محولات النبض. خفض ، في المصطلحات الإنجليزية تنحى أو باك. مسابقة البحث الطلابي

هناك فئتان لأي محولات جهد تحويل:
مع المحولات
مع خنق التخزين
يمكن أن يكون المحول من أي من هاتين الفئتين متدرجًا ومرتفعًا ، في الأجهزة التي بها خانق تخزين يعتمد على دائرة التبديل ، في الأجهزة التي تحتوي على محول على نسبة التحويل.

محولات الجهد النبضي مع خنق التخزين

سيكون خرج هذه الدوائر دائمًا إما جهدًا ثابتًا أو نابضًا.
لا يمكنك الحصول على جهد التيار المتردد عند خرجها.

الإشارة التي يجب إرسالها إلى النقطة A1 فيما يتعلق بالسلك المشترك:

كيف تعمل محولات النبض مع خنق التخزين؟

ضع في اعتبارك مثال محول التعزيز.
يتم توصيل المحرِّض التراكمي L1 بحيث عند فتح الترانزستور T1 ، يبدأ التيار من مصدر + PIT في التدفق من خلالها ، بينما لا يزيد التيار فورًا في المحرِّض ، حيث يتم تخزين الطاقة في المجال المغناطيسي للمحث.
بعد إغلاق الترانزستور T1 ، يجب إطلاق الطاقة المخزنة في المحرِّض ، وهذا يتبع فيزياء الظواهر التي تحدث في المحرِّض ، على التوالي ، يكمن المسار الوحيد لهذه الطاقة من خلال مصدر + PIT والصمام الثنائي VD1 والحمل متصل بالمخرج.
في هذه الحالة ، يعتمد الحد الأقصى لجهد الخرج على شيء واحد فقط - مقاومة الحمل.
إذا كان لدينا خنق مثالي وإذا لم يكن هناك حمل ، فسيكون جهد الخرج كبيرًا بشكل لا نهائي ، ومع ذلك ، فإننا نتعامل مع خنق بعيدًا عن المثالية ، وبالتالي ، بدون تحميل ، سيكون الجهد ببساطة كبيرًا جدًا ، وربما يكون ذلك كبير أن انهيار الهواء أو عازل بين طرف الإخراج وسلك شائع ، ولكن بالأحرى انهيار الترانزستور.

إذا كان المحث يريد إطلاق كل الطاقة التي تراكمت لديه (مطروحًا منها الخسائر) ، فكيف يمكن تنظيم الجهد عند خرج هذه المحولات؟
إنه أمر بسيط للغاية - لتخزين نفس القدر من الطاقة في المحرِّض بالضبط حسب الضرورة لإنشاء الجهد المطلوب عند مقاومة حمل معروفة.
يتم ضبط الطاقة المخزنة من خلال مدة النبضات التي تفتح الترانزستور (الوقت الذي يكون فيه الترانزستور مفتوحًا).

في المحول التدريجي ، تحدث نفس العمليات بالضبط في الخانق ، ومع ذلك ، في هذه الحالة ، عندما يتم فتح الترانزستور ، لا يسمح الخانق بزيادة الجهد الناتج على الفور ، وبعد إغلاقه ، يتم إطلاق الطاقة المخزنة من ناحية من خلال الصمام الثنائي VD1 ومن ناحية أخرى من خلال الحمل المتصل بمخرج يدعم الجهد عند طرف الإخراج.
لا يمكن أن يكون الجهد عند خرج مثل هذا المحول أكبر من الجهد + PIT.

تبديل محولات الجهد بالمحولات

يحدث التحويل نفسه في المحول ، في حين أنه لا يهم على الأجهزة ، فهو بالنسبة للترددات المنخفضة ؛ أو على الفريت - للارتفاع من 1 كيلوهرتز إلى 500 كيلوهرتز وما فوق.
جوهر العمليات هو نفسه دائمًا: إذا كان هناك 10 لفات في الملف الأول للمحول ، و 20 في الثانية ، وقمنا بتطبيق جهد متناوب قدره 10 فولت على الأول ، ثم في الثانية سنحصل على جهد متناوب من نفس التردد ولكن 20 فولت ، وبالتالي ، بتيار أقل مرتين من التدفق في الملف الأول.

أي ، يتم تقليل المهمة إلى الحصول على جهد متناوب ، والذي يجب تطبيقه على الملف الأساسي ، من المصدر التيار المباشرمحول العرض.

يعمل مثل هذا:
عندما يكون الترانزستور T1 مفتوحًا ، يتدفق التيار خلال النصف العلوي من الملف - L1.1 ، ثم يغلق الترانزستور T1 ويفتح الترانزستور T2 ، ويبدأ التيار في التدفق خلال النصف السفلي من الملف - L1.2 ، نظرًا لأن النصف العلوي من الملف L1 يتم تشغيله بنهايته إلى + PIT a في البداية السفلية ، فإن المجال المغناطيسي في قلب المحول يتدفق في اتجاه واحد عند فتح T1 ، وعندما يتم فتح T2 في الاتجاه الآخر ، على التوالي ، يتم إنشاء جهد متناوب على الملف الثانوي L2.
L1.1 و L1.1 متطابقان قدر الإمكان مع بعضهما البعض.
مزايا:
كفاءة عالية عند العمل من جهد منخفضمزود الطاقة (فقط نصف التيار المطلوب يتدفق عبر كل نصف الملف والترانزستور).
عيوب:
يرتفع الجهد عند مصارف الترانزستورات يساوي ضعف جهد الإمداد (على سبيل المثال ، عندما يكون T1 مفتوحًا ويكون T2 مغلقًا ، يتدفق التيار إلى L1.1 ، بدوره ، في L1.2 ، ينشئ المجال المغناطيسي جهدًا يساوي الجهد عند L1.1 ، والذي ، مع تلخيصه بجهد مصدر الطاقة ، يؤثر على T2 المغلق).
أي أنه من الضروري اختيار الترانزستورات لجهد أقصى مسموح به أكبر.
طلب:
محولات تعمل بجهد منخفض (حوالي 12 فولت).

