Avec transformateur
Avec un étranglement de stockage
Le transducteur de l'une des deux catégories peut être un abaisseur et élévateur de tension dans les dispositifs à bobine d'arrêt de stockage en fonction du type de circuit, dans des dispositifs du rapport de transformation du transformateur.
Convertisseurs de tension à commutation avec une inductance de stockage
A la sortie de tels circuits, il y aura toujours une tension constante ou pulsante.La tension variable à leur sortie n'est pas obtenue.
Le signal qui doit être envoyé au point A1 par rapport au fil commun: 
Comment fonctionnent les convertisseurs d'impulsions avec un starter de stockage?
Prenons l'exemple d'un convertisseur élévateur.inductance d'accumulation L1 est connecté de telle sorte que lors de l'ouverture du transistor T1 commence à couler à travers elle à partir de la source de courant « + PIT », le courant augmente dans la manette des gaz est pas instantanée, l'énergie stockée dans l'inducteur de champ magnétique.
Après que le transistor T1 est fermé, l'énergie stockée dans la bobine d'arrêt doit être libéré, cela résulte de phénomènes physiques qui se produisent dans l'étranglement en conséquence seul moyen de cette énergie passe à travers la source + PIT, la diode de VD1 et de la charge connectée à la sortie.
Dans ce cas, la tension de sortie maximale dépend uniquement de la résistance de charge.
Si nous avons la manette des gaz parfait et s'il n'y a pas de charge, la tension de sortie est infiniment grand, mais nous avons affaire à distance de l'idéal des gaz, la tension à vide est tout simplement va être très grand, peut-être si grand que cela se produise panne d'air ou diélectrique entre les bornes de sortie et le fil commun, mais plutôt la panne du transistor.
Si la manette des gaz veut libérer toute l'énergie qu'elle a accumulée (après déduction des pertes), comment la tension de sortie de ces convertisseurs peut-elle être régulée?
Il est très simple - de stocker dans l'accélérateur exactement autant d'énergie que nécessaire, ce qui créerait la tension nécessaire à une résistance de charge connue.
La régulation de l'énergie stockée est faite par la durée des impulsions ouvrant le transistor (temps pendant lequel le transistor est ouvert).
Le convertisseur abaisseur de la manette des gaz se produit exactement les mêmes procédés, mais dans ce cas, lors de l'ouverture de la bobine d'arrêt à transistor empêche la tension à l'augmentation de la production instantanément, et après sa fermeture, libérant l'énergie stockée d'une part à travers la diode VD1 et sur l'autre à travers la charge reliée aux supports de sortie tension à la borne EXIT.
La tension à la sortie d'un tel convertisseur ne peut pas être supérieure à la tension + PIT.
Convertisseurs de tension à découpage avec transformateurs
La transformation a lieu dans le transformateur, alors que cela n'a pas d'importance sur le fer qu'il est pour les basses fréquences; ou sur ferrite - pour une valeur comprise entre 1 kHz et 500 et au-dessus de kHz.L'essence des processus est toujours la même: si dans le premier enroulement du transformateur 10 tours, et dans le second 20 et nous appliquons tension alternative 10 volts à la première, puis dans la seconde nous obtenons une tension alternative de la même fréquence mais 20 volts et en conséquence avec 2 fois moins de courant que les flux dans le premier enroulement.
Autrement dit, la tâche est réduite à l'obtention d'une tension alternative, qui doit être appliquée à l'enroulement primaire, à partir de la source courant continu convertisseur d'alimentation.
Fonctionne comme suit:
lorsque le transistor T1 est flux ouvert, le courant à travers la moitié supérieure de la bobine - L1.1, puis transistor T1 ouvre et ferme le transistor T2, un courant commence à couler à travers la moitié inférieure de l'enroulement - L1.2, étant donné que la moitié supérieure de la bobine L1 est activée sur son extrémité à un + PIT le champ magnétique dans le noyau du transformateur lors de l'ouverture de T1 s'écoule dans une direction, et lorsque T2 est ouvert à l'autre, une tension alternative est créée sur l'enroulement secondaire L2, respectivement.
L1.1 et L1.1 sont effectués le plus près possible l'un de l'autre.
Avantages:
Rendement élevé en fonctionnement à partir d'une tension d'alimentation faible (à travers chaque moitié de l'enroulement et le transistor seulement la moitié du courant requis circule).
Inconvénients
Les émissions tension sur les drains des transistors égale à deux fois la tension d'alimentation (par exemple, lorsque T1 est ouvert, et T2 est fermé, le courant circule à son tour en L1.1 L1.2 dans le champ magnétique crée une tension égal à la tension sur L1.1 qui, associé à la tension de la source d'énergie, agit sur le T2 fermé).
C'est-à-dire qu'il est nécessaire de sélectionner des transistors pour une tension maximale admissible plus grande.
Application:
Convertisseurs, alimentés par basse tension (environ 12 volts).
Fonctionne comme suit:
lorsque le transistor T1 est ouvert, le courant circule à travers l'enroulement primaire de transformateur (L1) de charge du condensateur C2, puis il ferme et ouvre T2, respectivement, circule maintenant courant à travers la L1 dans le sens inverse, et à décharger la charge de C2 C1.
Inconvénients
La tension fournie à l'enroulement primaire du transformateur est la moitié de la tension + PIT.
Avantages:
Application:
Convertisseurs, alimentés par le réseau d'éclairage domestique, alimentations réseau (par exemple: alimentations électriques pour ordinateurs).
Fonctionne comme suit:
lorsque les transistors T1 et T4 sont ouverts, le courant circule à travers l'enroulement primaire du transformateur dans une direction, puis ils ferment et T2 et T3 sont ouverts le courant à travers l'enroulement primaire commence à circuler dans le sens inverse.
Inconvénients
La nécessité d'installer quatre transistors puissants.
Double chute de tension aux bornes des transistors (les chutes de tension sur les transistors T1 T4 / T2 T3 adjacents s'additionnent).
Avantages:
La tension d'alimentation totale sur l'enroulement primaire.
Absence de double contrainte inhérente au push-pull.
Application:
convertisseurs alimenté puissants réseaux d'éclairage des ménages, des unités d'alimentation de réseau (par exemple, soudage par impulsion « Transformers »).
Les problèmes courants pour les transformateurs sur les transformateurs sont les mêmes problèmes que les convertisseurs basés sur les selfs de stockage: saturation du cœur; résistance du fil à partir duquel les enroulements sont faits; fonctionnement des transistors en mode linéaire.
Convertisseurs d'impulsions de trajet vers l'arrière et vers l'avant
Flyback et la commutation d'un convertisseur de tension vers l'avant - un convertisseur « hybride » sur la base de l'inducteur de stockage et transformateur, bien que dans son essence, elle est basée sur la manette des gaz de convertisseur de stockage et il ne faut jamais oublier.
Le principe de fonctionnement d'un tel convertisseur est similaire au convertisseur élévateur de tension sur la bobine de stockage, à la seule différence que la charge ne sont pas inclus directement à la manette des gaz, et à un autre enroulement enroulé sur la manette des gaz elle-même.
Comme dans le convertisseur élévateur, s'il est allumé sans charge, son tension de sortie aura tendance au maximum.
Inconvénients
Émissions de tension sur le transistor à clé créant le besoin d'appliquer des transistors clés à une tension significativement supérieure à + PIT.
Tension de sortie élevée en l'absence de charge.
Avantages:
Isolation galvanique du circuit d'alimentation et du circuit de charge.
Absence de pertes associées à l'inversion de l'aimantation du noyau (le champ magnétique circule dans le noyau toujours dans un sens).
Phénomènes dont il faut se souvenir lors de la conception de convertisseurs de tension (et d'appareils à impulsion en général)
Saturation du noyau (noyau magnétique) - le moment où le matériau magnétiquement conducteur de la bobine de noyau ou un transformateur est déjà magnétisé de telle sorte que une influence plus les processus qui se produisent dans la bobine d'arrêt ou de transformateur. Lorsque le noyau est saturé, l'inductance des enroulements situés sur lui tombe rapidement, et le courant à travers les enroulements primaires commence à augmenter, tandis que courant maximum limitée que par la résistance du fil d'enroulement, et il est choisi aussi petit que possible, respectivement, au moins la saturation conduit à des bobines de chauffage et du starter et le transistor de puissance, comme un maximum dans la destruction du transistor de puissance.Résistance des fils des enroulements - apporte le processus de perte, car il empêche le stockage et la libération de l'énergie dans le champ magnétique, provoque le chauffage du fil de bobinage de la manette des gaz.
Solution: utilisation d'un fil avec une résistance minimale (fil plus épais, fil composé de matériaux à faible résistance spécifique).
Fonctionnement des transistors de puissance en mode linéaire - si le générateur de signal utilisé pour commander les transistors ne produit pas des impulsions rectangulaires et des impulsions avec une augmentation lente et la décroissance de la tension qui peut être si grille de l'IGBT de capacité est grande, et un conducteur (amplificateur spécial) ne soit pas capable de produire un courant important pour charger cette capacité, il y a des moments où le transistor est en mode linéaire, à savoir qu'il a une certaine résistance non nulle infiniment grand et, par conséquent, le flux de courant à travers elle et elle génère de la chaleur aggravation
Problèmes spécifiques aux convertisseurs de tension utilisant des transformateurs
Cependant, ces problèmes sont inhérents à tout appareil doté d'une puissante phase de sortie à deux temps.À travers le courant
Considérons, par exemple, un schéma en demi-pont - si pour une raison quelconque, le transistor T2 s'ouvre plus tôt que T1 complètement fermé, il y aura un courant traversant de + PIT à fil commun, qui traversera les deux transistors, ce qui se traduira par une libération de chaleur inutile.
Solution: créer un délai pendant que le potentiel à l'entrée Г1 a diminué à zéro (voir le diagramme demi-pont) et le potentiel à l'entrée Г2 a augmenté.
Ce temps de retard est appelé temps mort et graphiquement il peut être illustré avec un oscillogramme: 
L'effet Miller
Encore une fois, prenons l'exemple de la demi-pont - lorsque le transistor T1 ouvre le transistor T2 est appliquée une tension qui augmente rapidement (avec une vitesse d'ouverture T1), puisque cette tension est importante, même une petite capacité interne entre la grille et la source étant chargée de créer un potentiel de la grille , qui ouvre T2, même pour une courte durée, mais en créant un courant traversant, même s'il y a un temps mort.
La solution: l'utilisation de puissants drivers de transistors, capables non seulement de donner, mais aussi de prendre de grands courants.
Ce que tu ne devrais pas oublier
convertisseur Buck avec une bobine d'arrêt de stockage, demi-pont et le pont - systèmes qui ne sont pas aussi simples qu'elles semblent à première vue, tout d'abord, parce que la source du transistor dans le convertisseur abaisseur et les origines des transistors de circuit supérieur dans le pont et en demi-pont sont excités.Comme on le sait, la tension de commande sur la grille du transistor doit être fournie par rapport à sa source, bipolaire à la base par rapport à l'émetteur.
