Συχνά στην πρακτική του ραδιοερασιτέχνη υπάρχει ανάγκη να ληφθούν διάφορες σταθεροποιημένες τάσεις για την τροφοδοσία συσκευών. Τις περισσότερες φορές αυτοί οι σκοποί εξυπηρετούνται από:

• παραμετρικοί σταθεροποιητές(με βάση μια δίοδο zener σε χαμηλή κατανάλωση ρεύματος της συσκευής).

• γραμμικούς σταθεροποιητέςσε βάση τρανζίστορ ή με βάση σταθεροποιητές LM78XX, LM317. Οι τρέχουσες δυνατότητες τέτοιων σταθεροποιητών περιορίζονται στα 1,5 Amperes. Επιπλέον, ένας άλλος παράγοντας που περιορίζει το εύρος των εφαρμογών αυτών των σταθεροποιητών είναι η μετατροπή της τάσης εισόδου σε τάση εξόδου με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας, δηλαδή εάν η τάση εισόδου είναι 20 Volt και ένας σταθεροποιητής με τάση εξόδου 9 Volt χρησιμοποιείται, τότε τα επιπλέον 11 Volt θα μετατραπούν σε θερμότητα. Σε αυτήν την περίπτωση, η θήκη IC θερμαίνεται σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες και για να αφαιρεθεί απαιτείται ψυγείο, θερμική πάστα και σε ρεύματα υψηλού φορτίου, εξαναγκασμένη ψύξη από έναν ανεμιστήρα, η οποία απαιτεί επίσης ρεύμα.

• σταθεροποιητές παλμών. Αυτοί οι σταθεροποιητές μετατρέπουν την τάση εισόδου DC σε παλμικές ταλαντώσεις με την επακόλουθη σταθεροποίησή τους. Ένας από τους εκπροσώπους αυτού του τομέα σταθεροποιητή είναι το IC LM2596. Ουσιαστικά πρόκειται για έναν μετατροπέα παλμών με μεγάλο αριθμό τρόπων λειτουργίας. Λόγω της απουσίας γραμμικών διεργασιών στον εσωτερικό κόσμο του IC, οι απώλειες θερμότητας στο σώμα είναι ελάχιστες. Η σύνδεση ενός μικροκυκλώματος απαιτεί έναν ελάχιστο αριθμό εξαρτημάτων, ανάλογα με τους απαιτούμενους σκοπούς. Μια τυπική σύνδεση φαίνεται στο σχήμα.

Η πιο επιτυχημένη λύση για ραδιοερασιτέχνες και τεχνίτες είναι η εφαρμογή αυτού του μικροκυκλώματος σε ρυθμιζόμενη έκδοση - LM2596ADJ. Το δελτίο δεδομένων μπορείτε να το δείτε εδώ.

Με βάση το μικροκύκλωμα, η κινεζική βιομηχανία παράγει ένα ευρύ φάσμα έτοιμων μονάδων μετατροπέα dc-dc, τόσο buck όσο και boost. Ένα από αυτά είναι αυτό το dc-dc step down module.

Το προϊόν έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Τάση εισόδου: 4V~35V
• Τάση εξόδου: 1,23V ~ 30V
• Ρεύμα εξόδου: 2A (ονομαστικό), 3A (μέγιστο με ψύκτρα)
• απόδοση μετατροπής: 92%
• κυματισμός εξόδου:< 30 мВ
• συχνότητα μετατροπής: 150 kHz
• εύρος λειτουργίας θερμοκρασίας: - 45 ~ + 80 C (Πολύ υπό όρους δείκτες)
• μέγεθος μονάδας: 43 * 21 * 14 mm.

Το μόνο πράγμα που απαιτείται πριν από την έναρξη της λειτουργίας είναι να ρυθμίσετε την απαιτούμενη τάση εξόδου στο ρελαντί και να την ελέγξετε υπό φορτίο.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η τάση εισόδου πρέπει να είναι τουλάχιστον 1,5 V μεγαλύτερη από την τάση εξόδου. Εάν είναι απαραίτητο, εγκαθιστώντας ένα ψυγείο στο τσιπ και χρησιμοποιώντας εξαναγκασμένη ψύξη, μπορείτε να επιτύχετε ρεύμα εξόδου 4,5 Amperes. Ωστόσο, αυτός ο τρόπος λειτουργίας είναι ακραίος και λόγω του χαμηλού κόστους της μονάδας, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε πολλά από αυτά παράλληλα. Όπως και στην περίπτωση του LM78XX, τα διπολικά τροφοδοτικά μπορούν να κατασκευαστούν με βάση αυτές τις μονάδες.

Για να γίνει αυτό, αντί για τον πυκνωτή εισόδου (C1, C2), τους σταθεροποιητές LM7805 (κ.λπ.) και τους πυκνωτές εξόδου, θα πρέπει να εγκατασταθούν μονάδες υποβάθμισης με παρακολούθηση. Εκτός από τα παραπάνω χαρακτηριστικά, η μονάδα διαθέτει προστασία από βραχυκύκλωμα και θερμοκρασία. Όταν το μικροκύκλωμα φτάσει σε θερμοκρασία 125 βαθμών Κελσίου, η λειτουργία του IC σταματά και συνεχίζει μόνο αφού μειωθεί. Επομένως, είναι πολύ, πολύ δύσκολο να απενεργοποιήσετε τη μονάδα IC.

