Sfaturi pentru proiectarea convertoarelor buck. Convertoare de tensiune în impulsuri Microcircuite în convertoarele de tensiune statică în impulsuri

Un convertor de tensiune este un dispozitiv care modifică tensiunea unui circuit. Acesta este un dispozitiv electronic care este utilizat pentru a modifica valoarea tensiunii de intrare a dispozitivului. Convertizoarele de tensiune pot crește sau reduce tensiunea de intrare, inclusiv modificarea mărimii și frecvenței tensiunii inițiale.

Necesitatea utilizării acestui dispozitiv apare în primul rând în cazurile în care este necesară utilizarea oricărui dispozitiv electric în locuri în care este imposibil să se utilizeze standardele existente sau capacitățile de alimentare cu energie. Convertizoarele pot fi utilizate ca dispozitiv separat sau ca parte a sistemelor de alimentare neîntreruptibilă și a surselor de energie electrică. Sunt utilizate pe scară largă în multe domenii ale industriei, în viața de zi cu zi și în alte sectoare.

Dispozitiv

Pentru a converti un nivel de tensiune în altul, se folosesc adesea convertoare de tensiune de impuls care utilizează dispozitive de stocare a energiei inductive. În conformitate cu aceasta, sunt cunoscute trei tipuri de circuite convertoare:

• Inversarea.
• Ridicarea.
• Retrogradări.

Aceste tipuri de convertoare au cinci elemente în comun:

• Element de comutare cu cheie.
• Alimentare electrică.
• Stocarea inductivă a energiei (choke, inductor).
• Un condensator de filtru care este conectat în paralel cu rezistența de sarcină.
• Dioda de blocare.

Includerea acestor cinci elemente în combinații diferite face posibilă crearea oricăruia dintre tipurile enumerate de convertoare de impulsuri.

Reglarea nivelului tensiunii de ieșire a convertorului este asigurată prin modificarea lățimii impulsurilor, care controlează funcționarea elementului de comutare cu cheie. Stabilizarea tensiunii de ieșire este creată prin metoda feedback: o modificare a tensiunii de ieșire creează o modificare automată a lățimii impulsului.

Un reprezentant tipic al unui convertor de tensiune este, de asemenea, un transformator. Convertește tensiunea AC de o valoare în tensiunea AC de altă valoare. Această proprietate a unui transformator este utilizată pe scară largă în radio-electronica și inginerie electrică.

Dispozitivul transformator include următoarele elemente:

• Miez magnetic.
• Înfășurare primară și secundară.
• Cadru pentru înfăşurări.
• Izolare.
• Sistem de racire.
• Alte elemente (pentru acces la bornele de înfășurare, instalare, protecția transformatorului etc.).

Tensiunea pe care transformatorul o va produce pe înfășurarea secundară va depinde de spirele care sunt prezente pe înfășurările primare și secundare.

Există și alte tipuri de convertoare de tensiune care au un design diferit. Dispozitivul lor în majoritatea cazurilor este realizat pe elemente semiconductoare, deoarece oferă o eficiență semnificativă.

Principiul de funcționare

Convertorul de tensiune generează tensiunea de alimentare cu valoarea necesară de la o altă tensiune de alimentare, de exemplu, pentru a alimenta anumite echipamente dintr-o baterie. Una dintre cerințele principale pentru convertor este asigurarea eficienței maxime.

Conversia tensiunii alternative poate fi realizată cu ușurință folosind un transformator, drept urmare astfel de convertoare de tensiune continuă sunt adesea create pe baza conversiei intermediare a tensiunii continue în tensiune alternativă.

• Un generator puternic de tensiune alternativă, care este alimentat de o sursă originală de tensiune continuă, este conectat la înfășurarea primară a transformatorului.
• O tensiune alternativă de mărimea necesară este îndepărtată din înfășurarea secundară, care este apoi rectificată.
• Dacă este necesar, tensiunea constantă de ieșire a redresorului este stabilizată cu ajutorul unui stabilizator, care este pornit la ieșirea redresorului, sau prin controlul parametrilor tensiunii alternative generate de generator.
• Pentru a obține o eficiență ridicată, convertoarele de tensiune folosesc generatoare care funcționează în modul de comutare și generează tensiune folosind circuite logice.
• Tranzistoarele de ieșire ai generatorului, care comută tensiunea pe înfășurarea primară, trec de la o stare închisă (nu trece curent prin tranzistor) la o stare de saturație, în care tensiunea pe tranzistor scade.
• În convertoarele de tensiune ale surselor de alimentare de înaltă tensiune, în cele mai multe cazuri, se utilizează fem-ul auto-inductiv, care este creat la inductanță în cazurile de întrerupere bruscă a curentului. Un tranzistor acționează ca un întrerupător de curent, iar înfășurarea primară a transformatorului de creștere acționează ca o inductanță. Tensiunea de ieșire este creată pe înfășurarea secundară și redresată. Astfel de circuite sunt capabile să genereze tensiuni de până la câteva zeci de kV. Ele sunt adesea folosite pentru alimentarea tuburilor cu raze catodice, tuburilor de imagine și așa mai departe. Acest lucru asigură o eficiență de peste 80%.