يعمل مثل هذا:
عندما يكون T1 مفتوحًا ، يتدفق التيار عبر مكثف شحن المحول الأولي (L1) C2 ، ثم يغلق ويفتح T2 ، لذلك يتدفق التيار الآن عبر L1 في الاتجاه المعاكس ، مما يؤدي إلى تفريغ C2 وشحن C1.
عيوب:
الجهد الموفر للملف الأولي للمحول أقل مرتين من الجهد + PIT.
فوائد:
طلب:
المحولات التي تعمل بشبكة الإضاءة المنزلية ومصادر طاقة الشبكة (على سبيل المثال: مزودات طاقة الكمبيوتر).

يعمل مثل هذا:
عندما يكون الترانزستورات T1 و T4 قيد التشغيل ، يتدفق التيار عبر المحول الأساسي في اتجاه واحد ، ثم يغلقان ويفتحان T2 و T3 يتدفقان عبر الابتدائي في الاتجاه المعاكس.
عيوب:
الحاجة إلى تركيب أربعة ترانزستورات قوية.
انخفاض الجهد المزدوج عبر الترانزستورات (انخفاض الجهد عبر الترانزستورات المجاورة T1 T4 / T2 T3).
فوائد:
جهد الإمداد الكامل على اللف الأساسي.
عدم وجود ازدواج للجهد المزدوج يميز حوض الدفع.
طلب:
محولات قوية مدعومة بشبكة إضاءة منزلية ، وإمدادات طاقة الشبكة (على سبيل المثال: محولات اللحام النبضي).

المشاكل الشائعة للمحولات على المحولات هي نفس مشاكل المحولات القائمة على اختناقات التخزين: التشبع الأساسي ؛ مقاومة السلك الذي تصنع منه اللفات ؛ تشغيل الترانزستورات في الوضع الخطي.

Flyback ومحولات النبض إلى الأمام

للخلف وللأمام محول النبضالفولتية هي "هجينة" لمحول قائم على خنق التخزين ومحول ، على الرغم من أنها في جوهرها محول قائم على خنق التخزين ولا ينبغي نسيان ذلك أبدًا.
يشبه مبدأ تشغيل مثل هذا المحول محول التعزيز على خنق التخزين ، مع الاختلاف الوحيد هو أن الحمل غير متصل مباشرة بالمختنق ، ولكن بجرح متعرج آخر على الخانق نفسه.
كما هو الحال في محول التعزيز ، إذا تم تشغيله بدون تحميل ، فسوف يميل جهد الخرج إلى الحد الأقصى.
عيوب:
يرتفع الجهد على الترانزستور الرئيسي مما يخلق الحاجة إلى استخدام ترانزستورات رئيسية لجهد أعلى بكثير من + PIT.
جهد الخرج العالي بدون تحميل.
مزايا:
عزل كلفاني لدائرة إمداد الطاقة ودائرة الحمل.
لا توجد خسائر مرتبطة بإعادة مغنطة اللب (يتدفق المجال المغناطيسي دائمًا في نفس الاتجاه في القلب).

ظواهر يجب وضعها في الاعتبار عند تصميم محولات الجهد (وتبديل الأجهزة بشكل عام)

تشبع اللب (قلب مغناطيسي)- اللحظة التي تكون فيها المادة الموصلة مغناطيسيًا لبنى المحرِّض أو المحول ممغنطة بالفعل لدرجة أنها لم تعد تؤثر على العمليات التي تحدث في المحرِّض أو المحول. عندما يكون القلب مشبعًا ، ينخفض ​​محاثة اللفات الموجودة عليه بسرعة ، ويبدأ التيار عبر اللفات الأولية في الزيادة ، بينما يقتصر الحد الأقصى للتيار فقط على مقاومة سلك اللف ، ويتم اختياره بحجم صغير مثل ممكن ، على التوالي ، يؤدي التشبع على الأقل إلى تسخين كل من لفات المحث وترانزستور الطاقة ، كحد أقصى لتدمير ترانزستور الطاقة.

مقاومة الأسلاك المتعرجة- يُدخل خسائر في العملية ، لأنه يمنع تخزين الطاقة وإطلاقها في مجال مغناطيسي ، ويسبب تسخين سلك لف المحرِّض.
الحل: استخدم سلكًا بأقل مقاومة (سلك أكثر سمكًا ، سلك مصنوع من مواد ذات مقاومة منخفضة).

تشغيل ترانزستورات الطاقة في الوضع الخطي- في حالة عدم إنتاج مولد الإشارة المستخدم للتحكم في الترانزستورات نبضات مستطيلة، والنبضات ذات الارتفاع البطيء والانخفاض في الجهد ، والذي يمكن أن يحدث إذا كانت سعة البوابة لترانزستورات الطاقة كبيرة ، والسائق (مكبر خاص) غير قادر على توصيل تيار مهم لشحن هذه السعة ، هناك لحظات عندما يكون الترانزستور في الوضع الخطي ، أي أن لديه مقاومة معينة بخلاف الصفر وكبيرة بشكل لا نهائي ، فيما يتعلق بالتيار الذي يتدفق خلاله وتتولد الحرارة عليه ، مما يقلل من كفاءة المحول.

