Yksinkertaiset muuntajattomat pulssijännitemuuntimet

Monien aloittelijoiden kinkkujen on vaikea määrittää virtalähteen tyyppi, mutta se ei ole niin vaikeaa. Pääjännitteen muuntamismenetelminä on käyttää yhtä kahdesta piirivaihtoehdosta:

• muuntaja;

• Transformerless virtalähteet.

Muuntajat puolestaan ​​eroavat piirityypeistä:

• Verkko, muuntajan toimiessa taajuudella 50 Hz;

• Pulssi, jossa muuntaja toimii korkeilla taajuuksilla (kymmeniä tuhansia Hz).

Teholähteiden pulssipiirit voivat lisätä lopputuotteen kokonaistehokkuutta välttämällä staattisia häviöitä lineaarisilla stabilisaattoreilla ja muilla elementeillä.

Muuntamattomat piirit

Jos tarvitaan virtaa 220 V: n kotitalousvirtalähteestä, yksinkertaiset laitteet voidaan kytkeä päälle virtalähteistä liitäntälaitteilla jännitteen alentamiseksi. Yleisesti tunnettu esimerkki tällaisesta virtalähteestä on liitäntälaitekondensaattoripiiri.

On kuitenkin olemassa useita ohjaimia, joissa on sisäänrakennettu PWM-ohjain ja virta-avaimen muuntajattoman pulssi-buck-muuntimen rakentamiseksi, nämä ovat hyvin yleisiä LED-lamput ja muu tekniikka.

Jos kyseessä on tasavirtalähde, esimerkiksi akut tai muut galvaaniset paristot, käytä:

• Lineaarinen jännitestabilisaattori (kiinteä KREN- tai L78xx-tyyppinen stabilisaattori, läpistransistorin kanssa tai ilman, parametrinen stabilisaattori zener-diodista ja transistori)

• Pulssimuunnin (askel alaspäin - BUCK, lisäys - BOOST tai lisäys - BUCK-BOOST)

Muuntamattomien teholähteiden ja muuntajien etu on seuraava:

• Muuntajaa ei tarvitse kääntää, muuntaminen suoritetaan kaasulla ja avaimilla;

• Edellisen seurauksena ovat virtalähteiden pienet mitat.

haittoja:

• Galvaanisen eristyksen puuttuminen avainten toimintahäiriöiden tapauksessa johtaa ensisijaisen virtalähteen jännitteen esiintymiseen. Tämä on kriittistä etenkin, jos sen roolia peittää 220 V verkko;

• Sähköiskun vaara galvaanisen kytkennän seurauksena;

• Induktorin suuret mitat suuritehoisissa muuntimissa kyseenalaistavat tämän virtalähteiden topologian toteutettavuuden. Vertailukelpoisilla painon ja koon osoittimilla voit käyttää galvaanisesti eristettyä muuntajaa.

Kytkentäjännitemuuntimien tärkeimmät lajikkeet

Kotimaisessa kirjallisuudessa löytyy usein lyhenne "IPPN", joka tarkoittaa: Pulse Step-down (tai step-up, tai molemmat) jännitemuunnin

Perustana voidaan erottaa kolme perusjärjestelmää.

1. IPPN1 - alaspäin muuntaja, englanninkielisessä kirjallisuudessa - BUCK DC CONVERTER tai Down-down.

2. IPPN2 - Boost Converter, englanninkielisessä kirjallisuudessa - BOOST DC CONVERTER tai Step-up.

3. IPPN3 - Invertoiva muunnin, jolla on mahdollisuus sekä lisätä että vähentää jännitettä, BUCK-BOOST DC -muunnin.

Kuinka pulssi-buck-muunnin toimii?

Aloitetaan harkitsemalla ensimmäisen järjestelmän toimintaperiaatetta - IPPN1.

 

Kaaviossa voidaan erottaa kaksi virtapiiriä:

1. "+" virtalähteestä syötetään yksityisen avaimen (minkä tyyppistä vastaavaa johtokykyä edustavan transistorin) kautta Lн: ään (varastointikuristin), sitten virta virtaa kuorman läpi "-" -virtalähteeseen.