Pe Ide

Convertizoarele pot fi clasificate în mai multe moduri.

Convertoare DC/DC:

• Regulatoare de tensiune.
• Convertoare de nivel de tensiune.
• Stabilizator liniar de tensiune.

Convertoare AC/DC:

• Stabilizatoare de tensiune de comutare.
• Surse de alimentare.
• Redresoare.

Convertoare DC la AC:

• Invertoare.

Convertoare de tensiune AC:

• Transformatoare de frecventa variabila.
• Convertoare de frecventa si tensiune.
• Regulatoare de tensiune.
• Convertoare de tensiune.
• Transformatoare de diferite tipuri.

Convertizoarele de tensiune din electronică, conform designului, sunt, de asemenea, împărțite în următoarele tipuri:

• La transformatoarele piezoelectrice.
• Autogeneratoare.
• Transformator cu excitație de impuls.
• Comutarea surselor de alimentare.
• Convertoare de impulsuri.
• Multiplexor.
• Cu condensatoare comutate.
• Condensator fara transformator.

Particularități

• În absența restricțiilor privind volumul și greutatea, precum și atunci când tensiunea de alimentare este mare, este rațional să se utilizeze convertoare bazate pe tiristoare.
• Convertoarele semiconductoare bazate pe tiristoare și tranzistoare pot fi reglate sau nereglate. În acest caz, convertoarele reglabile pot fi utilizate ca stabilizatori de tensiune AC și DC.
• Conform metodei de excitare a oscilațiilor în dispozitiv, pot exista circuite cu excitare și autoexcitare independentă. Circuitele cu excitație independentă sunt realizate dintr-un amplificator de putere și un oscilator principal. Impulsurile de la ieșirea generatorului sunt trimise la intrarea amplificatorului de putere, ceea ce permite controlul acestuia. Circuitele auto-excitate sunt auto-oscilatoare pulsate.

Aplicație

• Pentru distribuția și transportul energiei electrice. În centralele electrice, generatoarele de curent alternativ produc de obicei energie cu tensiuni de 6-24 kV. Pentru a transmite energie pe distanțe lungi, este avantajos să folosiți o tensiune mai mare. Ca urmare, la fiecare centrală sunt instalate transformatoare pentru a crește tensiunea.
• Pentru diverse scopuri tehnologice: instalații electrotermale (transformatoare electrice cuptor), sudare (transformatoare de sudare) și așa mai departe.
• Pentru alimentarea diferitelor circuite;

— automatizări în telemecanică, dispozitive de comunicații, aparate electrice;
— echipamente radio și televiziune.

Pentru a separa circuitele electrice ale acestor dispozitive, inclusiv potrivirea tensiunii și așa mai departe. Transformatoarele utilizate în aceste dispozitive, în cele mai multe cazuri, au putere scăzută și tensiune scăzută.

• Convertizoarele de tensiune de aproape toate tipurile sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi. Sursele de alimentare pentru multe aparate electrocasnice, dispozitive electronice complexe și unități invertoare sunt utilizate pe scară largă pentru a furniza tensiunea necesară și pentru a asigura alimentarea cu energie autonomă. De exemplu, acesta ar putea fi un invertor care poate fi folosit pentru o sursă de alimentare de urgență sau de rezervă pentru aparatele de uz casnic (TV, scule electrice, aparate de bucătărie etc.) care consumă curent alternativ de 220 Volți.
• Cele mai scumpe și solicitate în medicină, energie, armată, știință și industrie sunt convertoarele care au o tensiune alternativă de ieșire cu o formă pură sinusoidală. Această formă este potrivită pentru funcționarea dispozitivelor și instrumentelor care au o sensibilitate crescută la semnal. Acestea includ echipamente de măsurare și medicale, pompe electrice, cazane și frigidere pe gaz, adică echipamente care conțin motoare electrice. Convertizoarele sunt adesea necesare pentru a prelungi durata de viață a echipamentelor.

