Преобразователь схема. Преобразователи напряжения: принципы работы, схемы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое преобразователи напряжения. Как работают повышающие и понижающие преобразователи. Какие схемы используются в преобразователях постоянного и переменного тока. Где применяются преобразователи напряжения в современной электронике.

Содержание

Что такое преобразователи напряжения и зачем они нужны

Преобразователи напряжения — это электронные устройства, которые изменяют параметры электрического тока, преобразуя напряжение из одного уровня в другой. Они широко используются в современной электронике и энергетике для согласования напряжений различных компонентов и систем.

Основные типы преобразователей напряжения:

Преобразователи постоянного тока (DC-DC)
Преобразователи переменного тока (AC-AC)
Выпрямители (AC-DC)
Инверторы (DC-AC)

Преобразователи напряжения позволяют эффективно преобразовывать электроэнергию с минимальными потерями. За счет этого они имеют ряд преимуществ по сравнению с линейными стабилизаторами напряжения:

Высокий КПД (до 95% и выше)
Меньшие габариты и вес
Низкое тепловыделение
Возможность как понижения, так и повышения напряжения

Принцип работы импульсных преобразователей напряжения

В основе работы современных преобразователей лежит импульсный принцип. Входное напряжение «нарезается» на короткие импульсы с помощью электронных ключей. Изменяя длительность этих импульсов (скважность), можно управлять выходным напряжением.

Ключевые элементы импульсного преобразователя:

Силовой ключ (транзистор)
Диод
Катушка индуктивности
Конденсатор
Схема управления (ШИМ-контроллер)

Принцип работы заключается в периодическом накоплении энергии в магнитном поле катушки и электрическом поле конденсатора с последующей передачей этой энергии в нагрузку.

Повышающий преобразователь напряжения

Повышающий преобразователь (boost converter) позволяет получить выходное напряжение выше входного. Его работа основана на свойстве катушки индуктивности: при размыкании цепи с током в катушке возникает ЭДС самоиндукции, превышающая приложенное напряжение.

Как работает повышающий преобразователь:

При замкнутом ключе ток нарастает в катушке, накапливая в ней энергию
При размыкании ключа, ЭДС самоиндукции добавляется к входному напряжению
Диод пропускает повышенное напряжение на выход
Конденсатор сглаживает пульсации выходного напряжения

Коэффициент повышения напряжения зависит от скважности управляющих импульсов и может достигать 5-10 раз и более.

Понижающий преобразователь напряжения

Понижающий преобразователь (buck converter) позволяет получить выходное напряжение ниже входного. Его работа основана на периодическом подключении нагрузки к источнику питания.

Принцип работы понижающего преобразователя:

При замкнутом ключе ток протекает через нагрузку, заряжая конденсатор

При размыкании ключа ток нагрузки поддерживается за счет энергии, запасенной в катушке и конденсаторе
Диод обеспечивает протекание тока при разомкнутом ключе

Выходное напряжение определяется скважностью управляющих импульсов и может плавно регулироваться от 0 до входного напряжения.

Преобразователи переменного напряжения

Преобразователи переменного напряжения позволяют изменять параметры переменного тока: амплитуду, частоту, число фаз. Основные типы:

Трансформаторы — изменение амплитуды напряжения
Частотные преобразователи — регулирование частоты питания электродвигателей
Инверторы — преобразование постоянного тока в переменный

Современные преобразователи переменного тока строятся на основе силовых полупроводниковых приборов — тиристоров и транзисторов.

Применение преобразователей напряжения

Преобразователи напряжения нашли широкое применение в различных областях техники:

Источники питания электронной аппаратуры
Зарядные устройства для аккумуляторов
Системы электропривода
Светодиодные драйверы
Солнечные инверторы
Сварочные аппараты
Системы бесперебойного питания

Развитие силовой электроники и появление новых полупроводниковых приборов позволяет создавать все более эффективные и компактные преобразователи напряжения.

