Enkel transformerfri impulsspændingsomformere

Mange nybegynderskinker synes det er vanskeligt at bestemme typen af ​​strømforsyning, men det er ikke så svært. De vigtigste metoder til spændingskonvertering er at bruge en af ​​to kredsløbsmuligheder:

• Transformator;

• Transformatorløs strømforsyning.

På sin side adskiller transformere sig i typen af ​​kredsløb:

• Netnettet, med en transformer, der arbejder med en frekvens på 50 Hz;

• Puls, med en transformer, der fungerer ved høje frekvenser (titusinder af Hz).

Pulskredsløb for strømforsyninger kan øge den samlede effektivitet af slutproduktet ved at undgå statiske tab på lineære stabilisatorer og andre elementer.

Transformatorløse kredsløb

Hvis der er behov for strøm fra en 220 V husholdnings strømforsyning, kan de enkleste enheder tændes fra strømforsyninger ved hjælp af ballastelementer til at sænke spændingen. Et vidt kendt eksempel på en sådan kraftkilde er et ballastkondensatorkredsløb.

Der er dog et antal drivere med indbygget PWM-controller og en strømafbryder til at opbygge en transformerfri impulskonverter, disse er meget almindelige i LED-pærer og anden teknologi.

I tilfælde af strøm fra en lige strømkilde, f.eks. Batterier eller andre galvaniske batterier, skal du bruge:

• Lineær spændingsstabilisator (en integreret stabilisator af typen KREN eller L78xx med eller uden en gennemløbstransistor, en parametrisk stabilisator fra en zenerdiode og en transistor)

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

Fordelen ved transformerfri strømforsyning og omformere er som følger:

• Der er ikke behov for at vinde transformeren, konvertering udføres af gashåndtaget og tasterne;

• En konsekvens af det foregående er de små dimensioner af strømkilderne.

ulemper:

• Fraværet af galvanisk isolering, i tilfælde af funktionsfejl i tasterne, fører til spændingen i den primære strømkilde. Dette er kritisk, især hvis dens rolle spilles af et 220 V-netværk;

• Fare for elektrisk stød som følge af galvanisk kobling;

• Induktorens store dimensioner på højeffektomformere rejser tvivl om muligheden for at bruge denne topologi af strømforsyninger. Med sammenlignelige vægt- og størrelsesindikatorer kan du bruge en transformer, galvanisk isoleret omformer.

De vigtigste sorter af switching spænding konvertere

I hjemmelitteratur findes ofte forkortelsen "IPPN", der står for: Pulse Step-down (eller step-up, eller begge dele) Spændingskonverter

Som basis kan der skelnes mellem tre grundlæggende 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 mulighed for både stigende og reducerende spænding, BUCK-BOOST DC CONVERTER.

Hvordan fungerer en pulseret buck converter?

Lad os starte med at overveje princippet om drift af den første ordning - IPPN1.

 

I ordningen kan to strømkredsløb adskilles:

1. "+" fra strømkilden leveres via en privat nøgle (transistor af en hvilken som helst type af den tilsvarende ledningsevne) til LN (lagring choke), derefter strømmer strømmen gennem belastningen til strømkilden "-".

2. Det andet kredsløb er dannet ud fra diode Д, gashåndtager LN og tilsluttet belastning Rн.

Når nøglen er lukket, passerer strømmen langs det primære kredsløb, strømmen strømmer gennem induktoren, og energi akkumuleres i dens magnetiske felt. Når vi slukker (åbner) nøglen, spredes energien, der er lagret i spolen, ind i belastningen, mens strømmen strømmer gennem det andet kredsløb.

Spændingen ved udgangen (belastningen) af en sådan konverter er

Uout = Uin * Ku

Ku er omdannelseskoefficienten, der afhænger af driftscyklussen for kontrolimpulser på afbryderen.

Ku = Uout / Uin

Betjeningscyklussen "D" er forholdet mellem den tid, hvor nøglen er åben for PWM-perioden. "D" kan tage værdier fra 0 til 1.

VIGTIGT: For STI1 Ku = D Dette betyder, at reguleringsgrænserne for denne stabilisator er omtrent lige - 0 ... Uout.

Udgangsspændingen for en sådan konverter svarer til polaritet som indgangsspændingen.

Hvordan stimulerer en puls spændingskonverter

IPPN2 - er i stand til at øge spændingen fra forsyningsspændingen til en værdi, der er tit tit gange højere end den. Skematisk består det af de samme elementer som de foregående.

Enhver konverter af denne type har i sin sammensætning tre vigtigste aktive ingredienser:

• Administreret nøgle (Bipolar, felt, IGBT, MOSFET-transistorer);

• Ukontrolleret nøgle (ensretterdiode);

• Kumulativ induktans.

Strømmen flyder altid gennem induktansen, kun dens størrelse ændres.

For at forstå funktionen af ​​denne konverter, skal du huske skifteloven for induktoren: "Strømmen gennem induktoren kan ikke ændres øjeblikkeligt."

Dette er forårsaget af et fænomen som selvinducerende EMF eller mod-EMF. Eftersom induktansens elektromagnetiske felt forhindrer en pludselig ændring i strøm, kan spolen repræsenteres som en strømkilde. Derefter i dette kredsløb, når nøglen lukkes gennem spolen, begynder en stor strøm at flyde, men som sagt er skarpt, kan den ikke stige.

Counter-EMF er et fænomen, når en EMF i enderne af spolen vises modsat det, der anvendes. Hvis du præsenterer dette i diagrammet for klarhed, bliver du nødt til at forestille dig induktoren i form af en kilde til EMF.

