محولات الجهد نبض بسيط

يجد الكثير من أصحاب المبتدئين صعوبة في تحديد نوع مصدر الطاقة ، لكنه ليس صعبًا للغاية. تتمثل الطرق الرئيسية لتحويل الجهد في استخدام أحد خياري الدوائر:

• محول.

• إمدادات الطاقة Transformerless.

بدوره ، تختلف المحولات في نوع الدائرة:

• أنابيب رئيسية ، مع محول يعمل على تردد 50 هرتز ؛

• نبض ، مع محول يعمل على ترددات عالية (عشرات الآلاف من هرتز).

يمكن أن تزيد دوائر نبض الإمداد بالطاقة من الكفاءة الإجمالية للمنتج النهائي ، وذلك عن طريق تجنب الخسائر الثابتة على المثبتات الخطية والعناصر الأخرى.

دوائر محولة

إذا كانت هناك حاجة للطاقة من مصدر طاقة منزلي بقوة 220 فولت ، فيمكن تشغيل أبسط الأجهزة من مصادر الطاقة باستخدام عناصر الصابورة لخفض الجهد. ومن الأمثلة المعروفة على نطاق واسع لمصدر الطاقة هذا دائرة مكثف الصابورة.

ومع ذلك ، هناك عدد من السائقين مع المدمج في تحكم PWM ومفتاح الطاقة لبناء محول باك نبض النبض ، وهذه هي شائعة جدا في المصابيح الكهربائية LED وغيرها من التكنولوجيا.

في حالة الطاقة من مصدر تيار مباشر ، على سبيل المثال ، البطاريات أو البطاريات الكلفانية الأخرى ، استخدم:

• مثبت الجهد الكهربائي الخطي (عامل استقرار متكامل من نوع KREN أو L78xx مع أو بدون ترانزستور تغذية ، ومثبت حدودي من صمام ثنائي زينر وترانزستور)

• محول النبض (تنحى - BUCK ، تصعيد - BOOST ، أو تصعيد - BUCK-BOOST)

ميزة امدادات الطاقة والمحولات المحولات هي كما يلي:

• ليست هناك حاجة لرياح المحول ، ويتم التحويل بواسطة الخانق والمفاتيح ؛

• والنتيجة السابقة هي الأبعاد الصغيرة لمصادر الطاقة.

العيوب:

• يؤدي عدم وجود عزل كلفاني ، في حالة حدوث خلل في المفاتيح ، إلى ظهور جهد مصدر الطاقة الأساسي. هذا أمر بالغ الأهمية خاصة إذا لعبت دورها بواسطة شبكة 220 فولت ؛

• خطر الصدمة الكهربائية ، نتيجة للاقتران كلفاني.

• أبعاد كبيرة من محث على محولات عالية الطاقة يلقي ظلالا من الشك على جدوى استخدام هذه طوبولوجيا إمدادات الطاقة. مع مؤشرات الوزن والحجم المقارنة ، يمكنك استخدام محول ، معزول المجلفن محول.

الأصناف الرئيسية لتحويل محولات الجهد

في الأدب المحلي ، غالبًا ما يتم العثور على الاختصار "IPPN" ، والذي يشير إلى: نبض تنحى (أو تصعيد ، أو كليهما) محول الجهد

كأساس ، يمكن تمييز ثلاثة مخططات أساسية.

1. IPPN1 - محول التنحي ، في الأدب الإنجليزي - BUCK DC CONVERTER أو Step-down.

2. IPPN2 - محول Boost ، في الأدب الإنجليزي - BOOST DC CONVERTER أو Step-up.

3. IPPN3 - محول عكسي مع إمكانية زيادة وتقليل الجهد ، BUCK-BOOST DC CONVERTER.

كيف يعمل محول باك النبضي؟

لنبدأ بالنظر في مبدأ تشغيل المخطط الأول - IPPN1.

 

في المخطط ، يمكن تمييز دائرتي طاقة:

1. يتم توفير "+" من مصدر الطاقة من خلال مفتاح خاص (ترانزستور من أي نوع من الموصلية المقابلة) إلى Lн (خنق التخزين) ، ثم يتدفق التيار عبر الحمل إلى مصدر الطاقة "-".

2. تتكون الدائرة الثانية من الصمام الثنائي Д ، خنق Lн والتحميل المتصل

عندما يكون المفتاح مغلقًا ، يمر التيار عبر الدائرة الأولية ، ويتدفق التيار عبر المحث ، وتتراكم الطاقة في مجاله المغناطيسي. عندما نقوم بإيقاف (فتح) المفتاح ، يتم تبديد الطاقة المخزنة في الملف في الحمل ، بينما يتدفق التيار عبر الدائرة الثانية.

