Paprasti transformatorių impulsų įtampos keitikliai

Daugeliui pradedančiųjų žiurkėnų sunku nustatyti maitinimo tipą, tačiau tai nėra taip sunku. Pagrindiniai įtampos konvertavimo metodai yra naudoti vieną iš dviejų grandinių variantų:

• Transformatorius;

• Transformatorių maitinimo šaltiniai.

Savo ruožtu transformatoriai skiriasi grandinės tipu:

• Maitinimo įtampa su transformatoriumi, veikiančiu 50 Hz dažniu.

• Impulsas, turintis transformatorių, veikiantį dideliais dažniais (dešimtys tūkstančių Hz).

Maitinimo šaltinių impulsinės grandinės gali padidinti bendrą galutinio produkto efektyvumą, išvengiant statinių linijinių stabilizatorių ir kitų elementų nuostolių.

Transformatorių grandinės

Jei reikia maitinimo iš 220 V buitinio maitinimo šaltinio, paprasčiausius prietaisus galima įjungti iš maitinimo šaltinių, naudojant balastinius elementus, kad būtų sumažinta įtampa. Plačiai žinomas tokio energijos šaltinio pavyzdys yra balasto kondensatoriaus grandinė.

Tačiau yra nemažai vairuotojų, turinčių įmontuotą funkciją PWM valdiklis ir maitinimo klavišą be transformatoriaus impulsų įtaiso keitikliui sukurti LED lemputės ir kitos technologijos.

Jei maitinate iš nuolatinės srovės šaltinio, pavyzdžiui, baterijas ar kitas galvanines baterijas, naudokite:

• Linijinis įtampos stabilizatorius (integruotas KEN arba L78xx tipo stabilizatorius su tranzistoriumi arba be jo, parametrinis stabilizatorius iš Zenerio diodo ir tranzistoriaus)

• Impulsų keitiklis (mažinamas - BUCK, didinamas - BOOST arba didinamas - BUCK-BOOST)

Be transformatorių maitinimo šaltinių ir keitiklių pranašumai yra šie:

• Nebūtina transformuoti transformatoriaus, konvertavimas atliekamas droselio ir raktų pagalba;

• Ankstesnių pasekmė yra maži energijos šaltinių matmenys.

Trūkumai:

• Galvaninės izoliacijos nebuvimas, sutrikus raktų veikimui, sukelia pagrindinio energijos šaltinio įtampą. Tai ypač svarbu, jei jo vaidmenį atlieka 220 V tinklas;

• Elektros smūgio pavojus dėl galvaninės movos;

• Dideli didelės galios keitiklių induktoriaus matmenys abejoja šios maitinimo šaltinių topologijos panaudojimo galimybėmis. Turėdami palyginamus svorio ir dydžio rodiklius, galite naudoti transformatorių, galvaniškai izoliuotą keitiklį.

Pagrindinės įtampos keitiklių perjungimo veislės

Šalies literatūroje dažnai sutinkama santrumpa „IPPN“, reiškianti: Įtampos keitiklis impulsiniu žingsniu žemyn (arba padidinamas, arba abu)

Kaip pagrindą galima išskirti tris pagrindines schemas.

1. IPPN1 - „Down-down“ keitiklis, anglų literatūroje - „BUCK DC CONVERTER“ arba „Down-down“.

2. IPPN2 - „Boost“ keitiklis, anglų literatūroje - „BOOST DC CONVERTER“ arba „Step-up“.

3. IPPN3 - keitiklio keitiklis su galimybe tiek didinti, tiek mažinti įtampą, „BUCK-BOOST DC“ konverteris.

Kaip veikia impulsinis keitiklis?

Pradėkime nuo pirmosios schemos veikimo principo - IPPN1.

 

Schemoje galima išskirti dvi galios grandines:

1. „+“ iš maitinimo šaltinio tiekiamas per privatų raktą (bet kokio tipo atitinkamo laidumo tranzistorių) į Lн (kaupiamąjį droselį), tada srovė teka per apkrovą į „-“ energijos šaltinį.

2. Antroji grandinė suformuota iš diodas Д, droselis Lн ir prijungta apkrova Rн.

Kai raktas uždarytas, srovė praeina išilgai pirminės grandinės, srovė teka per induktorių, o energija kaupiasi jo magnetiniame lauke. Kai mes išjungiame (atidarome) raktą, ritėje kaupiama energija pasklinda į apkrovą, o srovė teka per antrąją grandinę.

