ДЦ-ДЦ претварачи

За напајање различите електронске опреме врло се користе ДЦ / ДЦ претварачи. Користе се за рачунарске уређаје, комуникационе уређаје, разне управљачке и аутоматизацијске кругове, итд.

Напајање трансформатора

У традиционалним изворима напајања трансформатора, напон мрежног напајања претвара се трансформатором, најчешће спуштеним, до жељене вредности. Поднапон исправљен диодним мостом и изглађује га кондензаторски филтер. Ако је потребно, након исправљача поставља се полуводички стабилизатор.

Напајања трансформатора обично су опремљена линеарним стабилизаторима. Постоје најмање две предности таквих стабилизатора: то су мали трошкови и мали број делова у појасу. Али ове предности се троше ниском ефикасношћу, јер се значајан део улазног напона користи за загревање контролног транзистора, што је потпуно неприхватљиво за напајање преносних електронских уређаја.

ДЦ / ДЦ претварачи

Ако се опрема напаја галванским ћелијама или батеријама, тада је претварање напона у жељени ниво могуће само уз помоћ ДЦ / ДЦ претварача.

Идеја је прилично једноставна: стални напон се по правилу претвара у наизменични напон, фреквенцијом од неколико десетина или чак стотина килохерца, он се повећава (смањује), а затим се исправља и напаја до оптерећења. Такви претварачи се често називају импулсним.

Пример је појачани претварач од 1,5 В до 5 В, само излазни напон УСБ рачунара. Сличан претварач снаге продаје се на Алиекпрессу.

Сл. 1. 1.5В / 5В претварач

Импулсни претварачи су добри по томе што имају високу ефикасност, унутар 60..90%. Још једна предност импулских претварача је широк распон улазних напона: улазни напон може бити нижи од излазног напона или много већи. Генерално, ДЦ / ДЦ претварачи се могу поделити у неколико група.

Класификација претварача

Попуст или пад

Излазни напон ових претварача у правилу је мањи од улазног: без посебних губитака за загревање контролног транзистора, можете добити напон од само неколико волти на улазном напону од 12 ... 50В. Излазна струја таквих претварача зависи од потребе оптерећења, што заузврат одређује струјни круг претварача.

Још једно енглеско име за претварач хеликоптера. Једна од опција за превођење ове речи је разбијач. У техничкој литератури претварач са зубима се понекад назива "хеликоптер". За сада, само запамтите овај израз.

Појачање или унапређење енглеске терминологије

Излазни напон ових претварача је већи од улазног. На пример, са улазним напоном од 5 В, може се добити излаз до 30 В, а осим тога може се континуирано регулисати и стабилизовати. Појачани претварачи често се називају и појачивачима.

Универзални претварачи - СЕПИЦ

Излазни напон ових претварача одржава се на унапред заданом нивоу са улазним напоном и вишим од улазног и нижим. Препоручује се у случајевима када улазни напон може значајно варирати. На пример, у аутомобилу напон батерије може да варира између 9 ... 14В, а ви треба да добијете стабилан напон од 12 В.

Инвертинг претварачи - претварач претварача

Главна функција ових претварача је да добију излазни напон обрнуте поларности у односу на извор напајања. На пример, веома погодно у случајевима када је потребна биполарна исхрана да напајамо појачало.

Сви ови претварачи могу се стабилизовати или нестабилизирати, излазни напон може бити галвански спојен на улаз или имати галванску изолацију напона. Све зависи од конкретног уређаја у коме ће се претварач користити.

Да бисмо наставили даљу расправу ДЦ / ДЦ претварача, требало би се барем позабавити теоријом.

Цхоппер довн цонвертер - претварач типа

Његов функционални дијаграм приказан је на доњој слици. Стрелице на жицама означавају правац струје.

Сл. 2. Функционални дијаграм стабилизатора хеликоптера

Улазни напон Уин се примењује на улазни филтер - кондензатор Цин. ВТ транзистор се користи као кључни елемент, који врши преклопку струје високе фреквенције. Могло би бити МОСФЕТ структурни транзистор, ИГБТ било конвенционални биполарни транзистор. Поред ових детаља, круг садржи испразну диоду ВД и излазни филтер - ЛЦоут, из кога напон улази у оптерећење Рн.

Лако је видети да је оптерећење серијски повезано са елементима ВТ и Л. Стога је склоп конзистентан. Како долази до пренапона?