Solutions:
Utilisation d'alimentations galvaniquement isolées des circuits de porte (bases):
Le générateur G1 génère des signaux antiphases et génère des pilotes deadtime, U1 et U2 transistors à effet de champl'optocoupleur découple le circuit d'entrée du conducteur supérieur avec la sortie du générateur qui est alimenté par l'autre enroulement du transformateur.
Application transformateur d'impulsion pour l'isolation galvanique des circuits de porte (bases): 
L'isolation galvanique est assurée par l'introduction d'un autre transformateur d'impulsions: GDT.
Il existe une autre méthode - « bustrep », mais il est peu probable que vous aimerez, pour plus de détails, consultez la documentation de la puce IR2153, en particulier la méthode d'obtention de la tension d'alimentation aux circuits de commande du transistor supérieur.
Lors de la conception d'un transducteur, il est nécessaire de prendre en compte le fait que dispositif d'impulsion par des conducteurs qui coulent de grands courants qui changent brusquement et le dispositif qui crée un champ magnétique puissant - tout cela crée un terrain fertile pour l'émergence d'une série de perturbations dans une large gamme.
Lors du câblage PCB doit tendre à faire tous les conducteurs d'alimentation des chaînes aussi courtes et des condensateurs directe, électrolytique ou membrane de dérivation sur la capacité céramique 1mkF 0,1 ... à proximité des cellules de puissance, pour empêcher la fuite de l'interférence à haute fréquence dans le réseau d'éclairage, si l'appareil est sous tension à partir du réseau, installez sur la ligne d'alimentation LC filtres passe-bas.
Malgré les nombreux moments difficiles, des convertisseurs de tension d'impulsion sont largement utilisés, et fonctionnant à une fréquence élevée (des dizaines à des centaines de kilohertz) ont un certain nombre d'avantages, comme suit:
Rendement élevé, jusqu'à 97%;
Faible masse;
Petite taille
Pour convertir une tension d'un niveau à une tension d'un autre niveau, convertisseurs de tension à impulsions utilisant magasins d'énergie inductive. De tels convertisseurs sont caractérisés par une efficacité élevée, atteignant parfois 95%, et sont capables de produire élevée, la tension de sortie réduite ou inversée.
Conformément à ce connus trois types de convertisseurs: (. Figure 4.3) descente (. Figure 4.1) Augmentation (. Figure 4.2) et à inverser.
Commun à tous ces types de transducteurs sont cinq éléments: une source d'alimentation, un élément de commutateur à clé, le dispositif de stockage d'énergie inductif (bobine d'inducteur), une diode de blocage et un condensateur de filtrage connecté en parallèle avec la résistance de charge.
L'inclusion de ces cinq éléments dans diverses combinaisons permet de réaliser l'un quelconque des trois types de convertisseurs d'impulsions.
Régulation du niveau de tension de sortie du convertisseur en modifiant la largeur d'impulsion, de contrôler le fonctionnement de l'élément de commutation et d'une clé, respectivement, de l'énergie stockée dans le stockage inductif.
La stabilisation de la tension de sortie est réalisée en utilisant feedback: lorsque la tension de sortie change, la largeur d'impulsion est automatiquement modifiée.
Le convertisseur abaisseur de tension (Fig. 4.1) comprend une chaîne d'éléments de commutation connectés en série S1, le dispositif de stockage d'énergie inductive L1, et une résistance de charge RL connectée en parallèle avec le condensateur de filtrage C1 lui. VD1 diode de blocage est connecté entre le point de connexion à l'accumulateur d'énergie de l'interrupteur S1 et L1 fil commun.
Fig. 4.1. Le principe de la tension de convertisseur vers le bas
Fig. 4.2. Principe de fonctionnement du convertisseur de tension élévateur
Avec la clé ouverte, la diode est fermée, l'énergie de la source d'énergie est accumulée dans le stockage d'énergie inductive. Après fermeture de la clé S1 (ouverte), l'énergie stockée par le stockage inductif L1 à travers la diode VD1 est transférée à la résistance de charge R n. Le condensateur C1 lisse les pulsations de tension.
Élévateur de tension du convertisseur d'impulsions est disposé sur les mêmes éléments de base, mais a une combinaison différente de (Figure 4.2.): Une source d'alimentation en cascade connecté à partir de l'accumulateur d'énergie inductif L1, diode VD1 et une résistance de charge connectée en parallèle avec un condensateur de filtrage C1. L'élément de commutation S1 est connecté entre le point de connexion du réservoir d'énergie L1 avec la diode VD1 et le bus commun.
Avec la clé ouverte, le courant provenant de la source d'énergie circule à travers l'inducteur, dans lequel l'énergie est stockée. La diode VD1 est fermée en même temps, le circuit de charge est déconnecté de l'alimentation, de la clé et du réservoir d'énergie. La tension sur la résistance de charge est maintenue en raison de l'énergie stockée sur le condensateur. Lorsque la clé est ouverte, la force électromotrice de l'auto-induction est additionnée à la tension d'alimentation, l'énergie stockée est transférée à la charge à travers la diode ouverte VD1. La tension de sortie ainsi obtenue dépasse la tension d'alimentation.
Fig. 4.3. Conversion de tension d'impulsion avec inversion
Le convertisseur inverseur comprend une combinaison de type d'impulsion de toutes les mêmes éléments de base, mais encore d'autres composés (Figure 4.3.) À l'alimentation en chaîne reliée de l'élément de commutation S1, diode VD1 et la résistance de charge R n avec le condensateur de filtrage C1. Le dispositif de stockage d'énergie inductive L1 est connecté entre le point de connexion de l'élément de commutation S1 avec la diode VD1 et le bus commun.
Le convertisseur fonctionne comme suit: lorsque la clé est fermée, l'énergie est stockée dans le stockage inductif. La diode VD1 est fermée et ne fait pas passer le courant de la source d'alimentation à la charge. Lors de la déconnexion de la clé de stockage d'énergie EMF self-induction est ajouté au redresseur comprenant une diode VD1, la résistance de charge R n et un condensateur de filtrage C1. Etant donné que la diode de redressement circule dans la charge est que les impulsions de tension négatives générées à la tension de sortie de signe négatif (inverse, de signe opposé à la tension d'alimentation).
Pour stabiliser la tension de sortie des stabilisateurs d'impulsions de tout type, on peut utiliser des stabilisants "linéaires" conventionnels, mais ils ont un faible rendement. A cet égard, il est beaucoup plus logique d'utiliser des stabilisateurs de tension impulsionnelle pour stabiliser la tension de sortie des convertisseurs d'impulsions, d'autant plus qu'il n'est pas difficile de mettre en oeuvre une telle stabilisation.
Régulateurs de tension d'impulsion, à leur tour, sont divisés en stabilisateurs avec modulation de largeur d'impulsion et sur stabilisateurs avec modulation de fréquence-impulsion. Dans le premier d'entre eux, la durée des impulsions de commande change à une fréquence constante de leur succession. Deuxièmement, au contraire, la fréquence des impulsions de commande change avec leur durée invariable. Les stabilisateurs d'impulsions sont également mélangés avec une régulation mixte.
Ci-dessous, nous examinerons des exemples radio amateur de développement évolutif de convertisseurs d'impulsions et de stabilisateurs de tension.
L'oscillateur maître (figure 4.4) des convertisseurs d'impulsions à tension de sortie non stabilisée (figures 4.5, 4.6) de la puce KR1006VI1 (NE 555) fonctionne à 65 kHz. Les impulsions rectangulaires de sortie du générateur à travers les chaînes RC sont transmises aux éléments de la clé à transistors connectés en parallèle.
La bobine d'inductance L1 est réalisée sur un anneau de ferrite d'un diamètre extérieur de 10 mm et d'une perméabilité magnétique de 2000. Son inductance est de 0,6 mH. L'efficacité du convertisseur atteint 82%. L'amplitude des pulsations à la sortie ne dépasse pas 42 mV et dépend de la valeur de la capacité
Fig. 4.4. Circuit d'oscillateur maître pour convertisseurs de tension à impulsions
Fig. 4.5. Le circuit de la partie puissance du convertisseur élévateur de tension d'impulsion + 5/12 V
Fig. 4.6. Schéma de convertisseur de tension d'impulsion inverseuse + 5 / -12 V
condensateurs à la sortie de l'appareil. Le courant de charge maximal des appareils (Fig. 4.5, 4.6) est de 140 mA.
Dans le redresseur du convertisseur (Fig. 4.5, 4.6), nous avons utilisé connexion parallèle diodes haute fréquence à faible intensité connectées en série avec des résistances d'égalisation R1-R3. Tout cet ensemble peut être remplacé par une diode moderne conçue pour un courant de plus de 200 mA à une fréquence maximale de 100 kHz et une tension inverse d'au moins 30 V (par exemple, KD204, KD226). Comme VT1 et VT2 il est possible d'utiliser des transistors du type KT81x: structures de n-p-n - KT815, KT817 (Figure 4.5) et p-n-p - KT814, KT816 (Figure 4.6) et autres. Pour améliorer la fiabilité du convertisseur, il est recommandé de mettre en parallèle l'émetteur-collecteur du transistor de la diode type KD204, KD226 parallèlement à la jonction pour qu'il soit fermé en courant continu.
GOU SPO Kirov Aviation École technique
RAPPORT
pour l'alimentation SVT
"Convertisseurs d'impulsions à extrémité unique"
L'étudiant du groupe VP-34
Belyaeva P.Yu.
| 1 Introduction. Quelques concepts | 3 |
| 2 primaires IIPS | 5 |
| 2.1 Convertisseurs directs et à passage direct | 5 |
| 8 | |
| 10 | |
| 2.4 Convertisseur de pont | 11 |
| 3 FAI secondaires | 13 |
| 4 convertisseurs de commutation | 15 |
| 15 | |
| 4.2 Transducteur asymétrique à impulsions tension constante. Convertisseur | 16 |
| 5 Conclusion | 19 |
| 5.1 Interférences électromagnétiques et radio générées par l'ISP. | 19 |
| 5.2 Circuits intégrés pour SMPS. | 19 |
| 5.3 Mode de démarrage répété. | 20 |
| 5.4 SMPS avec le soutien de puissance | 21 |
| 6 Références | 22 |
1 Introduction. Quelques définitions
Sources d'alimentation à commutation (clé) - SMPS (SMPS) sont des sources d'alimentation modernes à haut rendement. Les alimentations linéaires traditionnelles avec un élément de régulation en série maintiennent une tension de sortie constante lorsque la tension d'entrée ou le courant de charge change en raison d'une variation de sa résistance. Le régulateur linéaire (stabilisateur) peut donc être très inefficace. L'alimentation à découpage, cependant, utilise un commutateur à haute fréquence (transistor) avec des états marche-arrêt variables pour stabiliser la tension de sortie. L'ondulation de la tension de sortie provoquée par le mode clé est filtrée par un filtre LC.
Le SMPS peut abaisser la tension d'alimentation, ainsi que les tensions linéaires. Contrairement au régulateur linéaire (stabilisateur), le SMPS peut également augmenter la tension d'alimentation et inverser la tension de sortie. Schémas typiques les applications sont données ci-dessous.
