Pārslēgšanas sprieguma regulatori

Impulsu sprieguma regulatoros (pārveidotos) aktīvais elements (parasti lauka efekta tranzistors) darbojas impulsa režīmā: vadības slēdzis pārmaiņus atveras un aizveras, barošanas spriegumu ar impulsiem piegādājot enerģiju akumulējošajam elementam. Rezultātā strāvas impulsi tiek padoti caur droseli (vai caur transformatoru, atkarībā no konkrēta komutācijas regulatora topoloģijas), kas bieži vien darbojas kā elements, kas akumulē, pārveido un atbrīvo enerģiju slodzes ķēdē.

Impulsiem ir noteikti laika parametri: tie seko ar noteiktu frekvenci un tiem ir noteikts ilgums. Šie parametri ir atkarīgi no slodzes lieluma, ko pašlaik nodrošina stabilizators, jo tā ir vidējā induktora strāva, kas uzlādē izejas kondensatoru un faktiski nodrošina ar to pievienoto slodzi.

Impulsu stabilizatora struktūrā var izdalīt trīs galvenās funkcionālās vienības: slēdzi, enerģijas uzkrāšanas ierīci un vadības ķēdi.Pirmie divi mezgli veido jaudas sekciju, kas kopā ar trešo veido pilnīgu sprieguma pārveidošanas ķēdi. Dažreiz slēdzi var izgatavot tajā pašā korpusā, kurā atrodas vadības ķēde.

Tātad impulsu pārveidotāja darbs tiek veikts aizvēršanas un atvēršanas dēļ elektroniskā atslēga… Kad slēdzis ir aizvērts, enerģijas uzkrāšanas ierīce (drosele) tiek pievienota strāvas avotam un uzglabā enerģiju, savukārt, kad tā ir atvērta, uzglabāšanas ierīce tiek atvienota no avota un nekavējoties pievienota slodzes ķēdei, pēc kuras enerģija tiek pārnests uz filtra kondensatoru un slodzi.

Rezultātā uz slodzi iedarbojas noteikta vidējā sprieguma vērtība, kas ir atkarīga no vadības impulsu atkārtošanās ilguma un biežuma. Strāva ir atkarīga no slodzes, kuras vērtība nedrīkst pārsniegt šim pārveidotājam pieļaujamo robežu.

PWM un PWM

Impulsu pārveidotāja izejas sprieguma stabilizācijas princips ir balstīts uz nepārtrauktu izejas sprieguma salīdzināšanu ar atsauces spriegumu, un atkarībā no šo spriegumu neatbilstības vadības ķēde automātiski atjauno atvērtā un izejas sprieguma ilguma attiecību. slēdža slēgtie stāvokļi (tas maina vadības impulsu platumu ar impulsa platuma modulācija — PWM) vai maina šo impulsu atkārtošanās ātrumu, saglabājot to ilgumu nemainīgu (ar impulsu frekvences modulāciju — PFM). Izejas spriegumu parasti mēra ar pretestības dalītāju.

Pieņemsim, ka izejas spriegums zem slodzes kādā brīdī samazinās, kļūst mazāks par nominālo.Šajā gadījumā PWM regulators automātiski palielinās impulsa platumu, tas ir, enerģijas uzkrāšanas procesi droseļvārstā kļūs ilgāki un attiecīgi vairāk enerģijas tiks nodota slodzei. Tā rezultātā izejas spriegums atgriezīsies nominālajā.

Ja stabilizācija darbojas saskaņā ar PFM principu, tad, samazinoties izejas spriegumam zem slodzes, impulsa atkārtošanās ātrums palielināsies. Tā rezultātā slodzei tiks pārnestas vairāk enerģijas daļu, un spriegums būs vienāds ar nepieciešamo nominālo vērtību. Šeit būtu pareizi teikt, ka slēdža slēgtā stāvokļa ilguma attiecība pret tā slēgtā un atvērtā stāvokļa ilguma summu ir tā sauktais darba cikls DC.

Kopumā impulsu pārveidotāji ir pieejami ar galvanisko izolāciju un bez tās.Šajā rakstā mēs apskatīsim pamata shēmas bez galvaniskās izolācijas: pastiprināšanas, buck un invertējošie pārveidotāji. Formulās Vin ir ieejas spriegums, Vout ir izejas spriegums un DC ir darba cikls.

Negalvaniski izolēts buks pārveidotājs-buks pārveidotājs vai pazeminošs pārveidotājs

Taustiņš T aizveras. Kad slēdzis ir aizvērts, diode D ir bloķēta, plūst strāva droseļvārsts L un pāri slodzei R sāk palielināties. Atslēga atveras. Atverot slēdzi, strāva caur droseļvārstu un caur slodzi, lai arī samazinās, turpina plūst, jo tā nevar momentāni pazust, tikai tagad ķēde tiek slēgta nevis caur slēdzi, bet caur diodi, kas ir atvērusies.

Slēdzis atkal aizveras.Ja laikā, kad slēdzis bija atvērts, strāvai caur droseli nebija laika nokrist līdz nullei, tad tagad tā atkal palielinās.Tātad caur droseli un caur slodzi tas darbojas visu laiku pulsējoša strāva (ja nebija kondensatora). Kondensators izlīdzina viļņus tā, ka slodzes strāva ir gandrīz nemainīga.

Izejas spriegums šāda veida pārveidotājā vienmēr ir mazāks par ieejas spriegumu, kas šeit praktiski tiek sadalīts starp droseļvārstu un slodzi. Tās teorētisko vērtību (ideālam pārveidotājam, neņemot vērā slēdžu un diožu zudumus) var atrast, izmantojot šādu formulu:

Pastiprināšanas pārveidotājs bez galvaniskās izolācijas - pastiprināšanas pārveidotājs

Slēdzis T ir aizvērts. Kad slēdzis ir aizvērts, diode D ir aizvērta, strāva caur induktors L sāk palielināties. Atslēga atveras. Strāva turpina plūst caur induktors, bet tagad caur atvērtu diodi un spriegums pāri induktors tiek pievienots avota spriegumam. Pastāvīgo spriegumu slodzei R uztur kondensators C.

Slēdzis aizveras, droseles strāva atkal palielinās. Šāda veida pārveidotāja izejas spriegums vienmēr ir lielāks par ieejas spriegumu, jo spriegums pāri induktors tiek pievienots avota spriegumam. Izejas sprieguma teorētisko vērtību (ideālam pārveidotājam) var atrast, izmantojot formulu:

Invertējošais pārveidotājs bez galvaniskās izolācijas-buck-boost-konvertora

Slēdzis T ir aizvērts. Droseles L uzglabā enerģiju, diode D ir aizvērta. Slēdzis ir atvērts — drosele iedarbina kondensatoru C un slodzi R. Izejas spriegumam šeit ir negatīva polaritāte.Tās vērtību var atrast (ideālā gadījumā) pēc formulas:

Atšķirībā no lineārajiem stabilizatoriem, komutācijas stabilizatoriem ir augstāka efektivitāte, jo aktīvie elementi tiek uzkarsēti mazāk, un tāpēc tiem ir nepieciešams mazāks radiatora laukums. Tipiski komutācijas stabilizatoru trūkumi ir impulsu trokšņa klātbūtne izejas un ievades ķēdēs, kā arī ilgāki pārejas periodi.