Hay dos categorías de convertidores de voltaje de impulso:
  Con transformador
  Con un estrangulador de almacenamiento
  El convertidor de cualquiera de estas dos categorías puede reducirse o aumentarse, en dispositivos con acelerador de almacenamiento depende del circuito de conmutación, en dispositivos con un transformador de la relación de transformación.

Conmutación de convertidores de tensión con un estrangulador de almacenamiento

  A la salida de tales circuitos siempre habrá una tensión constante o pulsante.
  Voltaje variable en su salida no se obtiene.

  La señal que se debe alimentar al punto A1 con respecto al cable común:

¿Cómo funcionan los convertidores de impulsos con un estrangulador de almacenamiento?

  Considere el ejemplo de un convertidor elevador.
  Acumulación inductor L1 está conectado de manera que al abrir el transistor T1 empieza a fluir a su través desde la fuente de corriente "+ PIT", la corriente aumenta en el acelerador no es instantánea, ya que la energía almacenada en el campo magnético inductor.
  Después de que el transistor T1 está cerrado, la energía almacenada en la inductancia de debe ser liberada, esto se desprende de los fenómenos físicos que ocurren en el acelerador en consecuencia única manera de esta energía pasa a través de la fuente + PIT, diodo VD1 y la carga conectada a la salida.
  En este caso, la tensión de salida máxima depende solo de uno: la resistencia de carga.
  Si tenemos el acelerador perfecto y si no hay carga, el voltaje de salida es infinitamente grande, pero estamos tratando con distante del acelerador ideales, sobre la tensión en vacío es sólo va a ser muy grande, tal vez tan grande que ocurra descomposición de aire o dieléctrico entre los terminales de salida y el cable común, sino más bien la falla del transistor.

Si el acelerador desea liberar toda la energía que ha acumulado (después de la deducción de las pérdidas), ¿cómo se puede regular el voltaje de salida de dichos convertidores?
  Es muy simple: almacenar en el acelerador exactamente tanta energía como sea necesario, que crearía la tensión necesaria con una resistencia de carga conocida.
Ajuste de la duración del impulso de energía almacenada se hace abertura transistor (tiempo durante el cual el transistor está abierto).

El convertidor reductor de frecuencia en el acelerador se producen exactamente los mismos procesos, pero en este caso, al abrir el estrangulador transistor evita que la tensión en el aumento de la producción de inmediato, y después de su cierre, la liberación de la energía almacenada por un lado a través de VD1 diodo y en el otro a través de la carga conectada a los soportes de salida voltaje en el terminal EXIT.
  La tensión a la salida de dicho convertidor no puede ser mayor que la tensión + PIT.

Conversión de convertidores de tensión con transformadores

  La transformación tiene lugar en el transformador, mientras que no importa en el hierro, es para bajas frecuencias; o en ferrita - para alta desde 1 kHz hasta 500 y por encima de kHz.
  La esencia del proceso es siempre el mismo: si el primer devanado del transformador de 10 vueltas, y en el segundo 20 y lo haremos voltaje alterno  10 voltios a la primera, la segunda, se obtiene una tensión alterna de la misma frecuencia pero 20 voltios, respectivamente, con 2 veces menor que la corriente que fluye en el devanado primero.

Es decir, la tarea se reduce a la obtención de una tensión alterna, que debe aplicarse al devanado primario, desde la fuente corriente continua  convertidor de alimentación.

Funciona de la siguiente manera:
  cuando el transistor T1 está abierto, la corriente fluye a través de la mitad superior de la bobina - L1.1, entonces transistor T1 se abre y cierra transistor T2, una corriente comienza a fluir a través de la mitad inferior del bobinado - L1.2, ya que la mitad superior de la bobina L1 se conecta en su extremo a un + PIT inferior de inicio, el campo magnético en el núcleo del transformador T1 cuando la apertura de los flujos en una dirección, y en la otra abertura de T2, respectivamente, en el secundario L2 bobinado se crea tensión alterna.
  L1.1 y L1.1 se realizan lo más cerca posible entre sí.
  Ventajas:
  Alta eficiencia cuando se opera desde un voltaje de suministro bajo (a través de cada mitad del devanado y el transistor solo fluye la mitad de la corriente requerida).
  Desventajas:
  la tensión de las emisiones en los drenajes de los transistores igual al doble de la tensión de alimentación (por ejemplo, cuando T1 está abierto, y T2 está cerrado, la corriente fluye a su vez en L1.1 L1.2 en el campo magnético crea un voltaje igual a la tensión  en L1.1 que, cuando se combina con la tensión de la fuente de alimentación, actúa sobre la T2 cerrada).
  Es decir, es necesario seleccionar transistores para una mayor tensión máxima permisible.
  Aplicación:
  Convertidores, alimentados por baja tensión (alrededor de 12 voltios).

Funciona de la siguiente manera:
cuando el transistor T1 está abierto, la corriente fluye a través del devanado de transformador primario (L1) de carga del condensador C2, y luego se cierra y se abre T2, respectivamente, la corriente fluye ahora a través de la L1 en la dirección inversa, y descargar el C2 C1 de carga.
  Desventajas:
  La tensión suministrada al arrollamiento primario del transformador es la mitad de la tensión + PIT.
  Ventajas:
  Aplicación:
  Convertidores, alimentados por una red de iluminación doméstica, fuentes de alimentación de red (por ejemplo: fuentes de alimentación para computadoras).

Funciona de la siguiente manera:
  cuando los transistores T1 y T4 están abiertos, la corriente fluye a través del devanado primario del transformador en una dirección, luego se cierran y abren T2 y T3, la corriente a través del devanado primario comienza a fluir en la dirección opuesta.
  Desventajas:
  La necesidad de instalar cuatro transistores potentes.
  Doble caída de tensión en los transistores (las caídas de tensión en los transistores T1 T4 / T2 adyacentes se suman).
  Ventajas:
  La tensión de alimentación total en el devanado primario.
  Ausencia de dobles tensiones inherentes al push-pull.
  Aplicación:
  Potentes convertidores, alimentados por una red de iluminación doméstica, fuentes de alimentación de red (por ejemplo: "transformadores" de soldadura por impulsos).

Los problemas comunes para transformadores en transformadores son los mismos problemas que los convertidores basados ​​en bobinas de almacenamiento: la saturación del núcleo; resistencia del alambre desde el que se fabrican los devanados; operación de transistores en modo lineal.

Convertidores de impulso hacia atrás y hacia adelante

El convertidor de voltaje de impulso inverso y directo son los "híbridos" del convertidor basados ​​en el estrangulador de almacenamiento y el transformador, aunque en esencia es un convertidor basado en un estrangulador de almacenamiento y esto nunca debe olvidarse.
  El principio de funcionamiento de un convertidor de este tipo es similar a un convertidor elevador en un estrangulador de almacenamiento, con la única diferencia de que la carga no está directamente conectada al acelerador, sino a otra herida en el acelerador mismo.
  Como en el convertidor elevador, si está encendido sin carga, es voltaje de salida  tenderá al máximo.
  Desventajas:
  Las emisiones de voltaje en el transistor clave crean la necesidad de aplicar transistores clave a un voltaje significativamente mayor que + PIT.
  Alto voltaje de salida en ausencia de carga.
  Ventajas:
  Aislamiento galvánico del circuito de alimentación y circuito de carga.
  Ausencia de pérdidas asociadas con la inversión de magnetización del núcleo (el campo magnético fluye en el núcleo siempre en una dirección).

Fenómenos que deben recordarse cuando se diseñan convertidores de voltaje (y dispositivos de impulso en general)

Saturación del núcleo (núcleo magnético)  - el momento cuando el material magnéticamente conductor de la reactancia de núcleo o transformador ya se magnetiza de modo que una influencia ya los procesos que ocurren en el estrangulador o transformador. Cuando el núcleo de saturación inductancia de los arrollamientos dispuestos en él rápidamente disminuye y la corriente a través del devanado primario comienza a aumentar, en donde corriente máxima  limitado solamente por la resistencia del hilo de devanado, y se elige lo más pequeño posible, respectivamente, al menos la saturación conduce a serpentines de calefacción y de la estrangulación y el transistor de potencia, como un máximo en la destrucción del transistor de potencia.

La resistencia de los cables de los devanados  - trae en el proceso de pérdida, ya que impide el almacenamiento y la liberación de energía en el campo magnético, provoca el calentamiento del cable de devanado del acelerador.
  Solución: uso de un cable con resistencia mínima (alambre más grueso, alambre hecho de materiales con baja resistencia específica).

Operación de transistores de potencia en modo lineal  - si el generador de señal usado para controlar transistores produce no impulsos rectangulares y impulsos con aumento lento y la decadencia de voltaje que puede ser si puerta capacitancia IGBT es grande, y un conductor (amplificador especial) no es capaz de producir una corriente significativa para cargar esta capacitancia, hay momentos cuando el transistor está en el modo lineal, es decir, tiene una cierta resistencia distinto de cero infinitamente grande y, por lo tanto, la corriente fluye a través de él y genera calor empeoramiento

Problemas específicos de los convertidores de tensión que usan transformadores

Sin embargo, estos problemas son inherentes a cualquier dispositivo con una potente etapa de salida de dos tiempos.

A través de corriente
  Considere, por ejemplo, un esquema de medio puente: si por alguna razón el transistor T2 se abre antes que el T1 completamente cerrado, habrá una corriente continua desde + PIT a cable común, que fluirá a través de ambos transistores, lo que resultará en una liberación de calor inútil para ellos.
  Solución: cree un retraso mientras el potencial en la entrada Г1 ha disminuido a cero (vea el diagrama del medio puente) y el potencial en la entrada Г2 ha aumentado.
  Este tiempo de retraso se denomina tiempo muerto y gráficamente se puede ilustrar con un oscilograma:

El efecto Miller
Una vez más, considere el ejemplo del medio-puente - cuando el transistor T1 se abre a se aplica un voltaje que aumenta rápidamente (con velocidad de apertura T1) el transistor T2, puesto que esta tensión es grande, incluso una pequeña capacitancia interna entre la puerta y la fuente de ser acusado crea un potencial significativo de la puerta , que abre T2, incluso por un corto tiempo, pero crea una corriente continua, incluso si hay un tiempo muerto.
  La solución: el uso de potentes controladores de transistores, capaces no solo de dar, sino también de tomar grandes corrientes.

