ממירי מתח דופק פשוטים ללא שנאים

הרבה חטיפים מתחילים מתקשים לקבוע את סוג ספק הכוח, אך זה לא כל כך קשה. השיטות העיקריות להמרת מתח הן שימוש באחת משתי אפשרויות המעגלים:

• שנאי;

• ספקי כוח ללא שנאי.

בתורו שנאים נבדלים זה מזה בסוג המעגל:

• חשמל, עם שנאי הפועל בתדר של 50 הרץ;

• דופק, עם שנאי הפועל בתדרים גבוהים (רבבות הרץ).

מעגלי דופק של ספקי כוח יכולים להגדיל את היעילות הכוללת של המוצר הסופי, על ידי הימנעות מאובדן סטטי במייצבים ליניאריים ואלמנטים אחרים.

מעגלים חסרי שנאי

אם יש צורך בהספק מאספקת חשמל ביתית 220 וולט, ניתן להפעיל את המכשירים הפשוטים ביותר מאספקת החשמל באמצעות אלמנטים נטליים כדי להוריד את המתח. דוגמה ידועה לרבים למקור כוח כזה היא מעגל קבלים נטל.

עם זאת, ישנם מספר נהגים עם מובנה בקר PWM ומפתח חשמל לבניית ממיר דלי דופק ללא שנאי, אלה נפוצים מאוד ב נורות לד וטכנולוגיה אחרת.

במקרה של חשמל ממקור זרם ישר, למשל, סוללות או סוללות גלווניות אחרות, השתמשו ב:

• מייצב מתח ליניארי (מייצב אינטגרלי מסוג KREN או L78xx עם או בלי טרנזיסטור הזנה, מייצב פרמטרי מדיודה זנר וטרנזיסטור)

• ממיר דופק (צעד למטה - BUCK, מדרגה - BOOST, או מדרגה - BUCK-BOOST)

היתרון של ספקי כוח וממיר ללא שנאים הוא כדלקמן:

• אין צורך לסובב את השנאי, המרה מתבצעת על ידי המצערת והמפתחות;

• תוצאה של הקודם הם הממדים הקטנים של מקורות הכוח.

חסרונות:

• היעדר בידוד גלווני, במקרה של תקלות במפתחות מוביל להופעת המתח של מקור הכוח הראשוני. זה קריטי במיוחד אם תפקידו ממלא רשת 220 וולט;

• סכנת התחשמלות, כתוצאה מצימוד גלווני;

• הממדים הגדולים של המשרן בממירים בעלי עוצמה גבוהה מטילים ספק בכדאיות השימוש בטופולוגיה זו של ספקי כוח. עם מחווני משקל וגודל דומים, תוכלו להשתמש בממיר שנאי ובודד גלווני.

הזנים העיקריים של ממירי מתח מיתוג

בספרות המקומית לרוב נמצא הקיצור "IPPN", העומד על: דופק ממיר מתח (או צעד למעלה, או שניהם)

כבסיס ניתן להבחין בין שלוש סכמות בסיסיות.

1. IPPN1 - ממיר מוריד, בספרות אנגלית - BUCK DC CONVERTER או Step-down.

2. IPPN2 - ממיר Boost, בספרות אנגלית - BOOST DC CONVERTER או Step-up.

3. IPPN3 - ממיר היפוך עם אפשרות להגברת מתח ולירידה הן, BUCK-BOOST DC CONVERTER.

כיצד פועל ממיר באק פועם?

נתחיל בבחינת עקרון הפעולה של התוכנית הראשונה - IPPN1.

 

בתכנית ניתן להבחין בין שני מעגלי חשמל:

1. "+" ממקור הכוח מועבר דרך מפתח פרטי (טרנזיסטור מכל סוג של מוליכות מקבילה) ל- LN (חנק אחסון), ואז הזרם זורם דרך העומס למקור הכוח "-".

2. המעגל השני נוצר מ דיודה Д, מצערת LN ועומס מחובר RN.

כאשר המפתח סגור, הזרם עובר לאורך המעגל הראשוני, זרם זורם במשרן ואנרגיה מצטברת בשדה המגנטי שלו. כשאנחנו מכבים (פותחים) את המפתח, האנרגיה שנשמרת בסליל מתפזרת לעומס, בעוד הזרם זורם במעגל השני.

