Bộ biến đổi xung điện áp đơn giản

Nhiều người mới bắt đầu cảm thấy khó khăn trong việc xác định loại nguồn cung cấp, nhưng nó không quá khó. Các phương pháp chuyển đổi điện áp chính là sử dụng một trong hai tùy chọn mạch điện:

• Máy biến áp;

• Nguồn cung cấp điện biến áp.

Đổi lại, máy biến áp khác nhau trong các loại mạch:

• Mains, với một máy biến áp hoạt động ở tần số 50 Hz;

• Xung, với một máy biến áp hoạt động ở tần số cao (hàng chục nghìn Hz).

Mạch xung của nguồn cung cấp năng lượng có thể làm tăng hiệu suất tổng thể của sản phẩm cuối cùng, bằng cách tránh tổn thất tĩnh trên bộ ổn định tuyến tính và các yếu tố khác.

Mạch biến áp

Nếu có nhu cầu nguồn điện từ nguồn điện gia dụng 220 V, các thiết bị đơn giản nhất có thể được bật từ nguồn cung cấp sử dụng các yếu tố dằn để giảm điện áp. Một ví dụ được biết đến rộng rãi của một nguồn năng lượng như vậy là một mạch tụ điện dằn.

Tuy nhiên, có một số trình điều khiển được tích hợp Bộ điều khiển PWM và một phím nguồn để xây dựng bộ chuyển đổi xung không biến áp, những thứ này rất phổ biến trong Bóng đèn LED và công nghệ khác.

Trong trường hợp nguồn điện từ nguồn trực tiếp, ví dụ, pin hoặc pin điện khác, hãy sử dụng:

• Bộ ổn định điện áp tuyến tính (bộ ổn định tích hợp của loại KREN hoặc L78xx có hoặc không có bóng bán dẫn thông qua, bộ ổn định tham số từ diode zener và bóng bán dẫn)

• Bộ chuyển đổi xung (bước xuống - Bucks, bước lên - BOOST hoặc bước lên - Bucks-BOOST)

Ưu điểm của bộ nguồn và bộ chuyển đổi nguồn không biến áp như sau:

• Không cần cuộn dây máy biến áp, chuyển đổi được thực hiện bởi van tiết lưu và chìa khóa;

• Một hệ quả của trước đó là kích thước nhỏ của các nguồn năng lượng.

Nhược điểm:

• Việc không có sự cách ly điện, trong trường hợp trục trặc của các phím dẫn đến sự xuất hiện của điện áp của nguồn điện chính. Điều này rất quan trọng đặc biệt nếu vai trò của nó được phát bởi mạng 220 V;

• Nguy cơ sốc điện, là kết quả của khớp nối điện;

• Kích thước lớn của cuộn cảm trên bộ biến đổi công suất cao đặt ra nghi ngờ về tính khả thi của việc sử dụng cấu trúc liên kết này của nguồn cung cấp điện. Với các chỉ số trọng lượng và kích thước tương đương, bạn có thể sử dụng một máy biến áp, bộ chuyển đổi cách ly điện.

Các loại chính của bộ chuyển đổi điện áp chuyển đổi

Trong tài liệu trong nước, chữ viết tắt "IPPN" thường được tìm thấy, viết tắt của: Bộ chuyển đổi điện áp xung xuống (hoặc tăng cường hoặc cả hai)

Là một cơ sở, ba sơ đồ cơ bản có thể được phân biệt.

1. IPPN1 - Công cụ chuyển đổi bước xuống, trong tài liệu tiếng Anh - CHUYỂN ĐỔI DC CHUYỂN ĐỔI hoặc Bước xuống.

2. IPPN2 - Bộ chuyển đổi tăng cường, trong tài liệu tiếng Anh - BOOST DC CONVERTER hoặc Step-up.

3. IPPN3 - Bộ chuyển đổi đảo ngược với khả năng tăng và giảm điện áp, CHUYỂN ĐỔI DC Bucks-BOOST.

Làm thế nào để một bộ chuyển đổi buck xung hoạt động?

Hãy bắt đầu bằng cách xem xét nguyên tắc hoạt động của sơ đồ đầu tiên - IPPN1.

 

Trong sơ đồ, hai mạch công suất có thể được phân biệt:

1. "+" từ nguồn điện được cung cấp thông qua khóa riêng (bóng bán dẫn của bất kỳ loại độ dẫn tương ứng nào) đến Lн (cuộn cảm lưu trữ), sau đó dòng điện chạy qua tải đến nguồn điện "-".

2. Mạch thứ hai được hình thành từ diode Tôi, van tiết lưu và kết nối tải Rн.

Khi khóa được đóng, dòng điện chạy dọc theo mạch sơ cấp, dòng điện chạy qua cuộn cảm và năng lượng được tích lũy trong từ trường của nó. Khi chúng ta tắt (mở) chìa khóa, năng lượng được lưu trữ trong cuộn dây sẽ bị tiêu tán vào tải, trong khi dòng điện chạy qua mạch thứ hai.

Điện áp ở đầu ra (tải) của bộ chuyển đổi như vậy là

Uout = Uin * Ku

Ku là hệ số chuyển đổi, phụ thuộc vào chu kỳ làm việc của các xung điều khiển của công tắc nguồn.

Ku = Uout / Uin

Chu kỳ nhiệm vụ "D" là tỷ lệ thời gian khi khóa được mở với chu kỳ PWM. "D" có thể lấy các giá trị từ 0 đến 1.

QUAN TRỌNG: Đối với STI1 Ku = D. Điều này có nghĩa là các giới hạn quy định của bộ ổn định này xấp xỉ bằng nhau - 0 ... Uout.

Điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi như vậy có cực tương tự với điện áp đầu vào.

Làm thế nào để một bộ chuyển đổi điện áp tăng xung

IPPN2 - có thể tăng điện áp từ điện áp cung cấp lên giá trị cao hơn hàng chục lần so với nó. Theo sơ đồ, nó bao gồm các yếu tố giống như trước đây.

Bất kỳ chuyển đổi loại này có trong thành phần của nó ba hoạt chất chính:

• Khóa được quản lý (Bipolar, Field, Các bóng bán dẫn IGBT, MOSFET);

• Phím không điều khiển (diode chỉnh lưu);

• Độ tự cảm tích lũy.

Dòng điện luôn chảy qua cuộn cảm, chỉ có cường độ thay đổi.

Để hiểu nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi này, bạn cần nhớ luật chuyển đổi cho cuộn cảm: "Dòng điện qua cuộn cảm không thể thay đổi ngay lập tức".

Điều này được gây ra bởi một hiện tượng như EMF tự cảm ứng hoặc EMF phản cảm. Vì trường điện từ của cuộn cảm ngăn chặn sự thay đổi đột ngột của dòng điện, nên cuộn dây có thể được biểu diễn dưới dạng nguồn điện. Sau đó, trong mạch này, khi khóa được đóng qua cuộn dây, một dòng điện có cường độ lớn bắt đầu chảy, nhưng, như đã nói rõ, nó không thể tăng.

Counter-EMF là một hiện tượng khi ở cuối cuộn dây, EMF xuất hiện ngược lại với những gì được áp dụng. Nếu bạn trình bày điều này trong sơ đồ cho rõ ràng, bạn sẽ phải tưởng tượng cuộn cảm ở dạng nguồn EMF.

Số Số 1 1 chỉ ra trạng thái của mạch khi khóa được đóng. Xin lưu ý rằng nguồn điện và cuộn EMF biểu tượng được kết nối nối tiếp với các cực dương, tức là giá trị EMF của chúng bị trừ đi. Trong trường hợp này, độ tự cảm ngăn cản dòng điện đi qua, hay nói đúng hơn là làm chậm sự tăng trưởng của nó. Khi nó phát triển, sau một khoảng thời gian không đổi nhất định, giá trị của EMF đối nghịch giảm và dòng điện qua cuộn cảm tăng.

Hồi ức trữ tình:

Giá trị của EMF của tự cảm ứng, giống như bất kỳ EMF nào khác, được đo bằng Volts.

Trong khoảng thời gian này, dòng điện chính chạy dọc theo mạch: khóa đóng nguồn tự cảm.

Khi khóa SA mở, mạch 2. Dòng điện bắt đầu chạy dọc theo một mạch như vậy: cung cấp điện-cuộn cảm-diode-tải. Vì điện trở tải, thường nhiều hơn điện trở kênh của một bóng bán dẫn kín. Trong trường hợp này, một lần nữa - dòng điện chạy qua cuộn cảm không thể thay đổi đột ngột, cuộn cảm luôn tìm cách duy trì hướng và cường độ của dòng điện, do đó, EMF ngược lại xuất hiện, nhưng ở cực ngược.

Lưu ý cách trong sơ đồ thứ hai, các cực của Nguồn điện và nguồn EMF thay thế cuộn dây được kết nối. Chúng được kết nối nối tiếp bởi các cực đối diện và các giá trị của các EMF này được cộng lại.

Do đó, sự gia tăng điện áp xảy ra.

Trong quá trình lưu trữ năng lượng điện cảm, tải được cung cấp bởi năng lượng được lưu trữ trước đó trong tụ điện làm mịn.

Hệ số chuyển đổi trong IPPN2 là

Ku = 1 / (1-D)

Như có thể thấy từ công thức - D càng lớn là chu kỳ nhiệm vụ, điện áp đầu ra càng lớn. Cực tính của công suất đầu ra giống như đầu vào cho loại bộ chuyển đổi này.

Làm thế nào để chuyển đổi điện áp đảo ngược

Bộ chuyển đổi điện áp đảo ngược là một thiết bị khá thú vị, bởi vì nó có thể hoạt động cả ở chế độ hạ áp và ở chế độ tăng. Tuy nhiên, điều đáng xem xét là sự phân cực của điện áp đầu ra của nó ngược với đầu vào, tức là tiềm năng tích cực là trên dây chung.

Đảo ngược cũng đáng chú ý theo hướng mà diode D. được bật. Nguyên tắc hoạt động hơi giống với IPPN2. Tại thời điểm khóa T được đóng, quá trình tích lũy năng lượng tự cảm xảy ra, năng lượng từ nguồn không vào được tải do diode D. Khi khóa được đóng, năng lượng tự cảm bắt đầu tiêu tan trong tải.

Dòng điện tiếp tục chạy qua cuộn cảm, một EMF tự cảm ứng xảy ra, hướng theo cách sao cho một cực đối diện với nguồn năng lượng chính được hình thành ở hai đầu của cuộn dây. Tức là trong đường giao nhau của bộ phát của bóng bán dẫn (cống, nếu bóng bán dẫn hiệu ứng trường), cực âm của diode và cuối cuộn dây tạo thành một điện thế âm. Ở đầu đối diện, tương ứng, là tích cực.

Hệ số chuyển đổi IPPN3 bằng:

Ku = D / (1-D)

Bằng cách thay thế đơn giản hệ số điền vào công thức, chúng tôi xác định rằng có giá trị D là 0,5, bộ chuyển đổi này hoạt động như một bộ chuyển đổi xuống và từ trên xuống - như một bộ chuyển đổi tăng.

Làm thế nào để kiểm soát một bộ chuyển đổi như vậy?

Có thể mô tả tất cả các tùy chọn để xây dựng bộ điều khiển PWM vô hạn, một số tập tài liệu kỹ thuật có thể được viết về điều này. Tôi muốn giới hạn bản thân mình để liệt kê một vài tùy chọn đơn giản:

1. Lắp ráp một mạch đa biến không đối xứng. Thay vì VT3, một bóng bán dẫn được kết nối trong các mạch IPPN.

2. Một tùy chọn phức tạp hơn một chút, nhưng ổn định hơn về tần số, là PWM trên NE555 (bấm vào hình để phóng to).

Thực hiện thay đổi trên mạch, VT1 là một bóng bán dẫn, chúng tôi thay đổi mạch để ở vị trí của nó có một bóng bán dẫn IPPN.

3. Tùy chọn sử dụng vi điều khiển, vì vậy bạn cũng có thể thực hiện nhiều chức năng bổ sung, cho người mới bắt đầu, họ sẽ hoạt động tốt Vi điều khiển AVR. Có một video hướng dẫn tuyệt vời về điều này.

Kết luận

Chuyển đổi bộ chuyển đổi điện áp là một chủ đề rất quan trọng trong ngành công nghiệp cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử. Các mạch như vậy được sử dụng ở khắp mọi nơi, và gần đây, với sự phát triển của "sản xuất tại nhà" hoặc hiện đang được gọi là "DIY" và sự phổ biến của trang web AliExpress, các bộ chuyển đổi này đã trở nên đặc biệt phổ biến và theo yêu cầu, bạn có thể đặt mua một bảng mạch làm sẵn đã trở thành một công cụ chuyển đổi cổ điển. LM2596 và tương tự chỉ với một vài đô la, trong khi bạn có khả năng điều chỉnh điện áp hoặc dòng điện hoặc cả hai.

 

Một bảng phổ biến khác là mini-360

Bạn có thể nhận thấy rằng không có bóng bán dẫn trong các mạch này. Thực tế là nó được tích hợp vào chip, ngoại trừ nó có bộ điều khiển PWM, mạch phản hồi để ổn định điện áp đầu ra, v.v. Tuy nhiên, các mạch này có thể được khuếch đại bằng cách cài đặt một bóng bán dẫn bổ sung.

Nếu bạn quan tâm đến việc thiết kế một mạch cho nhu cầu của mình, thì bạn có thể đọc thêm về các tỷ lệ thiết kế trong tài liệu sau:

• Các thành phần để xây dựng các nguồn năng lượng, các công ty, Mikhail Baburin, Alexey Pavlenko, Nhóm các công ty Symmetron

• "Bộ chuyển đổi bóng bán dẫn ổn định" V.S. Moin, Energoatomizdat, M. 1986.