Στην πρακτική μου, χρησιμοποίησα αυτές τις μονάδες για να τροφοδοτήσω φορτιστές μπαταριών λιθίου (σε συνδυασμό με ελεγκτή φόρτισης), ραδιόφωνα, συσκευές αναπαραγωγής mp3 και ισχυρά LED με περιορισμό ρεύματος αντίστασης. Με μια λέξη, το πεδίο εφαρμογής της ενότητας είναι αρκετά ευρύ.

Για σύγκριση, πρώτα τροφοδότησα τον ραδιοφωνικό δέκτη από έναν σταθεροποιητή που βασίζεται στο LM7809 με έναν ανορθωτή δικτύου σε έναν μετασχηματιστή και μετά αντικατέστησα το κύκλωμα LM7809 με αυτήν τη μονάδα. Ως αποτέλεσμα, το φόντο χαμηλής συχνότητας στο ηχείο εξαφανίστηκε. Δυστυχώς, ο κατασκευαστής της μονάδας δεν εγκατέστησε προστατευτική δίοδο στην είσοδο για να αποτρέψει τη βλάβη του κυκλώματος ως αποτέλεσμα της αντιστροφής ισχύος, αλλά μπορείτε να το κάνετε μόνοι σας. Ειδικά για τον ιστότοπο - Nikolay Kondratyev, Ντόνετσκ

Συζητήστε το άρθρο STOP CONVERTERS

Μια ενδιαφέρουσα υπομονάδα μετατροπέα τάσης XL4016 θα εμφανιστεί στις κινεζικές πλατφόρμες συναλλαγών. Το κύκλωμα επιτρέπει τη λειτουργία με ρύθμιση τάσης (CV) και ρεύματος (CC). Αφού προσθέσετε μια πηγή τροφοδοσίας στο σύστημα (για παράδειγμα, ένα περιττό τροφοδοτικό για φορητό υπολογιστή, έναν μετασχηματιστή με ανορθωτή και πυκνωτή), η μονάδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό ή ως σταθεροποιητής με σταθερή τάση εξόδου.

Το κύκλωμα σάς επιτρέπει να ρυθμίσετε το μέγιστο ρεύμα εξόδου ή να εργαστείτε ως πηγή ρεύματος (CC). Η λειτουργία σε λειτουργία CC μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για την τροφοδοσία LED, τη φόρτιση μιας μπαταρίας (συμπεριλαμβανομένης της μπαταρίας αυτοκινήτου) ή την τροφοδοσία μιας μονάδας Peltier. Τα ποτενσιόμετρα πολλαπλών στροφών που είναι εγκατεστημένα στην πλακέτα μπορούν να αντικατασταθούν με μεγαλύτερα και πιο βολικά, εξοπλισμένα με λαβή. Το παλμικό σύστημα είναι εξαιρετικά αποδοτικό, αλλά οι υψηλότερες ισχύς θα απαιτούν εξαναγκασμένη κυκλοφορία αέρα ή μεγαλύτερο ψυγείο.

Διάγραμμα σύνδεσης μονάδας DC-DC

Η μονάδα μετατροπέα μπορεί να βρεθεί στο Aliexpress, η περιγραφή της περιέχει συχνά παραμέτρους 9 A 300 W, 1,2 - 35 V. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στις δυνατότητες του κυκλώματος αυτού του μετατροπέα και ας κάνουμε δοκιμές. Οι ψύκτρες είναι εξοπλισμένες με διπλή δίοδο 10A STPS2045 και κύκλωμα μετατροπέα υποβάθμισης XL4016. Ο χαρακτηρισμός των εισόδων και εξόδων ισχύος και η κατανομή των ποτενσιόμετρων φαίνονται στο παρακάτω σχήμα:

Οι ημιαγωγοί είναι απομονωμένοι από τις ψύκτρες, γεγονός που μειώνει τον κίνδυνο βραχυκυκλωμάτων, αλλά μπορεί επίσης να μειώσει την απόδοση της απαγωγής θερμότητας. Σύμφωνα με το δελτίο δεδομένων που βρέθηκε, το XL4016 στο πακέτο TO220 έχει όριο ρεύματος 8 A, ίσως χρησιμοποιήθηκε ένα στοιχείο με υψηλότερη δηλωμένη απόδοση στη μονάδα. Το δίχρωμο LED αλλάζει το χρώμα του από μπλε σε κόκκινο με ρεύμα εξόδου >0,8 A. Μετά το κλείσιμο της εξόδου, μπορέσαμε να ρυθμίσουμε το ρεύμα εξόδου χρησιμοποιώντας ένα αμπερόμετρο στη λειτουργία CC στα 9 A. Η λειτουργία των LED είναι πολύ βολικό και ενημερωτικό. Η κατανάλωση ρεύματος χωρίς φορτίο είναι περίπου 15 mA.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές βρίσκονται πολύ κοντά στα καλοριφέρ και η θερμοκρασία μπορεί να μειώσει τη διάρκεια ζωής τους, ενώ η μεγάλη αυτεπαγωγή απλώς κρέμεται στον αέρα, οπότε αξίζει να το στερεώσετε με κόλλα για να μην καταστρέψετε την πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος κατά τη μηχανική καταπόνηση. Στην άλλη πλευρά της πλακέτας, ένας σταθεροποιητής 5V, LM358 και μια αντίσταση συγκολλούνται, που χρησιμοποιούνται κατά τη μέτρηση του ρεύματος εξόδου.

