Mitä tulee suunnitelmiin yksinkertainen pulssimuuntimet vakiojännite.

Pulssimuuntimien tärkeimmät edut:
Ensinnäkin niillä on korkea hyötysuhde, ja toiseksi ne voivat toimia lähtöjännitteellä, joka on pienempi kuin lähtö.

Pulssimuuntimet on jaettu ryhmiin:

• - askel alas, askel ylös, kääntäminen;
• - stabiloitu, epävakaa;
• – galvaanisesti eristetty, eristämätön;
• – kapealla ja laajalla tulojännitealueella.

Kotitekoisten pulssimuuntimien valmistukseen on parasta käyttää erikoistuneita integroituja piirejä - ne on helpompi koota, eivätkä ne ole oikeita asennuksen aikana.

Stabiloitumaton transistorimuunnin

Tämä muunnin toimii taajuudella 50 kHz, galvaanisen eristyksen tarjoaa T1-muuntaja, joka on kiedottu K10x6x4.5 renkaaseen, joka on valmistettu 2000NM ferriitistä ja sisältää: ensiökäämityksen - 2x10 kierrosta, toisiokäämin - 2x70 kierrosta PEV-0.2 lanka. Transistorit voidaan korvata KT501B:llä. Akun virtaa ei käytännössä kuluteta kuorman puuttuessa.

Stabiloitu transistorijännitemuunnin

Muuntaja T1 on kiedottu ferriittirenkaaseen, jonka halkaisija on 7 mm, ja se sisältää kaksi käämiä 25 kierrosta lankaa PEV = 0,3.

Epätasapainoinen multivibraattoriin perustuva jännitteenmuunnin

Push-pull vakauttamaton muuntaja, joka perustuu multivibraattoriin (VT1 ja VT2) ja tehovahvistimeen (VT3 ja VT4). Lähtöjännite valitaan pulssimuuntajan T1 toisiokäämin kierrosten lukumäärän mukaan.

Muunnin erikoistuneella sirulla MAX631

Stabiloiva tyyppimuunnin, joka perustuu MAXIMin MAX631-siruun. Tuotantotaajuus on 40 ... 50 kHz, tallennuselementti on L1-kuristin.

MAX660:n säätelemätön kaksivaiheinen jännitteenkerroin

Voit käyttää toista kahdesta sirusta erikseen, esimerkiksi toista, kertomaan kahden akun jännitteen.

Tehostuksen säätimen vaihto MAX1674-sirulle

Tyypillinen piiri MAXIM:n MAX1674-sirun kytkentätehostabilisaattorin kytkemiseksi päälle. Toimintaa ylläpidetään 1,1 voltin tulojännitteellä. Hyötysuhde - 94%, kuormitusvirta - jopa 200 mA.

MCP1252-33X50: Kaksi jännitettä yhdestä virtalähteestä

Voit vastaanottaa kaksi erilaista stabiloitua jännitettä, joiden hyötysuhde on 50 ... 60% ja kuormitusvirta jopa 150 mA jokaisessa kanavassa. Kondensaattorit C2 ja C3 ovat energian varastointilaitteita.

Vaihdetaan MAXIM:n MAX1724EZK33-sirun askelvakain

Tyypillinen piiri erikoistuneen mikropiirin kytkemiseen MAXIMilta. Pysyy toimintakunnossa 0,91 voltin tulojännitteellä, siinä on pienikokoinen SMD-paketti ja se tarjoaa jopa 150 mA:n kuormitusvirran 90 %:n hyötysuhteella.

Buck-säätimen vaihto TL497-sirulle

Tyypillinen piiri kytkentävastussäätimen päälle kytkemiseksi laajalti saatavilla olevalla TEXAS-sirulla. Vastus R3 säätää lähtöjännitettä välillä + 2,8 ... + 5 volttia. Vastus R1 asettaa virran oikosulku, joka lasketaan kaavalla: Ikz (A) \u003d 0,5 / R1 (Ohm)

Integroitu jänniteinvertteri ICL7660-sirulle

Integroitu jänniteinvertteri, hyötysuhde - 98%.

Kaksi eristettyä muuntajaa, jotka perustuvat DC-102- ja DC-203-siruihin

Kaksi eristettyä jännitemuuntajaa DA1 ja DA2, jotka on kytketty "eristämättömän" piirin mukaisesti yhteisellä "maadolla".

Bipolaarinen stabiloitu jännitteenmuunnin

Induktanssi primäärikäämitys muuntaja T1 - 22 μH, ensiökäämin kierrosten suhde kuhunkin toisioon - 1: 2,5.

MAX734 stabiloitu tehostusmuunnin

Tyypillinen järjestelmä stabiloidusta tehostusmuuntimesta MAXIM-sirulla.

Epätyypillinen MAX232-sirun sovellus

Tämä siru toimii yleensä RS-232-ohjaimena. Jännitteen kertolasku saadaan kertoimella 1,6 ... 1,8.

Kiinan pulssimarkkinat DC-DC muuntimet aika leveä. Ja vaeltaessani tunnetun AliExpressin avaruudessa törmäsin pieneen, halvaan, mutta samalla melko tehokkaaseen muuntimeen. On sanottava heti, että viestintätarkoituksiin se, kuten mikä tahansa pulssimuunnin, on rajoitettu, mutta ansaitsee siitä huolimatta tarkkaa huomiota koonsa vuoksi.

Aiemmin kirjoitin jo erilaisista pulssimuuntimista, joita voit käyttää projekteissasi.

Mutta niillä kaikilla on suhteellisen suuret mitat, eivätkä ne ole aina käteviä käyttää. Tämän katsauksen sankari on paljon kompaktimpi, mutta tarjoaa samalla samanlaiset suorituskykyparametrit. Muunninlevy toimitetaan pakattuna antistaattiseen pussiin.

Ulkonäöltään vauva näyttää erittäin kevyeltä, mutta älä kiirehdi johtopäätöksiin.

Levyn mitat ovat 22 x 17 mm. Verrattuna 10 ruplan kolikkoon.

Muunnin on rakennettu erikoistuneen MP1584-muunninsirun pohjalta, jonka pääominaisuudet ovat:

• Tulojännite voi vaihdella 4,5 - 28 volttia.
• Lähtöjännite on säädettävissä välillä 0,8 - 25 volttia.
• Sisäänrakennettu FET tarjoaa käyttövirran jopa 3A
• Toimintataajuus on jopa 1,5 MHz (tämä selittää pienet mitat).
• Sisäänrakennettu ylikuumenemissuoja (kun lämpötila saavuttaa 120 celsiusastetta, muunnin sammuu)
• Riittävän alhainen aaltoilu muuntimen tulossa ja lähdössä.
• Lähdön oikosulkusuojaus.

Puutteista voidaan mainita täydellinen suojan puute napaisuuden vaihtoa vastaan. Ja jos vahingossa sekoitat napaisuuden, MP1584-siru räjähtää räjähdysmäisesti (yksi muuntimista kuoli tieteen nimissä). 🙂

MP1584 kytkentäkaavio datalehdestä. Itse asiassa sen mukaan muuntimemme on koottu. Käytettävissä on myös tehokkuuskaavio kulutetusta virrasta riippuen.

Testit

Muuntimen testaamiseksi yhdistämme siihen M-Tech Legend III -radioaseman,

Itse muuntaja saa virtansa Atten PPS3005S -laboratoriovirtalähteestä, joka pystyy syöttämään 31 voltin jännitteitä ja 5A virtaa. Mittaamme virran ja jännitteen Vichy VC8145 -yleismittarilla.

Otamme parametrit ennen ja jälkeen muuntimen.

Muuntimen hyötysuhde tehon suhteen on noin 90%, mikä on ihan hyvä. 10 % menetys on varsin hyväksyttävä arvo. Sinun on myös muistettava, että hyötysuhde laskee jyrkästi, kun tulo- ja lähtöjännitteen hajautus on alle 3 V (dokumentaatiossa alle 5). Joten vauvamme tehokkuus on jopa suurempi kuin vanhempien veljien.

Mittaataan muuntimen tulon ja lähdön aaltoilu normaalikuormalla M-Tech Legend III -radioaseman muodossa. Tutkimme signaalia tulossa ja lähdössä Atten ADS1102CAL -oskilloskoopilla. Tärkein tutkittava parametri on dV (pulsaatioamplitudi kursoreiden CurA ja CurB välillä).

