Простейшие бестрансформаторные импульсные преобразователи напряжения

Мнoгиe нaчинaющиe рaдиoлюбитeли зaтрудняются oпрeдeлить субчик блoкa питaния, a вeдь этo нe тaк быстро и слoжнo. Oснoвныe спoсoбы прeoбрaзoвaния нaпряжeния зaключaются в испoльзoвaнии oднoгo с двуx вaриaнтoв сxeмoтexники:

• Трaнсфoрмaтoрныe;

• Бeстрaнсфoрмaтoрныe истoчники питaния.

Сoдeржaниe стaтьи

• Бeстрaнсфoрмaтoрныe сxeмы

• Oснoвныe рaзнoвиднoсти импульсныx прeoбрaзoвaтeлeй нaпряжeния

• Кaк рaбoтaeт пульсирующий пoнижaющий прeoбрaзoвaтeль

• Кaк рaбoтaeт импульсионный пoвышaющий прeoбрaзoвaтeль нaпряжeния

• Кaк рaбoтaeт инвeртирующий прeoбрaзoвaтeль нaпряжeния

В свoю oчeрeдь трaнсфoрмaтoрныe рaзличaются пo типу сxeмы:

• Сeтeвaя, с трaнсфoрмaтoрoм, рaбoтaющим нa чaстoтe 50 Гц;

• Импульснaя, с трaнсфoрмaтoрoм, рaбoтaющим нa высoкиx чaстoтax (дeсятки тысяч Гц).

Импульсныe сxeмы блoкoв питaния пoзвoляют увeличить oбщий Эффективность кoнeчнoгo издeлия, по (по грибы) счет избегания статических потерь для линейных стабилизаторах и прочих элементах.

Бестрансформаторные схемы

Если бы возникает необходимость питания через бытовой электросети 220 В, простейшие оборудование можно включить ото блоков питания использующих балластные начатки для понижения напряжения. Неограниченно известным примером такого источника питания является звено с балластным конденсатором.

Тем не менее существует ряд драйверов со встроенным ШИМ-контроллером и силовым ключом на построения бестрансформаторного импульсного понижающего преобразователя, такие беспредельно часто встречаются в светодиодных лампочках и другой технике.

В случае питания через источника постоянного тока, к примеру сказать, аккумуляторов или других гальванических элементов питания, используют:

• Линеечный стабилизатор напряжения (единый. Ant. рассеяние стабилизатор типа Установка или L78xx с, или минус проходного транзистора, параметрического стабилизатора с стабилитрона и транзистора)

• Импульсного преобразователя (понижающего – BUCK, повышающего – BOOST, или — или понижающе-повышающего – BUCK-BOOST)

Ценность бестрансформаторных блоков питания и преобразователей заключаются в следующем:

• Недостает необходимости мотать преобразователь, преобразование осуществляется по (по грибы) счёт дросселя и ключей;

• Следствием изо предыдущего являются малые объем источников питания.

Бедность:

• Отсутствие гальванический развязки, возле неисправностях ключей приводит к появлению напряжения первичного источника питания. Сие критично особенно если нет в его роли выступает частик 220 В;

• Опасность поражения электрическим током, ровно следствие гальванической блат;

• Большие габариты дросселя держи преобразователях высокой мощности ставят подина сомнение целесообразность использования этой топологии блоков питания. Подле сопоставимых массогабаритных показателях разрешено использовать уже трансформаторный, гальванически раскутанный преобразователь.

Основные разновидности импульсных преобразователей напряжения

В отечественной литературе стократно встречается сокращение «ИППН», которое расшифровывается на правах: Импульсный Понижающий (alias повышающий, или и так, и другое) Преобразователь Напряжения

В качестве азы можно выделить три базовые схемы.

1. ИППН1 – Понижающий перестройщик, в англоязычной литературе – BUCK DC CONVERTER может ли быть Step-down.

2. ИППН2 – Повышающий преобразитель, в англоязычной литературе – BOOST DC CONVERTER возможно ли Step-up.

3. ИППН3 – Инвертирующий конвертор с возможностью как повышения, что-то около и понижения напряжения, BUCK-BOOST DC CONVERTER.

Что работает импульсный понижающий транслятор?

Начнем с рассмотрения принципа работы первой схемы – ИППН1.

 

В схеме допускается выделить два питающих контура:

1. «+» через источника питания подаётся спустя закрытый ключ (радиоприемник любого типа соответствующей проводимости) для Lн (накопительный дроссель), после того ток протекает насквозь нагрузку к «–» источника питания.

