Převést impulsy na napětí. DC měniče napětí. Klasifikace podle charakteru výstupního CVC

16.05.2022

Jednoduché obvody spínacích stejnosměrných měničů napětí pro napájení radioamatérských zařízení

Dobrý den, milí radioamatéři!
Dnes na webu ""zvážíme několik schémat, která jsou jednoduchá, dalo by se dokonce říci jednoduchá, pulzní měniče napětí DC-DC(převodníky stejnosměrného napětí jedné hodnoty na stejnosměrné napětí jiné hodnoty)

Jaké jsou dobré pulzní měniče. Za prvé mají vysokou účinnost a za druhé mohou pracovat při nižším vstupním napětí, než je výstupní.
Pulzní měniče jsou rozděleny do skupin:
- snížení, zvýšení, převrácení;
- stabilizovaný, nestabilizovaný;
– galvanicky oddělené, neizolované;
– s úzkým a širokým rozsahem vstupních napětí.
Pro výrobu domácích pulsních měničů je nejlepší použít specializované integrované obvody - jsou snadněji sestavitelné a při nastavování nejsou náladové.

První schéma.
Nestabilizovaný tranzistorový měnič:
Tento měnič pracuje na frekvenci 50 kHz, galvanické oddělení zajišťuje transformátor T1, který je navinutý na kroužku K10x6x4,5 z feritu 2000NM a obsahuje: primární vinutí - 2x10 závitů, sekundární vinutí - 2x70 závitů PEV-0,2 drát. Tranzistory lze nahradit KT501B. Proud z baterie se při absenci zátěže prakticky nespotřebovává.

Druhé schéma.

Transformátor T1 je navinut na feritovém kroužku o průměru 7 mm a obsahuje dvě vinutí po 25 závitech drátu PEV = 0,3.

Třetí schéma.
:

Push-pull nestabilizovaný převodník založený na multivibrátoru (VT1 a VT2) a výkonovém zesilovači (VT3 a VT4). Výstupní napětí se volí počtem závitů sekundárního vinutí pulzního transformátoru T1.

Čtvrté schéma.
Převodník na specializovaném čipu:
Stabilizační převodník typu na specializovaném mikroobvodu od MAXIM. Generační frekvence je 40 ... 50 kHz, akumulačním prvkem je tlumivka L1.

Páté schéma.
Nestabilizovaný dvoustupňový násobič napětí:

Jeden ze dvou čipů můžete použít samostatně, například druhý, pro znásobení napětí ze dvou baterií.

Šesté schéma.
Přepínání step-up stabilizátoru na čipu MAXIM:
Typický obvod pro zapínání stabilizátoru pulzního zesílení na čipu MAXIM. Provoz je udržován při vstupním napětí 1,1 voltu. Účinnost - 94%, zatěžovací proud - až 200 mA.

Sedmé schéma.
Dvě napětí z jednoho zdroje :
Umožňuje přijímat dvě různá stabilizovaná napětí s účinností 50 ... 60 % a zatěžovacím proudem až 150 mA v každém kanálu. Kondenzátory C2 a C3 jsou zařízení pro ukládání energie.

Osmé schéma.
Spínací step-up stabilizátor na mikroobvodu-2 od MAXIM:
Typický obvod pro zapínání specializovaného mikroobvodu od MAXIM. Zůstává funkční při vstupním napětí 0,91 V, má malé pouzdro SMD a poskytuje zatěžovací proud až 150 mA s účinností 90 %.

Deváté schéma.
Přepínání krokového stabilizátoru na čipu TEXAS:

Typický obvod pro zapínání spínacího regulátoru na široce dostupném čipu TEXAS. Rezistor R3 reguluje výstupní napětí v rozmezí + 2,8 ... + 5 voltů. Rezistor R1 nastavuje zkratový proud, který se vypočítá podle vzorce:
Ikz (A) \u003d 0,5 / R1 (Ohm)

Desátý graf.
Integrovaný střídač napětí na čipu MAXIM:
Integrovaný střídač napětí, účinnost - 98%.

Jedenáctý graf.
Dva izolované převodníky založené na čipech YCL Electronics:
Dva izolované měniče napětí DA1 a DA2, zapojené podle „neizolovaného“ obvodu se společnou „zemí“.

Jedná se o zařízení určené k získání jednoho nebo více napětí jiné úrovně z napětí jedné úrovně. Někdy je to v naší praxi naprosto nezbytné, například pokud navrhujeme zařízení s nízkonapěťovým napájením z Li-Ion baterie a v obvodu tohoto zařízení jsou operační zesilovače, které vyžadují napájení z bipolárního zdroje ∓ 15V. Nebo jiný příklad. Předpokládejme, že potřebujeme napájet zařízení na mikrokontroléru jmenovitým napětím 5 voltů z lithium-iontové baterie. V tomto a podobných případech musí projektant použít DC/DC měniče.

Tento článek se zaměří na pulzní měniče, které mají zjevné výhody, z nichž hlavní je vysoká účinnost. Spínané měniče napětí jsou velmi širokou třídou zařízení. Mohou být stabilizované nebo nestabilizované, s nebo bez galvanického oddělení vstupu od výstupu. převodníky lze také rozdělit na zvyšující, snižující a invertující (např. převodník, který napájen napětím + 5V dává na výstupu napětí -5V)

Výrobci elektronických součástek nyní vyrábějí širokou škálu speciálních integrovaných obvodů pro použití v aplikacích DC-DC. Převodníky sestavené na takových čipech mají stabilní vlastnosti a vysokou spolehlivost. přesto lze pulsní měnič namontovat i na konvenční diskrétní tranzistory. Tento článek poskytuje několik velmi jednoduchých obvodů, které lze použít k řešení jednoduchých konstrukčních problémů.

Pro převod rozhraní UART na standardní signály rozhraní RS232 se používá velmi běžný čip MAX232. Tento čip má již zabudované měniče napětí, které můžeme použít pro naše vlastní sobecké účely.

Schéma 1. Neobvyklé použití čipu MAX232

takový měnič může poskytovat napětí∓ 9V při malém proudu 5..8 mA. Takový převodník lze použít pro napájení jednoho nebo dvou operačních zesilovačů. hlavní výhodou je jednoduchost. Toto schéma je vhodné použít, pokud je třeba něco udělat rychle a kromě čipu MAX232 není po ruce nic

Schéma 2. Jednoduchý nestabilizovaný dvoutranzistorový měnič

Jeden z nejjednodušších designů. parametry takového měniče závisí na parametrech použitých tranzistorů, převodní frekvenci a charakteristice transformátoru. Obvod znázorněný na obrázku pracuje na frekvenci asi 50 kHz.

Transformer T1 - domácí výroba. Lze navinout na feritový kroužek z 2000NM materiálu o velikosti 10x6x4. primární vinutí se skládá z 20 závitů s odbočkou od středu. Sekundární - 140 otáček také s kohoutkem od středu. Průměr drátu - ne méně než 0,2 mm. Tranzistory lze nahradit BC546 nebo jinými. pokud není k měniči připojena žádná zátěž, neodebírá z napájecího zdroje prakticky žádný proud. To je jedna z jeho výhod (kromě jednoduchosti).

Schéma 3. Jednoduchý nestabilizovaný měnič - multivibrátor.

Následující praktické zapojení je čtyřtranzistorový push-pull měnič. srdcem obvodu je konvenční multivibrátor na dvou tranzistorech VT1 a VT2.

Ovladače pro vinutí pulzního transformátoru jsou tranzistory VT3 a VT4. Na sekundární vinutí pulzního transformátoru je připojen půlvlnný usměrňovač na bázi diody VD3. Zvlnění výstupního napětí je vyhlazeno kondenzátorem C3. Výstupní napětí tohoto měniče lze měnit v širokém rozsahu změnou počtu závitů sekundárního vinutí transformátoru.

Schéma 4. Stabilizovaný měnič na dvou tranzistorech.

Zajímavý obvod, který umožňuje napájet z nízkonapěťového zdroje (například z jednoho alkalického článku 1,5 V.) Například malé zařízení na mikrokontroléru, které vyžaduje napájení 5 V. Obvod se snaží udržet konstantní napětí na výstupu asi 4,7 V. Zpětnovazební signál je odstraněn z rezistoru R2 a přiveden na bázi prvního tranzistoru VT1. transformátor T1 lze navinout na feritový kroužek o průměru 7 mm. Obě vinutí jsou stejná, 20 závitů drátu o průměru 0,3 mm. Vinutí můžete navinout do dvou drátů. Při připojování je nutné vzít v úvahu začátek a konec vinutí. Pokud uděláte chybu, převodník nebude fungovat. V tomto případě prohoďte vodiče jednoho z vinutí. Cívka L1 - libovolný induktor s indukčností v oblasti 10 μH. Tlumivku lze použít průmyslově nebo navinout svépomocí. S tímto levným přístrojem můžete měřit indukčnost. Tlumivka spolu s kondenzátorem C3 vyhlazuje zvlnění výstupního napětí.

Tento poměrně kvalitní a pohodlný převodník je postaven na základě specializovaného mikroobvodu od MAXIM. Lze jej použít k získání napětí +12 voltů v zařízení pracujícím z jednoho zdroje energie s napětím 3 až 5 voltů. Tlumivka L1 může být navinuta na malý feritový kroužek nebo na malou feritovou tyč. S těmito zařízeními je vhodné měřit indukčnost cívek. Obvod poskytuje na výstupu proud 120 mA. Čip MAX734.

Schéma 5. Velmi jednoduchý převodník na specializovaném čipu.

Další DC-DC měnič využívající čip MAXIM. Hlavní výhodou je výjimečná jednoduchost a nenáročnost tohoto schématu. V zařízení jsou pouze 4 části včetně čipu MAX631. Hlavním a zřejmým účelem takového měniče je napájet obvod určený pro 5 V ze zdroje s nižším napětím 3,2 voltu. Například z jedné Li-Ion baterie.

