S transformátorom
S tlmiacou vložkou
Snímač podľa ktoréhokoľvek z dvoch kategórií môže byť krok nadol a smerom nahor je v zariadeniach s tlmivky v závislosti od typu obvodu, v zariadeniach pomere transformácie transformátora.
Spínacie meniče napätia so zásobnou tlmivkou
Na výstupe takýchto obvodov bude vždy buď konštantné alebo pulzujúce napätie.Premenlivé napätie pri ich výstupe sa nedosiahne.
Signál, ktorý sa musí privádzať do bodu A1 vzhľadom na spoločný vodič: 
Ako pracujú impulzné konvertory so skladovacím sytičom?
Zvážte príklad kroku-up prevodník.Akumulácia induktoru L1 je pripojený tak, že pri otvorení tranzistora T1 začne pretekať od zdroja prúdu "+ PID", prúd sa zvyšuje v plynu nie je okamžitý, pretože energie uloženej v induktora magnetického poľa.
Potom, čo je tranzistor T1 je uzavretý, energia uložená v tlmivke je nutné uvoľniť, to vyplýva z fyzikálnych javov, vyskytujúcich sa v plyne V súlade s tým jediným spôsobom, ako táto energia prechádza cez zdroj + PIT, VD1 diódy a záťažou pripojenú k výstupu.
V tomto prípade maximálne výstupné napätie závisí len od jedného - odporu zaťaženia.
Ak budeme mať dokonalý plyn a ak nie je zaťaženie, výstupné napätie je nekonečne veľký, ale máme čo do činenia s vzdialenej od plynového ideálu, na napätie naprázdno sa len bude veľmi veľký, možno tak veľký, aby sa to stalo rozdelenie vzduchu alebo dielektrikum medzi výstupnými svorkami a spoločný kábel, ale skôr rozpad tranzistora.
Ak škrtiaca klapka chce uvoľniť všetku energiu, ktorú nahromadila (po odpočítaní strát), ako je možné regulovať výstupné napätie takýchto meničov?
Je veľmi jednoduché - uložiť do škrtiacej klapky presne toľko energie, koľko je potrebné, čo by vytvorilo potrebné napätie so známym odporom zaťaženia.
Úprava uloženej trvania energetického pulzu je vyrobený otvor tranzistor (doba, počas ktorej je tranzistor je otvorený).
Downconverter v plyne dochádza presne rovnaké procesy, ale v tomto prípade, pri otvorení tranzistora sýtič zabraňuje napätie na objeme výroby okamžite, a po jej uzavretí, uvoľnenie zásobníkov energie na jednej strane prostredníctvom VD1 diódy a na druhej strane prostredníctvom zaťaženia pripojeného k výstupnému podpery napätie na termináli EXIT.
Napätie na výstupe takého meniča nesmie byť väčšie ako napätie + PIT.
Spínacie meniče napätia s transformátormi
Transformácia prebieha v transformátore, zatiaľ čo na železe nie je dôležité, že ide o nízke frekvencie; alebo na ferite - pre vysoké od 1 kHz do 500 a viac kHz.Podstatou tohto procesu je vždy rovnaký: v prípade, že prvé vinutie transformátora 10 zákrut, a v druhom 20 a budeme striedavé napätie 10 voltov na prvý, druhý, získame striedavé napätie s rovnakou frekvenciou, ale 20 voltov, pričom sa 2-krát nižšia, než prúd, ktorý tečie v prvom vinutia.
To znamená, že úloha sa znižuje na získanie striedavého napätia, ktoré sa musí aplikovať na primárne vinutie zo zdroja jednosmerný prúd prevodník krmiva.
Pracuje takto:
keď je tranzistor T1 je otvorený, prúd tečie cez hornej polovice cievky - L1.1, potom tranzistor T1 otvára a zatvára tranzistor T2, prúd začne pretekať spodnej polovice vinutia - L1.2, pretože hornej polovice L1 cievky je zapnutý svojom konci k + PIT nižšia začiatok, je magnetické pole v jadre transformátora T1 pri otváraní tokov v jednom smere, a na druhom otvoru T2, v uvedenom poradí, na sekundárne vinutie L2 je vytvorený striedavé napätie.
L1.1 a L1.1 sa vykonávajú čo najbližšie k sebe.
výhody:
Vysoká účinnosť pri prevádzke od nízkeho napájacieho napätia (v každej polovici vinutia a tranzistora iba polovica požadovanej aktuálnej toky).
nevýhody:
Emisie napätie na kanalizácie tranzistorov rovnajúcu sa dvojnásobku napätia (napríklad, keď T1 je otvorený, a T2 je uzavretý, preteká prúd zase do L1.1 L1.2 v magnetickom poli vytvára napätie rovná napätiu na L1.1, ktorý v kombinácii s napätím zdroja energie pôsobí na uzavretý T2).
To znamená, že je potrebné vybrať tranzistory pre väčšie prípustné maximálne napätie.
použitie:
Prevodníky napájané nízkym napätím (asi 12 voltov).
Pracuje takto:
keď je tranzistor T1 je otvorený, preteká prúd transformátora primárneho vinutia (L1) nabíjací kondenzátor C2, a potom sa uzavrie a otvorí sa T2, v uvedenom poradí, prúd teraz preteká L1 v opačnom smere, a vybíjanie nabíjanie C2 C1.
nevýhody:
Napätie dodávané do primárneho vinutia transformátora je polovica napätia + PIT.
výhody:
použitie:
Prevodníky, napájané zo siete osvetlenia pre domácnosť, sieťové napájacie zdroje (napríklad napájacie zdroje pre počítače).
Pracuje takto:
keď tranzistory T1 a T4 sú otvorené, prúd preteká primárnym vinutím transformátora v jednom smere a potom sa uzavrú a T2 a T3 sú otvorené prúd cez primárne vinutie začína prúdiť v opačnom smere.
nevýhody:
Potreba inštalácie štyroch výkonných tranzistorov.
Dvakrát úbytok napätia na tranzistora (úbytku napätia na priľahlých T1 T4 / T2 T3 tranzistory sú vytvorené).
výhody:
Celkové napájacie napätie primárneho vinutia.
Neprítomnosť dvojitého napätia, ktoré je vlastné tlačeniu push-pull.
použitie:
Silné konvertory poháňané sieťou domácností, sieťové napájacie zdroje (napríklad: transformátory impulzného zvárania).
Bežné problémy transformátorov na transformátoroch sú rovnaké problémy ako konvertory založené na skladovacích tlmivkách: sýtosť jadra; odpor drôtu, z ktorého sú vyrobené vinutia; prevádzka tranzistorov v lineárnom režime.
Spätné a dopredné impulzné meniče
Flyback a spínanie meniče vpred napätia - "hybridný" menič na základe skladovacie cievky a transformátora, aj keď vo svojej podstate je založený na skladovanie plynu prevodníka a to by malo byť nikdy zabudnutá.
Princíp fungovania takéhoto meniča je podobný boost prevodník na tlmivky, iba s tým rozdielom, že záťaž nie je zahrnutá priamo do plynu, a na iné vinutia rany na samotný plyn.
Rovnako ako v kroku-up prevodník, ak je zapnutý bez zaťaženia, jeho výstupné napätie bude mať tendenciu na maximum.
nevýhody:
Emisie napätia na kľúčovom tranzistore vytvárajú potrebu použiť kľúčové tranzistory na napätie výrazne vyššie ako + PIT.
Vysoké výstupné napätie bez zaťaženia.
výhody:
Galvanické oddelenie napájacieho obvodu a zaťažovacieho obvodu.
Neprítomnosť strát spojených so zmenou magnetizácie jadra (prúd magnetického poľa v jadre vždy v jednom smere).
Javy, ktoré treba pamätať pri navrhovaní meničov napätia (a pulzných zariadení všeobecne)
Sýtosť jadra (magnetické jadro) - okamih, kedy magneticky vodivý materiál jadra tlmivky alebo transformátora, je magnetizované tak, že dlhšie ovplyvňovať procesy prebiehajúce v tlmivky alebo transformátora. Keď je jadro nasýtenie indukčnosť vinutia usporiadaná na ňom rýchlo klesá a prúd primárneho vinutia začne zvyšovať, vyznačujúci sa tým, maximálny prúd obmedzená iba odpor vinutia drôtu, a je zvolená tak malá, ako je to možné, v danom poradí, aspoň nasýtenia vedie do vykurovacích špirál a sýtiča a výkonový tranzistor, ako maximum v zničenie výkonového tranzistora.Odolnosť drôtov vinutia - mať stratu v procese, pretože zabraňuje skladovanie a uvoľňovanie energie v magnetickom poli spôsobuje zahrievanie plynového lanka vinutia.
Riešenie: použitie drôtu s minimálnym odporom (silnejší drôt, drôt vyrobený z materiálov s nízkym špecifickým odporom).
Prevádzka výkonových tranzistorov v lineárnom režime - v prípade, že generátor signálu slúži na riadenie tranzistorov produkuje pravouhlých impulzov a pulzov s pomalým nárastom a rozpadom napätia, ktorý môže byť v prípade kapacitné IGBT brána je veľký, a ovládač (špeciálny zosilňovač) nie je schopný produkovať značné prúdu pre nabíjanie tejto kapacitné, sú chvíle, kedy je tranzistor v lineárnom režime, to znamená, že má určitý odpor nenulový nekonečne veľký, a preto prúd preteká skrz a vytvára teplo zhoršenie PD prevodník.
Špecifické problémy napäťových meničov používajúcich transformátory
Avšak tieto problémy sú neodmysliteľné v každom zariadení s výkonným dvojitým výstupným stupňom.Prostredníctvom prúdu
Zoberme si napríklad polovičná most obvody - pokiaľ z nejakého dôvodu, že tranzistor T2 otvorí skôr, než sa úplne zatvorené T1, cez prúd, ktorý vychádza z JIS + spoločný drôt, ktorý bude pretekať cez obidva tranzistory a bude mať za následok neužitočné uvoľnenie tepla.
Riešenie: vytvorenie oneskorenie, zatiaľ čo potenciál klesla na nulu na vstupe D1 (pozri napoly mostíka.) A zvýšenie potenciálu na vstupe T2.
Tento čas oneskorenia sa nazýva mŕtvy čas a graficky sa dá ilustrovať pomocou oscilogramu: 
Miller Effect
Opäť platí, že do úvahy príklad polovičného mostíka -, keď je tranzistor T1 sa otvorí k tranzistora T2 je aplikované napätie, ktoré sa rýchlo zvyšuje (s rýchlosťou otvorenia T1), pretože toto napätie je veľký, a to aj malé vnútorné kapacita medzi hradlom a zdrojom nabíjaného vytvára značný potenciál brány , ktorý otvára T2, dokonca aj na krátky čas, ale vytvára prúdový prúd, aj keď je čas na prácu.
Riešenie: použitie výkonných vodičov tranzistorov, schopných nielen dávať, ale aj prijímať veľké prúdy.