Application typique pour un régulateur d'impulsion (clé) à régulation négative:
Formation d'une tension de 5 V pour l'alimentation des circuits TTL à partir de batteries de 12 V (surtout si la batterie de 12 V est de capacité limitée, car les stabilisateurs à clé sont beaucoup plus efficaces que les stabilisateurs linéaires).
Application typique pour le régulateur élévateur:
Formation de 25 V à partir d'une tension de 5 V pour alimenter la ROM programmable.
Application typique pour le régulateur d'impulsion d'inverseur:
Former une tension bipolaire à partir d'un unipolaire pour alimenter un amplificateur opérationnel.
Former un biais négatif pour les puces RAM dynamiques.
Le terme régulateur d'impulsion est utilisé pour décrire un circuit qui convertit une tension continue en un signal de sortie d'une tension continue de même polarité ou de polarité opposée d'une tension inférieure ou supérieure. Les régulateurs d'impulsions utilisent des selfs et ne fournissent pas d'isolation galvanique entre l'entrée et la sortie.
Le terme convertisseur d'impulsions est utilisé pour décrire un circuit qui convertit une tension continue en un ou plusieurs signaux de sortie d'une tension continue d'une tension inférieure ou supérieure. Les convertisseurs d'impulsions utilisent un transformateur et fournissent une isolation galvanique (isolation) entre l'entrée et la sortie, ainsi qu'entre les sorties.
Le terme alimentation à découpage - SMPS Il est utilisé pour décrire les régulateurs d'impulsions et les convertisseurs.
Figure 1.
L'enroulement supplémentaire du transformateur du convertisseur vers l'avant assure que le champ magnétique du noyau du transformateur est nul au moment de la mise en marche de la clé. S'il n'y a pas d'enroulement supplémentaire après plusieurs périodes de commutation, le noyau du transformateur passera en saturation, le courant d'enroulement primaire augmentera excessivement, ainsi la clé (c'est-à-dire le transistor) tombera en panne.
Les diagrammes temporels des tensions et des courants pour le convertisseur de liaison directe sont représentés sur la Fig. 2.
Courant de magnétisation
Figure 2.
La tension de sortie du convertisseur direct est égale à la valeur moyenne de la tension à l'entrée du filtre LC et est égale à:
V out = V dans x (n2 / n1) x (T sur x f)
où:
T à temps la clé était allumée
f - fréquence de commutation
Convertisseur arrière (flyback)
Figure 3.
Tension de sortie pour le convertisseur flyback (forme trapézoïdale courant électrique) peut être calculé comme suit:
V out = V dans x (n2 / n1) x (T sur x f) x (1 / (1- (T on x f)))
où:
n2 est le nombre de tours enroulement secondaire T1
n1 est le nombre de tours de l'enroulement primaire T1
T on - le moment où la clé est sur le premier trimestre
Le schéma de contrôle surveille la sortie V et contrôle le cycle de service (l'état de disponibilité de la touche Q1).
Si V in augmente, le circuit de commande réduira le cycle de service pour maintenir une tension de sortie constante. De même, si le courant de charge diminue et que V out augmente, le circuit de commande fonctionnera de la même manière. Inversement, une diminution de V in ou une augmentation du courant de charge augmentera le cycle de service.
Notez que la tension de sortie change lorsque le rapport cyclique est modifié, T sur x f. Cependant, la relation entre la tension de sortie et le rapport cyclique n'est pas linéaire, comme c'était le cas dans le convertisseur direct, il s'agit d'une fonction hyperbolique.
Le courant dans le convertisseur flyback peut être trapézoïdale ou dent de scie. La forme trapézoïdale du courant se produira si le transistor à clé s'allume avant que le courant dans l'enroulement secondaire ne tombe à zéro. Si le courant en dents de scie dans l'enroulement secondaire atteint zéro, le "temps mort" apparaît lorsqu'il n'y a pas de courant dans l'enroulement secondaire ou dans l'enroulement primaire.
Figure 4.
2.2 Convertisseur push-pull
Figure 5.
Le convertisseur push-pull est l'un des convertisseurs. Comme le montre la figure 5, lorsque le commutateur Q1 est activé, le courant circule dans la moitié supérieure de l'enroulement primaire T1 et le champ magnétique dans le noyau T1 augmente. Le champ magnétique croissant dans T1 induit une tension dans l'enroulement secondaire T1 d'une telle polarité que la diode D2 est déplacée dans la direction avant et D1 dans la direction opposée. D2 conduit et charge le condensateur de sortie C2 via l'étranglement L1. L1 et C2 constituent le circuit de filtrage. Lorsque l'interrupteur Q1 est mis hors tension, le champ magnétique dans les diminutions transformateur T1 et après un temps de pause (en fonction du rapport cyclique PWM), Q2 se met en marche, le courant circule à travers la moitié inférieure de l'enroulement primaire T1 et le champ magnétique dans le noyau de T1 augmente dans la direction opposée. Le champ magnétique croissant dans T1 induit une tension dans l'enroulement secondaire T1 de telle polarité que la diode D1 est déplacée dans la direction avant et D2 est déplacé dans la direction opposée. D1 conduit et charge le condensateur de sortie C2 via la manette des gaz L1. Après la fin du temps mort, la touche Q1 est activée et le processus est répété.
Il y a deux considérations importantes concernant le convertisseur push-pull:
- Les deux transistors ne doivent pas être maintenus simultanément, car cela équivaudrait à court-circuiter la source d'alimentation. Cela signifie que le temps d'activation de chaque touche ne doit pas dépasser la moitié de la période, sinon les états conducteurs des touches seront superposés.
- Le mode magnétique des deux moitiés de l'enroulement primaire (volts-secondes) doit être strictement identique, sinon le transformateur peut entrer en saturation, ce qui provoquerait la défaillance des touches Q1 et Q2.
Ces critères doivent être satisfaits par le schéma de contrôle et le pilote.
La tension de sortie V out est égale à la valeur moyenne de la tension à l'entrée du filtre LC:
V out = V dans x (n2 / n1) x f x (T on, q1 + T on, q2)
où:
V sortie - tension de sortie moyenne - V
V in - Tension d'alimentation - V
n2 est le nombre de tours de l'enroulement secondaire
n1 - la moitié du nombre total de tours de l'enroulement primaire
f - fréquence de commutation - Hz
T on, q1 - touche à l'heure Q1 - s
T on, q2 - touche à l'heure Q2 - s
Le schéma de contrôle surveille V out et contrôle l'état activé des touches Q1 et Q2.
Si V in augmente, le circuit de commande réduira le cycle de service pour maintenir une tension de sortie constante. De même, si le courant de charge diminue et que V out augmente, le circuit de commande fonctionnera de la même manière. Inversement, une diminution de V in ou une augmentation du courant de charge augmentera le cycle de service. Les diagrammes temporels de la figure 6 montrent les courants du convertisseur symétrique.
Figure 6.
2.3 Convertisseur demi-pont
Figure 7.
Un convertisseur demi-pont est similaire à un convertisseur à deux cycles, seulement il n'est pas nécessaire de faire un robinet à partir du milieu de l'enroulement primaire. Le changement de direction du champ magnétique est obtenu en changeant la direction du courant de l'enroulement primaire. Ce type de convertisseur est utilisé dans les convertisseurs haute puissance.
Pour un convertisseur demi-pont, la tension de sortie V out est égale à la valeur moyenne de la tension à l'entrée du filtre LC.
V out = (Vin / 2) x (n2 / n1) xfx (T on, q1 + T on, q2)
où:
f - fréquence de fonctionnement - Hz
Notez que T on, q1 doit être égal à T on, q2 et que Q1 et Q2 ne doivent jamais être maintenus simultanément.
Le circuit de commande du convertisseur demi-pont est similaire au circuit de commande du convertisseur à deux temps.
2.4 Convertisseur de pont
Figure 8.
Le convertisseur de pont est similaire à un convertisseur à deux cycles, seulement il n'est pas nécessaire de faire un robinet à partir du milieu de l'enroulement primaire. Le changement de direction du champ magnétique est obtenu en changeant la direction du courant de l'enroulement primaire. Ce type de convertisseur est utilisé dans les convertisseurs haute puissance.
Pour un convertisseur en pont, la tension de sortie V out est égale à la valeur moyenne de la tension à l'entrée du filtre LC.
V out = V dans x (n2 / n1) x f x (T on, q1 + T on, q2)
où:
V sortie - tension de sortie - V
V in - tension d'entrée - V
n2 - 0,5 x nombre de tours de l'enroulement secondaire
n1 - nombre de tours de l'enroulement primaire
f - fréquence de fonctionnement - Hz
T on, q1 - touche à l'heure Q1 - s
T on, q2 - touche à l'heure Q2 - s
Des paires diagonales de transistors conduisent alternativement, réalisant ainsi un changement dans la direction du courant dans l'enroulement primaire du transformateur. Ceci peut être expliqué de la manière suivante: - où Q1 et Q4 inclus touches, le courant circulera « vers le bas » à travers l'enroulement primaire du transformateur (enroulement à l'écoulement vers le haut), et coulera « vers le haut » lorsqu'il est inclus touches Q2 et Q3, en cours.
Le circuit de contrôle surveille Vout et contrôle le rapport cyclique des impulsions de commande de touche Q1, Q2, Q3 et Q4.
Le circuit de commande fonctionne de la même manière que pour un convertisseur à deux et demi-ponts, sauf que quatre transistors doivent être commandés, pas deux.
3 FAI secondaires
Une alimentation à découpage qui donne basse tension, isolé de la source primaire, est souvent appelé le fournisseur de services Internet secondaire. Un schéma de principe typique d'une telle source d'énergie est représenté sur la figure 9.
Figure 9.
Le filtre indiqué sur le côté gauche de l'organigramme est nécessaire pour empêcher les interférences d'interférer avec l'alimentation électrique. Il aide également à protéger les circuits SMPS contre les impulsions de tension (ou les surtensions) dans le réseau courant alternatif.
La partie puissance typique de ce circuit est représentée sur la figure 10.
Figure 10.
Le condensateur, lorsqu'il est alimenté par un courant alternatif de 220 V, est chargé à une tension d'environ 310 V (340 V pour 240 V). Résistance R1 - faible ohmique (nominale 2 à 4 Ohm), qui protège le circuit contre les surtensions lorsque le condensateur C1 est chargé pendant la mise sous tension. Q1 - MOSFET haute tension, qui est utilisé comme un commutateur à grande vitesse, commutation de l'impulsion de courant d'alimentation dans un transformateur ferrite haute fréquence T1. La fréquence de commutation est généralement comprise entre 25 et 250 kHz. Les éléments R2 et C2 constituent un circuit de protection (snubber), qui réduit les surtensions et le bruit de commutation. La stabilisation est obtenue en surveillant la tension de sortie au point "FB" et en ajustant la largeur des impulsions d'entrée du pilote de clé Q1. Le fusible FS2 est nécessaire pour la protection contre court-circuit et surcharge. FS2 est parfois remplacé par un capteur de courant qui verrouille le pilote Q1 lorsqu'il est surchargé.