2. Toinen piiri on muodostettu diodi Д, kaasuläppä Lн ja kytketty kuorma Rн.

Kun avain suljetaan, virta kulkee ensiöpiiriä pitkin, virta virtaa induktorin läpi ja energia kertyy sen magneettikentään. Kun sammutamme (avaamme) avaimen, kelaan varastoitu energia kuluu kuormaan, kun taas virta virtaa toisen piirin läpi.

Jännite tällaisen muuntimen ulostulossa (kuormassa) on

Uout = Uin * Ku

Ku on muuntokerroin, joka riippuu virtakytkimen ohjauspulssien toimintajaksosta.

Ku = Uout / Uin

Käyttösykli "D" on ajan suhde, jolloin avain on auki PWM-ajanjaksoon. "D" voi ottaa arvoja välillä 0 - 1.

TÄRKEÄÄ: STI1 Ku = D. Tämä tarkoittaa, että tämän stabilisaattorin säätörajat ovat suunnilleen yhtä suuret - 0 ... Uout.

Tällaisen muuntimen lähtöjännite on polaarisesti samanlainen kuin tulojännite.

Kuinka pulssi lisää jännitemuunninta

IPPN2 - pystyy lisäämään jännitteen syöttöjännitteestä arvoon, joka on kymmeniä kertoja sitä korkeampi. Skemaattisesti se koostuu samoista elementeistä kuin edellinen.

Mikä tahansa tämän tyyppinen muunnin on koostumuksessaan kolme pääainetta:

• Hallittu avain (kaksinapainen, kenttä, IGBT, MOSFET-transistorit);

• Hallitsematon avain (tasasuuntaajan diodi);

• Kumulatiivinen induktanssi.

Virta kulkee aina induktanssin läpi, vain sen suuruus muuttuu.

Tämän muuntimen toimintaperiaatteen ymmärtämiseksi sinun on muistettava induktorin kytkentälaki: "Induktorin läpi kulkeva virta ei voi muuttua välittömästi."

Tämän aiheuttaa ilmiö, kuten itseinduktio EMF tai vasta-EMF. Koska induktanssin sähkömagneettinen kenttä estää virran äkillisen muutoksen, kela voidaan esittää virtalähteenä. Sitten tässä piirissä, kun avain suljetaan kelan läpi, alkaa virtata suurikokoinen virta, mutta kuten terävästi on sanottu, se ei voi kasvaa.

Counter-EMF on ilmiö, kun kelan päissä EMF näyttää vastapäätä sitä, mitä käytetään. Jos esität tämän kaaviossa selvyyden vuoksi, sinun täytyy kuvitella induktanssikäämi EMF-lähteeksi.

Numero “1” ilmaisee piirin tilaa avaimen ollessa kiinni. Huomaa, että virtalähde ja symboli EMF-kelat on kytketty sarjaan positiivisten napojen kanssa, ts. niiden EMF-arvot vähennetään. Tässä tapauksessa induktanssi estää sähkövirran kulkua, tai pikemminkin hidastaa sen kasvua. Kasvaessaan tietyn vakiovälin jälkeen vasta-EMF: n arvo laskee ja induktanssin läpi kulkeva virta kasvaa.

Lyyrinen poikkeama:

Itseinduktion EMF-arvo, kuten minkä tahansa muun EMF: n, mitataan volteissa.

Tänä aikana päävirta virtaa piiriä pitkin: virtalähteen induktanssi-kiinni -näppäin.

Kun avain SA aukeaa, piiri 2. Virta alkaa virrata tällaista piiriä pitkin: virtalähteen induktanssi-diodi-kuorma. Kuormituskestävyydestä lähtien usein paljon enemmän kuin suljetun transistorin kanavavastus. Tässä tapauksessa taas - induktanssin läpi virtaava virta ei voi muuttua äkillisesti, induktanssi pyrkii aina ylläpitämään virran suunnan ja suuruuden, joten vasta-EMF ilmestyy jälleen, mutta päinvastoin.

Huomaa, kuinka toisessa kaaviossa virtalähteen ja kelan korvaavan EMF-lähteen navat on kytketty. Ne on kytketty sarjaan vastakkaisilla napoilla, ja näiden EMF-arvot lasketaan yhteen.

Siten jännite kasvaa.

Induktanssienergian varastointiprosessin aikana kuormaa syötetään energialla, joka oli aiemmin varastoitu tasoituskondensaattoriin.

