Схемы преобразователей: Схемы преобразователей

Содержание

Схемы стабилизаторов и преобразователей напряжения, самодельные инверторы (Страница 2)


DC-DC преобразователь напряжения 12В в 40В на таймере серии 555

При выборе схемы DC-DC преобразователя сейчас обычно используют специализированные микросхемы, которых, в настоящее время выпускается великое множество. И все-же не имея возможности приобрести нужную специализированную микросхему DC-DC можно собрать на элементной базе об щего назначения ...

2 1979 5

DC-DC преобразователь напряжения 5В от USB-порта в 9В (LM3578AM)

Схема простого преобразователя напряжения для питания устройств на 9В от USB-порта компьютера или ноутбука. В настоящее время USB является универсальным портом компьютера, к которому подключаются самые разные устройства. На USB выведен достаточно мощный источник напряжения 9V, поэтому многие ...

0 729 0

DC-DC преобразователь напряжения 12В в 28В для питания индикаторов

Согласитесь, очень удобно, когда на приборной панели вашего автомобиля есть цифровые электронные часы, с хорошо видимым контрастным дисплеем с четкими цифрами, не раздражающими зрение, гармонично сочетающиеся с дизайном приборной панели.

К сожалению, найти в торговой сети автомобильные часы ...

1 832 0

DC-DC преобразователь напряжения для питания варикапов (3В в 27В)

Принципиальная схема для питания варикапов от низковольтного источника питания на 3В. Конструируя аппаратуру с низковольтным питанием, в которой имеются варикапы, сталкиваешься с проблемой получения повышенного (20-40V) напряжения высокой стабильности. Здесь приводится описание стабильного ...

1 944 0

Управление трехфазным двигателем в однофазной сети (PS11036, IRPT2060A, IR2130)

В области силовых приборов “законодателями" являются фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER - сокращенно IR и MITSUBISHI Electric - сокращенно ME, а также INFENION Technologies - IT. Я привожу наименование фирм-изготовителей для того, чтобы пользователи могли ориентироваться при выборе ...

2 5991 1

Стабилизированный регулятор напряжения для нагрузки на 220В

Предлагаемый симисторный регулятор напряжения позволяет не только регулировать, но и стабилизировать выходное напряжение (а значит, и мощность) на постоянной нагрузке.

Регулятор обеспечивает поддержание выходного напряжения с точностью 5% при изменении входного напряжения на 50% ...

1 4509 4

Питание компьютера от бортовой сети автомобиля, переделка ATX блока питания

В статье представлена методика переделки стандартного компьютерного БП АТХ для питания его от источника напряжения 9... 16 В(бортовая сеть автомобиля), при переделке можно использовать любой, даже низкокачественный БП АТХ (т.к. все равно все критичные элементы будут заменены или выброшены за ...

2 3122 0

DC-DC преобразователь напряжения с гальванической развязкой (20-25В в +9В)

У каждого радиолюбителя имеется лабораторный блок питания (БП), очень простой или сложныйсовременный, но есть. Как правило, БП строится по стандартной схеме: силовой сетевой трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр и стабилизатор напряжения со схемой защиты. Выходное напряжение и ток ...

1 2672 0

ASTRA - принципиальная схема преобразователя напряжения и его ремонт

Совсем недавно каждый производитель электронной аппаратуры прикладывал к своему изделию принципиальную электрическую схему и другую документацию, помогающую профессионалам и радиолюбителям быстро найти неисправность в отказавшем аппарате и отремонтировать его.

Сегодня ситуация иная. Схемы и подробную ремонтную документацию производители предоставляют лишь сертифицированным сервисным центрам. И то не всегда. Часто устранение простейшей неисправности сводится к замене неисправного блока ...

2 3166 1

Повышающий DC-DC преобразователь напряжения 3В в 1-15В, 50мА (TL499A)

Принципиальная схема самодельного импульсного DC-DC преобразователя напряжения для получения 1-15В из 3В при выходном токе до 50мА, выполнена на микросхеме TL499A. Очень многие приборы и устройства питаются от гальванических батарейнапряжением 4,5V, 6V, 9V, 12V. Например, популярный ...

1 3431 0

 1 2 3  4  5  6  ... 24 

Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

Подборка схем импульсных преобразователей напряжения DC-DC

Преобразователь DC-DC это устройство, призванное из напряжения одного уровня получить одно или несколько напряжений другого уровня. Иногда это бывает совершенно необходимо в нашей практике, например если мы конструируем устройство с низковольтным питанием от Li-Ion аккумулятора а в схеме этого устройства есть операционные усилители, требующие питания от двухполярного источника ∓15В.

Или другой пример. Предположим нам нужно питать устройство на микроконтроллере с номинальным напряжением 5 вольт от литий ионного аккумулятора. В этом и подобных случаях на разработчику приходится использовать преобразователи постоянного напряжения.

В этой статье речь пойдет об импульсных преобразователях, имеющих очевидные преимущества, главное из которых — высокий КПД. Импульсные преобразователи нпаряжения — это очень широкий класс устройств. Они могут быть стабилизированные или нестабилизированные, с гальванической развязкой входа от выхода или без таковой. также преобразователи можно разделить на повышающие, понижающие и инвертирующие (например преобразователь, который, питаясь от напряжения +5В дает на выходе напряжение -5В)

Сейчас производители электронных компонентов выпускают большой ряд специальных микросхем для использования в приложениях DC-DC. Преобразователи, собранные на таких чипах имеют стабильные характеристики и высокую надежность. тем не менее импульсный преобразователь можно собрать и на обычных дискретных транзисторах.

В этой статье приводятся несколько очень простых схем, которые можно использовать для решения несложных конструкторских задач.

Очень распространенная микросхема MAX232 служит для преобразования интерфейса UART в сигналы стандарта интерфейса RS232. В составе этой микросхемы уже есть встроенные преобразователи напряжения, которые мы можем использовать в своих корыстных целях.

Схема 1. Необычное использование микросхемы MAX232

схема двухполярного преобразователя DC-DC на микросхеме MAX232

такой преобразователь может обеспечить напряжение ∓9В при небольшом токе 5..8 мА. Такой преобразователь можно использовать для питания одного — двух операционных усилителей. основное преимущество — это простота. Целесообразно применять эту схему если что-то нужно сделать быстро, а под рукой нет ничего кроме микросхемы MAX232

Схема 2. Простой нестабилизированный преобразователь на двух транзисторах

Трансформатор T1 — самодельный. Его можно намотать на ферритовом кольце из материала 2000НМ размером 10х6х4. первичная обмотка состоит из 20 витков с отводом от середины. Вторичная — 140 витков также с отводом от середины. Диаметр провода — не менее 0.2 мм. Транзисторы можно заменить на BC546 или другие. если к преобразователю не подключена нагрузка, он практически не потребляет ток от источника питания. В этом одно из его преимуществ (кроме простоты).

Схема 3. Простой нестабилизированный преобразователь — мультивибратор

Следующая практическая схема — это двухтактный преобразователь на четырех транзисторах. сердцем схемы является обычный мультивибратор на двух транзисторах VT1 и VT2

Драйверами для обмоток импульсного трансформатора служат транзисторы VT3 и VT4. Ко вторичной обмотке импульсного трансформатора подключен однополупериодный выпрямитель на диоде VD3. Пульсации выходного напряжения сглаживаются конденсатором C3. Выходное напряжение этого преобразователя можно менять в широких пределах изменением числа витков вторичной обмотки трансформатора.

Схема 4. Стабилизированный преобразователь на двух транзисторах

Интересная схема, позволяющая питать от низковольтного источника (например от одного щелочного элемента 1.5 В.) например, небольшое устройство на микроконтроллере, требующем питания 5 В. Схема пытается поддерживать на выходе постоянное напряжение около 4.7 В. Сигнал обратной связи снимается с резистора R2 и подается на базу первого транзистора VT1. трансформатор Т1 можно намотать на ферритовом кольце диаметром 7 мм. Обе обмотки одинаковые, по 20 витков провода диаметром 0.3 мм. Можно намотать обмотки в два провода. При подключении необходимо учитывать начало и конец обмоток. Если ошибиться, то преобразователь не заработает. В этом случае поменяйте местам провода одной из обмоток. Катушка L1 — любой дроссель с индуктивностью в районе 10 мкГн. Дроссель можно использовать промышленный или намотать самому. Измерить индуктивность можно с помощью вот этого недорогого прибора. Дроссель совместно с конденсатором C3 сглаживает пульсации выходного напряжения.

Схема 4. Стабилизированный 3 В. → 12 В. DC-DC преобразователь на MAX734

Этот довольно качественный и удобный преобразователь построен на основе специализированной микросхемы от компании MAXIM. Можно применить для получения напряжения +12 вольт в устройстве, работающем от единственного источника питания с напряжением от 3 до 5 вольт. Дроссель L1 можно намотать на небольшом ферритовом кольце или на маленьком ферритовом стержне. Индуктивность катушек удобно измерять вот этим приборчиком. Схема обеспечивает на выходе ток 120 мА. Микросхему MAX734 можно заказать здесь

Схема 5. Очень простой преобразователь на специализированном чипе

Еще один DC-DC преобразователь с использованием микросхемы от MAXIM. Главное преимущество — исключительная простота и неприхотливость этой схемы. В устройстве всего 4 детали, включая микросхему МАХ631. Главное и очевидное предназначение такого преобразователя — питание схемы, рассчитанной на 5 В. от источника с более низким напряжением 3.2 вольта. Например от одного Li-Ion аккумулятора.

Схема 6. Стабилизированный DC-DC преобразователь с двухполярным выходом ∓12 В

Эта очень полезная схема может пригодиться если в вашей конструкции есть только один источник питания 4..5 вольт, но вам необходимо использовать компоненты, требующие двухполярного питания. например операционные усилители (ОУ). Сердцем преобразователя является микросхема LM2587-12. Импульсный трансформатор можно реализовать на ферритовом кольце или на броневом сердечнике. Индуктивность первичной обмотки должна быть около 22 мкГ (измерить можно этим прибором), а отношение чисел витков первичной обмотки к вторичным = 1:2.5. То есть, например, индуктивность 22 мкГ на сердечнике который есть у вас в наличии получается при числе витков 50. Тогда число витков каждой из вторичных обмоток буде 2.5 * 50 = 125

Готовый DC-DC преобразователь на LM2587-12 можно заказать по ссылке

Схема 7. Стабилизированный DC-DC преобразователь на два разных напряжения

Если в вашей конструкции есть цифровые микросхемы с напряжением питания как 5 так и 3.3 В то может пригодиться этот преобразователь. Схема работает от напряжения в районе 3 В и позволяет получить на выходе напряжения 3.3 и 5 В. Ток нагрузки по каждому выходу может достигать 150 мА. Как видим из схемы, в устройстве применяются 2 микросхемы MCP1252 от компании MICROCHIP

Схема 8. DC-DC преобразователь на два разных напряжения на микросхемах компании YCL Elektronics

DC-DC преобразователи на разные напряжения можно собрать на чипах, которые выпускает компания YCL Elektronics. В данном случает это микросхемы DC-102R в канале минус 5 В и DC-203R в канале +12 В. По выходу -5 В ток нагрузки может достигать 360 мА. По выходу +12 В ток меньше — 150 мА.

Схема 9. DC-DC повышающий преобразователь на MAX1724EZK33

Этот DC-DC преобразователь на микросхеме MAX1724EZK33 от фирмы MAXIM может работать от очень низкого входного напряжения 1.

2 В. Например от одного никель — кадмиевого аккумулятора. На выходе получаем стабилизированное напряжение +3.3 В при токе до 150 мА. Работоспособность сохраняется при снижении входного напряжения примерно до 0.9 В. Если вы ходите получить на выходе напряжение +5В то используйте аналогичную микросхему MAX1724EZK50

Схема 10. Импульсный регулируемый стабилизатор на напряжение +2.8 — +5 В

Это понижающий импульсный стабилизатор. работает он от входного напряжения 12.6 В (стандартное напряжение автомобильного аккумулятора). на выходе получаем стабилизированное напряжение от 2.8 до 5 вольт при токе до 500 мА. Стабилизатор собран на микросхеме TL497. Эту недорогую но полезную микросхему можно заказать в Китае. Очевидно, что главное назначение такого стабилизатора — обеспечение питания и зарядки пятивольтовых гаджетов от бортовой сети автомобиля напряжением 12.6 в. Подстроечным резистором R3 можно регулировать выходное напряжение а от номинала резистора R1 зависит порог срабатывания внутренней сземы ограничения тока короткого замыкания. Ток КЗ задается формулой:
Iкз(А)= 0,5/R1(Ом)

Схема 11. Импульсный инвертор постоянного напряжения

Простейшая схема, которую вы можете использовать если в вашей конструкции кроме напряжения питания +5 В нужно еще отрицательное напряжение -5 В. Собрано устройство на микросхеме ICL7660. Ток по цепи -5 В может достигать 20 мА

Схема 12. Нестабилизированный двухступенчатый DC-DC преобразователь напряжения

Схема 13. Импульсный стабилизированный повышающий DC-DC преобразователь напряжения

Это стандартная схема включения MAX1674, взятая из даташита микросхемы. Преобразователь может работать от низкого напряжения питания — вплоть до 1 вольта. На выходе имеем стабильное напряжение +5В при токе до 200 мА. КПД преобразователя составляет 94%. Купить микросхему можно недорого в Китае

Радиосхемы. - Импульсные преобразователи напряжения

Схемы источников питания

материалы в категории

Насколько схем простых импульсных преобразователей постоянного напряжения.

Основные достоинства импульсных преобразователей:
Во-первых, они имеют высокий КПД, и во-вторых могут работать при входном напряжении ниже выходного.