Čo by ste nemali zabudnúť
Buck prevodník s tlmivky, napoly mostom a mostom - programy, ktoré nie sú tak jednoduché, ako sa zdá na prvý pohľad, v prvom rade, pretože zdroj tranzistora v meniči step-down a pôvodov horných obvodových tranzistorov v mosta a pol mosta sú pod napätím.Ako vieme, riadiace napätie na bráne tranzistora musí byť podaná vo vzťahu k jeho zdroju, k základni bipolárnej s ohľadom na emitor.
riešenie:
Použitie galvanicky oddelených zdrojov napájania obvodov brány (základne):
Generátor G1 generuje antifázové signály a generuje deadtime, U1 a U2 ovládače tranzistory s efektom poľa, Rozviaže vstupný optočlen galvanického hornej budiace obvod s výstupom generátora, ktorý je poháňaný pomocou ďalšej vinutia transformátora.
prihláška impulzný transformátor pre galvanické oddelenie obvodov brány (základne): 
Galvanická izolácia je zabezpečená zavedením iného impulzného transformátora: GDT.
Tam je ďalšia metóda - "bustrep", ale to je nepravdepodobné, že sa vám bude páčiť, podrobnosti nájdete v dokumentácii k čipe IR2153, najmä spôsob získavania napájacie napätie riadiacich obvodov horného tranzistora.
Pri navrhovaní meniča je potrebné zohľadniť to impulzné zariadenie prostredníctvom vodiče, ktoré sú tečúce veľké prúdy, ktoré sa prudko menia a na zariadení, ktoré vytvára silné magnetické pole - to všetko vytvára živnú pôdu pre vznik radu porúch v širokom rozsahu.
Pri zapájaní PCB by sa mali usilovať o to, aby sa všetky napájacie vodiče reťazca čo najkratšie a priame, elektrolytických kondenzátorov alebo skrat fólie na keramickom kapacity 1mkF 0,1 ... v blízkosti napájacích článkov, aby sa zabránilo úniku vysokofrekvenčnému rušeniu v svetelnej siete, ak je zariadenie napájané zo siete, nainštalujte na nízkonapäťové filtre LC sieťové napájanie.
Napriek mnohým ťažkých chvíľach, meniče impulz napätia sú široko využívané, a pracujúci pri vysokej frekvencii (desiatky až stovky kHz) majú rad výhod, a to nasledovne:
Vysoká účinnosť až do výšky 97%.
Nízka hmotnosť;
Malá veľkosť.
Ak chcete premeniť napätie jednej úrovne na napätie inej úrovne, impulzné meniče napätia s zásobníky s induktívnou energiou, Tieto konvertory sa vyznačujú vysokou účinnosťou, niekedy dosahujúci 95%, a sú schopné produkovať zvýšené, znížené alebo invertovaný výstupné napätie.
V súlade s týmto známym troch typov meničov obvodov: (obr. 4.3), zníženie (obr. 4.1) Zvýšenie (obr. 4.2) a obrátením.
Spoločné pre všetky tieto typy snímačov je päť prvkov: napájací zdroj, kľúčový spínací prvok, indukčné zariadenia pre akumuláciu energie (induktor tlmivka), blokovacie diódy a filtračný kondenzátor pripojený paralelne k odporu záťaže.
Zahrnutie týchto piatich prvkov do rôznych kombinácií umožňuje realizovať ktorýkoľvek z troch typov impulzových konvertorov.
Regulácia hladiny prevodník výstupné napätie zmenou šírky pulzu, riadiť prevádzku spínacieho prvku a kľúče, respektíve uloženej energie v indukčnej skladovania.
Stabilizácia výstupného napätia sa realizuje pomocou spätná väzba: keď sa mení výstupné napätie, šírka impulzov sa automaticky zmení.
Buck prevodník (viď obr. 4.1) sa skladá z reťazca sériovo zapojené spínací prvok S1, indukčné zariadenia na uchovávanie energie L1 a zaťažovací odpor RL zapojený paralelne s filtračným kondenzátorom C1 neho. Blokovanie dióda VD1 je pripojený medzi bodom pripojenia na switch S1 energie obchode L1 a spoločným vodičom.
Obr. 4.1. Princíp poklesu napätia meniča
Obr. 4.2. Princíp fungovania konvertora stupňového napätia
Pri otvorenom kľúči je dióda zatvorená, energia zo zdroja energie sa nahromadí v zásobníku induktívnej energie. Po zatvorení (otvoreného) tlačidla S1 sa energia uložená indukčným úložným priestorom L1 cez diódu VD1 prevedie na zaťažovací odpor Rn. Kondenzátor C1 vyhladzuje pulzovanie napätia.
Step-up pulzný menič napätia, je usporiadaný na rovnaké základné prvky, ale má inú kombináciu (obrázok 4.2.): A napájací zdroj pripojený reťaze z indukčnej akumulátora energie L1, diódou VD1 a odporu záťaže spojený paralelne s filtrom kondenzátora C1. Spínací prvok S1 je spojený medzi spojovacím bodom zásobníka energie L1 s diódou VD1 a spoločnou zbernicou.
S otvoreným kľúčom preteká prúd zo zdroja elektrického prúdu induktorom, v ktorom je energia uložená. Dióda VD1 je súčasne zatvorená, záťažový obvod je odpojený od napájacieho zdroja, kľúča a zásobníka energie. Napätie na odporovom zaťažení je udržované kvôli skladovanej energii na kondenzátore. Keď je kľúč otvorený, EMF samoindukcie sa spočíta s napájacím napätím, uložená energia sa prenáša na záťaž cez otvorenú diódu VD1. Takto získané výstupné napätie presahuje napájacie napätie.
Obr. 4.3. Pulzné prepätie s inverziou
Prevodník invertovanie zahŕňa pulzný typu kombinácia všetkých rovnakých základných prvkov, ale opäť ďalšie zlúčeniny (obr. 4.3) pre napájanie pripojená sériovým zapojením spínacích prvkov S1, diódu VD1 a zaťažovací odpor R n s filtrom kondenzátora C1. Zariadenie na uchovávanie indukčnej energie L1 je spojené medzi spojovacím bodom spínacieho prvku S1 s diódou VD1 a spoločnou zbernicou.
Prevodník pracuje nasledovne: keď je kľúč zatvorený, energia sa uloží do indukčného úložiska. Dióda VD1 je uzavretá a neprepúšťa prúd zo zdroja energie do záťaže. Pri odpájaní samoindukciu kľúč skladovania energie EMF je pripojený k usmerňovaču obsahujúce VD1 diódu, zaťažovací odpor R n a filtračné kondenzátor C1. Vzhľadom k tomu, usmerňovač dióda tečie do záťaže je len negatívny napäťové impulzy generované na výstupnom napätí znamienko mínus (inverzný, opačným znamienkom na napájacie napätie).
Aby sa stabilizovalo výstupné napätie impulzných stabilizátorov akéhokoľvek typu, môžu sa používať bežné "lineárne" stabilizátory, ale majú nízku účinnosť. V tejto súvislosti je oveľa logickejšie používať stabilizátory impulzného napätia na stabilizáciu výstupného napätia impulzných meničov, najmä preto, že nie je ťažké realizovať takúto stabilizáciu.
Regulátory impulzného napätia sú naopak rozdelené na stabilizátory s impulznou šírkou moduláciou a ďalej stabilizátory s moduláciou frekvenčného impulzu, V prvej z nich sa trvanie riadiacich impulzov mení s konštantnou frekvenciou ich postupnosti. Po druhé, naopak, frekvencia riadiacich impulzov sa mení s ich nemenným trvaním. Impulzné stabilizátory sa tiež zmiešajú so zmiešanou reguláciou.
Nižšie uvažujeme o rádioamatérskych príkladoch evolučného vývoja pulzných meničov a stabilizátorov napätia.
Hlavný oscilátor (obrázok 4.4) impulzných meničov s nestálým výstupným napätím (obr. 4.5, 4.6) na čipu KR1006VI1 (NE 555) pracuje pri frekvencii 65 kHz. Výstupné obdĺžnikové impulzy generátora cez RC reťazce sa privádzajú do paralelne spojených kľúčov tranzistorového kľúča.
Indukčná cievka L1 je vyrobená na feritovom kruhu s vonkajším priemerom 10 mm a magnetickou permeabilitou 2000. Jeho indukčnosť je 0,6 mH. Účinnosť meniča dosahuje 82%. Amplitúda pulzácií na výstupe nepresahuje 42 mV a závisí od kapacitnej hodnoty
Obr. 4.4. Obvod hlavného oscilátora pre pulzné meniče napätia
Obr. 4.5. Obvod napájacej časti stupňového impulzného meniča + 5/12 V
Obr. 4.6. Schéma invertujúceho impulzného meniča + 5 / -12 V
kondenzátorov na výstupe zariadenia. Maximálny zaťažovací prúd zariadení (obrázok 4.5, 4.6) je 140 mA.
V usmerňovači meniča (obrázok 4.5, 4.6) sme použili paralelné pripojenie nízkonapäťové vysokofrekvenčné diódy zapojené do série s vyrovnávacimi odpormi R1-R3. Celá táto zostava môže byť nahradená jednou modernou diódou navrhnutou pre prúd väčší ako 200 mA pri frekvencii do 100 kHz a s reverzným napätím najmenej 30 V (napríklad KD204, KD226). Ako VT1 a VT2 je možné použiť tranzistory typu KT81x: štruktúry n-p-n - KT815, KT817 (obrázok 4.5) a p-n-p - KT814, KT816 (obrázok 4.6) a ďalšie. Na zlepšenie spoľahlivosti meniča sa odporúča prepnúť zberač tranzistora diódového typu KD204, KD226 paralelne na spojenie tak, aby bol uzatvorený pre jednosmerný prúd.
GOU SPO Kirovská letecká technická škola
REPORT
pre napájanie SVT
"Jednofázové impulzné meniče"
Študent skupiny VP-34
Belyaeva P.Yu.
| 1 Úvod. Niektoré pojmy. | 3 |
| 2 Primárny IIPS | 5 |
| 2.1 Prevodníky s priamym prúdom a preletom | 5 |
| 8 | |
| 10 | |
| 2.4 Prevodník mostov | 11 |
| 3 Sekundárni poskytovatelia internetových služieb | 13 |
| 4 Spínacie meniče | 15 |
| 15 | |
| 4.2 Pulzný jednoparevný prevodník konštantné napätie, konvertor | 16 |
| 5 Záver | 19 |
| 5.1 Elektromagnetické a rádiové rušenie generované ISP. | 19 |
| 5.2 Integrované obvody pre SMPS. | 19 |
| 5.3 Opakovaný štartovací režim. | 20 |
| 5.4 SMPS s podporou napájania | 21 |
| 6 Referencie | 22 |
1 Úvod. Niektoré definície
Spínacie (kľúčové) napájacie zdroje - SMPS (SMPS) sú moderné zdroje energie s vysokou účinnosťou. Tradičné lineárne napájacie zdroje s sériovým regulačným prvkom udržujú konštantné výstupné napätie, keď sa vstupné napätie alebo záťažový prúd mení v dôsledku zmeny jeho odporu. Lineárny regulátor (stabilizátor) môže byť preto veľmi neúčinný. Spínací zdroj však používa vysokofrekvenčný spínač (tranzistor) s premenlivými stavmi zapnutia a vypnutia, aby stabilizoval výstupné napätie. Zvlnenie výstupného napätia spôsobené kľúčovým režimom je filtrované pomocou LC filtra.
SMPS môže znížiť napájacie napätie, rovnako ako lineárne. Na rozdiel od lineárneho regulátora (stabilizátora) však SMPS môže tiež zvýšiť napájacie napätie a invertovať výstupné napätie. Typické schémy aplikácie sú uvedené nižšie.