مشاكل محددة لمحولات الجهد باستخدام المحولات

ومع ذلك ، فإن هذه المشاكل متأصلة في أي جهاز بمرحلة إخراج قوية للدفع والسحب.

من خلال التيار
ضع في اعتبارك مثال دائرة نصف الجسر - إذا تم فتح الترانزستور T2 لسبب ما قبل إغلاق T1 تمامًا ، فسيكون هناك تيار من خلال + PIT إلى سلك مشترك، والتي سوف تتدفق عبر كلا الترانزستورات مما يؤدي إلى توليد حرارة عديمة الفائدة عليهم.
الحل: إنشاء تأخير بين انخفاض الإمكانات عند إدخال G1 إلى الصفر (انظر الرسم التخطيطي لنصف الجسر) وزيادة الإمكانات عند إدخال G2.
يسمى وقت التأخير هذا بالوقت الميت ويمكن توضيحه بيانياً باستخدام مخطط تذبذب:

تأثير ميلر
مرة أخرى ، ضع في اعتبارك مثال نصف الجسر - عندما يفتح الترانزستور T1 ، يتم تطبيق جهد على الترانزستور T2 ، والذي يزداد بسرعة (مع سرعة الفتح T1) ، نظرًا لأن هذا الجهد كبير ، حتى السعة الداخلية الصغيرة بين البوابة والمصدر ، عند الشحن ، تخلق إمكانات كبيرة عند البوابة ، والتي تفتح T2 ، وإن كان ذلك لفترة قصيرة ، ولكنها تخلق من خلال التيار ، حتى مع الوقت المحدد.
الحل: التطبيق سائقين أقوياءلا تستطيع الترانزستورات توصيل التيارات الكبيرة فحسب ، بل تقبلها أيضًا.

ما لا ينبغي نسيانه

محول باك مع خنق التخزين ونصف الجسر والجسر - دوائر ليست بهذه البساطة كما تبدو للوهلة الأولى ، وذلك أساسًا لأن مصدر الترانزستور في محول باك ومصادر الترانزستورات العلوية في الجسر ونصف الجسر تحت مصدر التيار.
كما نعلم، التحكم في الجهدعلى بوابة الترانزستور يجب تطبيقه بالنسبة لمصدره ، من أجل ثنائي القطب إلى القاعدة بالنسبة إلى الباعث.
حلول:
استخدام إمدادات الطاقة المعزولة جلفانيًا لدوائر البوابة (القواعد):



يولد المولد G1 إشارات مضادة للطور ويولد الوقت المحدد ، وبرامج تشغيل U1 و U2 تأثير الترانزستور الميدان، يقوم optocoupler بفصل دائرة الإدخال للمحرك العلوي عن خرج المولد ، والذي يتم تشغيله بواسطة ملف آخر للمحول.

طلب محول النبضللعزل الجلفاني لدوائر البوابة (القاعدة):

يتم توفير العزلة الجلفانية عن طريق إدخال محول نبضي آخر: GDT.

هناك طريقة أخرى - "boostrap" ، ولكن من غير المحتمل أن تعجبك أيضًا ، لمزيد من التفاصيل ، راجع الوثائق الخاصة بشريحة IR2153 ، على وجه الخصوص ، طريقة الحصول على جهد الإمداد للتحكم في ترانزستور المفتاح العلوي في الدوائر.

عند تصميم محول ، من الضروري مراعاة ذلك جهاز الاندفاعمن خلال الموصلات التي تتدفق منها تيارات كبيرة ، والتي تتغير بشكل كبير ، وهذا هو الجهاز الذي فيه قوي المجالات المغناطيسية- كل هذا يخلق أرضًا خصبة لظهور سلسلة كاملة من التداخل في طيف واسع.
عند الأسلاك لوحات الدوائر المطبوعةيجب أن تسعى جاهدة لجعل جميع موصلات الطاقة في الدائرة قصيرة ومستقيمة قدر الإمكان ، قم بتحويل المكثفات الإلكتروليتية مع فيلم أو سيراميك سعة 0.1... 1 فائق التوهج في المنطقة المجاورة مباشرة لعناصر الطاقة ، لمنع تسرب التداخل عالي التردد في شبكة الإضاءة ، إذا كان الجهاز يعمل بالطاقة من التيار الكهربائي ، فقم بالتثبيت على طول سلسلة التوريد أنابيب الجهدمرشحات تمرير منخفض LC.

على الرغم من العديد من اللحظات الصعبة ، إلا أن محولات الجهد النبضي مستخدمة على نطاق واسع ، والمحولات التي تعمل بتردد عالٍ (عشرات إلى مئات الكيلوهرتز) لها عدد من المزايا ، على النحو التالي:
كفاءة عالية تصل إلى 97٪ ؛
وزن صغير
أبعاد صغيرة.

غالبًا ما يستخدم لتحويل الجهد من مستوى إلى مستوى الجهد من مستوى آخر محولات الجهد النبضياستخدام تخزين الطاقة الاستقرائي. تتميز هذه المحولات بكفاءة عالية تصل في بعض الأحيان إلى 95٪ ولديها القدرة على الحصول على جهد ناتج متزايد أو مخفض أو مقلوب.

وفقًا لهذا ، تُعرف ثلاثة أنواع من دارات المحول: التدريجي (الشكل 4.1) ، والتصعيد (الشكل 4.2) والعكس (الشكل 4.3).

هناك خمسة عناصر مشتركة بين جميع هذه الأنواع من المحولات: مصدر طاقة ، وعنصر تبديل رئيسي ، وجهاز تخزين طاقة حثي (محث ، ومخنق) ، وصمام ثنائي ، ومكثف مرشح متصل بالتوازي مع مقاومة الحمل.