Aaltoilu tulossa (vastaanotto)

Ulostulon ripple (vastaanotto)

Input Ripple (lähetys)

Lähtö ripple (lähetys)

Verrattuna vastaaviin, mutta matalataajuisempiin muuntimiin, se näyttää melko hyvältä.

Lämpötilajärjestelmä

Tarkistamme muuntimen lämmityksen käytön aikana.

Valmiustila, virrankulutus 294mA

1 minuutin lähetyksen jälkeen virrankulutus on 1,55 A.

Kuten näette, itse muuntimen siru on kuumentunut eniten. Tietenkin meidän vauvallamme on vaikeuksia, mutta yleisesti ottaen hän läpäisi testin.

Häiriö

MP1584:n dokumentaatiossa sanotaan: Kun kytketään 1,5 MHz:n taajuudella, MP1584 pystyy estämään EMI- (Electromagnetic Interference) -kohinaongelmat, kuten AM-radio- ja ADSL-sovelluksissa esiintyvät ongelmat. Mitä se tarkoittaa käännöksessä: Koska muunnos tapahtuu 1,5 MHz:n taajuudella, MP1584:n ei pitäisi tuottaa sähkömagneettista kohinaa, joka aiheuttaa ongelmia lähetin-vastaanottimien käyttäessä amplitudimodulaatiota ja ADSL-tekniikkaa. Kokemukseni mukaan M-Tech Legend III -radio, kun se oli kytketty tämän muuntimen kautta, ei osoittanut havaittavaa herkkyyden heikkenemistä. Silti pulssimuuntimien toimintaperiaatteet huomioon ottaen en suosittele sen käyttöä herkkien viestintälaitteiden virtalähteenä. Anturin kompakti koko mahdollistaa sen sijoittamisen jopa aseman sisälle, mutta ei tiedetä, kuinka paljon tämä vaikuttaa haitallisesti vastaanottimen herkkyyteen, vaan tämän asian tarkistamiseksi on tehtävä lisätutkimuksia.

Tulokset

Tämän seurauksena meillä on erinomainen pienoismuunnin, jolla voidaan helposti antaa virtaa erilaisille laitteille, esimerkiksi rakentaa virtapankki lyijyakulle, joka lataa mobiililaitteitasi. Aivan äskettäin minulla oli juuri samanlainen tehtävä, antaa virtaa kentällä ampumiseen tarkoitetuista varusteista, jotta ei olisi kovin riippuvainen varusteisiin sisäänrakennetuista akuista, ja MP1584-sirun muuntimet selviytyivät tästä tehtävästä täydellisesti.

K1224PN1x - integroitu piiri on matalasta DC:stä korkeaan AC-muunnin ja sitä käytetään ohjaamaan tasaista loisteputkilamppu. Jännitteen lisäys suoritetaan käyttämällä ulkoista induktanssia, jolle syntyy suurjännitepulsseja sisäisen pumppugeneraattorin taajuudella. Lähtöjännitteen vaihetta ohjaa vaihekytkentägeneraattori. Kunkin generaattorin taajuus määräytyy ulkoisen kapasitanssin mukaan. IC sisältää: kaksi itseoskillaattoria, jotka muodostavat pumpun taajuuden ja kytkentäjakson […]

1156EU1-siru on joukko toiminnallisia elementtejä, jotka on suunniteltu rakentamaan tehostus-, alas- tai käänteistyyppinen kytkentäsäädin. Laite K1156EU1T valmistetaan keraami-metallikotelossa tyyppi 4112.16-3 ja KR1156EU1 - muovikotelossa tyyppi 283.16-2. OMINAISUUDET Suunniteltu buckille, boostille ja invertille säätimien vaihto Lähtöjännitteen säätö 1,25…40V Lähtö impulssivirta………..<1,5А Входное напряжение ….2,5…40В […]

K1290EKxx, K1290EF1xx on kytkentäjännitesäädin enintään 3A kuormitukselle, suunniteltu toimimaan kotelon lämpötila-alueella miinus 10 ... + 85 ° C (K1290ExxP) ja miinus 60 ... + 125 ° C (K1290ExxX). Kiinteä lähtöjännite: 3,3 V - K1290EK3.3 (A, B) P, K1290EK3.3X, 5 V - K1290EK5 (A, B) P, K1290EK5X, 12 V - K1290EK12 (A, B) P, 15 V - K1290 A,B) OMINAISUUDET Ohjelmoitava lähtöjännite 1,2 V - […]

Motorolan UA78S40 ja National Semionductorin LM78S40 ovat yleiskäyttöisiä kytkentämuuntimia varten tarkoitettuja piirikortteja. UA78S40 (LM78S40) -mikropiirin avulla voit luoda buck-, boost- ja käänteisnapaisia ​​pulssistabiloituja muuntimia. UA78S40-sirun muuntimessa on laaja valikoima tulo- ja lähtöjännitettä. Tulojännite voi vaihdella 2,5 - 40 V, lähtöjännite 1,5 - 40 V. Schottky-diodi 1N5822 […]

Säädettävällä kytkentäjännitteensäätimellä LM2576HV-ADJ (säädettävä pulssin leveys (PWM)) on laaja säädettävä lähtöjännitealue 1,2 V - 50 V maksimilähtövirran ollessa 3 A. Koska stabilointilaite toimii pulssitilassa, sillä on korkea hyötysuhde ja se on yleensä varustettu pienellä jäähdyttimellä, jonka pinta-ala on enintään 100 cm2. Laitteessa on lämpösuoja ja […]

Kuvassa on kaavio yksinkertaisesta jännitteenmuuntimesta. CD4047 IC toimii epävakaassa multivibraattoritilassa, jonka lähdöstä vastavaiheessa signaali menee IRFZ44 MOSFET-transistoreille, joiden kuormitus on normaali (verkkomuuntaja, jonka käämit on kytketty päinvastoin, jossa 220 käämi tulee toissijaiseksi ) 60-100 W porrasmuuntaja ensiökäämityksellä 2*12V ja hana keskeltä.

IC CAT3603 tarjoaa 30 mA kanavaa kohti ja toimii 3 ... 5,5 V:n tulojännitteellä. Mikropiirin lepovirrankulutus on erittäin pieni, 0,1 mA, mikä mahdollistaa sen virransyötön perinteisellä akulla. Käyttömuunnostaajuus 1MHz, muuntimen hyötysuhde 90%. Lähtö on suojattu oikosululta. Mikropiirin lähtövirtaa säädetään resistanssilla R. Taulukossa näkyvät resistanssiarvot […]

Taajuusmuuntimet

1960-luvun lopusta lähtien taajuusmuuttajat ovat muuttuneet dramaattisesti pääasiassa mikroprosessori- ja puolijohdetekniikoiden kehityksen sekä niiden kustannusten alenemisen seurauksena.

Taajuusmuuttajien perusperiaatteet ovat kuitenkin säilyneet ennallaan.

Taajuusmuuttajien rakenne sisältää neljä pääelementtiä:

Riisi. 1. Taajuusmuuttajan lohkokaavio

1. Tasasuuntaaja tuottaa sykkivän tasajännitteen, kun se on kytketty yksi-/kolmivaiheiseen vaihtovirtalähteeseen. Tasasuuntaajia on kahta päätyyppiä - hallittuja ja hallitsemattomia.

2. Väliketju jollakin kolmesta tyypistä:

a) muunnetaan tasasuuntaajan jännite tasavirraksi.

b) tasa- aaltoilevan tasajännitteen stabilointi tai tasoitus ja sen syöttäminen invertteriin.

c) muunnetaan tasasuuntaajan vakio DC-jännite muuttuvaksi AC-jännitteeksi.

3. Invertteri, joka muodostaa sähkömoottorin jännitteen taajuuden. Jotkut invertterit voivat myös muuntaa kiinteän tasajännitteen muuttuvaksi vaihtojännitteeksi.

4. Elektroninen ohjauspiiri, joka lähettää signaaleja tasasuuntaajalle, välipiirille ja invertterille ja vastaanottaa signaaleja näistä elementeistä. Ohjattavien elementtien rakenne riippuu tietyn taajuusmuuttajan suunnittelusta (katso kuva 2.02).