Muuntamiskerroin IPPN2: ssa on

Ku = 1 / (1-D)

Kuten kaavasta voidaan nähdä - mitä suurempi D on käyttöjakso, sitä suurempi lähtöjännite on. Lähtötehon napaisuus on sama kuin tämän tyyppisen muuntimen tulo.

Kuinka kääntää jännitemuuttaja

Invertoiva jännitemuunnin on melko mielenkiintoinen laite, koska se voi toimia sekä jännitteen alennustilassa että lisäystilassa. On kuitenkin syytä harkita, että sen lähtöjännitteen napaisuus on vastakkaissa tuloon, ts. positiivinen potentiaali on yhteisellä johdolla.

Kääntyminen on havaittavissa myös siihen suuntaan, johon diodi kytketään päälle. Toimintaperiaate on vähän samanlainen kuin IPPN2. Kun avain T suljetaan, tapahtuu induktanssienergian kertyminen, lähteestä tuleva energia ei pääse kuormaan diodin D takia. Kun avain on kiinni, induktanssienergia alkaa hajota kuormassa.

Virta kulkee edelleen induktanssin läpi, tapahtuu itseinduktion EMF, joka on suunnattu siten, että kelan päihin muodostuu polaarisuus, joka on vastapäätä ensisijaista virtalähdettä. eli transistorin emitterin liitoskohdassa (tyhjennä, jos kenttävaikutteinen transistori), diodin katodi ja kelan käämin pää muodostavat negatiivisen potentiaalin. Vastakkaisessa päässä on vastaavasti positiivinen.

Muuntokerroin IPPN3 on yhtä suuri kuin:

Ku = D / (1-D)

Korvaamalla täyttökerroin yksinkertaisesti kaavaan, määritetään, että arvoon D arvoon 0,5 saakka tämä muunnin toimii alasmuuntimena ja ylhäältäpäin - ylösmuuntimena.

Kuinka hallita tällaista muunninta?

Kaikkia vaihtoehtoja PWM-ohjaimien rakentamiseksi on mahdollista kuvata rajattomasti, tästä voidaan kirjoittaa useita vuosia teknistä kirjallisuutta. Haluan rajata itseni muutamiin yksinkertaisiin vaihtoehtoihin:

1. Kokoa epäsymmetrinen multivibraattoripiiri. VT3: n sijasta, transistori on kytketty IPPN-piireihin.

2. Hieman monimutkaisempi vaihtoehto, mutta taajuuden suhteen vakaampi PWM NE555: llä (napsauta kuvaa suurentaaksesi).

Tee muutoksia piirissä, VT1 on transistori, muutamme piiriä siten, että sen sijaan on IPPN-transistori.

3. Mahdollisuus käyttää mikro, joten voit tehdä myös monia lisätoimintoja, aloittelijoille ne toimivat hyvin AVR-mikro-ohjaimet. Tästä on upea video-opetusohjelma.

tulokset

Kytkentäjännitemuuttajat ovat erittäin tärkeä aihe elektronisten laitteiden virtalähteiden alalla. Sellaisia ​​piirejä käytetään kaikkialla, ja viime aikoina "kotitekoisten" lisääntyessä tai kuten on nyt muodissa kutsua "itse valmista" -sivuja ja aliexpress-verkkosivuston suosio, tällaiset muuntimet ovat erityisen suosittuja ja kysyttyjä, voit tilata valmiiden piirilevyjen, joista on jo tullut klassinen muunnin LM2596 ja vastaavat vain muutamalla dollarilla, kun saat kyvyn säätää jännitettä tai virtaa tai molempia.

 

Toinen suosittu kortti on mini-360

Saatat huomata, että näissä piireissä ei ole transistoria. Tosiasia, että se on sisäänrakennettu siruun, sen lisäksi on PWM-ohjain, takaisinkytkentäpiirit lähtöjännitteen vakauttamiseksi ja paljon muuta. Näitä piirejä voidaan kuitenkin vahvistaa asentamalla ylimääräinen transistori.

Jos olet kiinnostunut suunnittelemaan piirisi tarpeisiisi, voit lukea lisää suunnittelusuhteista seuraavasta kirjallisuudesta:

• ”Rakennusvirtalähteiden komponentit”, Mikhail Baburin, Aleksei Pavlenko, Symmetron-konserni

• "Stabiloidut transistorimuuntimet" V.S. Moin, Energoatomizdat, M. 1986.