Lo que no debes olvidar

  convertidor reductor con un estrangulamiento de almacenamiento, medio puente y el puente - esquemas que no son tan simples como parecen a primera vista, en primer lugar, porque se energiza la fuente del transistor en el convertidor de bajada y los orígenes de los transistores del circuito superior en el puente y medio puente.
  Como sabemos, la tensión de control en la puerta del transistor debe suministrarse en relación con su fuente, para bipolar a la base con respecto al emisor.
  Soluciones:
  Uso de fuentes de alimentación galvánicamente aisladas de circuitos de compuerta (bases):



  El generador G1 genera señales antifase y genera controladores a tiempo muerto, U1 y U2 transistores de efecto de campo, el optoacoplador desacopla el circuito de entrada del controlador superior con la salida del generador, que se suministra desde el otro devanado del transformador.

Solicitud transformador de pulso  para aislamiento galvánico de circuitos de compuerta (bases):

El aislamiento galvánico es proporcionado por la introducción de otro transformador de pulso: GDT.

Hay otro método - "bustrep", pero es poco probable que te guste, para más detalles, consulte la documentación para el chip de IR2153, en particular, el método para obtener la tensión de alimentación a los circuitos de control del transistor superior.

Al diseñar un transductor, es necesario tener en cuenta que esto dispositivo de impulso  a través de conductores, que están fluyendo grandes corrientes que cambian drásticamente y el dispositivo que crea un campo magnético fuerte - todo esto crea un terreno fértil para el surgimiento de una serie de perturbaciones en una amplia gama.
Cuando el cableado de PCB debe esforzarse por hacer todos los conductores de cadenas de potencia tan corta y directa, condensadores electrolíticos o membrana shunt en cerámica capacidad 1mkF 0,1 ... en las proximidades de las células de energía, para evitar fugas de interferencia de alta frecuencia en la red de iluminación, si el dispositivo es alimentado de la red, instálelo en la línea de suministro de corriente LC filtros de paso bajo.

A pesar de muchos momentos difíciles, los convertidores de voltaje de pulso son ampliamente utilizados, y los que funcionan a alta frecuencia (decenas a cientos de kilohertz) tienen una serie de ventajas:
  Alta eficiencia, hasta 97%;
  Baja masa;
  Tamaño pequeño

Para convertir un voltaje de un nivel a un voltaje de otro nivel, convertidores de voltaje de impulso  usando tiendas de energía inductiva. Dichos convertidores se caracterizan por una alta eficiencia, a veces alcanzan el 95%, y tienen la capacidad de producir un voltaje de salida aumentado, reducido o invertido.

De acuerdo con esta conocen tres tipos de circuitos convertidores: (. Figura 4.3) de descenso (. Figura 4.1) Aumento (. Figura 4.2) e invirtiendo.

Común a todos estos tipos de transductores son cinco elementos: una fuente de alimentación, un elemento interruptor de llave, el dispositivo de almacenamiento de energía inductiva (inductor estrangulador), un diodo de bloqueo y un condensador de filtro conectado en paralelo a la resistencia de carga.

La inclusión de estos cinco elementos en varias combinaciones permite realizar cualquiera de los tres tipos de convertidores de pulsos.

Reglamento del nivel de tensión de salida del convertidor por el cambio de la anchura del impulso, el control de la operación del elemento de conmutación y una clave, respectivamente, de la energía almacenada en el almacenamiento inductivo.

La estabilización de la tensión de salida se realiza mediante el uso de feedback: cuando cambia la tensión de salida, el ancho de pulso cambia automáticamente.

El convertidor reductor (Fig. 4.1) comprende una cadena de elemento de conmutación conectado en serie S1, el almacenamiento de energía inductiva dispositivo L1, y una resistencia de carga RL conectado en paralelo con el condensador de filtro C1 él. El bloqueo de VD1 diodo está conectado entre el punto de conexión con el acumulador de energía interruptor S1 L1 y el cable común.

Fig. 4.1. El principio del voltaje del convertidor descendente

Fig. 4.2. Principio de funcionamiento del convertidor de voltaje elevador

Con la tecla abierta, el diodo se cierra, la energía de la fuente de energía se acumula en el almacenamiento de energía inductiva. Después de que la tecla S1 está cerrada (abierta), la energía almacenada por el almacenamiento inductivo L1 a través del diodo VD1 se transfiere a la resistencia de carga R n. El condensador C1 suaviza las pulsaciones de voltaje.

Elevador de tensión convertidor de impulsos está dispuesto sobre los mismos elementos básicos, pero tiene una combinación diferente de (Figura 4.2.): Una cadena de margarita fuente de alimentación conectada desde el acumulador inductivo de energía L1, VD1 diodo y una resistencia de carga conectada en paralelo con un condensador C1 de filtro. El elemento de conmutación S1 está conectado entre el punto de conexión del acumulador de energía L1 con el diodo VD1 y el bus común.

Con la tecla abierta, la corriente de la fuente de alimentación fluye a través del inductor, en el que se almacena la energía. El diodo VD1 se cierra al mismo tiempo, el circuito de carga se desconecta de la fuente de alimentación, la llave y el almacén de energía. La tensión en la resistencia de carga se mantiene debido a la energía almacenada en el condensador. Cuando se abre la llave, el EMF de la autoinducción se suma a la tensión de alimentación, la energía almacenada se transfiere a la carga a través del diodo abierto VD1. La tensión de salida así obtenida excede la tensión de alimentación.

Fig. 4.3. Conversión de voltaje de pulso con inversión

El convertidor de inversión comprende una combinación de tipo de impulsos de todos los mismos elementos básicos, pero de nuevo otros compuestos (Figura 4.3). Para fuente de alimentación conectada cadena de margarita del elemento conmutador S1, VD1 diodo y la resistencia de carga R n con el condensador de filtro C1. El dispositivo de almacenamiento de energía inductiva L1 está conectado entre el punto de conexión del elemento de conmutación S1 con el diodo VD1 y el bus común.

El convertidor funciona de la siguiente manera: cuando la tecla está cerrada, la energía se almacena en el almacenamiento inductivo. El diodo VD1 está cerrado y no pasa la corriente de la fuente de alimentación a la carga. Cuando se desconecta la llave, la autoinducción del dispositivo de almacenamiento de energía se aplica al rectificador que contiene el diodo VD1, la resistencia de carga R n y el condensador del filtro C1. Como el diodo del rectificador pasa solo pulsos de voltaje negativo a la carga, se forma un voltaje de signo negativo (inverso, signo opuesto al voltaje de suministro) a la salida del dispositivo.

Para estabilizar el voltaje de salida de los estabilizadores de impulso de cualquier tipo, se pueden usar estabilizadores "lineales" convencionales, pero tienen una baja eficiencia. A este respecto, es mucho más lógico utilizar estabilizadores de tensión de impulso para estabilizar la tensión de salida de los convertidores de impulsos, especialmente dado que no es difícil implementar dicha estabilización.

Los reguladores de voltaje de pulso, a su vez, se dividen en estabilizadores con modulación de ancho de pulso  y en estabilizadores con modulación de pulso de frecuencia. En el primero de ellos, la duración de los pulsos de control cambia a una frecuencia constante de su sucesión. En segundo lugar, por el contrario, la frecuencia de los pulsos de control cambia con su duración invariable. Los estabilizadores de impulso también se mezclan con regulación mixta.

A continuación consideraremos ejemplos de radioaficionados de desarrollo evolutivo de convertidores de pulsos y estabilizadores de tensión.

El oscilador maestro (Figura 4.4) de los convertidores de impulsos con voltaje de salida no estabilizado (Figuras 4.5, 4.6) en el chip KR1006VI1 (NE 555) opera a 65 kHz. Los impulsos rectangulares de salida del generador a través de cadenas RC se alimentan a los elementos clave del transistor conectados en paralelo.

La bobina de inductancia L1 está hecha en un anillo de ferrita con un diámetro exterior de 10 mm y una permeabilidad magnética de 2000. Su inductancia es de 0.6 mH. La eficiencia del convertidor alcanza el 82%. La amplitud de las pulsaciones en la salida no supera los 42 mV y depende del valor de capacitancia

Fig. 4.4. Circuito del oscilador maestro para convertidores de voltaje de pulso

Fig. 4.5. El circuito de la parte de potencia del convertidor de voltaje de pulso de elevación + 5/12 V

Fig. 4.6. Esquema de invertir el convertidor de voltaje de pulso + 5 / -12 V

condensadores a la salida del dispositivo. La corriente de carga máxima de los dispositivos (Fig. 4.5, 4.6) es de 140 mA.

En el rectificador del convertidor (Fig. 4.5, 4.6) utilizamos conexión paralela  diodos de alta frecuencia de baja corriente conectados en serie con resistencias de ecualización R1-R3. Todo este conjunto puede ser reemplazado por un diodo moderno diseñado para una corriente de más de 200 mA a una frecuencia de hasta 100 kHz y una tensión inversa de al menos 30 V (por ejemplo, KD204, KD226). Como VT1 y VT2, es posible usar transistores del tipo KT81x: estructuras de n-p-n - KT815, KT817 (Figura 4.5) y p-n-p - KT814, KT816 (Figura 4.6) y otros. Para mejorar la confiabilidad del convertidor, se recomienda cambiar el emisor-colector del transistor del tipo de diodo KD204, KD226 en paralelo a la unión para que esté cerrado para la corriente continua.

GOU SPO Kirov Aviation Technical School

INFORMAR

para fuente de alimentación SVT

"Convertidores de impulsos de extremo único"

El estudiante del grupo VP-34

Belyaeva P.Yu.

1 Introducción. Algunos conceptos	3
2 Primary IIPS	5
2.1 Convertidores de flujo directo y de paso directo	5
	8
	10
2.4 Convertidor de puente	11
3 ISP secundarios	13
4 convertidores de conmutación	15
	15
4.2 Transductor de punta única de pulso voltaje constante. Convertidor	16
5 Conclusión	19
5.1 Interferencia electromagnética y de radio generada por el ISP.	19
5.2 Circuitos integrados para SMPS.	19
5.3 Modo de inicio repetido.	20
5.4 SMPS con soporte de potencia	21
6 referencias	22

1 Introducción. Algunas definiciones

Fuentes de alimentación de conmutación (clave) - SMPS (SMPS) son fuentes de energía modernas con alta eficiencia. Las fuentes de alimentación lineales tradicionales con un elemento de regulación en serie mantienen un voltaje de salida constante cuando el voltaje de entrada o la corriente de carga cambian debido a un cambio en su resistencia. El regulador lineal (estabilizador) puede por lo tanto ser muy ineficiente. La fuente de alimentación de conmutación, sin embargo, utiliza un interruptor de alta frecuencia (transistor) con estados variables de encendido y apagado para estabilizar el voltaje de salida. La ondulación de la tensión de salida causada por el modo de tecla se filtra mediante un filtro LC.