Schéma 6. Stabilizovaný DC-DC měnič s bipolárním výstupem ∓ 12 V

Tento velmi užitečný obvod se může hodit, pokud má váš návrh pouze jeden 4,5 voltový napájecí zdroj, ale musíte použít součástky, které vyžadují bipolární napájení. jako jsou operační zesilovače (operační zesilovače). Srdcem převodníku je čip LM2587-12. Pulzní transformátor může být implementován na feritovém prstenci nebo na pancéřovaném jádru. Indukčnost primárního vinutí by měla být cca 22 μH (lze měřit tímto přístrojem) a poměr počtu závitů primárního vinutí k sekundárnímu = 1:2,5. To znamená, že například indukčnost 22 μH na jádru, které máte k dispozici, získáte s počtem závitů 50. Potom bude počet závitů každého sekundárního vinutí 2,5 * 50 = 125

Schéma 7. Stabilizovaný DC-DC měnič pro dvě různá napětí

Pokud má váš návrh digitální mikroobvody s napájecím napětím 5 i 3,3 V, může se vám tento převodník hodit. Obvod pracuje s napětím kolem 3 V a umožňuje získat na výstupu napětí 3,3 a 5 V. Zatěžovací proud pro každý výstup může dosáhnout 150 mA. Jak můžete vidět z diagramu, zařízení používá 2 čipy MCP1252 od MICROCHIP

Schéma 8. DC-DC měnič pro dvě různá napětí na mikroobvodech od YCL Electronics

DC-DC měniče pro různá napětí lze osadit na čipy vyráběné YCL Electronics. V tomto případě se jedná o mikroobvody DC-102R v kanálu mínus 5 V a DC-203R v kanálu +12 V. Na výstupu -5 V může zatěžovací proud dosáhnout 360 mA. Na výstupu +12 V je proud menší - 150 mA.

Obrázek 9. DC-DC Boost Converter na MAX1724EZK33

Tento DC-DC převodník na čipu

Funkci přeměny elektřiny v parametru napětí mohou plnit různá zařízení, jako jsou generátory, nabíječky a transformátorová zařízení. Všechny jsou v té či oné míře schopny měnit charakteristiky energie, ale ne vždy se jejich použití ospravedlňuje již z hlediska technických a ergonomických kvalit. To je částečně způsobeno tím, že úloha transformace proudu pro většinu regulátorů není klíčová - v každém případě, pokud mluvíme o stejnosměrném i střídavém proudu. Právě tato omezení motivovala výrobce elektrických zařízení k vývoji pulzního měniče, který je ve srovnání s kompaktními rozměry a přesností stabilizace napětí příznivý.

Definice zařízení

Četná radiotechnická zařízení, automatizační a komunikační zařízení se zřídka obejdou bez jednofázových a třífázových napájecích zařízení pro transformaci proudu v rozsahu od jednotek až po stovky voltampérů. Pulzní zařízení se používají pro užší úkoly. Elektrický měnič pulzního typu je zařízení, které transformuje napětí v krátkých časových intervalech řádově 1-2 mikrony/sec. Napěťové impulsy mají v tomto případě obdélníkový tvar a opakují se s frekvencí 500-20 000 Hz.

Tradiční převodníky s nastavitelným napětím obvykle řídí jmenovitý odpor zařízení. Může to být tyristor nebo tranzistor, kterým nepřetržitě protéká proud. Je to jeho energie, která způsobuje zahřívání řídicího zařízení, kvůli kterému se ztrácí část výkonu. Na tomto pozadí vypadá pulzní měnič napětí atraktivněji z hlediska jeho technických a provozních vlastností, protože jeho konstrukce poskytuje minimum dílů, což vede ke snížení elektrického rušení. Nastavovacím prvkem převodníku je klíč, který pracuje v různých režimech – například v otevřeném a zavřeném stavu. A v obou případech se během provozu uvolňuje minimální množství tepelné energie, což také zvyšuje výkon zařízení.

Účel převodníku

Všude tam, kde je potřeba změna parametrů elektřiny, se používají pulzní transformátory v té či oné provozní konfiguraci. V první fázi široké distribuce se používaly především v pulzní technice - např. v triodových generátorech, plynových laserech, magnetronech a rozlišovacích rádiových zařízeních. Dále, jak se zařízení zdokonalovalo, začaly se používat ve většině typických představitelů elektrických zařízení. Navíc nešlo nutně o specializovanou techniku. Opět v různých verzích může být měnič pulsů přítomen zejména v počítačích a televizorech.

Další, ale méně známou funkcí transformátorů tohoto typu je ochranná. Impulzní regulaci lze samo o sobě považovat za ochranné opatření, ale cíle úpravy parametrů napětí jsou zpočátku odlišné. Speciální úpravy však poskytují ochranu zařízení proti zkratům při zatížení. To platí zejména pro zařízení pracující v režimech volnoběhu. Existují také pulzní zařízení, která zabraňují přehřátí a nadměrnému zvýšení napětí.

Design nástroje

Převodník se skládá z několika vinutí (nejméně dvou). První a hlavní je připojen k síti a druhý je odeslán do cílového zařízení. Vinutí může být vyrobeno ze slitin hliníku nebo mědi, ale v obou případech se zpravidla používá dodatečná izolace laku. Vodiče jsou navinuty na izolační podložce, která je upevněna na jádru - magnetickém obvodu. U nízkofrekvenčních měničů jsou jádra vyrobena z transformátorové oceli nebo měkké magnetické slitiny au vysokofrekvenčních měničů na bázi feritu.

Vlastní nízkofrekvenční magnetický obvod je tvořen sadami desek tvaru W, G nebo U. Feritová jádra jsou obvykle vyrobena z jednoho kusu - takové části jsou přítomny ve svařovacích invertorech a galvanicky oddělených transformátorech. Nízkovýkonové vysokofrekvenční transformátory se obejdou zcela bez jádra, protože jeho funkci plní vzduchové prostředí. Pro integraci do elektrických zařízení je provedení magnetického obvodu zajištěno rámem. Jedná se o tzv. pulzní měničovou jednotku, která je uzavřena ochranným krytem s označením a výstražnými štítky. Pokud je během procesu opravy nutné zapnout zařízení s odstraněným krytem, tato operace se provádí přes RCD nebo oddělovací transformátor.

Pokud se budeme bavit o měničích, které se používají v moderním rádiu a elektrotechnice, tak mezi nimi a klasickými transformátory napětí bude podstatný rozdíl. Nejvýraznější snížení velikosti a hmotnosti. Pulzní zařízení mohou vážit několik gramů a výkon je udržován na stejné úrovni.

Vlastnosti provozních procesů

Jak již bylo uvedeno, klíče se používají k regulaci proudu v pulzních transformátorech, které se samy mohou stát zdroji vysokofrekvenčního rušení. To je typické pro stabilizační modely, které pracují v aktuálním spínacím režimu.

V okamžicích spínání může docházet k citlivým proudovým a napěťovým úbytkům, které vytvářejí podmínky pro protifázové a soufázové rušení na vstupu a výstupu. Z tohoto důvodu umožňuje spínaný výkonový měnič s funkcí stabilizátoru použití filtrů, které eliminují rušení. Pro minimalizaci nežádoucích elektromagnetických faktorů je klíč spínán v momentech, kdy klíč nevede proud (při otevírání). Tento způsob řešení rušení se také používá v rezonančních měničích.

Dalším znakem pracovního procesu uvažovaných zařízení je záporný diferenciální odpor na vstupu při stabilizaci napětí při zatížení. To znamená, že jak se vstupní napětí zvyšuje, proud klesá. Tento faktor je nutné vzít v úvahu pro zajištění stability měniče, který je připojen ke zdrojům s vysokým vnitřním odporem.

Srovnání s lineárním převodníkem

Na rozdíl od lineárních zařízení se pulzní adaptéry vyznačují vyšším výkonem, kompaktními rozměry a možností galvanického oddělení obvodů na vstupu a výstupu. Pro poskytnutí další funkčnosti s vazbou zařízení třetích stran není vyžadováno použití složitých schémat připojení. Ale i zde jsou slabiny pulzního měniče ve srovnání s lineárními transformátory. Mezi ně patří následující nevýhody:

V podmínkách měnícího se vstupního proudu nebo napětí při zatížení je zaznamenána nestabilita výstupního signálu.
Přítomnost již zmíněného impulsního šumu na výstupních a vstupních obvodech.
Po náhlých změnách parametrů napětí a proudu trvá systému déle, než se zotaví během přechodných jevů.
Riziko samokmitání, které může ovlivnit výkon zařízení. Navíc výkyvy tohoto druhu nejsou spojeny se síťovou nestabilitou zdroje, ale s konflikty v rámci stabilizačního schématu.

DC/DC měnič

Všechny druhy impulsních zařízení systému DC / DC se vyznačují skutečností, že klíče jsou aktivovány během přenosu speciálních impulsů ve směru tranzistoru. V budoucnu vlivem rostoucího napětí dochází k logickému zablokování tranzistorů, navíc na pozadí dobíjení kondenzátoru. Právě tato vlastnost odlišuje spínací zařízení DC-DC od podobných zařízení v nezávislých invertorových zařízeních.

Taková zařízení obvykle provádějí monitorování stejnosměrného napětí při zátěži během napájení stejnosměrným proudem do sítě. Tohoto druhu ovládání je dosaženo úpravou napětí na veřejném klíči. Malé hodnoty proudu umožňují fixovat vysokou úroveň výkonu, při které může účinnost dosáhnout 95%. Nastavení špičkového výkonu systému je významným plusem pulzních proudových měničů, nicméně implementace DC-DC obvodu není možná v každém provedení. V zařízení by měla zpočátku fungovat jako zdroj kontaktní síť – konkrétně se tento princip používá u akumulátorů a baterií.

Boost Converter

Pomocí tohoto transformátoru je zvýšeno napětí z 12 na 220 V. Používá se v situacích, kdy není zdroj s vhodnými výkonovými parametry, ale je nutné zajistit napájení zařízení z běžné sítě. Jinými slovy, adaptér musí být zaveden ze zdroje s určitými vlastnostmi ke spotřebiteli s různými požadavky na napájení. Schematické návrhy pulzních měničů napětí 12-220 V umožňují připojení zařízení, které pracují na frekvenci 50 Hz. Kromě toho by výkon zařízení neměl překročit maximální jmenovitý výkon transformátoru. A i když se parametry napětí shodují, spotřebitelské zařízení musí mít ochranu proti přetížení sítě. Tato metoda korekce napětí má několik výhod:

Možnost dlouhého pracovního sezení při maximální zátěži bez přerušení.
Automatické nastavení výstupního výkonu.
Zvýšená účinnost zajišťuje jak stabilitu provozního režimu zařízení, tak vysokou spolehlivost funkce elektrického obvodu.

Převodník odstoupení

Při použití nízkofrekvenčního nebo nízkoenergetického zařízení je zcela přirozené, že může nastat potřeba snížit indikátor napětí. S tímto úkolem se například často setkáváme při připojování osvětlovacích zařízení - například LED podsvícení. Pro snížení převodníku sepne regulační spínací klíč, po kterém akumuluje energii "navíc". Speciální dioda v obvodu neumožňuje proud z napájecího zdroje ke spotřebiteli. Současně v samoindukčních systémech mohou usměrňovací diody propouštět záporné napěťové impulzy. Při provozu pulzních měničů 24-12 V je důležitá zejména funkce stabilizace výstupu. Lze použít lineární i přímo spínané stabilizátory. Výhodnější je použití zařízení druhého typu s šířkovou nebo frekvenční modulací. V prvním případě bude korigována doba trvání řídicích impulsů a ve druhém frekvence jejich výskytu. Existují také stabilizátory se smíšeným ovládáním, u kterých může operátor v případě potřeby změnit konfiguraci pro úpravu frekvence a trvání pulzů.

Převodník šířky pulzu

V procesu práce se používá zařízení, které akumuluje energii v důsledku transformace. Může být součástí základní struktury nebo připojen přímo ke vstupnímu napětí bez vazby na převodník. Tak či onak bude výstupem indikátor průměrného napětí, určený hodnotou vstupního napětí a pracovním cyklem impulsů ze spínacího klíče. Na operačním zesilovači je speciální kalkulačka, která vyhodnocuje parametry vstupních a výstupních signálů a registruje mezi nimi rozdíl. Pokud je výstupní napětí menší než referenční napětí, pak je k regulaci připojen modulátor, který prodlužuje dobu otevřeného stavu spínacího klíče vzhledem k času generátoru hodin. Při změně vstupního napětí spínací převodník nastaví řídicí obvod klíče tak, aby se minimalizoval rozdíl mezi výstupním a referenčním napětím.

Závěr

V čisté podobě, bez připojení pomocných zařízení, jako jsou usměrňovače a stabilizátory, jsou funkce měniče výrazně omezeny, ačkoli účinnost zůstává na vysoké úrovni. Transformační zařízení, která se jen zřídka obejdou bez dalšího vybavení, zahrnují regulátory v sítích střídavého proudu. Minimálně v tomto případě budete muset na vstup nainstalovat vyhlazovací filtr a usměrňovač. Naopak pulzní měniče stejnosměrných elektrických proudů jak na vstupu, tak na výstupu mohou autonomně podporovat svou hlavní funkci. Ale i v takových systémech je důležité, aby zařízení mohlo plnit úlohu stabilizace napětí. Nezapomínejte také na možné rušení při aktivním použití spínacích spínačů v systému stabilizátoru. V takových neuzemněných aplikacích se doporučuje připojit k bloku převodníku šumový filtr.

Podle návrhu (10+)

Snižovací pulzní měnič napětí. Design. Výpočet

Pro snížení stejnosměrného napětí s minimálními ztrátami a získání stabilizovaného výstupu se používá následující přístup. Konstantní napětí se převádí na pulzy s proměnným pracovním cyklem. Tyto impulsy pak procházejí induktorem. Energie je uložena v akumulačním kondenzátoru. Zpětná vazba monitoruje stabilitu výstupního napětí a za tímto účelem reguluje pracovní cyklus impulsů.

Pokud není potřeba snižovat ztráty, pak se používá kontinuálně působící sériový stabilizátor.

Princip činnosti snižovacího měniče napětí je založen na vlastnosti induktoru (tlumivky) akumulovat energii. Akumulace energie se projevuje tím, že proud induktorem má jakoby setrvačnost. To znamená, že se nemůže okamžitě změnit. Pokud je na cívku přivedeno napětí, proud se bude postupně zvyšovat, pokud je aplikováno zpětné napětí, proud bude postupně klesat.

K vaší pozornosti výběr materiálů:

Na schématu vidíme, že řídící jednotka D1 v závislosti na napětí na kondenzátoru C2 zavře a otevře hlavní vypínač. Navíc tím vyšší napětí C2, čím kratší je doba, po kterou se klíč zavře, to znamená, čím nižší je faktor plnění (čím větší je pracovní cyklus). Pokud je napětí na kondenzátoru C2 překročí určitou hodnotu, pak se klíč obecně přestane zavírat, dokud napětí neklesne. Jak je tato činnost řídicího obvodu zajištěna, je popsáno v článku o pulzně šířkové modulaci.

Když je vypínač zavřený, proud sleduje dráhu S1. V tomto případě je na induktor přivedeno napětí, které se rovná rozdílu mezi vstupním a výstupním napětím. Proud cívkou se zvyšuje úměrně k napětí aplikovanému na cívku a době, po kterou se spínač sepne. Cívka uchovává energii. Protékající proud nabíjí kondenzátor C2.

Když je vypínač vypnutý, proud sleduje cestu S2 přes diodu. Na induktor je přivedeno výstupní napětí s opačným znaménkem. Proud cívkou se zmenšuje úměrně k napětí aplikovanému na cívku a době, po kterou je spínač otevřen. Procházející proud stále nabíjí kondenzátor C2.

Když kondenzátor C2 nabito, klíč se přestane zavírat, kondenzátor se přestane nabíjet. Klíč se začne znovu zavírat, když kondenzátor C2 mírně vybitá při zatížení.

Kondenzátor C1 Je zapotřebí, aby se snížilo zvlnění proudu ve vstupním obvodu, aby se z něj nevybral pulzní, ale průměrný proud.

Výhody, nevýhody, použitelnost

Energetické ztráty přímo závisí na poměru vstupního a výstupního napětí. Takže buck měnič může teoreticky generovat velký výstupní proud při malém napětí z malého vstupního proudu, ale velkého napětí, ale velký proud musíme přerušit při vysokém napětí, což zaručuje vysoké spínací ztráty. Takže buck převodníky se používají, pokud je vstupní napětí 1,5 - 4 násobek výstupního napětí, ale snaží se je nepoužívat s větším rozdílem.

Rozebereme proces návrhu a výpočtu snižujícího měniče a otestujeme jej na příkladech. Na konci článku bude formulář, ve kterém můžete vyplnit potřebné parametry zdroje, provést online výpočet a získat nominální hodnoty všech prvků. Vezměme si jako příklad následující diagramy:

Schéma 1

Schéma 2

Jedním z problémů buck konvertorů je obtížnost ovládání vypínače, protože jeho emitor (zdroj) obvykle není připojen ke společnému vodiči. Dále zvážíme několik možností řešení tohoto problému. Prozatím se zaměřme na poněkud nestandardní zařazení mikroobvodu – PWM regulátoru. Používáme čip 1156EU3. V tomto mikroobvodu je koncový stupeň vyroben podle klasického push-pull obvodu. Střed této kaskády je připojen k noze 14, emitor spodního ramene je připojen ke společnému vodiči (noha 10), kolektor horního ramene je připojen k noze 13. Nohu 14 připojíme ke společnému vodiči přes odpor a připojte nohu 13 k bázi klíčového tranzistoru. Při otevřeném horním rameni koncového stupně (to odpovídá přívodu spouštěcího napětí na výstup) protéká proud přechodem emitoru tranzistoru VT2, noha 13, horní rameno koncového stupně, noha 14 , rezistor R6. Tento proud odblokuje tranzistor VT2.

V takovém zařazení lze použít i regulátory s otevřeným emitorem na výstupu. Tyto ovladače nemají spodní rameno. Ale my to nepotřebujeme.

V našem obvodu je jako výkonový spínač použit výkonný bipolární tranzistor. Přečtěte si více o funkci bipolárního tranzistoru jako vypínače. Kompozitní tranzistor lze použít jako výkonový spínač pro snížení zátěže regulátoru. Saturační napětí kolektor - emitor kompozitního tranzistoru je však mnohonásobně větší než u jediného. Článek o kompozitním tranzistoru popisuje, jak vypočítat toto napětí. Pokud používáte kompozitní tranzistor, pak ve výpočtovém formuláři na konci článku uveďte přesně toto napětí jako saturační napětí kolektoru - emitoru VT2. Čím vyšší saturační napětí, tím vyšší ztráty, takže u kompozitního tranzistoru budou ztráty mnohonásobně větší. Ale existuje řešení. To bude popsáno později v části o nízkopříkonových regulátorech.

Existuje výstupní napětí. Na jakých prvcích to závisí? Byl bych také velmi vděčný, kdybyste mi řekli, jak správně vypočítat parametry 100v až 28v 1000 wattového step-down měniče. Předem moc děkuji.
Popis a parametry MOC3061, MOC3062, MOC3063. Aplikace v tyristorových obvodech...

Jak navrhnout invertující pulzní měnič. Jak vybrat frekvence...

Mikrokontroléry. Kompilace programu. Nástroje pro schematický návrh
Jak as jakou pomocí programovat a ladit mikrokontroléry, navrhovat ...

Pulzní zvyšovací měnič napětí 12 24 220 a další…

Problém získat v těžkém vozidle napětí nezbytné pro napájení rádiových stanic, automobilové elektroniky a komunikačních zařízení (12-14 voltů) lze vyřešit několika způsoby.

Nejjednodušší z nich je odebírat potřebné napětí z jedné baterie. Ale důsledky takových "experimentů" jsou smutné: po chvíli bude muset být baterie vyhozena. Dalším, „civilizovaným“ způsobem je instalace zařízení do auta, které vám umožní získat potřebné napětí, aniž by došlo k narušení standardního elektrického systému vozu. V současné době se vyrábějí dva typy takových zařízení, které se od sebe zásadně liší.

První skupina jsou lineární stabilizátory napětí (adaptéry). Podstatou tohoto typu stabilizace je, že „navíc“ napětí „zůstává“ na ovládacím prvku. V tomto případě je proud, který teče z baterie (Iacc. Obr. 1) roven proudu tekoucího do užitečné zátěže (In. Obr. 1), a protože vstupní napětí je dvojnásobkem výstupního napětí, pak spotřebovaný výkon z baterie je 2x vyšší než výkon spotřebovaný užitečnou zátěží, tzn. Účinnost takového stabilizátoru (adaptéru) je 50% (a vlastně ještě méně). Zkusme pro přehlednost dosadit živá čísla. Vezměme proud užitečného zatížení In.=20Ampere.

Raqq. = Iacc. x Uacc. = 20 A x 28 V = 560 wattů

pH. = In. x Un. = 20 A x 14 V = 280 wattů

Rozdíl mezi těmito výkony (280 wattů) se uvolňuje ve formě tepla a zahřívá radiátor stabilizátoru. K rozptýlení takového výkonu na dlouhou dobu je potřeba obrovský radiátor. Ve skutečnosti jsou tyto stabilizátory (adaptéry) vyrobeny na mnohem menších radiátorech, což znamená, že pokud výrobce tvrdí, že maximální proud stabilizátoru je 20 Ampér, pak bude stabilizátor schopen nepřetržitě pracovat při proudu 6-7 Ampér, ne více. Tyto konvertory jsou optimální pro napájení rozhlasových stanic a audio zařízení. Maximální proud, který tato zařízení spotřebují, je pouze krátkodobá.

Druhá skupina je impulsní zařízení. Zásadní rozdíl mezi pulzními obvody je v tom, že umožňují získat napájecí zdroje s vysokou účinností, až 90 %. V takových měničích se „nadbytečné“ napětí neodvádí ve formě tepla, ale převádí se na „přídavný“ proud na výstupu. Impulzní zařízení lze dále rozdělit do dvou podskupin:

spínané stabilizátory napětí / účinnost až 90%
pulzní měniče napětí (zdroje) / účinnost až 80%

Charakteristickým rysem pulsních měničů je galvanické oddělení vstupního a výstupního napětí (tj. jejich součástí je transformátor), což eliminuje i teoretickou možnost vstupu vstupního napětí na výstup v případě jakékoliv poruchy samotného měniče.

Moderní základna prvků a obvody umožnily vytvořit pulzní měniče a stabilizátory napětí, které poskytují:

Dlouhodobý provoz při maximálním zatěžovacím proudu.
Automatická regulace výstupního výkonu (nemůžete se bát přetížení až po zkrat). Systém omezení výkonu automaticky detekuje přetížení a omezí výstupní výkon na bezpečnou úroveň.
Díky vysoké účinnosti je zajištěn normální tepelný režim a v důsledku toho vysoká spolehlivost a malé rozměry.
Spotřeba energie z baterie je pouze o 10-15 % vyšší, než spotřebuje zátěž.
Přítomnost galvanického oddělení vstupního a výstupního napětí v převodníku (tj. obsahuje transformátor) vylučuje i teoretickou možnost vstupu vstupního napětí na výstup. Ve stabilizátoru je instalován výkonný vysoce výkonný omezovač napětí.
Snad jedinou nevýhodou pulzních zařízení je možné rádiové rušení, jejich úroveň závisí na výrobci (nákladech) převodníku. Levné konvertory se nedoporučují pro napájení rozhlasových stanic a rozhlasových přijímačů.

Pulzní měnič napětí

Pro transformaci napětí z jedné úrovně na druhou se používají pulzní stejnosměrné měniče napětí, ve kterých se používají indukční akumulační zařízení. V takových měničích je výstupní výkon regulován v důsledku změn v časovém období vystavení zátěži jedním ze dvou způsobů:

Frekvenční impuls;

Šířka pulzu.

Principem činnosti pulsního zesilovacího měniče napětí je vytvoření takového tranzistorového režimu, při kterém bude periodicky přerušován celý napájecí obvod zátěže. Převodník pulsů 24 12 tak umožňuje zefektivnit kolísání trvání výstupních pulsů s jejich nezměněnou periodou změny. Jednocyklový pulzní měnič napětí může pracovat v rozsahu výkonu od 0 do 100 W. Pokud je požadováno zařízení s větším výkonem, pak se použije vícecyklový pulzní měnič napětí.

DC/DC měniče jsou široce používány pro napájení různých elektronických zařízení. Používají se v zařízeních výpočetní techniky, komunikačních zařízeních, různých řídicích a automatizačních obvodech atd.

Transformátorové napájecí zdroje

U tradičních transformátorových zdrojů se síťové napětí převádí pomocí transformátoru, nejčastěji sníženého, na požadovanou hodnotu. Nízké napětí je usměrněno diodovým můstkem a vyhlazeno kondenzátorovým filtrem. V případě potřeby se za usměrňovač umístí polovodičový stabilizátor.

Transformátorové zdroje jsou obvykle vybaveny lineárními stabilizátory. Takové stabilizátory mají alespoň dvě výhody: jedná se o nízkou cenu a malý počet dílů v postroji. Tyto výhody jsou však pohlceny nízkou účinností, protože značná část vstupního napětí se používá k ohřevu řídicího tranzistoru, což je pro napájení přenosných elektronických zařízení zcela nepřijatelné.

DC/DC měniče

Pokud je zařízení napájeno galvanickými články nebo bateriemi, je převod napětí na požadovanou úroveň možný pouze pomocí DC / DC měničů.

Myšlenka je poměrně jednoduchá: stejnosměrné napětí se převádí na střídavé, obvykle s frekvencí několika desítek nebo dokonce stovek kilohertzů, stoupá (klesá) a poté je usměrněno a přiváděno do zátěže. Takové převodníky se často označují jako pulzní převodníky.

Příkladem je boost převodník z 1,5V na 5V, právě výstupní napětí USB počítače. Podobný nízkopříkonový měnič se prodává na Aliexpress - http://ali.pub/m5isn.

Rýže. 1. Převodník 1,5V / 5V

Pulzní měniče jsou dobré, protože mají vysokou účinnost, v rozmezí 60..90%. Další výhodou pulzních měničů je široký rozsah vstupních napětí: vstupní napětí může být nižší než výstupní napětí nebo mnohem vyšší. Obecně lze DC / DC měniče rozdělit do několika skupin.

Klasifikace převodníků

Lowering, v anglické terminologii step-down nebo buck

Výstupní napětí těchto měničů je zpravidla nižší než vstupní napětí: bez zvláštních ztrát pro zahřívání řídicího tranzistoru můžete získat napětí pouze několika voltů při vstupním napětí 12 ... 50 V. Výstupní proud takových měničů závisí na potřebách zátěže, což zase určuje obvodový návrh měniče.

Další anglický název pro převodník chopper buck. Jedním z překladů tohoto slova je jistič. V odborné literatuře je konvertor babky někdy označován jako „chopper“. Zatím si jen zapamatujte tento termín.

Zvyšování, v anglické terminologii step-up nebo boost

Výstupní napětí těchto měničů je vyšší než vstupní napětí. Například při vstupním napětí 5V lze na výstupu získat napětí až 30V a je možná jeho plynulá regulace a stabilizace. Poměrně často se boost konvertory nazývají boostery.

Univerzální měniče - SEPIC

Výstupní napětí těchto měničů je udržováno na dané úrovni, když je vstupní napětí vyšší nebo nižší než vstupní napětí. Doporučuje se v případech, kdy se vstupní napětí může výrazně lišit. Například v autě se napětí baterie může pohybovat mezi 9 ... 14 V a je vyžadováno stabilní napětí 12 V.

Invertující měniče - invertující měnič

Hlavní funkcí těchto převodníků je získat na výstupu napětí s obrácenou polaritou vzhledem ke zdroji energie. Je to velmi výhodné v případech, kdy je například vyžadováno bipolární napájení.

Všechny uvedené měniče mohou být stabilizované nebo nestabilizované, výstupní napětí může být galvanicky spojeno se vstupním napětím nebo mít galvanické napěťové oddělení. Vše závisí na konkrétním zařízení, ve kterém bude převodník použit.

Chcete-li přejít k dalšímu příběhu o DC / DC měničích, měli byste alespoň porozumět teorii obecně.

Chopper buck převodník - převodník typu buck

Jeho funkční schéma je znázorněno na obrázku níže. Šipky na vodičích ukazují směr proudů.

Obr.2. Funkční schéma stabilizátoru chopperu

Vstupní napětí Uin je přivedeno na vstupní filtr - kondenzátor Cin. Jako klíčový prvek je použit tranzistor VT, který provádí spínání vysokofrekvenčního proudu. Může to být MOSFET, IGBT nebo konvenční bipolární tranzistor. Kromě těchto detailů obvod obsahuje výbojovou diodu VD a výstupní filtr - LCout, ze kterého je přiváděno napětí do zátěže Rn.

Je snadné vidět, že zátěž je zapojena do série s prvky VT a L. Proto je obvod sekvenční. Jak dochází k poklesu napětí?

Pulse Width Modulation - PWM

Řídicí obvod generuje obdélníkové impulsy s konstantní frekvencí nebo konstantní periodou, což je v podstatě totéž. Tyto impulsy jsou znázorněny na obrázku 3.

Obr.3. Řídící impulsy

Zde t je doba impulsu, tranzistor je otevřen, tp je doba pauzy, tranzistor je uzavřen. Poměr ti/T se nazývá pracovní cyklus pracovního cyklu, označuje se písmenem D a vyjadřuje se v %% nebo jednoduše v číslech. Například, když se D rovná 50 %, ukáže se, že D=0,5.

D se tedy může měnit od 0 do 1. Při hodnotě D=1 je klíčový tranzistor ve stavu plného vedení a při D=0 ve stavu cutoff, jednoduše řečeno, je uzavřen. Je snadné odhadnout, že při D=50% se výstupní napětí bude rovnat polovině vstupního napětí.

Je zcela zřejmé, že k regulaci výstupního napětí dochází změnou šířky řídicího impulsu t a vlastně změnou koeficientu D. Tento princip regulace se nazývá (PWM). Téměř u všech spínaných zdrojů je právě pomocí PWM stabilizováno výstupní napětí.

V obvodech zobrazených na obrázcích 2 a 6 je PWM „skrytý“ v polích označených „Control Circuit“, které plní některé další funkce. Může jít například o měkký náběh výstupního napětí, dálkovou aktivaci nebo ochranu převodníku proti zkratu.

Obecně jsou měniče tak široce používané, že výrobci elektronických součástek zahájili výrobu PWM regulátorů pro všechny příležitosti. Rozsah je tak velký, že jen jejich vyjmenování by zabralo celou knihu. Proto nikoho nenapadne montovat měniče na diskrétní prvky, nebo jak se často říká „volně“.

Kromě toho lze hotové malé měniče energie zakoupit na Aliexpress nebo Ebay za nízkou cenu. Přitom pro instalaci v amatérském provedení stačí připájet vodiče na vstup a výstup na desku a nastavit požadované výstupní napětí.

Ale zpět k našemu obrázku 3. V tomto případě koeficient D určuje, jak dlouho bude otevřeno (1. fáze) nebo zavřeno (2. fáze). Pro tyto dvě fáze může být obvod znázorněn dvěma obrázky. Obrázky NEZOBRAZUJÍ prvky, které nejsou v této fázi použity.

Obr.4. Fáze 1

Když je tranzistor otevřený, proud ze zdroje energie (galvanický článek, baterie, usměrňovač) prochází indukční tlumivkou L, zátěží Rn a nabíjecím kondenzátorem Cout. V tomto případě protéká proud zátěží, kondenzátor Cout a induktor L akumulují energii. Proud iL POSTUPNĚ ZVYŠUJE vlivem indukčnosti tlumivky. Tato fáze se nazývá pumpování.

Poté, co napětí na zátěži dosáhne zadané hodnoty (určené nastavením řídicího zařízení), sepne tranzistor VT a zařízení přejde do druhé fáze - fáze vybíjení. Uzavřený tranzistor není na obrázku vůbec znázorněn, jako by neexistoval. To ale znamená pouze to, že tranzistor je uzavřený.

Obr.5. Fáze 2

Když je tranzistor VT uzavřen, nedochází k doplňování energie v induktoru, protože je odpojeno napájení. Indukčnost L má tendenci bránit změně velikosti a směru proudu (samoindukce) protékajícího vinutím induktoru.

Proud se proto nemůže okamžitě zastavit a uzavře se obvodem „diodové zátěže“. Kvůli tomu se VD dioda nazývala vybíjecí dioda. Zpravidla se jedná o vysokorychlostní Schottkyho diodu. Po regulační periodě, fáze 2, se obvod přepne do fáze 1, proces se znovu opakuje. Maximální napětí na výstupu uvažovaného obvodu se může rovnat vstupu a ne více. Boost konvertory se používají k získání výstupního napětí vyššího než vstupní napětí.

Prozatím je potřeba pouze vyvolat skutečnou hodnotu indukčnosti, která určuje dva provozní režimy chopperu. Při nedostatečné indukčnosti bude měnič pracovat v režimu nespojitých proudů, což je pro napájecí zdroje zcela nepřijatelné.

Pokud je indukčnost dostatečně velká, pak provoz probíhá v režimu spojitých proudů, což umožňuje pomocí výstupních filtrů získat konstantní napětí s přijatelnou úrovní zvlnění. Boost měniče pracují také v režimu trvalého proudu, o kterém bude řeč níže.

Pro určité zvýšení účinnosti je vybíjecí dioda VD nahrazena tranzistorem MOSFET, který je ve správnou chvíli otevřen řídicím obvodem. Takové převodníky se nazývají synchronní. Jejich použití je oprávněné, pokud je výkon měniče dostatečně velký.

Zvyšovací nebo posilovací měniče

Zvyšovací měniče se používají hlavně pro nízkonapěťové napájení například ze dvou nebo tří baterií a některé součásti konstrukce vyžadují napětí 12 ... 15V s malým odběrem proudu. Poměrně často se boost konvertor stručně a jasně nazývá slovem "booster".

Obr.6. Funkční schéma zesilovacího měniče

Vstupní napětí Uin je přivedeno na vstupní filtr Cin a přivedeno na sériově zapojený L a spínací tranzistor VT. V místě připojení cívky a kolektoru tranzistoru je připojena VD dioda. Zátěž Rl a bočníkový kondenzátor Cout jsou připojeny k druhé svorce diody.

Tranzistor VT je řízen řídicím obvodem, který generuje stabilní řídicí signál frekvence s nastavitelným pracovním cyklem D, jak je popsáno o něco výše při popisu obvodu chopperu (obr. 3). Dioda VD ve správný čas blokuje zátěž z klíčového tranzistoru.

Když je klíčový tranzistor otevřený, je výstup cívky L, přesně podle schématu, připojen k zápornému pólu zdroje Uin. Cívkou a otevřeným tranzistorem protéká rostoucí proud (ovlivňuje vliv indukčnosti) ze zdroje, v cívce se hromadí energie.

V tomto okamžiku VD dioda blokuje zátěž a výstupní kondenzátor ze spínacího obvodu, čímž zabraňuje vybití výstupního kondenzátoru přes otevřený tranzistor. Zátěž je v tomto okamžiku napájena energií uloženou v kondenzátoru Cout. Napětí na výstupním kondenzátoru přirozeně klesá.

Jakmile výstupní napětí mírně klesne pod specifikované (určeno nastavením řídicího obvodu), klíčový tranzistor VT se uzavře a energie uložená v induktoru dobíjí kondenzátor Cout přes diodu VD, která napájí zátěž . V tomto případě se samoindukční EMF cívky L přičte ke vstupnímu napětí a přenese na zátěž, proto je výstupní napětí větší než vstupní napětí.

Když výstupní napětí dosáhne nastavené stabilizační úrovně, řídicí obvod otevře tranzistor VT a proces se opakuje od fáze akumulace energie.

Univerzální měniče - SEPIC (jednokoncový měnič primární tlumivky nebo měnič s asymetricky zatíženou primární tlumivkou).

Takové převodníky se používají hlavně tehdy, když má zátěž malý výkon a vstupní napětí se mění vzhledem k výstupnímu napětí nahoru nebo dolů.

Obr.7. Funkční schéma převodníku SEPIC

Je velmi podobný obvodu zesilovacího měniče znázorněnému na obrázku 6, ale má další prvky: kondenzátor C1 a cívku L2. Právě tyto prvky zajišťují provoz měniče v režimu snižování napětí.

Převodníky SEPIC se používají v případech, kdy se vstupní napětí mění v širokém rozsahu. Příkladem je regulátor 4V-35V na 1,23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down. Právě pod tímto názvem se v čínských obchodech prodává převodník, jehož obvod je znázorněn na obrázku 8 (pro zvětšení klikněte na obrázek).

Obr.8. Schematické schéma převodníku SEPIC

Obrázek 9 ukazuje vzhled desky s označením hlavních prvků.

Obr.9. Vzhled převodníku SEPIC

Obrázek ukazuje hlavní části podle obrázku 7. Všimněte si přítomnosti dvou cívek L1 L2. Podle tohoto znaku můžete určit, že se jedná o převodník SEPIC.

Vstupní napětí desky může být v rozmezí 4 ... 35V. V tomto případě lze výstupní napětí upravit v rozsahu 1,23 ... 32 V. Pracovní frekvence převodníku je 500 kHz.Při malých rozměrech 50 x 25 x 12 mm poskytuje deska výkon až 25 wattů. Maximální výstupní proud až 3A.

Zde je však třeba učinit poznámku. Pokud je výstupní napětí nastaveno na 10V, pak výstupní proud nemůže být vyšší než 2,5A (25W). Při výstupním napětí 5V a maximálním proudu 3A bude výkon pouze 15W. Hlavní věcí zde není přehánět: buď nepřekračujte maximální přípustný výkon, nebo nepřekračujte přípustný proud.

K převodu napětí jedné úrovně na napětí jiné úrovně se často používá pulzní měniče napětí použitím indukční skladování energie. Takové měniče se vyznačují vysokou účinností, někdy dosahující 95 %, a mají schopnost získat zvýšené, snížené nebo invertované výstupní napětí.

V souladu s tím jsou známy tři typy obvodů měniče: step-down (obr. 4.1), step-up (obr. 4.2) a invertující (obr. 4.3).

Pro všechny tyto typy měničů je společných pět prvků: napájecí zdroj, klíčový spínací prvek, indukční zásobník energie (induktor, tlumivka), blokovací dioda a filtrační kondenzátor zapojený paralelně se zátěžovým odporem.

Zahrnutí těchto pěti prvků v různých kombinacích umožňuje implementovat kterýkoli ze tří typů pulzních měničů.

Úroveň výstupního napětí měniče je řízena změnou šířky impulsů, které řídí činnost klíčového spínacího prvku a v souladu s tím i energii uloženou v indukčním zásobníku.

Výstupní napětí je stabilizováno pomocí zpětné vazby: při změně výstupního napětí se automaticky změní šířka impulsu.

Buck měnič (obr. 4.1) obsahuje sériově zapojený obvod spínacího prvku S1, indukční zásobník energie L1, zatěžovací odpor Rn a paralelně k němu zapojený filtrační kondenzátor C1. Blokovací dioda VD1 je zapojena mezi připojovací bod klíče S1 s akumulátorem energie L1 a společný vodič.

Rýže. 4.1. Princip činnosti snižovacího měniče napětí

Rýže. 4.2. Princip činnosti zvyšovacího měniče napětí

Když je klíč otevřený, dioda je zavřená, energie z napájecího zdroje se ukládá do indukčního zásobníku energie. Po sepnutí (otevření) klíče S1 se energie uložená v indukčním zásobníku L1 přenese přes diodu VD1 na zatěžovací odpor R n. Kondenzátor C1 vyhlazuje zvlnění napětí.

Zvyšovací pulzní měnič napětí (obr. 4.2) je vyroben na stejných základních prvcích, má však jejich odlišnou kombinaci: sériový obvod indukčního akumulátoru energie L1, diodu VD1 a zatěžovací odpor s filtračním kondenzátorem. zapojen paralelně C1 je připojen ke zdroji el. Spínací prvek S1 je zapojen mezi spojovací bod zásobníku energie L1 s diodou VD1 a společnou sběrnici.

Když je spínač otevřený, proud ze zdroje proudí přes induktor, ve kterém je uložena energie. Dioda VD1 je uzavřena, zátěžový obvod je odpojen od zdroje energie, klíče a zásobníku energie. Napětí na zatěžovacím odporu je udržováno díky energii uložené na filtračním kondenzátoru. Při otevření klíče se k napájecímu napětí přidá samoindukční EMF, uložená energie se přenese do zátěže přes otevřenou diodu VD1. Takto získané výstupní napětí převyšuje napájecí napětí.

Rýže. 4.3. Pulzní konverze napětí s inverzí

Impulsní invertorový měnič obsahuje stejnou kombinaci základních prvků, ale opět v jiném zapojení (obr. 4.3): sériový obvod spínacího prvku S1, dioda VD1 a zatěžovací odpor R n s filtračním kondenzátorem C1 je připojený ke zdroji energie. Indukční zásobník energie L1 je zapojen mezi spojovací bod spínacího prvku S1 s diodou VD1 a společnou sběrnici.

Převodník funguje takto: když je klíč zavřený, energie se ukládá do indukčního úložného zařízení. Dioda VD1 je uzavřena a nepropouští proud ze zdroje napájení do zátěže. Když je spínač vypnutý, samoindukční EMF zařízení pro ukládání energie je aplikováno na usměrňovač obsahující diodu VD1, zatěžovací odpor R n a filtrační kondenzátor C1. Protože usměrňovací dioda propouští do zátěže pouze záporné napěťové impulsy, vytváří se na výstupu zařízení záporné znaménko napětí (inverzní, opačné znaménko k napájecímu napětí).

Ke stabilizaci výstupního napětí spínacích regulátorů libovolného typu lze použít klasické "lineární" regulátory, které však mají nízkou účinnost. V tomto ohledu je mnohem logičtější použít pulsní stabilizátory napětí pro stabilizaci výstupního napětí pulsních měničů, zejména proto, že taková stabilizace není vůbec obtížná.

Stabilizátory spínaného napětí se zase dělí na Stabilizátory s modulovanou šířkou pulzu a dál stabilizátory s frekvenčně-pulzní modulací. V prvním z nich se délka trvání řídicích impulsů mění při konstantní frekvenci jejich opakování. Za druhé, frekvence řídicích impulsů se naopak mění s jejich délkou trvání. Existují impulsní stabilizátory se smíšenou regulací.

Níže budou zváženy radioamatérské příklady evolučního vývoje pulzních měničů a stabilizátorů napětí.

Hlavní oscilátor (obr. 4.4) pulzních měničů s nestabilizovaným výstupním napětím (obr. 4.5, 4.6) na čipu KR1006VI1 (NE 555) pracuje na frekvenci 65 kHz. Výstupní pravoúhlé impulsy generátoru jsou přiváděny přes RC obvody k paralelně zapojeným tranzistorovým klíčovým prvkům.

Induktor L1 je vyroben na feritovém kroužku o vnějším průměru 10 mm a magnetické permeabilitě 2000. Jeho indukčnost je 0,6 mH. Účinnost měniče dosahuje 82 %. Amplituda výstupního zvlnění nepřesahuje 42 mV a závisí na hodnotě kapacity

Rýže. 4.4. Hnací obvod oscilátoru pro pulzní měniče napětí

Rýže. 4.5. Schéma výkonové části náběhového pulzního měniče napětí +5/12V

Rýže. 4.6. Schéma invertujícího pulzního měniče napětí +5 / -12 V

kondenzátory na výstupu zařízení. Maximální zatěžovací proud zařízení (obr. 4.5, 4.6) je 140 mA.

Usměrňovač měniče (obr. 4.5, 4.6) využívá paralelního zapojení nízkoproudých vysokofrekvenčních diod zapojených do série s vyrovnávacími odpory R1 - R3. Celá tato sestava může být nahrazena jednou moderní diodou, určenou pro proud větší než 200 mA při frekvenci do 100 kHz a zpětné napětí minimálně 30 V (například KD204, KD226). Jako VT1 a VT2 je možné použít tranzistory typu KT81x: struktury n-p-n - KT815, KT817 (obr. 4.5) a p-n-p - KT814, KT816 (obr. 4.6) a další. Pro zlepšení spolehlivosti měniče se doporučuje zapojit paralelně s přechodem emitor-kolektor tranzistoru diodu typu KD204, KD226 tak, aby byla pro stejnosměrný proud uzavřena.

Pro přeměnu napětí jedné úrovně na napětí jiné úrovně se často používají pulzní měniče napětí využívající indukční zařízení pro ukládání energie. Takové měniče se vyznačují vysokou účinností, někdy dosahující 95 %, a mají schopnost získat zvýšené, snížené nebo invertované výstupní napětí.

V souladu s tím jsou známy tři typy obvodů měniče: step-down (obr. 4.1), step-up (obr. 4.2) a invertující (obr. 4.3).

Zahrnutí těchto pěti prvků v různých kombinacích umožňuje implementovat kterýkoli ze tří typů pulzních měničů.

Úroveň výstupního napětí měniče je řízena změnou šířky impulsů, které řídí činnost klíčového spínacího prvku a v souladu s tím i energii uloženou v indukčním zásobníku.

Výstupní napětí je stabilizováno pomocí zpětné vazby: při změně výstupního napětí se automaticky změní šířka impulsu.

Buck měnič (obr. 4.1) obsahuje sériově zapojený obvod spínacího prvku S1, indukční zásobník energie L1, zatěžovací odpor Rh a paralelně zapojený filtrační kondenzátor C1. Blokovací dioda VD1 je zapojena mezi připojovací bod klíče S1 s akumulátorem energie L1 a společný vodič.

Rýže. 4.1. Princip činnosti snižovacího měniče napětí

Rýže. 4.2. Princip činnosti zvyšovacího měniče napětí

Když je klíč otevřený, dioda je zavřená, energie z napájecího zdroje se ukládá do indukčního zásobníku energie. Po sepnutí (rozepnutí) spínače S1 se energie uložená v indukčním zásobníku L1 přenese přes diodu VD1 na zatěžovací odpor R^. Kondenzátor C1 vyhlazuje zvlnění napětí.

Rýže. 4.3. Pulzní konverze napětí s inverzí

Impulzní invertorový měnič obsahuje stejnou kombinaci základních prvků, ale opět v jiném zapojení (obr. 4.3): sériový obvod spínacího prvku S1, dioda VD1 a zatěžovací odpor R ^ s filtračním kondenzátorem C1 připojený ke zdroji energie. Indukční zásobník energie L1 je zapojen mezi spojovací bod spínacího prvku S1 s diodou VD1 a společnou sběrnici.

Převodník funguje takto: když je klíč zavřený, energie se ukládá do indukčního úložného zařízení. Dioda VD1 je uzavřena a nepropouští proud ze zdroje napájení do zátěže. Když je spínač vypnutý, samoindukční EMF zásobníku energie se aplikuje na usměrňovač obsahující diodu VD1, zatěžovací odpor Rh a filtrační kondenzátor C1. Protože usměrňovací dioda propouští do zátěže pouze záporné napěťové impulsy, vytváří se na výstupu zařízení záporné znaménko napětí (inverzní, opačné znaménko k napájecímu napětí).

Stabilizátory spínaného napětí se zase dělí na pulsně šířkově modulované stabilizátory a pulsně frekvenčně modulované stabilizátory. V prvním z nich se délka trvání řídicích impulsů mění při konstantní frekvenci jejich opakování. Za druhé, frekvence řídicích impulsů se naopak mění s jejich délkou trvání. Existují impulsní stabilizátory se smíšenou regulací.

Níže budou zváženy radioamatérské příklady evolučního vývoje pulzních měničů a stabilizátorů napětí.

Hlavní oscilátor (obr. 4.4) pulzních měničů s nestabilizovaným výstupním napětím (obr. 4.5, 4.6) na čipu KR1006VI1 pracuje na frekvenci 65 kHz. Výstupní pravoúhlé impulsy generátoru jsou přiváděny přes RC řetězce k paralelně zapojeným tranzistorovým klíčovým prvkům.

Rýže. 4.4. Hnací obvod oscilátoru pro pulzní měniče napětí

Rýže. 4.5. Schéma výkonové části náběhového pulzního měniče napětí +5/12V

Rýže. 4.6. Schéma invertujícího pulzního měniče napětí +5 / -12 V

kondenzátory na výstupu zařízení. Maximální zatěžovací proud zařízení (obr. 4.5, 4.6) je 140 mA.

Usměrňovač měniče (obr. 4.5, 4.6) využívá paralelního zapojení nízkoproudých vysokofrekvenčních diod zapojených do série s vyrovnávacími odpory R1 - R3. Celá tato sestava může být nahrazena jednou moderní diodou, určenou pro proud větší než 200 mA při frekvenci do 100 kHz a zpětné napětí minimálně 30 V (například KD204, KD226). Jako VT1 a VT2 je možné použít tranzistory typu KT81x: struktury p-p-p - KT815, KT817 (obr. 4.5) a p-p-p - KT814, KT816 (obr. 4.6) a další. Pro zlepšení spolehlivosti měniče se doporučuje zapojit paralelně s přechodem emitor-kolektor tranzistoru diodu typu KD204, KD226 tak, aby byla pro stejnosměrný proud uzavřena.

Pro získání výstupního napětí 30 ... 80 V použil P. Beljatskij převodník s hlavním oscilátorem na bázi asymetrického multivibrátoru s koncovým stupněm zatíženým na indukčním zásobníku energie - induktoru (tlumivce) L1 (obr. 4.7 ).

Rýže. 4.7. Schéma měniče napětí s hlavním oscilátorem na bázi asymetrického multivibrátoru

Zařízení je provozuschopné v rozsahu napájecího napětí 1,0 ... 1,5 S a má účinnost až 75 %.

V obvodu můžete použít standardní tlumivku 725 nebo jinou s indukčností 120 ... 200 m / sH.

Varianta koncového stupně měniče napětí je na Obr. 4.8. Když se na vstup kaskády přivede kaskáda řídicích signálů obdélníkového tvaru na úrovni GGL (5 B), získá se na výstupu převodníku napětí 250 B, když je napájen ze zdroje o napětí 12 V při zatěžovacím proudu 3 ... 5 mA (odpor zátěže je asi 100 kOhm). Indukčnost tlumivky L1 - 1 mH.

Jako VT1 můžete použít domácí tranzistor, například KT604, KT605, KT704B, KT940A (B), KT969A atd.

Rýže. 4.8. Provedení výstupního stupně konverze

Rýže. 4.9. Schéma koncového stupně měniče napětí

Obdobné zapojení koncového stupně (obr. 4.9) umožnilo při napájení ze zdroje o napětí 28 B a odběru proudu 60 mA získat výstupní napětí 250 B při zatěžovacím proudu 5 mA. . Indukčnost tlumivky - 600 uH. Frekvence řídicích impulsů - 1 kHz.

V závislosti na kvalitě výroby induktoru lze na výstupu získat napětí 150 ... 450 B s výkonem asi 1 W a účinností až 75%.

Napěťový měnič, vyrobený na bázi pulzního generátoru na mikroobvodu DA1 KR1006VI1, zesilovače založeného na tranzistoru VT1 s efektem pole a indukčního zásobníku energie s usměrňovačem a filtrem, je znázorněn na obr. 4.10.

Na výstupu převodníku se při napájecím napětí 9 B a odběru proudu 80 ... 90 mA generuje napětí 400…425 B. Nutno podotknout, že výstupní napětí není zaručeno - výrazně závisí na způsob výroby tlumivky (tlumivky) L1. Pro získání

Rýže. 4.10. Schéma napěťového měniče s pulzním generátorem na čipu KR1006VI1

Rýže. 4.11. Obvod měniče s jedním indukčním prvkem

požadované napětí, nejjednodušší je experimentálně vybrat induktor pro dosažení požadovaného napětí nebo použít násobič napětí.

Mnoho elektronických zařízení vyžaduje bipolární zdroj napětí pro napájení kladného i záporného napájecího napětí. Schéma znázorněné na Obr. 4.11 obsahuje mnohem menší počet součástek než podobná zařízení, a to z důvodu, že současně plní funkce zvyšujícího a invertujícího indukčního měniče.

Obvod měniče (obrázek 4.11) využívá novou kombinaci základních součástek a obsahuje čtyřfázový pulzní generátor, induktor a dva tranzistorové spínače.

Řídící impulsy generuje D-flip-flop (DD1.1). Během první fáze impulsů je induktor L1 akumulován s energií prostřednictvím tranzistorových spínačů VT1 a VT2. Během druhé fáze se otevře spínač VT2 a energie se přenese na kladnou výstupní napěťovou sběrnici. Během třetí fáze jsou oba spínače sepnuty, v důsledku čehož induktor opět akumuluje energii. Když je klíč VT1 otevřen během závěrečné fáze impulsů, tato energie se přenese na zápornou napájecí sběrnici. Při příjmu impulsů o frekvenci 8 kHz na vstupu poskytuje obvod výstupní napětí ±12 V. Časový diagram (obr. 4.11 vpravo) ukazuje tvorbu řídicích impulsů.

V obvodu lze použít tranzistory KT315, KT361.

Napěťový měnič (obr. 4.12) umožňuje získat na výstupu stabilizované napětí 30 V. Napětí této velikosti se používá k napájení varikapů a také vakuových fluorescenčních indikátorů.

Rýže. 4.12. Schéma měniče napětí s výstupním stabilizovaným napětím 30V

Na čipu DA1 typu KR1006VI1 je podle obvyklého schématu sestaven hlavní oscilátor, který produkuje obdélníkové impulsy s frekvencí asi 40 kHz. Na výstup generátoru je připojen tranzistorový spínač VT1, který spíná induktor L1. Amplituda impulsů při spínání cívky závisí na kvalitě její výroby. Každopádně napětí na něm dosahuje desítek voltů. Výstupní napětí je usměrněno diodou VD1. Na výstup usměrňovače je připojen RC filtr ve tvaru U a zenerova dioda VD2. Napětí na výstupu stabilizátoru je zcela určeno typem použité zenerovy diody. Jako "vysokonapěťovou" zenerovu diodu můžete použít řetězec zenerových diod s nižším stabilizačním napětím.

Na obr. 2 je napěťový měnič s indukčním zásobníkem energie, který umožňuje udržovat stabilní regulované napětí na výstupu. 4.13.

Rýže. 4.13. Obvod měniče napětí se stabilizací

Obvod obsahuje pulzní generátor, dvoustupňový výkonový zesilovač, indukční zásobník energie, usměrňovač, filtr a obvod stabilizace výstupního napětí. Rezistor R6 nastavuje požadované výstupní napětí v rozsahu od 30 do 200 V.

Tranzistorové analogy: VS237V-KT342A, KT3102; VS307V- CT3107I; BF459-KT940A.

Dvě možnosti - snižující a invertující měniče napětí jsou znázorněny na obr. 4.14. První z nich poskytuje výstupní napětí 8,4 V při zatěžovacím proudu až 300 mA, druhý umožňuje získat při stejném zatěžovacím proudu napětí se zápornou polaritou (-19,4 V). Výstupní tranzistor VT3 musí být instalován na radiátoru.

Tranzistorové analogy: 2N2222-KT3117A; 2N4903-KT814.

Snižující stabilizovaný měnič napětí využívající mikroobvod KR1006VI1 (DA1) jako hlavní oscilátor a s ochranou zatěžovacího proudu je znázorněn na obr. 4.15. Výstupní napětí je 10 V při zatěžovacím proudu do 100 mA. Při změně zátěžového odporu

Rýže. 4.14. Schémata stabilizovaných měničů napětí

Rýže. 4.15. Obvod snižovacího měniče napětí

pro 1 % se výstupní napětí měniče změní maximálně o 0,5 %.

Tranzistorové analogy: 2N1613 - KT630G, 2N2905 - KT3107E, KT814.

Pro napájení elektronických obvodů obsahujících operační zesilovače jsou často vyžadovány bipolární napájecí zdroje. Tento problém lze vyřešit použitím napěťového měniče, jehož zapojení je na Obr. 4.16.

Zařízení obsahuje generátor pravoúhlých pulsů, naložených na induktoru L1. Napětí z tlumivky je usměrněno diodou VD2 a jde na výstup zařízení (filtrační kondenzátory C3 a C4 a zatěžovací odpor). Zenerova dioda VD1 poskytuje konstantní výstupní napětí - reguluje dobu trvání pulsu kladné polarity na induktoru.

Rýže. 4.16. Obvod střídače napětí +15/-15V

Pracovní frekvence generování je cca 200 kHz při zátěži a až 500 kHz bez zátěže. Maximální zatěžovací proud je až 50 mA. Účinnost zařízení je 80%.

Nevýhodou konstrukce je poměrně vysoká úroveň elektromagnetického rušení, charakteristické však pro jiné podobné obvody.

Tlumivka DM-0,2-200 se používá jako L1.

Nejvýhodnější je sestavit vysoce výkonné moderní měniče napětí pomocí mikroobvodů speciálně navržených pro tento účel.

Mikroobvod KR1156EU5 (MC33063A, MC34063A od Motoroly) je navržen pro práci ve stabilizovaných step-up, step-down, invertních měničích s výkonem několika wattů.

Na Obr. 4.17 ukazuje schéma převodníku boost napětí na čipu KR1156EU5. Převodník obsahuje vstupní a výstupní filtrační kondenzátory C1, C3, C4, akumulační tlumivku L1, usměrňovací diodu VD1, kondenzátor C2 nastavující kmitočet převodníku, filtrační tlumivku L2 pro vyhlazení zvlnění. Rezistor R1 slouží jako proudový snímač. Dělič napětí R2, R3 určuje hodnotu výstupního napětí.

Rýže. 4.17. Schéma zapnutí zvyšovacího měniče napětí

Frekvence převodníku se při vstupním napětí 12 B a jmenovité zátěži blíží 15 kHz. Rozsah zvlnění napětí na kondenzátorech C3 a C4 byl 70 a 15 mB.

Tlumivka L1 o indukčnosti 170 μH je navinuta na třech lepených kroužcích K12x8x3 M4000NM s drátem PESHO 0,5. Vinutí se skládá z 59 závitů. Každý kroužek by se měl před navinutím rozlomit na dvě části. Do jedné z mezer se vloží běžné těsnění z textolitu tloušťky 0,5 mm a obal se slepí. Můžete také použít feritové kroužky s magnetickou permeabilitou nad 1000.

Příklad step-down převodníku na čipu KR1156EU5 je na Obr. 4.18. Na vstup takového převodníku nelze přivést napětí větší než 40 B. Frekvence převodníku je 30 kHz při Ubx \u003d 15 B. Rozsah zvlnění napětí na kondenzátorech C3 a C4 je 50 mV.

Tlumivka L1 s indukčností 220 μH je navinuta podobným způsobem (viz výše) na třech kroužcích, ale mezera při lepení čipu KR1156EU5

Rýže. 4.18. Schéma redukčního měniče napětí na mikroobvodu KR115vEU5

Obvod invertujícího měniče napětí na mikroobvodu KR115vEU5 byl nastaven na 0,25 mm, vinutí obsahovalo 55 závitů stejného drátu.

Následující obrázek (obr. 4.19) ukazuje typické zapojení invertujícího měniče napětí na čipu KR1156EU5. Čip DA1 je napájen součtem vstupního a výstupního napětí, které by nemělo přesáhnout 40 V.

Pracovní frekvence měniče - 30 kHz při Ubx=5 V; rozsah zvlnění napětí na kondenzátorech C3 a C4 je 100 a 40 mV.

Pro induktor L1 invertního měniče s indukčností 88 μH byly použity dva kroužky K12x8x3

M4000NM s mezerou 0,25 mm. Vinutí se skládá z 35 závitů drátu PEV-2 0,7.

Tlumivka L2 ve všech převodnících je standardní - DM-2,4 s indukčností 3 μH.

Dioda VD1 ve všech obvodech (obr. 4.17 - 4.19) musí být Schottkyho dioda.

Pro získání bipolárního napětí z unipolárního vyvinul MAXIM specializované mikroobvody. Na Obr. 4.20 ukazuje možnost přeměny nízkého napětí (4,5 ... ,5 V) na bipolární výstupní napětí 12 (nebo 15 V) při zatěžovacím proudu až 130 (nebo 100 mA).

Rýže. 4.20. Obvod měniče napětí na čipu MAX743

Vnitřní strukturou se mikroobvod neliší od typické konstrukce tohoto druhu měničů vyrobených na diskrétních prvcích, integrovaná konstrukce však umožňuje vytvářet vysoce účinné měniče napětí s minimálním počtem vnějších prvků.

Takže u mikroobvodu MAX743 (obr. 4.20) může konverzní frekvence dosáhnout 200 kHz (což je mnohem vyšší než konverzní frekvence velké většiny převodníků vyrobených na diskrétních prvcích). Při napájecím napětí 5 V je účinnost 80 ... 82% s nestabilitou výstupního napětí nejvýše 3%.

Mikroobvod je vybaven ochranou proti nouzovým situacím: při poklesu napájecího napětí o 10 % pod normální hodnotu a také při přehřátí skříně (nad 195°C).

Pro snížení výstupního zvlnění převodníku s převodním kmitočtem (200 kHz) jsou na výstupech zařízení instalovány LC filtry ve tvaru U. Propojka L na pinech 11 a 13 mikroobvodu je určena ke změně hodnoty výstupních napětí.

Pro převod nízkého napětí (2,0 ... 4,5 V) na stabilizované 3,3 nebo 5,0 V je navržen speciální mikroobvod vyvinutý společností MAXIM, MAX765. Domácí analogy - KR1446PN1A a KR1446PN1B. Mikroobvod pro podobný účel - MAX757 - umožňuje získat plynule nastavitelné napětí na výstupu v rozsahu 2,7 ... 5,5 B.

Rýže. 4.21. Obvod nízkonapěťového zesilovacího měniče na 3,3 nebo 5,0 V

Obvod měniče znázorněný na Obr. 4.21, obsahuje malé množství vnějších (namontovaných) dílů. Toto zařízení funguje podle tradičního principu popsaného výše. Pracovní frekvence generátoru závisí na vstupním napětí a zatěžovacím proudu a pohybuje se v širokém rozsahu - od desítek Hz do 100 kHz. Hodnota výstupního napětí je určena tím, kde je připojen pin 2 čipu DA1: pokud je připojen na společnou sběrnici (viz obr. 4.21), je výstupní napětí čipu KR1446PN1A 5,0 ± 0,25 B, pokud je tento pin připojen na pin 6, pak výstupní napětí klesne na 3,3 ± 0,15 B. Pro mikroobvod KR1446PN1B budou hodnoty 5,2 ± 0,45 B, respektive 3,44 ± 0,29 B. Maximální výstupní proud převodníku je 100 mA. Čip MAX765 poskytuje výstupní proud 200 mA při napětí 5 V a 300 mA při napětí 3,3 B. Účinnost převodníku je až 80 %.

Účelem pinu 1 (SHDN) je dočasně deaktivovat převodník zkratováním tohoto pinu na společný vodič. Výstupní napětí v tomto případě klesne na hodnotu o něco nižší než vstupní napětí.

LED HL1 je určena k indikaci nouzového poklesu napájecího napětí (pod 2 B), i když samotný převodník je schopen pracovat při nižších hodnotách vstupního napětí (až 1,25 B a méně).

Induktor L1 je proveden na kroužku K10x6x4,5 vyrobeném z feritu M2000NM1. Obsahuje 28 závitů PESHO drátu 0,5 mm a má indukčnost 22 uH. Před navinutím se feritový kroužek rozlomí na polovinu, když byl předtím opilován diamantovým pilníkem. Poté se kroužek přilepí epoxidovým lepidlem a do jedné z výsledných mezer se nainstaluje textolitové těsnění o tloušťce 0,5 mm. Takto získaná indukčnost induktoru závisí ve větší míře na tloušťce mezery a v menší míře na magnetické permeabilitě jádra a počtu závitů cívky. Pokud se smíříte se zvýšením úrovně elektromagnetického rušení, pak můžete použít tlumivku typu DM-2,4 s indukčností 20 μH.

Kondenzátory C2 a C5 typu K53 (K53-18), C1 a C4 - keramické (pro snížení úrovně vysokofrekvenčního rušení), VD1 - Schottkyho dioda (1N5818, 1N5819, SR106, SR160 atd.).

Převodník (síťový zdroj Philips, obr. 4.22) se vstupním napětím 220 B poskytuje při zatěžovacím výkonu 2 W výstupní stabilizované napětí 12 B.

Beztransformátorový zdroj (obr. 4.23) je určen k napájení přenosných a kapesních přijímačů ze sítě 220 V AC. Upozorňujeme, že tento zdroj není elektricky izolován od sítě. Při výstupním napětí 9 B a zatěžovacím proudu 50 mA odebírá zdroj ze sítě cca 8 mA.

Síťové napětí, usměrněné diodovým můstkem VD1 - VD4 (obr. 4.23), nabíjí kondenzátory C1 a C2. Čas

Rýže. 4.22. Schéma zapojení napájecího zdroje Philips

Rýže. 4.23. Schéma beztransformátorového zdroje na bázi spínaného měniče napětí

náboj kondenzátoru C2 je určen obvodovou konstantou R1, C2. V prvním okamžiku po zapnutí zařízení je tyristor VS1 sepnut, ale při určitém napětí na kondenzátoru C2 se otevře a připojí k tomuto kondenzátoru obvod L1, NW. V tomto případě bude z kondenzátoru C2 nabíjen vysokokapacitní kondenzátor C3. Napětí na kondenzátoru C2 se sníží a na kondenzátoru C3 se zvýší.

Proud induktorem L1, rovný nule v prvním okamžiku po otevření tyristoru, se postupně zvyšuje, dokud se napětí na kondenzátorech C2 a C3 nevyrovnají. Jakmile k tomu dojde, tyristor VS1 se uzavře, ale energie uložená v induktoru L1 bude nějakou dobu udržovat nabíjecí proud kondenzátoru C3 přes otevřenou diodu VD5. Dále se uzavře dioda VD5 a začne relativně pomalé vybíjení kondenzátoru C3 zátěží. Zenerova dioda VD6 omezuje napětí na zátěži.

Jakmile se sepne tyristor VS1, začne napětí na kondenzátoru C2 opět narůstat. V určitém okamžiku se tyristor znovu otevře a začne nový cyklus provozu zařízení. Vypínací frekvence tyristoru je několikanásobně vyšší než frekvence zvlnění napětí na kondenzátoru C1 a závisí na jmenovitých hodnotách obvodových prvků R1, C2 a parametrech tyristoru VS1.

Kondenzátory C1 a C2 jsou typu MBM pro napětí nejméně 250 V. Tlumivka L1 má indukčnost 1 ... 2 mH a odpor nejvýše 0,5 Ohm. Je navinuta na válcovém rámu o průměru 7 mm. Šířka vinutí je 10 mm, skládá se z pěti vrstev PEV-2 drátu 0,25 mm navinutých těsně, cívka k cívce. Do otvoru rámu je vloženo laděné jádro 002,8 × 12 z feritu M200NN-3. Indukčnost induktoru lze měnit v širokém rozsahu a někdy zcela eliminovat.

Rýže. 4.24. Schéma snižovacího měniče napětí se síťovým beztransformátorovým napájením

Schémata zařízení pro přeměnu energie jsou na obr. 4,24 a 4,25. Jsou to snižovací výkonové měniče napájené zhášecími kondenzátorovými usměrňovači. Výstupní napětí zařízení je stabilizováno. Jako dinistory VD4 lze použít domácí nízkonapěťové analogy - KN102A, B. Stejně jako předchozí zařízení (obr. 4.23) mají zdroje (obr. 4.24 a 4.25) galvanické spojení se sítí.

V měniči napětí S. F. Oikolenko s „pulzní ukládáním energie“ (obr. 4.26) jsou klíče K1 a K2 vyrobeny na tranzistorech KT630, řídicí systém (CS) je na mikroobvodu řady K564. Akumulační kondenzátor C1 -

Rýže. 4.25. Varianta obvodu snižovacího měniče napětí se síťovým beztransformátorovým napájením

Rýže. 4.26. Obvod pulsního akumulačního měniče napětí

Rýže. 4.27. Schéma pulzně-rezonančního měniče N. M. Muzychenko

47 uF. Jako zdroj energie je použita baterie 9 V. Výstupní napětí při zatěžovacím odporu 1 kΩ dosahuje 50 V. Účinnost je 80 % a zvyšuje se na 95 % při použití struktur MO / 7 typu RFLIN20L jako klíčových prvků K1 a K2

Pulsně-rezonanční měniče navržené Ph.D. N. M. Muzychenko, z nichž jeden je na Obr. 4.27, v závislosti na tvaru proudu v klíči VT1, jsou rozděleny do tří druhů, ve kterých se spínací prvky zavírají při nulovém proudu a otevírají při nulovém napětí. Ve spínací fázi pracují měniče jako rezonanční a zbytek, většinu periody, jako impulsní.

Charakteristickým rysem takových měničů je, že jejich výkonová část je vyrobena ve formě indukčně-kapacitního můstku s přepínačem v jedné diagonále a se spínačem a zdrojem energie ve druhé. Taková schémata (obr. 4.27) jsou vysoce účinná.