Tallet “1” angiver kredsløbets tilstand, når nøglen er lukket. Bemærk, at strømkilden og symbolet EMF-spoler er forbundet i serie med de positive klemmer, dvs. deres EMF-værdier trækkes fra. I dette tilfælde forhindrer induktansen passage af elektrisk strøm eller snarere bremser dens vækst. Efterhånden som det vokser, falder værdien af ​​mod-EMF efter et vist konstant tidsinterval, og strømmen gennem induktansen stiger.

Lyrisk digression:

Værdien af ​​EMF for selvinduktion, som enhver anden EMF, måles i volt.

I løbet af dette tidsrum strømmer hovedstrømmen langs kredsløbet: strømkilde-induktans-lukket nøgle.

Når nøglen SA åbnes, begynder kredsløb 2. Strøm begynder at strømme langs et sådant kredsløb: strømforsyning-induktans-diode-belastning. Da belastningsmodstanden er ofte meget mere end kanalmodstanden for en lukket transistor. I dette tilfælde igen - strømmen, der strømmer gennem induktansen, kan ikke ændre sig pludseligt, induktansen søger altid at bevare strømens retning og størrelse, derfor vises mod-EMF igen, men i omvendt polaritet.

Bemærk, hvordan polerne i strømkilden og EMF-kilden, der udskifter spolen, er forbundet i det andet diagram. De er forbundet i serie med modsatte poler, og værdierne for disse EMF tilføjes.

Således forekommer en stigning i spænding.

Under processen med at lagre induktansenergi drives belastningen af ​​energi, der tidligere var lagret i udjævningskondensatoren.

Konverteringskoefficienten i IPPN2 er

Ku = 1 / (1-D)

Som det kan ses af formlen - jo større D er driftscyklussen, jo større er udgangsspændingen. Polariteten for udgangseffekten er den samme som indgangen til denne type konverter.

Hvordan fungerer inverteringsspændingskonverteren

Inverteringsspændingsomformeren er en temmelig interessant enhed, fordi den kan arbejde både i spændingssænkende tilstand og i boost-tilstand. Det er dog værd at overveje, at polariteten af ​​dens udgangsspænding er modsat den indgang, dvs. Det positive potentiale er på den fælles ledning.

Invertering kan også ses i den retning, i hvilken dioden D. er tændt. Funktionsprincippet ligner lidt IPPN2. På det tidspunkt, hvor nøglen T lukkes, opstår processen med at akkumulere induktansenergi, strømmen fra kilden kommer ikke ind i belastningen på grund af diode D. Når nøglen er lukket, begynder induktansenergien at sprede sig i belastningen.

Strømmen fortsætter med at strømme gennem induktansen, en EMF for selvinduktion forekommer rettet på en sådan måde, at der dannes en polaritet modsat den primære kraftkilde ved enderne af spolen. dvs. i krydset mellem transistorens emitter (dræning, hvis felteffekttransistor) diodenes katode og spolevindningens ende udgør et negativt potentiale. I den modsatte ende er henholdsvis positiv.

Konverteringsfaktoren IPPN3 er lig med:

Ku = D / (1-D)

Ved enkle udskiftninger af påfyldningsfaktoren i formlen bestemmer vi, at op til en værdi på D på 0,5 fungerer denne konvertering som en nedkonverter, og ovenfra - som en opkonverter.

Hvordan styres en sådan konverter?

Det er muligt at beskrive alle mulighederne for at konstruere PWM-controllere uendeligt, flere bind af teknisk litteratur kan skrives om dette. Jeg vil begrænse mig til at anføre et par enkle muligheder:

1. Saml et asymmetrisk multivibratorkredsløb. I stedet for VT3 er en transistor forbundet i IPPN-kredsløbene.

2. En lidt mere kompliceret mulighed, men mere stabil med hensyn til frekvens, er PWM på NE555 (klik på billedet for at forstørre).

Foretag ændringer på kredsløbet, VT1 er en transistor, vi ændrer kredsløbet, så der i stedet for der er en transistor IPPN.

3. Brugsmulighed mikrocontroller, så du også kan udføre mange ekstra funktioner, for begyndere fungerer de godt AVR-mikrokontrollere. Der er en vidunderlig videotutorial om dette.

fund

Skiftespændingsomformere er et meget vigtigt emne i branchen for strømforsyninger til elektronisk udstyr. Sådanne kredsløb bruges overalt, og for nylig med væksten af ​​"hjemmelavet", eller som det nu er moderigtigt at kalde "DIY's" og populariteten af ​​aliexpress-webstedet, er sådanne konvertere blevet specielt populære og i efterspørgsel kan du bestille et færdigt printkort, der allerede er blevet en klassisk konverter til LM2596 og lignende for bare et par dollars, mens du får muligheden for at justere spændingen eller strømmen, eller begge dele.

 

Et andet populært bræt er mini-360

Du kan bemærke, at der ikke er nogen transistor i disse kredsløb. Faktum er, at den er indbygget i chippen, bortset fra den er der en PWM-controller, feedbackkredsløb til stabilisering af udgangsspændingen med mere. Imidlertid kan disse kredsløb forstærkes ved at installere en ekstra transistor.

Hvis du er interesseret i at designe et kredsløb efter dine behov, kan du læse mere om designforholdene i følgende litteratur:

• “Komponenter til bygning af strømkilder”, Mikhail Baburin, Alexey Pavlenko, Symmetron Group of Companies

• "Stabiliserede transistorkonvertere" V.S. Moin, Energoatomizdat, M. 1986.