4 convertisseurs de commutation
Dans une alimentation linéaire réglable transformateur de puissance la fréquence industrielle est utilisée pour l'isolation, puis le redresseur et le régulateur linéaire sont utilisés pour former la tension de sortie.
Dans le FAI contrôlé, l'isolation et la régulation sont intégrées dans une seule unité, qui a un rendement élevé. Le SMPS utilise un petit transformateur haute fréquence, fonctionnant généralement dans la gamme de fréquence de 25 à 250 kHz (bien que dans les SMPS de faible puissance jusqu'à 1 MHz).
Les transformateurs et les inductances utilisés pour SMPS ont des noyaux de ferrite par opposition aux noyaux de tôle de leurs homologues à plus basse fréquence. Les transformateurs SMI ont généralement moins d'enroulements dans les enroulements que les transformateurs de fréquence industriels.
4.1 Le convertisseur de tension asymétrique
Convertisseur de tension asymétrique comprend un transformateur dont l'enroulement primaire est constitué de deux parties avec le nombre de bobines W1 et W2, le premier transistor connecté à une unité de commande et un second transistor, une inverse de la diode shunt. Un condensateur est connecté entre les émetteurs des transistors. Les collecteurs des premier et second transistors sont connectés aux bornes des enroulements du transformateur. De plus, le collecteur du premier transistor est connecté à l'entrée de commande du deuxième transistor par l'intermédiaire d'une résistance shuntée par un circuit série RC, qui forme un circuit de détection de courant.
En tant que premier et second transistors de ce convertisseur, tous les autres éléments clés, tels que les MOSFET, etc., peuvent être utilisés.
Le convertisseur de tension continue à une extrémité fonctionne comme suit.
Lorsque le signal de déverrouillage arrive à la base du transistor, celui-ci s'ouvre et la tension d'entrée est appliquée à l'enroulement du transformateur. En même temps, une tension de commutation est appliquée au transistor de commande du transistor, qui est presque égale à la tension du condensateur, et elle est verrouillée. Grâce au second transistor, la somme des courants magnétisants du noyau du transformateur et de la charge circule. A la fin de l'impulsion de commande, le transistor est bloqué, le courant magnétisant est fermé à travers une diode, un condensateur et un enroulement. Une tension de déblocage égale à la différence entre la tension de collecteur du premier transistor et la tension du condensateur est appliquée à l'électrode de commande du deuxième transistor. Le deuxième transistor est déverrouillé, permettant au courant magnétisant de circuler dans le sens opposé.
Du fait du condensateur, le courant magnétisant circule de manière continue tout au long de la période de répétition des impulsions depuis l'unité de commande et la valeur moyenne de ce courant est nulle. Ceci conduit au fait que la tension de démagnétisation est appliqué à la bobine pendant toute la durée de l'état verrouillé du premier transistor, une inversion d'aimantation du noyau du transformateur est effectuée sur un cycle complet avec une faible amplitude de courant magnétisant.
Ainsi, dans le dispositif proposé, les pertes de puissance sur la résistance incluses dans le circuit de commande de la clé supplémentaire sont réduites en réduisant la tension sur celle-ci.
4.2 Convertisseur de tension continue à un seul culot à impulsions . Le convertisseur
Les convertisseurs à impulsions de tension continue (IPPN) régulent la tension de sortie (tension sur la charge) en changeant le temps d'alimentation de la tension Uo à la charge ZN. Les plus couramment utilisés sont les méthodes de contrôle de la largeur d'impulsion (WID) et de l'impulsion de fréquence (PIR). Le principe du PSI est basé sur le mode clé du transistor ou du thyristor, qui interrompt périodiquement le circuit d'alimentation en tension U0 à la charge (figure 11). Lorsque la méthode d'impulsion de l'impulsion, la tension de sortie est commandée en changeant la durée de l'impulsion de sortie tp (figure 12) à une période de répétition constante de T. Ensuite, la valeur moyenne de la tension de sortie de l'onduleur est déterminée par la formule Un.sr = (tp / T) * Uo. Par conséquent, la tension de sortie est contrôlée de zéro (à to = 0) à Uo (ti = T).
Figure 11.
Figure 12.
La figure 13 montre un diagramme de la propagation IPPN . Un tel convertisseur est appelé un seul cycle. Le thyristor sert de clé. Entre la charge Z n et un thyristor inclus un filtre LC lissant.
Figure 13.
La diode D, qui remplit les fonctions d'une diode inversée, est nécessaire pour créer circuit électrique pour le courant de charge lorsque le thyristor est éteint.
Les IPPN à extrémité unique fonctionnent à une puissance de 100 kW. Si plus de puissance est requise, utilisez un IPPN multithread.
Chaque conducteur IPPN déverrouillage des clés se fait par alimentation forcée sur thyristor (transistor) des impulsions de commutation, le blocage des thyristors est effectuée périodiquement la tension du condensateur rechargeable. Naturellement, l'unité de commutation dans l'IPPN a une certaine différence par rapport aux unités similaires dans les onduleurs autonomes.
Notez que la régulation de la tension continue sur la charge avec le courant alternatif peut être effectuée avec l'aide d'IPPN. Une faible chute de tension à travers la clé à semi-conducteur ouverte et un courant très faible lorsqu'elle est verrouillée déterminent le rendement élevé des convertisseurs pulsés à tension continue. À cet égard, un redresseur non contrôlé fonctionnant en conjonction avec un IPTU est en concurrence avec un redresseur contrôlé.
L'avantage des convertisseurs DC pulsés par rapport aux convertisseurs à auto-excitation est que dans l'IPPT, les thyristors sont utilisés comme des clés, qui sont actuellement produites pour des tensions allant jusqu'à plusieurs kilovolts. Cela vous permet de créer des convertisseurs haute puissance (plus de 100 kW) avec un rendement élevé, des dimensions et un poids réduits. Les convertisseurs ont reçu une large application dans les installations où la principale source d'alimentation est le réseau de contact, les batteries, les batteries solaires et atomiques, les générateurs thermoélectriques.
5 Conclusion
5.1 Interférences électromagnétiques et radio créées par le FAI
Il est connu que les alimentations pulsées créent des interférences électromagnétiques et radio. Les filtres passe-bas dans les fils d'entrée sont vitaux pour réduire les interférences sur les circuits de puissance. Le bouclier de Faraday entre les enroulements du transformateur et autour des composants sensibles avec le bon arrangement Dans le bloc de circuits, la compensation des champs, les interférences électromagnétiques et radio sont également réduites. Le problème du lissage du courant en dents de scie nécessite l'utilisation d'un condensateur de filtrage. L'inductance et la résistance (connectées en série) des condensateurs électrolytiques standard affectent les ondulations et les tensions parasites dans les signaux de sortie. Les alimentations linéaires sont inégalées dans les sources de faible puissance et à très faible bruit avec de faibles pulsations dans les signaux de sortie.
5.2 Circuits intégrés pour SMPS
Mullard:
TDA2640
TDA2581
SGS:
L4960
Plage de tension d'entrée - 9 - 50 V DC
Tension de sortie réglable - de 5 à 40 V
Le courant de sortie maximum est de 2,5 A
Puissance de sortie maximale - 100 W
Circuit de démarrage progressif intégré
La stabilité de la source de référence interne est de + \\ - 4%
Nécessite un très petit nombre de pièces jointes
Coefficient de remplissage - 0 - 1
Rendement élevé - supérieur à 90%
Protection contre les surcharges thermiques intégrée: la puce s'éteint lorsque la température de la jonction pn atteint 150 degrés. C.
Limiteur de courant intégré pour la protection contre les courts-circuits
L4962 (boîtier DIP à 16 broches, courant de sortie jusqu'à 1,5 A)
L4964 (boîtier spécial à 15 broches, courant de sortie jusqu'à 4 A)
Texas Instruments:
TL494
TL497
Le TL497 dispose d'un générateur avec un temps de marche fixe, mais avec une fréquence de sortie variable. Cela donne le nombre minimum d'éléments suspendus. Le temps d'activation est déterminé par la capacité du condensateur connecté entre la broche 3 et la masse.
Figure 14.
5.3 Le mode de récurrence du PEI
Dans les alimentations à impulsions, ce mode est souvent utilisé pour limiter le courant de sortie. Si le FAI est surchargé, le circuit s'arrête. Après un certain intervalle de temps, il s'allume, si la surcharge existe toujours, il s'éteint immédiatement. Sur certains modèles, si cela se produit plusieurs fois, l'alimentation est coupée jusqu'à ce que le verrouillage du circuit soit réinitialisé.
5.4 SMPS avec le soutien de puissance
Certains FAI «plus autonomes» sont conçus pour maintenir une tension de sortie stable pendant plus de quelques périodes lorsque la puissance d'entrée est coupée. Ceci peut être réalisé en installant un condensateur d'entrée de grande capacité, de sorte que sa tension ne chute pas de manière significative pendant les interruptions de courant. La période pendant laquelle le SMPS maintient la tension de sortie lorsqu'il n'y a pas de tension d'entrée est souvent appelée "temps de mise sous tension".
6 Références
1. INTERNET:
SGS Power Supply Application manuel
Motorola Power MOSFET Transistor Databook
Unitrode Semiconductor Databook
Manuel d'applications Unitrode
Sélection du noyau du transformateur pour SMPS, Mullard
Ferrites molles - Propriétés et applications, E.C. Snelling
Switchmode - Un guide du designer, Motorola
Technologie et composants SMPS, Siemens
Databook de circuits linéaires Texas Instruments
Manuel d'électronique analogique, T.H. Collins
Smith, K.L. Ph.D. (Université de Kent), "D.C. Fournitures de A.C. Sources", Electronics & Wireless World, septembre 1984.
Ivanov VS, Panfilov DI Composants de l'électronique de puissance de MOTOROLA. - Moscou: DODEKA, 1998
Semi-conducteurs de puissance International Rectifier. Trans. p / p V.V. Tokarev. - Voronezh, 1995
Puces électroniques pour la commutation d'alimentations et leur application. Ed. Le 2 ème. - Moscou: DODEKA, 2000
Polikarpov AG, Sergienko EF Convertisseurs de tension à tension unique dans les dispositifs d'alimentation électrique REA. - M.: Radio et Communication, 1989
Polikarpov AG, Sergienko EF Régulateurs d'impulsions et convertisseurs DC-DC. - Moscou: Izd-vo MPEI, 1998
Pour la fourniture de divers équipements électroniques, les convertisseurs DC / DC sont très largement utilisés. Ils sont utilisés dans les appareils technologie informatique, dispositifs de communication, divers schémas de contrôle et automatisation, etc.
Transformateur d'alimentation
Dans les alimentations traditionnelles des transformateurs, la tension de réseau est transformée au moyen d'un transformateur, le plus souvent abaissé à la valeur souhaitée. La basse tension est redressée par un pont de diodes et lissée par un filtre à condensateur. Si nécessaire, un stabilisateur semi-conducteur est placé après le redresseur.