Модулација ширине импулса - ПВМ

Управљачки круг генерише правоугаоне импулсе са константном фреквенцијом или константним периодом, што је у основи иста ствар. Ови импулси су приказани на слици 3.

Сл. 3 Контролишу импулсе

Овде је т импулсно време, транзистор је отворен, тп је време паузе, а транзистор је затворен. Омјер ти / Т назива се радни циклус радног циклуса, означен словом Д и изражен је у %% или једноставно у бројевима. На пример, са Д једнаким 50%, испоставило се да је Д = 0,5.

Дакле, Д може варирати од 0 до 1. Са вриједношћу Д = 1, кључни транзистор је у стању пуне проводљивости, а при Д = 0 у прекидном стању, једноставно речено, затворен. Лако је претпоставити да ће при Д = 50% излазни напон бити једнак половини улаза.

Сасвим је очигледно да до регулације излазног напона долази услед промене ширине контролног импулса т и, у ствари, промене коефицијента Д. Овај принцип регулације се назива ширина импулса модулирана ПВМ (ПВМ). Готово у свим прекидачким напајањима излазни напон се стабилизира управо уз помоћ ПВМ-а.

На дијаграмима приказаним на сликама 2 и 6, ПВМ је „скривен“ у правоугаоницима с натписом „Управљачки круг“, који обавља неке додатне функције. На примјер, то може бити гладак старт излазног напона, даљинско укључивање или заштита претварача од кратког споја.

Генерално, претварачи су били толико широко коришћени да су компаније које производе електронске компоненте уредиле ПВМ контролере за све прилике. Палета је толико велика да ће вам за листање њих требати читава књига. Стога никоме не пада на памет да састави претвараче на дискретне елементе или као што често кажу на „лабав праху“.

Штавише, готови претварачи малог капацитета могу се купити на Алиекпрессу или Ебаиу по малој цени. У исто време, за инсталацију у аматерском дизајну, довољно је лемљење улазних и излазних жица на плочу и подешавање потребног излазног напона.

Али вратимо се на број 3. У овом случају, коефицијент Д одређује колико ће времена бити отворено (фаза 1) или затворено (фаза 2) кључни транзистор. За ове двије фазе, дијаграм можете замислити на двије слике. Бројке НЕ приказују оне елементе који се не користе у овој фази.

Сл. 4 Фаза 1

Када је транзистор отворен, струја из извора напајања (галванска ћелија, батерија, исправљач) пролази кроз индуктивну пригушницу Л, оптерећење Рн и Цоут кондензатор за пуњење. Истовремено кроз оптерећење тече струја, Цоут кондензатор и индуктор Л акумулирају енергију. Тренутни иЛ се постепено повећава, утиче ефекат индуктивности индуктора. Ова фаза се назива пумпање.

Након што напон при оптерећењу достигне задану вриједност (одређену поставкама управљачког уређаја), транзистор ВТ се затвара и уређај прелази у другу фазу - фазу пражњења. Затворени транзистор на слици уопште није приказан као да не постоји. Али то само значи да је транзистор затворен.

Сл. 5. Фаза 2

Када је транзистор ВТ затворен, не долази до пуњења енергије у индуктору, пошто је извор напајања искључен. Индукција Л тежи да спречи промену величине и правца струје (самоиндукција) која тече кроз намот индуктора.

Стога се струја не може одмах зауставити и затвара се кроз круг за оптерећење диода. Због тога се ВД диода зове бит. По правилу, ово је брза Сцхоттки диода. Након периода управљања фазе 2, круг прелази у фазу 1, процес се поново понавља. Максимални напон на излазу из разматраног круга може бити једнак улазном и не више. Да би се добио излазни напон већи од улазног напона, користе се појачани претварачи.

Треба напоменути да у ствари није све тако једноставно као што је горе написано: претпоставља се да су све компоненте савршене, тј. укључивање и искључивање се дешава без одлагања, а активни отпор је нула. У практичној производњи таквих шема потребно је узети у обзир многе нијансе, јер пуно зависи од квалитета коришћених компоненти и паразитске капацитете инсталације. Само о тако једноставном детаљу као што је лептир за гас (добро, само завојница жице!), Можете написати више чланака.

За сада је потребно само подсетити саму вредност индуктивности, која одређује два начина рада хеликоптера. С недовољном индуктивношћу, претварач ће радити у дисконтинуираном режиму струје, што је потпуно неприхватљиво за изворе напајања.

Ако је индуктивност довољно велика, рад се одвија у режиму непрекидне струје, што омогућава коришћењем излазних филтера да се добије константан напон с прихватљивим нивоом валовања. У режиму непрекидне струје раде и појачани претварачи, који ће бити описани у даљем тексту.