Avantaje și dezavantaje

Avantajele convertoarelor de tensiune includ:

• Oferă controlul modului curent de intrare și ieșire. Aceste dispozitive transformă curentul alternativ în curent continuu și servesc ca distribuitoare și transformatoare de tensiune DC. Prin urmare, ele pot fi adesea găsite în producție și în viața de zi cu zi.
• Designul celor mai moderne convertoare de tensiune are capacitatea de a comuta între diferite tensiuni de intrare și ieșire, inclusiv capacitatea de a regla tensiunea de ieșire. Acest lucru vă permite să selectați un convertor de tensiune pentru un anumit dispozitiv sau sarcină conectată.
• Compactitatea și ușurința convertoarelor de tensiune de uz casnic, de exemplu, convertoarele de automobile. Sunt miniaturale și nu ocupă mult spațiu.
• Economic. Eficiența convertoarelor de tensiune ajunge la 90%, rezultând economii semnificative de energie.
• Comoditate și versatilitate. Convertizoarele vă permit să conectați rapid și ușor orice aparat electric.
• Posibilitatea de transmitere a energiei electrice pe distanțe lungi datorită tensiunii crescute și așa mai departe.
• Asigurarea funcționării fiabile a componentelor critice: sisteme de securitate, iluminat, pompe, cazane de încălzire, echipamente științifice și militare și așa mai departe.

Dezavantajele convertoarelor de tensiune includ:

• Susceptibilitatea convertoarelor de tensiune la umiditate ridicată (cu excepția convertoarelor special concepute pentru utilizarea în transportul pe apă).
• Ocupă ceva spațiu.
• Pret relativ mare.

Astăzi ne vom uita la câteva circuite de convertoare de tensiune DC-DC simple, s-ar putea spune chiar simple, pulsate (convertoare de tensiune continuă de o valoare la tensiune constantă de altă valoare)

Care sunt beneficiile convertoarelor de impulsuri? În primul rând, au o eficiență ridicată și, în al doilea rând, pot funcționa la o tensiune de intrare mai mică decât tensiunea de ieșire. Convertizoarele de impulsuri sunt împărțite în grupuri:

• - deformare, amplificare, inversare;
• - stabilizat, nestabilizat;
• - izolat galvanic, neizolat;
• - cu o gamă îngustă și largă de tensiuni de intrare.

Pentru a face convertoare de impulsuri de casă, cel mai bine este să folosiți circuite integrate specializate - sunt mai ușor de asamblat și nu sunt capricioase la configurare. Deci, iată 14 scheme pentru fiecare gust:

Acest convertor funcționează la o frecvență de 50 kHz, izolarea galvanică este asigurată de transformatorul T1, care este înfășurat pe un inel K10x6x4,5 din ferită de 2000NM și conține: înfășurare primară - 2x10 spire, înfășurare secundară - 2x70 spire de sârmă PEV-0.2 . Tranzistoarele pot fi înlocuite cu KT501B. Aproape niciun curent nu este consumat de la baterie atunci când nu există sarcină.

Transformatorul T1 este înfășurat pe un inel de ferită cu un diametru de 7 mm și conține două înfășurări de 25 de spire de sârmă PEV = 0,3.

Convertor nestabilizat push-pull bazat pe un multivibrator (VT1 și VT2) și un amplificator de putere (VT3 și VT4). Tensiunea de ieșire este selectată de numărul de spire ale înfășurării secundare a transformatorului de impulsuri T1.

Convertor de tip stabilizator bazat pe microcircuitul MAX631 de la MAXIM. Frecvența de generare 40…50 kHz, element de stocare - inductor L1.

Puteți folosi unul dintre cele două cipuri separat, de exemplu al doilea, pentru a multiplica tensiunea de la două baterii.

Circuit tipic pentru conectarea unui stabilizator de impuls de impuls pe microcircuitul MAX1674 de la MAXIM. Funcționarea este menținută la o tensiune de intrare de 1,1 volți. Eficiență - 94%, curent de sarcină - până la 200 mA.

Vă permite să obțineți două tensiuni stabilizate diferite cu o eficiență de 50...60% și un curent de sarcină de până la 150 mA în fiecare canal. Condensatorii C2 și C3 sunt dispozitive de stocare a energiei.

8. Comutarea stabilizatorului de amplificare pe cipul MAX1724EZK33 de la MAXIM

Schema de circuit tipică pentru conectarea unui microcircuit specializat de la MAXIM. Rămâne funcțional la o tensiune de intrare de 0,91 volți, are o carcasă SMD de dimensiuni mici și oferă un curent de sarcină de până la 150 mA cu o eficiență de 90%.