Kaikille taajuusmuuttajille yhteistä on, että kaikki ohjauspiirit ohjaavat invertterin puolijohdeelementtejä. Taajuusmuuttajat eroavat toisistaan ​​moottorin syöttöjännitteen säätämiseen käytetyssä kytkentätavassa.

Kuvassa 2, joka esittää muuntimen eri rakenne-/ohjausperiaatteet, käytetään seuraavaa merkintää:

1 - ohjattu tasasuuntaaja,

2 - ohjaamaton tasasuuntaaja,

3- vaihtuvan tasavirran välipiiri,

4- Vakiojännitteen DC välipiiri

5- vaihtuvan tasavirran välipiiri,

6 - invertteri amplitudi-pulssimodulaatiolla (AIM)

7- invertteri pulssinleveysmodulaatiolla (PWM)

Nykyinen invertteri (IT) (1+3+6)

Muunnin amplitudi-pulssimodulaatiolla (AIM) (1+4+7) (2+5+7)

PWM-muunnin (PWM/VVCplus) (2+4+7)

Riisi. 2. Taajuusmuuttajien rakentamisen/ohjauksen eri periaatteet

Täydellisyyden vuoksi on mainittava suoramuuntimet, joissa ei ole välipiiriä. Tällaisia ​​muuntimia käytetään megawattitehoalueella matalataajuisen syöttöjännitteen muodostamiseen suoraan 50 Hz:n verkkovirrasta, kun niiden maksimi lähtötaajuus on noin 30 Hz.

Tasasuuntaaja

Verkkosyöttöjännite on kolmivaiheinen tai yksivaiheinen vaihtovirtajännite kiinteällä taajuudella (esim. 3x400V/50Hz tai 1x240V/50Hz); näiden jännitteiden ominaisuudet on esitetty alla olevassa kuvassa.

Riisi. 3. Yksivaiheinen ja kolmivaiheinen vaihtovirtajännite

Kuvassa kaikki kolme vaihetta ovat ajallisesti siirtyneet toisistaan, vaihejännite muuttaa jatkuvasti suuntaa ja taajuus ilmaisee jaksojen lukumäärää sekunnissa. Taajuus 50 Hz tarkoittaa, että sekunnissa on 50 jaksoa (50 x T), ts. yksi jakso kestää 20 millisekuntia.

Taajuusmuuttajan tasasuuntaaja on rakennettu joko diodeille tai tyristoreille tai niiden yhdistelmälle. Diodeihin rakennettu tasasuuntaaja on ohjaamaton ja tyristoreilla ohjattu. Jos käytetään sekä diodeja että tyristoreita, tasasuuntaaja on puoliohjattu.

Ohjaamattomat tasasuuntaajat

Riisi. 4. Diodi toimintatila.

Diodit mahdollistavat virran kulkemisen vain yhteen suuntaan: anodista (A) katodille (K). Kuten joidenkin muiden puolijohdelaitteiden kohdalla, diodivirran määrää ei voida säätää. Diodi muuntaa vaihtovirtajännitteen sykkiväksi tasajännitteeksi. Jos ohjaamattomaan kolmivaiheiseen tasasuuntaajaan syötetään kolmivaiheinen vaihtojännite, myös tasajännite sykkii tässä tapauksessa.

Riisi. 5. Ohjaamaton tasasuuntaaja

Kuvassa Kuva 5 esittää ohjaamatonta kolmivaiheista tasasuuntaajaa, joka sisältää kaksi diodiryhmää. Yksi ryhmä koostuu diodeista D1, D3 ja D5. Toinen ryhmä koostuu diodeista D2, D4 ja D6. Jokainen diodi johtaa virtaa kolmanneksen sykliajasta (120°). Molemmissa ryhmissä diodit johtavat virtaa tietyssä järjestyksessä. Jaksot, jolloin molemmat ryhmät työskentelevät, ovat siirtyneet keskenään 1/6 jakson T ajasta (60°).

Diodit D1,3,5 ovat auki (johtavia), kun niihin on kytketty positiivinen jännite. Jos vaiheen L jännite saavuttaa positiivisen huippuarvon, diodi D on auki ja liitin A vastaanottaa vaiheen L1 jännitteen. Kahteen muuhun diodiin vaikuttavat U L1-2 ja U L1-3 käänteiset jännitteet.

Sama tapahtuu diodiryhmässä D2,4,6. Tässä tapauksessa liitin B vastaanottaa negatiivisen vaihejännitteen. Jos tällä hetkellä vaihe L3 saavuttaa negatiivisen raja-arvon, diodi D6 on auki (johtaa). Molempiin muihin diodeihin vaikuttavat käänteisjännitteet U L3-1 ja U L3-2

Ohjaamattoman tasasuuntaajan lähtöjännite on yhtä suuri kuin näiden kahden diodiryhmän välinen jännite-ero. Aaltoilun tasajännitteen keskiarvo on 1,35 x verkkojännite.

Riisi. 6. Ohjaamattoman kolmivaiheisen tasasuuntaajan lähtöjännite

Ohjatut tasasuuntaajat

Ohjatuissa tasasuuntaajissa diodit korvataan tyristoreilla. Kuten diodi, tyristori siirtää virtaa vain yhteen suuntaan - anodista (A) katodille (K). Toisin kuin diodissa, tyristorissa on kuitenkin kolmas elektrodi, jota kutsutaan "portiksi" (G). Jotta tyristori aukeaa, portille on annettava signaali. Jos virta kulkee tyristorin läpi, tyristori ohittaa sen, kunnes virta on nolla.

Virtaa ei voida katkaista antamalla signaali portille. Tyristoreita käytetään sekä tasasuuntaajissa että inverttereissä.

Ohjaussignaali a syötetään tyristorin hilaan, jolle on tunnusomaista asteina ilmaistu viive. Nämä asteet aiheuttavat viiveen hetken, jolloin jännite kulkee nollan läpi, ja ajan välillä, jolloin tyristori on auki.

Riisi. 7. Tyristori toimintatila

Jos kulma a on alueella 0° - 90°, tyristoripiiriä käytetään tasasuuntaajana ja jos se on alueella 90° - 300°, niin vaihtosuuntaajana.

Riisi. 8. Ohjattu kolmivaiheinen tasasuuntaaja

Ohjattu tasasuuntaaja on pohjimmiltaan sama kuin ohjaamaton, paitsi että tyristoria ohjaa a-signaali ja se alkaa johtaa siitä hetkestä, kun tavanomainen diodi alkaa johtamaan, hetkeen, joka on 30 ° jännitteen nollapisteen jälkeen. .

A:n arvoa säätämällä voit muuttaa tasasuunnatun jännitteen suuruutta. Ohjattu tasasuuntaaja tuottaa vakiojännitteen, jonka keskiarvo on 1,35 x verkkojännite x cos α

Riisi. 9. Ohjatun kolmivaiheisen tasasuuntaajan lähtöjännite

Ohjatulla tasasuuntaajalla on enemmän häviöitä kuin ohjaamaton tasasuuntaaja ja se tuo enemmän kohinaa tehonsyöttöverkkoon, koska lyhyemmällä tyristorin läpikulkuajalla tasasuuntaaja ottaa verkosta enemmän loisvirtaa.

Ohjattujen tasasuuntaajien etuna on niiden kyky palauttaa energiaa syöttöverkkoon.

Väliketju

Välipiiriä voidaan pitää varastona, josta sähkömoottori voi vastaanottaa energiaa invertterin kautta. Tasasuuntaajasta ja invertteristä riippuen on olemassa kolme mahdollista välipiirin suunnitteluperiaatetta.

Invertterit - virtalähteet (1-muuntimet)

Riisi. 10. Säädettävän tasavirran välipiiri

Invertterien - virtalähteiden tapauksessa välipiiri sisältää suuren induktanssikäämin ja se on yhdistetty vain ohjatun tasasuuntaajan kanssa. Induktori muuntaa muuttuvan tasasuuntaajan jännitteen muuttuvaksi tasavirraksi. Moottorin jännite määräytyy kuorman mukaan.

Invertterit - jännitelähteet (U-muuntimet)

Riisi. 11. Välitasajännitepiiri

Jännitelähdeinvertterien tapauksessa välipiiri on suodatin, joka sisältää kondensaattorin ja se voidaan kytkeä mihin tahansa kahdesta tasasuuntaajatyypistä. Suodatin tasoittaa tasasuuntaajan sykkivää tasajännitettä (U21).