Δοκιμές και δοκιμές ενότητας XL4016

Η σταθερότητα της τάσης εξόδου σε σύγκριση με τα ρεύματα εξόδου είναι ικανοποιητική, παρακάτω είναι ένα παράδειγμα γραφήματος της τάσης εξόδου που έχει οριστεί στα 3,3 V ανάλογα με το ρεύμα φορτίου.

Η επίδραση της τάσης εισόδου κατά τη ρύθμιση της τάσης εξόδου είναι εξαιρετικά μικρή.

Εξάρτηση της απόδοσης του μετατροπέα από αλλαγές στο ρεύμα εξόδου για δύο τάσεις εξόδου.

Εξάρτηση της απόδοσης από αλλαγές στην τάση εισόδου.

Ο κυματισμός και η απόκλιση της τάσης εξόδου υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας φαίνονται στα παλμογράμματα παρακάτω.

Εφαρμογή μετατροπέα Buck

Αυτή η μονάδα χρησιμοποιήθηκε ως φορτιστής για φορητό υπολογιστή παιχνιδιών, λειτουργεί άψογα και δεν θερμαίνεται σημαντικά. Είσοδος: 29V, έξοδος 19V, Imax 4A σύμφωνα με τις παραμέτρους του αρχικού μετασχηματιστή AC 220V.

Το υψηλότερο ρεύμα λήφθηκε από τη μονάδα που λειτουργεί ως τροφοδοτικό για ένα ραδιοτηλέφωνο, το οποίο παρήγαγε 28 V και 9 A, το οποίο είναι πολύ καλό.

Ως φορτιστής, λειτουργεί προσθέτοντας μια μεγάλη ψύκτρα στο XL ή αντικαθιστώντας την με μια μεγαλύτερη από την αρχική ψύκτρα, καθώς και έναν ανεμιστήρα που ψύχει επίσης τους πυκνωτές.

Το ασφαλές εύρος ρεύματος για συνεχές φορτίο είναι περίπου 7 A σε τάσεις πάνω από 32 V ο σταθεροποιητής είναι πολύ ζεστός. Καλό θα ήταν να τοποθετήσετε έναν μεγάλο πυκνωτή χωρητικής τροφοδοσίας μπροστά από τον μετατροπέα.

Βελτιωτικός μετατροπέας τάσης τροφοδοσίας DC-DC με ρυθμιζόμενη τάση εξόδου και ρυθμιζόμενο μέγιστο ρεύμα φορτίου. Η ρύθμιση του περιορισμού τάσης και ρεύματος πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας μια αντίσταση κοπής που είναι εγκατεστημένη στη μονάδα. Μέγιστο ρεύμα εξόδου έως 5A.

Χαρακτηριστικά

• Τάση εισόδου: 4-38V;
• Τάση εξόδου: 1,25-36V;
• Ρεύμα εξόδου: έως 5A, ρυθμιζόμενο.
• Μέγιστη ισχύς εξόδου: 75 W;
• Συχνότητα λειτουργίας: 180 KHz;
• Αποδοτικότητα μετατροπής: έως 96%.
• Προστασία βραχυκυκλώματος: ναι (τρέχον όριο 8Α).
• Προστασία από υπερθέρμανση: ναι (η έξοδος απενεργοποιείται αυτόματα όταν υπερθερμαίνεται).
• Προστασία αντίστροφης πολικότητας εισόδου: Όχι;
• Θερμοκρασία λειτουργίας: -40 έως + 85 °C
• Διαστάσεις μονάδας, l x w x h: 51 x 26 x 15 mm;

Τρέχουσα προσαρμογή

Αυτή η μονάδα διαθέτει δύο ποτενσιόμετρα ρύθμισης. Το ένα για τη ρύθμιση της τάσης εξόδου, το δεύτερο για τη ρύθμιση του ορίου ρεύματος στο φορτίο