Un circuit tipic pentru conectarea unui stabilizator descendente cu impulsuri pe un microcircuit TEXAS disponibil pe scară largă. Rezistorul R3 reglează tensiunea de ieșire cu +2,8...+5 volți. Rezistorul R1 stabilește curentul de scurtcircuit, care este calculat prin formula: Is(A)= 0,5/R1(Ohm)

Invertor de tensiune integrat, randament - 98%.

Două convertoare izolate de tensiune DA1 și DA2, conectate într-un circuit „neizolat” cu masă comună.

Inductanța înfășurării primare a transformatorului T1 este de 22 μH, raportul spirelor înfășurării primare la fiecare secundar este de 1: 2,5.

Circuitul tipic al unui convertor de impuls stabilizat pe un microcircuit MAXIM.

Circuite simple ale convertoarelor de tensiune DC-impuls pentru alimentarea dispozitivelor radio amatori

Bună ziua, dragi radioamatori!
Astăzi pe site-ul „ “ne vom uita la mai multe scheme simple, s-ar putea chiar spune simple, Convertoare de tensiune DC-DC impulsuri(convertoare de tensiune DC de o valoare la tensiune DC de altă valoare)

Care sunt beneficiile convertoarelor de impulsuri? În primul rând, au o eficiență ridicată și, în al doilea rând, pot funcționa la o tensiune de intrare mai mică decât tensiunea de ieșire.
Convertizoarele de impulsuri sunt împărțite în grupuri:
– coborâre, urcare, inversare;
– stabilizat, nestabilizat;
– izolat galvanic, neizolat;
– cu o gamă îngustă și largă de tensiuni de intrare.
Pentru a face convertoare de impulsuri de casă, cel mai bine este să folosiți circuite integrate specializate - sunt mai ușor de asamblat și nu sunt capricioase la configurare.

Prima schemă.
Convertor tranzistor nestabilizat:
Acest convertor funcționează la o frecvență de 50 kHz, izolarea galvanică este asigurată de transformatorul T1, care este înfășurat pe un inel K10x6x4,5 din ferită de 2000NM și conține: înfășurare primară - 2x10 spire, înfășurare secundară - 2x70 spire de sârmă PEV-0.2 . Tranzistoarele pot fi înlocuite cu KT501B. Aproape niciun curent nu este consumat de la baterie atunci când nu există sarcină.

A doua schemă.

Transformatorul T1 este înfășurat pe un inel de ferită cu un diametru de 7 mm și conține două înfășurări de 25 de spire de sârmă PEV = 0,3.

A treia schemă.
:

Convertor nestabilizat push-pull bazat pe un multivibrator (VT1 și VT2) și un amplificator de putere (VT3 și VT4). Tensiunea de ieșire este selectată de numărul de spire ale înfășurării secundare a transformatorului de impulsuri T1.

A patra schemă.
Convertor pe un cip specializat:
Convertor de tip stabilizator pe un microcircuit specializat de la MAXIM. Frecvența de generare 40...50 kHz, element de stocare – inductor L1.

A cincea schemă.
Multiplicator de tensiune în două trepte nestabilizat:

Puteți folosi unul dintre cele două cipuri separat, de exemplu al doilea, pentru a multiplica tensiunea de la două baterii.

A șasea schemă.
Stabilizator de impuls de impuls pe un cip MAXIM:
Circuit tipic pentru conectarea unui stabilizator de impuls de impuls pe un microcircuit MAXIM. Funcționarea este menținută la o tensiune de intrare de 1,1 volți. Eficiență – 94%, curent de sarcină – până la 200 mA.

A șaptea schemă.
Două tensiuni de la o singură sursă de alimentare :
Vă permite să obțineți două tensiuni stabilizate diferite cu o eficiență de 50...60% și un curent de sarcină de până la 150 mA în fiecare canal. Condensatorii C2 și C3 sunt dispozitive de stocare a energiei.

Schema a opta.
Stabilizator de impulsuri pe chip-2 de la MAXIM:
Schema de circuit tipică pentru conectarea unui microcircuit specializat de la MAXIM. Rămâne funcțional la o tensiune de intrare de 0,91 volți, are o carcasă SMD de dimensiuni mici și oferă un curent de sarcină de până la 150 mA cu o eficiență de 90%.