2. Следующий контур образован изо диода Д, дросселя Lн и подключенной нагрузки Rн.

Эпизодически ключ замкнут, переменка проходит по первому контуру, вследствие катушку индуктивности протекает стремнина, и в её магнитном марго накапливается энергия. Эпизодически мы выключаем (размыкаем) ключик, энергия, запасённая в катушке, рассеивается в нагрузку, присутствие этом ток протекает насквозь второй контур.

Нервотрепка на выходе (нагрузке) такого преобразователя равно

Uвых=Uвх*Ku

Ku – сие коэффициент преобразования, какой-никакой зависит от коэффициента заполнения управляющих импульсов силового ключа.

Ku=Uвых/Uвх

Множитель заполнения «D» – сие отношение времени, порой ключ открыт, к периоду ШИМ. «D» может достигать значения от впредь до 1.

ВАЖНО: Для ИППН1 Ku=D. Сие значит, что границы регулирования данного стабилизатора этак равны – 0…Uвых.

Ожесточение на выходе такого преобразователя так и по полярности с напряжением возьми входе.

Как работает пульсирующий повышающий преобразователь напряжения

ИППН2 – горазд повышать напряжение через напряжения питания по величины в десятки в одно прекрасное время превышающей его. Схематически симпатия состоит из тех но элементов что и предыдущая.

Каждый кому не лень преобразователь подобного вроде в своем составе имеет три основных действующих компонента:

• Управляемый отпирка (биполярный, полевой, IGBT, MOSFET транзисторы);

• Неконтролируемый ключ (выпрямительный диод);

• Накопительная индуктивность.

Быстрина всегда протекает путем индуктивность, изменяется не более чем его величина.

На того, чтобы ущучить принцип работы сего преобразователя, нужно воспроизвести закон коммутации про катушки индуктивности: «Движение через катушку индуктивности невыгодный может измениться махом».

Это вызвано таким явлением сиречь ЭДС самоиндукции возможно ли противо-ЭДС. Яко как электромагнитное соевище индуктивности препятствует скачкообразному изменению тока, катушку дозволяется представить в виде источника питания. Раз такие пироги в это схеме, при случае ключ замыкается насквозь катушку начинает мелькать ток большой величины, да, как уже было сказано отрывисто он возрасти безвыгодный может.

Противо-ЭДС сие явление, когда получай концах катушки возникает ЭДС обратное тому, что приложено. Иначе) будет то представить это получи и распишись схеме для наглядности, придется помыслить катушку индуктивности в виде источника ЭДС.

Перед цифрой «1» обозначено сословие схемы, когда треншальтер замкнут. Обратите внимания по какой причине источник питания и условное ярлык ЭДС катушки соединены положительными выводами преемственно, т.е. величины их ЭДС вычитаются. В таком случае индуктивность препятствует прохождению электрического тока, а скорее замедляет его подъем. По мере роста, поверх определенный постоянной времени апирексия, величина противо-ЭДС уменьшается, а перемещение через индуктивность нарастает.

Лирическое отхождение:

Величина ЭДС самоиндукции, на правах и любое другое ЭДС измеряется в Вольтах.

В нынешний промежуток времени ключевой ток протекает вдоль контуру: источник питания-индуктивность-неконтакт ключ.

Когда контролька SA размыкается, схема 2. Электричество начинает течь вдоль такому контуру: происхождение питания-индуктивность-диод-груз. Так как прочность нагрузки, чаще несравненно больше, чем реактанц канала замкнутого транзистора. Возле этом снова – стремнина, протекающий через индуктивность без- может измениться скачком, индуктивность на (веки (вечные стремится поддержать крен и величину тока, в рассуждении сего возникает снова противо-ЭДС, однако уже в обратной полярности.

Обратите первый план, как на дальнейший схеме подключены полюса Источника питания и замещающего катушку источника ЭДС. Они соединены методично противоположными полюсами, а величины сих ЭДС складываются.

Таким образом происходит бугор напряжения.

Во присест процесса накопления энергии индуктивности режим питается энергией, которая перед была запасена в сглаживающем конденсаторе.

Пропорция преобразования в ИППН2 равен

Ku=1/(1-D)

Точь в точь видно из формулы – нежели больше D – кпд заполнения, тем в большинстве случаев выходное напряжение. Противоположность выходного питания, совпадает со входным у данного вроде преобразователя.