En règle générale, les alimentations des transformateurs sont équipées de stabilisateurs linéaires. Les avantages de tels stabilisateurs ne sont pas inférieurs à deux: c'est un petit coût et une petite quantité de détails dans le harnais. Mais ces avantages sont mangés par un faible rendement, puisqu'une partie importante de la tension d'entrée est utilisée pour chauffer le transistor de régulation, ce qui est totalement inacceptable pour l'alimentation de dispositifs électroniques portables.
Convertisseurs DC / DC
Si l'équipement est alimenté par des piles galvaniques ou des accumulateurs, seuls les convertisseurs DC / DC peuvent convertir la tension au niveau souhaité.
L'idée est assez simple: une tension constante est convertie en une tension alternative, habituellement à une fréquence de plusieurs dizaines ou même centaines de kilohertz, monte (diminue), puis est rectifiée et introduite dans la charge. De tels convertisseurs sont souvent appelés des impulsions.
Un exemple est un convertisseur boost de 1,5V à 5V, juste la tension de sortie d'un ordinateur USB. Un convertisseur de faible puissance similaire est vendu à Alyexpress - http://ali.pub/m5isn.
Fig. 1. Convertisseur 1.5V / 5V
Les convertisseurs d'impulsions sont bons en ce qu'ils ont un rendement élevé, de l'ordre de 60,90%. Un autre avantage des convertisseurs d'impulsions est une large gamme de tensions d'entrée: la tension d'entrée peut être inférieure à la tension de sortie ou bien supérieure. En général, les convertisseurs DC / DC peuvent être divisés en plusieurs groupes.
Classification des convertisseurs
Descendre ou abattre en anglais
La tension de sortie de ces convertisseurs est généralement inférieure à la tension d'entrée: sans perte de chaleur particulière du transistor de régulation, une tension de seulement quelques volts peut être obtenue avec une tension d'entrée de 12 ... 50 V. Le courant de sortie de ces convertisseurs dépend de la demande de charge, qui à son tour détermine le circuit du convertisseur.
Un autre nom en anglais pour le hacheur convertisseur. Une des options pour traduire ce mot est l'hélico. Dans la littérature technique, le convertisseur abaisseur est parfois appelé "hacheur". Pour l'instant, rappelez-vous ce terme.
Augmenter ou stimuler en termes anglais
La tension de sortie de ces convertisseurs est supérieure à la tension d'entrée. Par exemple, avec une tension d'entrée de 5 V, vous pouvez obtenir une tension jusqu'à 30 V en sortie, et il est possible de la régler et de la stabiliser en douceur. Assez souvent, les boosters sont appelés boosters.
Convertisseurs universels - SEPIC
La tension de sortie de ces convertisseurs est maintenue à un niveau donné avec une tension d'entrée supérieure à l'entrée et inférieure. Il est recommandé dans les cas où la tension d'entrée peut varier de manière significative. Par exemple, dans une voiture, la tension de la batterie peut varier entre 9 ... 14V, et vous devez obtenir une tension stable de 12V.
Inverting Converters - convertisseur inverseur
La fonction principale de ces convertisseurs est d'obtenir la tension de sortie de la polarité inverse par rapport à la source d'alimentation. Très pratique dans les cas où une alimentation bipolaire est nécessaire, par exemple.
Tous les convertisseurs mentionnés peuvent être stabilisés ou non stabilisés, la tension de sortie peut être connectée galvaniquement à la tension d'entrée ou avoir une isolation galvanique des tensions. Tout dépend de l'appareil particulier dans lequel le convertisseur sera utilisé.
Pour passer à une autre histoire sur les convertisseurs DC / DC, il faut au moins décrire la théorie en termes généraux.
Abaissement du convertisseur hacheur - convertisseur de type buck
Son diagramme fonctionnel est représenté sur la figure ci-dessous. Les flèches sur les fils indiquent la direction des courants.
Fig.2. Diagramme fonctionnel du stabilisateur de hacheur
La tension d'entrée Uin est envoyée au filtre-condensateur d'entrée Cin. Comme un élément clé est utilisé transistor VT, il effectue la commutation à haute fréquence du courant. Il peut s'agir d'un transistor à structure MOSFET, d'un IGBT ou d'un transistor ordinaire. transistor bipolaire. En plus de ces parties, le circuit contient une diode de décharge VD et un filtre de sortie - LCout, à partir duquel la tension va à la charge Rn.
Il est facile de voir que la charge est connectée en série avec les éléments VT et L. Par conséquent, le circuit est séquentiel. Comment la tension diminue-t-elle?
Modulation de largeur d'impulsion - PWM
Le circuit de commande génère des impulsions rectangulaires avec une fréquence constante ou une période constante, ce qui est essentiellement la même chose. Ces impulsions sont représentées sur la figure 3.
Fig.3. Impulsions de contrôle
Ici, t est le temps d'impulsion, le transistor est ouvert, tn est le temps de pause, - le transistor est fermé. Le rapport t / T est appelé cycle de service, est noté par la lettre D et est exprimé en %% ou simplement en chiffres. Par exemple, avec D égal à 50%, il s'avère que D = 0,5.
Ainsi, D peut varier de 0 à 1. Avec la valeur D = 1, le transistor à clé est dans l'état de conductivité complète, et à D = 0 dans l'état de coupure, simplement, est fermé. Il n'est pas difficile de deviner qu'à D = 50%, la tension de sortie sera égale à la moitié de la tension d'entrée.
Il est bien évident que la régulation de la tension de sortie se produit en raison d'un changement de la largeur de l'impulsion de commande, et, en fait, d'une modification du coefficient D. Ce principe de commande est appelé (PWM). Pratiquement dans tous blocs d'impulsions l'alimentation électrique au moyen de la tension de sortie PWM est stabilisée.
Sur les diagrammes montrés dans les figures 2 et 6, le PWM est "caché" dans des rectangles avec l'inscription "schéma de contrôle", qui exécute quelques fonctions additionnelles. Par exemple, il peut s'agir d'un démarrage en douceur de la tension de sortie, de l'activation à distance ou de la protection du convertisseur contre un court-circuit.
En général, les convertisseurs sont devenus si largement utilisés que les fabricants d'entreprises composants électroniques ont établi la sortie des contrôleurs PWM pour toutes les occasions. L'assortiment est si grand que juste pour les lister vous aurez besoin d'un livre entier. Par conséquent, pour recueillir des convertisseurs sur des éléments discrets, ou comme ils disent souvent sur "rassypuhe", personne ne vient à l'esprit.
De plus, des convertisseurs prêts à l'emploi de faible puissance peuvent être achetés chez Aliexpress ou Ebay pour un petit prix. Dans ce cas, pour une installation dans la conception amateur, il suffit de souder les fils aux fils d'entrée et de sortie et de régler la tension de sortie requise.
Mais revenons à notre figure 3. Dans ce cas, le coefficient D détermine combien de temps sera ouvert (phase 1) ou fermé (phase 2). Pour ces deux phases, il est possible de représenter le circuit en deux chiffres. Les chiffres ne montrent PAS les éléments qui ne sont pas utilisés dans cette phase.
Fig.4. Phase 1
Lorsque le transistor est ouvert, le courant provenant de la source d'alimentation (batterie, batterie, redresseur) traverse la self d'inductance L, la charge R n et le condensateur de charge Cout. Dans ce cas, le courant circule à travers la charge, le condensateur Cout et le réacteur L accumulent de l'énergie. Le courant augmente progressivement, l'influence de l'inductance de la manette des gaz est affectée. Cette phase s'appelle le pompage.
Après que la tension sur la charge atteint la valeur de consigne (déterminée par le réglage du dispositif de commande), le transistor VT se ferme et l'appareil passe à la deuxième phase - la phase de décharge. Le transistor fermé sur la figure n'est pas du tout représenté, comme s'il ne l'était pas. Mais cela signifie seulement que le transistor est fermé.
Fig.5. Phase 2
Avec le transistor VT fermé, aucune énergie n'est réapprovisionnée dans l'accélérateur, puisque l'alimentation est déconnectée. L'inductance L tend à empêcher un changement dans l'amplitude et la direction du courant (auto-induction) circulant à travers l'enroulement de la commande des gaz.
Par conséquent, le courant ne peut pas s'arrêter immédiatement et se fermer à travers le circuit de "charge de diode". Pour cette raison, la diode VD a été appelée la diode de décharge. En règle générale, il s'agit d'une diode Schottky à grande vitesse. Après la période de contrôle de la phase 2, le circuit passe à la phase 1, le processus est répété à nouveau. Stress maximum à la sortie du schéma considéré peut être égal à l'entrée, et pas plus. Pour obtenir une tension de sortie supérieure à la tension d'entrée, des convertisseurs boost sont utilisés.
Pour le moment, il suffit de rappeler la valeur réelle de l'inductance, qui détermine les deux modes de fonctionnement du hacheur. Si l'inductance est insuffisante, le convertisseur fonctionnera en mode de courant d'ondulation, ce qui est totalement inacceptable pour les alimentations électriques.
Si l'inductance est suffisamment grande, alors l'opération se déroule dans le régime des courants continus, ce qui permet d'utiliser les filtres de sortie pour obtenir une tension constante avec un niveau d'ondulation acceptable. Dans le mode courant continu, les convertisseurs élévateurs fonctionnent, ce qui sera décrit ci-dessous.
Pour une certaine augmentation du rendement, la diode de décharge VD est remplacée par un transistor MOSFET, qui est ouvert au bon moment par un circuit de commande. De tels convertisseurs sont appelés synchrones. Leur utilisation est justifiée si la puissance du convertisseur est suffisante.
Augmentation de l'augmentation ou de l'augmentation des convertisseurs
Les convertisseurs élévateurs sont principalement utilisés pour l'alimentation basse tension, par exemple de deux à trois batteries, et certains composants de conception nécessitent une tension de 12 ... 15V avec une faible consommation de courant. Très souvent, le convertisseur de suralimentation est appelé brièvement et clairement le mot "booster".
Fig.6. Diagramme fonctionnel du convertisseur boost
La tension d'entrée Uin est appliquée au filtre d'entrée Cin et est appliquée au transistor L et au commutateur commutant en série VT. La diode VD est connectée au point de connexion de la bobine et au drain du transistor. La charge Rn et le condensateur de dérivation Cout sont connectés à l'autre borne de la diode.
Le transistor VT est commandé par un circuit de commande qui génère un signal de commande de fréquence stable avec un facteur de service réglable D, comme cela a été décrit un peu plus tôt dans la description du circuit hacheur (figure 3). La diode VD au bon moment bloque la charge du transistor à clé.
Lorsque le transistor à clé est ouvert, la sortie droite de la bobine L est connectée au pôle négatif de l'alimentation Uin. Le courant croissant (l'effet de l'inductance affecte) de la source d'énergie traverse la bobine et le transistor ouvert, l'énergie s'accumule dans la bobine.
A ce moment, la diode VD bloque la charge et le condensateur de sortie du circuit de clé, empêchant ainsi la décharge du condensateur de sortie à travers un transistor ouvert. La charge à ce moment est alimentée par l'énergie stockée dans le condensateur Cout. Naturellement, la tension au niveau du condensateur de sortie chute.