Schema a noua.
Stabilizator de reducere a impulsului pe un cip TEXAS:

Un circuit tipic pentru conectarea unui stabilizator descendente cu impulsuri pe un microcircuit TEXAS disponibil pe scară largă. Rezistorul R3 reglează tensiunea de ieșire cu +2,8...+5 volți. Rezistorul R1 stabilește curentul de scurtcircuit, care este calculat prin formula:
Ikz(A)= 0,5/R1(Ohm)

Schema a zecea.
Invertor de tensiune integrat pe un cip de la MAXIM:
Invertor de tensiune integrat, randament – ​​98%.

Schema a unsprezecea.
Două convertoare izolate pe microcircuite de la YCL Elektronics:
Două convertoare izolate de tensiune DA1 și DA2, conectate într-un circuit „neizolat” cu masă comună.

Pentru a converti tensiunea unui nivel în tensiunea altui nivel, este adesea folosit convertoare de tensiune de impuls folosind dispozitive de stocare inductivă a energiei. Astfel de convertoare se caracterizează printr-o eficiență ridicată, ajungând uneori la 95% și au capacitatea de a produce o tensiune de ieșire crescută, scăzută sau inversată.

În conformitate cu aceasta, sunt cunoscute trei tipuri de circuite convertoare: step-down (Fig. 4.1), step-up (Fig. 4.2) și inversoare (Fig. 4.3).

Comun tuturor acestor tipuri de convertoare sunt cinci elemente: o sursă de alimentare, un element de comutare cheie, un dispozitiv de stocare a energiei inductiv (inductor, inductor), o diodă de blocare și un condensator de filtru conectat în paralel cu rezistența de sarcină.

Includerea acestor cinci elemente în diferite combinații vă permite să implementați oricare dintre cele trei tipuri de convertoare de impulsuri.

Nivelul tensiunii de ieșire a convertorului este reglat prin modificarea lățimii impulsurilor care controlează funcționarea elementului de comutare cu cheie și, în consecință, energia stocată în dispozitivul de stocare inductiv de energie.

Stabilizarea tensiunii de ieșire se realizează prin utilizarea feedback-ului: atunci când tensiunea de ieșire se modifică, lățimea impulsului se modifică automat.

Convertorul descendente (Fig. 4.1) conține un lanț conectat în serie de element de comutare S1, stocarea inductivă a energiei L1, rezistența de sarcină Rн și condensatorul de filtru C1 conectat în paralel cu acesta. Dioda de blocare VD1 este conectată între punctul de conectare al cheii S1 cu dispozitivul de stocare a energiei L1 și firul comun.

Orez. 4.1. Principiul de funcționare al unui convertor de tensiune descendente

Orez. 4.2. Principiul de funcționare al unui convertor de tensiune de amplificare

Când comutatorul este deschis, dioda este închisă, energia de la sursa de alimentare este acumulată într-un dispozitiv de stocare inductiv de energie. După ce cheia S1 este închisă (deschisă), energia stocată de acumulatorul inductiv L1 este transferată prin dioda VD1 la rezistența de sarcină Rn. Condensatorul C1 netezește ondulațiile de tensiune.

Convertorul de tensiune de impuls de creștere (Fig. 4.2) este realizat pe aceleași elemente de bază, dar are o combinație diferită: un lanț în serie de stocare inductivă a energiei L1, dioda VD1 și rezistență de sarcină cu un condensator de filtru conectat în paralel C1 este conectat la sursa de alimentare. Elementul de comutare S1 este conectat între punctul de conectare al dispozitivului de stocare a energiei L1 cu dioda VD1 și magistrala comună.

Când comutatorul este deschis, curentul de la sursa de alimentare trece prin inductor, care stochează energie. Dioda VD1 este închisă, circuitul de sarcină este deconectat de la sursa de alimentare, cheie și dispozitivul de stocare a energiei. Tensiunea pe rezistența de sarcină este menținută datorită energiei stocate pe condensatorul filtrului. Când comutatorul este deschis, EMF de auto-inducție este însumată cu tensiunea de alimentare, energia stocată este transferată la sarcină prin dioda deschisă VD1. Tensiunea de iesire obtinuta in acest fel depaseste tensiunea de alimentare.

Orez. 4.3. Conversie de tensiune de impuls cu inversare

Un convertor inversor de tip impuls conține aceeași combinație de elemente de bază, dar din nou într-o conexiune diferită (Fig. 4.3): un circuit în serie al elementului de comutare S1, dioda VD1 și rezistența de sarcină R n cu condensatorul de filtru C1 este conectat la putere. sursă. Stocarea de energie inductivă L1 este conectată între punctul de conectare al elementului de comutare S1 cu dioda VD1 și magistrala comună.