המתח בפלט (עומס) של ממיר כזה הוא

Uout = Uin * Ku

Ku הוא מקדם ההמרה, התלוי במחזור התפקוד של פולסי הבקרה של מתג ההפעלה.

Ku = Uout / Uin

מחזור התפקיד "D" הוא היחס בין הזמן בו המפתח פתוח לתקופת PWM. "D" יכול לקחת ערכים מ- 0 ל- 1.

חשוב: עבור STI1 Ku = D המשמעות היא שמגבלות הרגולציה של מייצב זה שוות בערך - 0 ... Uout.

מתח היציאה של ממיר כזה דומה בקוטביות למתח הכניסה.

כיצד ממיר מתח דופק

IPPN2 - מסוגל להגדיל את המתח ממתח האספקה ​​לערך הגבוה ממנו פי עשרה. באופן סכמטי, הוא מורכב מאותם אלמנטים כמו הקודם.

כל ממיר מסוג זה יש בהרכבו שלושה מרכיבים פעילים עיקריים:

• מפתח מנוהל (דו קוטבי, שדה, טרנזיסטורים של IGBT, MOSFET);

• מפתח לא מבוקר (דיודה מיישר);

• השראות מצטברות.

הזרם תמיד זורם דרך השראות, רק עוצמתו משתנה.

על מנת להבין את עקרון פעולתו של ממיר זה, עליכם לזכור את חוק המעבר למשרן: "הזרם דרך המשרן אינו יכול להשתנות באופן מיידי."

זה נגרם כתוצאה מתופעה כמו EMF אינדוקציה עצמית או EMF נגדי. מכיוון שהשדה האלקטרומגנטי של השראות מונע שינוי פתאומי בזרם, ניתן לייצג את הסליל כמקור כוח. ואז במעגל זה, כאשר המפתח נסגר דרך הסליל, מתחיל לזרום זרם בסדר גודל גדול, אך כאמור בצורה חדה, הוא אינו יכול לעלות.

נגד EMF היא תופעה כאשר בקצות הסליל מופיע EMF הפוך למה שמופעל. אם תציג זאת בתרשים לבהירות, תצטרך לדמיין את סליל ההשראות כמקור EMF.

המספר "1" מציין את מצב המעגל כאשר המפתח סגור. שימו לב שמקור הכוח וסמל סלילי EMF מחוברים בסדרה עם המסופים החיוביים, כלומר ערכי ה- EMF שלהם מופרעים. במקרה זה השראות מונעות מעבר של זרם חשמלי, או ליתר דיוק מאט את צמיחתו. ככל שהוא גדל, לאחר מרווח זמן קבוע מסוים, הערך של ה- EMF הנגדי יורד, והזרם דרך השראות עולה.

עריכה לירית:

הערך של EMF של אינדוקציה עצמית, כמו כל EMF אחר, נמדד בוולטים.

בפרק זמן זה הזרם העיקרי זורם לאורך המעגל: מקש כוח השראות סגור.

כאשר המפתח SA נפתח, מעגל 2. זרם מתחיל לזרום לאורך מעגל כזה: מקור כוח-השראות-דיודה-עומס. מאז ההתנגדות לעומס, לעיתים קרובות הרבה יותר מהתנגדות התעלה של טרנזיסטור סגור. במקרה זה, שוב - הזרם הזורם דרך השראות אינו יכול להשתנות באופן פתאומי, השראות תמיד מבקשות לשמור על הכיוון והגודל של הזרם, לכן EMF נגדי מופיע שוב, אך בקוטביות הפוכה.

שימו לב כיצד בתרשים השני מחוברים הקטבים של מקור הכוח ומקור ה- EMF המחליף את הסליל. הם מחוברים בסדרות על ידי קטבים מנוגדים, והערכים של EMF אלה מוסיפים.

כך מתרחשת עלייה במתח.

בתהליך אחסון אנרגיית השראות, העומס מופעל על ידי אנרגיה שנאגרה בעבר בקבל ההחלקה.

מקדם ההמרה ב- IPPN2 הוא

Ku = 1 / (1-D)

כפי שניתן לראות מהנוסחה - ככל ש- D גדול יותר הוא מחזור התפקיד, כך מתח המוצא גדול יותר. הקוטביות של כוח הפלט זהה לכניסה לסוג ממיר זה.