Как выбрать преобразователь напряжения

При выборе преобразователя напряжения следует учитывать следующие параметры:

Диапазон входных и выходных напряжений
Максимальный выходной ток
КПД
Уровень пульсаций выходного напряжения
Диапазон рабочих температур
Наличие защит от перегрузки, КЗ, перегрева

Важно правильно рассчитать мощность преобразователя с запасом 20-30% от потребляемой нагрузкой мощности. Это обеспечит надежную работу устройства.

Перспективы развития преобразователей напряжения

Основные направления совершенствования преобразователей напряжения:

Повышение КПД и снижение потерь
Уменьшение габаритов и веса
Повышение удельной мощности
Расширение функциональных возможностей
Улучшение электромагнитной совместимости

Перспективными являются разработки на основе карбида кремния и нитрида галлия. Эти материалы позволяют создавать высокочастотные преобразователи с рекордными характеристиками.

Таким образом, преобразователи напряжения играют важную роль в современной электронике и энергетике. Их развитие идет по пути повышения эффективности, миниатюризации и расширения функциональных возможностей.

Преобразователь напряжения сигнальный ПНС-00 от ООО «Терма-Энерго»

(812) 347-89-31 (812) 640-11-28

Обратный звонок

ПНС-01 УХЛ3.1 предназначен для замены трансформаторов напряжения (ТН) класса 6-35 кВ, использующихся в цепях защиты и автоматики.

В состав преобразователя входят:

блок преобразователя, 1шт.;
резистивный электрод связи (датчик), 3 шт.;
комплект соединительных кабелей.

Преобразователь выполнен как линейный усилитель слабого сигнала, поступающего из стандартных электродов связи, относительно корпуса. Выходной сигнал также снимается относительно корпуса. Усилитель имеет ограничение по току.

Преобразователь имеет гальваническую развязку 1,5 кВ между сигнальными цепями и вспомогательным источником питания. Преимущества данного устройства:

имеет меньшие габариты и массу по сравнению с ТН;
отсутствуют резонансные явления, которые могут возникать в ТН;
малая погрешность измерений 1%;

не нужно отключать при высоковольтных испытаниях;
надёжно работает в сетях с большими скачками напряжения, высоким процентом гармоник, например, в контактной сети РЖД;
определение причины отсутствия напряжения на фазе в сети с изолированной нейтралью в случаях замыкания на «землю» или отключения напряжения от питающего центра.

ПНС-01 УХЛ3.1применяют чаще всего при модернизации отдельных ячеек, небольших объектов, ТП, где не было ТН, но по проекту необходим контроль наличия и величины напряжения. Или в новых проектах, где не нужен коммерческий учёт. Мощности выходного сигнала ПНС-01 достаточно для нагрузки РЗА одной-двух ячеек.

Электроды связи выполнены в виде опорных изоляторов класса 6-35 кВ. На нашем сайте можно посмотреть чертежи исполнений резистивных электродов связи.

Основные технические характеристики

Наименование	Значение
Диапазон частот рабочего напряжения, Гц	От 50 до 60
Номинальное напряжение на входе, кВ	6-35*
Номинальное выходное фазное напряжение, В	100/√3
Погрешность выходного напряжения, %	1,0
Предельная мощность нагрузки, cosφ не менее 0,8, ВА	2
Напряжение питания AC/DC, В	90-250/100-350
Рабочий диапазон температур окружающего воздуха, °С	от минус 40 до плюс 45
Габариты блока преобразователя, ШГВ, мм	123×123×202

* В зависимости от исполнения используемого электрода связи

Дополнительная опция: встроенный в блок преобразователя фильтр нулевой последовательности, с выходом сигнала 3U0

Опросный лист для заказа преобразователя напряжения сигнального ПНС-01 Структурная схема устройства ПНС-01 Исполнения электродов связи серии ИОЭЛ 6-35кВ

Изготовить на заказ

Закажи сейчас!