Convertorul funcționează astfel: când cheia este închisă, energia este stocată într-un dispozitiv de stocare inductiv. Dioda VD1 este închisă și nu trece curentul de la sursa de alimentare la sarcină. Când întrerupătorul este oprit, fem-ul auto-inductiv al dispozitivului de stocare a energiei este aplicat unui redresor care conține dioda VD1, rezistența de sarcină Rn și condensatorul de filtru C1. Deoarece dioda redresoare trece doar impulsuri negative de tensiune în sarcină, la ieșirea dispozitivului se formează o tensiune cu semn negativ (invers, opus în semn tensiunii de alimentare).

Pentru a stabiliza tensiunea de ieșire a stabilizatorilor de comutare de orice tip, pot fi utilizați stabilizatori „liniari” convenționali, dar au o eficiență scăzută. În acest sens, este mult mai logic să folosiți stabilizatori de tensiune de impuls pentru a stabiliza tensiunea de ieșire a convertoarelor de impulsuri, mai ales că o astfel de stabilizare nu este deloc dificilă.

Stabilizatorii de tensiune de comutare, la rândul lor, sunt împărțiți în stabilizatoare cu modulare a lățimii impulsuluiși mai departe stabilizatoare cu modulație de frecvență a impulsurilor. În primul dintre ele, durata impulsurilor de control se modifică, în timp ce rata de repetare a acestora rămâne neschimbată. În al doilea rând, dimpotrivă, frecvența impulsurilor de control se modifică în timp ce durata lor rămâne neschimbată. Există și stabilizatori de impuls cu reglare mixtă.

Mai jos vom lua în considerare exemple de radioamatori ale dezvoltării evolutive a convertoarelor de impulsuri și a stabilizatorilor de tensiune.

Oscilatorul principal (Fig. 4.4) al convertoarelor de impulsuri cu o tensiune de ieșire nestabilizată (Fig. 4.5, 4.6) pe microcircuitul KR1006VI1 (NE 555) funcționează la o frecvență de 65 kHz. Impulsurile dreptunghiulare de ieșire ale generatorului sunt alimentate prin circuite RC la elementele cheie ale tranzistorului conectate în paralel.

Inductorul L1 este realizat pe un inel de ferită cu un diametru exterior de 10 mm și o permeabilitate magnetică de 2000. Inductanța sa este de 0,6 mH. Eficiența convertorului ajunge la 82%. Amplitudinea ondulației de ieșire nu depășește 42 mV și depinde de dimensiunea capacității

Orez. 4.4. Circuit oscilator principal pentru convertoare de tensiune de impuls

Orez. 4.5. Diagrama părții de putere a convertorului de tensiune impuls de creștere +5/12 V

Orez. 4.6. Circuitul convertizorului de tensiune a impulsurilor inversoare +5/-12 V

condensatoare la ieșirea dispozitivului. Curentul maxim de sarcină al dispozitivelor (Fig. 4.5, 4.6) este de 140 mA.

Redresorul convertor (Fig. 4.5, 4.6) folosește o conexiune paralelă a diodelor de înaltă frecvență cu curent scăzut conectate în serie cu rezistențe de egalizare R1 - R3. Acest întreg ansamblu poate fi înlocuit cu o diodă modernă, proiectată pentru un curent de peste 200 mA la o frecvență de până la 100 kHz și o tensiune inversă de cel puțin 30 V (de exemplu, KD204, KD226). Ca VT1 și VT2, este posibil să se utilizeze tranzistori de tip KT81x: structuri n-p-n - KT815, KT817 (Fig. 4.5) și p-n-p - KT814, KT816 (Fig. 4.6) și altele. Pentru a crește fiabilitatea convertorului, se recomandă conectarea unei diode de tip KD204, KD226 în paralel cu joncțiunea emițător-colector a tranzistorului, astfel încât să fie închisă la curent continuu.

Pentru a converti energia electrică, sau mai precis, tensiunea, puteți folosi diverse dispozitive, precum transformatoare, generatoare, încărcătoare. Toate sunt convertoare de energie electrică. Deoarece multe dispozitive moderne necesită nu numai tensiune alternativă, ci și continuă pentru a le alimenta, nu este întotdeauna posibilă utilizarea unei surse de energie, cum ar fi o baterie reîncărcabilă, în aceste scopuri. Ea este cea care produce tensiunea constantă ideală printr-o reacție chimică. Anterior, doar transformatoare de joasă frecvență, asociate cu un redresor și un filtru de netezire, erau folosite pentru a converti și a reduce tensiunea. Cu toate acestea, aveau dimensiuni foarte mari. Odată cu creșterea și dezvoltarea tehnologiilor inovatoare în viața de zi cu zi și în producție, au început să apară dispozitive electronice care necesită dispozitive de conversie în miniatură. Așa au apărut convertoarele de tensiune DC în impulsuri. Dimensiunea lor miniaturală este necesară mai mult pentru dispozitivele mobile portabile decât pentru cele staționare.