Όπως γνωρίζετε, το ρεύμα εξόδου δεν μπορεί να ρυθμιστεί απευθείας, αφού η ισχύς του ρεύματος καθορίζεται ΜΟΝΟ από την τάση τροφοδοσίας και την αντίσταση φορτίου σύμφωνα με το νόμο του Ohm. Δηλαδή, εάν ορίσετε μια συγκεκριμένη τάση εξόδου στη μονάδα, τότε το ρεύμα στο φορτίο θα είναι ίσο με I = U/R, όπου R είναι η αντίσταση του φορτίου σας και U είναι η καθορισμένη τάση εξόδου. Όταν ρυθμίζετε το ρεύμα σε αυτήν τη μονάδα, δεν προσαρμόζετε την ισχύ του ρεύματος, αλλά ορίζετε τη μέγιστη τιμή του. Εάν το ρεύμα αρχίσει να υπερβαίνει τη μέγιστη τιμή, η μονάδα αρχίζει να μειώνει αυτόματα την τάση εξόδου για να μειώσει το ρεύμα στην καθορισμένη τιμή. Δείτε ξανά τον τύπο. Για να επηρεάσετε την ισχύ του ρεύματος, πρέπει να αλλάξετε μία από τις ποσότητες που περιλαμβάνονται στον τύπο: είτε την τάση τροφοδοσίας είτε την αντίσταση του φορτίου σας. Αλλά η μονάδα δεν μπορεί να επηρεάσει την αντίσταση του φορτίου σας για να αλλάξει το ρεύμα. Επομένως, η μονάδα αρχίζει να μειώνει την τάση εξόδου εάν το ρεύμα υπερβεί την καθορισμένη τιμή.

!
Σε αυτό το σπιτικό προϊόν, η AKA KASYAN θα κατασκευάσει έναν γενικό μετατροπέα τάσης μείωσης και ανόδου.

Ο συγγραφέας συναρμολόγησε πρόσφατα μια μπαταρία λιθίου. Και σήμερα θα αποκαλύψει το μυστικό για ποιο σκοπό το έφτιαξε.

Οι τάσεις τροφοδοσίας για αυτά τα gadget έχουν πολύ μεγάλο εύρος.
Για παράδειγμα, τα smartphone χρειάζονται μόνο 5 V, οι φορητοί υπολογιστές 18, μερικά ακόμη και 24 V.
Η μπαταρία που κατασκευάζεται από τον συγγραφέα έχει σχεδιαστεί για τάση εξόδου 14,8 V.
Επομένως, απαιτείται ένας μετατροπέας ικανός να αυξάνει και να μειώνει την αρχική τάση.

Επομένως, το σύστημα είναι καθολικό. Οι παράμετροι εξαρτώνται από την χωρητικότητα των πυκνωτών, τις παραμέτρους του επαγωγέα, τον ανορθωτή διόδου και τα χαρακτηριστικά του διακόπτη πεδίου.

Η τάση εξόδου ρυθμίζεται από την αντίσταση R3

Οι μετατροπείς DC/DC χρησιμοποιούνται ευρέως για την τροφοδοσία διαφόρων ηλεκτρονικών συσκευών. Χρησιμοποιούνται σε συσκευές υπολογιστών, συσκευές επικοινωνίας, διάφορα κυκλώματα ελέγχου και αυτοματισμού κ.λπ.

Τροφοδοτικά μετασχηματιστή

Στα παραδοσιακά τροφοδοτικά μετασχηματιστή, η τάση του δικτύου τροφοδοσίας μετατρέπεται, τις περισσότερες φορές μειώνεται, στην επιθυμητή τιμή χρησιμοποιώντας έναν μετασχηματιστή. Η μειωμένη τάση εξομαλύνεται από ένα φίλτρο πυκνωτή. Εάν είναι απαραίτητο, εγκαθίσταται ένας σταθεροποιητής ημιαγωγών μετά τον ανορθωτή.

Τα τροφοδοτικά του μετασχηματιστή είναι συνήθως εξοπλισμένα με γραμμικούς σταθεροποιητές. Τέτοιοι σταθεροποιητές έχουν τουλάχιστον δύο πλεονεκτήματα: χαμηλό κόστος και μικρό αριθμό εξαρτημάτων στην πλεξούδα. Αλλά αυτά τα πλεονεκτήματα διαβρώνονται από τη χαμηλή απόδοση, καθώς ένα σημαντικό μέρος της τάσης εισόδου χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του τρανζίστορ ελέγχου, κάτι που είναι εντελώς απαράδεκτο για την τροφοδοσία φορητών ηλεκτρονικών συσκευών.

Μετατροπείς DC/DC

Εάν ο εξοπλισμός τροφοδοτείται από γαλβανικές κυψέλες ή μπαταρίες, τότε η μετατροπή τάσης στο απαιτούμενο επίπεδο είναι δυνατή μόνο με τη βοήθεια μετατροπέων DC/DC.

Η ιδέα είναι αρκετά απλή: η άμεση τάση μετατρέπεται σε εναλλασσόμενη τάση, συνήθως με συχνότητα πολλών δεκάδων ή και εκατοντάδων kilohertz, αυξάνεται (μειώνεται) και στη συνέχεια διορθώνεται και παρέχεται στο φορτίο. Τέτοιοι μετατροπείς ονομάζονται συχνά μετατροπείς παλμών.

Ένα παράδειγμα είναι ένας μετατροπέας ενίσχυσης από 1,5 V σε 5 V, μόνο η τάση εξόδου ενός USB υπολογιστή. Ένας παρόμοιος μετατροπέας χαμηλής κατανάλωσης πωλείται στο Aliexpress.