Да би се повећала ефикасност, ВД пражњења диода је замењена МОСФЕТ транзистором, који у правом тренутку отвара управљачки круг. Такви претварачи се називају синхрони. Њихова употреба је оправдана ако је снага претварача довољно велика.

Појачање или повећање појачаних претварача

Појачани претварачи углавном се користе за напајање нисконапонским напајањем, на пример, од две до три батерије, а неким компонентама је потребно 12 ... 15 В са ниском потрошњом струје. Врло често се појачани претварач укратко и јасно назива реч „појачивач“.

Слика 6. Функционални дијаграм појачавајућег претварача

Улазни напон Уин се примењује на улазни филтер Цин и примењује на серијски спојен индуктор Л и преклопни транзистор ВТ. Диода ВД је повезана са тачком спајања завојнице и одвода транзистора. На други терминал диоде прикључени су оптерећење Рн и прекидачки кондензатор Цоут.

Транзистор ВТ контролише управљачки круг који ствара сигнал стабилне фреквенције с подесивим радним циклусом Д, на исти начин као што је горе описано у опису хеликоптерског круга (Сл. 3). ВД диода у право вријеме блокира оптерећење кључног транзистора.

Када је кључни транзистор отворен, десни излаз завојнице Л повезан је на негативни пол напајања Уин. Растућа струја (ефекат индуктивности утиче) из извора енергије тече кроз завојницу и отворени транзистор, енергија се накупља у завојници.

У овом тренутку, ВД диода блокира оптерећење и излазни кондензатор из кључног круга и на тај начин спречава пражњење излазног кондензатора кроз отворени транзистор. Оптерећење у овом тренутку се напаја енергијом спремљеном у кондензатору Цоут. Наравно, напон преко излазног кондензатора опада.

Чим излазни напон постане мало нижи од постављене вриједности (одређено поставкама управљачког круга), кључни транзистор ВТ се затвара, а енергија похрањена у индуктору пуни кондензатор Цоут кроз диоду ВД, која напаја оптерећење. У том се случају ЕМ-у индукције завојнице Л додаје у улазни напон и преноси на оптерећење, дакле, излазни напон је већи од улазног напона.

Када излазни напон достигне постављени ниво стабилизације, управљачки круг отвара транзистор ВТ, а поступак се понавља из фазе складиштења енергије.

Универзални претварачи - СЕПИЦ (једноструки претварач примарног индуктора или претварач са асиметрично набијеном примарном индуктивношћу).

Такви претварачи се користе углавном када оптерећење има малу снагу, а улазни напон се мења у односу на излаз у већој или мањој мери.

Слика 7. Функционални дијаграм претварача СЕПИЦ

Врло је сличан кругу појачавајућег претварача приказаном на слици 6, али има додатне елементе: кондензатор Ц1 и завојницу Л2. Управо ти елементи осигуравају рад претварача у режиму пренапона.

СЕПИЦ претварачи се користе у случајевима када улазни напон јако варира. Пример је регулатор повећања напона од 4В-35В до 1,23 В-32В повећања напона и степена пренапона. Под овим именом претварач се продаје у кинеским продавницама, чији је круг приказан на слици 8 (кликните на слику за повећање).

Сл. 8 Шематски дијаграм претварача СЕПИЦ

На слици 9 приказан је изглед плоче са ознаком главних елемената.

Слика 9. Изглед претварача СЕПИЦ

На слици су приказани главни делови у складу са сликом 7. Треба обратити пажњу на присуство две завојнице Л1 Л2. На основу ове карактеристике може се утврдити да је управо то СЕПИЦ претварач.

Улазни напон плоче може бити у опсегу од 4 ... 35В. У овом случају се излазни напон може подесити у року од 1,23 ... 32В. Радна фреквенција претварача је 500 кХз, а уз малу величину од 50 к 25 к 12 мм, плоча обезбеђује снагу до 25 вата. Максимална излазна струја до 3А.

Али овде треба напоменути. Ако је излазни напон постављен на 10В, тада излазна струја не може бити већа од 2,5А (25В). Са излазним напоном од 5 В и максималном струјом од 3А, снага ће бити само 15 В. Главна ствар овдје је не претјеривати: или не прелазите највећу дозвољену снагу, или не прелазите дозвољену струју.

Погледајте такође: Пребацивање напајања - принцип рада

Борис Аладисхкин