Toate convertoarele de impulsuri pot fi împărțite în următoarele grupuri:

1. Boost, buck, invers;
2. Cu și fără stabilizare;
3. Cu și fără izolație galvanică;
4. Reglementat și nereglementat;
5. Având diferite game de tensiune de intrare și de ieșire.

Cu toate acestea, convertoarele de impulsuri sunt asamblate folosind circuite mai complexe decât predecesorii lor, redresoare clasice descendente.

Principiul de funcționare

Convertoarele clasice cu reglarea tensiunii de ieșire, de regulă, controlează rezistența elementului care îndeplinește rolul de reglare (tranzistor sau tiristor), un curent electric curge constant prin el, ceea ce face ca acest element să se încălzească și o parte semnificativă a acestuia. puterea se pierde. Principalul avantaj al unui astfel de dispozitiv este un minim de piese de schimb, simplitatea și lipsa interferențelor. Toate celelalte caracteristici sunt mai mult legate de dezavantaje.

Convertorul de tensiune de impuls utilizează un element de reglare numai sub forma unei chei. Adică funcționează în două moduri:

• Inchis si nu permite trecerea curentului electric;
• Deschis și are rezistență minimă la debit.

Mai mult, fiecare dintre moduri are o generare scăzută de căldură, ceea ce face posibilă afișarea unui coeficient ridicat de eficiență (eficiență). Sarcina primește în mod continuu energie electrică datorită acumulării și stocării sale în rezervoare electrice, cum ar fi:

1. Inductanță (bobine);
2. Condensatoare.

Reglarea are loc prin modificarea timpului stării închis a elementului cheie. Reducerea dimensiunii și greutății dispozitivelor este posibilă doar prin creșterea frecvenței, de la 20 kHz la 1 MHz. Dispozitivele cu impulsuri pot genera fie o tensiune redusă, fie o modificare a polarității la ieșire. Datorită utilizării transformatoarelor care funcționează la frecvențe înalte, permite:

1. Izolați calitativ intrarea de ieșire;
2. Obțineți mai multe tensiuni de ieșire la ieșirea dispozitivului.

Ca orice dispozitiv, un convertor de impulsuri are și dezavantaje, care sunt:

1. Complexitatea circuitului și prezența unui număr mai mare de piese de schimb, ceea ce înseamnă că există potențial mai multe cauze de defecțiune;
2. Sunt surse de interferență.

Cu toate acestea, dezvoltarea constantă a tehnologiei în această direcție reduce aceste dezavantaje la valori minime.

Clasificare și tipuri de convertoare de impulsuri

Convertizoarele fabricate pot fi împărțite în trei grupe principale în funcție de tipul de curent:

1. Convertoare. Transformă tensiunea alternativă (AC) în tensiune continuă (DC). Sunt utilizate în principal în industrie și în viața de zi cu zi pentru alimentarea izolată a dispozitivelor de consum, unde se utilizează o tensiune alternativă de 380/220 Volți cu o frecvență de 50 Hz;
2. Invertoare. Ele transformă tensiunea continuă în tensiune alternativă. Sunt utilizate în dispozitivele de alimentare neîntreruptibilă, precum și în aparatele de sudură unde, datorită unei astfel de transformări, este posibilă reducerea dimensiunilor și, prin urmare, a greutății dispozitivelor.
3. Convertoare de tensiune DC. Convertiți DC în DC. Ele sunt folosite pentru a alimenta bateriile și a le reîncărca în sistemele în care puterea provine de la un convertor AC/DC, iar fiecare baterie directă primește tensiunea necesară în mod special pentru aceasta prin convertorul DC/DC.

Cele mai comune scheme

Există mai multe circuite standard clasice care sunt cel mai des utilizate în convertoarele de curent continuu în impulsuri. Acestea oferă rapoarte diferite între tensiunea de intrare și de ieșire. Aceste diagrame dezvăluie însăși esența convertoarelor și principiul lor de funcționare.

Este utilizat pentru alimentarea consumatorilor a căror sarcină este exprimată prin curenți mari și tensiune joasă. Acesta este un circuit de primă prioritate care poate înlocui un convertor clasic de joasă frecvență, la rândul său, va crește eficiența și va reduce dimensiunea și greutatea dispozitivului. Tranzistorul VT acționează ca un comutator electronic. Fiecare detaliu este calculat direct pentru un anumit consumator și sursă de tensiune. Principalul dezavantaj al acestui circuit este probabilitatea defecțiunii și apariția unei tensiuni de intrare complet mari la consumator. Acest lucru va cauza fără îndoială funcționarea defectuoasă a dispozitivului alimentat.