Ρύζι. 1. Μετατροπέας 1,5V/5V

Οι μετατροπείς παλμών είναι καλοί γιατί έχουν υψηλή απόδοση, στην περιοχή του 60..90%. Ένα άλλο πλεονέκτημα των μετατροπέων παλμών είναι ένα ευρύ φάσμα τάσεων εισόδου: η τάση εισόδου μπορεί να είναι χαμηλότερη από την τάση εξόδου ή πολύ υψηλότερη. Γενικά, οι μετατροπείς DC/DC μπορούν να χωριστούν σε διάφορες ομάδες.

Ταξινόμηση μετατροπέων

Lowering, στην αγγλική ορολογία step-down or buck

Η τάση εξόδου αυτών των μετατροπέων, κατά κανόνα, είναι χαμηλότερη από την τάση εισόδου: χωρίς σημαντικές απώλειες θέρμανσης του τρανζίστορ ελέγχου, μπορείτε να πάρετε μια τάση μόνο μερικών βολτ με τάση εισόδου 12...50V. Το ρεύμα εξόδου τέτοιων μετατροπέων εξαρτάται από τη ζήτηση φορτίου, η οποία με τη σειρά της καθορίζει τη σχεδίαση του κυκλώματος του μετατροπέα.

Ένα άλλο αγγλικό όνομα για έναν μετατροπέα βήμα προς τα κάτω είναι chopper. Μία από τις επιλογές μετάφρασης αυτής της λέξης είναι ο διακόπτης. Στην τεχνική βιβλιογραφία, ένας μετατροπέας με βήμα προς τα κάτω ονομάζεται μερικές φορές "chopper". Προς το παρόν, ας θυμηθούμε μόνο αυτόν τον όρο.

Αύξηση, στην αγγλική ορολογία step-up ή boost

Η τάση εξόδου αυτών των μετατροπέων είναι υψηλότερη από την τάση εισόδου. Για παράδειγμα, με τάση εισόδου 5 V, η τάση εξόδου μπορεί να είναι έως και 30 V και είναι δυνατή η ομαλή ρύθμιση και σταθεροποίησή της. Αρκετά συχνά, οι μετατροπείς ενίσχυσης ονομάζονται ενισχυτές.

Μετατροπείς γενικής χρήσης - SEPIC

Η τάση εξόδου αυτών των μετατροπέων διατηρείται σε ένα δεδομένο επίπεδο όταν η τάση εισόδου είναι είτε υψηλότερη είτε χαμηλότερη από την τάση εισόδου. Συνιστάται σε περιπτώσεις όπου η τάση εισόδου μπορεί να ποικίλλει εντός σημαντικών ορίων. Για παράδειγμα, σε ένα αυτοκίνητο, η τάση της μπαταρίας μπορεί να ποικίλλει εντός 9...14V, αλλά πρέπει να έχετε σταθερή τάση 12V.

Μετατροπείς αναστροφής

Η κύρια λειτουργία αυτών των μετατροπέων είναι να παράγουν μια τάση εξόδου αντίστροφης πολικότητας σε σχέση με την πηγή ισχύος. Πολύ βολικό σε περιπτώσεις όπου απαιτείται διπολική ισχύς, για παράδειγμα.

Όλοι οι αναφερόμενοι μετατροπείς μπορούν να σταθεροποιηθούν ή να αποσταθεροποιηθούν, η τάση εξόδου μπορεί να συνδεθεί γαλβανικά με την τάση εισόδου ή να έχει γαλβανική απομόνωση. Όλα εξαρτώνται από τη συγκεκριμένη συσκευή στην οποία θα χρησιμοποιηθεί ο μετατροπέας.

Για να προχωρήσετε σε μια περαιτέρω ιστορία σχετικά με τους μετατροπείς DC/DC, θα πρέπει τουλάχιστον να κατανοήσετε τη θεωρία με γενικούς όρους.

Κόπας με μετατροπέα κατεβαίνοντα - μετατροπέας buck

Το λειτουργικό του διάγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Τα βέλη στα καλώδια δείχνουν τις κατευθύνσεις των ρευμάτων.

Εικ.2. Λειτουργικό διάγραμμα σταθεροποιητή κόφτη

Η τάση εισόδου Uin παρέχεται στο φίλτρο εισόδου - πυκνωτή Cin. Το τρανζίστορ VT χρησιμοποιείται ως βασικό στοιχείο που εκτελεί μεταγωγή ρεύματος υψηλής συχνότητας. Μπορεί να είναι είτε. Εκτός από τα υποδεικνυόμενα μέρη, το κύκλωμα περιέχει μια δίοδο εκφόρτισης VD και ένα φίλτρο εξόδου - LCout, από το οποίο τροφοδοτείται η τάση στο φορτίο Rн.