Как работает инвертирующий реформатор напряжения

Инвертирующий агрегат напряжения довольно интересное выполнение, ведь он может за работой недоедать и недосыпать, как в режиме понижения напряжения, (на)столь(ко) и в режиме повышения. Во всяком случае стоит учитывать, ровно полярность его выходного напряжения противоположна входному, т.е. практичный потенциал оказывается держи общем проводе.

Инвертирование вот и все заметно по направлению, в котором включен диод Д. Статут работы немного похожу получай ИППН2. В то период, когда ключ Т замкнут происходит разработка накопления энергии индуктивности, довольствие от источника мало-: неграмотный попадает в нагрузку изо-за диода Д. Эпизодически ключ закрывается, смелость индуктивности начинает рассыпаться в нагрузке.

Ток продолжает свищ через индуктивность, возникает ЭДС самоиндукции, направленная таким образом, как будто на концах катушки формируется контраст, противоположная первичному источнику питания. Т.е. в узле соединения эмиттера транзистора (стекание, если транзистор походный), катода диода и конца обмотки катушки формируется разносный потенциал. На противоположном конце, соразмерно, положительный.

Коэффициент преобразования ИППН3 равен:

Ku=D/(1-D)

Посредством несложных подстановок коэффициента заполнения в формулу, ты да я определим, что впредь до величины D в 0.5, сей преобразователь выступает в роли понижающего, а больше – повышающего.

Наравне управлять такими преобразователем?

Объяснять все варианты построения ШИМ-контроллеров только и остается бесконечно долго, об этом позволяется написать несколько томов технической литературы. Я но, хочу ограничиться перечислением нескольких простых вариантов:

1. Составить схему несимметричного мультивибратора. Взамен VT3 подключается транзистор в схемах ИППН-ов.

2. Малость более сложный трансформирование, но более неизменный в плане частоты – сие ШИМ на NE555 (в (видах увеличения нажмита держи картинку).

На схеме произвести правки, VT1 – сие транзистор, изменяем схему неизвестно зачем, чтобы на его месте был филдистор ИППН.

3. Вариант эксплуатировать микроконтроллер, так ваша милость можете еще и учинить много дополнительных функций, исполнение) новичков хорошо подойдут AVR микроконтроллеры. Питаться прекрасный видеоурок об этом.

Выводы

Импульсные преобразователи напряжения – сие очень важная вопрос в отрасли блоков питания на радиоэлектронной аппаратуры. Подобные схемы используются повсеместно, а, в последнее срок, с ростом «самодельщиков» может ли быть как это неотложно модно называть «DIY’щиков» и популярностью сайта aliexpress такие преобразователи стали особенно популярны и востребованы, ваша милость можете заказать готовую плату ставшего уж классическим, преобразователя нате LM2596 и подобных долее) (того за пару долларов, подле этом вы получайте возможность регулировки напряжения возможно ли тока, или и того и другого.

Другая популярная отплата – это mini-360

Вам можете заметить, сколько в этих схемах и в заводе нет транзистор. Дело в часть, что он встроен в микросхему, минуя него там находится ШИМ-управляющее устройство, цепи обратной подписка для стабилизации выходного напряжения и другое. Тем далеко не менее эти схемы могут разгуляться установкой дополнительного транзистора.

Коли вам интересно запроектировать схему под ваши нужды, коли на то пошл более подробно с расчётными соотношениями вас можете ознакомится в следующей литературе:

• «Компоненты исполнение) построения источников питания», Мишаня Бабурин, Алексей Павленко, Организация компаний «Симметрон»

• «Стабилизированные транзисторные преобразователи» В.С. Моин, Энергоатомиздат, М. 1986.

Лексей Бартош

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте линия умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-заведение от GeekBrains:

Кафедра Интернет вещей

Вас сможете:

• Изучить C, машины отладки и программирования микроконтроллеров;

• Намыть опыт работы с реальными проектами, в команде и независимо;

• Получить удостоверение и договор, подтверждающие полученные запас сведений.

Starter box для первых экспериментов в гостинец!

После прохождения курса в вашем портфолио хорэ: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная вентерь устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-балансир), устройство контроля влажности воздуха, государственное устройство умного полива растений, уклад контроля протечки воды…

Ваша милость получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный письменное удостоверение, которые можно подкачат в портфолио и показать работодателю.

Подробнее тогда:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Галотерм