Jännitesäätimien vaihto

Pulssijännitteensäätimissä (muuntimissa) aktiivinen elementti (yleensä kenttätransistori) toimii pulssitilassa: ohjauskytkin avautuu ja sulkeutuu vuorotellen syöttäen syöttöjännitteen pulsseilla energiaa varaavalle elementille. Tämän seurauksena virtapulssit syötetään kuristimen kautta (tai muuntajan kautta, riippuen tietyn kytkentäsäätimen topologiasta), joka usein toimii elementtinä, joka kerää, muuntaa ja vapauttaa energiaa kuormituspiirissä.

Pulsseilla on tietyt aikaparametrit: ne seuraavat tietyllä taajuudella ja niillä on tietty kesto. Nämä parametrit riippuvat stabilisaattorin tällä hetkellä syöttämän kuorman koosta, koska se on keskimääräinen induktorivirta, joka lataa lähtökondensaattorin ja syöttää siihen kytkettyä kuormaa.

Pulssistabilaattorin rakenteessa voidaan erottaa kolme päätoimintayksikköä: kytkin, energian varastointilaite ja ohjauspiiri.Kaksi ensimmäistä solmua muodostavat teho-osan, joka yhdessä kolmannen kanssa muodostaa täydellisen jännitteenmuunnospiirin. Joskus kytkin voidaan tehdä samaan koteloon ohjauspiirin kanssa.

Joten pulssimuuntimen työ tapahtuu sulkemisen ja avaamisen ansiosta elektroninen avain… Kytkimen ollessa kiinni energian varastointilaite (kuristin) on kytketty virtalähteeseen ja varastoi energiaa, ja kun se on auki, varastolaite irrotetaan lähteestä ja kytketään välittömästi kuormapiiriin, jonka jälkeen energia siirretään suodatinkondensaattoriin ja kuormaan.

Tämän seurauksena kuormaan vaikuttaa tietty keskimääräinen jännitteen arvo, joka riippuu ohjauspulssien toiston kestosta ja taajuudesta. Virta riippuu kuormasta, jonka arvo ei saa ylittää tämän muuntimen sallittua rajaa.

PWM ja PWM

Pulssimuuntimen lähtöjännitteen stabiloinnin periaate perustuu lähtöjännitteen jatkuvaan vertailuun referenssijännitteeseen, ja näiden jännitteiden poikkeavuudesta riippuen ohjauspiiri palauttaa automaattisesti auki- ja jännitteen kestosuhteen. kytkimen suljetut tilat (se muuttaa ohjauspulssien leveyttä pulssinleveysmodulaatio — PWM) tai muuttaa näiden pulssien toistotiheyttä pitäen niiden keston vakiona (pulssitaajuusmodulaation (PFM) avulla). Lähtöjännite mitataan yleensä resistiivisellä jakajalla.

Oletetaan, että kuormitettu lähtöjännite jossain vaiheessa laskee, tulee nimellisarvoa pienemmäksi.Tässä tapauksessa PWM-ohjain lisää automaattisesti pulssin leveyttä, eli kuristimen energian varastointiprosessit pitenevät ja vastaavasti enemmän energiaa siirretään kuormaan. Tämän seurauksena lähtöjännite palaa nimellisarvoonsa.

Jos stabilointi toimii PFM-periaatteen mukaisesti, pulssin toistonopeus kasvaa, kun lähtöjännite laskee kuormituksen alaisena. Tämän seurauksena enemmän osia energiasta siirtyy kuormaan ja jännite on sama kuin vaadittu arvo. Tässä olisi tarkoituksenmukaista sanoa, että kytkimen suljetun tilan keston suhde sen suljetun ja avoimen tilan kestojen summaan on ns. duty cycle DC.

Yleisesti ottaen pulssimuuntimia on saatavana galvaanisella erotuksella ja ilman. Tässä artikkelissa tarkastellaan peruspiirejä ilman galvaanista eristystä: boost-, buck- ja invertointimuuntimet. Kaavoissa Vin on tulojännite, Vout on lähtöjännite ja DC on käyttösuhde.

Ei-galvaanisesti eristetty buck-muunnin-buck-muunnin tai alennusmuunnin

Avain T sulkeutuu. Kun kytkin on kiinni, diodi D lukittuu, virta kulkee kaasua L ja kuorman poikki R alkaa kasvaa. Avain aukeaa. Kun kytkin avataan, virta kuristimen ja kuorman läpi, vaikka se pienenee, jatkaa virtaamista, koska se ei voi kadota hetkessä, vain nyt piiri ei sulje kytkimen kautta, vaan avautuneen diodin kautta.

Kytkin sulkeutuu jälleen.Jos kytkimen aukioloaikana ei kuristimen läpi kulkeva virta ehtinyt pudota nollaan, niin nyt se taas kasvaa. Joten kuristimen ja kuorman kautta se toimii koko ajan sykkivä virta (jos ei ollut kondensaattoria). Kondensaattori tasoittaa aaltoilua niin, että kuormitusvirta on lähes vakio.

Tämän tyyppisen muuntimen lähtöjännite on aina pienempi kuin tulojännite, joka on tässä käytännössä jaettu kuristimen ja kuorman kesken. Sen teoreettinen arvo (ihanteelliselle muuntimelle - kytkin- ja diodihäviöt huomioimatta) saadaan seuraavalla kaavalla:

Tehostusmuunnin ilman galvaanista eristystä - tehostusmuunnin

Kytkin T on kiinni. Kun kytkin on kiinni, diodi D sulkeutuu, induktorin L läpi kulkeva virta alkaa kasvaa. Avain aukeaa. Virta kulkee edelleen induktorin läpi, mutta nyt avoimen diodin läpi ja induktorin yli oleva jännite lisätään lähdejännitteeseen. Vakiojännitettä kuorman R yli ylläpitää kondensaattori C.

Kytkin sulkeutuu, kuristinvirta nousee jälleen. Tämän tyyppisen muuntimen lähtöjännite on aina suurempi kuin tulojännite, koska kelan yli oleva jännite lisätään lähdejännitteeseen. Lähtöjännitteen teoreettinen arvo (ihanteelliselle muuntimelle) löytyy kaavasta:

Kääntävä muuntaja ilman galvaanista eristystä-buck-boost-muunninta

Kytkin T on kiinni. Rikastin L varastoi energiaa, diodi D on kiinni. Kytkin on auki – kuristin aktivoi kondensaattorin C ja kuorman R. Tässä lähtöjännitteellä on negatiivinen napaisuus.Sen arvo löytyy (ihanteellisessa tapauksessa) kaavasta:

Toisin kuin lineaarisilla stabilisaattoreilla, kytkentästabilisaattoreilla on korkeampi hyötysuhde aktiivisten elementtien vähemmän kuumenemisen vuoksi, ja siksi ne vaativat pienemmän jäähdyttimen alueen. Kytkentästabilisaattoreiden tyypillisiä haittoja ovat impulssikohinan esiintyminen lähtö- ja tulopiireissä sekä pidemmät transientit.