Είναι εύκολο να δούμε ότι το φορτίο συνδέεται σε σειρά με τα στοιχεία VT και L. Επομένως, το κύκλωμα είναι διαδοχικό. Πώς συμβαίνει η πτώση τάσης;

Διαμόρφωση πλάτους παλμού - PWM

Το κύκλωμα ελέγχου παράγει ορθογώνιους παλμούς με σταθερή συχνότητα ή σταθερή περίοδο, που είναι ουσιαστικά το ίδιο πράγμα. Αυτοί οι παλμοί φαίνονται στο σχήμα 3.

Εικ.3. Έλεγχος παλμών

Εδώ t είναι ο χρόνος παλμού, το τρανζίστορ είναι ανοιχτό, t είναι ο χρόνος παύσης και το τρανζίστορ είναι κλειστό. Ο λόγος ti/T ονομάζεται κύκλος λειτουργίας του κύκλου εργασίας, που συμβολίζεται με το γράμμα D και εκφράζεται σε %% ή απλώς σε αριθμούς. Για παράδειγμα, με D ίσο με 50%, προκύπτει ότι D=0,5.

Έτσι, το D μπορεί να κυμαίνεται από 0 έως 1. Με τιμή D=1, το τρανζίστορ κλειδιού βρίσκεται σε κατάσταση πλήρους αγωγιμότητας και με D=0 σε κατάσταση αποκοπής, με απλά λόγια, είναι κλειστό. Δεν είναι δύσκολο να μαντέψει κανείς ότι στο D=50% η τάση εξόδου θα είναι ίση με το ήμισυ της εισόδου.

Είναι προφανές ότι η τάση εξόδου ρυθμίζεται με αλλαγή του πλάτους του παλμού ελέγχου t και, στην πραγματικότητα, με αλλαγή του συντελεστή D. Αυτή η αρχή ρύθμισης ονομάζεται (PWM). Σε όλα σχεδόν τα τροφοδοτικά μεταγωγής, η τάση εξόδου σταθεροποιείται με τη βοήθεια του PWM.

Στα διαγράμματα που φαίνονται στα Σχήματα 2 και 6, το PWM είναι «κρυμμένο» σε ορθογώνια με την ένδειξη «Κύκλωμα ελέγχου», το οποίο εκτελεί ορισμένες πρόσθετες λειτουργίες. Για παράδειγμα, αυτό θα μπορούσε να είναι μια ομαλή εκκίνηση της τάσης εξόδου, η απομακρυσμένη ενεργοποίηση ή η προστασία από βραχυκύκλωμα του μετατροπέα.

Γενικά, οι μετατροπείς έχουν γίνει τόσο ευρέως χρησιμοποιούμενοι που οι κατασκευαστές ηλεκτρονικών εξαρτημάτων έχουν αρχίσει να παράγουν ελεγκτές PWM για όλες τις περιπτώσεις. Η ποικιλία είναι τόσο μεγάλη που για να τα απαριθμήσετε θα χρειαστείτε ένα ολόκληρο βιβλίο. Επομένως, ποτέ δεν περνάει από το μυαλό κανένας να συναρμολογήσει μετατροπείς χρησιμοποιώντας διακριτά στοιχεία ή όπως συχνά λένε σε "χαλαρή" μορφή.

Επιπλέον, έτοιμοι μετατροπείς χαμηλής κατανάλωσης μπορούν να αγοραστούν στο Aliexpress ή στο Ebay σε χαμηλή τιμή. Σε αυτή την περίπτωση, για εγκατάσταση σε ερασιτεχνικό σχέδιο, αρκεί να κολλήσετε τα καλώδια εισόδου και εξόδου στην πλακέτα και να ρυθμίσετε την απαιτούμενη τάση εξόδου.

Ας επιστρέψουμε όμως στο Σχήμα 3 μας. Σε αυτή την περίπτωση, ο συντελεστής D καθορίζει πόσο καιρό θα είναι ανοιχτό (φάση 1) ή κλειστό (φάση 2). Για αυτές τις δύο φάσεις, το κύκλωμα μπορεί να αναπαρασταθεί σε δύο σχέδια. Οι εικόνες ΔΕΝ ΔΕΙΧΝΟΥΝ εκείνα τα στοιχεία που δεν χρησιμοποιούνται σε αυτή τη φάση.

Εικ.4. Φάση 1

Όταν το τρανζίστορ είναι ανοιχτό, το ρεύμα από την πηγή ισχύος (γαλβανική κυψέλη, μπαταρία, ανορθωτής) διέρχεται μέσω του επαγωγικού τσοκ L, του φορτίου Rn και του πυκνωτή φόρτισης Cout. Ταυτόχρονα, το ρεύμα ρέει μέσω του φορτίου, ο πυκνωτής Cout και ο επαγωγέας L συσσωρεύουν ενέργεια. Το ρεύμα iL ΑΥΞΑΝΕΤΑΙ ΣΤΑΔΙΑΚΑ, λόγω της επίδρασης της επαγωγής του επαγωγέα. Αυτή η φάση ονομάζεται άντληση.