Импульсные преобразователи подразделяются на группы:

  • – понижающие, повышающие, инвертирующие;
  • – стабилизированные, нестабилизированные;
  • – гальванически изолированные, неизолированные;
  • – с узким и широким диапазоном входных напряжений.

Для изготовления самодельных импульсных преобразователей лучше всего использовать специализированные интегральные микросхемы – они проще в сборке и не капризны при настройке.

Нестабилизированный транзисторный преобразователь

Этот преобразователь работает на частоте 50 кГц, гальваническая изоляция обеспечивается трансформатором Т1, который наматывается на кольце К10х6х4,5 из феррита 2000НМ и содержит: первичная обмотка – 2х10 витков, вторичная обмотка – 2х70 витков провода ПЭВ-0,2. Транзисторы можно заменить на КТ501Б. Ток от батареи, при отсутствии нагрузки, практически не потребляется.

Стабилизированный транзисторный преобразователь напряжения 

Трансформатор Т1 наматывается на ферритовом кольце диаметром 7 мм, и содержит две обмотки по 25 витков провода ПЭВ=0,3.

Нестабилизированный преобразователь напряжения на основе мультивибратора

Двухтактный нестабилизированный преобразователь на основе мультивибратора (VТ1 и VТ2) и усилителя мощности (VТ3 и VТ4). Выходное напряжение подбирается количеством витков вторичной обмотки импульсного трансформатора Т1.

Преобразователь на специализированной микросхеме MAX631 

Преобразователь стабилизирующего типа на микросхеме MAX631 фирмы MAXIM. Частота генерации 40…50 кГц, накопительный элемент – дроссель L1.

Нестабилизированный двухступенчатый умножитель напряжения на MAX660 

Можно использовать одну из двух микросхем отдельно, например вторую, для умножения напряжения от двух аккумуляторов.

Импульсный повышающий стабилизатор на микросхеме MAX1674 

Типовая схема включения импульсного повышающего стабилизатора на микросхеме  MAX1674 фирмы MAXIM. Работоспособность сохраняется при входном напряжении 1,1 вольта. КПД – 94%, ток нагрузки – до 200 мА.

MCP1252-33X50: Два напряжения от одного источника питания

Позволяет получать два разных стабилизированных напряжения с КПД 50…60% и током нагрузки до 150 мА в каждом канале. Конденсаторы С2 и С3 – накопители энергии.

Импульсный повышающий стабилизатор на микросхеме MAX1724EZK33 фирмы MAXIM 

Типовая схема включения специализированной микросхемы фирмы MAXIM. Сохраняет работоспособность при входном напряжении 0,91 вольта, имеет малогабаритный SMD корпус и обеспечивает ток нагрузки до 150 мА при КПД – 90%.

Импульсный понижающий стабилизатор на микросхеме TL497

Типовая схема включения импульсного понижающего стабилизатора на широкодоступной микросхеме фирмы TEXAS. Резистором R3 регулируется выходное напряжение в пределах +2,8…+5 вольт. Резистором R1 задается ток короткого замыкания, который вычисляется по формуле: Iкз(А)= 0,5/R1(Ом)

Интегральный инвертор напряжения на микросхеме ICL7660 

Интегральный инвертор напряжения, КПД – 98%.

Два изолированных преобразователя на микросхемах DC-102 и DC-203

Два изолированных преобразователя напряжения DA1 и DA2, включенных по “неизолированной” схеме с общей “землей”.

Двухполярный стабилизированный преобразователь напряжения 

Индуктивность первичной обмотки трансформатора Т1 – 22 мкГн, отношение витков первичной обмотки к каждой вторичной – 1:2.5.

Стабилизированный повышающий преобразователь на микросхеме MAX734

Типовая схема стабилизированного повышающего преобразователя на микросхеме фирмы MAXIM.

Нестандартное применение микросхемы MAX232

Эта микросхема обычно служит драйвером RS-232. Умножение напряжения получается с коэффициентом 1,6…1,8. 

Схемы преобразователей

Классификация схем. На электровозах и электропоездах применяют в силовых цепях диодные, тиристорные и диоднотиристорные выпрямители, выполненные по однофазным двухполупериодным мостовым схемам выпрямления, а в цепях питания обмоток возбуждения тяговых двигателей, вспомогательных цепях и цепях управления - по однофазным двухполупериодным схемам с нулевым выводом, мостовым и мостовым трехфазным с нулевым выводом. В выпрямителе, выполненном по схеме выпрямления с нулевым выводом, чтобы снизить пульсации выпрямленного напряжения, стремятся удвоить число фаз, для чего на обмотке трансформатора делают нулевой вывод. При этом напряжения крайних выводов относительно нулевого вывода образуют двухфазную систему. Мостовые схемы могут быть простыми и сложными, в которых тяговые двигатели подключены к отдельным группам полупроводниковых приборов выпрямителя.

Однофазные двухполупериодные схемы выпрямления с нулевым выводом и мостовые.

Рассмотрим выпрямление однофазного тока по схеме с нулевым выводом (рис. 130, а), когда нагрузкой является, например, резистор сопротивлением лн. В одной из секций вторичной обмотки трансформатора Т в первый полупе-риод, когда э д с отсутствует от вывода Ь к выводу а, ток направлен от вывода 0 через фазу 0а, диод 1ЛО/, точку К и резистор лн Во второй полупериод полярность э д. с. изменяется и ток протекает от вывода 0, через фазу 0Ь и диод Уй2 В этот полупериод у диода УВ1 потенциал анода ниже, чем катода, и поэтому проводить ток он не может. Ток как в первый, так и во второй полупериоды протекает через резистор гк в одном и том же направлении от точки К к выводу 0. Однако в течение каждого полупериода в работе участвует попеременно лишь одна секция обмотки трансформатора Т и соответствующий диод. Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе б'ср=?тах2/л=0,637?т.х= /Т ¦ 0,637?=0,9?,

где ?твх и ? - соответственно наибольшее и действующее значения э. д. с и еЬо каждой секции обмотки трансформатора Т.

В простой мостовой двухполупериодиой схеме выпрямления (рис 130, б) с активной и индуктивной нагрузкой в первый полупериод, когда э. д. с. направлена от вывода Ь к выводу а, цепь тока замыкается через диод УД/, сглаживающий реактор СР, обмотки двигателей М1-М3 и диод 17,03, а во второй полупериод - через диод У02, сглаживающий реактор СР, обмотки двигателей М1-Л13 и диод ІФ4, т. е. в оба полупериода ток протекает через всю вторичную обмотку трансформатора Т. В этом случае улучшается использование вторичной обмотки: при мостовой схеме требуется трансформатор мощностью, на 21% меньше, чем у траснформатора при нулевой схеме выпрямления

В мостовой схеме выпрямления обратное напряжение, приходящееся на диод, в 2 раза меньше, чем в схеме с нулевым выводом при одном и том же напряжении на нагрузке. Условия работы диодов на э. п с при схемах выпрямления с нулевым выводом и мостовой различны и зависят от среднего по времени тока нагрузки /ср и наибольшего обратного напряжения (7тах Приближенно габаритные размеры выпрямителя определяются суммой произведений (/тах/ср для всех вентилей.Ы)(г)

Рис. 131. Схемы (а иг) и диаграммы напряжений и токов (б, в, д, е и ж) выпрямителей трехфазного тока в силовых цепях на современном э. п. с. применяют только однофазные мостовые схемы выпрямления Простые диодные однофазные двухполупериодные мостовые схемы применяют и в цепях вспомогательных машин постоянного тока (иа электровозах ЧС4 и др.).

В сложной мостовой схеме выпрямления (рис 130, в) расхождение в токах параллельно соединенных обмоток якорей практически прямо пропорционально скорости электровоза Например, при скорости движения 50 км/ч в зависимости от расхождения магнитных потоков двигателей и диаметров бандажей колесных пар генераторные токи могут оказаться значительными. Подключение двигателей к отдельным группам диодов исключает переход слабо нагруженных двигателей в генераторный режим и увеличение тока сильно нагруженных двигателей при их независимом возбуждении. При индивидуальном присоединении обмоток якорей двигателей М1-М3 к диодам повышение э д. с слабо нагруженных двигателей может привести только к уменьшению их тока до нуля. Переход этих двигателей в генераторный режим невозможен, потому что диоды исключают возможность прохождения по ним тока, направленного противоположно току двигательного режима.

Выпрямленное напряжение Ud (рис. 130,г), приложенное к нагрузке в течение каждого полупериода, изменяется в соответствии с изменением напряжения вторичной обмотки ит, возрастая от нуля до наибольшего значения и затем вновь уменьшаясь до нуля, т. е пульсирует с двойной частотой питающей сети Если бы двигатель имел чисто активное сопротивление (см. рис. 130, б), ток и в его цепи пульсировал бы подобно выпрямленному Напряжению и.й Однако двигатель обладает некоторой небольшой индуктивностью, частично сглаживающей пульсации тока. Чтобы уменьшить пульсацию тока, включают последовательно с двигателем сглаживающий реактор СР Напряжение на уравновешивается э. д с. якорей двигателей которая может также пульсировать, падением напряжения гл1а в активном сопротивлении цепи и э д. с самоиндукции = Рл<Ий!<11, вызываемой пульсацией выпрямленного тока, т е

Графически э. - наибольшее.

Для исключения пульсаций магнитного потока тяговых двигателей их обмотки возбуждения шунтируют резистором, имеющим сопротивление г (см. рис. 130,6), через который проходит переменная составляющая выпрямленного тока (значение г в 10-15 раз больше активного сопротивления обмотки возбуждения). По условиям коммутации тяговых двигателей относительную пульсацию выпрямленного тока обычно допускают в пределах 40- 50% при токах часового режима и 60-70% при меньших токах.

Трехфазные диодные схемы выпрямления.

По этим схемам выполняют преобразователи, применяемые во вспомогательных цепях (в системе регулирования возбуждения преобразователя на электропоездах ЭР22, ЭР22М, в цепях управления электровозов и др.). В выпрямителе трехфазного тока, выполненного по схеме «звезда с нулевым выводом» (рис. 131,а) диоды 1ЛО/, ЧЛ0.2 и 1ЛОЗ включены в цепи фаз а, Ь и с, а нагрузка г„ - между точками О и К- Фазы работают поочередно, каждая в течение одной трети периода (рис. 131,6) Ток проходит через тот диод, анод которого в данный момент имеет наиболее высокий потенциал Кривая выпрямленного напряжения, а следовательно, и выпрямленного тока представляет собой огибающую верхних частей положительных полуволн фазных напряжений и токов (рис 131,в). При этом пульсации выпрямленного напряжения и тока значительно меньше, чем в однофазной двухполупериодной схеме выпрямления с нулевым выводом. Максимальное значение обратного напряжения, которым в течение 2/3 периода закрыт каждый диод, равняется наибольшему значению линейного напряжения или в /3 раз больше наибольшего фазного напряжения Пта, вторичной обмотки трансформатора.

Выпрямитель трехфазиого тока, выполненный по мостовой схеме (рис. 131,г), имеет две группы соединений диодов - катодную (диоды VD1, VD3, VD5) и анодную (диоды VD2, VD4 и VD6) Нагрузка в виде сопротивления г„ включена между общим катодом К и общим анодом А. При этом в каждой фазе а, Ь или с ток в течение 2л/3 проходит в одном направлении, а в течение 2л/3 - в обратном В каждый момент времени проводят ток два диода: один из катодной группы с высшим потенциалом анода и одни из анодной группы с низшим потенциалом катода Например, в момент времени <0 (рис. 131,д) наибольшую положительную Э.Д.С. 8ао имеет фаза а, а наибольшую отрицательную эдс. еьа - фаза Ь. Ток проходит от фазы а через диод VD1, резистор гн и диод VD4 к фазе Ь. Через диод VD4 ток ц (рис. 131,е) протекает до тех пор, пока отрицательный потенциал на его катоде больше, чем на катодах диодов VD2 и VD6

С момента отрицательная э.д.с есо становится больше э.д.с. еьа- Поэтому диод VD4 закроется и включится в работу диод VD6\ ток будет протекать от фазы а к фазе с С момента <2 положительная э.д.с. еао станет меньше еьа- В результате диод VD1 закроется и вступит в работу диод VD3, т е. будет создан путь току от фазы Ь сначала к фазе с, а в момент <з - через диод VD2 к фазе а. В момент tb ток от фазы с протекает сначала через диоды VD5, VD2 и фазу а, затем - через диоды VD5, VD4 и фазу Ь. При этом, как видно из рис. 131,ж, выпрямленное напряжение и ток имеют шесть пульсаций за период Мгновенное значение выпрямленного напряжения между точками К и А равно междуфазной э.д с. работающих фаз:

Ud - /3?2mCOs9, где угол 9 - wt изменяется от - я/6 до + л/3.

⇐Назначение и структурные схемы преобразователей | Электровозы и электропоезда | Диодные и диодно-тиристорные выпрямители в силовых цепях⇒

Схемы преобразователей частоты и числа фаз

§ 52. Схемы преобразователей частоты и числа фаз

Преобразователи частоты и числа фаз — это автономные инверторы, предназначенные для преобразования постоянного тока в трехфазный и изменения частоты в широких пределах для питания трехфазных асинхронных и синхронных (вентильных) тяговых двигателей. При этом во время пуска и разгона локомотива частота выходного напряжения должна быть наименьшей, а при высшей скорости движения — наибольшей. Известны различные схемы автономных инверторов (с междуфазовой коммутацией, с двухступенчатой коммутацией и др.). Рассмотрим ряд схем, примененных на опытных электровозах.

