Jednostavni transformatorski impulsni pretvarači

Mnogi početnici šunke teško određuju vrstu napajanja, ali nije tako teško. Glavne metode pretvaranja napona su korištenje jedne od dvije mogućnosti kruga:

• transformator;

• Napajanje bez transformatora.

Zauzvrat, transformatori se razlikuju u vrsti kruga:

• Napajanje s transformatorom koji radi na frekvenciji 50 Hz;

• Impulsni, s transformatorom koji radi na visokim frekvencijama (deseci tisuća Hz).

Impulsni krugovi napajanja mogu povećati ukupnu učinkovitost konačnog proizvoda, izbjegavajući statičke gubitke linearnih stabilizatora i ostalih elemenata.

Bezformalni sklopovi

Ako postoji potreba za napajanjem iz napajanja od 220 V za kućanstvo, najjednostavniji uređaji mogu se uključiti iz napajanja pomoću balastnih elemenata za smanjenje napona. Široko poznat primjer takvog izvora napajanja je balastni kondenzatorski krug.

Međutim, postoji određeni broj vozača s ugrađenim PWM kontroler i prekidač za napajanje za izradu pretvarača impulsa bez transformatora, to su vrlo često LED žarulje i druge tehnologije.

U slučaju napajanja iz izvora istosmjerne struje, na primjer, baterije ili druge galvanske baterije, koristite:

• Linearni stabilizator napona (integralni stabilizator tipa KREN ili L78xx sa ili bez napojnog tranzistora, parametrični stabilizator iz zener diode i tranzistora)

• Pretvornik impulsa (korak dolje - BUCK, pojačanje - BOOST ili pojačanje - BUCK-BOOST)

Prednost bez transformatorskog napajanja i pretvarača je sljedeća:

• Nema potrebe za navijanjem transformatora, pretvorba se vrši leptirom i ključevima;

• Posljedica prethodnog su male dimenzije izvora energije.

nedostaci:

• Odsutnost galvanske izolacije, u slučaju neispravnosti tipki, dovodi do pojave napona primarnog izvora energije. Ovo je posebno važno ako svoju ulogu igra mreža od 220 V;

• Opasnost od električnog udara, uslijed galvanskog spajanja;

• Velike dimenzije induktora na pretvaračima velike snage dovode u sumnju izvedivost korištenja ove topologije napajanja. S usporedivim pokazateljima težine i veličine možete koristiti transformator, galvanski izoliran pretvarač.

Glavne sorte sklopnih pretvarača napona

U domaćoj literaturi često se nalazi skraćenica "IPPN", koja označava: Pulsni pretvarač napona (ili povećavanje, ili oba)

Kao osnova mogu se razlikovati tri osnovne sheme.

1. IPPN1 - padajući pretvarač, u engleskoj literaturi - BUCK DC CONVERTER ili Step-down.

2. IPPN2 - Pojačajni pretvarač, u engleskoj literaturi - BOOST DC CONVERTER ili Step-up.

3. IPPN3 - pretvarač s mogućnošću povećanja i smanjenja napona, BUCK-BOOST DC CONVERTER.

Kako djeluje impulsni pretvarač?

Započnimo s obzirom na princip djelovanja prve sheme - IPPN1.

 

U shemi se mogu razlikovati dva strujna kruga:

1. "+" iz izvora napajanja dovodi se preko privatnog ključa (tranzistor bilo koje vrste odgovarajuće vodljivosti) u Ln (prigušni prigušnik), a zatim struja teče kroz opterećenje do "" "izvora napajanja.

2. Drugi je krug formiran od dioda D, leptir za gas i priključeno opterećenje Rn.

Kad se ključ zatvori, struja prolazi duž primarnog kruga, struja teče kroz induktor, a energija se akumulira u njegovom magnetskom polju. Kad isključimo (otvorimo) ključ, energija pohranjena u zavojnici rasipa se u opterećenje, dok struja teče kroz drugi krug.

Napon na izlazu (opterećenju) takvog pretvarača je

Uout = Uin * Ku

Ku je koeficijent pretvorbe, koji ovisi o radnom ciklusu kontrolnih impulsa prekidača za napajanje.

Ku = Uout / Uin

Radni ciklus "D" je omjer vremena kada je ključ otvoren za razdoblje PWM-a. "D" može primiti vrijednosti od 0 do 1.

VAŽNO: Za STI1 Ku = D. To znači da su regulatorne granice ovog stabilizatora približno jednake - 0 ... Uout.

Izlazni napon takvog pretvarača sličan je polaritetu s ulaznim naponom.

Kako se pretvarač napona pojačava

IPPN2 - može povećati napon iz napajanja na vrijednost nekoliko desetaka puta veća od njega. Shematski se sastoji od istih elemenata kao i prethodni.

Bilo koji pretvarač ove vrste ima u svom sastavu tri glavna aktivna sastojka:

• Upravljački ključ (bipolarni, polje, IGBT, MOSFET tranzistori);

• Nekontrolirani ključ (ispravljačka dioda);

• Kumulativna induktivnost.

Struja uvijek teče kroz induktivitet, mijenja se samo njena veličina.

Da biste razumjeli princip rada ovog pretvarača, morate zapamtiti zakon o uključivanju induktora: "Struja kroz induktor se ne može odmah promijeniti."

To je uzrokovano fenomenom poput samoinducijskog EMF-a ili protiv-EMF-a. Budući da elektromagnetsko polje induktivnosti sprečava nagle promjene struje, zavojnica se može predstaviti kao izvor napajanja. Tada u tom krugu, kada ključ bude zatvoren kroz zavojnicu, počinje teći struja velike veličine, ali, kao što je oštro rečeno, ne može se povećati.