Αφού η τάση φορτίου φτάσει στην καθορισμένη τιμή (που καθορίζεται από τις ρυθμίσεις της συσκευής ελέγχου), το τρανζίστορ VT κλείνει και η συσκευή μετακινείται στη δεύτερη φάση - τη φάση εκφόρτισης. Το κλειστό τρανζίστορ στο σχήμα δεν φαίνεται καθόλου, σαν να μην υπάρχει. Αλλά αυτό σημαίνει μόνο ότι το τρανζίστορ είναι κλειστό.

Εικ.5. Φάση 2

Όταν το τρανζίστορ VT είναι κλειστό, δεν υπάρχει αναπλήρωση ενέργειας στον επαγωγέα, καθώς η πηγή ισχύος είναι απενεργοποιημένη. Η αυτεπαγωγή L τείνει να αποτρέπει αλλαγές στο μέγεθος και την κατεύθυνση του ρεύματος (αυτοεπαγωγή) που ρέει μέσω της περιέλιξης του επαγωγέα.

Επομένως, το ρεύμα δεν μπορεί να σταματήσει αμέσως και κλείνει μέσω του κυκλώματος «φορτίο διόδου». Εξαιτίας αυτού, η δίοδος VD ονομάζεται δίοδος εκκένωσης. Κατά κανόνα, αυτή είναι μια δίοδος Schottky υψηλής ταχύτητας. Μετά την περίοδο ελέγχου, φάση 2, το κύκλωμα μεταβαίνει στη φάση 1 και η διαδικασία επαναλαμβάνεται ξανά. Η μέγιστη τάση στην έξοδο του εξεταζόμενου κυκλώματος μπορεί να είναι ίση με την είσοδο και τίποτα περισσότερο. Για τη λήψη τάσης εξόδου μεγαλύτερη από την είσοδο, χρησιμοποιούνται μετατροπείς ενίσχυσης.

Προς το παρόν, πρέπει απλώς να σας υπενθυμίσουμε την ποσότητα της αυτεπαγωγής, η οποία καθορίζει τους δύο τρόπους λειτουργίας του κόφτη. Εάν η αυτεπαγωγή είναι ανεπαρκής, ο μετατροπέας θα λειτουργεί στη λειτουργία ρεύματος διακοπής, η οποία είναι εντελώς απαράδεκτη για τροφοδοτικά.

Εάν η αυτεπαγωγή είναι αρκετά μεγάλη, τότε η λειτουργία πραγματοποιείται στη λειτουργία συνεχούς ρεύματος, η οποία καθιστά δυνατή, χρησιμοποιώντας φίλτρα εξόδου, τη λήψη σταθερής τάσης με αποδεκτό επίπεδο κυματισμού. Οι μετατροπείς ενίσχυσης, οι οποίοι θα συζητηθούν παρακάτω, λειτουργούν επίσης στη λειτουργία συνεχούς ρεύματος.

Για να αυξηθεί ελαφρώς η απόδοση, η δίοδος εκφόρτισης VD αντικαθίσταται με ένα τρανζίστορ MOSFET, το οποίο ανοίγει την κατάλληλη στιγμή από το κύκλωμα ελέγχου. Τέτοιοι μετατροπείς ονομάζονται σύγχρονοι. Η χρήση τους δικαιολογείται εάν η ισχύς του μετατροπέα είναι αρκετά μεγάλη.

Μετατροπείς αναβάθμισης ή ενίσχυσης

Οι μετατροπείς ενίσχυσης χρησιμοποιούνται κυρίως για τροφοδοσία χαμηλής τάσης, για παράδειγμα, από δύο ή τρεις μπαταρίες, και ορισμένα εξαρτήματα σχεδιασμού απαιτούν τάση 12...15 V με χαμηλή κατανάλωση ρεύματος. Πολύ συχνά, ένας μετατροπέας ενίσχυσης ονομάζεται εν συντομία και ξεκάθαρα η λέξη "ενισχυτής".

Εικ.6. Λειτουργικό διάγραμμα μετατροπέα ενίσχυσης

Η τάση εισόδου Uin εφαρμόζεται στο φίλτρο εισόδου Cin και παρέχεται στο συνδεδεμένο σε σειρά L και στο τρανζίστορ μεταγωγής VT. Μια δίοδος VD συνδέεται στο σημείο σύνδεσης μεταξύ του πηνίου και της αποστράγγισης του τρανζίστορ. Το φορτίο Rн και ο πυκνωτής διακλάδωσης Cout συνδέονται στον άλλο ακροδέκτη της διόδου.

Το τρανζίστορ VT ελέγχεται από ένα κύκλωμα ελέγχου που παράγει ένα σήμα ελέγχου σταθερής συχνότητας με ρυθμιζόμενο κύκλο λειτουργίας D, όπως ακριβώς περιγράφηκε ακριβώς παραπάνω όταν περιγράφεται το κύκλωμα του κόφτη (Εικ. 3). Η δίοδος VD μπλοκάρει το φορτίο από το τρανζίστορ του κλειδιού στις σωστές στιγμές.

