Enkle transformatorløse pulsspenningsomformere

Mange nybegynnere skinker synes det er vanskelig å bestemme type strømforsyning, men det er ikke så vanskelig. De viktigste metodene for spenningskonvertering er å bruke ett av to kretsløpsalternativer:

• transformator;

• Transformatorløs strømforsyning.

I sin tur er transformatorene forskjellige i kretsstypen:

• Strømnettet, med en transformator som opererer med en frekvens på 50 Hz;

• Puls, med en transformator som fungerer ved høye frekvenser (titusenvis av Hz).

Pulskretser fra strømforsyninger kan øke den totale effektiviteten til sluttproduktet ved å unngå statiske tap på lineære stabilisatorer og andre elementer.

Transformatorløse kretsløp

Hvis det er behov for strøm fra en 220 V husholdningsstrømforsyning, kan de enkleste enhetene slås på fra strømforsyninger ved hjelp av ballastelementer for å senke spenningen. Et kjent eksempel på en slik kraftkilde er en ballastkondensatorkrets.

Imidlertid er det en rekke drivere med innebygd PWM-kontroller og en strømbryter for å bygge en transformatorfri pulsbukkomformer, disse er veldig vanlige i LED-lyspærer og annen teknologi.

Ved strøm fra likestrømskilde, for eksempel batterier eller andre galvaniske batterier, bruk:

• Lineær spenningsstabilisator (integrert KEN- eller L78xx-type stabilisator med eller uten gjennomgangstransistor, parametrisk stabilisator fra zenerdiode og transistor)

• Pulsomformer (step-down - BUCK, step-up - BOOST, eller step-up - BUCK-BOOST)

Fordelen med transformatorløse strømforsyninger og omformere er som følger:

• Det er ikke nødvendig å vikle transformatoren, konvertering utføres av gasspjeld og taster;

• En konsekvens av det forrige er de små dimensjonene til kraftkildene.

ulemper:

• Fraværet av galvanisk isolasjon, i tilfelle funksjonsfeil i tastene, fører til utseendet til spenning på den primære strømkilden. Dette er kritisk, spesielt hvis rollen spilles av et 220 V-nettverk;

• Fare for elektrisk støt som følge av galvanisk kobling;

• Induktorens store dimensjoner på kraftige omformere kaster tvil om muligheten for å bruke denne topologien med strømforsyninger. Med sammenlignbare vekt- og størrelsesindikatorer kan du bruke en transformator, galvanisk isolert omformer.

De viktigste variantene av switching voltage converters

I innenlandsk litteratur finnes ofte forkortelsen "IPPN", som står for: Puls Step-down (eller step-up, eller begge deler) Spenningsomformer

Som grunnlag kan det skilles mellom tre grunnleggende ordninger.

1. IPPN1 - Step-down converter, i engelsk litteratur - BUCK DC CONVERTER eller Step-down.

2. IPPN2 - Boost converter, i engelsk litteratur - BOOST DC CONVERTER eller Step-up.

3. IPPN3 - Inverteringsomformer med mulighet for både økende og reduserende spenning, BUCK-BOOST DC CONVERTER.

Hvordan fungerer en pulserende dollar konverter?

La oss starte med å vurdere prinsippet om drift av den første ordningen - IPPN1.

 

I ordningen kan to kraftkretser skilles ut:

1. "+" fra strømkilden blir levert gjennom en privat nøkkel (transistor av en hvilken som helst type med tilsvarende konduktivitet) til LN (lagring choke), deretter strømmer strømmen gjennom belastningen til "-" strømkilden.

2. Den andre kretsen er dannet fra diode Д, gass LN og tilkoblet belastning Rн.

Når nøkkelen er lukket, passerer strømmen langs primærkretsen, strømmen strømmer gjennom induktoren, og energi akkumuleres i magnetfeltet. Når vi slår av (åpner) nøkkelen, blir energien som er lagret i spolen ført ut i belastningen, mens strømmen strømmer gjennom den andre kretsen.

Spenningen ved utgangen (belastningen) til en slik omformer er

Uout = Uin * Ku

Ku er konverteringskoeffisienten, som avhenger av driftssyklusen til kontrollpulsene til strømbryteren.

Ku = Uout / Uin

Pliktsyklusen "D" er forholdet mellom tiden når nøkkelen er åpen for PWM-perioden. "D" kan ta verdier fra 0 til 1.

VIKTIG: For STI1 Ku = D Dette betyr at reguleringsgrensene for denne stabilisatoren er omtrent like - 0 ... Uout.

Utgangsspenningen til en slik omformer er lik polaritet som inngangsspenningen.

Hvordan øker en puls spenningsomformer

IPPN2 - er i stand til å øke spenningen fra forsyningsspenningen til en verdi titalls ganger høyere enn den. Det består skjematisk av de samme elementene som de forrige.

Enhver omformer av denne typen har i sin sammensetning tre viktigste aktive ingredienser:

• Managed Key (Bipolar, felt, IGBT, MOSFET-transistorer);

• Ukontrollert nøkkel (likeretterdiode);

• Kumulativ induktans.

Strømmen flyter alltid gjennom induktansen, bare størrelsen endres.

For å forstå prinsippet om bruk av denne omformeren, må du huske bytteloven for induktoren: "Strømmen gjennom induktoren kan ikke endre seg umiddelbart."

Dette er forårsaket av et fenomen som selvinduserende EMF eller mot-EMF. Siden induktansens elektromagnetiske felt forhindrer en brå endring i strøm, kan spolen bli representert som en strømkilde. I denne kretsen, når nøkkelen er lukket gjennom spolen, begynner en strøm med stor styrke å strømme, men som sagt er skarpt, kan den ikke øke.