Protu-EMF je pojava kada se na krajevima zavojnice pojavljuje EMF suprotno od primijenjene. Ako to predstavite na dijagramu radi jasnoće, morat ćete zamisliti induktivnu zavojnicu kao izvor EMF-a.

Broj "1" označava stanje u krugu kada je ključ zatvoren. Imajte na umu da su izvor napajanja i simbol EMF zavojnice povezani serijski s pozitivnim terminalima, tj. oduzimaju se njihove vrijednosti EMF-a. U ovom slučaju, induktivnost sprečava prolazak električne struje, ili usporava njezin rast. Kako raste, nakon određenog konstantnog vremenskog intervala, vrijednost kontra-EMF opada, a struja kroz induktivitet raste.

Lirska digresija:

Vrijednost EMF-a za samoindukciju, kao i bilo koji drugi EMF, mjeri se u voltima.

Tijekom tog razdoblja, glavna struja teče duž kruga: ključ zatvoren od izvora napajanja i induktivnosti.

Kad se otvori ključ SA, krug 2. Struja počinje teći duž takvog kruga: izvor napajanja-induktivnost-opterećenje dioda. Budući da je otpor opterećenja, često puno više od otpora kanala zatvorenog tranzistora. U ovom slučaju, opet - struja koja teče kroz induktivitet ne može se naglo promijeniti, induktivnost uvijek nastoji održati smjer i veličinu struje, dakle, ponovo se pojavljuje protu-EMF, ali u obrnutoj polarnosti.

Obratite pažnju na to kako su u drugom dijagramu povezani stupovi izvora napajanja i izvora EMF koji zamjenjuje zavojnicu. Oni su serijski povezani suprotnim polovima, a vrijednosti tih EMF-a zbrajaju se.

Tako dolazi do povećanja napona.

Tijekom procesa skladištenja energije induktivnosti, opterećenje se napaja energijom koja je prethodno pohranjena u kondenzator za izglađivanje.

Koeficijent pretvorbe u IPPN2 je

Ku = 1 / (1-D)

Kao što se vidi iz formule - što je veći D radni ciklus, to je veći izlazni napon. Polarnost izlazne snage jednaka je ulaznoj za ovu vrstu pretvarača.

Kako se pretvara pretvarač napona

Pretvorni pretvarač napona je prilično zanimljiv uređaj, jer može raditi i u načinu spuštanja napona i u načinu pojačanja. Međutim, vrijedno je uzeti u obzir da je polarnost njegovog izlaznog napona suprotna ulaznom, tj. pozitivni potencijal je na zajedničkoj žici.

Inverzija je također primjetna u smjeru u kojem je uključena dioda D. Načelo rada malo je slično IPPN2. U trenutku kada je ključ T zatvoren, dolazi do procesa akumuliranja energije induktivnosti, snaga iz izvora ne ulazi u opterećenje zbog diode D. Kada se ključ zatvori, energija induktivnosti počinje se raspršiti u opterećenju.

Struja i dalje teče kroz induktivitet, događa se EMF samoindukcije, usmjeren na takav način da se na krajevima zavojnice formira polarnost suprotna primarnom izvoru energije. tj u spoju odašiljača tranzistora (odvod, ako tranzistor s efektom polja), katoda diode i kraj namota zavojnice tvore negativan potencijal. Na suprotnom kraju je pozitivan.

Faktor konverzije IPPN3 jednak je:

Ku = D / (1-D)

Jednostavnim zamjenama faktora punjenja u formuli određujemo da do vrijednosti od D od 0,5, ovaj pretvarač djeluje kao donji pretvarač, a odozgo - kao gornji pretvarač.

Kako upravljati takvim pretvaračem?

Moguće je opisati sve mogućnosti konstrukcije PWM kontrolera beskonačno dugo vremena o tome može se napisati nekoliko svezaka tehničke literature. Želim se ograničiti na navođenje nekoliko jednostavnih opcija:

1. Sastavite asimetrični multivibratorski krug. Umjesto VT3, tranzistor je spojen u IPPN krugovima.

2. Nešto složenija opcija, ali stabilnija u pogledu učestalosti, je PWM na NE555 (kliknite na sliku za povećanje).

Napravite promjene u krugu, VT1 je tranzistor, mijenjamo krug tako da na njegovom mjestu postoji tranzistor IPPN.

3. Mogućnost upotrebe mikrokontrolera, tako da možete učiniti i mnoge dodatne funkcije, za početnike će oni raditi dobro AVR mikrokontroleri, O tome postoji divan video vodič.

nalazi

Prebacivanje naponskih pretvarača vrlo je važna tema u industriji napajanja elektroničke opreme. Takvi se sklopovi koriste svuda, a u posljednje vrijeme, s rastom „domaće proizvodnje“ ili kako je to danas moderno nazvati „uradi sam“ i popularnošću web stranice aliexpress, takvi su pretvarači postali posebno popularni i potraženi, možete naručiti gotovu ploču već klasičnog pretvarača na LM2596 i slično za samo par dolara, dok dobivate mogućnost podešavanja napona ili struje, ili oboje.

 

Još jedna popularna ploča je mini-360

Možda ćete primijetiti da u tim krugovima nema tranzistora. Činjenica je da je ugrađen u čip, osim njega postoji PWM regulator, povratni krugovi za stabilizaciju izlaznog napona i još mnogo toga. Međutim, ti se krugovi mogu pojačati ugradnjom dodatnog tranzistora.

Ako vas zanima dizajn sklopa za vaše potrebe, više o dizajnerskim omjerima možete pročitati u sljedećoj literaturi:

• „Komponente za izgradnju izvora energije“, Mihail Baburin, Aleksej Pavlenko, Symmetron Group of Companies

• "Stabilizirani pretvarači" V.S. Moin, Energoatomizdat, M. 1986.