Typická aplikácia regulačného impulzného (kľúčového) regulátora:
Vytvorenie 5 V napätia pre napájanie obvodov TTL z 12 V batérií (najmä ak má batéria 12 V obmedzená kapacita, pretože stabilizátory kľúčov sú oveľa efektívnejšie ako lineárne stabilizátory).
Typická aplikácia regulátora zosilnenia:
Tvorba 25 V z napätia 5 V pre napájanie programovateľného ROM.
Typické použitie pre regulátor impulzov meniča:
Tvorba bipolárneho napätia z unipolárneho napájania operačného zosilňovača.
Tvorba záporného zaujatosti pre dynamické čipy RAM.
Termín regulátor impulzov sa používa na opis obvodu, ktorý premieňa jednosmerné napätie na výstupný signál s jednosmerným napätím rovnakej alebo opačnej polarity nižšieho alebo vyššieho napätia. Regulátory impulzov používajú tlmivky a neposkytujú galvanické oddelenie medzi vstupom a výstupom.
Termín pulzný menič sa používa na opis okruhu, ktorý premieňa jednosmerné napätie na jeden alebo viac výstupných signálov s jednosmerným napätím nižšieho alebo vyššieho napätia. Impulzné meniče používajú transformátor a poskytujú galvanickú izoláciu (izoláciu) medzi vstupom a výstupom, ako aj medzi výstupmi.
Termín spínaný zdroj napájania - SMPS Používa sa na opis impulzných regulátorov a konvertorov.
Obrázok 1.
Dodatočné navíjanie transformátora prevodníka vpred zabezpečuje, že magnetické pole jadra transformátora je nulové pri zapnutí kľúča. Ak po niekoľkých spínacích periódach nie je žiadne ďalšie napätie, jadro transformátora sa dostane do nasýtenia, primárny vinujúci prúd sa nadmerne zvýši, takže kľúč (t.j. tranzistor) zlyhá.
Časové diagramy napätí a prúdov pre prevodník vpred sú znázornené na obrázku 2.
Magnetizujúci prúd
Obrázok 2.
Výstupné napätie dopredného meniča sa rovná priemernej hodnote napätia na vstupe LC filtre a je rovné:
V out = V v x (n2 / n1) x (T na x f)
kde:
T pri zapnutí kľúča
f - frekvencia spínania
Spätný konvertor (flyback)
Obrázok 3.
Výstupné napätie pre konvertor typu flyback (lichobežníkový tvar elektrického prúdu) sa môže vypočítať nasledovne:
V out = V v x (n2 / n1) x (T na x f) x (1 / (1- (T na x f)))
kde:
n2 je počet zákrutov sekundárne vinutie T1
n1 je počet závitov primárneho vinutia T1
T on - čas, kedy je klávesa na Q1
Schéma riadenia monitoruje výstup V a riadi pracovný cyklus (časový stav tlačidla Q1).
Ak sa zvyšuje hodnota V, riadiaci obvod zníži pracovný cyklus, aby udržal konštantné výstupné napätie. Podobne, ak sa zníži prúd záťaže a zvýši sa výstup V, riadiaci obvod bude fungovať rovnakým spôsobom. Naopak pokles V alebo zvýšenie záťažového prúdu zvýši pracovný cyklus.
Všimnite si, že výstupné napätie sa zmení po zmene pracovného cyklu, T na x f. Avšak vzťah medzi výstupným napätím a pracovným cyklom nie je lineárny, ako to bolo v prípade prevodníka vpred, je to hyperbolická funkcia.
Prúd v prevodníku spätného chodu môže byť buď lichobežníkový alebo pílový. Trapézový tvar prúdu bude, ak sa kľúčový tranzistor zapne skôr, ako prúd v sekundárnom vinutia klesne na nulu. Ak prúd píly v sekundárnom vinutie dosiahne nulu, zobrazí sa "mŕtvy čas", keď nie je prítomný žiadny prúd v sekundárnom vinutie ani v primárnom vinutí.
Obrázok 4.
2.2 Prenosný konvertor
Obrázok 5.
Push-pull konvertor je jedným z predných. Ako je znázornené na obrázku 5, ak je spínač Q1 zapnutia, prúd preteká hornej polovici primárneho vinutia T1 a magnetické pole v základnej T1 stúpa. Zvyšovanie magnetické pole v T1 indukuje napätie v sekundárnom vinutí T1 polarity tak, že D2 dióda je vpred ovplyvnená, a D1 - v opačnom smere. D2 vedie a nabíja výstupný kondenzátor C2 cez škrtiacu klapku L1. L1 a C2 tvoria filtračný obvod. Keď je spínač Q1 vypnutý, že magnetické pole v klesá transformátor T1 a po prestávke (v závislosti na činiteľom PWM), Q2 zapne, tečie prúd cez dolnej polovici primárneho vinutia T1 a magnetického poľa v jadre zvyšuje T1 v opačnom smere. Zvyšovanie magnetické pole v T1 indukuje napätie v sekundárnom vinutí T1 polarity tak, že Dióda D1 je v priepustnom smere, a D2 - v opačnom smere. D1 vedie a nabíja výstupný kondenzátor C2 cez škrtiacu klapku L1. Po ukončení mŕtveho času sa zapne tlačidlo Q1 a proces sa zopakuje.
Existujú dva dôležité aspekty týkajúce sa transformátora push-pull:
- Oba tranzistory by sa nemali konať súčasne, pretože by to bolo ekvivalentné skratovaniu zdroja napájania. To znamená, že doba zapnutia každého kľúča by nemala prekročiť polovicu obdobia, inak by sa nadmerné vodiace stavy kľúčov.
- Magnetická úprava oboch polovíc primárneho vinutia (volt-druhé oblasti) by mala byť presne rovnaké, inak transformátor môže nasýtenia, a to by spôsobilo zlyhanie Q1 a Q2 prepínačov.
Tieto kritériá musia byť splnené schémou kontroly a vodičom.
Výstupné napätie V out sa rovná priemernej hodnote napätia na vstupe filtra LC:
V out = V v x (n2 / n1) x f x (T na, q1 + T na, q2)
kde:
V - priemerné výstupné napätie - V
V in - Napájacie napätie - V
n2 je počet závitov sekundárneho vinutia
n1 - polovica celkového počtu závitov primárneho vinutia
f - spínacia frekvencia - Hz
T zapnuté, q1 - čas zapnutia Q1 - s
T on, q2 - časový limit Q2 - s
Schéma riadenia monitoruje V out a riadi povolený stav tlačidiel Q1 a Q2.
Ak sa zvyšuje hodnota V, riadiaci obvod zníži pracovný cyklus, aby udržal konštantné výstupné napätie. Podobne, ak sa zníži prúd záťaže a zvýši sa výstup V, riadiaci obvod bude fungovať rovnakým spôsobom. Naopak pokles V alebo zvýšenie záťažového prúdu zvýši pracovný cyklus. Časové diagramy na obrázku 6 zobrazujú prúdy prevodníka push-pull.
Obrázok 6.
2.3 Polovičný prevodník
Obrázok 7.
Polovičný konvertor je podobný konvertoru s dvoma cyklami, len sa nevyžaduje, aby sa urobil kohút zo stredu primárneho vinutia. Zmena smeru magnetického poľa sa dosiahne zmenou smeru prúdu primárneho vinutia. Tento typ meniča sa používa v konvertoroch s vysokým výkonom.
Pre polovodičový konvertor je výstupné napätie V out rovnaké ako priemerná hodnota napätia na vstupe LC filtre.
V out = (Vin / 2) x (n2 / n1) xfx (T na, q1 + T na, q2)
kde:
f - pracovná frekvencia - Hz
Všimnite si, že T on, q1 sa musí rovnať T on, q2 a Q1 a Q2 by sa nemali nikdy držať súčasne.
Riadiaci obvod polovodičového meniča je podobný riadiacemu okruhu dvojtaktného meniča.
2.4 Prevodník mostov
Obrázok 8.
Prevodník mosta je podobný konvertoru s dvoma cyklami, len sa nevyžaduje, aby sa urobil kohút zo stredu primárneho vinutia. Zmena smeru magnetického poľa sa dosiahne zmenou smeru prúdu primárneho vinutia. Tento typ meniča sa používa v konvertoroch s vysokým výkonom.
Pri mostíkovom konvertore sa výstupné napätie V out rovná priemernej hodnote napätia na vstupe LC filtre.
V out = V v x (n2 / n1) x f x (T na, q1 + T na, q2)
kde:
Výstupné napätie V - V
V vstupné napätie - V
n2 - 0,5 x počet závitov sekundárneho vinutia
n1 - počet závitov primárneho vinutia
f - pracovná frekvencia - Hz
T zapnuté, q1 - čas zapnutia Q1 - s
T on, q2 - časový limit Q2 - s
Diagonálne dvojice tranzistorov sa striedavo vedú, čím sa dosiahne zmena smeru prúdu v primárnom vinutí transformátora. To možno vysvetliť nasledujúcim spôsobom: - v prípade Q1 a Q4 vrátane kľúča, bude tok prúdu "dole" cez primárne vinutie transformátora (vinutie prúdi do hornej časti), a, ak je zahrnuté kľúče Q2 a Q3, bude tok prúdu "hore".
Riadiaci obvod monitoruje Vout a riadi pracovný cyklus ovládacích impulzov kľúča Q1, Q2, Q3 a Q4.
Riadiaci obvod pracuje rovnakým spôsobom ako pre dvojtaktný a polovičný prevodník, okrem toho, že musia byť riadené štyri tranzistory, nie dva.
3 Sekundárni poskytovatelia internetových služieb
Spínaný zdroj napájania nízke napätie, izolovaný z primárneho zdroja, sa často nazýva sekundárny ISP. Typický blokový diagram takéhoto zdroja energie je znázornený na obrázku 9.
Obrázok 9.
Filter, ktorý je zobrazený na ľavej strane vývojového diagramu, je potrebný na to, aby sa zabránilo interferencii s napájaním. Pomáha tiež chrániť okruhy SMPS pred napäťovými impulzmi (alebo výpadkami napätia) v sieti striedavý prúd.
Typická výkonová časť tohto obvodu je znázornená na obrázku 10.
Obrázok 10.
Ak je kondenzátor napájaný 220 V striedavým prúdom, nabíja sa na napätie približne 310 V (340 V pre 240 V). Rezistor R1 - nízky ohmický (menovitý 2 až 4 Ohm), ktorý chráni obvod pred prepätiami, keď je kondenzátor C1 nabitý pri napájaní. Q1 - vysokonapäťový MOSFET, ktorý sa používa ako vysokorýchlostný spínač, prepína napájací impulz v feritovom vysokofrekvenčnom transformátore T1. Spínacia frekvencia je zvyčajne v rozmedzí od 25 do 250 kHz. Prvky R2 a C2 tvoria ochranný obvod (tlmič), ktorý znižuje prepätie napätia a šum. Stabilizácia sa dosiahne monitorovaním výstupného napätia v bode "FB" a nastavením šírky vstupných impulzov ovládača klávesy Q1. Poistka FS2 je potrebná na ochranu proti skrat a preťaženie. FS2 je niekedy nahradený aktuálnym snímačom, ktorý zablokuje ovládač Q1, keď je preťažený.
4 Spínacie meniče
V nastaviteľnom lineárnom zdroji napájania výkonový transformátor priemyselná frekvencia sa používa na izoláciu a potom sa usmerňovač a lineárny regulátor používajú na vytvorenie výstupného napätia.