يتيح لك تضمين هذه العناصر الخمسة في مجموعات مختلفة تنفيذ أي من الأنواع الثلاثة لمحولات النبض.

يتم التحكم في مستوى جهد الخرج للمحول عن طريق تغيير عرض النبضات التي تتحكم في تشغيل عنصر التبديل الرئيسي ، وبالتالي الطاقة المخزنة في جهاز التخزين الاستقرائي.

يتم تثبيت جهد الخرج باستخدام التغذية المرتدة: عندما يتغير جهد الخرج ، يتغير عرض النبض تلقائيًا.

يحتوي محول باك (الشكل 4.1) على سلسلة متصلة بالسلسلة لعنصر تبديل S1 ، ومخزن طاقة حثي L1 ، ومقاومة تحميل Rn ومكثف مرشح متصل بالتوازي C1. يتم توصيل الصمام الثنائي VD1 بين نقطة اتصال المفتاح S1 مع وحدة تخزين الطاقة L1 وسلك مشترك.

أرز. 4.1 مبدأ تشغيل محول الجهد التنحي

أرز. 4.2 مبدأ تشغيل محول الجهد التصاعدي

في المفتاح العمومييتم إغلاق الصمام الثنائي ، ويتم تخزين الطاقة من مصدر الطاقة في تخزين الطاقة الاستقرائي. بعد إغلاق (فتح) المفتاح S1 ، يتم نقل الطاقة المخزنة بواسطة التخزين الاستقرائي L1 من خلال الصمام الثنائي VD1 إلى مقاومة الحمل R n. يقوم مكثف C1 بتنعيم تموج الجهد.

يتم تصنيع محول الجهد النبضي التصاعدي (الشكل 4.2) على نفس العناصر الأساسية ، ولكن لديه مجموعة مختلفة منها: دائرة متسلسلة لجهاز تخزين الطاقة الاستقرائي L1 ، الصمام الثنائي VD1 ومقاومة الحمل مع مكثف مرشح متصل بالتوازي C1 متصل بمصدر الطاقة. يتم توصيل عنصر التبديل S1 بين نقطة اتصال جهاز تخزين الطاقة L1 مع الصمام الثنائي VD1 والناقل المشترك.

عندما يكون المفتاح مفتوحًا ، يتدفق التيار من مصدر الطاقة عبر المحرِّض ، حيث يتم تخزين الطاقة. يتم إغلاق الصمام الثنائي VD1 ، ويتم فصل دائرة التحميل عن مصدر الطاقة والمفتاح وتخزين الطاقة. يتم الحفاظ على الجهد على مقاومة الحمل بسبب الطاقة المخزنة في مكثف المرشح. عند فتح المفتاح ، يتم إضافة EMF للحث الذاتي إلى جهد الإمداد ، ويتم نقل الطاقة المخزنة إلى الحمل من خلال الصمام الثنائي المفتوح VD1. يتجاوز جهد الخرج الناتج بهذه الطريقة جهد الإمداد.

أرز. 4.3 نبض تحويل الجهد مع الانعكاس

يحتوي العاكس من النوع النبضي على نفس المجموعة العناصر الأساسية، ولكن مرة أخرى في اتصال مختلف (الشكل 4.3): يتم توصيل دائرة متسلسلة لعنصر التبديل S1 ، الصمام الثنائي VD1 ومقاومة الحمل R n مع مكثف مرشح C1 بمصدر الطاقة. يتم توصيل مخزن الطاقة الاستقرائي L1 بين نقطة اتصال عنصر التبديل S1 مع الصمام الثنائي VD1 والناقل المشترك.

يعمل المحول على النحو التالي: عندما يكون المفتاح مغلقًا ، يتم تخزين الطاقة في جهاز تخزين حثي. يتم إغلاق الصمام الثنائي VD1 ولا يمرر التيار من مصدر الطاقة إلى الحمل. عند إيقاف تشغيل المفتاح ، يتم تطبيق EMF للحث الذاتي لجهاز تخزين الطاقة على المعدل الذي يحتوي على الصمام الثنائي VD1 ومقاومة الحمل R n ومكثف المرشح C1. نظرًا لأن الصمام الثنائي المعدل يمرر نبضات الجهد السالب فقط في الحمل ، يتم تكوين جهد إشارة سالب عند خرج الجهاز (معكوس ، في الجهة المقابلة لجهد الإمداد).

لتحقيق الاستقرار في جهد الخرج لمنظمات التبديل من أي نوع ، يمكن استخدام المنظمين "الخطي" التقليديين ، لكنهم يتمتعون بكفاءة منخفضة. في هذا الصدد ، من المنطقي أكثر استخدام مثبتات الجهد النبضي لتثبيت جهد الخرج لمحولات النبض ، خاصة وأن هذا التثبيت ليس صعبًا على الإطلاق.

تبديل مثبتات الجهد ، بدورها ، تنقسم إلى مثبتات عرض النبضة المعدلةو على مثبتات مع تعديل نبض التردد. في أولها ، تتغير مدة نبضات التحكم بتكرار ثابت لتكرارها. ثانيًا ، على العكس من ذلك ، يتغير تواتر نبضات التحكم مع مدتها دون تغيير. هناك مثبتات اندفاعية مع تنظيم مختلط.

أدناه ، سيتم النظر في أمثلة راديو الهواة للتطور التطوري لمحولات النبض ومثبتات الجهد.

يعمل المذبذب الرئيسي (الشكل 4.4) لمحولات النبض بجهد خرج غير مستقر (الشكل 4.5 ، 4.6) على شريحة KR1006VI1 (NE 555) بتردد 65 كيلو هرتز. يتم تغذية النبضات المستطيلة الناتجة للمولد من خلال دوائر RC إلى عناصر الترانزستور الرئيسية المتصلة بالتوازي.

