Basit transformatörsüz darbe gerilimi dönüştürücüler

Birçok acemi jambon, güç kaynağı türünü belirlemeyi zor buluyor, ancak o kadar zor değil. Gerilim dönüşümünün ana yöntemleri iki devre seçeneğinden birini kullanmaktır:

• Trafo;

• Transformatörsüz güç kaynakları.

Buna karşılık, transformatörler devre tipinde farklılık gösterir:

• Şebeke, 50 Hz frekansında çalışan bir transformatör ile;

• Bir transformatör yüksek frekanslarda (on binlerce Hz) çalışan darbeli.

Güç kaynaklarının darbe devreleri, lineer stabilizatörler ve diğer elemanlarda statik kayıplardan kaçınarak nihai ürünün genel verimliliğini artırabilir.

Transformatörsüz devreler

220 V ev tipi güç kaynağından güç alınması gerekiyorsa, en basit cihazlar voltajı düşürmek için balast elemanları kullanan güç kaynaklarından açılabilir. Böyle bir güç kaynağının yaygın olarak bilinen bir örneği, bir balast kapasitör devresidir.

Ancak, yerleşik olan birkaç sürücü var PWM denetleyici ve transformatörsüz bir darbe kova dönüştürücü oluşturmak için bir güç anahtarı, bunlar çok yaygın LED ampuller ve diğer teknoloji.

Doğru akım kaynağından, örneğin piller veya diğer galvanik pillerden güç alınması durumunda, şunları kullanın:

• Doğrusal voltaj stabilizatörü (doğrudan transistörlü veya transistörsüz KEN veya L78xx tipi stabilizatör, zener diyot ve transistörden parametrik stabilizatör)

• Darbe dönüştürücü (adım adım - BUCK, adım adım - BOOST veya adım adım - BUCK-BOOST)

Transformatörsüz güç kaynakları ve dönüştürücülerin avantajı şöyledir:

• Transformatörü sarmaya gerek yoktur, dönüşüm gaz ve anahtarlar tarafından gerçekleştirilir;

• Öncekinin bir sonucu, güç kaynaklarının küçük boyutlarıdır.

dezavantajları:

• Anahtarların arızalanması durumunda galvanik izolasyonun olmaması, birincil güç kaynağının voltajının ortaya çıkmasına neden olur. Bu, özellikle rolü 220 V'luk bir ağ tarafından oynanıyorsa önemlidir;

• Galvanik bağlantının bir sonucu olarak elektrik çarpması tehlikesi;

• Yüksek güçlü dönüştürücülerdeki indüktörün büyük boyutları, güç kaynaklarının bu topolojisini kullanmanın uygulanabilirliği konusunda şüphe uyandırır. Karşılaştırılabilir ağırlık ve boyut göstergeleri ile bir transformatör, galvanik olarak yalıtılmış dönüştürücü kullanabilirsiniz.

Anahtarlama voltaj dönüştürücülerinin ana çeşitleri

Yerli literatürde, "IPPN" kısaltması sıklıkla bulunur; Darbe Düşürücü (veya yükseltici veya her ikisi) Gerilim Dönüştürücü

Temel olarak, üç temel şema ayırt edilebilir.

1. IPPN1 - İngiliz edebiyatında adım azaltma dönüştürücü - BUCK DC CONVERTER veya Step-down.

2. IPPN2 - Boost dönüştürücü, İngilizce literatürde - BOOST DC CONVERTER veya Step-up.

3. IPPN3 - Gerilimin hem artırılması hem de düşürülmesi olasılığı olan ters çevirici, BUCK-BOOST DC DÖNÜŞTÜRÜCÜ.

Bir darbeli kova dönüştürücü nasıl çalışır?

İlk şemanın çalışma prensibini göz önünde bulundurarak başlayalım - IPPN1.

 

Şemada iki güç devresi ayırt edilebilir:

1. Güç kaynağından "+", özel bir anahtar (karşılık gelen iletkenliğin herhangi bir türünün transistörü) ile Lн (depolama bobini) aracılığıyla beslenir, daha sonra akım yükten "-" güç kaynağına akar.

2. İkinci devre aşağıdakilerden oluşur: diyot ,, Gaz kelebeği Lн ve bağlı yük Rн.