Автономный инвертор напряжения электровоза ВЛ80а выполнен по мостовой схеме (рис. и снизить размеры и массу конденсатора Ск). Продол-

жительность работы каждого главного теристора УБб — УБ4 без учета коммутации и времени протекания реактивного тока через обратные диоды (Уй1 — Уйб) составляет '/а периода, т. е. использование тиристоров при двухступен-

чатой коммутации выше, чем при междуфазовой коммутации. Для закрытия, например, тиристора VS6 при полярности конденсатора Ск, показанной на рис. \37,а, открывают тиристоры VS1 и VS3. Это приводит к разряду конденсатора Ск через LK, VS3, VD1 и VS7. Во время разряда на тиристор VS6 действует обратное напряжение, вызывающее почти мгновенное его закрытие. После разряда конденсатора Ск накопленная в реакторе LK магнитная энергия, превращаясь в электрическую, вновь заряжает конденсатор Ск, но с обратной полярностью, необходимой для закрытия очередного тиристора VS7, VS8. Аналогичен процесс и закрытия тиристоров VS9 —VS11.

Напряжение подзаряда Un должно соответствовать наибольшему возможному значению входного напряжения Udmax Исходя из напряжения U„ и учитывая необходимое время действия на главные тиристоры VS6 — VS11 обратного напряжения для восстановления у них после прекращения тока запирающих свойств, параметры коммутирующего контура определяют уравнением

KjB = (я - 2 aresin /тта;//"'/Ск) |/C,i„

С г, min

где к, — коэффициент надежности; tB — время, необходимое для восстановления у главных тиристоров запирающих свойств,

Лтах — ВОЗМОЖНЫЙ НЭИбоЛЬШИЙ ТОК ТИрИСТО-

ра; UHml„ — возможное наименьшее напряжение иа выходе источника подзаряда, частота которого в 3 раза выше частоты выходного напряжения автономного инвертора.

В результате открытия и закрытия тиристоров в определенной последовательности формируется трехфазное напряжение ступенчатой формы, которое подается на обмотку статора асинхронного двигателя AT Д. Уровень напряжения на статорной обмотке определяется выпрямленным напряжением Ud, поступающим на вход инвертора. Частоту питания этой обмотки регулируют, изменяя частоту переключения тиристоров. Чтобы асинхронный двигатель, работающий при разных частотах, имел высокие значения к.п д, коэффициента мощности и перегрузочную способность, необходимо одновременно с изменением частоты примерно в той же степени изменять и значение напряжения.

Автономные инверторы напряжения с двухступенчатой коммутацией имеют ряд преимуществ по сравнению с такими же инверторами с междуфазовой коммутацией. Благодаря разделению процессов в коммутирующих цепях я фазах нагрузки выше надежность коммутации при регулировании частоты и напряжения в широких пределах и изменениях нагрузки и коэффициента мощности. Такие инверторы имеют жесткую внешнюю характеристику, при которой выходное напряжение почти не зависит от нагрузки в широком диапазоне изменения частоты.

Преобразователи вентильных тяговых двигателей опытных электровозов ВЛ80В-П29, ВЛ80В-1130 и ВЛ83-001 выполнены с неявно выраженным звеном постоянного тока соответственно с двух-(рис. 137,6) и четырехзонным (рис. 137,в) регулированием напряжения. В этих преобразователях одни и те же тиристоры осуществляют выпрямление переменного тока на входе в обмотку якоря (расположена на статоре) тягового двигателя (сетевая коммутация) и коммутацию тока в самой якорной обмотке в соответствии с изменением положения ротора (машинная коммутация). Это обеспечивает более высокий к.п.д. по сравнению с к.п.д. системы, имеющей явное звено постоянного тока, где в любой момент времени цепь тока замыкается последовательно через два комплекта вентилей — выпрямляющие и коммутирующие

Для 12-осного электровоза при мощности продолжительного режима 10,8 МВт разработано ВЭлНИИ два варианта преобразователя и системы управления. В первом варианте за основу принят автономный инвертор напряжения с амплитудным регулированием, в котором применен тиристорный выпрямитель с принудительной коммутацией (использован опыт разработки электровоза ВЛ80а-751, см. рис. 137,а). Во втором варианте для преобразователя принята схема рис. 138.

Преобразователь состоит из выпрямителя, фильтра £фСф и автономного инвертора напряжения с широтно-импуль-сной модуляцией. Выпрямитель представляет собой два полууправляемых моста 1)11 и 1)12, соединенных последователь-

Рис. 138. Схема преобразователя со звеном постоянного тока

но по цепи постоянного тока Мост £/2/ включен в работу постоянно; при отсутствии нагрузки иа инверторе конденсатор Сф заряжается до амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора за вычетом падения напряжения Дб'зд в выпрямителе: £/Сф = /Титр — — Д£/во. При работе инвертора напряжение' 1670 В иа фильтровом конденсаторе поддерживается за счет фазового регулирования моста 1Л2. В принципе мост 1Л1 можно было бы выполнить неуправляемым, схема в этом случае является более гибкой, так как в этом случае закрытием моста можно исключить подпитку от трансформатора при коротком замыкании в цепи промежуточного звеиа постоянного напряжения или при опрокидывании инвертора.ЬкСкзкв = 152 мкс.

Время выключения будет составлять 152:2 = 76 мкс. Коммутирующие реакторы включены в цепь силового тока и, кроме своего основного назначения, ограничивают скорость нарастания тока.

⇐Предыдущая Оглавление Следующая⇒

Простые повышающие DC/DC преобразователи своими руками, схемы

Устройствами с батарейным питанием сейчас уже никого не удивишь, всевозможных игрушек и гаджетов питающихся от аккумулятора или батарейки найдется с десяток в каждом доме. Между тем, мало кто задумывался над количеством разнообразных преобразователей, которые используются для получения необходимых напряжений или токов от стандартных батарей. Эти самые преобразователи делятся на несколько десятков различных групп, каждая со своими особенностями, однако в данный момент времени мы говорим про понижающие и повышающие преобразователи напряжения, которые чаще всего называются AC/DC и DC/DC преобразователями. В большинстве случаев для построения таких конвертеров используются специализированные микросхемы, позволяющие с минимальным количеством обвязки построить преобразователь определенной топологии, благо микросхем питания на рынке сейчас великое множество.

Рассматривать особенности применения данных микросхем можно бесконечно долго, особенно с учетом целой библиотеки даташитов и аппноутов от производителей, а также бесчисленного числа условно-рекламных обзоров от представителей конкурирующих фирм, каждая из которых старается представить свой продукт наиболее качественным и универсальным. В этот раз мы будем использовать дискретные элементы, на которых соберем несколько простейших повышающих DC/DC преобразователей, служащих для того, чтобы запитать небольшое маломощное устройство, к примеру, светодиод, от 1 батарейки с напряжением 1,5 вольт. Данные преобразователи напряжения можно смело считать проектом выходного дня и рекомендовать для сборки тем, кто делает свои первые шаги в удивительный мир электроники.

Итак, схема первая:


Схема простого DC/DC
преобразователя №1

На данной схеме представлен релаксационный автогенератор, представляющий собой блокинг-генератор со встречным включением обмоток трансформатора. Принцип работы данного преобразователя следующий: при включении , ток протекающий через одну из обмоток трансформатора и эмиттерный переход транзистора – открывает его, в результате чего он открывается и больший ток начинает течь через вторую обмотку трансформатора и открытый транзистор. В результате в обмотке, подключенной к базе транзистора наводится ЭДС, запирающая транзистор и ток через него обрывается. В этот момент энергия, запасенная в магнитном поле трансформатора, в результате явления самоиндукции, высвобождается и через светодиод начинает протекать ток, заставляющий его светиться. Затем процесс повторяется.

Компоненты, из которых можно собрать этот простой повышающий преобразователь напряжения, могут быть совершенно различными. Схема, собранная без ошибок, с огромной долей вероятности будет корректно работать. Мы пробовали использовать даже транзистор МП37Б – преобразователь отлично функционирует! Самым сложным является изготовление трансформатора – его надо намотать сдвоенным проводом на ферритовом колечке, при этом количество витков не играет особой роли и находится в диапазоне от 15 до 30. Меньше – не всегда работает, больше – не имеет смысла. Феррит - любой, брать N87 от Epcos не имеет особого смысла, также как и разыскивать M6000НН отечественного производства. Токи в цепи протекают мизерные, поэтому размер колечка может быть очень небольшим, внешнего диаметра в 10 мм будет более чем достаточно. Резистор сопротивлением около 1 килоома (никакой разницы между резисторами номиналом в 750 Ом и 1,5 КОм обнаружено не было). Транзистор желательно выбрать с минимальным напряжением насыщения, чем оно меньше – тем более разряженную батарейку можно использовать. Экспериментально были проверены: МП 37Б, BC337, 2N3904, MPSh20. Светодиод – любой имеющийся, с оговоркой, что мощный многокристальный будет светиться не в полную силу.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

Размер платы 15 х 30 мм, и может быть уменьшен до менее чем 1 квадратного сантиметра при использовании SMD-компонентов и достаточно маленького трансформатора. Без нагрузки данная схема не работает.

Вторая схема - это типовой степ-ап преобразователь, выполненный на двух транзисторах. Плюсом данной схемы является то, что при её изготовлении не надо мотать трансформатор, а достаточно взять готовый дроссель, но она содержит больше деталей, чем предыдущая.


Схема простого DC/DC преобразователя №2

Принцип работы сводится к тому, что ток через дроссель периодически прерывается транзистором VT2, а энергия самоиндукции направляется через диод в конденсатор C1 и отдается в нагрузку. Опять же, схема работоспособна с совершенно различными компонентами и номиналами элементов. Транзистор VT1 может быть BC556 или BC327, а VT2 BC546 или BC337, диод VD1 – любой диод Шоттки, например, 1N5818. Конденсатор C1 – любого типа, емкостью от 1 до 33 мкФ, больше не имеет смысла, тем более, что можно и вовсе обойтись без него. Резисторы – мощностью 0,125 или 0,25 Вт (хотя можно поставить и мощные проволочные, ватт эдак на 10, но это скорее расточительство чем необходимость) следующих номиналов: R1 - 750 Ом, R2 - 220 КОм, R3 – 100 КОм. При этом, все номиналы резисторов могут быть совершенно свободно заменены на имеющие в наличии в пределах 10-15% от указанных, на работоспособности правильно собранной схемы это не сказывается, однако влияет на минимальное напряжение, при котором может работать наш преобразователь.

Самая важная деталь - дроссель L1, его номинал также может отличаться от 100 до 470 мкГн (экспериментально проверены номиналы до 1 мГн – схема работает стабильно ), а ток на который он должен быть рассчитан не превышает 100 мА. Светодиод – любой, опять же с учетом того, что выходная мощность схемы весьма невелика.Правильно собранное устройство сразу же начинает работать и не нуждается в настройке.

Напряжение на выходе можно стабилизировать, установив стабилитрон необходимого номинала параллельно конденсатору C1, однако следует помнить, что при подключении потребителя напряжение может проседать и становиться недостаточным. ВНИМАНИЕ! Без нагрузки данная схема может вырабатывать напряжение в десятки или даже сотни вольт! В случае использования без стабилизируещего элемента на выходе, конденсатор C1 окажется заряжен до максимального напряжения, что в случае последующего подключения нагрузки может привести к её выходу из строя!

Преобразователь также выполнен на плате размером 30 х 15 мм, что позволяет прикрепить его на батарейный отсек типа размера AA. Разводка печатной платы выглядит следующим образом:

Обе простые схемы повышающих преобразователей можно сделать своими руками и с успехом применять в походных условиях, например в фонаре или светильнике для освещения палатки, а также в различных электронных самоделках, для которых критично использование минимального количества элементов питания.

 

Схема преобразователя напряжения на транзисторе

Повышающие преобразователи напряжения позволяют питать электронные схемы от источников постоянного тока с напряжением ниже, чем того требует электронная схема. Самый широко известный пример использования такого преобразователя это "Power Bank"для телефонов.

В Power Bank установлены аккумуляторные батареи на 3,7 Вольта, а как известно телефон заряжается и питается от зарядных устройств с напряжением чуть более 5 Вольт.

Другой характерный пример, светодиодные фонарики работающие на одной или двух батарейках типа AA. Потребитель, как правило, не задумывается, а номинальное рабочее напряжение белого светодиода чуть более 3-х Вольт. Это напряжение не может обеспечить пара солевых или алкалиновых или литий-ионных батареек. Мы приведём 2 схемы повышающих преобразователей напряжения пригодных для питания светодиодов.

Первая принципиальная электрическая схема -  это схема светодиодного фонарика с напряжением питания от 1 В на 1 транзисторе см рис.1.

Рис. 1. Схема светодиодного фонарика с питанием от 1 батарейки типа AA.

Схема сохраняет работоспособность при напряжении питания от 1 Вольта до 3 Вольт. Катушка L1 содержит 40 витков провода диаметром 0,2 ... 0,3 мм с отводом от середины. Катушку наматывают в 2-4 слоя на маленьком ферритовом сердечнике, например, от старого радиоприёмника.

Вторая принципиальная электрическая схема -  это схема светодиодного фонарика с напряжением питания от 2 В см. рис.2.

Рис. 2. Схема светодиодного фонарика с питанием от 2-х батареек типа AA.

Схема сохраняет работоспособность при напряжении питания от 2 Вольт до 3 Вольт. Катушка L1 содержит 40 витков провода диаметром 0,2 ... 0,3 мм с отводом от середины. Катушку наматывают в 2-4 слоя на маленьком ферритовом сердечнике, например, от старого радиоприёмника.