איך ממיר מתח ההפוך

ממיר המתח ההפוך הוא מכשיר די מעניין, מכיוון שהוא יכול לעבוד גם במצב הורדת מתח וגם במצב boost. עם זאת, כדאי לקחת בחשבון כי הקוטביות של מתח היציאה שלו מנוגדת לכניסה, כלומר פוטנציאל חיובי נמצא על החוט המשותף.

ההפוך מורגש גם בכיוון בו מופעלת הדיודה D. עיקרון הפעולה דומה מעט ל- IPPN2. בזמן סגירת המפתח T מתרחש תהליך של צבירת אנרגיית השראות, הכוח מהמקור לא נכנס לעומס בגלל דיודה D. כאשר המפתח סגור מתחילה אנרגיית השראות להתפוגג בעומס.

הזרם ממשיך לזרום דרך השראות, מתרחשת EMF של אינדוקציה עצמית, המכוונת בצורה כזו שנוצרת קוטביות הפוכה למקור הכוח הראשוני בקצות הסליל. כלומר בצומת פולט הטרנזיסטור (ניקוז, אם טרנזיסטור אפקט שדה), הקתודה של הדיודה וקצה סלילתה מתפתחת פוטנציאל שלילי. בקצה ההפוך, בהתאמה, הוא חיובי.

גורם ההמרה IPPN3 שווה ל:

Ku = D / (1-D)

על ידי החלפות פשוטות של גורם המילוי לנוסחה, אנו קובעים כי עד לערך D של 0.5, ממיר זה פועל כממיר למטה, ומלמעלה - כממיר למעלה.

איך לשלוט בממיר כזה?

אפשר לתאר את כל האפשרויות לבניית בקרי PWM אינסופי, ניתן לכתוב מספר כרכים של ספרות טכנית על כך. אני רוצה להגביל את עצמי לרשום כמה אפשרויות פשוטות:

1. הרכיב מעגל multivibrator אסימטרי. במקום VT3, טרנזיסטור מחובר במעגלי ה- IPPN.

2. אפשרות מעט יותר מסובכת, אך יציבה יותר מבחינת התדירות PWM ב- NE555 (לחץ על התמונה להגדלה).

ערוך שינויים במעגל, VT1 הוא טרנזיסטור, אנו משנים את המעגל כך שבמקומו יש טרנזיסטור IPPN.

3. אפשרות לשימוש בקר מיקרו, כך שתוכלו לבצע גם פונקציות רבות נוספות, למתחילים הם יעבדו טוב בקרי מיקרופון AVR. יש מדריך וידאו נפלא בנושא זה.

מסקנות

ממירי מתח ממתגים הם נושא חשוב מאוד בענף ספקי הכוח לציוד אלקטרוני. מעגלים כאלה משמשים בכל מקום, ולאחרונה, עם צמיחתם של "תוצרת בית" או כפי שעכשיו הוא אופנתי לקרוא "DIY's" והפופולריות של אתר aliexpress, ממירים כאלה הפכו פופולריים במיוחד ובביקוש, ניתן להזמין לוח מעגלים מוכנים שכבר הפך לממיר קלאסי עבור LM2596 וכדומה בכמה דולרים בלבד, תוך כדי היכולת לכוונן את המתח או הזרם, או את שניהם.

 

לוח פופולרי נוסף הוא ה- mini-360

אתה יכול לשים לב כי אין טרנזיסטור במעגלים אלה. העובדה היא שהוא מובנה בשבב, מלבדו יש בקר PWM, מעגלי משוב לייצוב מתח היציאה ועוד. עם זאת, ניתן להגביר מעגלים אלה על ידי התקנת טרנזיסטור נוסף.

אם אתם מעוניינים לתכנן מעגל לצרכים שלכם, תוכלו לקרוא עוד על יחסי העיצוב בספרות הבאה:

• "רכיבים לבניית מקורות כוח", מיכאיל באבורין, אלכסיי פבלנקו, קבוצת חברות סימטרון

• "ממירי טרנזיסטור מיוצבים" V.S. מוין, Energoatomizdat, M. 1986.