Ohjatussa tasasuuntaajassa jännite tietyllä taajuudella on vakio ja se syötetään invertteriin todellisena vakiojännitteenä (U22) vaihtelevalla amplitudilla.

Ohjaamattomissa tasasuuntaajissa jännite invertterin tulossa on vakiojännite, jolla on vakio amplitudi.

Säädettävän tasajännitteen välipiiri

Riisi. 12. Vaihtelevan jännitteen välipiiri

Vaihtelevan tasajännitteen välipiireissä on mahdollista kytkeä päälle katkaisija suodattimen eteen, kuten kuvassa 10 on esitetty. 12.

Katkaisija sisältää transistorin, joka toimii kytkimenä, joka kytkee tasasuuntaajan jännitteen päälle ja pois. Ohjausjärjestelmä ohjaa katkaisijaa vertaamalla suodattimen jälkeen muuttuvaa jännitettä (U v) tulosignaaliin. Jos eroa on, suhdetta säädetään muuttamalla transistorin päällä- ja sammutusaikaa. Tämä muuttaa tehollista arvoa ja vakiojännitteen suuruutta, joka voidaan ilmaista kaavalla

U v \u003d U x t päällä / (t päällä + t pois päältä)

Kun katkaisijatransistori avaa virtapiirin, suodatinkela tekee transistorin yli olevan jännitteen äärettömän suureksi. Tämän välttämiseksi katkaisija on suojattu nopealla kytkentädiodilla. Kun transistori avautuu ja sulkeutuu, kuten kuvassa. 13, jännite on korkein tilassa 2.

Riisi. 13. Transistorikatkaisija ohjaa välipiirin jännitettä

Välipiirin suodatin tasoittaa katkaisijan jälkeistä neliöaaltoa. Suodatinkondensaattori ja kela pitävät jännitteen vakiona tietyllä taajuudella.

Rakenteesta riippuen välipiiri voi suorittaa myös lisätoimintoja, joihin kuuluvat:

Tasasuuntaajan irrottaminen invertteristä

Harmonisten tason alentaminen

Energian varastointi rajoittaa ajoittaisia ​​kuormituspiikkejä.

invertteri

Taajuusmuuttaja on taajuusmuuttajan viimeinen lenkki ennen sähkömoottoria ja paikka, jossa lähtöjännitteen lopullinen sovitus tapahtuu.

Taajuusmuuttaja tarjoaa normaalit toimintaolosuhteet koko ohjausalueella sovittamalla lähtöjännitteen kuormitustilaan. Näin voit ylläpitää moottorin optimaalista magnetointia.

Välipiiristä invertteri vastaanottaa

muuttuva tasavirta,

Vaihteleva tasajännite tai

Vakio tasajännite.

Invertterin ansiosta kaikissa näissä tapauksissa sähkömoottoriin syötetään muuttuva arvo. Toisin sanoen taajuusmuuttajassa luodaan aina haluttu sähkömoottoriin syötettävän jännitteen taajuus. Jos virta tai jännite vaihtelee, invertteri tuottaa vain halutun taajuuden. Jos jännite on vakio, invertteri luo sekä halutun taajuuden että halutun jännitteen moottorille.

Vaikka invertterit toimivat eri tavoin, niiden perusrakenne on aina sama. Invertterien pääelementit ovat ohjattuja puolijohdelaitteita, jotka on kytketty pareittain kolmeen haaraan.

Tällä hetkellä tyristorit on useimmissa tapauksissa korvattu suurtaajuisilla transistoreilla, jotka pystyvät avautumaan ja sulkeutumaan erittäin nopeasti. Kytkentätaajuus on yleensä 300 Hz - 20 kHz riippuen käytetyistä puolijohteista.

Invertterin puolijohdelaitteet kytketään päälle ja pois ohjauspiirin tuottamilla signaaleilla. Signaalit voidaan tuottaa useilla eri tavoilla.

Riisi. 14. Perinteinen välipiirin virraninvertteri säädettävällä jännitteellä.

Perinteiset invertterit, jotka kytkevät pääasiassa muuttuvan jännitteen välipiirin virtaa, sisältävät kuusi tyristoria ja kuusi kondensaattoria.

Kondensaattorit mahdollistavat tyristorien avautumisen ja sulkeutumisen siten, että vaihekäämien virtaa siirtyy 120 astetta ja se on mukautettava moottorin kokoon. Kun moottorin liittimiin syötetään määräajoin virtaa järjestyksessä U-V, V-W, W-U, U-V..., syntyy jaksoittainen pyörivä magneettikenttä, jolla on vaadittu taajuus. Vaikka moottorin virta on melkein neliöaalto, moottorin jännite on lähes sinimuotoinen. Kuitenkin, kun virta kytketään päälle tai pois, esiintyy aina jännitepiikkejä.

Kondensaattorit on erotettu moottorin kuormitusvirrasta diodeilla.

Riisi. 15. Vaihtosuuntaaja välipiirin jännitteen ja lähtövirran riippuvuuden muuttamiseen tai jatkuvaan vaihtosuuntaajan kytkentätaajuuteen

Vaihtuvalla tai vakiovälipiirijännitteellä varustetut invertterit sisältävät kuusi kytkinelementtiä ja ne toimivat lähes samalla tavalla riippumatta käytetyistä puolijohdelaitteista. Ohjauspiiri avaa ja sulkee puolijohdelaitteita useilla eri modulaatiomenetelmillä ja muuttaa siten taajuusmuuttajan lähtötaajuutta.

Ensimmäinen menetelmä on vaihtaa jännitettä tai virtaa välipiirissä.

Intervallit, joiden aikana yksittäiset puolijohteet ovat auki, järjestetään sekvenssiin, jolla saadaan haluttu lähtötaajuus.

Tätä puolijohdelaitteiden kytkentäsekvenssiä ohjaa välipiirin muuttuvan jännitteen tai virran suuruus. Jänniteohjatun oskillaattorin avulla taajuus seuraa aina jännitteen amplitudia. Tämän tyyppistä invertteriohjausta kutsutaan pulssiamplitudimodulaatioksi (PAM).

Kiinteälle välipiirijännitteelle käytetään toista perusmenetelmää. Moottorin jännite muuttuu kohdistamalla välipiirin jännite moottorin käämeihin pidemmäksi tai lyhyemmäksi ajaksi.

Riisi. 16 Amplitudi- ja pulssinleveysmodulaatio

Taajuutta muutetaan muuttamalla jännitepulsseja aika-akselilla - positiivisesti toisen puolijakson aikana ja negatiivisesti toisen puolijakson aikana.

Koska tämä menetelmä muuttaa jännitepulssien kestoa (leveyttä), sitä kutsutaan pulssinleveysmodulaatioksi (PWM). PWM-modulaatio (ja siihen liittyvät menetelmät, kuten siniohjattu PWM) on yleisin tapa käyttää invertteriä.

PWM-modulaatiolla ohjauspiiri määrittää puolijohdelaitteiden kytkentäajat sahahammasjännitteen ja päällekkäisen sinimuotoisen referenssijännitteen (siniohjattu PWM) leikkauskohdassa. Muita lupaavia PWM-modulaatiomenetelmiä ovat muunnetut pulssinleveysmodulaatiomenetelmät, kuten Danfoss Corporationin kehittämät WC ja WC plus.

transistorit

Koska transistorit voivat vaihtaa suurilla nopeuksilla, sähkömagneettiset häiriöt, joita esiintyy "pulssittaessa" (moottorin magnetointi), vähenevät.

Toinen korkean kytkentätaajuuden etu on taajuusmuuttajan lähtöjännitteen moduloinnin joustavuus, mikä mahdollistaa sinimuotoisen moottorivirran tuottamisen, kun taas ohjauspiirin tarvitsee vain avata ja sulkea invertteritransistorit.

Taajuusmuuttajan kytkentätaajuus on kaksiteräinen miekka, koska korkeat taajuudet voivat johtaa moottorin kuumenemiseen ja korkeisiin jännitepiikkeihin. Mitä korkeampi kytkentätaajuus, sitä suuremmat häviöt.

Toisaalta alhainen kytkentätaajuus voi aiheuttaa voimakasta akustista kohinaa.

