Једноставни трансформаторски импулсни претварачи

Многи почетници шунке тешко одређују врсту напајања, али није тако тешко. Главне методе претварања напона су употреба једне од две опције кола:

• Трансформер;

• Напајање без трансформатора.

Заузврат, трансформатори се разликују у типу кола:

• Напајање са трансформатором који ради на фреквенцији 50 Хз;

• Импулсни, са трансформатором који ради на високим фреквенцијама (десетине хиљада Хз).

Пулсни кругови напајања могу повећати укупну ефикасност крајњег производа, избегавајући статичке губитке на линеарним стабилизаторима и другим елементима.

Безформални склопови

Ако постоји потреба за напајањем из напајања за домаћинство од 220 В, најједноставнији уређаји могу се укључити из напајања помоћу баластних елемената за спуштање напона. Широко познат пример таквог извора енергије је баластни кондензаторски круг.

Међутим, постоји одређени број драјвера са уграђеним ПВМ контролер и тастер за напајање за израду претварача импулса без трансформатора, то су врло често ЛЕД сијалице и друге технологије.

У случају напајања из истосмерног извора, на пример, батерија или других галванских батерија, користите:

• Линеарни стабилизатор напона (интегрални стабилизатор типа КЕН или Л78кк са или без пролазног транзистора, параметрични стабилизатор од зенер диоде и транзистора)

• Претварач импулса (падајући - БУЦК, појачан - БООСТ или појачан - БУЦК-БООСТ)

Предност бежичних трансформатора и претварача су следеће:

• Нема потребе да се трансформише трансформатор, претворба се врши помоћу лептира за гас и тастера;

• Последица претходног су мале димензије извора енергије.

Недостаци:

• Одсуство галванске изолације, у случају неисправности тастера доводи до појаве напона примарног извора напајања. Ово је посебно важно ако његову улогу игра мрежа од 220 В;

• Опасност од струјног удара, услед галванског спајања;

• Велике димензије индуктора на претварачима велике снаге доводе у сумњу изводљивост употребе ове топологије напајања. Са упоредивим индикаторима тежине и величине, можете користити трансформатор, галвански изоловани претварач.

Главне сорте склопних претварача напона

У домаћој литератури често се налази скраћеница „ИППН“, која означава: Пулсни претварач напона (или повећавање, или оба)

Као основа, могу се разликовати три основне шеме.

1. ИППН1 - падајући претварач, у енглеској литератури - БУЦК ДЦ ЦОНВЕРТЕР или Степ-довн.

2. ИППН2 - Појачајни претварач, у енглеској литератури - БООСТ ДЦ ЦОНВЕРТЕР или Степ-уп.

3. ИППН3 - Претварач са могућношћу повећања и смањења напона, БУЦК-БООСТ ДЦ ЦОНВЕРТЕР.

Како функционише импулсни претварач?

Започнимо са разматрањем принципа рада прве шеме - ИППН1.

 

У шеми се могу разликовати два струјна круга:

1. "+" из извора напајања се преко приватног кључа (транзистор било које врсте одговарајуће проводљивости) доводи до Лн (пригушница за складиштење), а затим струја тече кроз оптерећење до "-" извора напајања.

2. Други круг је формиран од диода Д, лептир за гас и Лн прикључен терет Рн.

Када се кључ затвори, струја пролази дуж примарног круга, струја тече кроз индуктор, а енергија се акумулира у његовом магнетном пољу. Када искључимо (отворимо) кључ, енергија ускладиштена у завојници се распршује у оптерећење, док струја тече кроз други круг.

Напон на излазу (оптерећењу) таквог претварача је

Уоут = Уин * Ку

Ку је коефицијент конверзије, који зависи од радног циклуса контролних импулса прекидача за напајање.

Ку = Уоут / Уин

Радни циклус „Д“ је однос времена када је кључ отворен за период ПВМ-а. "Д" може да прими вредности од 0 до 1.

ВАЖНО: За СТИ1 Ку = Д. То значи да су регулаторне границе овог стабилизатора приближно једнаке - 0 ... Уоут.

Излазни напон таквог претварача сличан је поларитету као улазни напон.

Како настаје претварач напона за појачавање импулса

ИППН2 - може да повећа напон из напајачког напона на вредност која је десетина пута већа од њега. Шематски се састоји од истих елемената као и претходни.

Било који претварач овог типа има у свом саставу три главна активна састојка:

• Управљачки кључ (Биполар, Фиелд, ИГБТ, МОСФЕТ транзистори);

• Неконтролирани кључ (исправљачка диода);

• Кумулативна индуктивност.

Струја увек тече кроз индуктивитет, мења се само њена величина.

Да бисте разумели принцип рада овог претварача, морате запамтити закон о укључивању индуктора: "Струја кроз индуктор се не може одмах променити."

То је узроковано феноменом као што су ЕМФ са самоиндукцијом или против-ЕМФ. Пошто електромагнетно поље индуктивности спречава нагле промене струје, завојница се може представити као извор напајања. Тада у овом кругу, када се кључ затвори кроз завојницу, почне да тече струја велике величине, али, као што је оштро речено, не може да се повећа.