Схемы преобразователей напряжения рис.1 и рис. 2 совершенно идентичны, но в схеме рис. 2 в 2 раза выше напряжение питания. В результате преобразователь напряжения работает более эффективно, что позволяет запитать сразу 5 светодиодов. Схема рис. 2. повышает напряжение до 6 и 9 Вольт.

Мы сняли осциллограмму в 2-х точках схемы см. рис. 3.

 

Рис. 3 Осциллограмма схемы рис. 2

Красный луч на осциллограмме рис. 3 получен на коллекторе транзистора, а жёлтый луч на крайнем правом конденсаторе см. рис. 2. Общая точка в схеме - эмиттер транзистора и  - батареи питания.

Обратите внимание, жёлтый луч - отрицательное напряжение относительно общей точки, а красный луч - положительное. Преобразователь напряжения рис. 2 может создавать двухполярное напряжение питания. Частота на которой работает преобразователь равна 576 кГц, но она не стабильна, зависит от напряжения батарей, индуктивности катушки L1 и величины сопротивления резистора.

Мы измерили напряжение питания схемы во время работы и потребляемый ток см. рис. 4.

Рис. 4. Измерение потребляемого тока и напряжения питания схемы преобразователя напряжения.

Как использовать простые схемы преобразователя

Использование простых схем преобразователя при создании преобразователей других типов.

Рекомендуемый уровень

Начинающий

В этой технической статье рассматриваются различные схемы подключения, в которых используются различные типы преобразователей. Например, инверсия источника и нагрузки преобразует понижающий преобразователь в повышающий преобразователь, каскадное соединение преобразователей приводит к образованию повышающего понижающего преобразователя, а преобразователь Cuk - из базового понижающего и повышающего преобразователей.Различные соединения нагрузки между выходами более чем одного преобразователя могут вызвать образование однофазных или многофазных инверторов.

Инверсия источника и нагрузки

Рассмотрим простой понижающий преобразователь, показанный на рисунке 1.


Рисунок 1. Принципиальная схема понижающего преобразователя

Из принципа критерия вольт-временного баланса для индуктора,

Коэффициент преобразования этой схемы составляет,

$$ \ frac {V_ {O}} {V_ {S}} = D $$ [Уравнение 1]

Где D - коэффициент заполнения переключателя S i.е. $$ D = \ frac {T_ {ON}} {T_ {ON} + T_ {OFF}} $$

Теперь, если мы поменяем местами порты ввода и вывода, как показано на рис. 2. Конденсатор останется нетронутым вместе с нагрузкой, чтобы избежать высокочастотных пульсаций.

Рис. 2. Понижающий преобразователь с инвертированным источником и нагрузкой

Поскольку уравнение 1 справедливо и для инвертированной схемы, коэффициент преобразования будет:

$$ \ frac {V_ {S}} {V_ {O}} = D $$ или $$ V_ {O} = \ frac {1} {D} V_ {S}. $$

Здесь нагрузка подключена к источнику питания, когда S включен.Но направление «потока мощности» меняется на противоположное, как показано. Если мы поменяем местами два переключателя S и D, мы получим следующую конфигурацию преобразователя, как показано на рисунке 3. Конфигурация на рисунке 3 более предпочтительна, так как время зарядки индуктора контролируется переключателем S.

Рисунок 3. Инверсия источника и нагрузки при замене S и D

Так как переключатель S находится в положении D, он должен оставаться включенным, когда он был выключен на рис.2 и оставался выключенным, когда он был включен, в соответствии с конфигурацией, показанной на рисунке 2. Рабочий цикл для этого случая будет 1-D. Таким образом, $$ V_ {O} = \ frac {1} {1-D} V_ {S}. $$ Здесь нагрузка подключается к источнику питания, когда переключатель S выключен. Эта конфигурация, показанная на рисунке 3, аналогична повышающему преобразователю.

Каскадное подключение преобразователей

Пусть будет два преобразователя с коэффициентами преобразования С1 и С2. Если они подключены каскадно и имеют одинаковый коэффициент заполнения для переключателя преобразователя, то общий коэффициент преобразования будет C1 X C2.

Пусть первый преобразователь будет понижающим преобразователем, а второй - повышающим; и они подключены каскадом, как показано на рис. 4.

Этот преобразователь не инвертирующий, т.е. если входное напряжение имеет положительную полярность, то выходное напряжение также имеет положительную полярность.

Рисунок 4. Каскадный понижающий и повышающий преобразователи

Понятно, что конденсатор C A может быть удален, а индукторы L A и L B могут быть объединены, как показано на рис.5 для той же цели, что и на фиг.

Рисунок 5. Неинвертирующий пониженно-повышающий преобразователь

В установившемся режиме коэффициент преобразования каскадного соединения для повышающего преобразователя в понижающий является произведением коэффициента преобразования для понижающего преобразователя и повышающего преобразователя. Коэффициент конверсии $$ = \ frac {V_ {O}} {V_ {S}} = D \, X \, (\ frac {1} {1-D}) $$, где 0

Выходное напряжение меньше входного напряжения, если D <0,5, и выходное напряжение больше входного напряжения, если D> 0.5.

Эту схему можно дополнительно упростить, уменьшив количество переключателей, но она изменит полярность выходного напряжения. Это происходит из-за изменения полярности катушки индуктивности в течение одного подинтервала. Его конфигурация представлена ​​на рис.6.

Рис. 6. Инвертирующий пониженно-повышающий преобразователь

Таким образом, коэффициент преобразования для инвертирующего повышающего преобразователя составляет

.

$$ \ frac {V_ {O}} {V_ {S}} = - \ frac {D} {1-D} $$

Аналогичным образом, преобразователь Cuk может быть получен путем каскадирования повышающего преобразователя, за которым следует понижающий преобразователь, как показано на рис.7. Преобразователь Cuk более полезен, поскольку он имеет функцию без пульсаций входного тока повышающего преобразователя и функцию без пульсации выходного тока понижающего преобразователя.

Рисунок 7. Повышающий понижающий преобразователь

Схема, показанная на рис. 7, может быть дополнительно упрощена до рис. 8, как показано. Коэффициент преобразования для этого преобразователя такой же, как для повышающего преобразователя.

Рисунок 8.Преобразователь Ćuk

Вращение трехконтактных ячеек

Снова рассмотрим основные схемы понижающего, повышающего, понижающе-повышающего преобразователей и понижающего преобразователя, как показано на рис. 9.

Рисунок 9. Базовые преобразователи

Комбинация переключателя и катушки индуктивности или комбинация переключателя и конденсатора может образовывать трехконтактные ячейки, которые могут использоваться для реализации всех основных конфигураций преобразователя, показанных на рис.9. Эти конфигурации клеммных ячеек состоят из однополюсного двухпозиционного переключателя, который при повороте показывает приведенную выше конфигурацию преобразователей, как показано на рисунках 10 и 11.

Рис. 10. Конфигурация трехконтактной ячейки (индуктор с переключателем SPDT)

Очевидно, что если выводы трехконтактной ячейки (1, 2, 3) соединить следующим образом, соответствующие преобразователи могут быть реализованы, как указано ниже.

1 -------- (A), 2 ------ (B), 3 --------- (C) ➔ Понижающий преобразователь

1 --------- (C), 2 ------- (A), 3 --------- (B) ➔ Повышающий преобразователь

1 --------- (A), 2 ------- (C), 3 -------- (B) ➔ Инвертирующий понижающий-повышающий преобразователь

Аналогично, другая конфигурация трехконтактного элемента, образованного комбинацией переключателя и конденсатора, как показано на рис.11.

Рис. 11. Конфигурация трехконтактной ячейки (с использованием конденсатора и переключателя)

Трехконтактную ячейку можно повернуть для подключения следующих клемм, чтобы реализовать следующие конфигурации преобразователя.

1 ----------- (А), 2 ------------ (В), 3 ------------- (С ) ➔ Понижающий преобразователь.

1 ----------- (C), 2 ----------- (A), 3 ------------- (B) ➔ Повышающий преобразователь

1 ----------- (А), 2 ------------ (В), 3 ------------- (В ) ➔uk Converter

Дифференциальное подключение нагрузки Только преобразователи

, которые находятся в каскадной комбинации, могут вырабатывать только униполярное напряжение.В случае инвертора требуется биполярное напряжение. Это биполярное напряжение может быть достигнуто с помощью дифференциального включения базовых преобразователей.

Дифференциальное соединение двух понижающих преобразователей показано на рисунке 12.

Рисунок 12. Дифференциальное соединение двух понижающих преобразователей

Выходное напряжение для дифференциального подключения,

$$ V_ {O} = V_ {A} -V_ {B} $$

Рис.12 можно дополнительно упростить, исключив один из конденсаторов, как показано на рис. 13.

Рисунок 13. Упрощенное дифференциальное подключение понижающих преобразователей

Если переключатель S A имеет рабочий цикл D, рабочий цикл для переключателя S B должен быть (1-D).

Таким образом, $$ V_ {O} = DV_ {S} - (1-D) V_ {S} $$

$$ \ Rightarrow V_ {O} = (2D-1) V_ {S}. $$

Когда D <0,5 В O отрицательный,

А когда D> 0.5 ➔ V O положительный.

Трехфазный инвертор также может быть получен по схеме конфигурации, показанной на рис. 14.

Рис. 14. Дифференциальное подключение для получения конфигурации трехфазного инвертора

Руководство по проектированию цепей для преобразователей постоянного / постоянного тока (1/10)

Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный?

Это руководство содержит советы по проектированию цепей преобразователей постоянного тока в постоянный. Как спроектировать схемы преобразователя постоянного тока в постоянный, которые удовлетворяют требуемым спецификациям при различных ограничениях, описано с использованием как можно большего количества конкретных примеров.

Свойства цепей преобразователя постоянного / постоянного тока (такие как КПД, пульсации и переходная характеристика нагрузки) могут быть изменены с помощью их внешних частей. Оптимальные внешние части обычно зависят от условий эксплуатации (входных / выходных характеристик). Цепь источника питания часто используется как часть цепей коммерчески доступных продуктов и должна быть спроектирована таким образом, чтобы удовлетворять ограничениям, таким как размер и стоимость, а также требуемым электрическим характеристикам. Обычно стандартные схемы, перечисленные в каталогах, разрабатываются путем выбора таких деталей, которые могут обеспечить приемлемые свойства в стандартных условиях эксплуатации.Эти детали не обязательно оптимальны для индивидуальных условий эксплуатации. Следовательно, при разработке отдельных продуктов стандартные схемы должны быть изменены в соответствии с их индивидуальными техническими требованиями (такими как эффективность, стоимость, монтажное пространство и т. Д.). Разработка схемы, удовлетворяющей требованиям спецификации, обычно требует большого опыта и знаний. В этом руководстве с использованием конкретных данных описано, какие части следует изменить и как их изменить для выполнения требуемых операций без специальных знаний и опыта.Вы сможете быстро и успешно управлять схемами преобразователя, не выполняя сложных расчетов схем. Вы можете проверить свой проект либо путем тщательного расчета позже самостоятельно, либо с помощью персонала, обладающего знаниями и опытом, если вы чувствуете себя неуверенно.

Типы и характеристики DC / DC преобразователей

Преобразователи постоянного тока в постоянный ток

доступны в двух типах схем:

  1. Неизолированные типы:
    • Базовый (одна катушка) тип
    • Емкостная муфта (двухкатушечная) типа ―― SEPIC, Zeta и др.
    • Нагнетательный насос (без переключаемого конденсатора / катушки) тип
  2. Изолированные типы:
    • Типы трансформаторной муфты―― Тип переднего трансформатора
    • Типы трансформаторной муфты―― Обратный трансформатор типа

Характеристики отдельных типов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики цепей преобразователя постоянного тока в постоянный
Тип цепи №деталей
(Монтажная площадка)
Стоимость Выходная мощность Пульсация
Неизолированный Базовый Малый Низкий Высокая Малый
SEPIC, Zeta Средний Средний Средний Средний
Нагнетательный насос Малый Средний Малый Средний
Изолированный Трансформатор передний Большой Высокая Высокая Средний
Обратный трансформатор Средний Средний Средний Высокая

В схеме базового типа работа ограничена либо повышением, либо понижением, чтобы минимизировать количество деталей, а входная и выходная стороны не изолированы.На рисунке 1 показана повышающая схема, а на рисунке 2 - понижающая. Эти схемы обеспечивают такие преимущества, как небольшой размер, низкая стоимость и небольшая пульсация, и спрос на них растет в соответствии с потребностями в уменьшении размеров оборудования.

Рисунок 1: Повышающая схема

Рисунок 2: Понижающая схема

С SEPIC и Zeta конденсатор вставляется между V IN и V OUT повышающей цепи и понижающей схемой основного типа, и добавляется одна катушка.Они могут быть сконфигурированы как повышающие или понижающие преобразователи постоянного / постоянного тока с использованием повышающей ИС контроллера постоянного тока и понижающего контроллера постоянного тока, соответственно. Однако, поскольку некоторые ИС контроллеров постоянного / постоянного тока не предполагается использовать с этими типами цепей, убедитесь, что ваши ИС контроллеров постоянного / постоянного тока могут использоваться с этими типами цепей. Конденсаторная связь типа с двумя катушками имеет преимущество, позволяющее обеспечить изоляцию между V IN и V OUT . Однако увеличенные катушки и конденсаторы снизят эффективность.В частности, во время понижения эффективность существенно снижается, обычно примерно до 70-80%.

Тип нагнетательного насоса не требует змеевика, что позволяет минимизировать площадь и высоту установки. С другой стороны, этот тип не обеспечивает высокую эффективность для приложений, которым требуется широкий спектр выходных мощностей или больших токов, и ограничивается приложениями для управления белыми светодиодами или для питания ЖК-дисплеев.