V kontrolovanom ISP je izolácia a regulácia integrované do jednej jednotky, ktorá má vysokú účinnosť. SMPS používa malý vysokofrekvenčný transformátor, ktorý zvyčajne pracuje vo frekvenčnom rozsahu od 25 do 250 kHz (hoci v SMPS s nízkym výkonom až do 1 MHz).
Transformátory a tlmivky používané pre SMPS majú feritové jadrá na rozdiel od žílových plechov z ich nižších frekvenčných náprotivkov. Transformátory SMI majú vo vinutí menej vinutí ako priemyselné frekvenčné transformátory.
4.1 Jednosmerný menič napätia
Jednostranná prevodník napätia obsahuje transformátor, ktorého primárne vinutie sa skladá z dvoch častí s počtom cievok W1 a W2, prvého tranzistora pripojený k riadiacej jednotke a druhý tranzistor, shunt dióda opačne. Medzi vysielačmi tranzistorov je pripojený kondenzátor. Kolektory prvého a druhého tranzistora sú pripojené ku koncovým vodičom vinutí transformátora. Okrem toho je zberač prvého tranzistora spojený s riadiacim vstupom druhého tranzistora prostredníctvom odporu posunutého sériovým RC obvodom, ktorý tvorí obvod snímaný prúdom.
Ako prvý a druhý tranzistor v tomto konvertore môžu byť použité akékoľvek iné kľúčové prvky, ako sú MOSFET atď.
Jednosmerný DC menič napätia pracuje nasledovne.
Keď odblokovací signál príde na základňu tranzistora, otvorí sa a vstupné napätie sa aplikuje na vinutie transformátora. Súčasne sa na tranzistorový riadiaci tranzistor, ktorý je takmer rovnaký ako napätie kondenzátora, aplikuje spínacie napätie a je zablokované. Druhým tranzistorom je súčet magnetizačných prúdov jadra transformátora a toku zaťaženia. Na konci riadiaceho impulzu sa tranzistor uzamkne, magnetizačný prúd sa uzavrie diódou, kondenzátorom a vinutím. Uvoľňovacie napätie rovnajúce sa rozdielu medzi napätím kolektora prvého tranzistora a napätím kondenzátora sa aplikuje na riadiacu elektródu druhého tranzistora. Druhý tranzistor je odomknutý, čo umožňuje, aby magnetizačný prúd pretekal v opačnom smere.
V dôsledku kondenzátora magnetizačný prúd nepretržite preteká počas opakovania impulzov z riadiacej jednotky a priemerná hodnota tohto prúdu je nula. To vedie k tomu, že je demagnetizačnej napätie na cievke po celú dobu, kedy zaistený stav prvého tranzistora, je prevrátenie magnetizácia jadro transformátora je vykonávané na celý cyklus s nízkou amplitúdou prúdu magnetovanie.
V navrhovanom zariadení sa teda zníženie straty na rezistore zahrnutom v riadiacom obvode prídavného kľúča znižuje znížením napätia.
4.2 Pulzný jednosmerný menič jednosmerného napätia . Prevodník.
Impulzné meniče priameho napätia (IPPN) regulujú výstupné napätie (napätie na záťaži) zmenou času napájania napätia Uo na zaťaženie ZN. Najčastejšie sa používajú metódy kontroly šírky impulzov (WID) a frekvenčného pulzu (PIR). Princíp PSI je založený na kľúčovom režime tranzistora alebo tyristoru, ktorý periodicky prerušuje napájací obvod U0 na zaťaženie (obrázok 11). Pri spôsobe pulzný pulzný, výstupné napätie je riadený zmenou dĺžky trvania výstupného impulzu TP (obrázok 12) na konštantnej opakovačmi perióda T. Potom sa priemerná hodnota výstupného napätia meniča sa určí podľa vzorca Un.sr = (tp / T) * Uo. V dôsledku toho je výstupné napätie riadené z nuly (pri = 0) na hodnotu Uo (ti = T).
Obrázok 11.
Obrázok 12.
Obrázok 13 znázorňuje diagram rozšíreného IPPN , Taký konvertor sa nazýva jeden cyklus. Tyristor slúži ako kľúč. Medzi zaťažením Z n a tyristor obsahoval vyhladzovací LC filter.
Obrázok 13.
Dióda D, ktorá vykonáva funkcie opačnej diódy, je potrebné vytvoriť elektrický obvod pre zaťažovací prúd, keď je tyristor vypnutý.
IPPN s jedným koncom pracujú s výkonom 100 kW. Ak je potrebná väčšia energia, použite multipólový IPPN.
Každý vodič IPPN odblokovanie kľúča sa vykonáva núteným krmiva na tyristora (tranzistor) spínacích impulzov, zamykanie tyristory sa vykonáva periodicky nabíjacie napätie kondenzátora. Samozrejme, spínacia jednotka v IPPN má určitý rozdiel od podobných jednotiek v autonómnych meničoch.
Upozorňujeme, že regulácia napätia jednosmerného napätia na záťaži so striedavým prúdom môže byť vykonaná pomocou IPPN. Malý pokles napätia naprieč otvoreným polovodičovým kľúčom a veľmi nízky prúd, keď je uzamknutý, určujú vysokú účinnosť pulzných konvertorov s jednosmerným napätím. V tomto ohľade nekontrolovateľný usmerňovač pracujúci v spojení s IPTU úspešne konkuruje riadenému usmerňovaču.
Výhodou pulzných napäťových meničov DC v porovnaní s samobuzením prevodníkov je, že v IPPN ako kľúče používajú tyristory, ktoré sú v súčasnej dobe k dispozícii na napätie do niekoľkých kV. To vám umožní vytvoriť vysokovýkonné meniče (nad 100 kW) s vysokou účinnosťou, menším rozmerom a hmotnosťou. Konvertory boli široko používané v zariadeniach, v ktorých je primárnym zdrojom napájania kontaktná sieť, batérie, solárne a atómové batérie, termoelektrické generátory.
5 Záver
5.1 Elektromagnetické a rádiové rušenie vytvorené poskytovateľom internetových služieb
Je známe, že impulzné napájacie zdroje vytvárajú elektromagnetické a rádiové rušenie. Nízkopriepustné filtre v prívodných vodičoch sú životne dôležité pre zníženie rušenia cez napájacie obvody. Faraday štít medzi vinutím transformátora a okolo citlivých komponentov spolu s správne usporiadanie V bloku obvodov sa kompenzujú aj polia, elektromagnetické a rádiové rušenie. Problém vyhladzovania prúdu pílovitého zubu vyžaduje použitie filtračného kondenzátora. Induktancia a odpor (sériovo zapojené) štandardných elektrolytických kondenzátorov ovplyvňujú vlnové a šumové napätie vo výstupných signáloch. Lineárne napájacie zdroje sú bezkonkurenčné v zdrojoch s nízkym výkonom a veľmi nízkym hlukom s nízkymi pulzáciami vo výstupných signáloch.
5.2 Integrované obvody pre SMPS
Mullard:
TDA2640
TDA2581
SGS:
L4960
Rozsah vstupného napätia - 9 - 50 V DC
Nastaviteľné výstupné napätie - od 5 do 40 V
Maximálny výstupný prúd je 2,5 A
Maximálny výstupný výkon - 100 W
Vstavaný obvod soft-štart
Stabilita vnútorného referenčného zdroja je +/- 4%
Vyžaduje veľmi malý počet príloh
Koeficient plnenia - 0 - 1
Vysoká účinnosť - nad 90%
Zabudovaná ochrana proti preťaženiu: čip sa vypne, keď teplota pn-junction dosiahne 150 °. C.
Zabudovaný obmedzovač prúdu pre ochranu proti skratu
L4962 (16-pólový kryt DIP, výstupný prúd do 1,5 A)
L4964 (špeciálne 15kolíkové teleso, výstupný prúd do 4 A)
Texas Instruments:
TL494
TL497
TL497 má generátor s pevným časom zapnutia, ale s premenlivou výstupnou frekvenciou. Tým vzniká minimálny počet visiacich prvkov. Čas zapnutia je určený kapacitou kondenzátora, ktorý je spojený medzi kolíkom 3 a zemou.
Obrázok 14.
5.3 Režim opakovania IEP
V pulznom napájaní sa tento režim často používa na obmedzenie výstupného prúdu. Ak je ISP preťažený, okruh sa vypne. Po určitom časovom intervale sa zapne, ak preťaženie stále existuje, okamžite sa vypne. Pri niektorých konštrukciách, ak sa to stane niekoľkokrát, je napájanie vypnuté, až kým sa neaktivuje uzamknutie obvodu.
5.4 SMPS s podporou napájania
Niektorí "samostatní" poskytovatelia internetových služieb sú navrhovaní tak, aby udržiavali stabilné výstupné napätie viac ako niekoľko období, keď je odpojený vstupný výkon. To sa dá dosiahnuť inštaláciou vysokokapacitného vstupného kondenzátora tak, aby jeho napätie počas prerušenia napájania výrazne nekleslo. Obdobie, počas ktorého SMPS udržiava výstupné napätie, keď nie je žiadne vstupné napätie, sa často nazýva "čas zapnutia".
6 Referencie
1. INTERNET:
Príručka aplikácie SGS Power Supply
Motorola Power MOSFET Transistor Databook
Unitrode Semiconductor Databook
Príručka aplikácií Unitrode
Výber jadra transformátora pre SMPS, Mullard
Mäkké ferity - vlastnosti a aplikácie, E.C. Snelling
Switchmode - Sprievodca návrhárom, Motorola
SMPS Technology and Components, Siemens
Texas Instruments Linear Circuits Databook
Analogue Electronics Handbook, T.H. Collins
Smith, K.L. Ph.D. (University of Kent), "D.C., Supplies from A.C. Sources", Electronics & Wireless World, september 1984.
Ivanov VS, Panfilov DI Komponenty výkonovej elektroniky od spoločnosti MOTOROLA. - Moskva: DODEKA, 1998
Medzinárodný usmerňovač výkonových polovodičov. Trans. p / p V. V. Tokarev. - Voronež, 1995
Mikroprocesory na spínanie napájacích zdrojov a ich aplikácie. Ed. Druhý. - Moskva: DODEKA, 2000
Polikarpov AG, Sergienko EF Jednosmerné meniče napätia v napájacích zariadeniach REA. - M .: Rádio a komunikácia, 1989
Polikarpov AG, Sergienko EF Regulátory impulzov a konvertory DC-DC. - Moskva: Izd-vo MPEI, 1998
Pre dodávku rôznych elektronických zariadení sú veľmi často používané konvertory DC / DC. Používajú sa v zariadeniach počítačovej technológie, komunikačné zariadenia, rôzne schémy riadenia a automatizáciu atď.
Zdroje napájania pre transformátory
V tradičných sieťových zdrojoch transformátora sa sieťové napätie transformuje pomocou transformátora, najčastejšie sa znižuje na požadovanú hodnotu. Nízke napätie je odstránené diódovým mostíkom a vyhladené kondenzátorovým filtrom. V prípade potreby sa po usmerňovači umiestni polovodičový stabilizátor.