Korkeataajuiset transistorit voidaan jakaa kolmeen pääryhmään:

Bipolaaritransistorit (LTR)

Yksinapaiset MOSFETit (MOS-FET)

Eristetyt kaksinapaiset transistorit (IGBT)

IGBT-transistorit ovat tällä hetkellä yleisimmin käytettyjä, koska niissä yhdistyvät MOS-FET-transistorien ohjausominaisuudet LTR-transistorien lähtöominaisuuksiin; Lisäksi niillä on oikea tehoalue, sopiva johtavuus ja kytkentätaajuus, mikä yksinkertaistaa huomattavasti nykyaikaisten taajuusmuuttajien ohjausta.

IGBT:n tapauksessa sekä invertterielementit että invertterin ohjaimet sijoitetaan valettuun moduuliin, jota kutsutaan "Intelligent Power Module" (IPM) -moduuliksi.

Pulssin amplitudimodulaatio (AIM)

Pulssiamplitudimodulaatiota käytetään taajuusmuuttajille, joiden välipiirin jännite vaihtelee.

Taajuusmuuttajassa, jossa on ohjaamattomia tasasuuntaajia, lähtöjännitteen amplitudi muodostetaan välikatkaisijalla, ja jos tasasuuntaajaa ohjataan, amplitudi saadaan suoraan.

Riisi. 20. Jännitteenmuodostus taajuusmuuttajassa, jossa välipiirissä on katkaisija

Transistori (katkaisija) kuvassa. 20 on avattu tai lukittu ohjaus- ja säätöpiirillä. Kytkentäajat riippuvat nimellisarvosta (tulosignaali) ja mitatusta jännitesignaalista (oloarvo). Todellinen arvo mitataan kondensaattorin poikki.

Induktori ja kondensaattori toimivat suodattimena, joka tasoittaa jännitteen aaltoilua. Huippujännite riippuu transistorin avautumisajasta, ja jos nimellis- ja oloarvot eroavat toisistaan, katkaisija toimii, kunnes vaadittu jännitetaso saavutetaan.

Taajuussäätö

Invertteri muuttaa lähtöjännitteen taajuutta jakson aikana ja puolijohdekytkinlaitteet toimivat useita kertoja jakson aikana.

Jakson kestoa voidaan säätää kahdella tavalla:

1.Syötä suoraan tai

2.Käytetään muuttuvaa tasajännitettä, joka on verrannollinen tulosignaaliin.

Riisi. 21a. Taajuussäätö välipiirijännitteellä

Pulssin leveysmodulaatio on yleisin tapa tuottaa kolmivaiheinen jännite sopivalla taajuudella.

Pulssinleveysmodulaatiolla välipiirin kokonaisjännitteen (≈ √2 x U verkko) muodostuminen määräytyy tehoelementtien keston ja kytkentätaajuuden mukaan. PWM-pulssin toistotaajuus päälle ja pois päältä on vaihteleva ja mahdollistaa jännitteen säätelyn.

Pulssinleveysmodulaatiolla ohjatun vaihtosuuntaajan kytkentätilojen asettamiseen on kolme päävaihtoehtoa.

1. Sinusoidisesti ohjattu PWM

2. Synkroninen PWM

3. Asynkroninen PWM

Kolmivaiheisen PWM-invertterin jokaisella haaralla voi olla kaksi eri tilaa (päällä ja pois päältä).

Kolme kytkintä muodostaa kahdeksan mahdollista kytkentäyhdistelmää (2 3) ja siten kahdeksan digitaalista jännitevektoria vaihtosuuntaajan lähdössä tai kytketyn moottorin staattorikäämissä. Kuten kuvasta näkyy. Kuviossa 21b nämä vektorit 100, 110, 010, 011, 001, 101 ovat rajatun kuusikulmion kulmissa käyttäen vektoreita 000 ja 111 nollikoina.

Kytkentäyhdistelmien 000 ja 111 tapauksessa taajuusmuuttajan kaikkiin kolmeen lähtöliittimeen syntyy sama potentiaali - joko positiivinen tai negatiivinen välipiirin suhteen (katso kuva 21c). Sähkömoottorille tämä tarkoittaa vaikutusta, joka on lähellä napojen oikosulkua; Moottorin käämeihin syötetään myös 0 V jännite.

Sinusoidisesti ohjattu PWM

Sinimuotoisesti ohjatussa PWM:ssä jokaista invertterin lähtöä käytetään sinimuotoisella referenssijännitteellä (Us), jonka kestoaika vastaa lähtöjännitteen vaadittua perustaajuutta. Sahahammasjännite (UD) syötetään kolmeen referenssijännitteeseen, katso kuva. 22.

Riisi. 22. Sinimuotoisesti ohjatun PWM:n toimintaperiaate (kahdella vertailujännitteellä)

Kun sahahammasjännite ja sinimuotoiset referenssijännitteet kohtaavat, invertterien puolijohdelaitteet joko avautuvat tai sulkeutuvat.

Risteyskohdat määritetään ohjauskortin elektronisilla elementeillä. Jos sahanhammasjännite on suurempi kuin sinimuotoinen jännite, niin sahanhammasjännitteen pienentyessä lähtöpulssit muuttuvat positiivisista negatiivisiksi (tai negatiivisista positiivisiksi), jolloin taajuusmuuttajan lähtöjännite määräytyy välipiirin jännitteen mukaan. .

Lähtöjännitettä muutetaan avoimen ja kiinni tilan keston välisellä suhteella, ja tätä suhdetta voidaan muuttaa halutun jännitteen saamiseksi. Siten negatiivisten ja positiivisten jännitepulssien amplitudi vastaa aina puolta välipiirin jännitteestä.

Riisi. 23. Sinimuotoisesti ohjatun PWM:n lähtöjännite

Staattorin matalilla taajuuksilla poiskytkentäaika pitenee ja voi olla niin pitkä, että sahajännitteen taajuutta ei ole mahdollista ylläpitää.

Tämä pidentää jännitteetön jaksoa ja moottori käy epätasaisesti. Tämän välttämiseksi matalilla taajuuksilla voit kaksinkertaistaa sahanhammasjännitteen taajuuden.

Vaihejännite taajuusmuuttajan lähtöliittimissä vastaa puolta välipiirin jännitteestä jaettuna √2:lla, ts. yhtä suuri kuin puolet verkkojännitteestä. Linja-linja-jännite lähtöliittimissä on √3 kertaa verkkojännite, ts. yhtä suuri kuin verkkojännite kerrottuna 0,866:lla.

PWM-ohjattu invertteri, joka toimii yksinomaan moduloidulla siniaaltoreferenssijännitteellä, voi syöttää jännitteen, joka on 86,6 % nimellisjännitteestä (katso kuva 23).

Puhdasta sinimodulaatiota käytettäessä taajuusmuuttajan lähtöjännite ei voi saavuttaa moottorin jännitettä, koska lähtöjännite on myös 13 % pienempi.

Tarvittava lisäjännite voidaan kuitenkin saada vähentämällä pulssien määrää taajuuden ylittäessä noin 45 Hz, mutta tällä menetelmällä on joitain haittoja. Erityisesti se aiheuttaa jännitteen askelmuutoksen, joka johtaa sähkömoottorin epävakaaseen toimintaan. Jos pulssien määrä pienenee, taajuusmuuttajan lähdön korkeammat harmoniset lisääntyvät, mikä lisää moottorin häviöitä.

Toinen tapa ratkaista tämä ongelma on käyttää muita referenssijännitteitä kolmen sinimuotoisen sijaan. Nämä jännitykset voivat olla minkä muotoisia tahansa (esimerkiksi puolisuunnikkaan muotoisia tai porrastettuja).

Esimerkiksi yksi yhteinen jännitereferenssi käyttää sinimuotoisen jännitereferenssin kolmatta harmonista. Sellaisen vaihtosuuntaajan puolijohdelaitteiden kytkentätilan saamiseksi, joka lisää taajuusmuuttajan lähtöjännitettä, on mahdollista kasvattaa sinimuotoisen referenssijännitteen amplitudia 15,5% ja lisäämällä siihen kolmas harmoninen.

Synkroninen PWM

Suurin vaikeus sinimuotoisesti ohjatun PWM-menetelmän käytössä on tarve määrittää kytkentäajan optimaaliset arvot ja jännitteen kulma tietyn ajanjakson aikana. Nämä kytkentäajat on asetettava siten, että vain vähimmäismäärä korkeampia harmonisia sallitaan. Tämä kytkentätila säilyy vain tietyllä (rajoitetulla) taajuusalueella. Toiminta tämän alueen ulkopuolella edellyttää toisenlaisen kytkentätavan käyttöä.