Poate fi folosit pentru a obține o tensiune la un consumator sau o sarcină mai mare decât sursele de energie. Este folosit pentru iluminarea din spate a ecranelor laptopurilor și pentru alte dispozitive electronice în care este necesar să profitați mai mult de o tensiune mică. Aici are loc procesul de apariție a EMF de auto-inducție, care apare după deschiderea tranzistorului. Toată energia acumulată în clapetea de accelerație merge la sarcină. În acest caz, tensiunea la bornele inductorului își schimbă polaritatea.

Circuit inversor

Poate fi folosit pentru a produce tensiune care are polaritate inversă. În acest caz, valoarea lui U out poate fi mai mică sau mai mare decât U in. Energia care se acumulează în inductor este direcționată către sarcină printr-un condensator de netezire.

După cum se poate observa din aceste circuite, toate nu au izolație galvanică, adică izolarea directă a tensiunii secundare de ieșire de la intrare.

Iată un astfel de circuit care conține un transformator. Energia care se acumulează în câmpul magnetic al înfășurării primare a transformatorului este transferată sarcinii prin înfășurarea secundară. Transformatorul în acest caz poate fi atât de tip step-up, cât și step-down. Este folosit foarte des în sursele de rețea unde este nevoie să se reducă tensiunea de intrare de la câteva sute de volți la unități sau zeci.

În momentul în care tranzistorul se oprește, inductanța transformatorului poate provoca un salt de înaltă tensiune sau o supratensiune pe colector, ceea ce este, fără îndoială, foarte rău și poate duce la defectarea elementului semiconductor. În acest scop, se instalează un lanț RC dintr-un condensator și un inductor, care poate fi conectat în paralel cu comutatorul sau înfășurarea primară. Un astfel de convertor de impulsuri flyback este utilizat pe scară largă în multe surse de rețea de curent electric cu o putere scăzută de ordinul a 100 W.

Un alt circuit cu un transformator și conexiune directă a unei diode este prezentat în diagrama de mai jos.

Folosit la surse de alimentare de aproximativ 250 W. Toate aceste convertoare discutate mai sus sunt numite cu ciclu unic, deoarece în timpul unei perioade de conversie va fi trimis un singur impuls la sarcină. Principalul lor avantaj este simplitatea circuitului, constând dintr-un singur tranzistor care funcționează în modul comutator, iar dezavantajul este magnetizarea miezului, care împiedică utilizarea deplină a acestui material magnetic cu eficiență maximă. Transferul de energie către consumator și pregătirea transformatorului pentru următorul ciclu de demagnetizare se realizează cu o anumită pauză, ceea ce le reduce puterea de ieșire.

Iată câteva circuite practice implementate în viață, a căror bază este un convertor de impulsuri. Primul dintre ele are un element de control realizat pe un microcircuit, la rândul său, ambele circuite sunt realizate pe tranzistoare cu efect de câmp. Ele sunt calculate pentru tensiune pentru sarcini de la 5 la 12 volți.

Criterii de selecție

Criteriile pe care trebuie să le îndeplinească un convertor și un stabilizator de impulsuri de înaltă calitate:

• Funcționare continuă în momente extreme când curentul în sarcină este maxim;
• Automatizare completă a reglarii tensiunii de ieșire. Numai atunci nu vă puteți teme de suprasarcini sau chiar de scurtcircuite;
• Fiabilitate ridicată a dispozitivului datorită eficienței ridicate și, în consecință, generării scăzute de căldură;
• Dimensiuni și greutate minime;
• Prezența izolației galvanice, care exclude chiar și teoretic însăși posibilitatea ca tensiunea de intrare periculoasă să ajungă la contactele de ieșire și, prin urmare, să ajungă la un consumator neprotejat.

O persoană care nu este familiarizată cu electronica ar trebui să-și amintească atunci când alege stabilizatorul de tensiune de uz casnic potrivit că acesta trebuie să corespundă în principal cu puterea dispozitivelor la care va fi conectat. La fel și căderile de tensiune și supratensiunile care pot apărea în rețea. Este mai bine să alegeți un stabilizator sau un convertor de tensiune cu impuls cu o mică rezervă de putere, deoarece numărul de consumatori utilizați în apartamente și case private este în continuă creștere.