Napájacie zdroje transformátora sú spravidla vybavené lineárnymi stabilizátormi. Výhody takýchto stabilizátorov nie sú menšie ako dve: ide o malé náklady a malé množstvo detailov v postroji. Tieto výhody sú však znižované nízkou účinnosťou, pretože značná časť vstupného napätia sa používa na ohrev regulačného tranzistora, čo je úplne neprijateľné pre napájanie prenosných elektronických zariadení.
DC / DC konvertory
Ak je zariadenie napájané galvanickými článkami alebo akumulátormi, potom len prevodníky DC / DC dokážu prepnúť napätie na požadovanú úroveň.
Myšlienka je veľmi jednoduchá: DC napätie sa prevedie na AC, obvykle s frekvenciou niekoľkých desiatok až stoviek kHz, sa týči (pády) a potom odstránená a dodáva do záťaže. Takéto meniče sa často nazývajú impulzné.
Príkladom je posilňovač meniča od 1,5V do 5V, len výstupné napätie počítača USB. Podobné konvertory s nízkym výkonom sa predávajú spoločnosti Alyexpress - http://ali.pub/m5isn.
Obr. 1. Prevodník 1.5V / 5V
Impulzné meniče sú dobré v tom, že majú vysokú účinnosť v rozmedzí 60 až 90%. Ďalšou výhodou pulzných meničov je široká škála vstupných napätí: vstupné napätie môže byť nižšie ako výstupné napätie alebo oveľa vyššie. Všeobecne možno meniče DC / DC rozdeliť do niekoľkých skupín.
Klasifikácia konvertorov
Pokračujte alebo buďte v angličtine
Výstupné napätie z meničov je obvykle nižšia ako na vstupe: bez straty na vykurovanie regulačného napätia tranzistora môžu prijímať iba niekoľko voltov, keď je vstupné napätie 12 ... 50B. Výstupný prúd takýchto meničov závisí od požiadavky na zaťaženie, čo zase určuje obvody meniča.
Iný názov anglického jazyka pre sekundu konvertora. Jednou z možností prekladu tohto slova je vrtuľník. V technickej literatúre sa dolný konvertor niekedy nazýva "vrták". Zatiaľ si len pamätajte na tento termín.
Zvýšenie alebo zvýšenie v anglickom jazyku
Výstupné napätie týchto meničov je vyššie ako vstupné napätie. Napríklad pri vstupnom napätí 5 V môžete na výstupe dosiahnuť napätie až 30 V a je možné, aby bol hladko regulovaný a stabilizovaný. Často sa boostery nazývajú boostery.
Univerzálne konvertory - SEPIC
Výstupné napätie týchto konvertorov sa udržiava na danej úrovni so vstupným napätím nad vstupným a nižším vstupným napätím. Odporúča sa v prípadoch, keď sa vstupné napätie môže výrazne meniť. Napríklad v aute sa môže napätie batérie pohybovať medzi 9 ... 14 V a potrebujete stabilné napätie 12 V.
Inverzné meniče - invertujúci konvertor
Hlavnou funkciou týchto konvertorov je dosiahnutie výstupného napätia reverznej polarity vzhľadom na zdroj energie. Veľmi pohodlné v prípadoch, keď je potrebná bipolárna energia.
Všetky uvedené meniče môžu byť stabilizované alebo nestabilné, výstupné napätie môže byť galvanicky spojené s vstupným napätím alebo má galvanické oddelenie napätia. Všetko závisí od konkrétneho zariadenia, v ktorom bude konvertor použitý.
Ak chcete prejsť k ďalšiemu príbehu o konvertoroch DC / DC, mali by ste aspoň všeobecne predstaviť teóriu.
Zníženie prevodového stupňa konvertora - konvertor typu buck
Jeho funkčný diagram je znázornený na obrázku nižšie. Šípky na drôtoch zobrazujú smer prúdov.
Obr.2. Funkčný diagram stabilizátora sekacieho zariadenia
Vstupné napätie Uin sa privádza do vstupného filtračného kondenzátora Cin. Ako kľúčový prvok sa používa tranzistor VT, vykonáva vysokofrekvenčné spínanie prúdu. Môže to byť tranzistor štruktúry MOSFET, IGBT alebo obyčajný bipolárny tranzistor, Okrem týchto častí obvod obsahuje výbojku diódu VD a výstupný filter - LCout, z ktorého napätie prechádza do záťaže Rn.
Je ľahké vidieť, že záťaž je zapojená do série s prvkami VT a L. Preto je obvod sekvenčný. Ako sa zníži napätie?
Modulácia šírky impulzov - PWM
Riadiaci obvod generuje obdĺžnikové impulzy s konštantnou frekvenciou alebo konštantným časom, čo je v podstate to isté. Tieto impulzy sú znázornené na obrázku 3.
Obrázok 3. Riadiace impulzy
Tu je čas impulzu, tranzistor je otvorený, tn je čas pauzy, - tranzistor je zatvorený. Pomer t / T sa nazýva pracovný cyklus pracovného cyklu, je označený písmenom D a vyjadruje sa v %% alebo jednoducho v číslach. Napríklad s D rovným 50%, ukazuje sa, že D = 0,5.
Tak D sa môže meniť od 0 do 1. V prípade, že hodnota D = 1, čo je kľúčový tranzistor je v stave plného vedení, a ak D = 0 v stave cut-off, jednoducho povedané, je uzavretý. Nie je ťažké odhadnúť, že pri D = 50% sa výstupné napätie rovná polovici vstupného napätia.
Je zrejmé, že regulácia výstupného napätia sa vykonáva zmenou hnacej pulzný šírka tp v podstate koeficient odchýlky D. princíp Takáto regulácia sa nazýva (PWM). Prakticky vo všetkých impulzné bloky napájanie pomocou výstupného napätia PWM je stabilizované.
V obvodoch znázornených na obrázkoch 2 a 6 PWM "skrytý" v poliach s označením "riadiaci obvod", ktoré sa vykonáva niektoré ďalšie funkcie. Napríklad môže to byť plynulý štart výstupného napätia, diaľková aktivácia alebo ochrana meniča pred skratom.
Vo všeobecnosti sa konvertory stali tak široko používané ako výrobcovia firiem elektronických komponentov zriadili vydanie riadiacich jednotiek PWM pri všetkých príležitostiach. Sortiment je taký veľký, že len aby ste ich vymenovali, budete potrebovať celú knihu. Preto zbierať konvertory na diskrétnych elementoch, alebo ako často hovoria o "rassypuhe", nikto na to nemá na mysli.
Navyše, ready-made konvertory nízkej spotreby je možné zakúpiť na Aliexpress alebo Ebay za malú cenu. V tomto prípade je pre inštaláciu v amatérskej konštrukcii stačí spájkovanie vodičov na vstupné a výstupné vodiče a nastavenie požadovaného výstupného napätia.
Ale späť k nášmu obrázku 3. V tomto prípade koeficient D určuje, koľko času bude otvorené (fáza 1) alebo zatvorené (fáza 2). Pre tieto dve fázy je možné obvod znázorniť na dvoch obrázkoch. Čísla neukazujú tie prvky, ktoré sa v tejto fáze nepoužívajú.
Obrázok 4. Fáza 1
Pri otvorenom tranzistore prechádza prúd zo zdroja energie (batéria, batéria, usmerňovač) cez indukčnú tlmivku L, zaťaženie Rn a nabíjací kondenzátor Cout. V tomto prípade prúd preteká záťažou, kondenzátor Cout a reaktor L akumulujú energiu. Aktuálny iL sa postupne zvyšuje, vplyv indukčnosti škrtiacej klapky je ovplyvnený. Táto fáza sa nazýva čerpanie.
Po tom, čo napätie na záťaž dosiahne nastavenú hodnotu (určenú nastavením ovládacieho zariadenia), tranzistor VT sa zatvorí a zariadenie prejde do druhej fázy - fázy vybíjania. Uzavretý tranzistor na obrázku nie je vôbec zobrazený, akoby nebol. Ale to len znamená, že tranzistor je uzavretý.
Obrázok 5. Fáza 2
Keď je tranzistor VT zatvorený, v škrtiacej klapke nie je naplnená žiadna energia, pretože napájací zdroj je odpojený. Indukčnosť L má tendenciu zabrániť zmenám veľkosti a smeru prúdu (samoindukcie) pretekajúceho vinutie škrtiacej klapky.
Preto prúd nemôže ihneď zastaviť a zatvoriť cez obvod "diódové zaťaženie". Z tohto dôvodu sa dióda VD nazýva výbojka. Zvyčajne ide o vysokorýchlostnú Schottkyho diódu. Po kontrolnom období fázy 2 sa obvod prepne do fázy 1, proces sa opäť zopakuje. Maximálne namáhanie na výstupe uvažovanej schémy sa môže rovnať vstupu a nie viac. Ak chcete získať výstupné napätie vyššie ako vstupné napätie, použijú sa konvertory s podporou.
V súčasnosti je potrebné len spomenúť skutočnú hodnotu indukčnosti, ktorá určuje dva prevádzkové režimy sekačky. Ak je indukčnosť nedostatočná, konvertor bude pracovať v režime zvlnenia prúdu, čo je úplne neprijateľné pre napájanie.
Ak je indukčnosť dostatočne veľká, operácia prebieha v režime kontinuálnych prúdov, čo umožňuje použitie výstupných filtrov na získanie konštantného napätia s prijateľnou úrovňou zvlnenia. V režime kontinuálneho prúdu fungujú up-konvertory, ktoré budú popísané nižšie.
Pre určité zvýšenie účinnosti je výbojka dióda VD nahradená tranzistorom MOSFET, ktorý je v správnom čase otvorený riadiacim obvodom. Takéto meniče sa nazývajú synchrónne. Ich použitie je odôvodnené, ak je výkon meniča dostatočne veľký.
Zvyšovanie stupňov zvyšovania alebo zvýšenia konvertorov
Boost meniče sa používajú hlavne pri výkone s nízkym napätím, napríklad dva alebo tri batérie a niektoré konštrukčné uzly vyžadujú napätie 12 ... 15 V nízku spotrebu prúdu. Často sa posilňovací konvertor krátko a jasne nazýva slovo "posilňovač".
Obrázok 6. Funkčný diagram posilňovača
Vstupné napätie Uin sa aplikuje na vstupný filter Cin a je aplikované na sériovo prepojený tranzistor L a dochádzkový tranzistor VT. Dióda VD je pripojená k spojovaciemu bodu cievky a odtoku tranzistora. Záťaž Rn a kondenzátor kondenzátora Cout sú pripojené k druhému koncu diódy.
VT tranzistor riadený riadiacim obvodom, ktorý vytvára stabilnú reguláciu frekvencie signálu s premennou D striedky, a to rovnakým spôsobom, ako je popísané vyššie v opise len vrtuľových obvod (obr.3). Dióda VD v správnom čase blokuje záťaž z kľúčového tranzistora.
Keď je kľúčový tranzistor otvorený, pravý výstup cievky L je pripojený k zápornému pólu napájacieho zdroja Uin. Rastúci prúd (vplyv indukčnosti) dodávky energie preteká cievkou a otvorí tranzistor, energie akumulovanej v cievke.
V tomto okamihu, blokovacie dióda VD a výstupné zaťaženie kondenzátora od kľúčového okruhu, a tým bráni vypúšťanie výstupného kondenzátora cez otvorený tranzistor. Zaťaženie v tomto momente je napájané energiou uloženou v kondenzátore Cout. Prirodzene klesá napätie na výstupnom kondenzátore.