Asynkroninen PWM

Kolmivaiheisten vaihtovirtakäyttöjen (mukaan lukien servokäytöt) vääntömomentin ja nopeuden säätelyn tarve kenttäsuuntaukselle ja järjestelmän herkkyydelle edellyttää asteittainen muutosta invertterijännitteen amplitudissa ja kulmassa. "Normaalin" tai synkronisen PWM-kytkentätilan käyttö ei salli invertterin jännitteen amplitudin ja kulman porrastamista.

Yksi tapa täyttää tämä vaatimus on asynkroninen PWM, jossa sen sijaan, että synkronoidaan lähtöjännitemodulaatio lähtötaajuuteen, kuten yleensä tehdään moottorin harmonisten harmonisten vähentämiseksi, vektorijännitteen ohjausjaksoa moduloidaan, mikä johtaa synkroniseen kytkentään lähtötaajuuden kanssa. .

Asynkronisesta PWM:stä on kaksi pääversiota:

SFAVM (staattorivirtaussuuntautunut asynkroninen vektorimodulaatio = (synkroninen vektorimodulaatio suunnattu staattorivuon)

60° AVM (Asynchronous Vector Modulation = asynchronous vector modulation).

SFAVM onä, jonka avulla invertterin jännite, amplitudi ja kulma voivat muuttua satunnaisesti, mutta vaiheittain kommutointiajan aikana. Tämä parantaa dynaamisia ominaisuuksia.

Tämän modulaation käytön päätarkoitus on optimoida staattorin vuo staattorin jännitteen avulla ja samalla vähentää vääntömomentin aaltoilua, koska kulmapoikkeama riippuu kytkentäsekvenssistä ja voi aiheuttaa vääntömomentin aaltoilun lisääntymistä. Siksi kommutointisekvenssi on laskettava siten, että vektorin kulman poikkeama minimoidaan. Vaihto jännitevektorien välillä perustuu halutun magneettivuon polun laskemiseen moottorin staattorissa, joka puolestaan ​​määrää vääntömomentin.

Aiempien, perinteisten PWM-tehojärjestelmien haittana oli staattorin magneettivuovektorin amplitudin ja magneettivuon kulman poikkeama. Nämä poikkeamat vaikuttivat haitallisesti pyörimiskenttään (vääntömomentti) moottorin ilmavälissä ja aiheuttivat vääntömomentin aaltoilua. U-amplitudipoikkeaman vaikutus on mitätön ja sitä voidaan edelleen vähentää kytkentätaajuutta lisäämällä.

Moottorin jännitteen tuottaminen

Vakaa toiminta vastaa koneen jännitevektorin U wt säätöä siten, että se kuvaa ympyrää (ks. kuva 24).

Jännitevektorille on tunnusomaista sähkömoottorin jännitteen suuruus ja pyörimisnopeus, joka vastaa toimintataajuutta tarkasteltuna ajankohtana. Moottorin jännite muodostetaan luomalla keskiarvoja käyttämällä lyhyitä pulsseja viereisistä vektoreista.

Danfoss SFAVM -menetelmällä on muun muassa seuraavat ominaisuudet:

Jännitevektorin amplitudia ja vaihetta voidaan säätää poikkeamatta asetetusta tavoitteesta.

Kytkentäsarja alkaa aina 000:sta tai 111:stä. Tämä mahdollistaa sen, että jännitevektorilla on kolme kytkentätilaa.

Jännitevektorin keskiarvo saadaan käyttämällä naapurivektoreiden lyhyitä pulsseja sekä nollavektoreita 000 ja 111.

Valvontasuunnitelma

Ohjauspiiri tai ohjauskortti on taajuusmuuttajan neljäs pääelementti, joka on suunniteltu ratkaisemaan neljä tärkeää tehtävää:

Taajuusmuuttajan puolijohdeelementtien ohjaus.

Tiedonsiirto taajuusmuuttajien ja oheislaitteiden välillä.

Tiedonkeruu ja virheilmoitusten luominen.

Suorittaa taajuusmuuttajan ja sähkömoottorin suojaustoimintoja.

Mikroprosessorit ovat lisänneet ohjauspiirin nopeutta, laajentaneet merkittävästi käyttöjen laajuutta ja vähentäneet tarvittavien laskelmien määrää.

Mikroprosessori on sisäänrakennettu taajuusmuuttajaan ja pystyy aina määrittämään optimaalisen pulssikuvion kullekin toimintatilalle.

Ohjauspiiri AIM-taajuusmuuttajalle

Riisi. 25 Katkaisijalla ohjatun välipiirin ohjauspiirin toimintaperiaate.

Kuvassa Kuva 25 esittää taajuusmuuttajan AIM-ohjauksella ja välikatkaisijalla. Ohjauspiiri ohjaa muuntajaa (2) ja invertteriä (3).

Ohjaus perustuu välipiirin jännitteen hetkelliseen arvoon.

Välipiirin jännite ohjaa piiriä, joka toimii muistin osoitelaskurina tietojen tallentamista varten. Muisti tallentaa lähtösekvenssit invertterin pulssikuviolle. Kun välipiirin jännitettä nostetaan, laskenta on nopeampaa, sekvenssi päättyy aikaisemmin ja lähtötaajuus kasvaa.

Katkojaohjauksen osalta verrataan ensin välipiirin jännitettä jännitteen referenssisignaalin nimellisarvoon. Tämän jännitesignaalin odotetaan antavan oikean lähtöjännitteen ja -taajuuden. Jos referenssisignaalia ja välipiirin signaalia muutetaan, PI-säädin ilmoittaa piirille, että sykliaikaa on muutettava. Tämä saa välipiirin jännitteen mukautumaan referenssisignaaliin.

Yleinen modulointimenetelmä taajuusmuuttajan ohjaamiseksi on pulssiamplitudimodulaatio (PAM). Pulse Width Modulation (PWM) on nykyaikaisempi menetelmä.

Kenttäohjaus (vektoriohjaus)

Vektoriohjaus voidaan järjestää useilla tavoilla. Suurin ero menetelmien välillä on kriteerit, joita käytetään laskettaessa aktiivisen virran, magnetointivirran (magneettivuon) ja vääntömomentin arvoja.

Kun verrataan tasavirtamoottoreita ja kolmivaiheisia asynkronimoottoreita (kuva 26), havaitaan tiettyjä ongelmia. Tasavirralla vääntömomentin tuottamisen kannalta tärkeät parametrit - magneettivuo (F) ja ankkurivirta - ovat kiinteät suhteessa vaiheen kokoon ja sijaintiin ja määräytyvät virityskäämien suunnan ja hiilen sijainnin mukaan. harjat (kuva 26a).

Tasavirtamoottorissa ankkurivirta ja magneettivuon muodostava virta sijaitsevat suorassa kulmassa toisiinsa nähden eivätkä niiden arvot ole kovin suuria. Asynkronisessa sähkömoottorissa magneettivuon (F) ja roottorin virran (I,) sijainti riippuu kuormituksesta. Lisäksi, toisin kuin tasavirtamoottorissa, vaihekulmia ja virtaa ei voida määrittää suoraan staattorin koosta.

Riisi. 26. DC-koneen ja AC-induktiokoneen vertailu

Matemaattisen mallin avulla on kuitenkin mahdollista laskea vääntömomentti magneettivuon ja staattorivirran välisestä suhteesta.

Mitatusta staattorivirrasta (l s) erotetaan komponentti (l w), joka muodostaa vääntömomentin magneettivuolla (F) suorassa kulmassa näiden kahden muuttujan (l c) väliin. Tämä luo sähkömoottorin magneettivuon (kuva 27).

Riisi. 27. Kenttäohjauksen virtakomponenttien laskenta

Näillä kahdella virtakomponentilla voidaan vaikuttaa vääntömomenttiin ja magneettivuon itsenäisesti. Sähkömoottorin dynaamiseen malliin perustuvien laskelmien tietyn monimutkaisuuden vuoksi tällaiset laskelmat ovat kuitenkin kustannustehokkaita vain digitaalisissa käytöissä.

