

Convertoarele de tensiune ale comutării sunt un subiect foarte important în industria alimentărilor pentru echipamente electronice. Astfel de circuite sunt folosite peste tot, iar recent, odată cu creșterea „caselor” sau cum este acum la modă să se numească „DIY’s” și popularitatea site-ului aliexpress, astfel de convertoare au devenit deosebit de populare și la cerere, puteți comanda o placă de circuit gata făcută care a devenit deja un convertor clasic pentru LM2596 și altele asemenea pentru doar câțiva dolari, în timp ce obțineți capacitatea de a regla tensiunea sau curentul, sau ambele.

 

Un alt consiliu popular este mini-360

Este posibil să observați că nu există tranzistor în aceste circuite. Cert este că este încorporat în cip, pe lângă acesta există un controler PWM, circuite de feedback pentru stabilizarea tensiunii de ieșire și multe altele. Cu toate acestea, aceste circuite pot fi amplificate prin instalarea unui tranzistor suplimentar.

Dacă sunteți interesat să proiectați un circuit pentru nevoile dvs., puteți citi mai multe despre raporturile de proiectare din literatura de specialitate:

• „Componente pentru construirea de surse de energie”, Mikhail Baburin, Alexey Pavlenko, Grupul de companii Symmetron

• „Convertizori tranzistori stabilizați” V.S. Moin, Energoatomizdat, M. 1986.