Potom, čo je výstupné napätie bude o niečo nižšia, než je vopred stanovená (v závislosti od nastavenia ovládacieho obvodu), čo je kľúčová tranzistor VT sa uzavrie a energia uložená v induktoru cez VD diódy nabíja kondenzátor cout, ktorý napája záťaž. V tomto samoindukciu EMF cievky L je pridaný do vstupné napätie, a je prenášaný k záťaži, a preto, je výstupné napätie je vyššie vstupné napätie.
Po dosiahnutí ovládacie stabilizácie úrovne napätia obvod set výstupný otvorí VT tranzistor, a proces sa opakuje s fázou skladovanie energie.
Univerzálny prevodníky - SEPIC (s jedným zakončením primárnou cievka prevodník, alebo prevodník s asymetricky zaťažené primárnou indukčnosť).
Tieto snímače sa používajú najmä pri zaťažení kapacita je malá, a vstupné napätie sa mení v závislosti na výstupe nahor alebo nadol.
Obrázok 7. Funkčný diagram prevodníka SEPIC
Je veľmi podobný okruhu stupňovitého meniča zobrazeného na obrázku 6, ale má ďalšie prvky: kondenzátor C1 a cievku L2. Práve tieto prvky zabezpečujú prevádzku meniča v režime redukcie napätia.
Prevodníky SEPIC sa používajú v prípadoch, keď sa vstupné napätie značne líši. Príkladom je 4V-35V až 1,23V-32V regulátor pre zvýšenie / zníženie napät'ového napätia. Pod týmto názvom sa v čínskych obchodoch predáva konvertor, schéma je zobrazená na obrázku 8 (kliknutím na obrázok zväčšíte).
Obrázok 8. Schematický diagram konvertor SEPIC
Obrázok 9 znázorňuje vzhľad dosky s označením hlavných prvkov.
Obrázok 9. Vzhľad konvertora SEPIC
Obrázok znázorňuje hlavné časti podľa obrázku 7. Pozornosť sa venuje prítomnosti dvoch cievok L1 L2. Na tomto základe možno určiť, že ide o konvertor SEPIC.
Vstupné napätie dosky môže byť v rozsahu 4 ... 35V. V tomto prípade je možné nastaviť výstupné napätie v rozmedzí 1,23 ... 32V. Prevádzková frekvencia meniča je 500 kHz. V malých rozmeroch 50 x 25 x 12 mm doska poskytuje výkon až do 25 W. Maximálny výstupný prúd je až 3A.
Ale tu je potrebné urobiť poznámku. Ak je výstupné napätie nastavené na 10V, výstupný prúd nesmie byť vyšší ako 2,5A (25W). S výstupným napätím 5V a maximálnym prúdom 3A bude výkon iba 15W. Tu hlavnou vecou nie je preháňať: buď neprekročiť maximálny prípustný výkon, alebo neprekračovať prípustný prúd.
Až donedávna najčastejšie napájacie zdroje mal transformátorový obvod s usmerňovačom a kapacitným filtrom. Postupom času boli nahradené napájacími zdrojmi založenými na impulzných konvertoroch. Prepínanie napájacích zdrojov sa priaznivo líšia špecifické napájanie. Vysokofrekvenčné transformátory majú menšie rozmery a vyžadujú nižšie náklady medený drôt čo výrazne znižuje náklady na celý produkt ako celok. Transformátorové obvody priemyselnej frekvencie 50 (60) Hz však budú aj naďalej dôležité z hľadiska ich jednoduchosti a spoľahlivosti.
klasifikácia
Prevodníky napájacieho napätia možno klasifikovať nasledovne:
- Druh napájacieho napätia:
DC;
AC;
univerzálne. - Podľa faktora prepočtu napätia:
zvyšovať;
spúšťanie. - Znak charakteristiky výstupného prúdového napätia (VAC):
nie je stabilizovaná;
stabilný;
nastaviteľná. - Podľa typu základnej schémy konverzie:
transformátor s nízkou frekvenciou;
impulzný plyn;
pulzný jednokruhový flyback, priamy tok;
impulzné dvojtaktné, mostové a polovičné obvody;
invertory;
tyristor a triak.
Nízkofrekvenčné obvody transformátora
| Obrázok 1. AC transformátor |
Transformátorové schémy sú jednoduché a spoľahlivé. Používajú sa na konverziu alternatívneho sínusového napätia. Základná schéma je znázornená na obrázku 1. Frekvencia prepočtu zodpovedá použitej frekvencii siete, v prevažnej väčšine prípadov je to 50 Hz, v niektorých krajinách 60 Hz a príležitostne 400 Hz na napájanie špecializovaného zariadenia.
Klasifikácia faktorom konverzie napätia
Prepočítavací faktor obvodu transformátora sa rovná pomeru výstupu menovité napätie na vstup:
Pre K<1 схема является znižujúce, Toto je najbežnejší typ transformátorov priemyselnej frekvencie. Je široko používaný v napájacích zdrojoch pre domácnosť a priemyselnú elektroniku.
Keď K\u003e 1, schéma je prírastková. Používa sa v prípadoch, keď je potrebné vyššie napätie vo vzťahu k primárnemu napätiu. Niekedy sa používa ako základný obvod pre konvertory meniča, ako aj pre získanie vysoké namáhanienapríklad na dodávanie magnetrónu do mikrovlnných rúr a podobne.
Pri K = 1 sa hodnota výstupného napätia prakticky nemení vzhľadom na vstupné napätie. Táto schéma sa niekedy používa na galvanické oddelenie, keď je potrebné vylúčiť vplyv sieťového napätia na napájaný objekt alebo na účely elektrickej bezpečnosti.
Klasifikácia podľa charakteristiky výstupného prúdového napätia
Neregulované transformátory
Majú jedno primárne a jedno alebo niekoľko sekundárnych vinutia, najčastejšie galvanicky izolované od primárneho. Zariadenie VAC závisí od viacerých podmienok a je nezmenené.
Nastaviteľné transformátory - autotransformátory
|
Obrázok 2. autotransformer |
autotransformers sú navrhnuté pre plynulú alebo postupnú reguláciu výstupného napätia. Najčastejšie majú jedno vinutie, ktoré súčasne zohráva úlohu primárneho a sekundárneho, a regulácia napätia sa uskutočňuje prepnutím výstupnej svorky medzi rôznymi vinutím.
Vstupné terminál autotransformátory nie je spojené s extrémnou záveru, ale mierne kompenzovaný k niektorým záverom do stredu cievky. To vám umožní dosiahnuť pomer konverzie pod a nad jednotou. Prepnutie výstupu na vinuté vedenie je vykonané dávkovým spínačom alebo podobným spínacím zariadením.
Pri hladšom nastavovaní výstupného napätia sa používajú autotransformátory s modifikovanou konštrukciou. Celé navíjanie je navinuté v jednej vrstve na toroidnom jadre závitov na otočenie s malou medzerou medzi závitmi. Časť izolácie z čelnej strany toroidné cievky sa odstráni z vodiča umožňujúce pripojenie spínacieho zariadenia na každej cievke. Pri kontakte s vinutiami sa používa posuvný posúvač alebo grafitový valec. Prostredníctvom tejto konštrukcie je vyrobená hladšia prepínanie medzi svorkami (priestor zbaví izolácie), a posunutím jazdca v podstate celý vinutia transformátora umožňuje získať výstupné napätie od nuly do maximálnej hodnoty transformačného koeficientu. Vzhľadom k tejto konkrétnej prevedenie a funkcie tak hlboká, že riadi hodnotu výstupného napätia, napríklad autotransformátory zvanej laboratórne autotransformers alebo skrátené LATRE, zjednodušený elektrický obvod LATRA je zobrazená na obrázku 2.
Transformátorové obvody s usmerňovačom
Vo väčšine prípadov vyžadujú priemyselné a domáce elektronické zariadenia napájanie zo zdroja jednosmerného prúdu. Z tohto transformátora komplementárne polovodičový usmerňovač, a pre upokojenie zvlnenie usmerneného výstupného napätia usmerňovača obvodov zahŕňa vyhladzovacie kondenzátor. Základný obvod je znázornený na obrázku 3 a môže byť komplikovaný v závislosti od požiadaviek na I-V charakteristiku napájacieho zdroja.
V niektorých prípadoch sú potrebné napätia rôznych úrovní na napájanie rôznych obvodových blokov, alebo vyvážený zdroj napájanie s priemerným bodom. Za týmto účelom viacnásobné vinutia transformátora spojenie každého vinutia k rôznym napätím alebo ramená samostatný usmerňovač s kapacitným filtrom.
DC spínacie impulzné meniče
Keď sa vyžaduje napájanie zariadenia z napätia s nižšou hodnotou vzhľadom na dostupné napájacie napätie, stabilizačných obvodov na základe rozdeľovačov napätia - tranzistory alebo integrálne stabilizátory, Nevýhodou tohto spôsobu je, že v prípade potreby k významnému zníženiu napájacieho napätia vzhľadom k primárnej, do ovládacieho prvku (tranzistor stabilizátora čip) vytvára teplo, ktorý je úmerný štvorcu jeho zaťaženie. Pri výraznej záťaži spôsobuje táto konverzia výrazné straty energie a zníženie účinnosti. Na efektívnejšiu konverziu napájacieho napätia sa používajú impulzné meniče, ktorých prevádzka je založená na frekvencia impulzov alebo pulse Width modulácie.
Aby ste pochopili proces pulznej modulácie, zvážte okruh na obrázku 4. Vstupné svorky "Spoločné" a "Uip" sa dodávajú s napätím primárneho zdroja. Kláves SA1 je ovládaný riadiacim zariadením v impulznom režime, pričom sa periodicky zatvára a otvára obvod nabíjania kondenzátora C1 cez odporový odpor Rb. Keď je kľúč SA1 zatvorený, kondenzátor sa začne nabíjať, napätie na ňom sa postupne zvyšuje. Keď je kľúč otvorený, nabíjanie sa zastaví. Ak je záťaž vypnutá, napätie na kondenzátore zostáva nezmenené až do ďalšieho zámku kľúča. Keď je záťaž pripojená k výstupu, kondenzátor sa vybije, napätie na ňom klesne. Ak vezmeme do úvahy tento opakujúci sa proces po dlhú dobu, výrazné kolísanie napätia na výstupe zariadenia bude viditeľné pri zaťažení. Aby tieto výkyvy neboli také významné, stačí skrátiť čas procesu nabíjania a vypúšťania kondenzátora, t. Zvýšte frekvenciu spínacích impulzov na prijateľné hodnoty.
Úroveň napätia na výstupe takého meniča závisí od pomeru uzatvorenej polohy kľúča k času otvorenej polohy a veľkosti záťaže. Ak sa predpokladá, že zaťaženie bude konštantné, úroveň napätia bude priamo úmerná trvaniu impulzu v danom období. Pomer šírky impulzu k opakovanému obdobiu sa nazýva faktor impulzného plnenia:
kde D je pracovný cyklus pulzov, t je šírka impulzu a T je čas opakovania impulzov.
Čím vyšší je pomer výkonu, tým vyššie je možné zvýšiť výstupné napätie meniča. Na štúdium fungovania takéhoto meniča je možné zostaviť základný obvod znázornený na obr.