الحث L1 مصنوع حلقة الفريتبقطر خارجي 10 ملم ونفاذية مغناطيسية 2000. محاثة 0.6 مللي أمبير. كفاءة المحول تصل إلى 82٪. لا تتجاوز سعة تموج الخرج 42 مللي فولت وتعتمد على قيمة السعة

أرز. 4.4 قيادة دارة مذبذب لمحولات الجهد النبضي

أرز. 4.5 مخطط جزء الطاقة لمحول الجهد النبضي التصاعدي +5/12 فولت

أرز. 4.6 مخطط محول الجهد النبضي العكسي +5 / -12 فولت

المكثفات في إخراج الجهاز. الحد الأقصى لتيار الحمل للأجهزة (الشكل 4.5 ، 4.6) هو 140 مللي أمبير.

تم استخدام مقوم المحول (الشكل 4.5 ، 4.6) اتصال موازيةالثنائيات عالية التردد منخفضة التيار متصلة في سلسلة بمقاومات معادلة R1 - R3. يمكن استبدال هذا التجميع بأكمله بصمام ثنائي حديث ، مصمم لتيار يزيد عن 200 مللي أمبير بتردد يصل إلى 100 كيلوهرتز وبجهد عكسي لا يقل عن 30 فولت (على سبيل المثال ، 204 دينار كويتي ، 226 دينار كويتي). مثل VT1 و VT2 ، يمكن استخدام ترانزستورات من النوع KT81x: هياكل n-p-n- KT815 ، KT817 (الشكل 4.5) و p-n-p - KT814 ، KT816 (الشكل 4.6) وغيرها. لتحسين موثوقية المحول ، يوصى بتوصيل الصمام الثنائي من نوع KD204 ، KD226 بالتوازي مع تقاطع الباعث والمجمع في الترانزستور بحيث يتم إغلاقه للتيار المباشر.

تستخدم محولات DC / DC على نطاق واسع لتشغيل المعدات الإلكترونية المختلفة. يتم استخدامها في أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الاتصال ، مخططات مختلفةالتحكم والأتمتة ، إلخ.

إمدادات الطاقة المحولات

في التقليدية كتل المحولاتيتم تحويل جهد الإمداد لشبكة الإمداد بمساعدة محول ، وغالبًا ما يتم تخفيضه ، إلى القيمة المطلوبة. يتم تصحيح الجهد المنخفض بواسطة جسر الصمام الثنائي ويتم تنعيمه بواسطة مرشح مكثف. إذا لزم الأمر ، يتم وضع مثبت أشباه الموصلات بعد المعدل.

عادة ما تكون إمدادات طاقة المحولات مجهزة بمثبتات خطية. تتمتع هذه المثبتات بميزتين على الأقل: إنها تكلفة منخفضة وعدد صغير من الأجزاء في الحزام. لكن هذه المزايا تتناقص بسبب الكفاءة المنخفضة ، حيث يتم استخدام جزء كبير من جهد الدخل لتسخين ترانزستور التحكم ، وهو أمر غير مقبول تمامًا لتشغيل الأجهزة الإلكترونية المحمولة.

محولات DC / DC

إذا تم تشغيل الجهاز بواسطة خلايا أو بطاريات كلفانية ، فإن تحويل الجهد إلى المستوى المطلوب ممكن فقط بمساعدة محولات DC / DC.

فكرة بسيطة للغاية: ضغط مستمريتم تحويلها إلى متغير ، كقاعدة عامة ، بتردد عدة عشرات وحتى مئات الكيلوهرتز ، يزداد (ينقص) ، ثم يتم تصحيحه وإدخاله في الحمل. غالبًا ما يشار إلى هذه المحولات باسم محولات النبض.

مثال على ذلك هو محول التعزيز من 1.5 فولت إلى 5 فولت ، فقط جهد الخرج لجهاز الكمبيوتر USB. يباع محول طاقة منخفض مماثل على Aliexpress - http://ali.pub/m5isn.

أرز. 1. محول 1.5 فولت / 5 فولت

محولات النبض جيدة لأنها تتمتع بكفاءة عالية تصل إلى 60..90٪. ميزة أخرى لمحولات النبض هي مجموعة واسعة من الفولتية المدخلة: يمكن أن يكون جهد الدخل أقل من جهد الخرج أو أعلى من ذلك بكثير. بشكل عام ، يمكن تقسيم محولات DC / DC إلى عدة مجموعات.

تصنيف المحول

خفض ، في المصطلحات الإنجليزية تنحى أو باك

جهد الخرج لهذه المحولات ، كقاعدة عامة ، أقل من جهد الدخل: بدون أي خسائر خاصة لتسخين ترانزستور التحكم ، يمكنك الحصول على فولطية قليلة فقط بجهد دخل 12 ... 50 فولت. يعتمد تيار الخرج لمثل هذه المحولات على احتياجات الحمل ، والتي بدورها تحدد تصميم الدائرة للمحول.

اسم إنجليزي آخر لمحول باك المروحية. إحدى ترجمات هذه الكلمة هي كسر. في الأدبيات الفنية ، يُشار أحيانًا إلى محول باك باسم "المروحية". في الوقت الحالي ، فقط تذكر هذا المصطلح.

زيادة ، في المصطلحات الإنجليزية تصعيد أو تعزيز

جهد الخرج لهذه المحولات أعلى من جهد الدخل. على سبيل المثال ، مع جهد دخل 5 فولت ، يمكن الحصول على جهد يصل إلى 30 فولت عند الخرج ، ويمكن تنظيمه وتثبيته بسلاسة. في كثير من الأحيان ، تسمى المحولات المحولات المعززات.