Une fois que la tension de sortie sera quelque peu inférieure à une prédéterminée (déterminée par les paramètres du circuit de commande), un transistor clé VT se ferme et l'énergie stockée dans l'inductance à travers la diode VD recharge la capacité Cout, qui alimente la charge. Dans ce cas, l'auto-inductance de la bobine L est ajoutée à la tension d'entrée et transmise à la charge, par conséquent, la tension de sortie est supérieure à la tension d'entrée.
Lorsque la tension de sortie atteint le niveau de stabilisation réglé, le circuit de commande ouvre le transistor VT, et le processus est répété à partir de la phase de stockage d'énergie.
Convertisseurs universels - SEPIC (convertisseur à inductance primaire asymétrique ou convertisseur à inductance primaire à charge asymétrique).
De tels transducteurs sont utilisés principalement lorsque la charge a une faible puissance, et la tension d'entrée varie plus ou moins par rapport à la sortie.
Fig.7. Diagramme fonctionnel du convertisseur SEPIC
Il est très similaire au circuit du convertisseur élévateur représenté sur la figure 6, mais il comporte des éléments supplémentaires: le condensateur C1 et la bobine L2. Ce sont ces éléments qui assurent le fonctionnement du convertisseur en mode de réduction de tension.
Les convertisseurs SEPIC sont utilisés dans les cas où la tension d'entrée varie largement. Un exemple est le 4V-35V à 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up / Down régulateur de tension. Il est sous ce nom dans les magasins chinois vendus convertisseur, le schéma est montré dans la figure 8 (cliquez sur l'image pour l'agrandir).
Fig.8. Diagramme schématique le convertisseur SEPIC
La figure 9 montre l'apparence de la planche avec la désignation des éléments principaux.
Fig.9. Apparence du convertisseur SEPIC
La figure montre les parties principales conformément à la figure 7. L'attention est attirée sur la présence de deux bobines L1 L2. Sur cette base, il peut être déterminé qu'il s'agit du convertisseur SEPIC.
La tension d'entrée de la carte peut être comprise entre 4 et 35V. Dans ce cas, la tension de sortie peut être réglée entre 1,23 ... 32V. La fréquence de fonctionnement du convertisseur est de 500 kHz.Pour les petites tailles 50 x 25 x 12 mm, la carte fournit une puissance allant jusqu'à 25 W. Le courant de sortie maximum est jusqu'à 3A.
Mais ici, il est nécessaire de faire une remarque. Si la tension de sortie est réglée sur 10V, le courant de sortie ne peut pas dépasser 2,5A (25W). Avec une tension de sortie de 5V et un courant maximum de 3A, la puissance sera seulement de 15W. Ici, l'essentiel n'est pas d'en faire trop: soit ne pas dépasser la puissance maximale autorisée, soit ne pas dépasser le courant admissible.
Jusqu'à récemment, le plus commun alimentations eu circuit de transformateur avec un redresseur et un filtre capacitif. Au fil du temps, ils ont été remplacés par des alimentations électriques basées sur des convertisseurs d'impulsions. Alimentation à découpage différer favorablement puissance spécifique. Transformateurs haute fréquence avoir des dimensions plus petites et nécessitent des coûts inférieurs fil de cuivre ce qui réduit considérablement le coût de l'ensemble du produit. Néanmoins, les circuits de transformateur de la fréquence industrielle de 50 (60) Hz resteront pertinents compte tenu de sa simplicité et de sa fiabilité.
Classification
Les convertisseurs de tension d'alimentation peuvent être classés comme suit:
- Par type de tension d'alimentation:
permanent;
variable;
universel. - Par le facteur de conversion de tension:
croissant
abaissement. - Par le caractère de la caractéristique courant-tension de sortie (VAC):
pas stabilisé;
stabilisé;
réglable - Par type de schéma de conversion de base:
transformateur basse fréquence;
accélérateur d'impulsion;
pouls à cycle unique, flux direct;
circuits impulsionnels à deux temps, ponts et demi-ponts;
onduleurs;
circuits de convertisseur thyristor et triac.
Circuits de transformateur basse fréquence
| Figure 1. Transformateur AC |
Les schémas de transformation sont simples et fiables. Ils sont utilisés pour convertir une tension sinusoïdale alternative. Le schéma de base est représenté sur la figure 1. La fréquence de conversion correspond à la fréquence appliquée du secteur, dans la très grande majorité des cas, elle est de 50 Hz, dans certains pays de 60 Hz et parfois de 400 Hz pour l'alimentation des équipements spécialisés.
Classification par le facteur de conversion de tension
Le facteur de conversion du circuit du transformateur est égal au rapport de la sortie tension nominale à l'entrée:
Pour K<1 схема является décroissant. C'est le type le plus commun de convertisseurs de transformateur de fréquence industrielle. Il est largement utilisé dans les alimentations pour l'électronique domestique et industrielle.
Lorsque K\u003e 1, le schéma est incrémental. Il est utilisé dans les cas où une tension plus élevée est requise par rapport à la tension primaire. Parfois, il est utilisé comme un circuit de base dans les convertisseurs de l'onduleur, ainsi que pour l'obtention fortes contraintespar exemple, pour fournir un magnétron à des fours à micro-ondes et similaires.
A K = 1, la valeur de la tension de sortie ne varie pratiquement pas par rapport à la tension d'entrée. Ce schéma est parfois utilisé pour l'isolation galvanique, lorsqu'il est nécessaire d'exclure l'influence de la tension de secteur sur l'objet en cours d'alimentation, ou à des fins de sécurité électrique.
Classification par caractère de la caractéristique courant-tension de sortie
Transformateurs non réglementés
Ils ont un primaire et un ou plusieurs enroulements secondaires, le plus souvent isolés galvaniquement du primaire. Le VAC dépend d'un certain nombre de conditions et est inchangé.
Transformateurs réglables - autotransformateurs
|
Figure 2. Autotransformateur |
Autotransformateurs sont conçus pour une régulation douce ou progressive de la tension de sortie. Le plus souvent, il y a un enroulement qui joue simultanément le rôle de primaire et de secondaire, et la régulation de tension se fait en commutant la borne de sortie entre les différents fils d'enroulement.
La borne d'entrée de l'autotransformateur n'est pas connectée à la borne, mais avec un léger décalage entre plusieurs bornes au milieu de l'enroulement. Cela vous permet d'atteindre un taux de conversion inférieur et supérieur à l'unité. La commutation de la sortie vers les fils d'enroulement se fait par un commutateur de lots, ou par un dispositif de commutation similaire.
Si l'on règle plus facilement la tension de sortie, on utilise des autotransformateurs avec une construction modifiée. L'enroulement entier est enroulé en une couche sur le noyau toroïdal des virages au tour avec un petit écart entre les tours. Une partie de l'isolation du côté de l'enroulement toroïdal est retirée du conducteur pour permettre au dispositif de commutation d'être connecté à chaque tour. Pour le contact avec les enroulements, un curseur coulissant ou en graphite à rouleaux est utilisé. Grâce à cette conception, une commutation plus douce entre les bornes (les endroits libérés de l'isolation) est réalisée, et le déplacement du coureur presque tout le long du transformateur permet d'obtenir une tension de sortie de zéro à la valeur maximale du rapport de transformation. En raison de cette conception spécifique et de la possibilité d'une régulation aussi profonde de la valeur de tension de sortie, de tels autotransformateurs sont communément appelés autotransformateurs de laboratoire, ou abrégés. LATR. Simplifié circuit électrique LATRA est représenté sur la figure 2.
Circuits de transformateur avec redresseur
Dans la plupart des cas, les appareils électroniques industriels et domestiques nécessitent une alimentation à partir d'une source de courant continu. Pour ce faire, les circuits du transformateur sont complétés par un redresseur semi-conducteur, et un condensateur de lissage est inclus pour lisser l'ondulation de la tension redressée à la sortie du circuit redresseur. Le circuit de base est représenté sur la figure 3, et peut être compliqué en fonction des exigences de la caractéristique I-V de l'alimentation électrique.
Dans certains cas, des tensions de différents niveaux sont nécessaires pour alimenter différents blocs de circuits, ou source équilibrée alimentation avec un point moyen. Pour ce faire, on utilise des transformateurs multi-bobinages, chaque enroulement de tensions ou d'épaulements différents d'un redresseur séparé avec un filtre capacitif relié à chaque enroulement.
Convertisseurs d'impulsions à commutation CC
Lorsqu'il est nécessaire d'alimenter l'appareil à partir d'une tension inférieure à la tension d'alimentation disponible, circuits stabilisateurs sur la base de diviseurs de tension - transistors ou stabilisateurs intégraux. L'inconvénient de cette méthode est que, si une réduction importante de la tension d'alimentation est requise par rapport au primaire, une chaleur proportionnelle au carré du courant de sa charge est libérée sur l'élément de régulation (transistor, microcircuit de stabilisation). Avec une puissance de charge importante, cette conversion entraîne des pertes d'énergie importantes et une diminution de l'efficacité. Pour une conversion plus efficace de la tension d'alimentation, on utilise des convertisseurs d'impulsions dont le fonctionnement est basé sur impulsion de fréquence ou impulsion-largeur modulation.
Pour comprendre le processus de modulation d'impulsions, considérez le circuit de la figure 4. Les bornes d'entrée "Common" et "Uip" sont fournies avec la tension de la source primaire. La touche SA1 est commandée par le dispositif de commande en mode impulsionnel, en fermant et en ouvrant périodiquement le circuit de charge du condensateur C1 à travers la résistance ballast Rb. Lorsque la touche SA1 est fermée, le condensateur commence à se charger, la tension augmente graduellement. Lorsque la clé est ouverte, la charge s'arrête. Si la charge est coupée, la tension sur le condensateur reste inchangée jusqu'au prochain verrouillage. Lorsque la charge est connectée à la sortie, le condensateur est déchargé, la tension le diminue. Si nous considérons ce processus de répétition pendant une longue période, alors des fluctuations significatives de la tension à la sortie de l'appareil seront visibles en charge. Que ces fluctuations ne soient pas si importantes, il suffit de raccourcir le temps du processus de charge et de décharge du condensateur, c'est-à-dire Augmentez la fréquence des impulsions de commutation à des valeurs acceptables.
Le niveau de tension à la sortie d'un tel convertisseur dépend du rapport de la position fermée de la clé sur le temps de la position ouverte et de l'amplitude de la charge. Si la charge est supposée constante, le niveau de tension sera directement proportionnel à la durée d'impulsion de la période. Le rapport de la largeur d'impulsion à la période de répétition est appelé le facteur de remplissage d'impulsion:
où D est le rapport cyclique des impulsions, t est la largeur d'impulsion et T est la période de répétition des impulsions.
Plus le rapport cyclique est élevé, plus la tension de sortie du convertisseur peut être élevée. Pour étudier le fonctionnement d'un tel convertisseur, il est possible d'assembler le circuit de base représenté sur la figure 5.