Kľúč VT1 prevádza nabíjací obvod kondenzátora C1 cez rezistor Rb (obmedzujúci prúd). Odťahovací odpor Rp urýchľuje tok elektrónov z oblasti základne v čase zamykania kľúča VT1. Ro je odpor obmedzujúci maximálny prúd kľúčovej základne VT1. VT2 - kľúč na ovládanie aktuálnej základne tranzistora VT1. Jeho účelom je zosúladiť prevádzku obvodu so signálom generátora vzhľadom na napájanie mínus, v podstate nezáleží na tom, že signál generátora je obrátený a aplikovaný vzhľadom na napájací zdroj k základni kľúča VT1.
Faktor plnenia môžete zmeniť niekoľkými spôsobmi. Uvažujme ich samostatne.
Modulácia šírky impulzov (PWM)
Keď sa frekvencia opakovania impulzov rovnakého trvania zmení, zmení sa iba trvanie prestávok medzi nimi. Trvanie impulzov je konštantná hodnota, obmedzuje maximálnu možnú frekvenciu, ktorú generátor dosiahne pri maximálnom možnom pracovnom cykle, to znamená, keď rovnosť
Frekvencia sa rovná
Obrázok 6 znázorňuje princíp modulácie frekvenčného impulzu. Červená priamka "a" - podmienená lineárna časová závislosť napätia na filtračnom kondenzátore C1 (diagram na obrázku 5) počas nabíjania (kľúč VT1 je zatvorený). Zelená priama čiara "b" - podmienená lineárna časová závislosť napätia na filtračnom kondenzátore, keď je vypúšťaná do záťaže. t je trvanie impulzu, ktoré je rovnaké pre všetky impulzy. T1, T2, T7 a Tn je doba opakovania impulzov zodpovedajúceho poradia. Ako je ilustrované vo vyššie uvedenom príklade, obdobia opakovania impulzov sa môžu líšiť a ovplyvňujú priemernú hodnotu energie prenášanej z primárneho zdroja na výstup.
V spodnej časti obrázku je znázornený teoreticky pravý diagram napätia cez filtračný kondenzátor pozostávajúci zo segmentov odrážajúcich periodicky opakované nabíjanie / vybíjanie. Modrá krivka ukazuje priemernú hodnotu napätia na výstupe meniča. Horizontálna časť tejto krivky znázorňuje režim stabilizácie výstupného napätia - Ust.
Modulácia šírky impulzov (PWM)
Ak je doba opakovania impulzu konštantná, to znamená, keď sa frekvencia impulzov nemení, modulácia sa vykonáva zmenou trvania impulzu, pričom trvanie prestávok je nepriamo proporcionálne. Princíp je trochu podobný modulácii frekvenčného impulzu.
Šírka impulzu modulácie je znázornený na obrázku 7. Na rozdiel od PFM, je doba opakovanie pulzu T je konštantná, ale doba trvania pulzu v poriadku t1, t4, tn sa líši v závislosti na požadovanej úrovni modulovaného výstupnej veličiny.
Rozdiel medzi zvažovanými metódami umožňuje použiť rôzne riešenia obvodov na vykonanie jednej úlohy.
Použitie frekvenčnej alebo pulznej šírky modulácie môže obmedziť, stabilizovať alebo dynamicky upraviť výstupnú hodnotu. Obrázok 8 znázorňuje príklady kontroly PFM a PWM.
Obvod impulzných meničov
Vzhľadom k obvodu na obrázkoch 4 a 5, je možné dávať pozor na Veľkou nevýhodou tohto riešenia: prostredníctvom štrkového rezistora Rb prúd tečie v uzavretom spôsobom úmerný úbytku napätia na ňom. Výsledkom je, že rezistor rozptýli časť energie vo forme tepla a to znamená zníženie účinnosti. Aby sme túto nevýhodu prekonali, namiesto odporového odporu impulzných obvodov Používajú sa indukčné prvky - tlmivky a impulzné transformátory.
Škrtiaca klapka obmedzuje nárast prúdu pozdĺž dopredného (stúpajúceho) okraja impulzu. Z otočného cievky do obvodu až do úplného nasýtenia magnetického jadra, je tu uložený energiu vo forme magnetického poľa. Po úplnom nasýtení jadra, aj v prípade, že prúd stále zvyšovať, škrtiaca klapka nie je schopný uložiť viac energie, čo má za následok energie začína byť uvoľnená vo forme tepla, ktoré môžu spôsobiť straty a znižovať účinnosť. Preto musí byť obvod vypočítaný tak, aby maximálna dĺžka impulzu bola obmedzená na okamih plnej saturácie. Keď sa plyn otvoreného obvodu na koncovej (klesajúci) okraje pulzného magnetického poľa v dôsledku ukončenia sýtiča prúdu rýchlo klesá. Zníženie magnetické pole spôsobí, že sa vzhľad na koncoch vinutia magnetického napäťového impulzu indukčné tlmivka opačnej polarity vzhľadom k napätím v priebehu pretekajúcej tlmivkou prúdu. Toto napätie sa môže prepínať tak, aby sa použila energia impulzu na napájanie zaťaženia. Vzhľadom k tomu, plynu obmedzením prúdu ukladá energie, a medzi impulzy môže sprostredkovávať zásobníkov energie záťaže, alebo sa vrátiť do primárneho zdroja. V dôsledku toho dochádza k zníženiu energetických strát s výrazným poklesom výstupného napätia vzhľadom na vstupné napätie, dokonca aj pri silnom zaťažení.
Vzhľad impulzu spätného EMF vo vinutí cievky sa môže použiť nielen na zvýšenie účinnosti zariadenia, keď je napätie obmedzené, ale aj na zvýšenie výstupného napätia vzhľadom na vstupné napätie.
Nevýhodou škrtiacich meničov je nemožnosť galvanického oddelenia výstupu od primárneho zdroja napájacieho napätia. Galvanické oddelenie môže byť vybavené impulznými transformátormi so samostatným vinutím primárneho (napájacieho) a sekundárneho napätia. Obvody transformátora môžu pracovať v režime s jedným cyklom (režim škrtiacej klapky) a v režime push-pull.
Typické obvody kaskád impulzných meničov s použitím indukčných prvkov - tlmivky a impulzné transformátory
Schémy výstupných stupňov jednofázových meničov jednosmerného napätia s škrtiacou klapkou
DC škrtiaci invertor
Obrázok 9 znázorňuje výstupný stupeň. SA1 je spínač ovládaný obvodom. Keď je kľúč zapnutý v počiatočnom čase, rozdiel v napätí napájacieho zdroja vzhľadom na výstupné napätie sa aplikuje na škrtiacu klapku. Potom, keď je tlmivka zmagnetizovaná, prúd cez ňu sa postupne zvyšuje a pokles napätia cez ňu klesá. Keď prúd preteká cez tlmivku, je naplnený filtračný kondenzátor C1 a tlmivka akumuluje energiu v magnetickom poli jadra. Keď je kľúč otvorený na koncoch vinutia L1, dôjde k impulzu spätného napätia. Keď je v systéme spätného EMP, pulzná dióda DV1 prepne uvoľnenú svorku navíjania s mínus C1. Výsledkom toho je, že uložená energia v magnetickom poli škrtiacej klapky sa nestratí, ale je vyčerpaná na dodatočný náboj filtračného výstupného kondenzátora v intervaloch medzi impulzmi.
Zosilňovač DC prevodníka
Keď je obvod pripojený (obr.10) k primárnemu zdroju konštantného napätia, je nabitý kondenzátor C1 cez reaktor L1 a diódu (Schottkyho dióda) DV1. Napätie na ňom dosiahne napätie zdroja energie, mínus pokles napätia na škrtiacej klapke a diódu.
Škrtiaca klapka sa vypočíta tak, že keď je kľúč SA1 počas prevádzky na brehu otvorený, zaťažovací prúd nevedie k výraznému nasýteniu jadra škrtiacej klapky.
Na uzavretie spínača SA1 sa aplikuje na sýtič napájacie napätie, prúd zvyšuje skrz, a akumuluje energiu v jadre magnetického poľa až do úplného nasýtenia. Dióda VD1 zatvára kľúč pod pôsobením spätného napätia, okrem uzáveru kondenzátora C1.
Po určitom nasýtení jadra sa otvorí kľúč.
V okamihu otvorenia kľúča na škrtiacej klapke vzniká napäťový impulz reverznej polarity. Na anóde oddelení diódy zobrazí rovná napätie súčtu napätie na primárny zdroj energie a pulzného napätia na induktora. Otvorí sa dióda a nabíja kondenzátor C1.
Vzhľadom k tomu, že v čase otvorenia škrtiacej klapky impulzu reverznej spínač napätia vytvára zvýšenie napätia primárneho zdroja, výstup prevodníka, môžeme dostať napätie vyššie, než je napätie primárneho zdroja.
Na základe tejto schémy je možné vytvoriť konvertory s regulované napätie výstup, ale nastavenie je možné len z napätia primárneho zdroja, čo obmedzuje rozsah tohto riešenia.
Príklad tranzistorových obvodov výstupných stupňov škrtiacich meničov
Vykonávať experimenty na uvažovaných snímačov škrtiace typu možno namontovať stupňov obvodu tranzistora znázornených na obrázkoch 11 a 12.
Nenasýtený impulzný transformátor
Pri aplikácii na monopolárnu napätie pulzného transformátora v dôsledku prudkého charakteristike hysteréznej slučky, zostatková napätie v jadre nie je odstránená, a pri každom nasledujúcom impulze dosiahne hodnotu, pri ktorej je zmena magnetického poľa od začiatku až do konca pulzu zanedbateľný. Vzhľadom k tomu, prenos energie v transformátore je vykonávané zmenou magnetického poľa, ktorého veľkosť je výrazne znížená, keď je jadro magnetizovaná jednostranne znižuje množstvo energie, ktorá je schopná sprostredkovať transformátora v jednej operácii obdobia, tj. jeho efektívnosti. V takýchto prípadoch sa to niekedy hovorí transformátor je nasýtený konštantnou zložkou magnetizačného prúdu.
Vo svojej podstate, transformátor s otvoreným magnetickým jadrom je škrtiaca klapka s prítomnosťou sekundárnych vinutia.
V práci konvertorov s jedným cyklom sa rozlišujú dve fázy cyklu:
- excitácia EMF vzájomnej indukcie v sekundárnom vinutí pri zvýšení magnetického toku sa zvyšuje primárneho prúdu (magnetovanie jadrá);
- excitácia EMF vzájomnej indukcie v sekundárnom vinutí pri rozpade intenzity magnetického toku nulovania primárny prúd (odmagnetovať jadro).
Odstránenie užitočného výkonu zo sekundárneho vinutia je účelné buď v prvej fáze cyklu, alebo v druhej fáze. Keď je užitočné zaťaženie sekundárneho vinutia v prvom prevodníka fáza sa nazýva "forward", druhý - "flyback".
Priamy konvertor s nenasýteným impulzným transformátorom
Obrázok 13 znázorňuje diagram výkonového stupňa prevodníka impulzov doprednej dráhy.
Keď sa otvorí kľúč VT1, keď sa použije riadiaci impulz, napájacie napätie sa aplikuje na primárne vinutie T1. Primárny prúd sa začína zvyšovať, keď sa jadro nasýti. V tomto okamihu, zvýšenie magnetického toku jadra spôsobí, že indukčné napätie na sekundárnom vinutí polarity, pri ktorej spínacia dióda VD1 je otvorený, nabíja sa kondenzátor C1 a napájanie záťaže.