Я согласен на обработку персональных данных

СХЕМЫ И РЕЖИМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ M-DRIVER! НАСТРОЙКА РЕЖИМОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТНОГО ПРИВОДА!

В данном обзоре постараемся рассмотреть самые популярные режимы управления и схемы подключения частотных преобразователей M-Driver. Частотные преобразователи M-Driver являются многофункциональными устройствами управления двигателями и могут быть внедрены в различные сферы промышленности.

Перед тем как приступать к подключению и разбору управляющих сигналов необходимо в ОБЯЗАТЕЛЬНОМ порядке сконфигурировать в частотном преобразователе параметры двигателя (с шильдика двигателя). Данные параметры необходимо для правильной работы защит частотного преобразователя и двигателя. Если проигнорировать параметрирование данных настроек, то двигатель может работать не на полную производительность и при аварийных событиях частотный преобразователь или двигатель могут выйти из строя. Для этого сконфигурируйте следующие параметры в частотном преобразователе M-Driver:

P1-01 — номинальная мощность двигателя, кВт
P1-02 — номинальное напряжение двигателя, В
P1-03 — номинальный ток двигателя, А
P1-04 — номинальная частота двигателя, Гц
P1-05 — скорость вращения двигателя, об/мин

Самый простой способ управления двигателем с помощью частотного преобразователя заложен изначально заводом изготовителем и производиться с панели управления частотного преобразователя (параметр P0-02 = 0). В данном случае режим запуска производится с кнопки «RUN» (пуск), а время разгона двигателя до номинальной частоты и его торможение составляет 20 сек (P0-17 = 20 разгон, P0-18 = 20 торможение, P0-19=1 единица времени). Останов двигателя производится по кнопке «STOP» (стоп) с панели управления частотным преобразователем. Частота вращения двигателем задаётся с помощью встроенного потенциометра на панели управления частотного преобразователя. Данный вариант управления предназначен для плавного пуска двигателя, либо по технологическим условиям Вам необходимо поддерживать постоянную скорость вращения двигателем (один раз задали частоту и работает на постоянной основе). Также данный вариант часто применяется, когда панель оператора выносят на пульт управления и оператор с панели управления частотным преобразователем регулирует скорость двигателя в реальном времени. Текущая настройка частотного преобразователя не требует привлечения высококвалифицированного персонала. При необходимости измените время разгона и торможения двигателя (P0-17 = 20 разгон, P0-18 = 20 торможение, P0-19=1 единица времени).

Самым распространённым режимом управления частотным преобразователем M-Driver является дискретное управление по внешним сигналам. Частотный привод имеет 5 дискретных сигналов которые можно запрограммировать на разные режимы управления. Для внешнего управления частотным преобразователем необходимо в параметре P0-02 выбрать значение 1 (управление с клемм). После этого необходимо настроить значения параметров P4-00 — P4-04 (дискретные входа DI1-DI5). Далее выбираем в параметре P4-11 один из режимов управления представленных ниже:

1) P4-11 = 0 Режим двухпроводного управления 1. Данный режим представляет собой два сигнала подаваемые на клеммы DI1 (движение вперед) и клемму DI2 (движение назад). Желательно использовать двухпозиционный переключатель с фиксацией с 2-мя НО контактами, чтобы случайным образом одновременно не отправить сигналы на клеммы DI1 и DI2.

2) P4-11 = 1 Режим двухпроводного управления 2. В данном режиме с помощью сигнала подаваемого на клемму DI1 задаётся разрешение на работу частотного преобразователя, а сигнал поступающий на клемму DI2 задаёт направление вращения двигателем. Иными словами, подав сигнал на клемму DI1 двигатель начнёт вращаться в прямом направлении, если сигнал будет подан на клемму DI2, то двигатель начнёт вращаться в противоположную сторону. Соответственно для работы двигателя от частотного преобразователя контакт SW1 должен быть замкнут.