La clé VT1 commute le circuit de charge du condensateur C1 par l'intermédiaire d'une résistance de ballast (limitation de courant) Rb. La résistance de rappel Rp accélère le flux d'électrons depuis la région de base lors du verrouillage de la clé VT1. Ro est la résistance limitant le courant maximum de la base de la clé VT1. VT2 - la clé pour contrôler la base actuelle du transistor VT1. Son but - le fonctionnement du circuit correspondant à un générateur de signal par rapport à l'alimentation du moins en principe n'a pas d'importance si le signal de générateur pour inverser et alimenter la puissance ainsi que par rapport à la clé de base VT1.
Vous pouvez modifier le facteur de remplissage de plusieurs façons. Considérons-les séparément.
Modulation de largeur d'impulsion (PWM)
Lorsque la fréquence de répétition des impulsions de même durée change, seule la durée des pauses entre elles change. La durée des impulsions est une valeur constante, elle limite la fréquence maximale possible que le générateur atteindra au cycle de service maximal possible, c'est-à-dire lorsque l'égalité
La fréquence est égale à
La figure 6 illustre le principe de la modulation de fréquence-impulsion. Ligne droite rouge "a" - dépendance temporelle conditionnelle de la tension sur le condensateur de filtrage C1 (schéma de la figure 5) pendant la charge (touche VT1 fermée). Ligne droite verte "b" - Dépendance conditionnellement linéaire de la tension sur le condensateur de filtrage lorsqu'il est déchargé à la charge. t est la durée de l'impulsion, qui est la même pour toutes les impulsions. T1, T2, T7 et Tn est la période de répétition des impulsions de l'ordre correspondant. Comme illustré dans l'exemple ci-dessus, les périodes de répétition des impulsions peuvent différer et affecter la valeur moyenne de l'énergie transférée de la source primaire à la sortie.
Dans la partie inférieure de la figure, un diagramme théoriquement vrai de la tension aux bornes du condensateur de filtrage est représenté, constitué de segments reflétant une charge / décharge répétée périodiquement. La courbe bleue indique la valeur moyenne de la tension à la sortie du convertisseur. La section horizontale de cette courbe montre le mode de stabilisation de la tension de sortie - Ust.
Modulation de largeur d'impulsion (PWM)
Si la période de répétition des impulsions est constante, c'est-à-dire lorsque la fréquence des impulsions ne change pas, la modulation est effectuée en changeant la durée des impulsions, tandis que la durée des pauses est inversement proportionnelle. Le principe est quelque peu similaire à la modulation fréquence-impulsion.
Largeur d'impulsion modulation est illustré sur la figure 7. A la différence de la GFP, est la période de répétition des impulsions T est constante, mais la durée d'impulsion de l'ordre de t1, t4, tn varie en fonction du niveau requis de la quantité de sortie modulé.
La différence des méthodes considérées permet d'appliquer différentes solutions de circuit pour effectuer une tâche.
L'application de la modulation de fréquence ou de largeur d'impulsion peut limiter, stabiliser ou ajuster dynamiquement la valeur de sortie. La figure 8 montre des exemples de contrôle PFM et PWM.
Circuit de convertisseurs d'impulsions
Compte tenu du schéma des figures 4 et 5, on peut faire attention à un inconvénient important de cette solution: grâce à une résistance de ballast Rb à clé fermée, un courant circule proportionnellement à la chute de tension sur celle-ci. En conséquence, la résistance dissipe une partie de l'énergie sous forme de chaleur, ce qui entraîne une diminution de l'efficacité. Pour surmonter cet inconvénient, au lieu d'une résistance de ballast dans circuits d'impulsions Les éléments inductifs sont utilisés - les selfs et les transformateurs d'impulsion.
L'étranglement limite la montée du courant le long du front montant de l'impulsion. À partir du moment où l'accélérateur est activé dans le circuit jusqu'à la saturation magnétique complète du noyau, il stocke de l'énergie sous la forme d'un champ magnétique. Après saturation complète du noyau, même si le courant continue d'augmenter, l'inducteur n'est plus capable de stocker plus d'énergie, par conséquent, l'énergie commence à être libérée sous forme de chaleur, ce qui peut entraîner des pertes et réduire l'efficacité. Par conséquent, le circuit doit être calculé de sorte que la durée d'impulsion maximale soit limitée au moment de la saturation complète. Lorsque le circuit des gaz se brise le long du bord arrière (descendant) de l'impulsion, le champ magnétique de l'accélérateur, résultant de l'arrêt du courant, diminue rapidement. La réduction du champ magnétique provoque l'apparition d'une impulsion de tension d'induction magnétique de polarité opposée aux extrémités de la bobine d'arrêt, par rapport à la tension appliquée pendant l'écoulement à travers l'enroulement de la bobine de courant. Cette tension peut être commutée de manière à utiliser l'énergie de l'impulsion pour alimenter la charge. Ainsi, l'étranglement, la limitation, le courant accumule l'énergie, et entre les impulsions peuvent transmettre l'énergie stockée à la charge, ou la renvoyer à la source primaire. En conséquence, les pertes d'énergie sont réduites avec une diminution significative de la tension de sortie par rapport à la tension d'entrée, même avec une charge puissante.
L'apparition d'une impulsion EMF arrière dans l'enroulement de la bobine peut être utilisée non seulement pour augmenter l'efficacité du dispositif lorsque la tension est limitée, mais aussi pour augmenter la tension de sortie par rapport à la tension d'entrée.
L'inconvénient des convertisseurs d'étranglement est l'impossibilité d'isoler galvaniquement la sortie de la source primaire de tension d'alimentation. L'isolation galvanique peut être assurée par l'utilisation de transformateurs à impulsions avec des enroulements séparés de tension primaire (alimentation) et secondaire. Les circuits du transformateur peuvent fonctionner à la fois en mode mono-cycle (mode accélérateur) et en mode push-pull.
Circuits typiques de cascades de convertisseurs d'impulsions avec l'utilisation d'éléments inductifs - selfs et transformateurs d'impulsions
Schémas des étages de sortie des convertisseurs de tension continue à un seul culot avec un étranglement
DC onduleur d'étranglement
La figure 9 montre l'étage de sortie. SA1 est un interrupteur contrôlé par le circuit. Lorsque la clé est allumée au moment initial, la différence de tension de l'alimentation par rapport à la tension de sortie est appliquée à la commande des gaz. Ensuite, lorsque le starter est magnétisé, le courant qui le traverse augmente progressivement et la chute de tension qui le traverse diminue. Lorsque le courant circule dans la self, le condensateur de filtrage C1 est chargé et la self accumule de l'énergie dans le champ magnétique du noyau. Lorsque la clé est ouverte aux extrémités de l'enroulement L1, une impulsion de tension inverse se produit. Quand il y a un EMF inversé dans la manette des gaz, la diode d'impulsion DV1 commute la borne libérée de son enroulement avec le moins C1. En conséquence, l'énergie stockée dans le champ magnétique de la commande des gaz n'est pas perdue, mais est dépensée pour une charge supplémentaire du condensateur de sortie de filtrage dans les intervalles entre les impulsions.
DC convertisseur de courant continu
Lorsque le circuit est connecté (figure 10) à la source de tension constante primaire, le condensateur C1 à travers le réacteur L1 et la diode (diode Schottky) DV1 sont chargés. La tension sur elle atteint la tension de la source d'énergie, moins la chute de tension sur l'accélérateur et la diode.
La commande des gaz est calculée de telle sorte que lorsque la touche SA1 est ouverte pendant le fonctionnement de la charge, le courant de charge n'entraîne pas une saturation importante de l'étranglement.
Lorsque la touche SA1 est fermée, la tension d'alimentation est appliquée à la manette des gaz, le courant qui la traverse est augmenté et l'énergie du champ magnétique s'accumule dans le noyau jusqu'au moment de la saturation complète. La diode VD1 ferme la clé sous l'action de la tension inverse, à l'exclusion de la fermeture du condensateur C1.
Après une certaine saturation du noyau, la clé est ouverte.
Au moment de l'ouverture de la clé sur la manette des gaz, une impulsion de tension de polarité inverse se produit. Une tension égale à la somme des tensions de la source d'énergie primaire et de la tension de l'impulsion sur la manette des gaz apparaît sur l'anode de la diode de séparation. La diode s'ouvre et le condensateur C1 se charge.
En raison du fait que, au moment de l'ouverture de l'impulsion de tension de commutation inverse des gaz crée une augmentation de la tension de la source primaire, la sortie du convertisseur, on peut obtenir une tension supérieure à la tension de la source primaire.
Sur la base de ce schéma, il est possible de construire des convertisseurs avec tension régulée sortie, mais le réglage n'est possible qu'à partir de la tension de la source primaire, ce qui limite la portée de cette solution.
Exemple de circuits à transistors d'étages de sortie de convertisseurs d'étranglement
Pour mener des expériences sur les types de convertisseurs d'étranglement considérés, il est possible d'assembler les circuits en cascade sur les transistors représentés sur les figures 11 et 12.
Transformateur d'impulsions insaturé
Lors de l'application au transformateur d'impulsions de tension unipolaire en raison de la caractéristique de pente de la boucle d'hystérésis, la tension résiduelle dans le noyau n'a pas été éliminé, et chaque impulsion successive atteint une valeur à laquelle le changement du champ magnétique du début à la fin de l'impulsion devient négligeable. Étant donné que le transfert d'énergie dans le transformateur est réalisé champ magnétique variable, dont la grandeur est sensiblement réduite lorsque le noyau est magnétisé décroît de façon unilatérale la quantité d'énergie qui est capable de transmettre le transformateur dans une période de fonctionnement, à savoir son efficacité. Dans de tels cas, on dit parfois que le transformateur est saturé avec une composante constante du courant magnétisant.
Dans son essence, un transformateur avec un noyau magnétique ouvert est un étranglement, avec la présence d'enroulements secondaires.
Dans le travail des convertisseurs à un cycle, on distingue deux phases du cycle:
- excitation de l'EMF d'induction mutuelle dans l'enroulement secondaire lors de l'augmentation de l'intensité du flux magnétique avec augmentation du courant primaire (aimantation de l'âme);
- excitation de la FEM d'induction mutuelle dans l'enroulement secondaire lors de la chute de l'intensité du flux magnétique avec la décharge du courant primaire (démagnétisation du noyau).
Pour supprimer la puissance utile de l'enroulement secondaire est opportun soit dans la première phase du cycle ou dans la deuxième phase. Avec la charge utile de l'enroulement secondaire dans la première phase, le transducteur est appelé "en avant", et le second - "flyback".
Un convertisseur direct utilisant un transformateur d'impulsions insaturé
La figure 13 montre un diagramme de l'étage de puissance d'un convertisseur d'impulsions à trajet direct.
Lorsque la touche VT1 est ouverte lorsque l'impulsion de commande est appliquée, la tension d'alimentation est appliquée à l'enroulement primaire T1. Le courant primaire commence à augmenter lorsque le noyau devient saturé. A ce moment, l'augmentation du flux magnétique du noyau provoque la tension d'induction à l'enroulement secondaire d'une polarité à laquelle la diode de commutation VD1 est ouvert, la charge du condensateur C1 et l'alimentation de la charge.