Контра-ЕМФ је појава када се на крајевима завојнице појављује ЕМФ супротно од примењене. Ако то представите на дијаграму ради јасноће, мораћете да замислите индуктор у облику извора ЕМФ-а.

Број "1" означава стање у кругу када је кључ затворен. Имајте на уму да су извор напајања и симбол ЕМФ завојнице повезани серијски са позитивним терминалима, тј. њихове ЕМФ вредности се одузимају. У овом случају, индуктивност спречава пролазак електричне струје, или успорава њен раст. Како расте, након одређеног константног временског интервала, вредност контра-ЕМФ опада, а струја кроз индуктивитет расте.

Лирска дигресија:

Вредност ЕМФ самоиндукције, као и било која друга ЕМФ, мери се у волтима.

Током тог периода, главна струја тече дуж круга: кључ-извор индуктивности-затворен.

Када се отвори кључ СА, круг 2. Струја почиње да тече дуж таквог круга: напајање-индуктивност-диода-оптерећење. Пошто је отпор оптерећења, често пуно већи од отпора канала затвореног транзистора. У овом случају, опет - струја која тече кроз индуктивитет не може се нагло променити, индуктивност увек тежи да одржи смер и јачину струје, па се опет јавља проту-ЕМФ, али обрнутим поларитетом.

Обратите пажњу на то како су у другом дијаграму повезани мотори извора напајања и извора ЕМФ који замењује завојницу. Повезани су у серији супротним половима, а вредности ових ЕМФ-а се збрајају.

Тако долази до повећања напона.

Током процеса складиштења енергије индуктивности, оптерећење се напаја енергијом која је претходно смештена у кондензатор за изглађивање.

Коефицијент конверзије у ИППН2 је

Ку = 1 / (1-Д)

Као што се види из формуле - што је већи Д радни циклус, то је већи и излазни напон. Поларитет излазне снаге је исти као улаза за овај тип претварача.

Како се претвара претварач напона

Инверторски претварач напона је прилично занимљив уређај, јер може радити и у режиму снижавања напона и у режиму појачања. Међутим, вриједно је узети у обзир да је поларност његовог излазног напона супротна улазном, тј. позитивни потенцијал је на заједничкој жици.

Инверзија је такође приметна у правцу у коме је укључена диода Д. Принцип рада мало је сличан ИППН2. У тренутку када је кључ Т затворен, долази до процеса акумулирања индуктивне енергије, снага из извора не улази у оптерећење због диоде Д. Када се кључ затвори, енергија индуктивности почиње да се распршује у оптерећењу.

Струја и даље тече кроз индуктивитет, настаје ЕМФ самоиндукције, усмерен тако да се на крајевима завојнице формира поларитет супротан примарном извору енергије. И.е. у споју емитера транзистора (одвод, ако транзистор са ефектом поља), катода диоде и крај намотаја завојнице формирају негативан потенцијал. На супротном крају је позитиван.

Фактор конверзије ИППН3 једнак је:

Ку = Д / (1-Д)

Једноставним замјенама фактора пуњења у формули одређујемо да до вриједности од Д од 0,5, овај претварач дјелује као доњи претварач, а одозго - као горњи претварач.

Како управљати таквим претварачем?

Могуће је описати све могућности конструкције ПВМ контролера бесконачно дуго; о томе се може написати неколико свезака техничке литературе. Желим се ограничити на навођење неколико једноставних опција:

1. Саставите асиметрични мултивибраторски круг. Уместо ВТ3, транзистор је спојен у ИППН круговима.

2. Нешто сложенија опција, али стабилнија у погледу учесталости је ПВМ на НЕ555 (кликните на слику за увећање)

Извршите промене у кругу, ВТ1 је транзистор, променимо склоп тако да на његовом месту постоји транзистор ИППН.

3. Могућност употребе микроконтролер, тако да можете да радите и многе додатне функције, за почетнике ће они добро радити АВР микроконтролери. О томе постоји диван видео туториал.

Закључци

Пребацивање напонских претварача врло је важна тема у индустрији напајања електроничке опреме. Такви се склопови користе свуда, а однедавно, с растом „домаћих производа“ или како је то данас модерно назвати „уради сам“ и популарношћу веб локације алиекпресс, такви су претварачи постали посебно популарни и потражени, можете наручити готову плочицу која је већ постала класични претварач за ЛМ2596 и слично за само пар долара, док добијате могућност подешавања напона или струје, или обоје.

 

Друга популарна плоча је мини-360

Можда ћете приметити да у тим круговима нема транзистора. Чињеница је да је уграђен у чип, поред њега се налази ПВМ регулатор, повратни кругови за стабилизацију излазног напона и још много тога. Међутим, ти се склопови могу појачати уградњом додатног транзистора.

Ако сте заинтересовани да дизајнирате склоп за своје потребе, тада можете прочитати више о омјерима дизајна у следећој литератури:

• „Компоненте за изградњу извора енергије“, Михаил Бабурин, Алексеј Павленко, Групација компанија Симметрон

• "Стабилизовани претварачи" В.С. Моин, Енергоатомиздат, М. 1986.