Koska kuormituksesta riippumaton heräteohjaus on tässä menetelmässä erotettu vääntömomentin ohjauksesta, oikosulkumoottoria voidaan ohjata dynaamisesti samalla tavalla kuin DC-moottoria - jos on takaisinkytkentäsignaali. Tällä kolmivaiheisen vaihtovirtamoottorin ohjausmenetelmällä on seuraavat edut:

Hyvä vastaus kuormituksen muutoksiin

Tarkka tehonsäätö

Täysi vääntömomentti nollanopeudella

Suorituskyky on verrattavissa DC-käyttöihin.

V/f ja vuovektoriohjaus

Viime vuosina kolmivaiheisten vaihtovirtamoottoreiden nopeudensäätöjärjestelmiä on kehitetty kahdella eri ohjausperiaatteella:

normaali V/f-säätö tai SKALAAR-säätö ja vuovektorisäätö.

Molemmilla menetelmillä on omat etunsa riippuen taajuusmuuttajan erityisestä suorituskyvystä (dynamiikasta) ja tarkkuusvaatimuksista.

V/f-säädöllä on rajoitettu nopeudensäätöalue (noin 1:20) ja alhaisella nopeudella tarvitaan erilainen ohjausperiaate (kompensointi). Tällä menetelmällä taajuusmuuttaja on suhteellisen helppo sovittaa moottoriin, ja säätö on immuuni hetkellisille kuormituksen muutoksille koko nopeusalueella.

Vuohjatuissa käytöissä taajuusmuuttaja on konfiguroitava tarkasti moottoria varten, mikä edellyttää moottorin parametrien yksityiskohtaista tuntemusta. Myös lisäkomponentteja tarvitaan takaisinkytkentäsignaalin vastaanottamiseen.

Jotkut tämän tyyppisen ohjauksen edut:

Nopea reagointi nopeuden muutoksiin ja laaja nopeusalue

Parempi dynaaminen vaste suunnanmuutoksiin

Koko nopeusalueella on yksi ohjausperiaate.

Käyttäjälle paras ratkaisu olisi molempien periaatteiden parhaiden ominaisuuksien yhdistelmä. Selvästikin vaaditaan askelkuormituksen/purkauksen vakautta koko nopeusalueella, mikä on yleensä V/f-säädön vahva kohta, ja nopea reagointi nopeusohjeen muutoksiin (kuten kenttäohjauksessa).

Elektroniikkalaitteita suunniteltaessa tarvitaan usein virtalähdettä eri lähtöjännitteillä. Kytkentäkondensaattorien DC-DC-muuntimia käytetään laajalti nykyaikaisissa laitteissa, mikä mahdollistaa tarvittavan jännitteen tuottamisen yhdestä virtalähteestä. Artikkelissa käsitellään tällaisten muuntimien toimintaperiaatteita, teknisiä ominaisuuksia ja sovelluksia.

Tarkastellaan muuntimen toimintaperiaatetta esimerkkinä laajalle levinneestä ICL7660 / MAX1044-mikropiiristä, jossa on laajennettu toiminnallisuus. MAX1044-siru eroaa ICL7660:stä Boost-sisääntulon (sisäisen oskillaattorin taajuuden lisäämisen) läsnä ollessa. ICL7660-sirun lohkokaavio on esitetty kuvassa 1.

Piiri sisältää neljä logiikkaelementeillä ohjattua teho-MOS-kytkintä ja jännitetasonsiirtimen, jotka toimivat taajuudella, joka saadaan jakamalla isäntä-RC-oskillaattorin taajuus kahdella. Näin voit generoida ohjauspulsseja vaadituilla "meander"-ominaisuuksilla ja optimoida master-RC-oskillaattorin kulutuksen, jonka toimintataajuus ilman ulkoisia elementtejä on 10 kHz. Sisäinen jännitesäädin on välttämätön mikropiirin toiminnan varmistamiseksi lähteestä, jossa on alennettu jännite.

Mikropiirin toimintaperiaate ihanteellisen jänniteinvertterin tilassa tarkastellaan kuvassa 2 esitetyn toimintakaavion mukaisesti.

Kun näppäimet S1 ja S3 suljetaan ja näppäimet S2 ja S4 avataan jakson ensimmäisen puoliskon aikana, ulkoinen kondensaattori C1 latautuu virtalähteestä jännitteeseen V +, ja kun näppäimet S2 ja S4 suljetaan ja näppäimet S1 ja S3 avataan jakson toisella puoliskolla, kondensaattori C1 siirtää osittaisen varauksensa ulkoiseen kondensaattoriin C2, jolloin mikropiirin V OUT -nastalle saadaan jännitteen -V +. Määritetyt jännitearvot vastaavat vakaata tilaa.

Kondensaattorin C1 yhdessä syklissä siirtämä energia määritetään lausekkeella

(1)

Yksi muuntimen tärkeimmistä indikaattoreista on muuntokerroin

(2)

jossa U ulos - jännite muuntimen lähdössä kuormitusvirralla, joka on yhtä suuri kuin i; U out.id. - jännite ihanteellisen muuntimen lähdössä (invertterille U out.id. = -U in).

Lausekkeesta (2) voidaan nähdä, että muunnoskertoimen suuri arvo saavutetaan, kun U out(i) = U out.id. , eli kohdassa V1 = V2. Kuten lausekkeesta (1) kuitenkin nähdään, tässä tapauksessa kondensaattorin C1 siirtämä energia pienenee, mikä vaikeuttaa muunnoskertoimen korkean arvon varmistamista. Kondensaattorin siirtämän energian lisääminen on mahdollista lisäämällä kapasitanssia C1 tai toimintataajuutta. Ensimmäisessä tapauksessa kondensaattorin mitat kasvavat ja siten muuntimen mitat. Toisessa tapauksessa energiahäviöt kasvavat todellisessa laitteessa, mikä vähentää sen tehokkuutta.

missä P out on kuormaan toimitettu teho; Pin - virtalähteestä kulutettu teho.

Analyysista voidaan nähdä, että tiettyä muunnoslaitetta kehitettäessä on tarpeen optimoida kondensaattorin C1 toimintataajuuden ja kapasitanssin arvot. Tätä varten on tarpeen säätää mahdollisuudesta muuttaa toimintataajuutta käyttöjännitteiden ja kulutettujen virtojen arvojen mukaisesti.

Harkitse ICL7660-mikropiirin sähköisiä ominaisuuksia, jotka sisältyvät kuvassa 3 esitetyn testipiirin mukaan.

Taulukko 1. Mikropiirin lyhyet sähköiset ominaisuudet jännitteellä V + \u003d 5 V, C OSC \u003d 0

ICL7660-sirun sähköisten ominaisuuksien tyypilliset riippuvuudet on esitetty kuvassa 4-8.

Annetut riippuvuudet mahdollistavat muuntimen parametrien tarkentamisen käyttöjännitteiden ja kulutettujen virtojen tietyille arvoille.

Tarkastellaan tyypillisiä piirejä ICL7660-sirun kytkemiseksi päälle.

jännitteen invertteri

Piiri mikropiirin kytkemiseksi päälle jänniteinvertteritilassa on esitetty kuvassa 9.

Invertteri antaa jännitteen V OUT, joka on yhtä suuri kuin -V + alueella 1,5 V

Mikropiirin lähtöimpedanssi riippuu DC-tilasta ja kondensaattorin C1 reaktanssista.

(3)

Joten nimellisarvolle C1 \u003d 10 mikrofaradia ja taajuudelle f \u003d 10 kHz X C \u003d 3,18 ohmia. Kondensaattorin C1 vaikutuksen eliminoimiseksi lähtöimpedanssiin on välttämätöntä, että X C

Mikropiirin käyttämiseen alueella 1,5 V

Alennettu lähtöimpedanssi

Lähtöresistanssin pienentämiseksi voit käyttää mikropiirien rinnakkaiskytkentää, joka näkyy kuvassa 10.

Tällaisen piirin lähtöimpedanssi riippuu rinnan kytkettyjen mikropiirien lukumäärästä. n ja se määritellään lausekkeen avulla.

(4)

Kuvasta näkyy, että kondensaattori C1 on yksilöllinen jokaiselle mikropiirille ja kondensaattori C2 on yhteinen. Mikropiirien harkittu sisällyttäminen mahdollistaa lähtövirran, muuntokertoimen ja muuntimen tehokkuuden lisäämisen.