3) P4-11 = 2 Режим трёхпроводного управления 1. Данный режим отличается дополнительным контактом, тем самым может обеспечивать дополнительную защиту двигателя. Например на контакт SW3 может быть подключён датчик сухого хода при срабатывании которого двигатель остановиться. Соответственно при подаче сигнала на клемму DI1 двигатель будет вращаться в прямом направлении, при подачи сигнала на клемму DI2 двигатель будет вращаться в реверсивном направлении. При этом контакт SW3 должен быть замкнут (разрешение на работу).

4) P4-11 = 3 Режим трёхпроводного управления 2. Данный режим имеет более сложную схему управления, которая также применяется в различных системах управления АСУТП. В данном примере работа двигателя реализована по нескольким условиям. Например, на контакт SW3 возможно подключить реле сухого хода или аварийную кнопку останова, а на контакт SW1 может поступать сигнал разрешения как от контроллера так и от других смежных систем управления. Контакт SW2 (сигнал на вход DI2) задаёт направление вращения двигателя.

Во всех случаях управления нужно выбирать источник задания основной частоты (параметр P0-03). В заводской настройке источником основной частоты выбран параметр AI3 (эквивалент потенциометру панели управления). Вы можете выбрать и другие варианты задания основной частоты, например: аналоговый вход AI1 (0-10В) или AI2 (0-10В/4-20мА), ПИД регулятор, Modbus RTU, мультизадания (мультиссылки) или режим ПЛК. Под заданием основной частоты понимается частота которую будет выдавать частотный преобразователь на двигатель.

Подводя итоги вышесказанному настройку частотного преобразователя M-Driver необходимо производить в несколько этапов.

Выбор источника команд задаётся в параметре P0-02. Следующий пункт (п.2) необходимо рассматривать, если в параметре P0-02 выбрано значение 1.
Формирование сигнала на запуск и направление вращения двигателя от частотного преобразователя (как правило реализуется по дискретным сигналам DI1-5, параметры P4-00 — P4-04).
Выбор задания основной частоты в параметре P0-03.

Настройку частотного преобразователя по сети Modbus в данной статье рассматривать не будем, так как данной теме посвящена отдельная статья. Можем только сказать, что управление частотным преобразователем и задания по частоте можно производить по сети Modbus без использования клемм управления и других сигналов. Это очень удобно в построении разных системах управления АСУТП.

МУЛЬТИЗАДАНИЯ ПО ДИСКРЕТНЫМ СИГНАЛАМ

Задание основной частоты может также формировать по дискретным клеммам. Данное управление необходимо в тех случаях, когда по внешним дискретным сигналам необходимо задавать фиксированную частоту двигателю. В таком случае дискретный вход DI1 как правило задействуют как сигнал пуска (P4-00 = 1), а входа DI2-DI5 используют для задания определенной частоты. Другими словами, подавая сигналы в определенной последовательности на клеммы DI2-DI5 будет формироваться заданная частота. Вариантов фиксированной частоты в таком случае может быть задано до 16. Разберём данную конфигурацию более подробно:

в парметре P0-02 выбираем значение 1 (управление с клемм).
в параметре P0-03 выбираем значение 6 (мультизадания или мультиссылка).
в параметре P4-00 выбираем значение 1 (кнопка пуск вход DI1).
в параметре P4-03 выбираем значение 12 (клемма №1 множественных заданий).
в параметре P4-04 выбираем значение 13 (клемма №2 множественных заданий). При необходимо можно выбирать значения P4-01 = 14, P4-02 = 15 для увеличения вариантов фиксированной частоты.
в параметре PC-01 выбираем необходимое значение частоты (допустим 50Гц). Соответственно, когда есть сигнал только на DI4 (сигнал пуск на DI1 поступает соответственно), то частота преобразователя будет равна 50Гц и соответствовать заданию №1 PC-01.
аналогично выбираем для параметра PC-02 необходимую частоту (например 10Гц). Следовательно, когда есть сигнал только на DI5 (сигнал на DI1 поступает соответственно), то частота преобразователя будет равна 10Гц, задание №2 PC-02.
если сигналы не поданы на клеммы DI4 и DI5, то частота преобразователя будет равно 0Гц, так как Задание №0 PC-00 = 0Гц.
если сигналы подаются одновременно на клеммы DI4 и DI5, то частота преобразователя будет также равна 0Гц, так как Задание №3 PC-03 = 0Гц.