El SMPS puede reducir el voltaje de suministro, así como los lineales. A diferencia del regulador lineal (estabilizador), sin embargo, el SMPS también puede aumentar el voltaje de suministro e invertir el voltaje de salida. Esquemas típicos  las aplicaciones se dan a continuación.

Aplicación típica para un regulador de pulso (clave) a la baja:

Formación de tensión de 5 V para alimentar circuitos TTL con baterías de 12 V (especialmente si la batería de 12 V tiene una capacidad limitada, ya que los estabilizadores de llave son mucho más efectivos que los estabilizadores lineales).

Aplicación típica para el regulador de aumento:

Formación de 25 V a partir de una tensión de 5 V para alimentar la ROM programable.

Aplicación típica para el regulador de impulsos del inversor:

Formando una tensión bipolar de unipolar para suministrar un amplificador operacional.

Formando un sesgo negativo para chips de RAM dinámicos.

El término regulador de pulso se usa para describir un circuito que convierte una tensión de CC en una señal de salida de una tensión continua de la misma polaridad o polaridad opuesta de una tensión inferior o superior. Los reguladores de pulso usan estranguladores y no proporcionan aislamiento galvánico entre entrada y salida.

El término conversor de pulso   se usa para describir un circuito que convierte una tensión de CC en una o más señales de salida de una tensión de CC de un voltaje inferior o superior. Los convertidores de impulsos usan un transformador y proporcionan aislamiento galvánico (aislamiento) entre la entrada y la salida, así como también entre las salidas.

El término fuente de alimentación conmutada - SMPS   Se usa para describir reguladores de impulso y convertidores.

Figura 1.

El devanado adicional del transformador del convertidor delantero garantiza que el campo magnético del núcleo del transformador sea cero en el momento en que se enciende la llave. Si no hay ningún bobinado adicional después de varios períodos de conmutación, el núcleo del transformador entrará en saturación, la corriente de bobinado primario aumentará excesivamente, por lo que la tecla (es decir, el transistor) fallará.

Los diagramas de tiempo de voltajes y corrientes para el convertidor de enlace directo se muestran en la Fig. 2.

Corriente magnetizante

Figura 2.

La tensión de salida del convertidor directo es igual al valor promedio de la tensión en la entrada del filtro LC y es igual a:

V out = V en x (n2 / n1) x (T en x f)

donde:

  T on - vez que la clave estaba encendida
  f - frecuencia de conmutación

Conversor hacia atrás (flyback)

Figura 3.

Voltaje de salida para el convertidor flyback (forma trapezoidal corriente eléctrica) se puede calcular de la siguiente manera:

V out = V en x (n2 / n1) x (T en x f) x (1 / (1- (T en x f)))

donde:
  n2 es el número de vueltas bobina secundaria  T1
  n1 es el número de vueltas del devanado primario T1
  T on - la hora de la clave en Q1

El esquema de control monitorea la salida V y controla el ciclo de trabajo (el estado de tiempo de la tecla Q1).

Si V in aumenta, el circuito de control reducirá el ciclo de trabajo para mantener un voltaje de salida constante. De forma similar, si la corriente de carga disminuye y V aumenta, el circuito de control funcionará de la misma manera. Por el contrario, una disminución en V o un aumento en la corriente de carga aumentará el ciclo de trabajo.

Tenga en cuenta que la tensión de salida cambia cuando se cambia el ciclo de trabajo, T en x f. Sin embargo, la relación entre la tensión de salida y el ciclo de trabajo no es lineal, como en el caso del convertidor directo, es una función hiperbólica.

La corriente en el convertidor flyback puede ser trapezoidal o diente de sierra. La forma trapezoidal de la corriente será si el transistor de tecla se enciende antes de que la corriente en el devanado secundario caiga a cero. Si la corriente de diente de sierra en el devanado secundario llega a cero, aparece "tiempo muerto" cuando no hay corriente en el devanado secundario o en el devanado primario.

Figura 4.

2.2 Conversor de contrafase

Figura 5.

El convertidor push-pull es uno de los que se ejecutan hacia adelante. Como se muestra en la Figura 5, cuando el interruptor Q1 está encendido, la corriente fluye a través de la mitad superior de la primaria T1 bobinado y el campo magnético en el núcleo T1 está aumentando. El aumento del campo magnético en T1 induce una tensión en el devanado secundario polaridad T1 de tal manera que el diodo D2 está polarizado directamente, y D1 - en la dirección opuesta. D2 conduce y carga el condensador de salida C2 a través del acelerador L1. L1 y C2 constituyen el circuito de filtro. Cuando interruptor Q1 está apagado, el campo magnético en las disminuciones transformador T1 y después de un tiempo de pausa (en función del factor de trabajo PWM), Q2 se enciende, la corriente fluye a través de la mitad inferior de la primaria T1 bobinado y el campo magnético en el núcleo de los aumentos de T1 en la dirección opuesta. El aumento del campo magnético en T1 induce una tensión en el devanado secundario polaridad T1 de tal manera que el diodo D1 está polarizado directamente y D2 - en la dirección opuesta. D1 conduce y carga el condensador de salida C2 a través del acelerador L1. Después del final del tiempo muerto, la tecla Q1 se enciende y el proceso se repite.

Hay dos consideraciones importantes con respecto al convertidor push-pull:

1. Ambos transistores no deben sostenerse simultáneamente, ya que esto equivaldría a cortocircuitar la fuente de alimentación. Esto significa que el tiempo de activación de cada tecla no debe exceder la mitad del período, de lo contrario los estados conductores de las teclas se superpondrán.
2. Tratamiento magnético de ambas mitades del devanado (área voltios-segundos) principal debe ser estrictamente la misma, de lo contrario el transformador puede saturar, y esto haría que el fracaso de los interruptores Q1 y Q2.

Estos criterios deben ser satisfechos por el esquema de control y el controlador.

La tensión de salida V out es igual al valor promedio de la tensión en la entrada del filtro LC:

V out = V en x (n2 / n1) x f x (T on, q1 + T on, q2)

donde:
V out - voltaje de salida promedio - V
  V in - Tensión de alimentación - V
  n2 es el número de vueltas del devanado secundario
  n1 - la mitad del número total de vueltas del devanado primario
  f - frecuencia de conmutación - Hz
  T on, q1 - tecla de tiempo Q1 - s
  T on, q2 - tecla de tiempo Q2 - s

El esquema de control supervisa V out y controla el estado habilitado de las teclas Q1 y Q2.

Si V in aumenta, el circuito de control reducirá el ciclo de trabajo para mantener un voltaje de salida constante. De forma similar, si la corriente de carga disminuye y V aumenta, el circuito de control funcionará de la misma manera. Por el contrario, una disminución en V o un aumento en la corriente de carga aumentará el ciclo de trabajo. Los diagramas de tiempo en la Figura 6 muestran las corrientes del convertidor push-pull.

Figura 6.

2.3 Convertidor de medio puente

Figura 7.

Un convertidor de medio puente es similar a un convertidor de dos tiempos, solo que no es necesario hacer un toque desde el medio del devanado primario. El cambio en la dirección del campo magnético se logra cambiando la dirección de la corriente del devanado primario. Este tipo de convertidor se usa en convertidores de alta potencia.

Para un convertidor de medio puente, la tensión de salida V out es igual al valor promedio de la tensión en la entrada del filtro LC.

V out = (Vin / 2) x (n2 / n1) xfx (T on, q1 + T on, q2)

donde:


  f - frecuencia de funcionamiento - Hz

Tenga en cuenta que T on, q1 debe ser igual a T on, q2 y que Q1 y Q2 nunca se deben mantener simultáneamente.

El circuito de control del convertidor de medio puente es similar al circuito de control del convertidor de dos tiempos.

2.4 Convertidor de puente

Figura 8.

El convertidor de puente es similar a un convertidor de dos ciclos, solo que no es necesario hacer un toque desde el medio del devanado primario. El cambio en la dirección del campo magnético se logra cambiando la dirección de la corriente del devanado primario. Este tipo de convertidor se usa en convertidores de alta potencia.

Para un convertidor de puente, el voltaje de salida V out es igual al valor promedio de la tensión en la entrada del filtro LC.

V out = V en x (n2 / n1) x f x (T on, q1 + T on, q2)

donde:
  V salida - voltaje de salida - V
  V entrada - voltaje de entrada - V
  n2 - 0.5 x número de vueltas del devanado secundario
  n1 - número de vueltas del arrollamiento primario
  f - frecuencia de funcionamiento - Hz
  T on, q1 - tecla de tiempo Q1 - s
  T on, q2 - tecla de tiempo Q2 - s

Los pares diagonales de transistores conducen alternativamente, logrando así un cambio en la dirección de la corriente en el devanado primario del transformador. Esto se puede explicar de la siguiente manera: - cuando Q1 y Q4 incluido teclas, la corriente fluirá hacia "abajo" a través del devanado primario del transformador (bobinado a fluir hacia la parte superior), y cuando se incluye teclas de Q2 y Q3, la corriente fluirá "hacia arriba".

El circuito de control monitorea Vout y controla el ciclo de trabajo de los pulsos de control de tecla Q1, Q2, Q3 y Q4.

El circuito de control funciona de la misma manera que para un convertidor de dos y medio puentes, excepto que cuatro transistores deben ser controlados, no dos.

3 ISP secundarios

Una fuente de alimentación conmutada que da baja tensión, aislado de la fuente primaria, a menudo se denomina ISP secundario. En la figura 9 se muestra un diagrama de bloques típico de dicha fuente de alimentación.

Figura 9.

El filtro que se muestra en el lado izquierdo del diagrama de flujo es necesario para evitar interferencias que interfieran con la fuente de alimentación. También ayuda a proteger los circuitos SMPS de los pulsos de voltaje (o sobretensión) en la red corriente alterna.

La parte de potencia típica de este circuito se muestra en la Fig. 10.

Figura 10.

El condensador, cuando funciona con una CA 220 V, se carga a una tensión de aproximadamente 310 V (340 V para 240 V). Resistencia R1 - bajo ohmio (nominal de 2 a 4 ohmios), que protege el circuito de sobrevoltajes cuando el capacitor C1 se carga durante el encendido. Q1 - MOSFET de alto voltaje, que se utiliza como un interruptor de alta velocidad, conmutando el pulso de corriente de suministro en un transformador de alta frecuencia de ferrita T1. La frecuencia de conmutación generalmente está en el rango de 25 a 250 kHz. Los elementos R2 y C2 constituyen un circuito de protección (amortiguador), que reduce las sobretensiones y el ruido de conmutación. La estabilización se logra monitoreando la tensión de salida en el punto "FB" y ajustando el ancho de los pulsos de entrada del controlador de llave Q1. El fusible FS2 es necesario para la protección contra cortocircuito  y sobrecarga. FS2 a veces se reemplaza por un sensor de corriente que bloquea el controlador Q1 cuando está sobrecargado.