الجهد في الإخراج (تحميل) من هذا المحول هو

Uout = Uin * Ku

Ku هو معامل التحويل ، الذي يعتمد على دورة العمل لنبضات التحكم في مفتاح الطاقة.

كو = Uout / Uin

دورة العمل "D" هي نسبة الوقت الذي يكون فيه المفتاح مفتوحًا لفترة PWM. يمكن أن تأخذ "D" القيم من 0 إلى 1.

هام: بالنسبة إلى STI1 Ku = D. هذا يعني أن حدود التنظيم لهذا المثبت متساوية تقريبًا - 0 ... Uout.

يشبه الجهد الناتج لمثل هذا المحول في القطبية جهد الدخل.

كيف نبض تحويل الجهد المحول

IPPN2 - قادر على زيادة الجهد من الجهد الكهربائي إلى قيمة أعلى عشر مرات منه. من الناحية التخطيطية ، يتكون من نفس العناصر السابقة.

أي محول من هذا النوع لديه في تكوينه ثلاثة مكونات نشطة رئيسية:

• المفتاح المُدار (ثنائي القطب ، الحقل ، الترانزستورات IGBT ، MOSFET);

• مفتاح غير متحكم فيه (ديود المعدل) ؛

• الحث التراكمي.

التيار يتدفق دائما من خلال الحث ، فقط يتغير حجمها.

لفهم مبدأ تشغيل هذا المحول ، يجب أن تتذكر قانون التبديل للمحث: "التيار من خلال المحث لا يمكن أن يتغير على الفور."

يحدث هذا بسبب ظاهرة مثل EMF الاستقراء الذاتي أو مكافحة EMF. نظرًا لأن المجال الكهرومغناطيسي للمحاثة يمنع حدوث تغيير مفاجئ في التيار ، يمكن تمثيل الملف كمصدر للطاقة. ثم في هذه الدائرة ، عندما يغلق المفتاح من خلال الملف ، يبدأ تيار كبير في التدفق ، ولكن كما قيل بحدة ، لا يمكن أن يزداد.

مكافحة EMF هي ظاهرة عندما تظهر EMF في نهايات الملف عكس ما يتم تطبيقه. إذا قمت بتقديم هذا في الرسم التخطيطي للوضوح ، فسيتعين عليك تخيل المحث في شكل مصدر EMF.

يشير الرقم "1" إلى حالة الدائرة عند إغلاق المفتاح. يرجى ملاحظة أن مصدر الطاقة والرمز EMF لفائف متصلة في سلسلة مع المحطات الإيجابية ، أي يتم طرح قيم EMF الخاصة بهم. في هذه الحالة ، يمنع الحث مرور التيار الكهربائي ، أو يبطئ نموه بالأحرى. مع نموها ، بعد فترة زمنية محددة ثابتة ، تنخفض قيمة المضاد الكهرومغناطيسي المضاد ، ويزداد التيار من خلال الحث.

الانحدار الغنائي:

يتم قياس قيمة EMF من الاستقراء الذاتي ، مثل أي EMF أخرى ، في فولت.

خلال هذه الفترة الزمنية ، يتدفق التيار الرئيسي على طول الدائرة: مفتاح غلق مصدر الطاقة.

عندما يفتح المفتاح SA ، الدائرة 2. يبدأ التيار بالتدفق على طول هذه الدائرة: تحميل مصدر الطاقة الحث-ديود. منذ مقاومة الحمل ، في كثير من الأحيان أكثر بكثير من مقاومة قناة الترانزستور مغلقة. في هذه الحالة ، مرة أخرى - لا يمكن للتيار المتدفق خلال الحث أن يتغير فجأة ، فإن الحث يسعى دائمًا إلى الحفاظ على اتجاه وحجم التيار ، وبالتالي ، فإن المضاد EMF يظهر مرة أخرى ، ولكن في قطبية عكسية.

لاحظ كيف يتم توصيل أقطاب مصدر الطاقة و emf التي تحل محل الملف في المخطط الثاني. يتم توصيلها في سلسلة بواسطة أقطاب متقابلة ، ويتم إضافة قيم هذه EMF.

وبالتالي ، يحدث زيادة في الجهد.

أثناء عملية تخزين طاقة الحث ، يتم تشغيل الحمل بالطاقة التي تم تخزينها مسبقًا في مكثف التنعيم.

معامل التحويل في IPPN2 هو

كو = 1 / (1-D)

كما يتضح من الصيغة - كلما كانت D أكبر في دورة التشغيل ، كلما زاد جهد الخرج. قطبية انتاج الطاقة هو نفس المدخلات لهذا النوع من المحول.