Необходимо обращать внимание на то, что задание в параметрах PC-00 — PC-15 задаётся в процентах. Например, если максимальная частота выбрана 50Гц (P0-10), то значение в параметре PC-00 будет соответствовать 100% (50Гц), 50% (25Гц) и т.д. Таким образом, возможно задавать различные значение частоты вращения двигателя по дискретным сигналам.

В данной статье мы постарались разобрать самые популярные режимы управления частотным преобразователем M-Driver. На самом деле вариантов управления частотными приводами намного больше и зависит от Ваших требований и пожеланий. Если у Вас имеются вопросы или нужна консультация по данным частотным преобразователям M-Driver, то Вы всегда можете связаться с нами любым удобным для Вас способом. Отдел технической поддержки оперативно отвечает по почте [email protected].

ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ:

Руководство пользователя частотных преобразователей M-Driver (RUS)

Частотные преобразователи M-Driver с входным напряжением 380В

Частотные преобразователи M-Driver с входным напряжением 220В

Схем преобразователя | Coursera

Об этом курсе

24 846 недавних просмотров

Этот курс также может быть принят для получения академического кредита как ECEA 5701, часть степени магистра наук в области электротехники CU Boulder.

Объясняются силовые диоды, силовые полевые МОП-транзисторы и IGBT, а также происхождение их времени переключения. Эквивалентные модели цепей усовершенствованы, чтобы включить эффекты коммутационных потерь. Описан и проанализирован прерывистый режим проводимости. Исследован ряд хорошо известных топологий преобразователей, в том числе с трансформаторной изоляцией. Домашние задания включают в себя повышающий преобразователь и инвертор H-моста, используемые в солнечной инверторной системе с сетевым интерфейсом, а также преобразователи прямого и обратного хода с трансформаторной изоляцией. После прохождения этого курса вы: ● Понимать, как реализовать силовые полупроводниковые приборы в импульсном преобразователе. ● Понимать происхождение режима прерывистой проводимости и уметь решать преобразователи, работающие в DCM. ● Понимать основные схемы преобразователя постоянного тока и инвертора постоянного тока в переменный. ● Понимать, как реализовать развязку трансформатора в преобразователе постоянного тока, включая популярные топологии прямоходового и обратноходового преобразователя.

Завершение первого курса «Введение в силовую электронику» является предпосылкой для прохождения этого курса.

Гибкие сроки

Сброс сроков в соответствии с вашим графиком.

Общий сертификат

Получите сертификат по завершении

100% онлайн

Начните сразу и учитесь по собственному графику.

Часов на выполнение

Прибл. 18 часов

Доступные языки

Английский

Субтитры: арабский, французский, португальский (европейский), итальянский, вьетнамский, немецкий, русский, английский, испанский

Чему вы научитесь

Понимать, как реализовать силовые полупроводниковые приборы в импульсном преобразователе
Понимать происхождение режима прерывистой проводимости и уметь решать преобразователи, работающие в DCM
900 04 Понимание основных Схемы преобразователя постоянного тока и постоянного тока в переменный ток
Понимание того, как реализовать развязку трансформатора в преобразователе постоянного тока, включая популярные топологии прямого и обратного преобразователя

Гибкие сроки

Сброс сроков в соответствии с вашим графиком.

Общий сертификат

Получите сертификат по завершении

100% онлайн

Начните сразу и учитесь по собственному графику.