Anahtar kapatıldığında, akım birincil devre boyunca geçer, akım indüktörden akar ve manyetik alanında enerji birikir. Anahtarı kapattığımızda (açtığımızda), bobinde depolanan enerji yüke dağıtılır, akım ikinci devreden akar.

Böyle bir dönüştürücünün çıkışındaki (yük) voltaj

Uout = Uin * Ku

Ku, güç anahtarının kontrol darbelerinin görev döngüsüne bağlı olan dönüşüm katsayısıdır.

Ku = Uout / Uin

Görev döngüsü "D", anahtarın açık olduğu sürenin PWM dönemine oranıdır. "D" 0 ile 1 arasında değerler alabilir.

ÖNEMLİ: STI1 Ku = D için. Bu, bu dengeleyicinin düzenleme sınırlarının yaklaşık olarak eşit olduğu anlamına gelir - 0 ... Uout.

Böyle bir dönüştürücünün çıkış voltajı, kutupsal olarak giriş voltajına benzer.

Darbe takviye voltaj dönüştürücü nasıl

IPPN2 - gerilimi besleme geriliminden on kat daha yüksek bir değere yükseltebilir. Şematik olarak, öncekiyle aynı öğelerden oluşur.

Bu tür herhangi bir dönüştürücü bileşiminde üç ana aktif bileşen:

• Yönetilen Anahtar (Bipolar, Alan, IGBT, MOSFET Transistörler);

• Kontrolsüz anahtar (doğrultucu diyot);

• Kümülatif endüktans.

Akım daima endüktanstan akar, sadece büyüklüğü değişir.

Bu dönüştürücünün çalışma prensibini anlamak için, indüktörün anahtarlama yasasını hatırlamanız gerekir: "İndüktörden geçen akım anında değişemez."

Bu, kendiliğinden indüksiyon EMF veya karşı EMF gibi bir fenomenden kaynaklanır. Endüktansın elektromanyetik alanı akımda ani bir değişikliği önlediğinden, bobin bir güç kaynağı olarak temsil edilebilir. Daha sonra bu devrede, anahtar bobinden kapatıldığında, büyük büyüklükte bir akım akmaya başlar, ancak keskin bir şekilde söylendiği gibi artmaz.

Counter-EMF, bobinin uçlarında, uygulananın karşısında bir EMF göründüğünde bir fenomendir. Bunu netlik için diyagramda sunarsanız, indüktörü bir EMF kaynağı şeklinde hayal etmeniz gerekir.

“1” sayısı, anahtar kapatıldığında devrenin durumunu gösterir. Lütfen güç kaynağının ve EMF bobin sembolünün pozitif terminallerle seri olarak bağlandığını, yani. EMF değerleri çıkarılır. Bu durumda, endüktans elektrik akımının geçişini önler veya büyümesini yavaşlatır. Büyüdükçe, belirli bir sabit zaman aralığından sonra, karşı EMF'nin değeri azalır ve endüktanstan geçen akım artar.

Lirik kazı:

Kendi kendine indüksiyon EMF'sinin değeri, diğer herhangi bir EMF gibi, Volt olarak ölçülür.

Bu süre boyunca, ana akım devre boyunca akar: güç kaynağı-endüktans-kapalı anahtar.

SA anahtarı açıldığında, devre 2. Akım böyle bir devre boyunca akmaya başlar: güç kaynağı-endüktans-diyot yükü. Yük direncinden beri, genellikle kapalı bir transistörün kanal direncinden çok daha fazla. Bu durumda, yine - endüktanstan akan akım aniden değişemez, endüktans her zaman akımın yönünü ve büyüklüğünü korumaya çalışır, bu nedenle karşı EMF tekrar görünür, ancak ters polaritede.

İkinci şemada, Güç Kaynağının ve bobinin yerini alan EMF kaynağının kutuplarının nasıl bağlandığına dikkat edin. Zıt kutuplarla seri olarak bağlanırlar ve bu EMF'nin değerleri toplanır.

Böylece voltajda bir artış meydana gelir.

Endüktans enerjisinin depolanması sırasında, yük daha önce düzeltme kapasitöründe depolanan enerjiyle güçlendirilir.