Lorsque la touche VT1 verrouillé, à travers l'enroulement primaire arrête le courant circulant, provoquant l'intensité du champ magnétique commence à varier dans la direction opposée, à savoir la diminution. La réduction de l'intensité du flux magnétique de l'âme induit une tension de polarité inverse dans l'enroulement secondaire, à laquelle la diode VD1 se ferme. Les deux enroulements ne sont pas chargés, et par conséquent, aux extrémités de tous les enroulements, une impulsion de tension peut se produire, plusieurs fois plus élevée que la tension de la source primaire. Cette impulsion peut également endommager la diode pulsée si elle dépasse sa tension inverse maximale, et clé à transistor. Par conséquent, de tels circuits doivent être complétés par des circuits de protection.
Les méthodes de protection peuvent être variées, la figure montre seulement une des options possibles. Ici, au moment où l'impulsion de tension inverse de surtension ouvre diode d'amortissement VDD, un shunts de la chaîne de résultats de condensateur d'amortissement Cg l'enroulement primaire lors du passage d'une impulsion de tension brusque, et la résistance Rd réduit quelque peu la quantité d'impulsions de tension totale.
Convertisseur arrière utilisant un transformateur d'impulsions insaturé
Le circuit de la figure 14 répète le circuit de la figure 13. La différence est que l'enroulement secondaire a un changement dans les bornes. Si vous avez déjà remarqué les signes "*" des images des enroulements T1, beaucoup d'entre vous ont deviné que désignation conventionnelle le début des enroulements.
Or, lors de l'ouverture du commutateur dans le courant d'enroulement primaire commence à augmenter l'aimantation c du noyau, mais dans la diode de tension de l'enroulement induit secondaire VD1 se ferme, et toute l'énergie (à l'exclusion des pertes) est transmise à travers l'enroulement primaire va s'accumuler dans le champ magnétique du noyau jusqu'à ce qu'il soit complètement saturé. Lors du verrouillage de la clé par l'intermédiaire des butées de courant d'enroulement primaire circulant, et la tension secondaire induite par inversion de polarité, ce qui ouvre la diode VD1, charger un condensateur C1 et qui alimente la charge.
Dans ce cas, nous avons une charge utile retirée de l'enroulement secondaire pendant la période de démagnétisation du noyau, pendant le cycle inverse du fonctionnement du convertisseur. D'où le nom - "flyback".
La phase de la course de retour avec une charge constante d'un tel convertisseur est active, et dans l'enroulement primaire, il ne devrait pas y avoir de surtensions dangereuses lorsque le circuit primaire est ouvert. Mais quand la charge a une nature variable, alors au ralenti, la clé peut échouer. Pour cela, le schéma considéré doit être complété par une chaîne de protection, similaire au schéma de la figure 13.
Les schémas des cascades des convertisseurs à un cycle considérés ci-dessus ne conviennent que dans la gamme des puissances faibles, approximativement jusqu'à 100 VA.
Schémas des étages de sortie des convertisseurs push-pull de tension continue à l'aide de transformateurs d'impulsions
Les transformateurs de puissance sont un élément clé des dispositifs de conversion de la tension d'alimentation. Comme nous l'avons déjà dit, les modes de fonctionnement à cycle unique imposent des limites importantes à leur application et à leur efficacité. Pour une utilisation plus complète de toutes les propriétés utiles des transformateurs d'impulsions, ils sont utilisés dans schémas de conversion push-pull. Cela permet non seulement d'augmenter l'efficacité, mais aussi dans une large mesure la puissance du convertisseur.
Considérons trois schémas de base de cascades de puissance de convertisseurs d'impulsions à deux temps.
Schéma de l'étage de puissance d'un convertisseur d'impulsions à deux temps avec la sortie du point central de l'enroulement primaire
Le circuit de la figure 15 utilise un transformateur d'impulsions T1 avec deux enroulements primaires I et II, qui sont connectés en série, c'est-à-dire, la fin d'un enroulement est connectée au début de la seconde. Cette connexion forme le point médian auquel l'un des pôles de l'alimentation est connecté, dans ce cas positif. Les bornes libres des enroulements primaires sont connectées au pôle opposé de l'alimentation électrique via les touches de commutation de puissance VT1 et VT2.
Le cycle complet de fonctionnement de ce circuit consiste en l'inclusion alternative des enroulements I et II dans le circuit d'alimentation. Par exemple, lors de l'ouverture de la clé VT1, l'enroulement I excite un flux magnétique dans le noyau d'une certaine intensité de champ magnétique. Lors de la fermeture de VT1, le flux magnétique du noyau est atténué à une valeur résiduelle. C'est la première étape du travail. Ensuite, la clé VT2 est ouverte, tandis que le courant circule à travers l'enroulement II, créant un flux magnétique de la direction opposée par rapport au premier cycle d'horloge. En même temps, le noyau parvient à se démagnétiser complètement, puis à se saturer à nouveau avec un flux magnétique de polarité inversée. Lorsque la touche VT2 est fermée, le flux magnétique diminue également jusqu'à la valeur résiduelle. C'est le deuxième cycle d'horloge du convertisseur.
Travailler en mode à deux temps permet de tirer pleinement parti des transformateurs d'impulsions comportant un noyau ayant une perméabilité magnétique élevée, et ne nécessite pas la mise en place d'un espace non magnétique dans le circuit magnétique.
Si nous énonçons brièvement l'essence de la mise en œuvre de la transformation du transformateur push-pull, il s'agit d'un changement périodique de la direction du courant dans l'enroulement primaire.
Circuit en demi-pont de la cascade de puissance d'un convertisseur d'impulsions à deux temps
Dans le circuit en demi-pont (figure 16), le courant dans l'enroulement primaire est créé en rechargeant les condensateurs C2 et C3.
Bien que les deux interrupteurs sont fermés après que la tension d'alimentation, le bras supérieur et inférieur condensateurs de demi-pont C2 et C3, on charge approximativement uniforme et formée sur la tension de borne commune à peu près égale à la moitié de la tension d'alimentation.
Lorsque la touche VT1 est ouverte, le départ (marqué par "*") de l'enroulement primaire I est connecté au pôle positif de l'alimentation. Dans ce cas, le condensateur C2 commence à se décharger et C3 est chargé. Le potentiel du point commun des condensateurs aura tendance à être tiré vers le pôle positif de la source d'alimentation primaire.
Lorsque VT1 est fermé et que VT2 est ouvert, le début de l'enroulement passe du pôle positif au pôle négatif de la source d'alimentation primaire. Dans ce cas, un processus symétrique sera observé précédemment considéré - C3 sera déchargé, et C2 sera chargé. Leur point commun avec l'enroulement primaire aura tendance à être tiré vers l'alimentation négative.
En conséquence de ce qui précède, décrit deux cycles du convertisseur, la direction alternée de courant électrique est généré dans l'enroulement primaire, il déclenche le flux magnétique alternatif dans le noyau du transformateur, et le flux induit une tension alternative sur l'enroulement secondaire.
Dans les moments de commutation sur une des conclusions de l'enroulement primaire, il peut se produire des impulsions de tension qui peuvent endommager les clés, donc afin de protéger les deux clés sont pontés diodes de protection VD1 et VD2.
Pont de la cascade de puissance d'un convertisseur d'impulsions à deux temps
Le circuit en pont (pont) est constitué de quatre bras formés par les touches VT1-VT4. Le pont a deux diagonales. Une diagonale est connectée à la source d'alimentation principale. L'enroulement primaire I du transformateur d'impulsions T1 est connecté à la deuxième diagonale.
Pour créer un enroulement primaire du flux magnétique alternatif dans le noyau du transformateur, les paires de clés VT1, VT4 et VT2, VT3 sont commutées alternativement.
des diodes de protection VD1, VD2, VD5 et VD6 lorsqu'une impulsion de commutation à travers l'enroulement primaire de son trajet, de sorte qu'aucune charge est retirée de l'énergie de champ magnétique est renvoyée à la source de puissance primaire.
Temps mort (pause)
Lors de la suppression du signal de commande, le transistor met un certain temps à se fermer complètement. Si la clé (paire de clés dans le circuit de pont) ne peut pas être fermé ou ne soit pas complètement fermé, et la seconde clé (paire de clés) est ouverte, la source du circuit d'alimentation primaire est shunté créé à clé publique. Dans ce cas, les transistors vont allouer une quantité importante de chaleur, travailler dans le régime des surcharges, voire même échouer. Pour éviter que cela ne se produise, une pause spéciale est introduite entre les horloges de démarrage - le temps nécessaire pour verrouiller complètement les clés qui ont fonctionné dans la mesure terminée. Ce temps s'appelle une "pause morte", ou "temps mort".
Modes de régulation et de stabilisation
Pour tous les schémas de convertisseurs d'impulsions considérés, le principe général d'organisation du processus de régulation et de stabilisation des paramètres de sortie est caractéristique - modulation d'impulsions. La figure 18 montre un schéma synoptique de l'organisation du processus de conversion avec contrôle de la tension et du courant de sortie.
L'alimentation primaire PI fournit en énergie le schéma de modulation d'impulsions de la carte SIM et de l'étage de sortie du circuit virtuel. Le circuit de modulation d'impulsions génère un signal de commande transmis sur le canal de commande de l'unité de commande. L'étage de sortie du circuit virtuel résultant de la conversion de la tension d'alimentation de la source primaire de l'interface utilisateur génère une tension sur la charge H commandée par le circuit de surveillance de tension SCN. Le courant de charge est surveillé par le circuit de surveillance de courant CTK. Les schémas de contrôle sur les canaux de retour COST et COSF forment des signaux d'information sur les entrées du schéma de modulation d'impulsions de la carte SIM. Sur la base de ces signaux, la carte SIM génère les caractéristiques nécessaires du signal de commande transmis par le canal de commande de la CU vers l'étage de sortie du circuit virtuel.
Ce schéma de principe reflète la version la plus complexe du convertisseur, capable de contrôler et de contrôler plusieurs paramètres à la fois, tels que le courant, la tension et la puissance de charge. Dans certains cas, une version plus simple est suffisante. Par exemple, lorsque seule une régulation de tension est nécessaire, il est possible d'exclure le circuit de commande de courant, disons, pour fournir une alimentation de faible puissance. appareil électronique. Lorsque seule une surveillance de courant est requise, les circuits de contrôle de tension peuvent être éliminés, ce qui est généralement requis lors de la création d'alimentations pour matrices LED. Un circuit complet avec contrôle de tension et de courant peut être utile pour développer chargeurs, quand il est nécessaire de limiter à la fois le courant et le maximum stress admissible, ou en général pour créer un algorithme plus complexe pour le fonctionnement de la conversion en utilisant des circuits de microcontrôleur.
Conclusion
Dans la technologie des impulsions, de nombreuses nuances doivent être prises en compte dans la conception, mais ce sont des sujets plus restreints qui doivent être abordés dans des solutions spécifiques. Les informations fournies sont générales, d'établissement des faits. Il est impossible dans un article de couvrir toute la diversité et les circuits exotiques. Mais quel que soit l'appareil que vous n'avez pas à considérer, les principes sous-jacents sont pratiquement inchangés. Par conséquent, après avoir appris les bases, vous comprendrez sûrement les circuits de toute complexité.
Sincèrement, Mikhail Stashkov.