Часов на выполнение

Прибл. 18 часов

Доступные языки

Английский

Преподаватель

Доктор Роберт Эриксон

Профессор

Электротехника, вычислительная техника и энергетика

130 394 Учащиеся

11 Курсы

Предлагает

Университет Колорадо в Боулдере

CU -Боулдер — это динамичное сообщество ученых и учащихся в одном из самых живописных университетских городков страны. Являясь одним из 34 государственных учреждений США, входящих в престижную Ассоциацию американских университетов (AAU), мы гордимся традициями академического превосходства, в котором пять лауреатов Нобелевской премии и более 50 членов престижных академических академий.

Выпускной колпачок

Получите преимущество перед получением степени

Этот курс является частью программы магистра наук в области электротехники Колорадского университета в Боулдере. Если вы допущены к полной программе, ваша курсовая работа будет засчитана для получения степени, и весь ваш прогресс будет передан вам.

Узнать больше

Отзывы

4.8

Заполненная Звезда Заполненная Звезда Заполненная Звезда Заполненная Звезда

294 отзыва

5 звезд
83,17%
4 звезды
13,42%
3 звезды
2,08% 900 05
2 звезды
0,46%
1 звезда
0,84%

ЛУЧШИЕ ОТЗЫВЫ О СХЕМАХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Заполненный StarFilled StarFilled StarFilled StarFilled Star

от GGF 18 февраля 2020 г.

Часть 1 этого курса была немного сложной, но теперь я многое понял о преобразователях. Я иду к следующему!

Filled StarFilled StarFilled StarFilled StarStar

от AH 18 января 2023 г.

Курс хороший. Это помогает мне узнать различные типы схем преобразователя. Также я знал различные схемы силовой электроники.

Filled StarFilled StarFilled StarFilled StarFilled Star

от SPA 13 апреля 2016 г.

Этот курс был очень информативным. Я нашел прекрасную возможность и платформу, чтобы чему-то научиться. Все было потрясающе. И я многому научился.

Заполненная звездаЗаполненная звездаЗаполненная звездаЗаполненная звездаЗаполненная звезда

by FANov 26, 2016

Стремитесь пройти этот курс специализации. Мой интерес и работа идеально согласуются с этим курсом, и он очень помогает мне.

Просмотреть все отзывы

Часто задаваемые вопросы

Еще вопросы? Посетите Справочный центр для учащихся.

Как работают преобразователи постоянного тока. Основы схем

Преобразователь постоянного тока в постоянный представляет собой схему силовой электроники, которая эффективно преобразует постоянный ток из одного напряжения в другое напряжение. Без сомнения, преобразователи постоянного тока играют важную роль в современной электронике. Это связано с тем, что они предлагают несколько преимуществ по сравнению с линейными регуляторами напряжения. В частности, линейные стабилизаторы напряжения рассеивают много тепла и имеют очень низкий КПД по сравнению с импульсными регуляторами, используемыми в преобразователях постоянного тока.

В этом уроке мы поговорим о преобразователях постоянного тока, о том, как они работают и как создавать схемы для них. Существует множество типов преобразователей постоянного тока, но мы ограничим объем этого руководства повышающими и понижающими преобразователями.

Введение в преобразователи постоянного тока

Прежде чем мы углубимся в принципы работы преобразователей постоянного тока, давайте рассмотрим пример, показывающий, почему они так полезны. Предположим, мы хотим построить схему со следующими требованиями:

Сопротивление нагрузки 2 Ом
Источник питания постоянного тока 12 В
Напряжение нагрузки 5 В

Нам нужно понизить напряжение 12-вольтовой батареи, чтобы питать нагрузку 5 В. Таким образом, мы можем включить последовательно с нагрузкой резистор на 2,8 Ом, чтобы обеспечить необходимое напряжение.