Keď je zablokovaný kľúč VT1, cez primárne vinutie prúd vyteká, čo intenzity magnetického poľa sa začne meniť v opačnom smere, to znamená pokles. Zníženie intenzity magnetického jadra indukuje tok v sekundárnom vinutí napätie obrátenej polarity, pri ktorej sa VD1 dióda uzavretý. Obe vinutia nie sú načítané, a v dôsledku toho sú konce všetkých vinutia môže byť napäťový impulz je niekoľkokrát veľkosť primárneho zdroja napätia. Tento impulz môže poškodiť aj pulznú diódu, ak prekročí maximálne spätné napätie, a tranzistorový kľúč, Tieto obvody preto musia byť doplnené ochrannými obvodmi.
Metódy ochrany sa môžu meniť, obrázok zobrazuje iba jednu z možných možností. Tu, v čase, keď impulz spätného prepäťová otvorí VDD SNUBBER dióda, SNUBBER kondenzátor bočníky Cg výsledok reťazcom Primárne vinutia pri priechode ostrého napäťového pulzu, a odpor Rd trochu znižuje množstvo celkového napäťového impulzu.
Spätný konvertor s nenasýteným impulzným transformátorom
Obvod na obrázku 14 opakuje obvod na obrázku 13. Rozdiel je v tom, že sekundárne vinutie má zmenu v termináloch. Ak ste si už všimli znaky "*" obrázkov vinutia T1, mnohí z vás si to mysleli bežné označenie začiatok vinutia.
Teraz, pri otvorení spínača v primárnom vinutí prúd začne zvyšovať c magnetizáciu jadra, ale v sekundárnom vinutí indukovaného napätia diódy VD1 zavrie, a všetky energie (s výnimkou strát) sa prenáša cez primárne vinutie bude hromadiť v magnetickom poli jadra, kým sa úplne nasýtené. Pri uzamknutie kľúča cez primárne vinutie súčasnej vyteká, a v sekundárnom indukovaného napätia obrátenej polarity, ktorý sa otvorí VD1 diódu, nabíjací kondenzátor C1 a napájanie záťaže.
V tomto prípade sme užitočného zaťaženia sa odstráni zo sekundárneho vinutia počas demagnetizácie jadra počas progresie striedača pracovného cyklu. Preto meno - "flyback".
S reverznými fázami pri konštantnom zaťažení meniča je aktívny, a v primárnom vinutí by mala byť nebezpečné nárast po otvorení primárneho okruhu. Ale keď záťaž má premenlivú povahu, potom pri voľnobehu môže kľúč zlyhať. Za týmto účelom musí byť uvažovaná schéma doplnená ochranným reťazcom podobným diagramu na obrázku 13.
Schémy kaskád jedno- cyklických konvertorov, ktoré sú uvedené vyššie, sú vhodné len v rozsahu malých síl, približne do 100 VA.
Schémy výstupných stupňov impulzných meničov jednosmerného napätia s použitím impulzných transformátorov
Silové transformátory sú kľúčovým prvkom zariadení na konverziu napájacieho napätia. Ako sme už uviedli, režimy s jedným cyklom spôsobujú výrazné obmedzenia ich použitia a účinnosti. Pre úplnejšie využitie všetkých užitočných vlastností impulzných transformátorov sa používajú schémy push-pull konverzie, To umožňuje nielen zvýšiť účinnosť, ale aj vo veľkej miere aj výkon meniča.
Pozrime sa na tri základné schémy výkonových kaskád dvojtaktných impulzných konvertorov.
Schéma výkonového stupňa dvojtaktného pulzného meniča s výstupom stredného bodu primárneho vinutia
Obvod na obrázku 15 používa impulzný transformátor T1 s dvoma primárnymi vinutiami I a II, ktoré sú spojené v sérii, t.j. koniec jedného vinutia je pripojený na začiatok druhej. Toto spojenie tvorí stred, do ktorého je pripojený jeden z pólov napájacieho zdroja, v tomto prípade kladný. Voľné svorky primárneho vinutia sú pripojené k opačnému pólu zdroja energie cez spínaciu sila kľúče VT1 a VT2.
Kompletný cyklus prevádzky tohto obvodu spočíva v striedavom zapojení vinutia I a II do napájacieho obvodu. Napríklad pri otvorení kľúča VT1 vinutie I excituje magnetický tok v jadre určitého sily magnetického poľa. Pri zatváraní VT1 je magnetický tok jadra zoslabený na zvyškovú hodnotu. Toto je prvý krok práce. Ďalej sa otvorí kľúč VT2, pričom cez vinutie II začína tečúcou prúd vytvára magnetický tok opačnom smere vo vzťahu k prvému opatrenia. Zároveň sa jadro dokáže úplne demagnetizovať a potom nasýtiť znovu magnetickým tokom opačnej polarity. Keď je kľúč VT2 zatvorený, magnetický tok sa tiež znižuje na zostatkovú hodnotu. Toto je druhý cyklus hodinového meniča.
Práca v režime dvojdobého umožňuje plné využitie pulzných transformátorov, ktoré majú jadro s vysokou magnetickou permeabilitou, a nevyžaduje zavedenie nemagnetické medzery v magnetickom obvode.
Ak máte zhrnúť podstatu vykonávaní konverzie transformátora push-pull je - periodická zmena smeru prúdu v primárnom vinutí.
Polovičný okruh výkonovej kaskády dvojtaktného pulzného meniča
V okruhu polovičného mostíka (obr. 16) je prúd v primárnom vinu vytvorený dobíjaním kondenzátorov C2 a C3.
Kým obaja spínače sú uzavreté po napájacieho napätia, sa horné a dolné rameno polovice mostíka kondenzátory C2 a C3 sú účtované približne rovnomerne, a vytvorené na spoločné svorke napätím sa približne rovná polovici napájacieho napätia.
Pri otváraní VT1 kľúča vršok (označené "*") primárneho vinutia Aj je pripojený ku kladnému pólu zdroja prúdu. V tomto prípade začne kondenzátor C2 vybíjať a C3 sa nabíja. Potenciál spoločného bodu kondenzátorov bude tendenciu byť ťahaný na kladný pól primárneho zdroja energie.
Pri uzavretí otvoru VT1 a VT2 jazyku vinutie sa prepne z pozitívneho na záporný pól primárneho zdroja. V takomto prípade bude pozorovaný symetrický postup, ktorý bol predtým zvážený - C3 bude vybitý a C2 bude účtovaný. Ich spoločný bod s primárnym vinutie bude tendenciu byť vytiahnutý do mínus dodávky.
V dôsledku vyššie popísaných dvoch cyklov prevodníka, bude smer striedavého elektrického prúdu sa generuje v primárnom vinutí, bude iniciovať striedavý magnetický tok v jadre transformátora, a tok indukuje striedavé napätie na sekundárnom vinutí.
Vo chvíľach komutácie na primárnom vinutia záveroch, ktoré sa môžu objaviť napäťové impulzy, ktoré môžu poškodiť kľúče, a tak, aby bola chránená obe tlačidlá sú premostená ochranné diódy VD1 a VD2.
Mostový obvod výkonovej kaskády dvojtaktného impulzného meniča
Mostový mostík (mostík) sa skladá zo štyroch ramien vytvorených kľúčmi VT1-VT4. Most má dve uhlopriečky. Jedna diagonálna časť je pripojená k primárnemu zdroju napájania. Primárne vinutie I impulzného transformátora T1 je pripojené k druhej uhlopriečke.
Pre vytvorenie primárne vinutie striedavého magnetického toku v jadre transformátora sa vyrába striedavo prepínanie párov VT1 kľúče, VT4 a VT2, VT3.
Ochranné diódy VD1, VD2, VD5 a VD6 keď spínacie impulz cez primárne vinutie jej dochádzať, takže žiadny náklad je odstránený energia magnetického poľa sa vracia do primárny zdroj energie.
Dead time (pauza)
Pri vyberaní riadiaceho signálu trvá tranzistor určitý čas, kým sa úplne zatvorí. V prípade, že kľúč (dvojica kľúčov v mostíkovom zapojení) nemusí byť uzavretý alebo nie je úplne uzavretý, a otvorí sa druhý kľúč (pár kľúčov), zdroj primárneho napájacieho obvodu je odsunutý vytvorený verejný kľúč. V tomto prípade tranzistory pridelia značné množstvo tepla, pracujú v režime preťaženia alebo dokonca zlyhajú. Aby sa tomu zabránilo, medzi beatov umožniť vstup špeciálne prestávky - čas potrebný na dokončenie zamykanie klávesov v hotovom výfukovom zdvihu. Tento čas sa nazýva "mŕtvy pauza" alebo "mŕtvy čas".
Režimy regulácie a stabilizácie
Pre všetky zvažované schémy pulzných meničov je charakteristický všeobecný princíp organizácie procesu regulácie a stabilizácie výstupných parametrov - impulzná modulácia, Obrázok 18 znázorňuje blokové schéma organizácie procesu konverzie s riadením výstupného napätia a prúdu.
Primárny zdroj napájania PI dodáva s energiou schému modulácie impulzov SIM a výstupnú fázu VC. Obvod impulznej modulácie generuje riadiaci signál vysielaný na riadiacom kanáli riadiacej jednotky. Výstupná fáza VC ako výsledok premeny napájacieho napätia primárneho zdroja UI generuje napätie na zaťažení H riadené obvodom monitorovania napätia SCN. Záťažový prúd je monitorovaný obvodom monitorovania prúdu CTK. Riadiace schémy na spätnoväzbových kanáloch COST a COSF vytvárajú informačné signály na vstupoch schémy modulácie impulzov SIM karty. Na základe týchto signálov SIM vytvára potrebné charakteristiky riadiaceho signálu napájaného riadiacim kanálom CU do výstupného stupňa VC.
Táto bloková schéma odzrkadľuje najkomplexnejšiu verziu meniča, ktorá dokáže ovládať a ovládať niekoľko parametrov naraz, ako napríklad prúd, napätie a záťaž. V niektorých prípadoch postačuje jednoduchšia verzia. Napríklad, kde sa vyžaduje len regulácia napätia, je možné vylúčiť prúdový riadiaci obvod, povedzme, pre napájanie nízkeho napätia elektronické zariadenie, Tam, kde je potrebné len sledovanie prúdu, je možné vynechať obvody riadenia napätia, ktoré sa zvyčajne vyžadujú pri vytváraní napájacích zdrojov pre matrice LED. Kompletný obvod s riadením napätia a prúdu môže byť užitočný pre vývoj chargers, keď je potrebné obmedziť súčasné aj maximálne prípustné napätie, alebo vo všeobecnosti na vytvorenie zložitejších algoritmov na prevádzkovanie konverzie pomocou obvodov mikrokontrolérov.
záver
Pri impulzovej technológii existuje množstvo odtieňov, ktoré je potrebné vziať do úvahy pri návrhu, ale ide o užšie témy, ktoré je potrebné riešiť v konkrétnych riešeniach. Poskytnuté informácie sú všeobecné, zisťujú skutočnosti. V jednom článku nie je možné pokryť všetky rozmanitosti a exotické obvody. Ale akékoľvek zariadenie, ktoré nemusíte zvážiť, základné princípy sú prakticky nezmenené. Preto, keď ste sa naučili základy, určite pochopíte obvody akejkoľvek zložitosti.
S pozdravom, Michail Stashkov.