Feszültségszabályozók kapcsolása

Az impulzusfeszültség-szabályozókban (átalakítókban) az aktív elem (általában térhatású tranzisztor) impulzus üzemmódban működik: a vezérlőkapcsoló felváltva nyit és zár, a tápfeszültséget impulzusokkal látja el az energiagyűjtő elemnek. Ennek eredményeként az áramimpulzusok egy fojtótekercsen (vagy egy transzformátoron keresztül, az adott kapcsolási szabályozó topológiájától függően) táplálkoznak, amely gyakran olyan elemként működik, amely a terhelési áramkörben energiát halmoz fel, átalakít és felszabadít.

Az impulzusok bizonyos időparaméterekkel rendelkeznek: bizonyos frekvenciával követik és meghatározott időtartamúak. Ezek a paraméterek a stabilizátor által adott terhelés nagyságától függenek, mivel ez az átlagos induktoráram, amely a kimeneti kondenzátort tölti, és ténylegesen táplálja a hozzá csatlakoztatott terhelést.

Az impulzusstabilizátor felépítésében három fő funkcionális egység különíthető el: egy kapcsoló, egy energiatároló és egy vezérlő áramkör.Az első két csomópont egy teljesítményszakaszt alkot, amely a harmadikkal együtt egy teljes feszültségátalakító áramkört alkot. Néha a kapcsoló a vezérlőáramkörrel azonos házban is elhelyezhető.

Tehát az impulzus átalakító munkája a zárás és nyitás miatt történik elektronikus kulcs… A kapcsoló zárt állapotában az energiatároló (fojtó) az áramforráshoz csatlakozik és energiát tárol, nyitott állapotban pedig a tárolót leválasztják a forrásról és azonnal rákapcsolják a terhelési áramkörre, ami után az energia átkerül a szűrőkondenzátorra és a terhelésre.

Ennek eredményeként a feszültség egy bizonyos átlagos értéke hat a terhelésre, amely a vezérlő impulzusok ismétlődésének időtartamától és gyakoriságától függ. Az áramerősség a terheléstől függ, amelynek értéke nem haladhatja meg a konverterre megengedett határértéket.

PWM és PWM

Az impulzusátalakító kimeneti feszültségének stabilizálásának elve a kimenő feszültség és a referenciafeszültség folyamatos összehasonlításán alapul, és ezeknek a feszültségeknek az eltérésétől függően a vezérlő áramkör automatikusan visszaállítja a nyitott és a feszültség időtartamának arányát. a kapcsoló zárt állapotai (a vezérlő impulzusok szélességét változtatja impulzusszélesség moduláció – PWM), vagy megváltoztatja ezeknek az impulzusoknak az ismétlési gyakoriságát, állandóan tartva az időtartamukat (impulzusfrekvencia-modulációval – PFM). A kimeneti feszültség mérése általában rezisztív osztóval történik.

Tegyük fel, hogy a terhelés alatti kimeneti feszültség egy ponton csökken, kisebb lesz a névlegesnél.Ebben az esetben a PWM vezérlő automatikusan megnöveli az impulzus szélességét, vagyis a fojtóban az energiatárolási folyamatok hosszabbak lesznek, és ennek megfelelően több energia kerül a terhelésre. Ennek eredményeként a kimeneti feszültség visszaáll a névleges értékre.

Ha a stabilizálás a PFM elve szerint működik, akkor a terhelés alatti kimeneti feszültség csökkenésével az impulzusismétlési sebesség nő. Ennek eredményeként több energiarész kerül át a terhelésre, és a feszültség megegyezik a szükséges névleges értékkel. Itt helyénvaló lenne azt mondani, hogy a kapcsoló zárt állapotának időtartamának a zárt és nyitott állapotai időtartamának összegéhez viszonyított aránya az ún. duty cycle DC.

Általánosságban elmondható, hogy az impulzus-átalakítók galvanikus leválasztással és anélkül is kaphatók Ebben a cikkben a galvanikus leválasztás nélküli alapvető áramköröket tekintjük át: boost, buck és invertáló konvertereket. A képletekben Vin a bemeneti feszültség, Vout a kimeneti feszültség, és DC a munkaciklus.

Nem galvanikusan leválasztott bakkonverter-buck konverter vagy leléptető átalakító

A T gomb bezárul. Amikor a kapcsoló zárva van, a D dióda reteszelődik, áram folyik gázkar L és a terhelésen keresztül R növekedni kezd. A kulcs kinyílik. A kapcsoló nyitásakor a fojtószelepen és a terhelésen átfolyó áram bár csökken, de tovább folyik, mert nem tud azonnal eltűnni, csak most nem a kapcsolón, hanem a kinyílt diódán keresztül záródik az áramkör.

A kapcsoló ismét zár.Ha a kapcsoló nyitva tartása alatt a fojtószelepen áthaladó áramnak nem volt ideje nullára süllyedni, akkor most újra nő, tehát a fojtószelepen és a terhelésen keresztül folyamatosan hat pulzáló áram (ha nem volt kondenzátor). A kondenzátor kisimítja a hullámzást, így a terhelési áram szinte állandó.

Az ilyen típusú konverterben a kimeneti feszültség mindig kisebb, mint a bemeneti feszültség, amely itt gyakorlatilag megoszlik a fojtó és a terhelés között. Elméleti értéke (ideális konverter esetén – figyelmen kívül hagyva a kapcsoló- és diódaveszteségeket) a következő képlettel határozható meg:

Boost konverter galvanikus leválasztás nélkül - Boost konverter

A T kapcsoló zárva van. Amikor a kapcsoló zárva van, a D dióda zárva van, az L induktivitáson keresztüli áram növekedni kezd. A kulcs kinyílik. Az áram továbbra is átfolyik az induktoron, de most egy nyitott diódán keresztül, és az induktor feszültsége hozzáadódik a forrásfeszültséghez. Az R terhelés állandó feszültségét a C kondenzátor tartja fenn.

A kapcsoló zár, a fojtóáram ismét megemelkedik. Az ilyen típusú konverter kimeneti feszültsége mindig nagyobb, mint a bemeneti feszültség, mivel az induktivitás feszültsége hozzáadódik a forrásfeszültséghez. A kimeneti feszültség elméleti értéke (ideális konverter esetén) a következő képlettel kereshető meg:

Invertáló konverter galvanikus leválasztás-buck-boost-konverter nélkül

A T kapcsoló zárva van. Az L fojtó energiát tárol, a D dióda zárva van. A kapcsoló nyitva van – a fojtó feszültség alá helyezi a C kondenzátort és az R terhelést. A kimeneti feszültség itt negatív polaritású.Értékét (ideális esetben) a következő képlettel találjuk meg:

A lineáris stabilizátorokkal ellentétben a kapcsolóstabilizátorok nagyobb hatásfokkal rendelkeznek az aktív elemek kevésbé melegedése miatt, ezért kisebb radiátorfelületet igényelnek. A kapcsolási stabilizátorok jellemző hátrányai az impulzuszaj jelenléte a kimeneti és bemeneti áramkörökben, valamint a hosszabb tranziensek.