محولات عالمية - SEPIC

يتم الاحتفاظ بجهد الخرج لهذه المحولات عند مستوى معين عندما يكون جهد الدخل أعلى أو أقل من جهد الدخل. يوصى به في الحالات التي يمكن أن يختلف فيها جهد الدخل بشكل كبير. على سبيل المثال ، في السيارة ، يمكن أن يختلف جهد البطارية بين 9 ... 14 فولت ، ويلزم وجود جهد ثابت يبلغ 12 فولت.

محولات مقلوبة - محول عكسي

تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذه المحولات في الحصول على الجهد عند الخرج عكس القطبيةفيما يتعلق بمصدر الطاقة. مناسب جدًا في الحالات التي تتطلب طاقة ثنائية القطب ، على سبيل المثال.

يمكن تثبيت جميع المحولات المذكورة أو عدم استقرارها ، ويمكن توصيل جهد الخرج جلفانيًا بجهد الدخل أو عزل الجهد الكلفاني. كل هذا يتوقف على الجهاز المحدد الذي سيتم استخدام المحول فيه.

للانتقال إلى قصة أخرى حول محولات DC / DC ، يجب على الأقل فهم النظرية بعبارات عامة.

المروحية باك المحول - نوع باك المحول

يظهر الرسم التخطيطي الوظيفي في الشكل أدناه. تظهر الأسهم على الأسلاك اتجاه التيارات.

الصورة 2. مخطط وظيفي لمثبت المروحية

يتم تطبيق جهد الدخل Uin على مرشح الإدخال - مكثف Cin. يستخدم الترانزستور VT كعنصر أساسي ، فهو يقوم بتبديل تيار عالي التردد. قد يكون هذا MOSFET أو IGBT أو ترانزستور ثنائي القطب تقليدي. بالإضافة إلى هذه التفاصيل ، تحتوي الدائرة على صمام ثنائي تفريغ VD ومرشح إخراج - LCout ، يتم من خلاله توفير الجهد للحمل Rn.

من السهل ملاحظة أن الحمل متصل في سلسلة بالعنصرين VT و L. لذلك ، تكون الدائرة متسلسلة. كيف يحدث انخفاض الجهد؟

تعديل عرض النبض - PWM

تولد دائرة التحكم نبضات مستطيلة ذات تردد ثابت أو فترة ثابتة ، والتي هي في الأساس نفس الشيء. تظهر هذه النبضات في الشكل 3.

تين. 3. نبضات التحكم

هنا t هو وقت النبض ، الترانزستور مفتوح ، tp هو وقت الإيقاف المؤقت ، الترانزستور مغلق. تسمى النسبة ti / T بدورة عمل دورة العمل ، ويُشار إليها بالحرف D ويتم التعبير عنها في ٪٪ أو ببساطة بالأرقام. على سبيل المثال ، عندما تساوي D 50٪ ، يتضح أن D = 0.5.

وبالتالي ، يمكن أن تختلف D من 0 إلى 1. بقيمة D = 1 ، يكون ترانزستور المفتاح في حالة توصيل كامل ، ومع D = 0 في حالة قطع ، يتم إغلاقه ببساطة. من السهل تخمين أنه عند D = 50٪ سيكون جهد الخرج مساويًا لنصف جهد الدخل.

من الواضح تمامًا أن تنظيم جهد الخرج يحدث عن طريق تغيير عرض نبضة التحكم t ، وفي الواقع ، عن طريق تغيير المعامل D. يسمى مبدأ التنظيم هذا (PWM). عمليا في الكل كتل الدافعبمساعدة PWM ، استقر جهد الخرج.

في الدوائر الموضحة في الشكلين 2 و 6 ، يكون PWM "مخفيًا" في المستطيلات المسماة "دائرة التحكم" ، والتي تؤدي بعض وظائف اضافيه. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون بداية ناعمةجهد الخرج ، التنشيط عن بعد أو حماية المحول من ماس كهربائى.

بشكل عام ، تُستخدم المحولات على نطاق واسع لدرجة أن مصنعي المكونات الإلكترونية قد أطلقوا إنتاج وحدات تحكم PWM لجميع المناسبات. النطاق رائع لدرجة أن الأمر سيستغرق كتابًا كاملاً فقط لإدراجها في القائمة. لذلك ، لا يخطر ببال أي شخص أن يجمع المحولات على عناصر منفصلة ، أو كما يقولون في كثير من الأحيان بعبارات "فضفاضة".

علاوة على ذلك ، يمكن شراء محولات الطاقة الصغيرة الجاهزة من Aliexpress أو Ebay بسعر زهيد. في الوقت نفسه ، للتثبيت في تصميم الهواة ، يكفي لحام الأسلاك إلى المدخلات والمخرجات على اللوحة ، وضبط جهد الخرج المطلوب.

لكن بالعودة إلى الشكل 3. في هذه الحالة ، يحدد المعامل D المدة التي سيتم فتحها (المرحلة 1) أو إغلاقها (المرحلة 2). بالنسبة لهاتين المرحلتين ، يمكن تمثيل الدائرة برقمين. الأرقام لا تظهر العناصر التي لم يتم استخدامها في هذه المرحلة.

الشكل 4. المرحلة 1

عندما يكون الترانزستور مفتوحًا ، يمر التيار من مصدر الطاقة (الخلية الجلفانية ، البطارية ، المعدل) الاختناق الاستقرائي L ، الحمولة Rn ، ومكثف الشحن Cout. في هذه الحالة ، يتدفق التيار عبر الحمل ، ويتراكم المكثف Cout والمحث L الطاقة. يزداد iL الحالي تدريجيًا بسبب تأثير محاثة المحرِّض. هذه المرحلة تسمى الضخ.