Όταν το τρανζίστορ κλειδιού είναι ανοιχτό, η δεξιά έξοδος του πηνίου L σύμφωνα με το διάγραμμα συνδέεται στον αρνητικό πόλο της πηγής ισχύος Uin. Ένα αυξανόμενο ρεύμα (λόγω της επίδρασης της επαγωγής) από την πηγή ισχύος ρέει μέσω του πηνίου και του ανοιχτού τρανζίστορ και η ενέργεια συσσωρεύεται στο πηνίο.

Αυτή τη στιγμή, η δίοδος VD μπλοκάρει το φορτίο και τον πυκνωτή εξόδου από το κύκλωμα μεταγωγής, εμποδίζοντας έτσι την εκφόρτιση του πυκνωτή εξόδου μέσω του ανοιχτού τρανζίστορ. Το φορτίο αυτή τη στιγμή τροφοδοτείται από την ενέργεια που συσσωρεύεται στον πυκνωτή Cout. Φυσικά, η τάση στον πυκνωτή εξόδου πέφτει.

Μόλις η τάση εξόδου πέσει ελαφρώς κάτω από την καθορισμένη τιμή (που καθορίζεται από τις ρυθμίσεις του κυκλώματος ελέγχου), το τρανζίστορ κλειδιού VT κλείνει και η ενέργεια που αποθηκεύεται στον επαγωγέα, μέσω της διόδου VD, επαναφορτίζει τον πυκνωτή Cout, ο οποίος ενεργοποιεί το φορτώνω. Σε αυτήν την περίπτωση, το emf αυτοεπαγωγής του πηνίου L προστίθεται στην τάση εισόδου και μεταφέρεται στο φορτίο, επομένως, η τάση εξόδου είναι μεγαλύτερη από την τάση εισόδου.

Όταν η τάση εξόδου φτάσει στο καθορισμένο επίπεδο σταθεροποίησης, το κύκλωμα ελέγχου ανοίγει το τρανζίστορ VT και η διαδικασία επαναλαμβάνεται από τη φάση αποθήκευσης ενέργειας.

Μετατροπείς γενικής χρήσης - SEPIC (μετατροπέας πρωτεύοντος επαγωγικού μονού άκρου ή μετατροπέας με ασύμμετρη φόρτιση πρωτεύουσας επαγωγής).

Τέτοιοι μετατροπείς χρησιμοποιούνται κυρίως όταν το φορτίο έχει ασήμαντη ισχύ και η τάση εισόδου αλλάζει σε σχέση με την τάση εξόδου προς τα πάνω ή προς τα κάτω.

Εικ.7. Λειτουργικό διάγραμμα του μετατροπέα SEPIC

Πολύ παρόμοιο με το κύκλωμα μετατροπέα ενίσχυσης που φαίνεται στο σχήμα 6, αλλά με πρόσθετα στοιχεία: πυκνωτή C1 και πηνίο L2. Αυτά τα στοιχεία είναι που διασφαλίζουν τη λειτουργία του μετατροπέα στη λειτουργία μείωσης τάσης.

Οι μετατροπείς SEPIC χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπου η τάση εισόδου ποικίλλει ευρέως. Ένα παράδειγμα είναι ο ρυθμιστής μετατροπέα αναβάθμισης/κάτω τάσης 4V-35V έως 1,23V-32V. Με αυτό το όνομα ο μετατροπέας πωλείται σε κινεζικά καταστήματα, το κύκλωμα του οποίου φαίνεται στο Σχήμα 8 (κάντε κλικ στο σχήμα για μεγέθυνση).

Εικ.8. Σχηματικό διάγραμμα μετατροπέα SEPIC

Το σχήμα 9 δείχνει την εμφάνιση του πίνακα με τον προσδιορισμό των κύριων στοιχείων.

Εικ.9. Εμφάνιση του μετατροπέα SEPIC

Το σχήμα δείχνει τα κύρια μέρη σύμφωνα με το σχήμα 7. Σημειώστε ότι υπάρχουν δύο πηνία L1 L2. Με βάση αυτή τη δυνατότητα, μπορείτε να προσδιορίσετε ότι πρόκειται για μετατροπέα SEPIC.

Η τάση εισόδου της πλακέτας μπορεί να είναι εντός 4…35V. Σε αυτήν την περίπτωση, η τάση εξόδου μπορεί να ρυθμιστεί εντός 1,23…32V. Η συχνότητα λειτουργίας του μετατροπέα είναι 500 KHz Με μικρές διαστάσεις 50 x 25 x 12 mm, η πλακέτα παρέχει ισχύ έως και 25 W. Μέγιστο ρεύμα εξόδου έως 3Α.

Εδώ όμως πρέπει να γίνει μια παρατήρηση. Εάν η τάση εξόδου είναι ρυθμισμένη στα 10V, τότε το ρεύμα εξόδου δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερο από 2,5A (25W). Με τάση εξόδου 5V και μέγιστο ρεύμα 3Α, η ισχύς θα είναι μόνο 15W. Το κύριο πράγμα εδώ δεν είναι να το παρακάνετε: είτε μην υπερβείτε τη μέγιστη επιτρεπόμενη ισχύ είτε μην υπερβείτε τα επιτρεπόμενα όρια ρεύματος.