Расчет эффективности преобразователя постоянного тока

Эффективность схемы можно рассчитать следующим образом:

Из этих расчетов видно, что нагрузка потребляет только 12,5 Вт входной мощности. Оставшаяся часть (30 – 12,5 = 17,5 Вт) превращается в тепло.

Это слишком расточительно. Если вы прикоснетесь к последовательному резистору, он будет горячим, и вам, возможно, придется включить механизмы для охлаждения вашей схемы. В качестве попытки получить более эффективное решение взгляните на схему, показанную на схеме ниже:

Когда переключатель находится в положении OFF, входное напряжение равно 0 В, а когда переключатель находится в положении ON, входное напряжение равно 12В. На приведенной ниже схеме показаны эквивалентные схемы для положений переключателя ON и OFF соответственно.

Если мы будем управлять переключателем, как показано на диаграмме (а) ниже, мы получим график напряжения, как показано на диаграмме (б) ниже. T — период переключения, измеряемый в миллисекундах или микросекундах.

В этом случае среднее выходное напряжение этой схемы переключения составляет 5 В, поскольку:

Среднее выходное напряжение этой схемы составляет 5 В, но мы можем улучшить форму выходного сигнала, используя схемы RC-фильтра, чтобы избавиться от гармоник.

Если предположить, что коммутатор является идеальным (идеальный коммутатор — это коммутатор, который не потребляет и не рассеивает энергию от источника), мы можем рассчитать эффективность этой схемы как 100%. Когда переключатель находится в положении ON, ток, протекающий через цепь, составляет 6 А. Так как у нас есть идеальный ключ, рассеиваемая мощность P_diss = RI ² = 0 * 9 ² = 0 Вт. Когда переключатель находится в положении OFF, ток через него не протекает, поэтому в этом случае рассеиваемая мощность также равна 0.

Однако в реальных условиях найти идеальный переключатель может быть непросто. Это означает, что в действительности будет рассеиваться некоторая мощность, но эффективность преобразования высока, несмотря на эти рассеивания.

Повышающие преобразователи

Повышающие преобразователи повышают напряжение источника питания. Например, повышающий преобразователь может взять источник питания 5 В и повысить его до 25 В. Как правило, повышающие преобразователи постоянного тока можно найти в зарядных устройствах или солнечных панелях. Их также можно использовать для питания компонентов с разным рабочим напряжением от одной и той же батареи.

Эта конфигурация повышает напряжение постоянного тока до уровня, определяемого выбором компонентов в вашей цепи. Вот общая схема повышающего преобразователя.

Boost switch Состояние ONBoost switch OFF-State

Базовая конфигурация состоит из источника питания постоянного тока (Vin), катушки индуктивности (L), диода (D), переключающего устройства (SW), сглаживающего конденсатора (C) и сопротивление нагрузки (Load). Vвых – выходное напряжение.

Переключатель обычно представляет собой устройство силовой электроники, такое как полевой МОП-транзистор или биполярный транзистор, управляемый ШИМ-сигналом. Этот ШИМ-сигнал работает, переключая транзистор очень быстро, обычно тысячи раз в секунду.

Как работают повышающие преобразователи

Чтобы понять, как работает повышающий преобразователь, давайте сначала разберемся, как работает дроссель.

Напомним, что катушка индуктивности — это пассивный электронный компонент, который может накапливать электрическую энергию в виде магнитной энергии. Мы можем использовать это свойство для управления выходным напряжением нашей схемы. Вот как это работает:

Если мы РАЗОМКНУТ переключатель, как показано на приведенной выше диаграмме «Выключенное состояние форсированного переключателя», меньший ток будет течь от батареи, через катушку индуктивности, через диод и заряжая конденсатор.
Когда мы ЗАМКНУТ переключатель, как показано на диаграмме «Включенное состояние форсированного переключателя» выше, больший ток будет течь от батареи, через катушку индуктивности и через переключатель, потому что теперь у нас есть путь наименьшего сопротивления. Теперь индуктор ведет себя интересно. Поскольку теперь мы имеем большее значение тока, протекающего по цепи, магнитное поле индуктора будет расширяться. Это означает, что индуктор накапливает энергию, и во время этого процесса потенциал на индукторе будет положительным слева и отрицательным справа.
Когда мы снова разомкнем переключатель, ток, протекающий через цепь, уже не будет большим из-за высокого импеданса. Когда ток, протекающий через цепь, уменьшается, магнитное поле на катушке индуктивности разрушается. В процессе электрическая энергия, которая была сохранена, теперь высвобождается. Это приводит к изменению полярности катушки индуктивности. Теперь у нас есть отрицательная полярность на левой стороне и положительная на правой стороне катушки индуктивности. Если приглядеться, катушка индуктивности теперь последовательно с батареей.

Ток через индуктор не может измениться мгновенно. Следовательно, индуктор будет пытаться поддерживать это изменение, генерируя большое напряжение. Это означает, что теперь у нас есть напряжение, генерируемое катушкой индуктивности, и напряжение от батареи на конденсаторе. Предположим, мы продолжаем включать и выключать переключатель. У нас будет выходное напряжение, которое выше, чем напряжение батареи.

Как собрать повышающий преобразователь

В этом проекте мы собираем повышающий преобразователь постоянного тока с 1,5 В на 5 В. Вот компоненты, которые вам понадобятся, если вы хотите построить эту схему:

Источник питания постоянного тока 1,5 В
Один дроссель 180 мкГн
Один диод 1N3491
Один конденсатор 33 мкФ
Один резистор 150 Ом
Один MO Переключающий транзистор SFET или JFET
Источник ШИМ, такой как Arduino Uno или таймер 555, который может генерировать 50 кГц, 5 В, рабочий цикл 75%

Вот схема:

Понижающие преобразователи

Понижающие преобразователи уменьшают напряжение источника питания. Это схема силовой электроники, которая понижает напряжение постоянного тока до уровня, определяемого выбором компонентов в вашей схеме.

В отличие от линейных стабилизаторов, которые снижают напряжение за счет рассеивания мощности в виде тепла, понижающие преобразователи снижают напряжение за счет увеличения тока.

Вот общая схема понижающего преобразователя.

Обратите внимание, что это те же компоненты, что и в повышающем преобразователе, но их расположение отличается.

Как работают понижающие преобразователи

Чтобы получить выходное напряжение ниже напряжения батареи, мы подключаем переключатель перед катушкой индуктивности. Когда мы включаем и выключаем переключатель в этой конфигурации, среднее выходное напряжение будет ниже, чем напряжение батареи.

Вот что происходит:

Если переключатель (SW) замкнут, ток будет течь через переключатель в цепь. По мере увеличения тока магнитное поле индуктора будет расширяться. Пока это происходит, индуктор накапливает энергию в своем магнитном поле. Как и прежде, полярность катушки индуктивности будет положительной слева и отрицательной справа. Это противоположное напряжение противодействует напряжению источника и, следовательно, снижает чистое напряжение на нагрузке.
Когда мы разомкнем переключатель, магнитное поле индуктора разрушится, и ток потечет от индуктора через диод. Этот ток будет добавляться к току, который течет во время первого шага, состояния ВЫКЛ. Вот почему средний ток увеличивается на этом типе преобразователя. Это также компенсирует пониженное напряжение, следовательно, сохраняет мощность, подаваемую на нагрузку.

Как собрать понижающий преобразователь

В этом проекте мы собираем понижающий преобразователь постоянного тока с 12 В на 5 В. Вот компоненты, которые вам понадобятся, если вы хотите построить это:

Источник питания постоянного тока 12 В
Один переключающий транзистор MOSFET или JFET
Один диод 1N3491
Один дроссель 100 мкГн
Один конденсатор 50 мкФ
Один Резистор 4,7 Ом
Источник ШИМ, такой как Arduino или таймер 555