Tokio keitiklio išėjimo įtampa (apkrova) yra

Uout = Uin * Ku

Ku yra perskaičiavimo koeficientas, kuris priklauso nuo maitinimo jungiklio valdymo impulsų darbo ciklo.

Ku = Uout / Uin

Darbo ciklas „D“ yra laiko, kai raktas yra atidarytas, PWM periodo santykis. „D“ reikšmės gali būti nuo 0 iki 1.

SVARBU: STI1 Ku = D. Tai reiškia, kad šio stabilizatoriaus reguliavimo ribos yra maždaug lygios - 0 ... Uout.

Tokio keitiklio išėjimo įtampa yra panaši į įėjimo įtampos poliškumą.

Kaip impulsą padidina įtampos keitiklis

IPPN2 - sugeba padidinti įtampą nuo maitinimo įtampos iki dešimtis kartų didesnės nei ji. Schematiškai ją sudaro tie patys elementai, kaip ir ankstesniame.

Bet koks šio tipo keitiklis turi savo sudėtį trys pagrindinės veikliosios medžiagos:

• Valdytas raktas (dvipolis, laukas, IGBT, MOSFET tranzistoriai);

• Nekontroliuojamas raktas (lygintuvo diodas);

• Kaupiamasis induktyvumas.

Srovė visada teka induktyvumu, keičiasi tik jos dydis.

Norėdami suprasti šio keitiklio veikimo principą, turite atsiminti induktoriaus perjungimo dėsnį: "Srovė per induktorių negali iškart pasikeisti."

Tai sukelia toks reiškinys kaip savaiminis indukcinis arba priešpriešinis EML. Kadangi elektromagnetinis induktyvumo laukas neleidžia staigiai pasikeisti srovei, ritė gali būti pavaizduota kaip energijos šaltinis. Tada šioje grandinėje, uždarius raktą per ritę, pradeda tekėti didelio masto srovė, tačiau, kaip aštriai buvo pasakyta, ji negali padidėti.

„Counter-EMF“ yra reiškinys, kai ritės galuose EML atrodo priešingai nei taikoma. Jei aiškumo dėlei pateiksite tai diagramoje, turėsite įsivaizduoti induktorių kaip EML šaltinio pavidalą.

Skaičius „1“ rodo grandinės būseną, kai raktas uždarytas. Atkreipkite dėmesį, kad maitinimo šaltinis ir simbolis EMF ritės yra sujungti nuosekliai su teigiamais terminalais, t. jų EML vertės atimamos. Tokiu atveju induktyvumas neleidžia praeiti elektros srovei, arba greičiau sulėtina jo augimą. Augant, po tam tikro pastovaus laiko intervalo, priešpriešinio EMF vertė mažėja, o srovė per induktyvumą didėja.

Lyrinis nukrypimas:

Savarankiškos indukcijos, kaip ir visos kitos, EML vertė matuojama voltais.

Šiuo laikotarpiu grandinė teka pagrindine srove: uždarytas energijos šaltinio raktas.

Kai atsidaro raktas SA, 2 grandinė. Išilgai tokios grandinės pradeda tekėti srovė: energijos šaltinio induktyvumo-diodo apkrova. Nuo atsparumo apkrovai dažnai žymiai daugiau nei uždaro tranzistoriaus kanalo varžos. Tokiu atveju vėlgi - induktyvumu tekanti srovė negali staigiai pasikeisti, induktyvumu visada siekiama išlaikyti srovės kryptį ir dydį, todėl vėl atsiranda priešpriešinis EMF, tačiau atvirkštiniu poliškumu.

Atkreipkite dėmesį, kaip antroje diagramoje yra sujungti maitinimo šaltinio ir EML šaltinio, pakeičiančio ritę, poliai. Jie yra sujungti nuosekliai priešingais poliais, o šių EML vertės yra sudedamos.

Taigi padidėja įtampa.

Induktyvinės energijos kaupimo metu apkrovą maitina energija, kuri anksčiau buvo kaupiama lyginimo kondensatoriuje.