Counter-EMF er et fenomen når en EMF i endene av spolen vises motsatt av det som brukes. Hvis du presenterer dette i diagrammet for klarhet, må du forestille deg induktoren i form av en kilde til EMF.

Tallet “1” indikerer kretsens tilstand når tasten er lukket. Vær oppmerksom på at strømkilden og symbolet EMF-spoler er koblet i serie med de positive terminalene, dvs. EMF-verdiene deres blir trukket fra. I dette tilfellet forhindrer induktansen passering av elektrisk strøm, eller snarere bremser veksten. Når den vokser, etter et visst konstant tidsintervall, reduseres verdien av mot-EMF, og strømmen gjennom induktansen øker.

Lyrisk digresjon:

Verdien av EMF for selvinduksjon, som alle andre EMF, måles i Volts.

I løpet av denne tidsperioden flyter hovedstrømmen langs kretsen: strømkilde-induktans-lukket nøkkel.

Når nøkkelen SA åpnes, begynner krets 2. Strømmen strømmer langs en slik krets: strømforsyning-induktans-diodebelastning. Siden lastmotstanden, ofte mye mer enn kanalmotstanden til en lukket transistor. I dette tilfellet, igjen - strømmen som strømmer gjennom induktansen kan ikke endres brått, induktansen søker alltid å opprettholde retningen og størrelsen på strømmen, derfor vises mot-EMF igjen, men i omvendt polaritet.

Legg merke til hvordan polene i strømkilden og EMF-kilden som erstatter spolen i det andre diagrammet er koblet sammen. De kobles i serie med motsatte poler, og verdiene til disse EMFene legges opp.

Dermed oppstår en økning i spenningen.

Under prosessen med å lagre induktansenergi drives lasten av energi som tidligere var lagret i utjevningskondensatoren.

Konverteringskoeffisienten i IPPN2 er

Ku = 1 / (1-D)

Som det fremgår av formelen - jo større D er driftssyklusen, jo større er utgangsspenningen. Polariteten til utgangseffekten er den samme som inngangen for denne typen omformer.

Hvordan virker inverteringsspenningsomformeren

Inverteringsspenningsomformeren er en ganske interessant enhet, fordi den kan fungere både i spenningssenkende modus og i boost-modus. Det er imidlertid verdt å vurdere at polariteten til dens utgangsspenning er motsatt av inngangen, dvs. Det positive potensialet er på fellesledningen.

Invertering merkes også i retningen som dioden D. er slått på. Driftsprinsippet ligner litt på IPPN2. På det tidspunktet når nøkkelen T er lukket, oppstår prosessen med å akkumulere induktansenergi, strømmen fra kilden kommer ikke inn i belastningen på grunn av diode D. Når nøkkelen er lukket, begynner induktansenergien å forsvinne i belastningen.

Strømmen fortsetter å strømme gjennom induktansen, en EMF for selvinduksjon oppstår, rettet på en slik måte at det dannes en polaritet motsatt av den primære kraftkilden i endene av spolen. dvs. i krysset mellom transistorens emitter (avløp, hvis felteffekttransistor), doden katode og enden av viklingen danner et negativt potensiale. I motsatt ende er henholdsvis positiv.

Konverteringsfaktoren IPPN3 er lik:

Ku = D / (1-D)

Ved enkle utskiftninger av fyllingsfaktoren i formelen, bestemmer vi at opp til en verdi på D på 0,5 fungerer denne omformeren som en nedkonverter, og ovenfra - som en oppkonverterer.

Hvordan kontrollere en slik omformer?

Det er mulig å beskrive alle alternativene for å konstruere PWM-kontrollere i uendelig lang tid; flere bind teknisk litteratur kan skrives om dette. Jeg vil begrense meg til å liste opp noen få enkle alternativer:

1. Sett sammen en asymmetrisk multivibratorkrets. I stedet for VT3 er en transistor koblet til i IPPN-kretsene.

2. Et litt mer komplisert alternativ, men mer stabilt med tanke på frekvens PWM på NE555 (klikk på bildet for å forstørre).

Gjør endringer på kretsen, VT1 er en transistor, vi endrer kretsen slik at det på sin plass er en transistor IPPN.

3. Alternativ å bruke mikrokontroller, slik at du også kan gjøre mange tilleggsfunksjoner, for nybegynnere fungerer de bra AVR mikrokontrollere. Det er en fantastisk videoopplæring om dette.

funn

Bytte spenningsomformere er et veldig viktig tema i industrien med strømforsyninger til elektronisk utstyr. Slike kretsløp brukes overalt, og nylig, med veksten av "hjemmelaget", eller som det nå er fasjonabelt å kalle "DIY's" og populariteten til aliexpress-nettstedet, har slike konvertere blitt spesielt populære og etterspurt, kan du bestille et ferdig kretskort som allerede har blitt en klassisk omformer for LM2596 og lignende for bare et par dollar, mens du får muligheten til å justere spenningen eller strømmen, eller begge deler.

 

Et annet populært brett er mini-360

Du vil kanskje merke at det ikke er noen transistor i disse kretsene. Fakta er at den er innebygd i brikken, bortsett fra den er det en PWM-kontroller, tilbakemeldingskretser for å stabilisere utgangsspenningen og mer. Imidlertid kan disse kretsene forsterkes ved å installere en ekstra transistor.

Hvis du er interessert i å designe en krets etter dine behov, kan du lese mer om designforholdene i følgende litteratur:

• “Komponenter for å bygge kraftkilder”, Mikhail Baburin, Alexey Pavlenko, Symmetron Group of Companies

• "Stabiliserte transistoromformere" V.S. Moin, Energoatomizdat, M. 1986.