بعد أن يصل الجهد على الحمل إلى قيمة محددة مسبقًا (يتم تحديدها من خلال إعداد جهاز التحكم) ، يتم إغلاق الترانزستور VT ويتحول الجهاز إلى المرحلة الثانية - مرحلة التفريغ. لا يظهر الترانزستور المغلق على الإطلاق في الشكل ، وكأنه غير موجود. لكن هذا يعني فقط أن الترانزستور مغلق.

الشكل 5. المرحلة الثانية

عندما يتم إغلاق الترانزستور VT ، لا يوجد تجديد للطاقة في المحرِّض ، حيث يتم فصل مصدر الطاقة. يميل الحث L إلى منع حدوث تغيير في حجم واتجاه التيار (الحث الذاتي) المتدفق عبر لف المحرِّض.

لذلك ، لا يمكن أن يتوقف التيار على الفور ويغلق من خلال دائرة "حمل الصمام الثنائي". وبسبب هذا ، كان يسمى الصمام الثنائي VD الصمام الثنائي التفريغ. كقاعدة عامة ، هذا هو الصمام الثنائي شوتكي عالي السرعة. بعد فترة التحكم ، المرحلة 2 ، تتحول الدائرة إلى المرحلة 1 ، تتكرر العملية مرة أخرى. أقصى جهدعند إخراج الدائرة المدروسة يمكن أن تكون مساوية للإدخال وليس أكثر. تستخدم محولات التعزيز للحصول على جهد خرج أكبر من جهد الدخل.

في الوقت الحالي ، من الضروري فقط تذكر القيمة الفعلية للمحاثة ، والتي تحدد وضعي التشغيل للمروحية. مع الحث غير الكافي ، سيعمل المحول في وضع التيارات المتقطعة ، وهو أمر غير مقبول تمامًا لمصادر الطاقة.

إذا كان الحث كبيرًا بدرجة كافية ، فإن العملية تتم في وضع التيارات المستمرة ، مما يسمح باستخدام مرشحات الإخراج للحصول على جهد ثابت بمستوى مقبول من التموج. تعمل محولات التعزيز أيضًا في الوضع الحالي المستمر ، والذي سيتم مناقشته أدناه.

لزيادة الكفاءة ، يتم استبدال الصمام الثنائي VD بترانزستور MOSFET ، والذي يتم فتحه في الوقت المناسب بواسطة دائرة التحكم. تسمى هذه المحولات متزامنة. يكون استخدامها مبررًا إذا كانت قوة المحول كبيرة بدرجة كافية.

زيادة أو تعزيز المحولات

تُستخدم محولات الصعود بشكل أساسي لإمدادات الطاقة ذات الجهد المنخفض ، على سبيل المثال ، من بطاريتين أو ثلاث بطاريات ، وتتطلب بعض مكونات التصميم جهدًا يبلغ 12 ... 15 فولت مع استهلاك تيار منخفض. في كثير من الأحيان ، يُطلق على محول التعزيز لفترة وجيزة وبوضوح كلمة "مُعزز".

الشكل 6. رسم تخطيطي وظيفي لمحول دفعة

يتم تغذية جهد الإدخال Uin إلى مرشح الإدخال Cin وتغذيته إلى السلسلة L المتصلة بالترانزستور والتبديل VT. يتم توصيل الصمام الثنائي VD بنقطة اتصال الملف وتصريف الترانزستور. يتم توصيل Rl ومكثف التحويل Cout بالمحطة الأخرى للديود.

يتم التحكم في الترانزستور VT بواسطة دائرة تحكم تولد إشارة ثابتة للتحكم في التردد مع دورة عمل قابلة للضبط D ، تمامًا كما هو موصوف أعلى قليلاً عند وصف دائرة المروحية (الشكل 3). يقوم الصمام الثنائي VD في الوقت المناسب بحظر الحمل من الترانزستور الرئيسي.

عندما يكون مفتاح الترانزستور مفتوحًا ، يتم توصيل خرج الملف L ، وفقًا للمخطط مباشرةً ، بالقطب السالب لمصدر الطاقة Uin. التيار المتزايد (يؤثر على تأثير الحث) من مصدر الطاقة يتدفق عبر الملف والترانزستور المفتوح ، وتتراكم الطاقة في الملف.

في هذا الوقت ، يمنع الصمام الثنائي VD الحمل ومكثف الخرج من دائرة التبديل ، وبالتالي يمنع مكثف الخرج من التفريغ عبر الترانزستور المفتوح. يتم تشغيل الحمل في هذه اللحظة بالطاقة المخزنة في المكثف Cout. وبطبيعة الحال ، ينخفض ​​الجهد عبر مكثف الخرج.

بمجرد أن يصبح جهد الخرج أقل قليلاً من الجهد المحدد (تحدده إعدادات دائرة التحكم) ، يغلق الترانزستور الرئيسي VT ، وتعيد الطاقة المخزنة في المحرِّض شحن المكثف Cout من خلال الصمام الثنائي VD ، الذي يغذي الحمل . في هذه الحالة ، يتم إضافة EMF للحث الذاتي للملف L إلى جهد الدخل ونقله إلى الحمل ، وبالتالي يكون جهد الخرج أكبر من جهد الدخل.

عندما يصل جهد الخرج إلى مستوى التثبيت المحدد ، تفتح دائرة التحكم الترانزستور VT ، وتتكرر العملية من مرحلة تراكم الطاقة.