Konversijos koeficientas, esant IPPN2, yra

Ku = 1 / (1-D)

Kaip galima pastebėti iš formulės - kuo didesnis D darbo ciklas, tuo didesnė išėjimo įtampa. Išėjimo galios poliškumas yra toks pat, kaip ir šio tipo keitiklio įėjimo.

Kaip veikia apverstos įtampos keitiklis

Invertuojantis įtampos keitiklis yra gana įdomus įrenginys, nes jis gali veikti tiek įtampos mažinimo, tiek padidinimo režimu. Tačiau verta manyti, kad jo išėjimo įtampos poliškumas yra priešingas įėjimui, t. teigiamas potencialas yra bendroje laidoje.

Apversmas taip pat pastebimas ta kryptimi, kuria įjungtas diodas D. Veikimo principas šiek tiek panašus į IPPN2. Tuo metu, kai raktas T uždaromas, vyksta induktyvumo energijos kaupimo procesas, energija iš šaltinio nepatenka į apkrovą dėl diodo D. Kai raktas uždarytas, induktyvumo energija krūvyje pradeda išsisklaidyti.

Srovė toliau teka per induktyvumą, atsiranda savaiminis indukcijos EMF, nukreiptas taip, kad ritės galuose susidarytų priešingybė pirminiam energijos šaltiniui. T. y. tranzistoriaus emiterio sankryžoje (nutekėti, jei lauko efekto tranzistorius), diodo katodas ir ritės apvijos galas sudaro neigiamą potencialą. Priešingame gale, atitinkamai, yra teigiamas.

Konversijos koeficientas IPPN3 yra lygus:

Ku = D / (1-D)

Paprastais užpildymo koeficiento pakeitimais į formulę mes nustatome, kad iki D vertės 0,5 šis keitiklis veikia kaip žemyn ir iš viršaus į aukštyn.

Kaip valdyti tokį keitiklį?

Galima be galo aprašyti visus PWM valdiklių konstravimo variantus, apie tai galima parašyti keletą tomų techninės literatūros. Noriu apsiriboti keletu paprastų variantų:

1. Surinkite asimetrinę multivibratoriaus grandinę. Vietoj VT3 IPPN grandinėse yra prijungtas tranzistorius.

2. Šiek tiek sudėtingesnis variantas, tačiau dažnio atžvilgiu stabilesnis PWM ant NE555 (spustelėkite norėdami padidinti paveikslėlį).

Atlikite pakeitimus grandinėje, VT1 yra tranzistorius, mes keičiame grandinę taip, kad jo vietoje būtų IPPN tranzistorius.

3. Galimybė naudoti mikrovaldiklis, taigi galite atlikti ir daugybę papildomų funkcijų, pradedantiesiems jie puikiai veiks AVR mikrovaldikliai. Yra puikus vaizdo įrašo pamoka apie tai.

Išvados

Perjungimo įtampos keitikliai yra labai svarbi tema elektroninės įrangos maitinimo šaltinių pramonėje. Tokios grandinės yra naudojamos visur, o pastaruoju metu populiarėjant „namie“ arba kaip dabar madinga vadintis „pasidaryk pats“ ir populiarėjant „aliexpress“ tinklalapiui, tokie keitikliai tapo ypač populiarūs ir paklausūs, galite užsisakyti gatavą plokštę, kuri jau tapo klasikiniu keitikliu LM2596 ir panašūs dalykai tik už porą dolerių, kol gausite galimybę reguliuoti įtampą ar srovę, arba abu.

 

Kita populiari plokštė yra „mini-360“

Galite pastebėti, kad šiose grandinėse nėra tranzistoriaus. Faktas yra tas, kad jis yra įmontuotas į lustą, be jo, yra PWM valdiklis, grįžtamojo ryšio grandinės išėjimo įtampai stabilizuoti ir dar daugiau. Tačiau šias grandines galima sustiprinti įdiegiant papildomą tranzistorių.

Jei jus domina jūsų poreikius atitinkančios grandinės projektavimas, tada daugiau apie projekto santykį galite perskaityti šioje literatūroje:

• „Statybinių energijos šaltinių komponentai“, Michailas Baburinas, Aleksejus Pavlenko, „Symmetron“ įmonių grupė

• „Stabilizuotų tranzistorių keitikliai“ V.S. Moinas, Energoatomizdat, M. 1986.