Цепь изолированного типа также известна как первичный источник питания (основной источник питания).Этот тип широко используется для преобразователей переменного тока в постоянный, которые генерируют мощность постоянного тока в основном из имеющегося в продаже источника переменного тока (от 100 В до 240 В), или для приложений, в которых требуется изоляция между входной и выходной сторонами для устранения шумов. В этом типе входная и выходная стороны разделены с помощью трансформатора, а повышением, понижением или реверсом можно управлять, изменяя коэффициент трансформации трансформатора и полярность диода. Таким образом, вы можете отключить множество источников питания из одной цепи питания.Если используется обратный трансформатор, схема может состоять из относительно небольшого количества частей и может использоваться в качестве цепи вторичного источника питания (местного источника питания). Однако обратный трансформатор требует наличия пустот, чтобы предотвратить магнитное насыщение сердечника, увеличивая его размеры. Если используется прямой трансформатор, можно легко найти большой источник питания. Эта схема, однако, требует схемы сброса на первичной стороне, чтобы предотвратить намагничивание сердечника, увеличивая количество частей.Кроме того, стороны входа и выхода IC контроллера должны быть заземлены отдельно.

Основные принципы работы преобразователей постоянного тока в постоянный

Принципы работы повышения и понижения в цепях преобразователя постоянного / постоянного тока будут описаны с использованием самого основного типа. Цепи других типов или схемы, использующие катушки, могут рассматриваться как состоящие из комбинации повышающей схемы и понижающей схемы или их прикладных схем.

На рисунках 3 и 4 показаны операции повышающей схемы.На рисунке 3 показан ток при включении полевого транзистора. Пунктирная линия показывает небольшой ток утечки, который снижает эффективность при малой нагрузке. Электрическая энергия накапливается в L, пока полевой транзистор включен. На рисунке 4 показан ток при выключенном полевом транзисторе. Когда полевой транзистор выключен, L пытается сохранить последнее значение тока, а левый край катушки принудительно фиксируется на V IN для подачи питания для увеличения напряжения до V OUT для работы в режиме повышения.Следовательно, если полевой транзистор включается дольше, в L накапливается гораздо больший электрический ток, что позволяет получить большую мощность. Однако, если полевой транзистор включен слишком долго, время подачи питания на выходную сторону становится слишком коротким, и потери в течение этого времени увеличиваются, что снижает эффективность преобразования. Следовательно, значение максимальной нагрузки (отношение времени включения / выключения) обычно определяется таким образом, чтобы поддерживать соответствующее значение.

В повышающем режиме токи, показанные на рисунках 3 и 4, повторяются:

Рисунок 3: Ток при включении полевого транзистора в повышающей цепи

Рисунок 4: Ток при отключении полевого транзистора в повышающей цепи

На рисунках 5 и 6 показаны операции понижающей схемы.На рисунке 5 показан ток при включении полевого транзистора. Пунктирная линия показывает небольшой ток утечки, который ухудшит эффективность в условиях малой нагрузки. Когда полевой транзистор включен, электрическая энергия накапливается в L и подается на выходную сторону. На рисунке 6 показан ток при выключенном полевом транзисторе. Когда полевой транзистор выключен, L пытается сохранить последнее текущее значение и включает SBD. В это время напряжение на левом крае катушки принудительно падает ниже 0 В, уменьшая напряжение на V OUT .Следовательно, если полевой транзистор включается дольше, в L накапливается гораздо больший электрический ток, что позволяет получить большую мощность. С понижающей схемой, когда полевой транзистор включен, питание может подаваться на выходную сторону, и максимальную нагрузку определять не нужно. Следовательно, если входное напряжение ниже, чем выходное напряжение, полевой транзистор остается включенным. Однако, поскольку операция повышения отключена, выходное напряжение также снижается до уровня входного напряжения или ниже.

В режиме понижения токи, показанные на рисунках 5 и 6, повторяются:

Рисунок 5: Ток при включении полевого транзистора в понижающей цепи

Рисунок 6: Ток при отключении полевого транзистора в понижающей цепи

4 критических момента при проектировании схем преобразователя постоянного тока в постоянный

Среди технических требований для цепей преобразователя постоянного / постоянного тока критическими считаются следующие:

  1. Стабильная работа (не должна нарушаться из-за сбоя в работе, такого как ненормальное переключение, перегорание или перенапряжение)
  2. Высокая эффективность
  3. Малая пульсация на выходе
  4. Хорошая реакция на переходные процессы при нагрузке

Эти свойства можно до некоторой степени улучшить, изменив ИС преобразователя постоянного тока в постоянный и внешние детали.Вес этих четырех свойств зависит от конкретного приложения. Далее рассмотрим, как выбирать отдельные детали для улучшения этих свойств.

Следующая страница

Выбор частоты коммутации DC / DC преобразователя

Цепи преобразователя напряжения постоянного тока

| Журнал Nuts & Volts


ВВЕДЕНИЕ

Во многих современных электронных схемах с батарейным питанием требуется источник постоянного тока, который имеет либо большее значение напряжения, чем напряжение основной батареи, либо имеет обратную полярность; Схема, которая питается от шестивольтовой батареи, может, например, включать в себя каскад с одним операционным усилителем, которому требуются линии питания +12 В и -6 В.В таких случаях требуемые напряжения могут генерироваться через одну или несколько специальных схем преобразователя постоянного напряжения.

Большинство электронных преобразователей напряжения постоянного тока работают по тому или иному из четырех основных способов и используют генератор с питанием от постоянного тока для управления либо простой схемой «умножитель напряжения» на основе диода-конденсатора, либо сетью повышающего трансформатора и выпрямителя, либо конденсаторный преобразователь напряжения или диодно-управляемый зарядный насос, который производит желаемое конечное выходное постоянное напряжение или напряжения.

В этой статье объясняются принципы работы и приводятся практические примеры каждого из этих четырех основных типов схем.

ЦЕПИ МНОЖИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
Обычные типы цепей преобразователя напряжения постоянного тока с «умножителями напряжения» основаны на простой двухсекционной диодно-конденсаторной выпрямительной сети, которая была первоначально спроектирована еще в 1930-х годах для использования в дорогостоящих цепях переменного тока. -Приложения преобразования напряжения постоянного тока, которые до сих пор широко используются.

Чтобы понять основные операции и терминологию этой схемы (которая иногда может сбивать с толку), необходимо начать с рассмотрения простой схемы преобразования мощности переменного тока в постоянный, а именно:

Самая простая схема преобразования мощности переменного тока в постоянный - это основной тип однополупериодного выпрямления, показанный на рис. 1 , рис. 1 , который изображает схему, в которой используется трансформатор со значением вторичного напряжения 250 В (действующее значение).

РИСУНОК 1. Основные детали простого блока питания постоянного тока с однополупериодным выпрямлением на 250 В.


Здесь напряжение переменного тока, приложенное к входу выпрямителя D1, попеременно колеблется выше и ниже значения 0 В, повышаясь до положительного значения V пикового значения (Vpk) + 353 В в положительном полупериоде и снижаясь до отрицательного значения V пиковое значение -353В в отрицательном полупериоде.

D1 смещен в прямом направлении в течение каждого положительного полупериода и, таким образом, заряжает конденсатор C1 до пикового значения (без учета прямого падения напряжения D1) + 353 В, но смещается в обратном направлении в течение каждого отрицательного полупериода, что, таким образом, не имеет практического эффекта. на цепи.

Эта схема вырабатывает положительное выходное напряжение, но ее можно заставить генерировать отрицательное выходное напряжение, просто поменяв полярность D1 и C1 на обратную.

Действительно важно отметить в схеме полуволнового выпрямителя Рисунок 1 то, что D1 и C1 действуют вместе как детектор пикового напряжения, который заставляет схему давать выходной сигнал, равный положительному значению пика вторичного напряжения T1 .

То же самое основное действие происходит во всех обычных двухполупериодных выпрямительных схемах, которые также дают выходной сигнал, равный пиковому значению вторичного напряжения трансформатора.

В начале 1930-х инженеры нуждались в дешевом, надежном и безопасном способе генерации дорогостоящего маломощного постоянного напряжения из недорогих нелетальных трансформаторов, и для этого разработали простую двухсекционную схему «умножителя напряжения». работа. На рисунке 2 показана такая схема, управляемая от вторичной обмотки трансформатора на 250 В.

РИСУНОК 2. Основные детали схемы умножителя напряжения с «удвоением напряжения» с приводом от трансформатора.


Здесь секция C1-D1 действует как диодный фиксатор, который при питании от нормального входного переменного тока, который колеблется симметрично относительно значения 0 В, создает выходной сигнал идентичной формы, но его пиковая отрицательная точка привязана к «Эталонное» значение 0 В, как показано на диаграмме.

Пиковое выходное значение этой формы сигнала равно размаху (V pp ) входного напряжения переменного тока и подается непосредственно на вход простой секции детектора пикового напряжения D2-C2, которая, таким образом, производит Выходное напряжение постоянного тока равно значению V pp (а не пиковому значению) входного переменного напряжения.

Таким образом, эта схема дает вдвое большее выходное напряжение, чем обычная полуволновая или двухполупериодная схема выпрямителя, и поэтому известна как умножитель напряжения с «удвоением напряжения».

Схема может быть создана для генерирования отрицательного (а не положительного) выходного напряжения путем простого изменения полярности C1-D1 и D2-C2.

Один очень важный момент, чтобы отметить о 2 схеме базовых Рисунка является то, что выходное напряжение фактически равно V С. плюс общее «опорное» напряжение (V реф ) из D1-C2, который в данном конкретном примере является 0V. Таким образом, если эта схема модифицируется так, что V ref каким-то образом повышается до (скажем) + 1000 В, выходное напряжение 706 В C2 будет добавлено к выходному сигналу V ref , чтобы получить окончательное выходное напряжение 1706 В, и поэтому на.

Сердцем схемы Рисунок 2 является фактическая сеть удвоителя напряжения C1-D1-D2-C2. Рисунок 3 (a) показывает обычную схему этой сети, а Рисунок 3 (b) показывает ее перерисовку как «стандартную» секцию умножителя напряжения с удвоением напряжения.

РИСУНОК 3. (a) Схема обычного удвоителя напряжения и (b) схема, перерисованная в «стандартной» форме.


Основной особенностью удвоителя напряжения является то, что несколько «удвоителей» можно легко соединить между собой для получения различных значений умножения напряжения, и такие схемы лучше всего рисовать с использованием стандартного представления , рис. 3 (b) .

На рис. 4 , например, показаны три из этих «удвоителей» каскадов, соединенных между собой, чтобы обеспечить секступлер напряжения, при котором конечное выходное напряжение в шесть раз превышает пиковое значение исходного входного напряжения 250 В (действующее значение).

РИСУНОК 4. Три «удвоителя» соединены между собой, чтобы обеспечить умножение напряжения в 6 раз.


Здесь каждая секция «удвоителя» генерирует отдельный выход (через свой конденсатор C2, C4 или C6) 706 В, но выход первого удвоителя действует как точка V ref второго удвоителя, а выход второго удвоителя действует как точка V ref третьего удвоителя, в результате чего три отдельных выходных напряжения складываются вместе, давая окончательный выход постоянного тока + 2118 В от входа 250 В переменного тока.

Обратите внимание на схему , рисунок 4, , что входной конденсатор каждой секции питается непосредственно от входного переменного напряжения и требует абсолютного минимального номинального напряжения, равного выходному напряжению этой секции относительно земли, например, для C5 требуется минимальный номинал. 2118В.

В середине 1930-х годов была разработана модифицированная версия умножителя напряжения для преодоления этого препятствия. Известный как умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона, он использует стандартные каскады удвоения напряжения, соединенные между собой так, как показано на , рис. 5, .

РИСУНОК 5. Эта трехступенчатая схема Кокрофта-Уолтона дает умножение напряжения в 6 раз.


Эта схема аналогична схеме , рис. 4 , за исключением того, что на вход каждого удвоителя (кроме первого) подается напряжение от «фиксированной» точки переменного напряжения предыдущего удвоителя.

Следовательно, требование «минимального номинального напряжения» каждого компонента, используемого в каждой ступени удвоения, равно размаху исходного входного напряжения переменного тока.

Недостатком умножителя напряжения Кокрофта-Уолтона является то, что его выходной импеданс довольно высок (он пропорционален сумме импедансов различных входных конденсаторов), и поэтому он может обеспечивать только небольшие выходные токи.

На практике этот тип умножителя напряжения был первоначально разработан просто для генерации очень высокого (примерно до 30 кВ) напряжения ускорителя на конечном аноде электронно-лучевых трубок, что требует очень небольшого тока возбуждения.

Обратите внимание, что 10-ступенчатая схема этого типа - при возбуждении от входа 500 В переменного тока - генерирует выход постоянного тока более 14 кВ, но компоненты, используемые на каждой ступени, имеют минимальные требования к номинальному напряжению менее 1,5 кВ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
Напряжение постоянного тока можно легко преобразовать в одно из более высоких значений или обратной полярности, используя источник постоянного тока для питания автономного генератора прямоугольных импульсов от 1 кГц до 30 кГц, выход которого подается на умножитель напряжения одного из уже описаны основные типы, которые, таким образом, обеспечивают желаемое «преобразованное» выходное напряжение постоянного тока. На рисунке 6 показана практическая демонстрационная схема этого типа.

РИСУНОК 6. Базовая демонстрационная схема «удвоителя напряжения».