كيف محول الجهد العكسي

يعد محول الجهد العكسي جهازًا مثيرًا للاهتمام إلى حد ما ، لأنه يمكن أن يعمل في وضع خفض الجهد وفي وضع التعزيز. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن قطبية الجهد الناتج لها عكس المدخلات ، أي الإيجابية المحتملة على السلك المشترك.

كما أن الانعكاس ملحوظ في الاتجاه الذي يتم فيه تشغيل الصمام الثنائي D. ويشبه مبدأ التشغيل نوعًا ما IPPN2. في الوقت الذي يكون فيه المفتاح T مغلقًا ، تحدث عملية تجميع الطاقة الحثية ، ولا تدخل الطاقة من المصدر في الحمل بسبب الصمام الثنائي D. عندما يتم إغلاق المفتاح ، تبدأ طاقة المحاثة في التبديد في الحمل.

يستمر التيار في التدفق من خلال الحث ، يحدث EMF من الاستقراء الذاتي ، موجه بطريقة تتشكل قطبية معاكسة لمصدر الطاقة الأساسي في نهايات الملف. أي عند تقاطع باعث الترانزستور (استنزاف ، إذا مجال تأثير الترانزستور) ، الكاثود من الصمام الثنائي ونهاية لف لفائف يشكل احتمال سلبي. في الطرف المقابل ، على التوالي ، هو إيجابي.

عامل التحويل IPPN3 يساوي:

كو = د / (1 د)

عن طريق الاستبدال البسيط لعامل التعبئة في الصيغة ، نقرر أن هذا المحول يصل إلى D 0.5 ، ويعمل كمحول سفلي ، ومن الأعلى - كمحول up.

كيفية السيطرة على هذا المحول؟

من الممكن وصف جميع الخيارات لإنشاء وحدات تحكم PWM لفترة طويلة إلى ما لا نهاية ؛ يمكن كتابة عدة مجلدات من الأدبيات الفنية حول هذا الموضوع. أريد أن أقصر نفسي على سرد بعض الخيارات البسيطة:

1. تجميع دائرة متعددة الهزاز غير المتماثلة. بدلاً من VT3 ، يتم توصيل الترانزستور في دوائر IPPN.

2. خيار أكثر تعقيدًا قليلاً ، ولكنه أكثر استقرارًا من حيث التردد ، هو PWM على NE555 (انقر على الصورة للتكبير).

إجراء تغييرات على الدائرة ، VT1 هو الترانزستور ، ونحن تغيير الدائرة بحيث في مكانها هناك IPPN الترانزستور.

3. الخيار للاستخدام متحكم، بحيث يمكنك أيضًا القيام بالعديد من الوظائف الإضافية ، فهي ستعمل بشكل جيد للمبتدئين ميكروكنترولر AVR. هناك فيديو تعليمي رائع حول هذا الموضوع.

النتائج

تعد محولات الجهد الكهربي موضوعًا مهمًا جدًا في صناعة إمدادات الطاقة للمعدات الإلكترونية. يتم استخدام هذه الدوائر في كل مكان ، ومؤخرًا ، مع نمو "محلي الصنع" أو لأنه من المألوف الآن استدعاء "DIY" وشعبية موقع aliexpress ، أصبحت هذه المحولات شائعة بشكل خاص وفي الطلب ، يمكنك طلب لوحة دوائر جاهزة أصبحت بالفعل محولًا كلاسيكيًا لـ LM2596 وما شابه ذلك لبضعة دولارات فقط ، في حين يمكنك الحصول على القدرة على ضبط الجهد أو التيار ، أو كليهما.

 

لوحة شعبية أخرى هي mini-360

قد تلاحظ أنه لا يوجد ترانزستور في هذه الدوائر. الحقيقة هي أنها مدمجة في الرقاقة ، باستثناء أنه يوجد جهاز تحكم PWM ودوائر تغذية مرتدة لتحقيق الاستقرار في الجهد الناتج ، وأكثر من ذلك. ومع ذلك ، يمكن تضخيم هذه الدوائر عن طريق تثبيت الترانزستور إضافية.

إذا كنت مهتمًا بتصميم دائرة تناسب احتياجاتك ، يمكنك قراءة المزيد عن نسب التصميم في الأدبيات التالية:

• "مكونات لبناء مصادر الطاقة" ، ميخائيل بابورين ، أليكسي بافلنكو ، مجموعة شركات Symmetron

• "محولات الترانزستور المستقرة" معين ، Energoatomizdat ، M. 1986.