المحولات العامة - SEPIC (محول الحث الأساسي أحادي الطرف أو محول مع محث أولي غير متماثل محمل).

تُستخدم هذه المحولات بشكل أساسي عندما يكون للحمل طاقة قليلة ، ويتغير جهد الدخل بالنسبة إلى جهد الخرج لأعلى أو لأسفل.

الشكل 7. مخطط وظيفي لمحول SEPIC

إنها تشبه إلى حد بعيد دائرة محول التعزيز الموضحة في الشكل 6 ، ولكنها تحتوي على عناصر إضافية: مكثف C1 وملف L2. هذه العناصر هي التي تضمن تشغيل المحول في وضع تقليل الجهد.

تُستخدم محولات SEPIC في الحالات التي يختلف فيها جهد الدخل على نطاق واسع. مثال على ذلك هو 4V-35V إلى 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up / Down Converter Regulator. تحت هذا الاسم يباع المحول في المتاجر الصينية ، وتظهر دائرته في الشكل 8 (انقر على الصورة لتكبيرها).

الشكل 8. مخطط الرسم البيانيمحول SEPIC

يوضح الشكل 9 مظهر اللوحة مع تحديد العناصر الرئيسية.

الشكل 9. ظهور محول SEPIC

يوضح الشكل الأجزاء الرئيسية وفقًا للشكل 7. لاحظ وجود ملفين L1 L2. من خلال هذه العلامة ، يمكنك تحديد أن هذا محول SEPIC.

يمكن أن يكون جهد الدخل للوحة في حدود 4 ... 35 فولت. في هذه الحالة ، يمكن ضبط جهد الخرج في حدود 1.23 ... 32 فولت. تردد تشغيل المحول هو 500 كيلو هرتز ، مع أبعاد صغيرة 50 × 25 × 12 مم ، توفر اللوحة طاقة تصل إلى 25 واط. أقصى تيار إخراج يصل إلى 3A.

ولكن هنا يجب إبداء ملاحظة. إذا تم ضبط جهد الخرج على 10V ، فلا يمكن أن يكون تيار الخرج أعلى من 2.5A (25W). بجهد خرج 5 فولت و الحد الأقصى الحالي 3A ستكون الطاقة 15 واط فقط. الشيء الرئيسي هنا هو عدم المبالغة في ذلك: إما عدم تجاوز الحد الأقصى المسموح به من الطاقة ، أو عدم تجاوز التيار المسموح به.

سننظر اليوم في عدة دوائر بسيطة ، يمكن للمرء أن يقول حتى - محولات جهد DC-DC نبضية بسيطة (محولات جهد ثابت بقيمة واحدة إلى جهد ثابت بقيمة أخرى)

ما هي محولات النبض الجيدة. أولاً ، لديهم كفاءة عالية ، وثانيًا ، يمكنهم العمل بجهد دخل أقل من الناتج. تنقسم محولات النبض إلى مجموعات:

• - خفض ورفع وعكس ؛
• - مستقر وغير مستقر ؛
• - معزولة جلفانياً وغير معزولة ؛
• - مع نطاق ضيق وواسع من الفولتية المدخلة.

لتصنيع محولات النبض محلية الصنع ، من الأفضل استخدام دوائر متكاملة متخصصة - فهي أسهل في التجميع وليست متقلبة عند الإعداد. إذن ، إليك 14 مخططًا لكل ذوق:

يعمل هذا المحول بتردد 50 كيلو هرتز ، ويتم توفير عزل كلفاني بواسطة محول T1 ، والذي يتم لفه على حلقة K10x6x4.5 مصنوعة من الفريت 2000 نيوتن متر ويحتوي على: ملف أولي - 2 × 10 لفات ، ملف ثانوي - 2 × 70 لفة من PEV-0.2 الأسلاك. يمكن استبدال الترانزستورات بـ KT501B. لا يتم استهلاك التيار من البطارية ، في حالة عدم وجود حمل.

يتم لف المحول T1 على حلقة من الفريت بقطر 7 مم ، ويحتوي على ملفين من 25 لفة من الأسلاك PEV = 0.3.

محول دفع وسحب غير مستقر يعتمد على هزاز متعدد (VT1 و VT2) ومضخم طاقة (VT3 و VT4). يتم تحديد جهد الخرج بعدد لفات الملف الثانوي لمحول النبض T1.

محول نوع مستقر يعتمد على شريحة MAX631 من MAXIM. تردد التوليد هو 40 ... 50 كيلو هرتز ، عنصر التخزين هو خنق L1.

يمكنك استخدام إحدى الشريحتين بشكل منفصل ، على سبيل المثال الثانية ، لمضاعفة الجهد من بطاريتين.

دائرة نموذجية لتشغيل مثبت دفعة التبديل على شريحة MAX1674 من MAXIM. يتم الحفاظ على العملية عند المدخلات الجهد 1.1فولت. الكفاءة - 94٪ ، تيار الحمل - حتى 200 مللي أمبير.

يسمح لك باستقبال جهدين مختلفين مستقرين بكفاءة 50 ... 60٪ وتيار حمل يصل إلى 150 مللي أمبير في كل قناة. المكثفات C2 و C3 هي أجهزة لتخزين الطاقة.

8. تبديل مثبت التصعيد على شريحة MAX1724EZK33 من MAXIM

دائرة نموذجية لتشغيل دارة دقيقة متخصصة من MAXIM. لا يزال يعمل بجهد إدخال يبلغ 0.91 فولت ، ويحتوي على حزمة SMD صغيرة الحجم ويوفر تيار حمل يصل إلى 150 مللي أمبير بكفاءة 90٪.