В схеме , рис. 6, используется микросхема «таймера» типа 555 (которая может обеспечивать довольно высокие выходные токи) в качестве автономного генератора прямоугольных импульсов, который работает на частоте около 3 кГц (определяется значениями R1-R2-C2), и непосредственно управляет каскадом «удвоителя» C3-D1-D2-C4, который (в идеале) производит выход постоянного тока, равный размаху выходного сигнала прямоугольной формы, который (в идеале) равен значению Vcc.

На практике величина размаха прямоугольной волны немного меньше Vcc, и «удвоитель» теряет еще 1,2 В при падении напряжения в D1 и D2, в результате чего фактический выход (при очень небольшой нагрузке) примерно на 1,6 В меньше, чем Vcc, например, 8,4 В при питании 10 В. Схема может использовать любой источник питания в диапазоне от 5 до 15 В.

Рисунок 7 показывает гораздо более полезную версию базовой схемы Рисунок 6 «удвоитель напряжения».

РИСУНОК 7. Схема удвоения постоянного напряжения.


В этой версии удвоитель C3-D1-D2-C4 подключен к положительной (а не 0 В) линии питания, и его выходное напряжение, таким образом, добавляется к выходному напряжению линии питания, что дает выходное напряжение постоянного тока. (при небольшой нагрузке) почти в два раза больше Vcc.

На практике схема прототипа дает выходной сигнал почти 19 В при использовании источника питания 10 В.

Рисунок 8 показывает схему Рисунок 7 , модифицированную для использования с каскадной парой «удвоителей» каскадов, в конфигурации, которая известна (поскольку она генерирует выход постоянного тока в четыре раза больше, чем базовое пиковое входное напряжение переменного тока) как учетверитель напряжения.’

РИСУНОК 8. Каскадная схема «удвоителя напряжения».


Здесь выход нового каскада «удвоителя» C5-D3-D4-C6 (который на пару вольт меньше Vcc) добавляется к выходному сигналу базовой схемы , рис. 7, , что дает выходное напряжение постоянного тока. (при небольшой нагрузке) почти в три раза больше Vcc.

На практике схема прототипа дает выходной сигнал 27 В при использовании источника питания 10 В.

На рисунке 9 показан особенно полезный тип схемы умножителя напряжения, который генерирует отрицательное выходное напряжение, которое (в идеале) почти равно по амплитуде, но противоположно полярности полярности линии питания ИС, таким образом обеспечивая выход с разделенным питанием от несимметричный вход.

РИСУНОК 9. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока.


Схема аналогична схеме на Рис. 6 , но имеет обратную полярность «удвоителя» D1-D2-C4, так что его выходное напряжение является отрицательным по отношению к линии 0 В.

На практике схема прототипа дает выходной сигнал -8,4 В при использовании источника питания 10 В. (Примечание: два из этих «удвоителей» каскадных соединений дают выходное напряжение -17,5 В при использовании источника питания 10 В.)

ЦЕПЬ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ГЕНЕРАТОРА

Метод «умножителя напряжения» для создания повышенных значений выходного напряжения постоянного тока обычно рентабелен только тогда, когда требуются коэффициенты умножения менее шести.

В случаях, когда требуются очень большие коэффициенты повышения (например, когда сотни вольт должны генерироваться через источник питания от 6 до 12 В), часто лучше использовать выход низковольтного генератора или генератора прямоугольных импульсов. для управления повышающим трансформатором напряжения, который затем обеспечивает необходимое высокое напряжение (в форме переменного тока) на его вторичной (выходной) обмотке; это переменное напряжение может быть легко преобразовано обратно в постоянное через простую сеть выпрямитель-фильтр. На рисунке 10 показана практическая схема маломощного высоковольтного генератора этого типа.

РИСУНОК 10. Преобразователь постоянного тока с 9 В на 300 В.


Схема Рис. 10 действует как преобразователь постоянного тока в постоянный, который генерирует выходное напряжение 300 В постоянного тока от источника питания 9 В постоянного тока.

Здесь Q1 и связанная с ним схема действуют как LC-генератор Хартли, с низковольтной первичной обмоткой сетевого трансформатора T1 от 9В-0-9В до 250В (или трансформатора с аналогичным соотношением витков), образующей L-часть. генератора, который настраивается через C2.

Напряжение питания повышается примерно до 350 В пикового значения на вторичной обмотке T1, выпрямляется полуволной и сглаживается через D1-C3. Без постоянной нагрузки на C3 конденсатор может служить мощным, но не смертельным «поясом».

При постоянной нагрузке на выходе выход падает примерно до 300 В при токе нагрузки в несколько миллиампер.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА «ЛЕТУЩИЙ КОНДЕНСАТОР»

Одним из очень эффективных способов получения хорошего преобразования низкого напряжения в отрицательное является использование так называемого метода «летающего конденсатора», который используется в популярной специальной микросхеме преобразователя напряжения ICL7660 (и ее SI7660, LMC7660 и т. Д.)., эквиваленты) и несколькими аналогичными устройствами.

ICL7660 размещен в восьмиконтактном корпусе DIL, как показано на Рисунок 11 (a) , и предназначен для питания от несимметричного источника постоянного тока, который подключается между контактами 8 (V +) и 3 (GND или 0 В), и для генерации отрицательного выходного сигнала с равным значением на выводе 5 (-Vout), т. Е. При питании от источника питания + 5 В он генерирует выходной сигнал -5 В на выводе 5, таким образом удваивая напряжение питания (т. Е. 10 В ) доступен между контактами 8 и 5.

РИСУНОК 11. (a) Схема и обозначения контактов и (b) упрощенная базовая схема использования ИС преобразователя напряжения ICL7660.


Таким образом, ИС может использоваться как генератор отрицательного напряжения или как удвоитель напряжения.

ICL7660 может использоваться с любым источником питания постоянного тока от + 1,5 В до 10 В, потребляет типичный ток покоя 170 мкА при 10 В и имеет типичную эффективность преобразования напряжения + ve в отрицательное значение 99,9%, когда его вывод 5 не нагружен.

Когда выход ИС загружен, он действует (при 10 В) как источник напряжения с выходным сопротивлением около 70R и может обеспечивать максимальные выходные токи около 40 мА; выходной импеданс обратно пропорционален напряжению питания и обычно составляет около 330R при 2.5В.

ICL7660 использует метод преобразования напряжения «летающий конденсатор», который проиллюстрирован на Рис. 11 (b) . В ИС находится КМОП-генератор прямоугольных импульсов, который работает на базовой частоте около 10 кГц и имеет симметричный выход половинной частоты (доступный на выводе 2), который многократно переключает встроенный двухполюсный переключатель КМОП S1, который подключен к «летающий» внешний конденсатор С1.

Действие схемы таково, что при переключении S1 в высокий уровень C1 подключается непосредственно между землей и линиями V + (как показано на схеме) и, таким образом, заряжается до полного положительного значения напряжения питания.

Однако в следующем тактовом цикле S1 переключается на низкий уровень, и при этом условии C1 подключен - с обратной полярностью - непосредственно через внешний выходной конденсатор C2, таким образом генерируя выходное напряжение V- на C2. Эта последовательность переключения повторяется непрерывно на половине частоты тактового генератора.

Обратите внимание, что, поскольку ICL7660 использует CMOS, а не биполярные полупроводниковые переключатели в своей схеме «преобразования», IC работает с очень высокой эффективностью преобразования.

ICL7660 - простое в использовании устройство, но ни одна из его клемм никогда не должна быть подключена к напряжению выше V + или ниже GND (0 В).

Если ИС должна использоваться с источниками питания в диапазоне от 1,5 В до 3,5 В, вывод 6 «LV» (который управляет внутренним регулятором напряжения) должен быть заземлен; при значениях напряжения питания более 3,5 В контакт 6 должен оставаться разомкнутым. При значениях напряжения питания более 6,5 В защитный диод должен быть подключен последовательно с выходным контактом 5.

Схемы Рисунки 12, с по 20, показывают выбор практических конструкций, в которых применяются эти правила.

ЦЕПИ

ICL7660

Основное применение ICL7660 - это простой генератор отрицательного напряжения или удвоитель напряжения, а На рисунках 12 с по 14 показаны три простые схемы этого типа; в каждом случае C1 - «летающий» конденсатор, а C2 - сглаживающий / накопительный конденсатор, и каждый имеет значение 10 мкФ.

Преобразователь напряжения Рис. 12 предназначен для использования с источниками питания от 1,5 В до 3,5 В и требует использования только двух внешних компонентов.

РИСУНОК 12. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 1,5 до 3,5 В.


Схема Рис. 13 аналогична, но предназначена для использования с источниками питания в диапазоне от 3,5 В до 6,5 В и, следовательно, имеет заземленный контакт 6.

РИСУНОК 13. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 3,5 до 6,5 В.


Наконец, схема Figure 14 предназначена для использования с источниками питания в диапазоне 6.5–10 В, и, следовательно, диод D1 подключен последовательно с выходным контактом 5, чтобы защитить его от чрезмерного обратного смещения от C2 при отключении источников питания.

РИСУНОК 14. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 6,5 до 10 В.


Наличие этого диода снижает доступное выходное напряжение на Vdf, прямое падение напряжения на диоде; чтобы это падение напряжения не превышало минимальных значений, D1 должен быть германиевым или шоттки.

Полезной особенностью ICL7660 является то, что количество этих микросхем (до 10) можно каскадировать, чтобы получить коэффициенты преобразования напряжения больше единицы. Таким образом, если три каскада подключены каскадом, они дают конечное отрицательное выходное напряжение -3 В постоянного тока и т. Д. На рисунке 15 показаны соединения для каскадного подключения двух из этих каскадов; любые дополнительные каскады должны быть подключены так же, как правая ИС на этой схеме.

РИСУНОК 15. Каскадные ИС для повышенного отрицательного выходного напряжения.


Уже отмечалось, что одиночная микросхема ICL7660 может использоваться в качестве высокоэффективного удвоителя напряжения, который может, например, генерировать выход 10 В с центральным отводом при питании от несимметричного входа 5 В.

На рисунке 16 показано, как две из этих ИС могут быть подключены каскадом для генерации выходного напряжения 12 В с центральным отводом, когда схема питается от несимметричного источника 3 В (например, от двух последовательно соединенных ячеек 1,5 В).

РИСУНОК 16. Каскадные ИС, обеспечивающие выходное напряжение 12 В с центральным отводом от источника питания 3 В.


Здесь IC1 используется как основной удвоитель напряжения, питаемый от источника 3 В, подключенного между контактами 3 и 8, а его выход 6 В (между контактами 5 и 8) используется для питания IC2 через контакты 3 и 8, а также IC2. таким образом генерирует выход (между контактами 5 и 8) 12 В при очень небольшой нагрузке. Этот выход 12 В имеет импеданс источника около 500R и падает примерно на 0,5 В при увеличении тока нагрузки на мА (большая часть этого падения напряжения отражается от выхода -ve IC1, который работает при уровне тока, в два раза превышающем Выход IC2, как описано ниже).

Важно отметить, что ток источника питания (батареи), потребляемый любой схемой умножителя напряжения, неизбежно по крайней мере в n раз больше, чем выходной ток под нагрузкой схемы, где n - значение "умножителя" схемы. Таким образом, если удвоитель напряжения питается от источника питания 5 В и генерирует выходной сигнал 10 В x 10 мА (= 100 мВт), из этого следует, что ток питания должен быть не менее 20 мА (= 100 мВт / 5 В).

Выходное сопротивление схемы также пропорционально значению n .

В некоторых приложениях пользователь может захотеть уменьшить частоту генератора ICL7660 IC; один из способов сделать это - подключить конденсатор Cx между контактами 7 и 8, как на Рис. 17 ; На фиг.18 показана взаимосвязь между значениями Cx и частоты; таким образом, значение Cx, равное 100 пФ, снижает частоту в 10 раз, с 10 кГц до 1 кГц; Чтобы компенсировать это снижение частоты 10: 1 и сохранить эффективность схемы, значения C1 и C2 должны быть увеличены в аналогичном коэффициенте (примерно до 100 мкФ каждое).

РИСУНОК 17. Способ понижения частоты генератора.


РИСУНОК 18. График зависимости Cx от частоты генератора.


Другой способ уменьшить частоту генератора - использовать вывод 7 для перегрузки генератора через внешние часы, как показано на Рис. 19 .

РИСУНОК 19. Внешняя синхронизация ICL7660.


Тактовый сигнал должен подаваться на контакт 7 через резистор 1K0 (R1) и должен полностью переключаться между двумя значениями шины питания; На схеме КМОП-затвор подключен как инвертирующий буферный каскад, чтобы обеспечить такое переключение.

ЦЕПИ НАСОСА С ДИОДНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

До сих пор в этой статье были описаны три из четырех наиболее широко используемых типов схем преобразования постоянного напряжения.

Четвертый тип преобразователя иногда называют схемой «диодно-управляемой накачки заряда», а Рисунок 20 показывает пример одного из этих «насосов», используемых вместе с ICL7660 IC для создания преобразователя, дающего положительный ток. выходное напряжение почти вдвое превышает исходное значение напряжения питания.

РИСУНОК 20. Удвоитель напряжения типа диодной накачки.


Насос состоит из D1-C1-D2-C2 и приводится в действие прямоугольным выходом с низким импедансом на выводе 2 микросхемы IC. Действие схемы очень простое, а именно:

Когда вывод 2 на выходе ICL7660 переключается на низкий уровень, он подключает нижний конец C1 к линии 0 В, поэтому C1 заряжается почти до полного значения Vcc через диод D1 с прямым смещением. Когда выход вывода 2 снова переключается на высокий уровень, он подтягивает нижний конец C1 к Vcc, таким образом увеличивая верхний конец C1 до почти удвоенного значения Vcc, таким образом, смещая D1 в обратном направлении и D2 в прямом направлении, и заставляя C1 сбросить свой избыточный заряд в C2, который, таким образом, заряжается почти вдвое по сравнению с значением Vcc.