Chip CSS

Lähtöjännitteen lisäämiseksi voit käyttää mikropiirien kaskadointia, joka näkyy kuvassa 11.

Tällaisen muuntimen lähtöjännite on -nV +. Ottaen huomioon sallitun alueen 1,5 V

Jännitteen tuplaajat

Positiivisen jännitteen saamiseksi negatiivisesta jännitelähteestä sekä jännitteen kaksinkertaistamiseksi kytketään mikropiiri päälle, kuten kuvassa 12.

Nastoissa 8 ja 3 syntyy jännite V OUT \u003d -V - ja nastoihin 8 ja 5 V OUT \u003d -2V -. Diodi on välttämätön mikropiirin alkuvaiheen varmistamiseksi. Joissakin tapauksissa on kätevää käyttää kuvassa 13 esitettyä kytkentäpiiriä.

Tällaisen muuntimen lähtöjännite on 2V + -2V F, missä V F on jännitehäviö diodin yli eteenpäin (piidiodeille V F \u003d 0,5-0,7 V).

Jännitteenjakajat

ICL7660-sirun avulla saat tehokkaan jännitteenjakajan, kun kytket sen päälle, kuten kuvassa 14 näkyy.

Yhdistetyt jännitelähteet

ICL7660-sirun avulla voit vastaanottaa jännitteitä eri luokituksilla. Yksi kytkentävaihtoehdoista on esitetty kuvassa 15.

Kuvassa esitetyssä jännitemuuntimessa muodostuu jännitteet - (V + -V F) ja 2V + -2V F.

Puskurin toiminta

Kuten edellä käsitellystä materiaalista voidaan nähdä, kytketyillä kondensaattoreilla varustetuilla muuntimilla on palautuvia ominaisuuksia. Näin voit toteuttaa niiden toiminnan puskuritilan, jonka yksi vaihtoehdoista on esitetty kuvassa 16.

Laite saa virran lähteestä V IN , joka antaa jännitteen V OUT (n:nnen mikropiirin 5. lähtö) ja V + (ensimmäisen mikropiirin 8. lähtö) - akun latausjännitteen. Kun syöttöjännite katkeaa tai virransyöttö katkeaa, jännite V OUT syntyy akun jännitteestä V +.

ICL7660-generaattorin taajuuden muuttaminen

Tarkasteltavien muuntimien parametrit riippuvat mikropiirigeneraattorin taajuudesta. Tehokkuuden riippuvuus taajuudesta on esitetty kuvassa 6.

Kuvasta voidaan nähdä, että 1 mA:n lähtövirralla saavutetaan korkea hyötysuhde alle 1 kHz:n taajuuksilla. Korkeammilla taajuuksilla häviöt generaattorin ja tehokytkimen ohjauspiireissä vähentävät kokonaishyötysuhdetta. Korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi tässä nimenomaisessa tapauksessa on tarpeen pienentää muuntimen toimintataajuutta. Toimintataajuutta voidaan pienentää käyttämällä ulkoista oskillaattoria tai liittämällä C OSC kuvan 3 mukaisesti.

Yksinkertaisempi tapa on käyttää ulkoista kondensaattoria, jonka kapasitanssi voidaan määrittää kuvan 8 kaaviosta.

Yllä mainitussa tapauksessa 1 kHz:n käyttötaajuus saavutetaan kytkemällä ulkoinen kondensaattori, jonka kapasiteetti on C OSC \u003d 100pF. Tätä menetelmää sovellettaessa on otettava huomioon, että kun C OSC on suurempi kuin 1000pF, kondensaattorien C1 ja C2 kapasitanssi on nostettava 100 mikrofaradiin.

Harkittua menetelmää generaattorin taajuuden muuttamiseksi käytetään mikroteholaitteissa muuntimen korkean hyötysuhteen varmistamiseksi.

Joissain tapauksissa muuntimen toimintataajuutta on lisättävä. Näissä tapauksissa on mahdollista käyttää C1:tä ja C2:ta pienemmällä kapasiteetilla ja siten pienempiä mittoja. Se myös vähentää generaattorin melutasoa audiojärjestelmissä. Helpoin tapa lisätä taajuutta on MAX1044:n Boost-nastalla. Kun avain S1 suljetaan (kuva 3), mikropiirin toimintataajuus kasvaa 6-kertaiseksi.

Low Power Mode

Valmiustilassa käytettäessä muuntimen kuluttamaa tehoa on vähennettävä. Joissakin mikropiireissä on SD-tulo, jolla voit pienentää virrankulutuksen mikroampeeriyksiköihin. Pienitehoinen tila voidaan toteuttaa myös OSC-tulolla. Vaihtoehdot tämän tilan toteuttamiseksi käytettäessä perinteisiä logiikkaelementtejä, logiikkaelementtejä, joissa on avoin nielu (kollektori) sekä sellaiset, joissa on kolmas tila, on esitetty kuvassa 17.

Kytkettyjen kondensaattoreiden jännitemuuntajien mikropiirejä valmistavat useat yritykset: Maxim, National Semiconductor, Microchip jne. Näillä mikropiireillä on sama toimintaperiaate ja ne eroavat toteutetuista toiminnoistaan, sähköisistä parametreistaan ​​ja suunnittelustaan. Tämän alueen kiistaton johtaja on Maxim, joka tuottaa laajimman valikoiman muuntimen mikropiirejä. Taulukossa 2 on esitetty joidenkin eri yritysten valmistamien sirujen ominaisuudet.

Taulukko 2. Mikropiirien lyhyet ominaisuudet.

Sirun tyyppi	Toteutetut ominaisuudet	Lähtövirta (mA)	Tulojännite V IN (V)	Taajuus (kHz)	Virrankulutus (μA)	Merkintä
ICL7660 TC7660 LMC7660	-(V IN) tai 2 (V IN) tai ½ (V IN)	20	1,5÷10	10	250
MAX889	(-2,5 V) (-V IN)	200	2,7÷5,5	2000	50000	Sisäänrakennettu sammutustoiminto
MAX 1680 MAX1681	-(V IN) tai 2 (V IN)	125	2÷5.5	125÷200 500÷1000	30000
MAX 680	2 (VIN) ja -2 (VIN)	10	2÷6	8	1000
MAX681	2 (VIN) ja -2 (VIN)	10	2÷6	8	1000	Ilman ulkoisia kondensaattoreita
MAX 1673	3B	125	2÷5.5	350	16000
LM3350	3/2(V IN) tai 2/3 (VIN)	50	1,5÷5,5	1600
LM3352	2,5 V; 3V tai 3,3V	200	2,5÷5,5	1000
MAX870	-(V IN) tai 2 (V IN) tai ½ (V IN)	50	1,6÷5,5	56÷194	1000
MAX864	2 (VIN) ja -2 (VIN)	100	1,75÷6	7÷185	5000	Sisäänrakennettu sammutustoiminto

merkintä: mikropiirit MAX, ICL - yritykset MAXIM; LM, LMC - kansallinen puolijohde; TC - Mikrosiru.

Taulukko osoittaa, että kytketyillä kondensaattoreilla olevat muuntimet voivat toimia invertterin, tuplaajan, tulojännitteen kahdella jakajatiloissa ja mahdollistaa useiden jännitteiden generoinnin lähtöön samanaikaisesti. Joissakin mikropiireissä on sisäänrakennetut jännitteensäätimet. Tarkasteltuja mikropiirejä käytetään laajalti kannettavissa tietokoneissa, matkapuhelimissa, hakulaitteissa, kannettavissa laitteissa ja muissa laitteissa. Radioamatöörikäytännössä niitä voidaan käyttää esimerkiksi bipolaaristen syöttöjännitteiden generoimiseen operaatiovahvistimille, puskuritehon antamiseen elektronisille laitteille yhdestä akkukennosta, LCD-syöttöjännitteen tuottamiseen jne. Pienet mitat, korkea muuntokerroin ja tehokkuus, induktanssien puuttuminen, palautuvat ominaisuudet ovat erittäin houkuttelevia tarkasteltujen muuntimien käytölle erilaisten elektronisten laitteiden kehittämisessä.

Kirjallisuus

1. Maximin täyden valikoiman CD-luetteloversio 5.0 2001-versio.
2. National Analog and Interface Products Databook, 2001 Edition.