IPPN2'deki dönüşüm katsayısı

Ku = 1 / (1-D)

Formülden görülebileceği gibi - D ne kadar büyük olursa, görev döngüsü o kadar büyük, çıkış voltajı o kadar büyük olur. Çıkış gücünün polaritesi, bu tip dönüştürücünün girişiyle aynıdır.

Ters voltaj dönüştürücü

Tersine çevirici voltaj dönüştürücü oldukça ilginç bir cihazdır, çünkü hem voltaj düşürme modunda hem de güçlendirme modunda çalışabilir. Bununla birlikte, çıkış voltajının polaritesinin girişe zıt olduğunu düşünmeye değer, yani. pozitif potansiyel ortak tel üzerindedir.

Tersine çevirme de D diyodunun açık olduğu yönde fark edilir. Çalışma prensibi IPPN2'ye biraz benzer. T anahtarının kapalı olduğu zaman, endüktans enerjisini biriktirme işlemi meydana gelir, D kaynağından dolayı kaynaktan gelen güç yüke girmez. Anahtar kapatıldığında, endüktans enerjisi yükte dağılmaya başlar.

Akım endüktanstan akmaya devam eder, bobinin uçlarında birincil güç kaynağına karşı bir polarite oluşacak şekilde yönlendirilen bir EMF meydana gelir. yani transistör vericisinin birleşim noktasında (eğer tahliye, eğer alan etkili transistör) diyotun katodu ve bobin sargısının ucu negatif bir potansiyel oluşturur. Karşı uçta sırasıyla pozitiftir.

IPPN3 dönüşüm faktörü şuna eşittir:

Ku = D / (1-D)

Doldurma faktörünün formüle basit bir şekilde ikame edilmesiyle, bu dönüştürücünün 0,5 değerine kadar, bu dönüştürücünün bir aşağı dönüştürücü ve yukarıdan bir yukarı dönüştürücü olarak davrandığını tespit ederiz.

Böyle bir dönüştürücü nasıl kontrol edilir?

PWM kontrolörlerini inşa etmek için tüm seçenekleri sonsuz olarak tanımlamak mümkündür, bu konuda birkaç cilt teknik literatür yazılabilir. Kendimi birkaç basit seçenekle sınırlamak istiyorum:

1. Asimetrik bir multivibratör devresi monte edin. VT3 yerine, IPPN devrelerine bir transistör bağlanır.

2. Biraz daha karmaşık bir seçenek, ancak frekans açısından daha kararlı, NE555 üzerinde PWM (büyütmek için resmin üzerine tıklayın).

Devrede değişiklik yapın, VT1 bir transistördür, devreyi yerinde bir IPPN transistörü olacak şekilde değiştiririz.

3. kullanma seçeneği mikrodenetleyici, böylece birçok ek işlev de yapabilirsiniz, yeni başlayanlar için iyi çalışırlar AVR mikrodenetleyiciler. Bu konuda harika bir video eğitimi var.

bulgular

Anahtarlama voltaj dönüştürücüler elektronik ekipman için güç kaynakları endüstrisinde çok önemli bir konudur. Bu tür devreler her yerde kullanılır ve son zamanlarda, "ev yapımı" büyümesi ile veya şimdi "DIY'ler" ve moda web sitesinin popülerliği olarak adlandırılması moda olduğu için, bu tür dönüştürücüler özellikle popüler hale gelmiştir ve talep üzerine, zaten klasik bir dönüştürücü haline gelen hazır bir devre kartı sipariş edebilirsiniz. Gerilimi veya akımı veya her ikisini de ayarlayabildiğiniz sırada LM2596 ve benzerlerini sadece birkaç dolar için.

 

Bir başka popüler tahta mini-360

Bu devrelerde transistör olmadığını fark edebilirsiniz. Gerçek şu ki, çipin içine yerleştirilmiş, ayrıca bir PWM kontrolörü, çıkış voltajını stabilize etmek için geri besleme devreleri ve daha fazlası var. Ancak, bu devreler ek bir transistör takılarak yükseltilebilir.

İhtiyaçlarınız için bir devre tasarlamak istiyorsanız, aşağıdaki literatürde tasarım oranları hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz:

• “Bina güç kaynakları bileşenleri”, Mikhail Baburin, Alexey Pavlenko, Symmetron Şirketler Grubu

• "Stabilize Transistör Dönüştürücüler" V.S. Moin, Energoatomizdat, M. 1986.