Этот процесс повторяется непрерывно, при этом C1 автоматически заменяет любые токи заряда, которые отводятся от C2 внешней схемой нагрузки. На практике диоды D1 и D2 уменьшают доступное выходное напряжение на величину, равную их совокупному прямому падению напряжения, поэтому в идеале они должны быть германиевыми с низкими потерями или диодами Шоттки.

Этот тип схемы «подкачки заряда» намного более мощный, чем обычная схема конденсаторно-диодного удвоителя напряжения, и может легко обеспечивать выходной ток в 10 миллиампер.

Наконец, чтобы завершить этот взгляд на схемы преобразователя напряжения постоянного тока, Рисунки 21, 23, показывают три полезных варианта базовой схемы «накачки заряда».

Рисунок 21 показывает, как схема накачки заряда Рисунок 20 может быть объединена со стандартной схемой генератора отрицательного напряжения ICL7660 из Рисунок 13 или 14 для создания комбинированного умножителя положительного напряжения и преобразователя отрицательного напряжения, который обеспечивает двойные шины выходного напряжения от несимметричного входного источника.

РИСУНОК 21. Комбинированный удвоитель напряжения + ve и преобразователь напряжения + ve.


Рисунок 22 показывает, как два из двух диодно-управляемых насосов заряда типа Рисунок 20 могут быть включены в каскад для повышения напряжения, что дает положительное выходное напряжение, значение без нагрузки которого равно трехкратному напряжению Vcc, минус величина последовательно включенного диода падает. Обычно схема дает на выходе около 27 В при питании от источника 10 В.

РИСУНОК 22. Зарядный насос типа повышения напряжения.


Дополнительные каскады D3-C3-D4-C4 могут быть подключены каскадом путем подключения нижнего конца каждого конденсатора с нечетным номером к контакту 2 ИС, а нижнего конца каждого конденсатора с четным номером - к линии 0 В; каждая новая ступень увеличивает доступное выходное напряжение на Vcc минус два падения напряжения на диодах.

Наконец, Рисунок 23 показывает схему генератора отрицательного напряжения с диодной накачкой заряда, в которой полярности диодов и конденсаторов просто меняются местами и привязаны к линии 0 В.

РИСУНОК 23. Генератор отрицательного напряжения с диодной накачкой заряда.


Эта схема (при использовании обычных кремниевых диодов) дает типичное выходное напряжение без нагрузки всего -8,8 В при питании от источника 10 В, но дает гораздо лучшее регулирование напряжения, чем обычная схема генератора отрицательного напряжения ICL7660. NV

Что такое преобразователь мощности?

Что такое преобразователь мощности?

Преобразователь - это электрическая цепь, которая принимает входной постоянный ток и генерирует выходной постоянный ток с другим напряжением, обычно достигаемым за счет высокочастотного переключения с использованием индуктивных и емкостных фильтрующих элементов.

Преобразователь мощности - это электрическая цепь, которая преобразует электрическую энергию из одной формы в желаемую, оптимизированную для конкретной нагрузки. Преобразователь может выполнять одну или несколько функций и выдавать выходной сигнал, отличный от входного. Он используется для увеличения или уменьшения величины входного напряжения, инвертирования полярности или создания нескольких выходных напряжений одной и той же полярности со входом, другой полярности или смешанной полярности, например, в блоке питания компьютера.

Преобразователи постоянного тока в постоянный используются в широком спектре приложений, включая источники питания компьютеров, преобразование и регулирование мощности на уровне платы, схемы управления двигателями постоянного тока и многое другое.

Преобразователь действует как связующее звено или ступень преобразования между источником питания и выходом источника питания. Существует несколько королей преобразователей, основанных на входном напряжении источника и выходном напряжении, и они делятся на четыре категории, а именно преобразователи переменного тока в постоянный, известный как выпрямитель, циклоконвертер переменного тока в переменный или преобразователь частоты, преобразователь постоянного напряжения или тока в постоянный. , и преобразователь постоянного тока в переменный.

Рис.1 Технические характеристики преобразователя мощности

Преобразователь использует нелинейные компоненты, такие как полупроводниковые переключатели, и линейные реактивные компоненты, такие как катушки индуктивности, трансформаторы и конденсаторы для промежуточного накопления энергии, а также фильтрации тока и напряжения.Размер, вес и стоимость преобразователя во многом определяются этими компонентами.

В преобразователях постоянного тока широко используются три основные схемы преобразователя: понижающая, повышающая и понижающая и повышающая. Эти конфигурации являются наиболее часто используемыми топологиями из-за их простоты и использования меньшего количества компонентов. У каждого есть свои преимущества и недостатки, которые определяют пригодность для любого конкретного применения.

Рисунок 2 Схема неизолированной схемы преобразователя

Понижающий преобразователь - это понижающий преобразователь, повышающий - повышающий, а понижающий-повышающий - одновременно повышающий и понижающий.Все они не изолированы и используют индуктор в качестве элемента передачи энергии и в основном используются при преобразовании и регулировании мощности на уровне платы.

В изолированных преобразователях постоянного тока в постоянный используется трансформатор для обеспечения изоляции, нескольких выходов, разного уровня напряжения или полярности в зависимости от соотношения витков и направления обмоток.

Они основаны на неизолированной топологии, но с включением трансформатора. Обычно используются следующие типы: полный мост, полумост, прямой и двухтактный преобразователи, которые являются изолированными версиями понижающего преобразователя; и обратный ход, который является изолированной версией повышающего преобразователя.

Рисунок 3 - Понижающий преобразователь с полной мостовой изоляцией

Для повышения производительности используются силовые полупроводниковые устройства с высокими частотами и быстрым переключением. Высокие частоты повышают эффективность при уменьшении физических размеров источников питания, поскольку они позволяют использовать более мелкие компоненты. Частоты обычно выше слышимого диапазона и находятся в диапазоне от 20 кГц до 200 кГц. Схема обратной связи и управления рабочим циклом обычно используется для регулировки условий включения и выключения для поддержания постоянного напряжения на выходе независимо от тока нагрузки или изменений напряжения питания.

Преобразователи широко используются в электронном оборудовании, в источниках питания и других схемах, требующих определенных уровней напряжения и тока, отличных от доступной исходной энергии питания. Преобразователи обеспечивают любой тип требуемого напряжения нужной величины. При правильной конструкции и использовании почти идеальных компонентов доступные методы преобразования предлагают множество надежных и эффективных источников энергии для питания большинства электронных устройств и компонентов.

Бак-преобразователи

Фиг.3.1.1 Понижающий преобразователь

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Понять принципы работы понижающих преобразователей.
  • • Коммутационный транзистор.
  • • Цепь маховика.
  • Обратите внимание на ограничения выходного напряжения.
  • Распознавайте разные источники входного сигнала.
  • Поймите взаимосвязь между шириной импульса переключения и выходным напряжением.

Понижающий преобразователь

Понижающий преобразователь используется в цепях SMPS, где выходное напряжение постоянного тока должно быть ниже входного напряжения постоянного тока. Вход постоянного тока может быть получен от выпрямленного переменного тока или от любого источника постоянного тока. Это полезно там, где не требуется гальваническая развязка между коммутационной схемой и выходом, но если на входе используется выпрямленный источник переменного тока, изоляция между источником переменного тока и выпрямителем может быть обеспечена с помощью сетевого изолирующего трансформатора.

Коммутационный транзистор между входом и выходом понижающего преобразователя постоянно включается и выключается с высокой частотой. Чтобы поддерживать непрерывный выход, схема использует энергию, запасенную в катушке индуктивности L, во время периодов включения переключающего транзистора, чтобы продолжать питать нагрузку в периоды выключения. Работа схемы зависит от того, что иногда также называют схемой маховика. Это связано с тем, что схема действует скорее как механический маховик, который при регулярных импульсах энергии продолжает плавно вращаться (отдавать энергию) с постоянной скоростью.

Вход переменного или постоянного тока

Понижающий преобразователь - это форма преобразователя постоянного тока в постоянный, который может принимать входной сигнал непосредственно от источника постоянного тока, такого как аккумулятор. На входе также может быть постоянный ток, полученный от сети переменного тока (линии), как показано на рис. 3.1.1, через схему выпрямителя / накопительного конденсатора. Вход переменного тока в схему выпрямителя может быть переменным током высокого напряжения непосредственно от сети переменного тока или, альтернативно, с более низким напряжением через понижающий трансформатор. Как бы ни был получен постоянный ток, подаваемый на понижающий преобразователь, он затем преобразуется в высокочастотный переменный ток с помощью переключающего транзистора или «прерывателя», управляемого прямоугольной волной (обычно с широтно-импульсной модуляцией).Это приводит к возникновению высокочастотной волны переменного тока, которая затем может быть повторно преобразована в постоянный ток гораздо более эффективным способом, чем это было бы возможно в схемах, описанных в модуле 1 источника питания.

Операция понижающего преобразователя

Рис. 3.1.2 Время включения транзистора

Как показано на рис. 3.1.1, схема понижающего преобразователя состоит из переключающего транзистора вместе со схемой маховика (D1, L1 и C1). Пока транзистор включен, через нагрузку через катушку индуктивности L1 проходит ток.Действие любого индуктора противодействует изменениям тока, а также действует как накопитель энергии. В этом случае предотвращается немедленное увеличение выхода переключающего транзистора до своего пикового значения, поскольку в катушке индуктивности накапливается энергия, взятая из увеличивающегося выхода; эта накопленная энергия позже возвращается обратно в схему в качестве обратной ЭДС. поскольку ток от переключающего транзистора быстро отключается.

Период включения транзисторного переключателя

Таким образом, как показано на рис. 3.1.2, когда переключающий транзистор включен, он снабжает нагрузку током.Первоначально ток в нагрузке ограничен, так как энергия также накапливается в L1, поэтому ток в нагрузке и заряд на C1 постепенно нарастают в течение периода «включения». Обратите внимание, что в течение всего периода включения на катоде D1 будет большое положительное напряжение, поэтому диод будет смещен в обратном направлении и, следовательно, не будет играть никакой роли в действии.

Рис. 3.1.3 Переключение периода "выключения" транзистора

Период выключения транзисторного переключателя

Когда транзистор выключается, как показано на рис.1.3 энергия, накопленная в магнитном поле вокруг L1, возвращается обратно в цепь. Напряжение на катушке индуктивности (обратная ЭДС) теперь имеет обратную полярность по отношению к напряжению на L1 в течение периода включения, и в коллапсирующем магнитном поле доступно достаточно накопленной энергии, чтобы поддерживать ток в течение, по крайней мере, части времени. транзисторный ключ открыт.

Задний э.м. от L1 теперь заставляет ток течь по цепи через нагрузку и D1, который теперь смещен в прямом направлении.Как только индуктор вернул в цепь большую часть своей запасенной энергии и напряжение нагрузки начинает падать, заряд, накопленный в C1, становится основным источником тока, поддерживая ток, протекающий через нагрузку, до начала следующего периода включения.

Общий эффект от этого заключается в том, что вместо большой прямоугольной волны, появляющейся на нагрузке, остается только волновая форма волны, то есть треугольная волна малой амплитуды, высокочастотная с уровнем постоянного тока:

V OUT = V IN x (Время включения сигнала переключения (t ON ) / периодическое время сигнала переключения (T))

или:

Фиг.3.1.4 Понижающий преобразователь

Следовательно, если сигнал переключения имеет отношение метки к пространству 1: 1, выходное напряжение V OUT из схемы понижающего преобразователя будет равно V IN x (0,5 / 1) или половине V IN . Однако, если отношение метки к пространству сигнала переключения изменяется, возможно любое выходное напряжение от приблизительно 0 В до В IN .

Просмотрите пути тока в периоды включения и выключения переключающего транзистора.

Посмотрите, как магнитное поле вокруг индуктора растет и схлопывается, и наблюдайте за изменением полярности напряжения на L.

Наблюдайте за эффектом пульсации во время включения и выключения переключающего транзистора.

Обратите внимание, что действия, показанные на рис. 3.1.4, сильно замедляются; транзитор обычно включается и выключается с частотой 20 кГц или быстрее.

Рис. 3.1.5 Понижающий преобразователь для отрицательных материалов

Во многих сложных схемах основной источник постоянного тока может иметь слишком высокое напряжение для некоторых частей схемы. Например. напряжение питания 24 В постоянного тока для выходного каскада может потребоваться понизить до 5 В или 3.3 В для логических схем, управляющих выходным каскадом. В некоторых цепях может также возникнуть необходимость в обслуживании отрицательных источников питания. В таких случаях можно использовать схему, показанную на рис. 3.1.5. Это включает в себя изменение положения L1 и D1 и изменение полярности C по сравнению со схемой на рис. 3.1.2. Этот вариант базового понижающего преобразователя теперь инвертирует положительный вход постоянного тока для создания отрицательного напряжения в диапазоне от 0 В до -В IN .

Как работает Рис. 3.1.5

Когда транзисторный ключ включается, на L1 подается положительное напряжение питания.В этот момент диод D1 смещен в обратном направлении, поэтому ток питания не может достичь выхода, но заряжает L1, создавая вокруг него магнитное поле. Обратите внимание, что напряжение на L1 в это время заставляет верх индуктора быть положительным по отношению к линии 0 В.