4 convertidores de conmutación

En una fuente de alimentación lineal ajustable transformador de potencia  la frecuencia industrial se utiliza para el aislamiento, y luego el rectificador y el regulador lineal se utilizan para formar el voltaje de salida.

En el ISP controlado, el aislamiento y la regulación se integran en una sola unidad, que tiene una alta eficiencia. El SMPS usa un pequeño transformador de alta frecuencia, que generalmente funciona en el rango de frecuencia de 25 a 250 kHz (aunque en SMPS de baja potencia de hasta 1 MHz).

Los transformadores y estranguladores utilizados para SMPS tienen núcleos de ferrita a diferencia de los núcleos de chapa de sus contrapartes de frecuencia más baja. Los transformadores SMI generalmente tienen menos devanados en los devanados que los transformadores de frecuencia industriales.

4.1 El convertidor de voltaje de terminación única

El convertidor de voltaje de un solo extremo contiene un transformador cuyo devanado primario consta de dos partes con un número de vueltas w1 y w2, un primer transistor conectado a la unidad de control y un segundo transistor derivado por un diodo inverso. Un condensador está conectado entre los emisores de los transistores. Los colectores del primer y segundo transistores están conectados a los terminales de los devanados del transformador. Además, el colector del primer transistor está conectado a la entrada de control del segundo transistor a través de una resistencia derivada por un circuito en serie RC, que forma un circuito de detección de corriente.

Como el primer y el segundo transistores de este convertidor, se puede usar cualquier otro elemento clave, como MOSFET, etc.

El convertidor de voltaje CC de terminación única funciona de la siguiente manera.

Cuando la señal de desbloqueo llega a la base del transistor, este último se abre y la tensión de entrada se aplica al bobinado del transformador. Al mismo tiempo, se aplica una tensión de conmutación al transistor de control del transistor, que es casi igual a la tensión del condensador, y está bloqueada. A través del segundo transistor, la suma de las corrientes de magnetización del núcleo del transformador y la carga fluye. Al final del pulso de control, el transistor está bloqueado, la corriente de magnetización se cierra a través de un diodo, un condensador y un devanado. Una tensión de desbloqueo igual a la diferencia entre la tensión del colector del primer transistor y la tensión del condensador se aplica al electrodo de control del segundo transistor. El segundo transistor está desbloqueado, permitiendo que la corriente de magnetización fluya en la dirección opuesta.

Debido al condensador, la corriente de magnetización fluye continuamente durante todo el período de repetición de pulsos desde la unidad de control y el valor promedio de esta corriente es cero. Esto conduce al hecho de que la tensión de desmagnetización se aplica a la bobina durante todo el tiempo el estado bloqueado del primer transistor, una magnetización reversión núcleo del transformador se realiza en un ciclo completo con una baja amplitud de la corriente de magnetización.

Por lo tanto, en el dispositivo propuesto, las pérdidas de potencia en la resistencia incluida en el circuito de control de la llave adicional se reducen al reducir el voltaje en la misma.

4.2 Convertidor de voltaje CC de punta única pulsada . El convertidor

Los convertidores de impulso de tensión continua (IPPN) regulan la tensión de salida (tensión en la carga) cambiando el tiempo de suministro de la tensión Uo a la carga ZN. Los más utilizados son los métodos de control de ancho de pulso (WID) y pulso de frecuencia (PIR). El principio de funcionamiento se basa en un transistor clave IPPN modo o tiristor, que interrumpe periódicamente el circuito de alimentación a la tensión de carga U0 (Figura 11). Cuando el método de impulso de impulsos, la tensión de salida se controla cambiando la duración de tp impulso de salida (figura 12) en un periodo de repetición constante de T. A continuación, el valor promedio de la tensión de salida del inversor será determinado por la fórmula Un.sr = (tp / T) * Uo. En consecuencia, la tensión de salida se controla desde cero (at a = 0) a Uo (ti = T).

Figura 11.

Figura 12.

La Figura 13 muestra un diagrama de la generalización IPPN  . Tal convertidor se llama single-cycle. El tiristor sirve como clave. Entre carga Z  ny un tiristor incluyen un filtro LC suavizado.

Figura 13.

El diodo D, que realiza las funciones de un diodo inverso, es necesario para crear circuito eléctrico  para la corriente de carga cuando el tiristor está apagado.

IPPN de terminación única operan a una potencia de 100 kW. Si se requiere más potencia, recurra a un IPPN de subprocesos múltiples.

Cada conductor IPPN desbloqueo de teclas se realiza mediante alimentación forzada en tiristor (transistor) impulsos de conmutación, el bloqueo de los tiristores se lleva a cabo tensión del condensador periódicamente recargable. Naturalmente, la unidad de conmutación en el IPPN tiene alguna diferencia con unidades similares en inversores autónomos.

Tenga en cuenta que la regulación del voltaje de CC en la carga con alimentación de CA se puede realizar con la ayuda de IPPN. Una pequeña caída de voltaje a través de la llave de semiconductor abierta y una corriente muy baja cuando está bloqueada determinan la alta eficiencia de los convertidores de voltaje de CC. En este sentido, un rectificador no controlado que trabaja en conjunto con una IPTU compite exitosamente con un rectificador controlado.

La ventaja de los convertidores de CC pulsados ​​en comparación con los convertidores con autoexcitación es que en el IPPT, los tiristores se utilizan como claves, que actualmente se producen para voltajes de hasta varios kilovoltios. Esto le permite crear convertidores de alta potencia (más de 100 kW) con alta eficiencia, menores dimensiones y peso. Los convertidores han recibido una amplia aplicación en instalaciones en las que la fuente primaria de suministro de energía es la red de contacto, baterías, baterías solares y atómicas, generadores termoeléctricos.

5 Conclusión

5.1 Interferencia electromagnética y de radio creada por el ISP

Se sabe que los suministros de energía pulsada crean interferencias electromagnéticas y de radio. Los filtros de paso bajo en los cables de entrada son vitales para reducir la interferencia en los circuitos de potencia. El escudo de Faraday entre los devanados del transformador y alrededor de los componentes sensibles junto con el arreglo correcto  En el bloque de circuitos, que compensa los campos, las interferencias electromagnéticas y de radio también se reducen. El problema de suavizar la corriente de diente de sierra requiere el uso de un condensador de filtro. La inductancia y la resistencia (conectadas en serie) de los condensadores electrolíticos estándar afectan las fluctuaciones y los voltajes de ruido en las señales de salida. Las fuentes de alimentación lineales no tienen rival en fuentes de baja potencia y muy bajo ruido con bajas pulsaciones en las señales de salida.

5.2 Circuitos integrados para SMPS

Mullard:

TDA2640

TDA2581

SGS:

L4960

Rango de voltaje de entrada - 9 - 50 V DC

Voltaje de salida ajustable: de 5 a 40 V

La corriente máxima de salida es 2.5 A

Potencia de salida máxima: 100 W

Circuito de arranque suave incorporado

La estabilidad de la fuente de referencia interna es + \\ - 4%

Requiere una cantidad muy pequeña de archivos adjuntos

Coeficiente de llenado - 0 - 1

Alta eficiencia: por encima del 90%

Protección de sobrecarga térmica incorporada: el chip se apaga cuando la temperatura de la unión pn alcanza los 150 grados. C.

Limitador de corriente incorporado para protección contra cortocircuitos

L4962 (carcasa DIP de 16 pines, corriente de salida de hasta 1.5 A)

L4964 (carcasa especial de 15 pines, corriente de salida de hasta 4 A)

Texas Instruments:

TL494

TL497

El TL497 tiene un generador con un tiempo de ENCENDIDO fijo, pero con una frecuencia de salida variable. Esto da la cantidad mínima de elementos colgantes. El tiempo de encendido está determinado por la capacitancia del condensador conectado entre el pin 3 y la tierra.

Figura 14.

5.3 El modo de recurrencia del IEP

En las fuentes de alimentación por impulsos, este modo se usa a menudo para limitar la corriente de salida. Si el ISP está sobrecargado, el circuito se apaga. Después de un cierto intervalo de tiempo, se enciende, si la sobrecarga todavía existe, se apaga inmediatamente. En algunos diseños, si esto sucede varias veces, se desconecta la alimentación hasta que se restablece el bloqueo del circuito.

5.4 SMPS con soporte de potencia

Algunos ISP "más autónomos" están diseñados para mantener un voltaje de salida estable durante más de unos pocos períodos cuando se corta la potencia de entrada. Esto se puede lograr instalando un condensador de entrada de alta capacidad, de modo que su voltaje no disminuya significativamente durante las interrupciones de energía. El período de tiempo durante el cual el SMPS mantiene el voltaje de salida cuando no hay voltaje de entrada a menudo se denomina "tiempo de encendido".

6 referencias

1. INTERNET:

Manual de la aplicación SGS Power Supply

Libro de datos del transistor MOSFET de Motorola Power

Unitrode Semiconductor Databook

Manual de aplicaciones de Unitrode

Selección de núcleo de transformador para SMPS, Mullard

Ferritas blandas: propiedades y aplicaciones, E.C. Snelling

Switchmode - Una guía del diseñador, Motorola

Tecnología y componentes SMPS, Siemens

Libro de datos de circuitos lineales de Texas Instruments

Analogue Electronics Handbook, T.H. Collins

Smith, K.L. Ph.D. (Universidad de Kent), "D.C. Supplies from A.C. Sources", Electronics & Wireless World, septiembre de 1984.

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Microchips para conmutar fuentes de alimentación y su aplicación. Ed. El 2º. - Moscú: DODEKA, 2000

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Polikarpov AG, Sergienko EF Reguladores de pulso y convertidores DC-DC. - Moscú: Izd-vo MPEI, 1998

Para el suministro de diversos equipos electrónicos, los convertidores de CC / CC son muy utilizados. Se usan en dispositivos tecnología informática, dispositivos de comunicación, diversos esquemas de control y automatización, etc.

Fuentes de alimentación del transformador

En las fuentes de alimentación tradicionales del transformador, la tensión de la red eléctrica se transforma por medio de un transformador, que con frecuencia se reduce al valor deseado. El bajo voltaje es rectificado por un puente de diodos y suavizado por un filtro de condensador. Si es necesario, se coloca un estabilizador semiconductor después del rectificador.

Las fuentes de alimentación del transformador, como regla, están equipadas con estabilizadores lineales. Las ventajas de tales estabilizadores no son menores a dos: este es un costo pequeño y una pequeña cantidad de detalles en el arnés. Pero estas ventajas consume baja eficiencia, porque una gran parte de la tensión de entrada se utiliza para el calentamiento del transistor de regulación, que es totalmente inaceptable para la alimentación de dispositivos electrónicos portátiles.

Convertidores CC / CC

Si el equipo está alimentado por celdas galvánicas o acumuladores, solo los convertidores CC / CC pueden convertir la tensión al nivel deseado.

La idea es bastante simple: la tensión de CC se convierte en AC, típicamente con una frecuencia de varias decenas o incluso cientos de kHz, se eleva (cataratas) y, a continuación rectificada y suministrada a la carga. Tales convertidores a menudo se llaman impulsos.

Un ejemplo es un convertidor elevador de 1.5V a 5V, solo el voltaje de salida de una computadora USB. Un convertidor de baja potencia similar se vende a Alyexpress - http://ali.pub/m5isn.

Fig. 1. Convertidor 1.5V / 5V

Los convertidores de pulso son buenos ya que tienen una alta eficiencia, dentro del rango de 60..90%. Otra ventaja de los convertidores de impulsos es una amplia gama de voltajes de entrada: el voltaje de entrada puede ser más bajo que el voltaje de salida o mucho más alto. En general, los convertidores DC / DC se pueden dividir en varios grupos.

Clasificación de convertidores

Baja o gana en inglés

La tensión de salida de los convertidores es generalmente inferior a la de entrada: sin ninguna pérdida en la calefacción de la tensión de regulación del transistor puede recibir sólo unos pocos voltios cuando el voltaje de entrada 12 ... 50B. La corriente de salida de dichos convertidores depende de la demanda de carga, que a su vez determina los circuitos del convertidor.

Otro nombre en inglés para el chopper convertidor descendente. Una de las opciones para traducir esta palabra es el helicóptero. En la literatura técnica, el convertidor descendente a veces se denomina "chopper". Por ahora, solo recuerda este término.

Incremento o impulso en términos ingleses

El voltaje de salida de estos convertidores es más alto que el voltaje de entrada. Por ejemplo, con una tensión de entrada de 5 V, puede obtener una tensión de hasta 30 V en la salida, y es posible regularla y estabilizarla sin problemas. Muy a menudo, los refuerzos se llaman refuerzos.

Convertidores universales - SEPIC

La tensión de salida de estos convertidores se mantiene en un nivel determinado con un voltaje de entrada tanto por encima de la entrada como por debajo. Se recomienda en casos donde el voltaje de entrada puede variar significativamente. Por ejemplo, en un automóvil, el voltaje de la batería puede variar entre 9 ... 14V, y necesita obtener un voltaje estable de 12V.

Convertidores Inversores - convertidor inversor

La función principal de estos convertidores es obtener la tensión de salida de la polaridad inversa en relación con la fuente de alimentación. Muy conveniente en casos donde se requiere potencia bipolar, por ejemplo.

Todos los convertidores mencionados pueden estar estabilizados o no estabilizados, el voltaje de salida puede conectarse galvánicamente a la tensión de entrada o tener un aislamiento galvánico de los voltajes. Todo depende del dispositivo particular en el que se utilizará el convertidor.

Para pasar a otra historia acerca de los convertidores DC / DC, al menos uno debe delinear la teoría en términos generales.

Bajada del chopper convertidor - tipo de convertidor buck

Su diagrama funcional se muestra en la figura a continuación. Las flechas en los cables muestran la dirección de las corrientes.

Fig.2 Diagrama funcional del estabilizador chopper

El voltaje de entrada Uin se alimenta al condensador de filtro de entrada Cin. Como un elemento clave es el transistor VT usado, lleva a cabo una conmutación de corriente de alta frecuencia. Puede ser un transistor de estructura MOSFET, un IGBT o un ordinario transistor bipolar. Además de estas partes, el circuito contiene un diodo de descarga VD y un filtro de salida - LCout, desde el cual el voltaje va a la carga Rn.

Es fácil ver que la carga está conectada en serie con los elementos VT y L. Por lo tanto, el circuito es secuencial. ¿Cómo disminuye el voltaje?

Modulación de ancho de pulso - PWM

El circuito de control genera pulsos rectangulares con una frecuencia constante o un período constante, que es esencialmente la misma cosa. Estos pulsos se muestran en la Figura 3.

Fig.3 Impulsos de control

Aquí, t es el tiempo de pulso, el transistor está abierto, tn es el tiempo de pausa, - el transistor está cerrado. La relación t / T se denomina ciclo de trabajo del ciclo de trabajo, se denota por la letra D y se expresa en %% o simplemente en números. Por ejemplo, con D igual al 50%, resulta que D = 0.5.

Por lo tanto, D puede variar de 0 a 1. Con el valor D = 1, el transistor clave está en el estado de conductividad completa, y en D = 0 en el estado de corte, simplemente hablando, está cerrado. No es difícil adivinar que a D = 50%, la tensión de salida será igual a la mitad del voltaje de entrada.

Es bastante obvio que la regulación del voltaje de salida ocurre debido a un cambio en el ancho del pulso de control, y, de hecho, por un cambio en el coeficiente D. Este principio de control se llama (PWM). Prácticamente en todos bloques de impulso  la fuente de alimentación por medio de la tensión de salida PWM está estabilizada.

En los diagramas que se muestran en las Figuras 2 y 6, el PWM está "oculto" en rectángulos con la inscripción "Esquema de control", que realiza algunas funciones adicionales. Por ejemplo, puede ser un inicio suave de la tensión de salida, activación remota o protección del convertidor de un cortocircuito.

En general, los convertidores se han vuelto tan ampliamente utilizados que los fabricantes de las empresas componentes electronicos  han establecido el lanzamiento de controladores PWM para todas las ocasiones. El surtido es tan grande que solo para listarlos necesitarás un libro completo. Por lo tanto, para recopilar conversores en elementos discretos, o como suelen decir en "rassypuhe", nadie viene a la mente.

Además, los convertidores prefabricados de baja potencia se pueden comprar en Aliexpress o Ebay por un precio pequeño. En este caso, para la instalación en el diseño amateur, es suficiente soldar los cables a los cables de entrada y salida, y establecer el voltaje de salida requerido.

Pero volvamos a nuestra figura 3. En este caso, el coeficiente D determina cuánto tiempo estará abierto (fase 1) o cerrado (fase 2). Para estas dos fases, es posible representar el circuito en dos figuras. Las figuras NO muestran los elementos que no se usan en esta fase.

Fig.4 Fase 1

Cuando el transistor de corriente abierto de la fuente de alimentación (pila galvánica, una batería, rectificador) pasa a través del inductor L, la carga RL, y carga el condensador Cout. En este caso, la corriente fluye a través de la carga, el condensador Cout y el reactor L acumulan energía. El iL actual aumenta gradualmente, la influencia de la inductancia del acelerador se ve afectada. Esta fase se llama bombeo.

Después de que la tensión en la carga alcanza el valor establecido (determinado por la configuración del dispositivo de control), el transistor VT se cierra y el dispositivo pasa a la segunda fase: la fase de descarga. El transistor cerrado en la figura no se muestra en absoluto, como si no lo fuera. Pero esto solo significa que el transistor está cerrado.

Fig.5. Fase 2

Con el transistor VT cerrado, no se repone energía en el acelerador, ya que la fuente de alimentación está desconectada. La inductancia L tiende a prevenir el cambio en la magnitud y dirección de la corriente (inductancia) que fluye a través de la inductancia de arrollamiento.

Por lo tanto, la corriente no puede detenerse y cerrarse inmediatamente a través del circuito de "carga de diodo". Debido a esto, el diodo VD se llamó el diodo de descarga. Como regla general, este es un diodo Schottky de alta velocidad. Después del período de control de la fase 2, el circuito cambia a la fase 1, el proceso se repite nuevamente. Máximo estrés  a la salida del esquema considerado puede ser igual a la entrada, y no más. Para obtener un voltaje de salida mayor que el voltaje de entrada, se utilizan convertidores impulsores.

Por el momento, solo es necesario recordar el valor real de la inductancia, que determina los dos modos de funcionamiento del chopper. Si la inductancia es insuficiente, el convertidor funcionará en el modo de corriente de ondulación, lo que es completamente inaceptable para las fuentes de alimentación.

Si la inductancia es lo suficientemente grande, la operación se lleva a cabo en el modo actual inseparable, que permite el uso de la salida del filtro para recibir el voltaje de CC con un nivel aceptable de ondulación. En el modo de corriente continua, los convertidores ascendentes funcionan, lo que se describirá a continuación.

Para un cierto aumento en la eficiencia, el diodo de descarga VD es reemplazado por un transistor MOSFET, que se abre en el momento adecuado mediante un circuito de control. Dichos convertidores se llaman sincrónicos. Su uso se justifica si la potencia del convertidor es lo suficientemente grande.

Aumento de los convertidores elevadores o intensificadores

Los convertidores ascendentes se utilizan principalmente para el suministro de energía de bajo voltaje, por ejemplo, de dos a tres baterías, y algunos componentes de diseño requieren un voltaje de 12 ... 15 V con bajo consumo de corriente. Muy a menudo, el convertidor de impulso se llama brevemente y claramente la palabra "refuerzo".

Fig.6 Diagrama funcional del convertidor elevador

La tensión de entrada Uin se aplica al filtro de entrada Cin y se aplica a la L conectada en serie y al transistor de conmutación VT. El diodo VD está conectado al punto de conexión de la bobina y al drenaje del transistor. La carga Rn y el condensador en derivación Cout están conectados a la otra terminal del diodo.

VT transistor controlado por un circuito de control que genera una señal de control de frecuencia estable con una variable relación de trabajo D, de la misma manera como se describe justo por encima en la descripción del circuito de corte (Fig.3). El diodo VD en el momento correcto bloquea la carga del transistor de llave.

Cuando el transistor de llave está abierto, la salida derecha de la bobina L está conectada al polo negativo de la fuente de alimentación Uin. El aumento de la corriente (el efecto de la inductancia afecta) de la fuente de alimentación fluye a través de la bobina y el transistor abierto, la energía se acumula en la bobina.

En este momento, el diodo VD bloquea la carga y el condensador de salida del circuito clave, evitando así la descarga del condensador de salida a través de un transistor abierto. La carga en ese momento es alimentada por la energía almacenada en el condensador Cout. Naturalmente, la tensión en el condensador de salida disminuye.

Una vez que la tensión de salida será algo menor que un predeterminado (determinado por la configuración del circuito de control), un VT clave transistor se cierra y la energía almacenada en el inductor a través de la VD diodo recarga el condensador Cout, que alimenta la carga. En este caso, la autoinductancia de la bobina L se agrega a la tensión de entrada y se transmite a la carga, por lo tanto, la tensión de salida es mayor que la tensión de entrada.

Cuando la tensión de salida alcanza el nivel de estabilización establecido, el circuito de control abre el transistor VT, y el proceso se repite desde la fase de almacenamiento de energía.

Convertidores universales: SEPIC (convertidor de inductor primario de terminación única o convertidor con inductancia primaria asimétrica).

Tales transductores se usan principalmente cuando la carga tiene poca potencia, y el voltaje de entrada varía con respecto a la salida uno en mayor o menor medida.

Fig.7 Diagrama funcional del convertidor SEPIC

Es muy similar al circuito del convertidor elevador que se muestra en la Figura 6, pero tiene elementos adicionales: el condensador C1 y la bobina L2. Son estos elementos los que aseguran el funcionamiento del convertidor en el modo de reducción de tensión.

Los convertidores SEPIC se utilizan en casos donde el voltaje de entrada varía ampliamente. Un ejemplo es el regulador de convertidor Step Up / Down Voltage Buck Voltage de 4V-35V a 1.23V-32V. Es bajo este nombre en el convertidor chino vendido, el esquema se muestra en la Figura 8 (haga clic en la imagen para agrandarla).

Fig.8. Diagrama esquemático  el convertidor SEPIC

La Figura 9 muestra la apariencia del tablero con la designación de los elementos principales.

Fig.9. Aspecto del convertidor SEPIC

La figura muestra las partes principales de acuerdo con la Figura 7. Se llama la atención sobre la presencia de dos bobinas L1 L2. Sobre esta base, se puede determinar que este es el convertidor SEPIC.

El voltaje de entrada de la placa puede estar en el rango 4 ... 35V. En este caso, la tensión de salida se puede ajustar dentro de 1.23 ... 32V. La frecuencia de funcionamiento del convertidor es de 500 kHz. En tamaños pequeños de 50 x 25 x 12 mm, la placa proporciona potencia de hasta 25 W. La corriente de salida máxima es de hasta 3 A.

Pero aquí es necesario hacer una observación. Si la tensión de salida se establece en 10V, la corriente de salida no puede ser superior a 2,5 A (25 W). Con una tensión de salida de 5V y una corriente máxima de 3A, la potencia será de solo 15W. Aquí lo principal es no exagerar: o no exceda la potencia máxima permisible, o no vaya más allá de la corriente permisible.

Hasta hace poco, el más común suministros de energía  tenía circuito transformador  con un rectificador y un filtro capacitivo. Con el tiempo, fueron reemplazados por fuentes de alimentación basadas en convertidores de impulso. Conmutación de fuentes de alimentación  diferir favorablemente poder específico. Transformadores de alta frecuencia  tienen dimensiones más pequeñas y requieren costos más bajos alambre de cobre  lo que reduce significativamente el costo de todo el producto como un todo. Sin embargo, los circuitos de transformador de la frecuencia industrial de 50 (60) Hz continuarán siendo relevantes en vista de su simplicidad y confiabilidad.

Clasificación

Los convertidores de tensión de alimentación se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Por tipo de voltaje de suministro:
      permanente;
      variable;
      universal.
2. Por el factor de conversión de voltaje:
      aumentando;
      bajando
3. Por el carácter de la característica de corriente de salida de salida (VAC):
      no estabilizado;
   estabilizado;
      ajustable
4. Por tipo de esquema de conversión básico:
      transformador de baja frecuencia;
      impulso acelerador;
      impulso flyback de un solo ciclo, flujo directo;
      circuitos de pulso de dos tiempos, puente y medio puente;
      inversores;
      tiristores y circuitos convertidores triac.

Circuitos de transformador de baja frecuencia

Figura 1.  Transformador de CA

Los esquemas de transformadores son simples y confiables. Se usan para convertir una tensión sinusoidal alterna. El esquema básico se ilustra en la Figura 1. La conversión de frecuencia corresponde a la frecuencia de la red utilizada en la mayoría de los casos es 50 Hz en algunos países, 60 Hz, 400 Hz, y de vez en cuando para el suministro de equipo especializado.

Clasificación por el factor de conversión de voltaje

El factor de conversión del circuito del transformador es igual a la relación de la salida voltaje nominal  a la entrada:

Para K<1 схема является disminuyendo. Este es el tipo más común de convertidores de transformadores de frecuencia industrial. Es ampliamente utilizado en fuentes de alimentación para la electrónica doméstica e industrial.

Cuando K\u003e 1, el esquema es incremental. Se utiliza en casos donde se requiere un voltaje más alto en relación con el voltaje primario. A veces se utiliza como un circuito base en convertidores de inversores, así como para obtener altas tensionespor ejemplo, para suministrar un magnetrón a hornos de microondas, y similares.

En K = 1, el valor de la tensión de salida prácticamente no cambia con respecto a la tensión de entrada. Este esquema a veces se usa para el aislamiento galvánico, cuando es necesario excluir la influencia de la tensión de la red en el objeto que se está alimentando, o con fines de seguridad eléctrica.

Clasificación por carácter de la característica de corriente de salida de salida

Transformadores no regulados

Tienen un primario y uno o varios devanados secundarios, la mayoría de las veces aislados galvánicamente del primario. El VAC depende de una serie de condiciones y no se modifica.

Transformadores ajustables - autotransformadores

Figura 2.  Autotransformador

Autotransformadores  están diseñados para una regulación suave o paso a paso de la tensión de salida. La mayoría de las veces tienen un bobinado, que desempeña el papel de primario y secundario simultáneamente, y la regulación de voltaje se realiza al cambiar el terminal de salida entre los varios conductores de bobinado.

El terminal de entrada del autotransformador no está conectado al terminal terminal, pero con un pequeño desplazamiento a varios terminales en el medio del bobinado. Esto le permite alcanzar un índice de conversión por debajo y por encima de la unidad. El cambio de salida a los cables de bobinado se realiza mediante un interruptor por lotes o mediante un dispositivo de conmutación similar.

Si se ajusta más suavemente el voltaje de salida, se utilizan autotransformadores con una construcción modificada. El devanado completo se enrolla en una capa en el núcleo toroidal de los giros al giro con un pequeño espacio entre los giros. Parte del aislamiento del lado final del devanado toroidal se retira del conductor para permitir que el dispositivo de conmutación se conecte en cada giro. Para el contacto con los devanados, se usa un control deslizante de deslizamiento o de rodillo de grafito. A través de esta estructura se hace de conmutación más suave entre los terminales (espacio liberado de aislamiento), y moviendo el control deslizante sustancialmente la totalidad del transformador permite obtener la tensión de salida de cero a un valor máximo del coeficiente de transformación. Debido a este diseño y capacidades específicas tan profundo que controla el valor de tensión de salida, tales autotransformadores llamados autotransformadores de laboratorio, o abreviado LATR. Simplificado circuito eléctrico  LATRA se muestra en la Figura 2.

Circuitos de transformador con rectificador

En la mayoría de los casos, los dispositivos electrónicos domésticos e industriales requieren energía de una fuente de CC. Para este circuito rectificador semiconductor transformador complementaria, y para alisar la ondulación de la tensión de salida rectificada de los circuitos rectificadores incluir un condensador de filtrado. El circuito básico se muestra en la Figura 3, y puede ser complicado dependiendo de los requisitos para la característica I-V de la fuente de alimentación.

En algunos casos, se requieren voltajes de diferentes niveles para suministrar diferentes bloques de circuitos, o fuente equilibrada  fuente de alimentación con un punto promedio Para ello, se utilizan transformadores de bobinado múltiple, cada bobinado de diferentes voltajes o resaltos de un rectificador separado con un filtro capacitivo conectado a cada devanado.

Convertidores de impulsos de conmutación DC

Cuando se requiere alimentar el dispositivo desde un voltaje con un valor menor en relación con el voltaje de suministro disponible, circuitos estabilizadores  sobre la base de divisores de tensión - transistores o estabilizadores integrales. Una desventaja de este método es que si es necesario una reducción significativa en la tensión de alimentación con respecto al primario, al elemento de control (transistor chip de estabilizador) genera calor, que es proporcional al cuadrado de su corriente de carga. Con una potencia de carga significativa, esta conversión da como resultado pérdidas de energía significativas y una disminución en la eficiencia. Para una conversión más eficiente de la tensión de alimentación, se utilizan convertidores de impulso cuya operación se basa en pulso de frecuencia  o ancho de pulso  modulación

Para comprender el proceso de modulación de pulsos, considere el circuito en la Figura 4. Los terminales de entrada "Común" y "Uip" se suministran con el voltaje de la fuente primaria. La tecla SA1 es controlada por el dispositivo de control en el modo de pulso, cerrando y abriendo periódicamente el circuito de carga del condensador C1 a través de la resistencia de balasto Rb. Cuando se cierra la tecla SA1, el condensador comienza a cargarse, el voltaje que se encuentra en él aumenta gradualmente. Cuando se abre la llave, la carga se detiene. Si la carga se desconecta, la tensión en el condensador permanece sin cambios hasta el próximo bloqueo de la llave. Cuando la carga se conecta a la salida, el condensador se descarga, la tensión que cae cae. Si consideramos este proceso de repetición durante un tiempo prolongado, entonces se notarán fluctuaciones significativas en el voltaje a la salida del dispositivo bajo carga. Que estas fluctuaciones no fueron tan significativas, es suficiente para acortar el tiempo del proceso de carga y descarga del condensador, es decir Aumente la frecuencia de los impulsos de conmutación a valores aceptables.

El nivel de voltaje en la salida de dicho convertidor depende de la relación entre la posición cerrada de la llave y el tiempo de la posición abierta y la magnitud de la carga. Si se supone que la carga es constante, entonces el nivel de tensión será directamente proporcional a la duración del impulso en el período. La relación entre el ancho del impulso y el período de repetición se llama factor de llenado de pulso:

donde D es el ciclo de trabajo de los pulsos, t es el ancho del pulso y T es el período de repetición del pulso.

Cuanto mayor sea la relación de trabajo, mayor será la tensión de salida del convertidor. Para estudiar el funcionamiento de un convertidor de este tipo, es posible ensamblar el circuito básico que se muestra en la Figura 5.

La llave VT1 conmuta el circuito de carga del condensador C1 a través de una resistencia de balasto (limitación de corriente) Rb. La resistencia pull-up Rp acelera el flujo de electrones desde la región base en el momento de bloquear la llave VT1. Ro es la resistencia que limita la corriente máxima de la base de clave VT1. VT2 - la clave para controlar la base actual del transistor VT1. Su propósito es conciliar la operación del circuito con la señal del generador con respecto a la fuente negativa, no importa en principio si la señal del generador se invierte y se aplica con relación a la fuente de alimentación a la base de la tecla VT1.

Puede cambiar el factor de relleno de varias maneras. Vamos a considerarlos por separado.

Modulación de ancho de pulso (PWM)

Cuando la frecuencia de repetición de pulsos de la misma duración cambia, solo cambia la duración de las pausas entre ellos. La duración de los pulsos es un valor constante, limita la frecuencia máxima posible que el generador alcanzará en el ciclo de trabajo máximo posible, es decir, cuando la igualdad

La frecuencia es igual a

La Figura 6 ilustra el principio de la modulación de pulso de frecuencia. Línea recta roja "a" - dependencia de voltaje condicionalmente lineal del voltaje en el condensador de filtro C1 (diagrama en la figura 5) durante la carga (la clave VT1 está cerrada). Línea recta verde "b" - dependencia condicional del tiempo lineal de la tensión en el condensador de filtrado cuando se descarga a la carga. t es la duración del pulso, que es la misma para todos los pulsos. T1, T2, T7 y Tn es el período de repetición de impulsos del orden correspondiente. Como se ilustra en el ejemplo anterior, los períodos de repetición de pulsos pueden diferir y afectar el valor promedio de la energía transferida desde la fuente primaria a la salida.

En la parte inferior de la figura, se muestra un diagrama teóricamente verdadero de la tensión a través del condensador de filtro, que consiste en segmentos que reflejan una carga / descarga periódicamente repetida. La curva azul muestra el valor promedio de la tensión en la salida del convertidor. La sección horizontal de esta curva muestra el modo de estabilizar la tensión de salida - Ust.

Modulación de ancho de pulso (PWM)

Si el período de repetición del pulso es constante, es decir, cuando la frecuencia del pulso no cambia, la modulación se realiza cambiando la duración del pulso, mientras que la duración de las pausas es inversamente proporcional. El principio es algo similar a la modulación de pulso de frecuencia.

Ancho de pulso modulación se ilustra en la Figura 7. En contraste con el PFM, es el periodo de repetición del impulso T es constante, sino que la duración del pulso del orden de t1, t4, tn varía dependiendo del nivel requerido de la cantidad de salida modulada.

La diferencia de los métodos considerados hace posible aplicar diferentes soluciones de circuitos para realizar una tarea.

La aplicación de modulación de frecuencia o ancho de pulso puede limitar, estabilizar o ajustar dinámicamente el valor de salida. La Figura 8 muestra ejemplos de control de PFM y PWM.

Circuitos de convertidores de pulsos

Teniendo en cuenta el circuito en las Figuras 4 y 5, es posible que prestar atención a una mayor inconveniente de dicha solución: a través de la corriente fluye resistencia RB de lastre en un modo cerrado proporcional a la caída de tensión a través de ella. Como resultado, la resistencia disipa parte de la energía en forma de calor, y esto implica una disminución en la eficiencia. Para superar esta desventaja, en lugar de una resistencia de balasto en circuitos de impulso  Se utilizan elementos inductivos: estranguladores y transformadores de impulsos.

El acelerador limita el aumento de la corriente a lo largo del borde delantero (ascendente) del pulso. Desde el momento en que se enciende el acelerador en el circuito hasta la saturación magnética completa del núcleo, almacena energía en forma de un campo magnético. Después de la saturación completa del núcleo incluso si la corriente sigue aumentando, el acelerador no es capaz de almacenar más energía, lo que resulta en la energía empieza a ser liberado en forma de calor, que puede causar pérdidas y reducir la eficiencia. Por lo tanto, el circuito debe calcularse de modo que la duración máxima del pulso esté limitada al momento de la saturación total. Cuando el circuito abierto del acelerador en el borde de salida (caída) del campo magnético de impulsos como resultado de la terminación del flujo de corriente estrangulador disminuye rápidamente. La reducción del campo magnético provoca la aparición en los extremos del devanado del impulso de tensión de estrangulamiento de inducción magnética de polaridad opuesta con respecto a la tensión aplicada durante el que fluye a través de la corriente de bobina de choque. Esta tensión puede conmutarse de tal manera que se use la energía del pulso para suministrar la carga. Entonces el acelerador, limitante, la corriente acumula energía, y entre los pulsos puede transmitir la energía almacenada a la carga, o devolverla a la fuente primaria. Como resultado, las pérdidas de energía se reducen con una disminución significativa de la tensión de salida en relación con la tensión de entrada, incluso con una carga potente.

La aparición de un pulso EMF trasero en el devanado de la bobina puede utilizarse no solo para aumentar la eficacia del dispositivo cuando la tensión es limitada, sino también para aumentar el voltaje de salida con relación al voltaje de entrada.

La desventaja de los convertidores de estrangulación es la imposibilidad de aislamiento galvánico de la salida de la fuente principal de la tensión de alimentación. El aislamiento galvánico se puede proporcionar con el uso de transformadores de impulsos con bobinados separados de voltajes primarios (suministro) y secundarios. Los circuitos de transformador pueden funcionar tanto en modo de ciclo único (modo de acelerador) como en modo de contrafase.

Circuitos típicos de cascadas de convertidores de impulso con el uso de elementos inductivos: estranguladores y transformadores de impulsos

Esquemas de etapas de salida de convertidores de voltaje de CC de terminación única con acelerador

Inversor de regulación DC

La Figura 9 muestra la etapa de salida. SA1 es un interruptor controlado por el circuito. Cuando la tecla se enciende en el momento inicial, la diferencia en el voltaje de la fuente de alimentación con respecto a la tensión de salida se aplica al acelerador. Luego, a medida que el estrangulador se magnetiza, la corriente a través de él aumenta gradualmente, y la caída de voltaje a lo largo de él disminuye. Cuando la corriente fluye a través del estrangulador, el condensador de filtro C1 se carga, y el estrangulador acumula energía en el campo magnético del núcleo. Cuando la llave se abre en los extremos del devanado L1, se produce un impulso de tensión inversa. Cuando hay un EMF inverso en el acelerador, el diodo de pulso DV1 conmuta el terminal liberado de su devanado con el menos C1. Como resultado, la energía almacenada en el campo magnético del acelerador no se pierde, sino que se gasta en una carga adicional del condensador de salida de filtrado en los intervalos entre pulsos.

Convertidor CC de refuerzo de CC

Cuando el circuito está conectado (figura 10) a la fuente de tensión constante primaria, se carga el condensador C1 a través del reactor L1 y el diodo (diodo Schottky) DV1. El voltaje que está en él alcanza el voltaje de la fuente de energía, menos la caída de voltaje en el acelerador y el diodo.

El acelerador se calcula de modo que cuando la tecla SA1 está abierta durante el funcionamiento en la carga, la corriente de carga no conduce a una saturación significativa del núcleo del acelerador.

Al cerrar el interruptor SA1 es aplicada a la reactancia de la tensión de alimentación, la corriente aumenta a su través, y se acumula energía en el núcleo del campo magnético hasta la saturación completa. El diodo VD1 cierra la llave bajo la acción de la tensión inversa, excluyendo el cierre del condensador C1.

Después de cierta saturación del núcleo, se abre la llave.

En el momento de abrir la llave en el acelerador, se produce un impulso de tensión de polaridad inversa. Un voltaje igual a la suma de los voltajes de la fuente de energía primaria y el voltaje del pulso en el acelerador aparece en el ánodo del diodo de separación. El diodo se abre y el capacitor C1 carga.

Debido al hecho de que en el momento de la apertura del pulso de voltaje del interruptor de inversión del acelerador crea un aumento en la tensión de la fuente principal, la salida del convertidor, se puede obtener una tensión superior a la tensión de la fuente primaria.

Sobre la base de este esquema, es posible construir conversores con voltaje regulado  salida, pero el ajuste solo es posible desde la tensión de la fuente primaria, lo que limita el alcance de esta solución.

Ejemplo de circuitos de transistores de etapas de salida de convertidores de estrangulación

Para llevar a cabo experimentos sobre los tipos de convertidores de estrangulamiento considerados, es posible ensamblar los circuitos en cascada en los transistores que se muestran en las Figuras 11 y 12.

Transformador de pulso no saturado

Cuando se aplica al transformador de impulso de tensión monopolar debido a la característica empinada de la curva de histéresis, la tensión residual en el núcleo no se quita, y con cada impulso sucesivo alcanza un valor en el que el cambio del campo magnético desde el principio hasta el final del impulso se vuelve insignificante. Dado que la transferencia de la energía en el transformador se realiza el cambio de campo magnético, la magnitud de la que se reduce significativamente cuando el núcleo se magnetiza de manera unilateral disminuye la cantidad de energía que es capaz de transmitir el transformador en un período de operación, es decir, su efectividad En tales casos, a veces se dice que el transformador está saturado con un componente constante de la corriente de magnetización.

En su esencia, un transformador con un núcleo magnético abierto es un acelerador, con la presencia de devanados secundarios.

En el trabajo de los convertidores de un solo ciclo, se distinguen dos fases del ciclo:

1. excitación del EMF de inducción mutua en el devanado secundario durante el aumento de la intensidad del flujo magnético con el aumento de la corriente primaria (magnetización del núcleo);
2. inducción mutua excitación EMF en el devanado secundario durante la desintegración de la intensidad de flujo magnético de restablecimiento de la corriente primaria (desmagnetizar el núcleo).

Eliminar la potencia útil del devanado secundario es conveniente ya sea en la primera fase del ciclo o en la segunda fase. Cuando la carga útil del devanado secundario en el primer convertidor de fase se llama "de un delantero", el segundo - "flyback".

Un convertidor directo que usa un transformador de pulso insaturado

La figura 13 muestra un diagrama de la etapa de potencia de un convertidor de impulsos de ruta directa.

Cuando es activada por el pulso de control clave VT1 se abre al devanado primario voltaje aplicado T1. La corriente primaria comienza a aumentar a medida que el núcleo se satura. En este momento, aumentando el flujo magnético del núcleo provoca que la tensión de inducción en el devanado secundario de una polaridad a la que el diodo conmutador se abre VD1, la carga del condensador C1 y la alimentación de la carga.

Cuando la tecla VT1 bloqueado, a través del devanado primario corriente deja de fluir, haciendo que la intensidad del campo magnético comienza a variar en la dirección opuesta, es decir, disminución. La reducción de la intensidad del núcleo magnético induce un flujo en la tensión de devanado secundario de polaridad inversa a la que se cerró la VD1 diodo. Ambos arrollamientos no se cargan, y como resultado los extremos de todos los devanados pueden ser el impulso de voltaje es varias veces la magnitud de la fuente de tensión primaria. Este impulso también puede dañar el diodo pulsado si excede su voltaje inverso máximo, y llave de transistor. Por lo tanto, dichos circuitos deben complementarse con circuitos de protección.

Los métodos de protección pueden variar, la figura muestra solo una de las opciones posibles. Aquí, en el momento en el pulso de tensión inversa de sobretensiones se abre VDD diodo de protección, un condensador amortiguador shunts cadena resultado del CG del devanado primario durante el paso de un impulso de tensión aguda, y la resistencia Rd reduce en cierta medida la cantidad de impulsos de tensión total.

Convertidor hacia atrás utilizando un transformador de pulso insaturado

El circuito en la Figura 14 repite el circuito en la Figura 13. La diferencia es que el devanado secundario tiene un cambio en los terminales. Si ya ha notado los signos "*" de imágenes de los devanados T1, muchos de ustedes han adivinado que esto designación convencional  el comienzo de las vueltas.

Ahora, al abrir el interruptor en la corriente del arrollamiento primario comienza a aumentar c magnetización del núcleo, pero en el diodo tensión inducida devanado secundario VD1 se cierra, y toda la energía (excluyendo las pérdidas) se transmite a través del devanado primario se acumulará en el campo magnético del núcleo hasta que está completamente saturado. Cuando el bloqueo de la llave a través de los primarios paradas bobinado corriente que fluye, y en la tensión secundaria inducida de polaridad inversa, que se abre VD1 diodo, la carga de un condensador C1 y el suministro de la carga.

En este caso, hemos se retira la carga útil del devanado secundario durante la desmagnetización del núcleo durante la progresión del ciclo de funcionamiento del inversor. De ahí el nombre - "flyback".

En fase inversa a carga constante del inversor está activo, y en el devanado primario debe ser ningún aumento peligroso después de abrir el circuito primario. Pero cuando la carga tiene una naturaleza variable, al ralentí, la llave puede fallar. Para esto, el esquema considerado debe complementarse con una cadena de protección, similar al diagrama de la Figura 13.

El circuito anterior cascada convertidores de extremo único adecuado sólo en rango de potencia pequeña, hasta aproximadamente 100 VA.

Esquemas de las etapas de salida de los convertidores push-pull de tensión continua con el uso de transformadores de impulsos

Los transformadores de potencia son un elemento clave de los dispositivos para convertir el voltaje de suministro. Como ya dijimos, los modos de operación de ciclo único imponen limitaciones significativas en su aplicación y eficiencia. Para un uso más completo de todas las propiedades útiles de los transformadores de pulso, se usan en esquemas de conversión push-pull. Esto permite no solo aumentar la eficiencia, sino también en gran medida la potencia del convertidor.

Consideremos tres esquemas básicos de cascadas de potencia de convertidores de impulso de dos tiempos.

Esquema de la etapa de potencia de un convertidor de impulsos de dos tiempos con la salida del punto medio del devanado primario

En el circuito de la figura 15 utiliza un impulso de transformador T1 con dos devanados primarios I y II, que están conectados en serie, es decir, el final de una cuerda está conectado al comienzo de la segunda. Esta conexión forma el punto medio al que está conectado uno de los polos de la fuente de alimentación, en este caso positivo. terminales libres de los arrollamientos primarios están conectados al polo opuesto de la fuente de alimentación a través de teclas de conmutación de potencia VT1 y VT2.

El ciclo completo de operación de este circuito consiste en la inclusión alterna de los devanados I y II en el circuito de alimentación. Por ejemplo, cuando se abre la llave VT1, el devanado excita un flujo magnético en el núcleo de una cierta intensidad de campo magnético. Al cerrar VT1, el flujo magnético del núcleo se atenúa a un valor residual. Este es el primer paso del trabajo. A continuación, se abre la llave VT2, mientras que la corriente fluye a través del devanado II, creando un flujo magnético de la dirección opuesta con respecto al primer ciclo de reloj. Al mismo tiempo, el núcleo logra desmagnetizar por completo, y luego se satura nuevamente con un flujo magnético de polaridad inversa. Cuando la tecla VT2 está cerrada, el flujo magnético también disminuye hasta el valor residual. Este es el segundo ciclo de reloj del convertidor.

La operación en modo push-pull permite el uso completo de la ventaja de los transformadores de impulsos que tienen núcleos con un alto valor de permeabilidad magnética, y no requiere la introducción de un espacio no magnético en el circuito del circuito magnético.

Si indicamos brevemente la esencia de la implementación de la transformación del transformador push-pull, este es un cambio periódico en la dirección de la corriente en el devanado primario.

Circuito de medio puente de la cascada de potencia de un convertidor de impulsos de dos tiempos

En el circuito de medio puente (Figura 16), la corriente en el devanado primario se crea mediante la recarga de los condensadores C2 y C3.

Mientras ambas teclas están cerradas, después de aplicar la tensión de alimentación, los condensadores del brazo superior e inferior del medio puente C2 y C3 se cargan de manera aproximadamente uniforme y se forma una tensión común de aproximadamente la mitad de la tensión de alimentación en el terminal común.

Cuando se abre la llave VT1, el arranque (marcado con "*") del devanado primario I se conecta al polo positivo de la fuente de alimentación. En este caso, el condensador C2 comienza a descargarse, y C3 se carga. El potencial del punto común de los condensadores tenderá a ser tirado al polo positivo de la fuente de energía primaria.

Cuando VT1 está cerrado y VT2 está abierto, el comienzo del devanado cambia del polo positivo al negativo de la fuente de alimentación principal. En este caso, se observará un proceso simétrico previamente considerado: C3 se descargará y se cargará C2. Su punto común con el bobinado primario tenderá a ser tirado al suministro negativo.

Como resultado de los anteriormente descritos dos ciclos del convertidor, la dirección alterna de la corriente eléctrica será generado en el arrollamiento primario, iniciará el flujo magnético alterno en el núcleo del transformador, y el flujo induce un voltaje AC en el devanado secundario.

En los tiempos de conmutación, pueden producirse impulsos de tensión en los terminales del devanado primario, que pueden dañar las teclas, por lo tanto, para fines de protección, ambas teclas se derivan mediante diodos de protección VD1 y VD2.

Circuito puente de la cascada de potencia de un convertidor de impulsos de dos tiempos

El circuito del puente (puente) consta de cuatro brazos formados por las teclas VT1-VT4. El puente tiene dos diagonales. Una diagonal está conectada a la fuente de energía principal. El devanado primario I del transformador de impulsos T1 está conectado a la segunda diagonal.

Para crear un bobinado primario del flujo magnético alterno en el núcleo del transformador, los pares de teclas VT1, VT4 y VT2, VT3 se conmutan alternativamente.

Los diodos de protección VD1, VD2, VD5 y VD6 en caso de pulsos de conmutación en el devanado primario lo conmutan de tal forma que la energía del campo magnético descargada vuelve a la fuente de alimentación principal.

Tiempo muerto (pausa)

Al eliminar la señal de control, el transistor tarda un tiempo en cerrarse por completo. Si la clave (par de claves en el circuito puente) aún no está cerrada, o no está cerrada hasta el final, y la segunda clave (par de claves) está abierta, entonces la fuente de la energía primaria resulta ser una cadena de claves públicas creada anulada. En este caso, los transistores asignarán una cantidad significativa de calor, trabajarán en el régimen de sobrecargas o incluso pueden fallar. Para evitar que esto suceda, se introduce una pausa especial entre los relojes de inicio: el tiempo necesario para bloquear por completo las teclas que funcionaron en la medida completa. Esta vez se llama "pausa muerta" o "tiempo muerto".

Modos de regulación y estabilización

Para todos los esquemas considerados de convertidores de impulsos, el principio general de organización del proceso de regulación y estabilización de los parámetros de salida es característico: modulación de pulso. La Figura 18 muestra un diagrama de bloques de la organización del proceso de conversión con control de la tensión y corriente de salida.

Fuente de alimentación primaria PI suministra con energía el esquema de modulación de impulsos de la SIM y la etapa de salida de la CV. El circuito de modulación de impulsos genera una señal de control transmitida en el canal de control de la unidad de control. La etapa de salida del VC como resultado de la conversión de la tensión de alimentación de la fuente primaria de la IU genera una tensión en la carga H controlada por el circuito de supervisión de tensión SCN. La corriente de carga es monitoreada por el circuito de monitoreo de corriente CTK. Los esquemas de control en los canales de realimentación COST y COSF forman señales de información en las entradas del esquema de modulación de impulsos de la SIM. En base a estas señales, la SIM genera las características necesarias de la señal de control alimentada a través del canal de control de la CU a la etapa de salida del VC.

Este diagrama de bloques refleja la versión más compleja del convertidor, capaz de controlar y controlar varios parámetros a la vez, como la corriente, el voltaje y la potencia de carga. En algunos casos, una versión más simple es suficiente. Por ejemplo, donde solo se requiere regulación de voltaje, es posible excluir el circuito de control de corriente, por ejemplo, para suministrar una potencia baja. dispositivo electronico. Donde solo se requiere monitoreo de corriente, el circuito de control de voltaje puede eliminarse, lo que generalmente se requiere al crear fuentes de alimentación para matrices de LED. Un circuito completo con control de voltaje y corriente puede ser útil para desarrollar cargadores, cuando se requiere limitar tanto el actual como el máximo estrés permisibleo, en general, para crear un algoritmo más complejo para el funcionamiento de la conversión mediante el uso de circuitos de microcontroladores.

Conclusión

En la tecnología de impulso, hay muchos matices que deben tenerse en cuenta en el diseño, pero estos son temas más restringidos que deben abordarse en soluciones específicas. La información provista es general, búsqueda de hechos. Es imposible en un artículo cubrir toda la diversidad y los circuitos exóticos. Pero independientemente del dispositivo que no tenga que considerar, los principios subyacentes prácticamente no se modifican. Por lo tanto, habiendo aprendido los conceptos básicos, seguramente comprenderá los circuitos de cualquier complejidad.

Atentamente, Mikhail Stashkov.