Однако, когда входной транзистор выключается, магнитное поле вокруг L1 начинает разрушаться и, таким образом, вызывает изменение напряжения на L1, которое теперь делает верхнюю часть L1 отрицательной по отношению к 0 В. В это время D1 становится смещенным в прямом направлении и проводит ток, заставляя конденсатор C1 повышать напряжение, создавая отрицательное выходное напряжение на нагрузке.Фактическое значение отрицательного выходного напряжения будет обратным некоторой части входного напряжения и будет зависеть от отношения метки к пространству входного переключателя, приложенного к прямоугольному сигналу, который будет сигналом с широтно-импульсной модуляцией, обычно работающим с постоянной частотой. на десятках кГц.

Повышающие преобразователи

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Ознакомьтесь с принципами работы повышающих преобразователей.
  • • Переключающий транзистор
  • • Цепь маховика
  • Обратите внимание на ограничения выходного напряжения.
  • Распознавайте разные источники входного сигнала.
  • Поймите взаимосвязь между шириной импульса переключения и выходным напряжением.

Повышающий преобразователь

Блоки питания

с переключаемым режимом могут использоваться для многих целей, включая преобразователи постоянного тока в постоянный.Часто, хотя источник постоянного тока, такой как аккумулятор, может быть доступен, его доступное напряжение не подходит для питаемой системы. Например, двигатели, используемые в электромобилях, требуют гораздо более высоких напряжений, порядка 500 В, чем те, которые могут питаться от одной батареи. Даже если бы использовались батареи батарей, дополнительный вес и занимаемое пространство были бы слишком велики, чтобы их можно было использовать на практике. Решением этой проблемы является использование меньшего количества батарей и повышение доступного постоянного напряжения до необходимого уровня с помощью повышающего преобразователя.Другая проблема с батареями, большими или маленькими, заключается в том, что их выходное напряжение изменяется по мере использования доступного заряда, и в какой-то момент напряжение батареи становится слишком низким для питания питающей цепи. Однако, если этот низкий выходной уровень может быть снова увеличен до полезного уровня с помощью повышающего преобразователя, срок службы батареи может быть увеличен.

Вход постоянного тока в повышающий преобразователь может поступать от многих источников, а также от батарей, таких как выпрямленный переменный ток от сети или постоянный ток от солнечных панелей, топливных элементов, динамо-машин и генераторов постоянного тока.Повышающий преобразователь отличается от понижающего преобразователя тем, что его выходное напряжение равно или превышает его входное напряжение. Однако важно помнить, что, поскольку мощность (P) = напряжение (V) x ток (I), если выходное напряжение увеличивается, доступный выходной ток должен уменьшаться.

Рис. 3.2.1 Базовая схема повышающего преобразователя

На рис. 3.2.1 показана принципиальная схема повышающего преобразователя. Однако в этом примере переключающий транзистор представляет собой силовой полевой МОП-транзистор, при переключении мощности используются как биполярные силовые транзисторы, так и полевые МОП-транзисторы, выбор определяется током, напряжением, скоростью переключения и соображениями стоимости.Остальные компоненты такие же, как те, что используются в понижающем преобразователе, показанном на рис. 3.1.2, за исключением того, что их положение было изменено.

Повышающий преобразователь Работа

Рис. 3.2.2 Работа повышающего преобразователя при включении

На рис. 3.2.2 показано действие схемы во время начального периода высокого уровня высокочастотной прямоугольной волны, подаваемой на затвор полевого МОП-транзистора при запуске. В это время полевой МОП-транзистор проводит ток, замыкая короткое замыкание с правой стороны L1 на отрицательную входную клемму питания.Следовательно, ток течет между положительной и отрицательной клеммами питания через L1, который накапливает энергию в своем магнитном поле. В остальной части схемы практически не протекает ток, поскольку комбинация D1, C1 и нагрузки представляет собой гораздо более высокий импеданс, чем путь непосредственно через полевой МОП-транзистор с высокой проводимостью.

Рис. 3.2.3 Токовый путь при выключенном полевом МОП-транзисторе

На рис. 3.2.3 показан путь тока во время низкого периода цикла прямоугольной волны переключения.Поскольку полевой МОП-транзистор быстро выключается, внезапное падение тока заставляет L1 производить обратную ЭДС. с противоположной полярностью по отношению к напряжению на L1 в течение периода включения, чтобы ток не протекал. В результате на L1 последовательно друг с другом соединяются два напряжения: напряжение питания V IN и противоэдс (V L ).

Это более высокое напряжение (V IN + V L ), теперь, когда нет пути тока через MOSFET, смещает D1 в прямом направлении. Результирующий ток через D1 заряжает C1 до V IN + V L за вычетом небольшого прямого падения напряжения на D1, а также питает нагрузку.

Рис. 3.2.4 Токовый путь с MOSFET на

На рис. 3.2.4 показано действие схемы во время полевого МОП-транзистора в периоды после первоначального запуска. Каждый раз, когда полевой МОП-транзистор проводит, катод D1 более положительный, чем его анод, из-за заряда на C1. Таким образом, D1 выключен, поэтому выход схемы изолирован от входа, однако нагрузка продолжает получать питание V IN + V L от заряда на C1. Хотя заряд C1 уходит через нагрузку в течение этого периода, C1 перезаряжается каждый раз, когда MOSFET выключается, таким образом поддерживая почти постоянное выходное напряжение на нагрузке.

Теоретическое выходное напряжение постоянного тока определяется входным напряжением (V IN ), деленным на 1 минус рабочий цикл (D) сигнала переключения, который будет некоторым числом от 0 до 1 (соответствует от 0 до 100%). и поэтому может быть определена по следующей формуле:

Пример:

Если прямоугольная волна переключения имеет период 10 мкс, входное напряжение составляет 9 В, а включение составляет половину периодического времени, то есть 5 мкс, то выходное напряжение будет:

В ВЫХ = 9 / (1-0.5) = 9 / 0,5 = 18 В (минус падение напряжения на выходном диоде)

Поскольку выходное напряжение зависит от рабочего цикла, важно, чтобы он точно контролировался. Например, если рабочий цикл увеличился с 0,5 до 0,99, полученное выходное напряжение будет:

В ВЫХ = 9 / (1- 0,99) = 9 / 0,01 = 900 В

Однако, прежде чем этот уровень выходного напряжения будет достигнут, это, конечно, может привести к серьезным повреждениям (и появлению дыма), поэтому на практике, если схема не предназначена специально для очень высоких напряжений, изменения в рабочем цикле сохраняются намного ниже, чем указано в этом примере.

Рис. 3.2.5 Работа повышающего преобразователя

Нажмите кнопку воспроизведения, чтобы начать.

Просмотрите пути тока в периоды включения и выключения переключающего транзистора. Обратите внимание, что работа в течение первого периода включения отличается от более поздних периодов, поскольку конденсатор (C) не заряжается до конца первого периода включения.

Посмотрите, как магнитное поле вокруг индуктора растет и схлопывается, и наблюдайте за изменением полярности напряжения на L.

Наблюдайте за эффектом пульсации во время включения и выключения переключающего транзистора.

См. Входное напряжение и обратную ЭДС. В L добавить, чтобы получить выходное напряжение больше, чем входное напряжение.

Щелкните паузу, чтобы удерживать видео во включенном или выключенном состоянии.

Нажмите «Воспроизвести», чтобы продолжить воспроизведение видео с точки удержания.

I.C. Повышающий преобразователь

Рис. 3.2.6 Типичный I.C. Повышающий преобразователь (LM27313)

Из-за легкости, с которой повышающие преобразователи могут подавать большие перенапряжения, они почти всегда включают некоторые регуляторы для управления выходным напряжением, а их много I.Cs. изготовленные для этой цели Типичный пример I.C. Повышающий преобразователь показан на рис. 3.2.6, в данном примере - LM27313 от Texas Instruments. Этот чип разработан для использования в системах с низким энергопотреблением, таких как КПК, фотоаппараты, мобильные телефоны и устройства GPS.

В этой схеме соответствующая часть выходного напряжения (V OUT ), зависящая от отношения R2: R3, используется в качестве образца и сравнивается с эталонным напряжением внутри I.C. Это создает напряжение ошибки, которое используется для изменения рабочего цикла переключающего генератора, позволяя получить диапазон автоматически регулируемых повышающих напряжений от 5 В до 28 В.

LM27313 содержит внутренний генератор, работающий на фиксированной частоте около 1,6 МГц. Переключающий транзистор FET также является внутренним и переключает ток через L1 через клемму SW. Также обратите внимание, что для D1 используется диод Шоттки с соответствующими номинальными значениями напряжения и тока, чтобы минимизировать потери из-за прямого падения напряжения на диоде и обеспечить высокую скорость переключения. I.C. также имеет функцию отключения (SHDN), управляемую внешней логикой, с помощью которой повышающий преобразователь может быть отключен, когда он не требуется, для экономии заряда батареи.

Цепи защиты

Другие функции безопасности, обеспечиваемые I.C. отключение по перегрузке по току, при котором переключатель отключается от цикла к циклу, если обнаружен слишком большой ток, и возможность отключения по перегреву.

Стабильность

Другая проблема, с которой сталкиваются разработчики высокочастотных повышающих преобразователей, заключается в стабильности, поскольку на частотах МГц отрицательная и положительная обратная связь может возникать просто из-за электромагнитных полей, излучаемых между компонентами внутри схемы, особенно там, где компоненты схемы находятся в непосредственной близости, как в макеты поверхностного монтажа.Поэтому C2 добавляется для повышения стабильности и предотвращения возможных колебаний из-за возникновения нежелательной положительной обратной связи.

PMP11438 Три разные схемы понижающего преобразователя для преобразования 12 В в 1,2 В при токе нагрузки> 6 А Эталонная конструкция


См. Важное примечание и Заявление об ограничении ответственности, относящиеся к эталонным проектам и другим ресурсам TI.

Основной документ

Описание

PMP11438 - это транспортное средство, используемое для сравнения трех различных решений по питанию для преобразования шины 12 В в 1.2В при 6-10А. Выходное напряжение 1,2 В применимо к приложениям памяти DDR4. Каждое решение предлагает преимущество либо в эффективности при полной нагрузке, либо в эффективности при небольшой нагрузке, плотности, высоте, переходной характеристике или в некоторой их комбинации.

Характеристики
  • Два преобразователя мощности 1,2 В / 10 А и один преобразователь 1,2 В / 6 А
  • Понижающий преобразователь с коммутируемыми конденсаторами, многофазный понижающий преобразователь и понижающий преобразователь с одним POL
  • Эффективность малой нагрузки доступна во всех решениях
  • Решения с переходником высотой 2 мм
  • Встроенные тестеры переходных процессов для контролируемых переходных нагрузок с высокой скоростью нарастания

См. Важное примечание и отказ от ответственности, относящиеся к эталонным проектам и другим ресурсам TI.

Схема / блок-схема

Быстро понять общую функциональность системы.

Скачать схему

Руководство по проектированию

Получайте результаты быстрее благодаря проверенным данным испытаний и моделирования.

Скачать руководство по дизайну


Устройства TI (4)

Закажите образцы, получите инструменты и найдите дополнительную информацию о продуктах TI в этом справочном дизайне.

Образец и покупка Конструкторские комплекты и оценочные модули
CSD16410Q5A 25-В, N-канальный силовой МОП-транзистор NexFET ™, одиночный SON 5 мм x 6 мм, 12 мОм МОП-транзисторы Образец и покупка Посмотреть комплекты для проектирования и оценочные модули
TPS53515 1.Синхронный понижающий преобразователь SWIFT ™ с 5 В на 18 В, 12 А Понижающие регуляторы Образец и покупка Посмотреть комплекты для проектирования и оценочные модули
TPS54A20 Малый синхронный понижающий преобразователь конденсаторов серии SWIFT ™, 10 МГц, 8–14 В, 10 А Понижающие регуляторы Образец и покупка Посмотреть комплекты для проектирования и оценочные модули
TPS62184 Синхронный понижающий преобразователь 4 В в 17 В, 6 А с хорошей мощностью, точностью 1% и регулируемым плавным пуском Понижающие регуляторы Образец и покупка Посмотреть комплекты для проектирования и оценочные модули

Символы CAD / CAE

Texas Instruments and Accelerated Designs, Inc.сотрудничали, чтобы предоставить клиентам TI схематические символы и посадочные места на печатных платах для продуктов TI.

Шаг 1 : Загрузите и установите бесплатную загрузку.

Шаг 2 : Загрузите символ и посадочное место из таблицы файла CAD.bxl.

Texas Instruments и Accelerated Designs, Inc. сотрудничали друг с другом, чтобы предоставить клиентам TI схематические символы и посадочные места на печатных платах для продуктов TI.

Шаг 1 : Загрузите и установите бесплатную загрузку.

Шаг 2 : Загрузите символ и посадочное место из таблицы файла CAD.bxl.

Шаг 3 : Откройте файл .bxl с помощью программного обеспечения Ultra Librarian.

Вы всегда можете получить доступ к полной базе данных символов CAD / CAE по адресу https://webench.ti.com/cad/

Посадочные места печатной платы и условные обозначения доступны для загрузки в формате, не зависящем от производителя, который затем может быть экспортирован в ведущие инструменты проектирования EDA CAD / CAE с помощью Ultra Librarian Reader.Читатель доступен в виде (скачать бесплатно).

UL Reader - это подмножество набора инструментов Ultra Librarian, которое может создавать, импортировать и экспортировать компоненты и их атрибуты практически в любом формате EDA CAD / CAE.


Техническая документация

См. Важное примечание и Заявление об ограничении ответственности, относящиеся к эталонным проектам и другим ресурсам TI.

Руководство пользователя (1)
Белая книга (1)
Файлы дизайна (4)

Поддержка и обучение

Выполните поиск в нашей обширной онлайн-базе знаний, где доступны миллионы технических вопросов и ответов круглосуточно и без выходных.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *