Per quanto riguarda gli schemi semplice convertitori di impulsi tensione costante.

I principali vantaggi dei convertitori di impulsi:
In primo luogo, hanno un'elevata efficienza e, in secondo luogo, possono funzionare a una tensione di ingresso inferiore a quella di uscita.

I convertitori di impulsi sono divisi in gruppi:

• - step-down, step-up, inversione;
• - stabilizzato, non stabilizzato;
• – galvanicamente isolato, non isolato;
• – con una gamma ristretta e ampia di tensioni di ingresso.

Per la produzione di convertitori di impulsi fatti in casa, è meglio utilizzare circuiti integrati specializzati: sono più facili da assemblare e non capricciosi durante l'installazione.

Convertitore a transistor non stabilizzato

Questo convertitore funziona ad una frequenza di 50 kHz, l'isolamento galvanico è fornito da un trasformatore T1, che è avvolto su un anello K10x6x4.5 in ferrite 2000NM e contiene: avvolgimento primario - 2x10 spire, avvolgimento secondario - 2x70 spire di PEV-0.2 filo. I transistor possono essere sostituiti con KT501B. La corrente della batteria, in assenza di carico, non viene praticamente consumata.

Convertitore di tensione a transistor stabilizzato

Il trasformatore T1 è avvolto su un anello di ferrite con un diametro di 7 mm e contiene due avvolgimenti di 25 spire di filo PEV = 0,3.

Convertitore di tensione non stabilizzato basato su un multivibratore

Convertitore push-pull non stabilizzato basato su un multivibratore (VT1 e VT2) e un amplificatore di potenza (VT3 e VT4). La tensione di uscita è selezionata dal numero di giri dell'avvolgimento secondario del trasformatore di impulsi T1.

Convertitore su un chip specializzato MAX631

Un convertitore di tipo stabilizzante basato su un chip MAX631 di MAXIM. La frequenza di generazione è 40 ... 50 kHz, l'elemento di memoria è l'induttanza L1.

Moltiplicatore di tensione a due stadi non regolato sul MAX660

Puoi utilizzare uno dei due chip separatamente, ad esempio il secondo, per moltiplicare la tensione di due batterie.

Commutazione del regolatore boost sul chip MAX1674

Un circuito tipico per accendere uno stabilizzatore boost di commutazione su un chip MAX1674 di MAXIM. Il funzionamento viene mantenuto a una tensione di ingresso di 1,1 volt. Efficienza - 94%, corrente di carico - fino a 200 mA.

MCP1252-33X50: due tensioni da un alimentatore

Consente di ricevere due diverse tensioni stabilizzate con un'efficienza del 50 ... 60% e una corrente di carico fino a 150 mA in ciascun canale. I condensatori C2 e C3 sono dispositivi di accumulo di energia.

Commutazione dello stabilizzatore step-up sul chip MAX1724EZK33 da MAXIM

Un circuito tipico per l'accensione di un microcircuito specializzato di MAXIM. Rimane operativo a una tensione di ingresso di 0,91 volt, ha un contenitore SMD di piccole dimensioni e fornisce una corrente di carico fino a 150 mA con un'efficienza del 90%.

Commutazione del regolatore buck sul chip TL497

Un circuito tipico per l'accensione di un regolatore buck switching su un chip TEXAS ampiamente disponibile. Il resistore R3 regola la tensione di uscita entro + 2,8 ... + 5 volt. Il resistore R1 imposta la corrente corto circuito, che viene calcolato dalla formula: Ikz (A) \u003d 0,5 / R1 (Ohm)

Inverter di tensione integrato sul chip ICL7660

Inverter di tensione integrato, efficienza - 98%.

Due convertitori isolati basati su chip DC-102 e DC-203

Due convertitori di tensione isolati DA1 e DA2, collegati secondo un circuito “non isolato” con una “massa” comune.

Convertitore di tensione stabilizzato bipolare

Induttanza avvolgimento primario trasformatore T1 - 22 μH, il rapporto tra le spire dell'avvolgimento primario e ciascun secondario - 1: 2,5.

Convertitore boost stabilizzato MAX734

Uno schema tipico di un convertitore boost stabilizzato su un chip MAXIM.

Applicazione non standard del chip MAX232

Questo chip di solito funge da driver RS-232. La moltiplicazione della tensione si ottiene con un fattore di 1,6 ... 1,8.

Mercato cinese dei legumi Convertitori DC-DC piuttosto largo. E girovagando per le distese del noto AliExpress, mi sono imbattuto in un convertitore piccolo, economico, ma allo stesso tempo abbastanza potente. Va subito detto che ai fini della comunicazione, come qualsiasi convertitore di impulsi, è limitato, ma merita comunque molta attenzione per le sue dimensioni.

In precedenza, ho già scritto di vari convertitori di impulsi che puoi utilizzare per i tuoi progetti.

Ma hanno tutte dimensioni relativamente grandi e non sono sempre comode da usare. L'eroe di questa recensione è molto più compatto, ma allo stesso tempo fornisce parametri di prestazione simili. La scheda convertitore viene fornita imballata in un sacchetto antistatico.

In apparenza, il bambino sembra molto frivolo, tuttavia, non correre alle conclusioni.

Le dimensioni della tavola sono 22 x 17 mm. Rispetto a una moneta da 10 rubli.

Il convertitore è costruito sulla base di un chip convertitore specializzato MP1584, le cui caratteristiche principali sono:

• La tensione di ingresso può variare da 4,5 a 28 volt.
• La tensione di uscita è regolabile da 0,8 a 25 volt.
• Il FET integrato fornisce una corrente di esercizio fino a 3 A
• La frequenza operativa è fino a 1,5 MHz (questo spiega dimensioni così ridotte).
• Protezione da surriscaldamento integrata (al raggiungimento di 120 gradi Celsius, il convertitore si spegne)
• Livello di ondulazione sufficientemente basso all'ingresso e all'uscita del convertitore.
• Protezione da cortocircuito in uscita.

Tra le carenze, si può notare la completa mancanza di protezione contro l'inversione di polarità. E se hai inavvertitamente confuso la polarità, il chip MP1584 esploderà con un botto (uno dei convertitori è morto in nome della scienza). 🙂

Schema elettrico MP1584 dal foglio dati. In realtà, secondo esso, il nostro convertitore è assemblato. C'è anche un grafico di efficienza a seconda della corrente consumata.

Prove

Per testare il convertitore, colleghiamo ad esso la stazione radio M-Tech Legend III,

Il convertitore stesso è alimentato da un alimentatore da laboratorio Atten PPS3005S in grado di fornire tensioni fino a 31 volt e correnti fino a 5A. Misureremo la corrente e la tensione usando un multimetro Vichy VC8145.

Prenderemo i parametri prima e dopo il convertitore.

L'efficienza del convertitore in termini di potenza è di circa il 90%, il che va bene. La perdita del 10% è un valore abbastanza accettabile. È inoltre necessario ricordare che l'efficienza diminuisce drasticamente quando la distribuzione della tensione di ingresso e di uscita è inferiore a 3 V (nella documentazione, inferiore a 5). Quindi l'efficienza del nostro bambino è persino superiore a quella dei fratelli maggiori.

Misuriamo il livello di ondulazione all'ingresso e all'uscita del convertitore sotto un carico standard sotto forma di una stazione radio M-Tech Legend III. Indagheremo il segnale in ingresso e in uscita utilizzando un oscilloscopio Atten ADS1102CAL. Il parametro principale oggetto di studio è dV (ampiezza di pulsazione tra i cursori CurA e CurB).

Ripple all'ingresso (ricezione)

Ondulazione di uscita (Ricezione)

Ondulazione di ingresso (trasmissione)

Ondulazione in uscita (trasmissione)

In confronto con convertitori simili, ma più a bassa frequenza, sembra abbastanza buono.

Regime di temperatura

Esaminiamo il convertitore per il riscaldamento durante il funzionamento.

Modalità standby, consumo di corrente 294 mA

Dopo 1 minuto di trasmissione, il consumo di corrente è 1,55A.

Come puoi vedere, il chip del convertitore stesso si è riscaldato di più. Certo, il nostro bambino ha difficoltà, ma in generale ha superato il test.

Interferenza

La documentazione per l'MP1584 dice: Commutando a 1,5 MHz, l'MP1584 è in grado di prevenire problemi di rumore EMI (Electromagnetic Interference), come quelli che si trovano nelle applicazioni radio AM e ADSL. Cosa significa in traduzione: poiché la conversione avviene a una frequenza di 1,5 MHz, l'MP1584 non dovrebbe generare rumore elettromagnetico che causa problemi quando i ricetrasmettitori utilizzano la modulazione di ampiezza e la tecnologia ADSL. Nella mia esperienza, la radio M-Tech Legend III, quando collegata tramite questo convertitore, non ha mostrato alcuna diminuzione evidente della sensibilità. Eppure, memore dei principi di funzionamento dei convertitori di impulsi, non consiglierei di usarlo per alimentare apparecchiature di comunicazione sensibili. Le dimensioni compatte del trasduttore ne consentono l'inserimento anche all'interno della stazione, ma non si sa quanto questo influirà negativamente sulla sensibilità del ricevitore, per verificare questo punto andrebbero effettuati ulteriori studi.

Risultato

Di conseguenza, abbiamo un eccellente convertitore in miniatura che può essere facilmente utilizzato per alimentare vari dispositivi, ad esempio per costruire un power bank su una batteria al piombo che caricherà i tuoi dispositivi mobili. Di recente, ho avuto un compito simile, alimentare l'attrezzatura per le riprese sul campo, in modo da non dipendere pesantemente dalle batterie integrate nell'attrezzatura, e i convertitori sul chip MP1584 hanno svolto un ottimo lavoro con questo compito .

K1224PN1x - un circuito integrato è un convertitore da CC a CA alta e viene utilizzato per controllare un appartamento lampada a fluorescenza. L'aumento di tensione viene effettuato utilizzando un'induttanza esterna, sulla quale vengono generati impulsi di tensione ad alta tensione alla frequenza del generatore interno della pompa. La fase della tensione di uscita è controllata dal generatore di commutazione di fase. La frequenza di ciascun generatore è determinata dalla capacità esterna. Il circuito integrato contiene: due auto-oscillatori che formano la frequenza della pompa e il periodo di commutazione […]

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La figura mostra uno schema di un semplice convertitore di tensione. Il CD4047 IC opera in modalità multivibratore instabile, dalla cui uscita, in antifase, il segnale va ai transistor MOSFET IRFZ44, il cui carico è normale (un trasformatore di rete con avvolgimenti collegati in senso inverso, dove l'avvolgimento 220 diventa secondario) Trasformatore step-up da 60-100 W con avvolgimento primario 2 * 12V e una presa dal centro.

IC CAT3603 fornisce 30 mA per canale e funziona con una tensione di ingresso di 3 ... 5,5 V. Il consumo di corrente di riposo del microcircuito è estremamente ridotto, 0,1 mA, il che consente di alimentarlo con una batteria convenzionale. Frequenza di conversione operativa 1MHz, efficienza del convertitore 90%. C'è una protezione dell'uscita dal cortocircuito. La corrente di uscita del microcircuito viene regolata utilizzando la resistenza R. La tabella mostra i valori di resistenza ​​​​a seconda di […]

Convertitori di frequenza

Dalla fine degli anni '60, i convertitori di frequenza sono cambiati radicalmente, principalmente a causa dello sviluppo delle tecnologie dei microprocessori e dei semiconduttori, nonché per la loro riduzione dei costi.

Tuttavia, i principi fondamentali alla base dei convertitori di frequenza sono rimasti gli stessi.

La struttura dei convertitori di frequenza comprende quattro elementi principali:

Riso. 1. Schema a blocchi del convertitore di frequenza

1. Il raddrizzatore genera una tensione CC pulsante quando è collegato a un'alimentazione CA monofase/trifase. I raddrizzatori sono di due tipi principali: gestiti e non gestiti.

2. Catena intermedia di uno dei tre tipi:

a) convertire la tensione del raddrizzatore in corrente continua.

b) stabilizzare o livellare la tensione continua di ripple e alimentarla all'inverter.

c) convertire la tensione continua costante del raddrizzatore in una tensione alternata variabile.

3. Inverter, che forma la frequenza della tensione del motore elettrico. Alcuni inverter possono anche convertire una tensione continua fissa in una tensione alternata variabile.

4. Un circuito di controllo elettronico che invia segnali al raddrizzatore, circuito intermedio e inverter e riceve segnali da questi elementi. La costruzione degli elementi controllati dipende dalla progettazione di un particolare convertitore di frequenza (vedi Fig. 2.02).

Comune a tutti i convertitori di frequenza è che tutti i circuiti di controllo controllano gli elementi semiconduttori dell'inverter. I convertitori di frequenza differiscono nella modalità di commutazione utilizzata per regolare la tensione di alimentazione del motore.

Sulla fig. 2, che illustra i vari principi di costruzione/controllo del convertitore, si utilizza la seguente notazione:

1 - raddrizzatore controllato,

2- raddrizzatore incontrollato,

3- circuito intermedio della corrente continua variabile,

4- Circuito intermedio a tensione costante DC

5- circuito intermedio della corrente continua variabile,

6- inverter con modulazione di ampiezza-impulso (AIM)

7- inverter con modulazione di larghezza di impulso (PWM)

Inverter di corrente (IT) (1+3+6)

Convertitore con modulazione di ampiezza-impulso (AIM) (1+4+7) (2+5+7)

Convertitore PWM (PWM/VVCplus) (2+4+7)

Riso. 2. Vari principi di costruzione/controllo dei convertitori di frequenza

Per completezza vanno citati i convertitori diretti, che non hanno circuito intermedio. Tali convertitori vengono utilizzati nella gamma di potenza dei megawatt per formare una tensione di alimentazione a bassa frequenza direttamente dalla rete a 50 Hz, mentre la loro frequenza massima di uscita è di circa 30 Hz.

raddrizzatore

La tensione di alimentazione di rete è una tensione alternata trifase o monofase a frequenza fissa (ad esempio 3x400V/50Hz o 1x240V/50Hz); le caratteristiche di queste tensioni sono illustrate nella figura seguente.

Riso. 3. Tensione AC monofase e trifase

Nella figura, tutte e tre le fasi sono sfalsate nel tempo, la tensione di fase cambia costantemente direzione e la frequenza indica il numero di periodi al secondo. Una frequenza di 50 Hz significa che ci sono 50 periodi al secondo (50 x T), cioè un periodo dura 20 millisecondi.

Il raddrizzatore del convertitore di frequenza è costruito su diodi, o su tiristori, o su una loro combinazione. Un raddrizzatore costruito su diodi non è controllato e su tiristori è controllato. Se vengono utilizzati sia diodi che tiristori, il raddrizzatore è semicontrollato.

Raddrizzatori incontrollati

Riso. 4. Modalità di funzionamento del diodo.

I diodi consentono alla corrente di fluire in una sola direzione: dall'anodo (A) al catodo (K). Come con altri dispositivi a semiconduttore, la quantità di corrente del diodo non può essere controllata. La tensione CA viene convertita dal diodo in una tensione CC pulsante. Se un raddrizzatore trifase non controllato viene alimentato con una tensione CA trifase, in questo caso pulsa anche la tensione CC.

Riso. 5. Raddrizzatore incontrollato

Sulla fig. 5 mostra un raddrizzatore trifase non controllato contenente due gruppi di diodi. Un gruppo è costituito dai diodi D1, D3 e D5. Un altro gruppo è costituito dai diodi D2, D4 e D6. Ciascun diodo conduce corrente per un terzo del tempo di ciclo (120°). In entrambi i gruppi, i diodi conducono la corrente in una certa sequenza. I periodi durante i quali entrambi i gruppi lavorano sono spostati tra loro di 1/6 del tempo del periodo T (60°).

I diodi D1,3,5 sono aperti (conduttivi) quando viene applicata una tensione positiva. Se la tensione della fase L raggiunge un valore di picco positivo, il diodo D è aperto e il terminale A riceve la tensione della fase L1 Gli altri due diodi saranno interessati dalle tensioni inverse di U L1-2 e U L1-3

Lo stesso accade nel gruppo di diodi D2,4,6. In questo caso, il terminale B riceve una tensione di fase negativa. Se al momento la fase L3 raggiunge il valore limite negativo, il diodo D6 è aperto (conduce). Entrambi gli altri diodi sono interessati dalle tensioni inverse di U L3-1 e U L3-2

La tensione di uscita di un raddrizzatore non controllato è uguale alla differenza di tensione tra questi due gruppi di diodi. Il valore medio della tensione continua di ondulazione è 1,35 x la tensione di rete.

Riso. 6. Tensione di uscita del raddrizzatore trifase non controllato

Raddrizzatori controllati

Nei raddrizzatori controllati, i diodi sono sostituiti da tiristori. Come un diodo, un tiristore fa passare la corrente in una sola direzione: dall'anodo (A) al catodo (K). Tuttavia, a differenza del diodo, il tiristore ha un terzo elettrodo chiamato "gate" (G). Affinché il tiristore si apra, è necessario applicare un segnale al cancello. Se la corrente scorre attraverso il tiristore, il tiristore lo passerà fino a quando la corrente diventa zero.

La corrente non può essere interrotta applicando un segnale al cancello. I tiristori sono utilizzati sia nei raddrizzatori che negli inverter.

Al gate del tiristore viene applicato un segnale di controllo a, caratterizzato da un ritardo espresso in gradi. Questi gradi causano un ritardo tra il momento in cui la tensione passa per zero e il momento in cui il tiristore è aperto.

Riso. 7. Modalità di funzionamento a tiristore

Se l'angolo a è compreso tra 0° e 90°, il circuito a tiristori viene utilizzato come raddrizzatore e, se è compreso tra 90° e 300°, come inverter.

Riso. 8. Raddrizzatore trifase controllato

Un raddrizzatore controllato è fondamentalmente uguale a uno non controllato, tranne per il fatto che il tiristore è controllato dal segnale a e inizia a condurre dal momento in cui un diodo convenzionale inizia a condurre, fino a un momento che è 30° dopo il punto di passaggio per lo zero della tensione .

La regolazione del valore di a consente di modificare l'ampiezza della tensione rettificata. Il raddrizzatore controllato genera una tensione costante, il cui valore medio è 1,35 x tensione di rete x cos α

Riso. 9. Tensione di uscita del raddrizzatore trifase controllato

Rispetto a un raddrizzatore non controllato, un raddrizzatore controllato ha perdite più significative e introduce un rumore maggiore nella rete di alimentazione, poiché con un tempo di passaggio del tiristore più breve, il raddrizzatore assorbe più corrente reattiva dalla rete.

Il vantaggio dei raddrizzatori controllati è la loro capacità di restituire energia alla rete di alimentazione.

Catena intermedia

Il circuito intermedio può essere considerato come un accumulo da cui il motore elettrico può ricevere energia attraverso l'inverter. A seconda del raddrizzatore e dell'inverter, esistono tre possibili principi di progettazione del circuito intermedio.

Inverter - sorgenti di corrente (1-convertitore)

Riso. 10. Circuito intermedio di corrente continua variabile

Nel caso di inverter - sorgenti di corrente, il circuito intermedio contiene una grande bobina di induttanza ed è accoppiato solo con un raddrizzatore controllato. L'induttore converte la tensione variabile del raddrizzatore in una corrente CC variabile. La tensione del motore è determinata dal carico.

Inverter - sorgenti di tensione (U-convertitori)

Riso. 11. Circuito intermedio a tensione continua

Nel caso di inverter con sorgente di tensione, il circuito intermedio è un filtro contenente un condensatore e può essere accoppiato con uno dei due tipi di raddrizzatore. Il filtro attenua la tensione continua pulsante (U21) del raddrizzatore.

In un raddrizzatore controllato, la tensione a una data frequenza è costante e viene fornita all'inverter come una vera tensione costante (U22) con ampiezza variabile.

Nei raddrizzatori non controllati, la tensione all'ingresso dell'inverter è una tensione costante con un'ampiezza costante.

Circuito intermedio a tensione continua variabile

Riso. 12. Circuito intermedio di tensione variabile

Nei circuiti intermedi a tensione continua variabile è possibile attivare un chopper davanti al filtro, come mostrato in fig. 12.

L'interruttore contiene un transistor che funge da interruttore, accendendo e spegnendo la tensione del raddrizzatore. Il sistema di controllo controlla il chopper confrontando la tensione variabile dopo il filtro (U v) con il segnale di ingresso. Se c'è una differenza, il rapporto viene regolato modificando l'ora in cui il transistor è acceso e l'ora in cui è spento. Questo cambia il valore effettivo e l'ampiezza della tensione costante, che può essere espressa dalla formula

U v \u003d U x t acceso / (t acceso + t spento)

Quando il transistor interruttore apre il circuito di corrente, l'induttore del filtro rende infinitamente grande la tensione attraverso il transistor. Per evitare ciò, l'interruttore è protetto da un diodo a commutazione rapida. Quando il transistor si apre e si chiude, come mostrato in Fig. 13, la tensione sarà la più alta in modalità 2.

Riso. 13. L'interruttore del transistor controlla la tensione del circuito intermedio

Il filtro del circuito intermedio attenua l'onda quadra dopo l'interruttore. Il condensatore del filtro e l'induttore mantengono la tensione costante a una determinata frequenza.

A seconda della costruzione, il circuito intermedio può anche svolgere funzioni aggiuntive, tra cui:

Disaccoppiamento del raddrizzatore dall'inverter

Ridurre il livello delle armoniche

Accumulo di energia per limitare i picchi di carico intermittenti.

invertitore

L'inverter è l'ultimo collegamento nel convertitore di frequenza prima del motore elettrico e il luogo in cui avviene l'adattamento finale della tensione di uscita.

Il convertitore di frequenza fornisce condizioni di funzionamento normali sull'intero intervallo di controllo adattando la tensione di uscita alla modalità di carico. Ciò consente di mantenere una magnetizzazione ottimale del motore.

Dal circuito intermedio, l'inverter riceve

corrente continua variabile,

Tensione CC variabile o

Tensione continua costante.

Grazie all'inverter, in ognuno di questi casi, viene fornito un valore variabile al motore elettrico. In altre parole, nell'inverter viene sempre creata la frequenza desiderata della tensione fornita al motore elettrico. Se la corrente o la tensione sono variabili, l'inverter genera solo la frequenza desiderata. Se la tensione è costante, l'inverter crea sia la frequenza desiderata che la tensione desiderata per il motore.

Anche se gli inverter funzionano in modo diverso, la loro struttura di base è sempre la stessa. Gli elementi principali degli inverter sono dispositivi a semiconduttore controllati collegati a coppie in tre rami.

Attualmente, i tiristori sono stati nella maggior parte dei casi sostituiti da transistor ad alta frequenza, che sono in grado di aprirsi e chiudersi molto rapidamente. La frequenza di commutazione è generalmente compresa tra 300 Hz e 20 kHz, a seconda dei semiconduttori utilizzati.

I dispositivi a semiconduttore nell'inverter vengono accesi e spenti da segnali generati dal circuito di controllo. I segnali possono essere generati in diversi modi.

Riso. 14. Invertitore di corrente a circuito intermedio convenzionale a tensione variabile.

Gli inverter convenzionali, che commutano principalmente la corrente del circuito intermedio della tensione variabile, contengono sei tiristori e sei condensatori.

I condensatori consentono ai tiristori di aprirsi e chiudersi in modo tale che la corrente negli avvolgimenti di fase sia sfasata di 120 gradi e debba essere adattata alla taglia del motore. Quando la corrente viene applicata periodicamente ai terminali del motore nella sequenza U-V, V-W, W-U, U-V..., viene generato un campo magnetico rotante intermittente della frequenza richiesta. Anche se la corrente del motore è quasi un'onda quadra, la tensione del motore sarà quasi sinusoidale. Tuttavia, quando la corrente viene attivata o disattivata, si verificano sempre picchi di tensione.

I condensatori sono separati dalla corrente di carico del motore tramite diodi.

Riso. 15. Inverter per la variazione o la costante tensione del circuito intermedio e la dipendenza della corrente di uscita dalla frequenza di commutazione dell'inverter

Gli inverter con tensione del circuito intermedio variabile o costante contengono sei elementi di commutazione e, indipendentemente dal tipo di dispositivi a semiconduttore utilizzati, funzionano quasi allo stesso modo. Il circuito di controllo apre e chiude i dispositivi a semiconduttore utilizzando diversi metodi di modulazione, modificando così la frequenza di uscita del convertitore di frequenza.

Il primo metodo è per cambiare la tensione o la corrente nel circuito intermedio.

Gli intervalli durante i quali i singoli semiconduttori sono aperti sono disposti in una sequenza utilizzata per ottenere la frequenza di uscita desiderata.

Questa sequenza di commutazione dei dispositivi a semiconduttore è controllata dall'entità della variazione di tensione o corrente del circuito intermedio. Attraverso l'uso di un oscillatore controllato in tensione, la frequenza segue sempre l'ampiezza della tensione. Questo tipo di controllo dell'inverter è chiamato modulazione di ampiezza dell'impulso (PAM).

Per una tensione del circuito intermedio fissa, viene utilizzato un altro metodo di base. La tensione del motore diventa variabile applicando la tensione del circuito intermedio agli avvolgimenti del motore per periodi di tempo più o meno lunghi.

Riso. 16 Modulazione di ampiezza e ampiezza di impulso

La frequenza viene modificata modificando gli impulsi di tensione lungo l'asse del tempo, positivamente durante un semiciclo e negativamente durante l'altro.

Poiché questo metodo modifica la durata (ampiezza) degli impulsi di tensione, è chiamato modulazione di larghezza di impulso (PWM). La modulazione PWM (e metodi correlati come PWM sinusoidale) è il modo più comune per pilotare un inverter.

Con la modulazione PWM, il circuito di controllo determina i tempi di commutazione dei dispositivi a semiconduttore all'intersezione della tensione a dente di sega e della tensione di riferimento sinusoidale sovrapposta (PWM a controllo sinusoidale). Altri metodi di modulazione PWM promettenti sono metodi di modulazione dell'ampiezza dell'impulso modificati come WC e WC plus sviluppati da Danfoss Corporation.

transistor

Poiché i transistor possono commutare ad alta velocità, l'interferenza elettromagnetica che si verifica quando "pulsing" (magnetizzazione del motore) viene ridotta.

Un altro vantaggio dell'elevata frequenza di commutazione è la flessibilità di modulazione della tensione di uscita del convertitore di frequenza, che consente di produrre una corrente del motore sinusoidale, mentre il circuito di controllo deve solo aprire e chiudere i transistor dell'inverter.

La frequenza di commutazione dell'inverter è un'arma a doppio taglio, poiché le alte frequenze possono causare il riscaldamento del motore e picchi di alta tensione. Maggiore è la frequenza di commutazione, maggiori saranno le perdite.

D'altra parte, una bassa frequenza di commutazione può causare un forte rumore acustico.

I transistor ad alta frequenza possono essere suddivisi in tre gruppi principali:

Transistori bipolari (LTR)

MOSFET unipolari (MOS-FET)

Transistori bipolari a gate isolato (IGBT)

I transistor IGBT sono attualmente i più utilizzati perché combinano le proprietà di pilotaggio dei transistor MOS-FET con le proprietà di uscita dei transistor LTR; inoltre, hanno la giusta gamma di potenza, conducibilità e frequenza di commutazione adeguate, il che semplifica notevolmente il controllo dei moderni convertitori di frequenza.

Nel caso degli IGBT, sia gli elementi dell'inverter che i controlli dell'inverter sono posti in un modulo stampato chiamato "Intelligent Power Module" (IPM).

Modulazione dell'ampiezza dell'impulso (AIM)

La modulazione dell'ampiezza degli impulsi viene utilizzata per convertitori di frequenza con tensione del circuito intermedio variabile.

Nei convertitori di frequenza con raddrizzatori non controllati, l'ampiezza della tensione di uscita è formata da un interruttore intermedio e se il raddrizzatore è controllato, l'ampiezza si ottiene direttamente.

Riso. 20. Generazione di tensione nei convertitori di frequenza con interruttore nel circuito intermedio

Il transistor (interruttore) in fig. 20 viene sbloccato o bloccato dal circuito di comando e regolazione. I tempi di commutazione dipendono dal valore nominale (segnale di ingresso) e dal segnale di tensione misurato (valore reale). Il valore effettivo viene misurato attraverso il condensatore.

L'induttore e il condensatore agiscono come un filtro che attenua le increspature di tensione. La tensione di picco dipende dal tempo di apertura del transistor e, se i valori nominali ed effettivi sono diversi l'uno dall'altro, l'interruttore funziona fino al raggiungimento del livello di tensione richiesto.

Controllo di frequenza

La frequenza della tensione di uscita viene modificata dall'inverter durante il periodo e i dispositivi di commutazione a semiconduttore funzionano più volte durante il periodo.

La durata del periodo può essere modificata in due modi:

1.Inserimento diretto o

2.Utilizzare una tensione CC variabile proporzionale al segnale di ingresso.

Riso. 21 bis. Controllo di frequenza con tensione del circuito intermedio

La modulazione dell'ampiezza di impulso è il modo più comune per generare una tensione trifase con una frequenza appropriata.

Con la modulazione di larghezza di impulso, la formazione della tensione totale del circuito intermedio (≈ √2 x U rete) è determinata dalla durata e dalla frequenza di commutazione degli elementi di potenza. La frequenza di ripetizione dell'impulso PWM tra on e off è variabile e consente la regolazione della tensione.

Ci sono tre opzioni principali per impostare le modalità di commutazione in un inverter controllato dalla modulazione di larghezza di impulso.

1. PWM a controllo sinusoidale

2. PWM sincrono

3. PWM asincrono

Ogni ramo di un inverter PWM trifase può avere due diversi stati (acceso e spento).

Tre interruttori formano otto possibili combinazioni di commutazione (2 3), e quindi otto vettori di tensione digitali all'uscita dell'inverter o sull'avvolgimento statorico del motore collegato. Come mostrato in fig. 21b, questi vettori 100, 110, 010, 011, 001, 101 sono agli angoli dell'esagono circoscritto, usando i vettori 000 e 111 come zeri.

Nel caso delle combinazioni di commutazione 000 e 111, viene creato lo stesso potenziale su tutti e tre i terminali di uscita dell'inverter, positivo o negativo rispetto al circuito intermedio (vedi Fig. 21c). Per un motore elettrico questo significa un effetto prossimo al cortocircuito dei terminali; Una tensione di 0 V viene applicata anche agli avvolgimenti del motore.

PWM a controllo sinusoidale

Con PWM a controllo sinusoidale, per controllare ciascuna uscita dell'inverter viene utilizzata una tensione di riferimento sinusoidale (Us) La durata del periodo della tensione sinusoidale corrisponde alla frequenza fondamentale richiesta della tensione di uscita. Alle tre tensioni di riferimento viene applicata una tensione a dente di sega (U D), vedi fig. 22.

Riso. 22. Il principio di funzionamento di un PWM a controllo sinusoidale (con due tensioni di riferimento)

Quando la tensione a dente di sega e le tensioni di riferimento sinusoidali si incrociano, i dispositivi a semiconduttore degli inverter si aprono o si chiudono.

Le intersezioni sono determinate dagli elementi elettronici della scheda di controllo. Se la tensione a dente di sega è maggiore della tensione sinusoidale, al diminuire della tensione a dente di sega, gli impulsi di uscita cambiano da positivi a negativi (o da negativi a positivi), in modo che la tensione di uscita del convertitore di frequenza sia determinata dalla tensione del circuito intermedio .

La tensione di uscita varia in base al rapporto tra la durata dello stato aperto e chiuso e questo rapporto può essere modificato per ottenere la tensione richiesta. Pertanto, l'ampiezza degli impulsi di tensione negativi e positivi corrisponde sempre alla metà della tensione del circuito intermedio.

Riso. 23. Tensione di uscita del PWM a controllo sinusoidale

A basse frequenze dello statore, il tempo di spegnimento aumenta e può essere così lungo che non è possibile mantenere la frequenza della tensione a dente di sega.

Ciò aumenta il periodo di assenza di tensione e il motore funzionerà in modo non uniforme. Per evitare ciò, alle basse frequenze, è possibile raddoppiare la frequenza della tensione a dente di sega.

La tensione di fase ai terminali di uscita del convertitore di frequenza corrisponde alla metà della tensione del circuito intermedio divisa per √2, ovvero pari alla metà della tensione di rete. La tensione concatenata ai terminali di uscita è √3 volte la tensione concatenata, cioè uguale alla tensione di rete moltiplicata per 0,866.

Un inverter controllato da PWM che funziona esclusivamente con una tensione di riferimento ad onda sinusoidale modulata può fornire una tensione pari all'86,6% della tensione nominale (vedi Figura 23).

Quando si utilizza la modulazione sinusoidale pura, la tensione di uscita del convertitore di frequenza non può raggiungere la tensione del motore perché anche la tensione di uscita sarà inferiore del 13%.

Tuttavia, la tensione aggiuntiva richiesta può essere ottenuta riducendo il numero di impulsi quando la frequenza supera circa 45 Hz, ma questo metodo presenta alcuni svantaggi. In particolare provoca una variazione graduale della tensione, che porta ad un funzionamento instabile del motore elettrico. Se il numero di impulsi diminuisce, aumentano le armoniche più elevate all'uscita del convertitore di frequenza, il che aumenta le perdite nel motore.

Un altro modo per risolvere questo problema è utilizzare altre tensioni di riferimento invece di tre sinusoidali. Queste sollecitazioni possono essere di qualsiasi forma (ad esempio, trapezoidale o a gradini).

Ad esempio, un riferimento di tensione comune utilizza la terza armonica di un riferimento di tensione sinusoidale. Per ottenere una tale modalità di commutazione dei dispositivi a semiconduttore dell'inverter, che aumenterà la tensione di uscita del convertitore di frequenza, è possibile aumentare l'ampiezza della tensione di riferimento sinusoidale del 15,5% e aggiungendovi una terza armonica.

PWM sincrono

La principale difficoltà nell'utilizzo del metodo PWM sinusoidale risiede nella necessità di determinare i valori ottimali per il tempo di commutazione e l'angolo per la tensione durante un determinato periodo. Questi tempi di commutazione devono essere impostati in modo tale da consentire solo un minimo di armoniche superiori. Questa modalità di commutazione viene mantenuta solo per un determinato intervallo di frequenza (limitato). Il funzionamento al di fuori di questo intervallo richiede l'uso di un metodo di commutazione diverso.

PWM asincrono

La necessità dell'orientamento del campo e della reattività del sistema in termini di controllo di coppia e velocità degli azionamenti CA trifase (compresi i servoazionamenti) richiede un cambiamento graduale nell'ampiezza e nell'angolo della tensione dell'inverter. L'utilizzo della modalità di commutazione PWM "normale" o sincrona non consente di aumentare l'ampiezza e l'angolo della tensione dell'inverter.

Un modo per soddisfare questo requisito è il PWM asincrono, dove invece di sincronizzare la modulazione della tensione di uscita con la frequenza di uscita, come di solito si fa per ridurre le armoniche in un motore, il ciclo di controllo della tensione vettoriale viene modulato, determinando un accoppiamento sincrono con la frequenza di uscita .

Esistono due varianti principali di PWM asincrono:

SFAVM (modulazione vettoriale asincrona orientata al flusso dello statore = (modulazione vettoriale sincrona orientata al flusso dello statore)

60° AVM (Asynchronous Vector Modulation = modulazione vettoriale asincrona).

SFAVM è un metodo di modulazione vettoriale spaziale che consente alla tensione, ampiezza e angolo dell'inverter di cambiare in modo casuale ma graduale durante il tempo di commutazione. Ciò consente di ottenere maggiori proprietà dinamiche.

Lo scopo principale di questa modulazione è ottimizzare il flusso dello statore utilizzando la tensione dello statore riducendo l'ondulazione di coppia, poiché la deviazione angolare dipende dalla sequenza di commutazione e può causare un aumento dell'ondulazione di coppia. Pertanto, la sequenza di commutazione deve essere calcolata in modo tale da ridurre al minimo la deviazione dell'angolo del vettore. La commutazione tra i vettori di tensione si basa sul calcolo del percorso del flusso magnetico desiderato nello statore del motore, che a sua volta determina la coppia.

Lo svantaggio dei precedenti sistemi di alimentazione PWM convenzionali era la deviazione dell'ampiezza del vettore di flusso magnetico dello statore e dell'angolo di flusso magnetico. Queste deviazioni hanno influito negativamente sul campo rotante (coppia) nel traferro del motore e hanno causato l'ondulazione della coppia. L'influenza della deviazione dell'ampiezza U è trascurabile e può essere ulteriormente ridotta aumentando la frequenza di commutazione.

Generazione di tensione del motore

Il funzionamento stabile corrisponde alla regolazione del vettore di tensione della macchina U wt in modo che descriva un cerchio (vedi Fig. 24).

Il vettore di tensione è caratterizzato dall'entità della tensione del motore elettrico e dalla velocità di rotazione, che corrisponde alla frequenza operativa nel momento considerato. La tensione del motore si forma creando valori medi utilizzando brevi impulsi da vettori adiacenti.

Il metodo Danfoss SFAVM ha le seguenti caratteristiche, tra le altre:

Il vettore di tensione può essere regolato in ampiezza e fase senza deviare dal target impostato.

La sequenza di commutazione inizia sempre con 000 o 111. Ciò consente al vettore di tensione di avere tre modalità di commutazione.

Il valore medio del vettore di tensione si ottiene utilizzando brevi impulsi di vettori vicini, nonché vettori zero 000 e 111.

Schema di controllo

Il circuito di controllo, o scheda di controllo, è il quarto elemento principale del convertitore di frequenza, progettato per risolvere quattro compiti importanti:

Controllo degli elementi semiconduttori del convertitore di frequenza.

Comunicazione tra convertitori di frequenza e dispositivi periferici.

Raccolta dati e generazione di messaggi di errore.

Esecuzione delle funzioni di protezione del convertitore di frequenza e del motore elettrico.

I microprocessori hanno aumentato la velocità del circuito di controllo, ampliato notevolmente la portata degli azionamenti e ridotto il numero di calcoli necessari.

Il microprocessore è integrato nel convertitore di frequenza ed è sempre in grado di determinare il pattern di impulsi ottimale per ogni stato operativo.

Circuito di controllo per convertitore di frequenza AIM

Riso. 25 Principio di funzionamento del circuito di comando di un circuito intermedio comandato da un interruttore.

Sulla fig. 25 mostra un convertitore di frequenza con controllo AIM e un interruttore intermedio. Il circuito di controllo controlla il convertitore (2) e l'inverter (3).

Il controllo si basa sul valore istantaneo della tensione del circuito intermedio.

La tensione del circuito intermedio pilota un circuito che funge da contatore di indirizzi di memoria per la memorizzazione dei dati. La memoria memorizza le sequenze di uscita per la sequenza di impulsi dell'inverter. Quando la tensione del circuito intermedio viene aumentata, il conteggio è più veloce, la sequenza termina prima e la frequenza di uscita aumenta.

Per quanto riguarda il controllo del chopper, la tensione del circuito intermedio viene prima confrontata con il valore nominale del segnale di riferimento della tensione. Questo segnale di tensione dovrebbe fornire la tensione e la frequenza di uscita corrette. Se il segnale di riferimento e il segnale del circuito intermedio vengono modificati, il controller PI informa il circuito che è necessario modificare il tempo di ciclo. Ciò fa sì che la tensione del circuito intermedio si adatti al segnale di riferimento.

Un metodo di modulazione comune per controllare un convertitore di frequenza è la modulazione di ampiezza dell'impulso (PAM). Pulse Width Modulation (PWM) è un metodo più moderno.

Controllo sul campo (controllo vettoriale)

Il controllo vettoriale può essere organizzato in diversi modi. La principale differenza tra i metodi sono i criteri utilizzati nel calcolo dei valori di corrente attiva, corrente di magnetizzazione (flusso magnetico) e coppia.

Quando si confrontano motori CC e motori asincroni trifase (Fig. 26), vengono identificati alcuni problemi. In corrente continua, i parametri importanti per la generazione della coppia - flusso magnetico (F) e corrente di armatura - sono fissi in relazione alla dimensione e posizione della fase e sono determinati dall'orientamento degli avvolgimenti di eccitazione e dalla posizione del carbonio spazzole (Fig. 26a).

In un motore a corrente continua, la corrente di armatura e la corrente che crea il flusso magnetico si trovano ad angolo retto tra loro e i loro valori non sono molto grandi. In un motore elettrico asincrono, la posizione del flusso magnetico (F) e la corrente del rotore (I,) dipendono dal carico. Inoltre, a differenza di un motore a corrente continua, gli angoli di fase e la corrente non possono essere determinati direttamente dalle dimensioni dello statore.

Riso. 26. Confronto tra una macchina a corrente continua e una macchina a induzione a corrente alternata

Tuttavia, con l'aiuto di un modello matematico, è possibile calcolare la coppia dalla relazione tra il flusso magnetico e la corrente dello statore.

Dalla corrente dello statore misurata (l s) si distingue una componente (l w), che crea una coppia con un flusso magnetico (F) ad angolo retto tra queste due variabili (l c). Questo crea un flusso magnetico del motore elettrico (Fig. 27).

Riso. 27. Calcolo delle componenti di corrente per il controllo del campo

Con queste due componenti di corrente, la coppia e il flusso magnetico possono essere influenzati indipendentemente. Tuttavia, a causa della certa complessità dei calcoli basati sul modello dinamico del motore elettrico, tali calcoli sono convenienti solo negli azionamenti digitali.

Poiché in questo metodo il controllo dell'eccitazione indipendente dal carico è separato dal controllo della coppia, è possibile controllare dinamicamente un motore a induzione allo stesso modo di un motore CC, a condizione che sia presente un segnale di feedback. Questo metodo di controllo di un motore CA trifase presenta i seguenti vantaggi:

Buona risposta ai cambiamenti di carico

Controllo preciso della potenza

Coppia piena a velocità zero

Le prestazioni sono paragonabili a quelle degli azionamenti CC.

V/f e controllo del vettore di flusso

Negli ultimi anni sono stati sviluppati sistemi di controllo della velocità per motori trifase AC basati su due diversi principi di controllo:

controllo V/f normale, o controllo SCALARE e controllo del vettore di flusso.

Entrambi i metodi hanno i loro vantaggi, a seconda delle prestazioni specifiche dell'azionamento (dinamica) e dei requisiti di precisione.

Il controllo V/f ha un intervallo di controllo della velocità limitato (circa 1:20) ed è richiesto un principio di controllo diverso (compensazione) a bassa velocità. Utilizzando questo metodo, è relativamente facile adattare il convertitore di frequenza al motore e la regolazione è immune alle variazioni istantanee del carico sull'intera gamma di velocità.

Negli azionamenti a controllo di flusso, il convertitore di frequenza deve essere configurato con precisione per il motore, il che richiede una conoscenza dettagliata dei parametri del motore. Sono necessari anche componenti aggiuntivi per ricevere il segnale di feedback.

Alcuni vantaggi di questo tipo di controllo:

Risposta rapida ai cambiamenti di velocità e ampia gamma di velocità

Migliore risposta dinamica ai cambi di direzione

Viene fornito un unico principio di controllo per l'intera gamma di velocità.

Per l'utente, la soluzione migliore sarebbe una combinazione delle migliori proprietà di entrambi i principi. Chiaramente, sono necessarie una stabilità di carico/scarico graduale sull'intera gamma di velocità, che di solito è un punto di forza del controllo V/f, e una risposta rapida alle variazioni del riferimento di velocità (come nel controllo sul campo).

Quando si progettano dispositivi elettronici, è spesso necessario un alimentatore con diverse tensioni di uscita. I convertitori CC-CC su condensatori di commutazione sono ampiamente utilizzati nei dispositivi moderni, consentendo di generare la tensione richiesta da un'unica fonte di alimentazione. L'articolo discute i principi di funzionamento di tali convertitori, le loro caratteristiche tecniche e applicazioni.

Consideriamo il principio di funzionamento del convertitore utilizzando l'esempio del diffuso microcircuito ICL7660 / MAX1044 con funzionalità estesa. Il chip MAX1044 si differenzia dall'ICL7660 per la presenza dell'ingresso Boost (aumentando la frequenza dell'oscillatore interno). Lo schema a blocchi del chip ICL7660 è mostrato in Fig. 1.

Il circuito contiene quattro interruttori MOS di potenza controllati da elementi logici e un traslatore del livello di tensione, che operano ad una frequenza ottenuta dividendo per due la frequenza dell'oscillatore RC master. Ciò consente di generare impulsi di controllo con le caratteristiche di "meandro" richieste e di ottimizzare il consumo dell'oscillatore RC master, la cui frequenza operativa senza elementi esterni è di 10 kHz. È necessario un regolatore di tensione interno per garantire il funzionamento del microcircuito da una sorgente con tensione ridotta.

Il principio di funzionamento del microcircuito nella modalità di un inverter di tensione ideale sarà considerato secondo lo schema funzionale mostrato in Fig. 2.

Quando i tasti S1 e S3 sono chiusi e i tasti S2 e S4 vengono aperti durante la prima metà del ciclo, il condensatore esterno C1 viene caricato dal generatore alla tensione V +, quando i tasti S2 e S4 sono chiusi e i tasti S1 e S3 vengono aperti durante la seconda metà del ciclo, il condensatore C1 trasmette parzialmente la sua carica al condensatore esterno C2, fornendo una tensione -V + al pin V OUT del microcircuito. I valori di tensione specificati corrispondono allo stato stazionario.

L'energia trasferita dal condensatore C1 in un ciclo è determinata utilizzando l'espressione

(1)

Uno dei principali indicatori del convertitore è il fattore di conversione

(2)

dove U out - tensione all'uscita del convertitore con una corrente di carico uguale a io; U out.id. - tensione all'uscita di un convertitore ideale (per un inverter U out.id. = -U in).

Dall'espressione (2) si può vedere che un valore elevato del coefficiente di conversione si ottiene quando U out(i) = U out.id. , cioè. a V1 = V2. Tuttavia, come si evince dall'espressione (1), in questo caso l'energia trasferita dal condensatore C1 diminuisce, il che rende difficile garantire un valore elevato del coefficiente di conversione. Un aumento dell'energia trasferita dal condensatore è possibile aumentando la capacità C1 o la frequenza operativa. Nel primo caso aumentano le dimensioni del condensatore e, di conseguenza, le dimensioni del convertitore. Nel secondo caso, le perdite di energia in un dispositivo reale aumentano, il che ne riduce l'efficienza.

dove P out è la potenza erogata al carico; Pin: energia consumata dalla fonte di alimentazione.

Dall'analisi si può vedere che quando si sviluppa un dispositivo di conversione specifico, è necessario ottimizzare i valori della frequenza operativa e della capacità del condensatore C1. Per fare ciò, è necessario prevedere la possibilità di modificare la frequenza operativa in base ai valori delle tensioni operative e delle correnti consumate.

Considerare le caratteristiche elettriche del microcircuito ICL7660, incluso secondo il circuito di test mostrato in Fig. 3.

Tabella 1. Brevi caratteristiche elettriche del microcircuito a V + \u003d 5V, C OSC \u003d 0

Le dipendenze tipiche delle caratteristiche elettriche del chip ICL7660 sono mostrate in Fig. 4-8.

Le dipendenze date consentono di affinare i parametri del convertitore per valori specifici di tensioni operative e correnti consumate.

Consideriamo i circuiti tipici per l'accensione del chip ICL7660.

invertitore di tensione

Il circuito per l'accensione del microcircuito nella modalità inverter di tensione è mostrato in Fig. 9.

L'inverter fornisce un'uscita in tensione V OUT pari a -V+ nel range di 1,5V

L'impedenza di uscita del microcircuito dipende dalla modalità CC e dalla reattanza del condensatore C1.

(3)

Quindi, per C1 nominale \u003d 10 microfarad e la frequenza f \u003d 10 kHz X C \u003d 3,18 Ohm. Per eliminare l'effetto del condensatore C1 sull'impedenza di uscita, è necessario che X C

Per azionare il microcircuito nell'intervallo di 1,5 V

Impedenza di uscita ridotta

Per ridurre la resistenza di uscita, è possibile applicare il collegamento in parallelo dei microcircuiti, mostrato in Fig. 10.

L'impedenza di uscita di un tale circuito dipende dal numero di microcircuiti collegati in parallelo. n ed è definito utilizzando un'espressione.

(4)

La figura mostra che il condensatore C1 è individuale per ciascun microcircuito e il condensatore C2 è comune. L'inclusione considerata di microcircuiti consente di aumentare la corrente di uscita, il fattore di conversione e l'efficienza del convertitore.

Chip a cascata

Per aumentare la tensione di uscita, è possibile utilizzare la cascata di microcircuiti, mostrata in Fig. 11.

La tensione di uscita di un tale convertitore è -nV +. Data la gamma consentita di 1,5 V

Duplicatori di tensione

Per ottenere una tensione positiva da una sorgente di tensione negativa, oltre a raddoppiare la tensione, il microcircuito viene acceso, mostrato in Fig. 12.

Ai pin 8 e 3 viene generata una tensione V OUT \u003d -V - e ai pin 8 e 5 V OUT \u003d -2V -. Il diodo è necessario per garantire la fase iniziale di funzionamento del microcircuito. In alcuni casi, è conveniente utilizzare il circuito di commutazione mostrato in Fig. 13.

La tensione di uscita di un tale convertitore è 2V + -2V F, dove V F è la caduta di tensione attraverso il diodo in avanti (per i diodi al silicio V F \u003d 0,5-0,7 V).

Divisori di tensione

Usando il chip ICL7660, puoi ottenere un potente partitore di tensione quando lo accendi, come mostrato in Fig.14.

Sorgenti di tensione combinate

Il chip ICL7660 consente di ricevere tensioni con valori nominali diversi. Una delle opzioni di commutazione è mostrata in Fig.15.

Nel convertitore di tensione mostrato in figura si formano le tensioni - (V + -V F) e 2V + -2V F.

Operazione tampone

Come si può vedere dal materiale discusso sopra, i convertitori con condensatori commutati hanno proprietà reversibili. Ciò consente di implementare la modalità buffer del loro funzionamento, una delle opzioni per cui è mostrata in Fig.16.

Il dispositivo è alimentato dalla sorgente V IN , che fornisce la tensione V OUT (5a uscita dell'n-esimo microcircuito) e V + (8a uscita del primo microcircuito) - la tensione di carica della batteria. Quando la tensione di alimentazione viene a mancare o l'alimentazione viene scollegata, la tensione V OUT verrà generata dalla tensione di batteria V + .

Modifica della frequenza del generatore ICL7660

I parametri dei convertitori considerati dipendono dalla frequenza del generatore di microcircuito. La dipendenza dell'efficienza dalla frequenza è mostrata in Fig.6.

Si può vedere dalla figura che con una corrente di uscita di 1 mA, viene fornita un'elevata efficienza a frequenze inferiori a 1 kHz. A frequenze più elevate, le perdite nei circuiti di controllo del generatore e dell'interruttore di alimentazione riducono l'efficienza complessiva. Per ottenere un'elevata efficienza in questo caso particolare, è necessario ridurre la frequenza operativa del convertitore. La frequenza operativa può essere ridotta utilizzando un oscillatore esterno o collegando C OSC come mostrato in Fig.3.

Un metodo più semplice consiste nell'utilizzare un condensatore esterno, la cui capacità può essere determinata dal grafico mostrato in Fig. 8.

Per il caso sopra considerato, la frequenza operativa pari a 1 kHz si ottiene collegando un condensatore esterno con una capacità di C OSC \u003d 100pF. Quando si applica questo metodo, è necessario tenere presente che con C OSC maggiore di 1000 pF, la capacità dei condensatori C1 e C2 deve essere aumentata a 100 microfarad.

Il metodo considerato per modificare la frequenza del generatore viene utilizzato nei dispositivi di micropotenza per garantire un'elevata efficienza del convertitore.

In alcuni casi, la frequenza operativa del convertitore deve essere aumentata. In questi casi è possibile utilizzare C1 e C2 di portata minore e quindi di dimensioni minori. Riduce anche i livelli di rumore del generatore nei sistemi audio. Il modo più semplice per aumentare la frequenza è con il pin Boost sul MAX1044. Quando la chiave S1 è chiusa (Fig. 3), la frequenza operativa del microcircuito aumenta di 6 volte.

Modalità a basso consumo

Quando si opera in modalità standby, è necessario ridurre la potenza assorbita dal convertitore. Alcuni microcircuiti hanno un ingresso SD, con il quale è possibile ridurre il consumo di corrente a unità di microampere. La modalità a basso consumo può essere implementata anche utilizzando l'ingresso OSC. Le opzioni per implementare questa modalità quando si utilizzano elementi logici convenzionali, elementi logici con uno scarico aperto (collettore) e quelli con un terzo stato sono mostrati in Fig.17.

I microcircuiti dei convertitori di tensione su condensatori commutati sono prodotti da numerose aziende: Maxim, National Semiconductor, Microchip, ecc. Questi microcircuiti hanno lo stesso principio di funzionamento e differiscono per le funzioni implementate, i parametri elettrici e il design. Il leader indiscusso in questo settore è Maxim, che produce la più ampia gamma di microcircuiti per convertitori. La tabella 2 mostra le caratteristiche di alcuni dei chip prodotti da varie aziende.

Tabella 2. Brevi caratteristiche dei microcircuiti.

Tipo economico	Funzionalità implementate	Corrente di uscita (mA)	Tensione di ingresso V IN (V)	Frequenza (kHz)	Consumo di corrente (μA)	Nota
ICL7660 TC7660 LMC7660	-(V IN) o 2(V IN) o ½(V IN)	20	1.5÷10	10	250
MAX889	(-2,5 V) (-V IN)	200	2.7÷5.5	2000	50000	Funzione di spegnimento integrata
MAX1680 MAX1681	-(V IN) o 2(V IN)	125	2÷5.5	125÷200 500÷1000	30000
MAX680	2(VIN) e -2(VIN)	10	2÷6	8	1000
MAX681	2(VIN) e -2(VIN)	10	2÷6	8	1000	Senza condensatori esterni
MAX1673	3B	125	2÷5.5	350	16000
LM3350	3/2(V IN) o 2/3(VIN)	50	1.5÷5.5	1600
LM3352	2,5 V; 3V o 3,3V	200	2.5÷5.5	1000
MAX870	-(V IN) o 2(V IN) o ½(V IN)	50	1.6÷5.5	56÷194	1000
MAX864	2(VIN) e -2(VIN)	100	1.75÷6	7÷185	5000	Funzione di spegnimento integrata

Nota: microcircuiti MAX, ICL - aziende MAXIM; LM, LMC - National Semiconductor; TC - Microchip.

La tabella mostra che i convertitori su condensatori commutati possono funzionare nelle modalità di un inverter, un duplicatore, un divisore della tensione di ingresso per due e consentono di generare più tensioni in uscita contemporaneamente. Alcuni microcircuiti hanno regolatori di tensione integrati. I microcircuiti considerati sono ampiamente utilizzati in laptop, telefoni cellulari, cercapersone, dispositivi portatili e altri dispositivi. Nella pratica radioamatoriale, possono essere utilizzati, ad esempio, per generare tensioni di alimentazione multipolari per amplificatori operazionali, per fornire alimentazione tampone a dispositivi elettronici da una singola cella di batteria, per generare una tensione di alimentazione LCD, ecc. Piccole dimensioni, alto fattore di conversione ed efficienza, assenza di induttanze, proprietà reversibili sono molto interessanti per l'uso dei convertitori considerati nello sviluppo di vari dispositivi elettronici.

Letteratura

1. Maxim CD-Catalog versione completa 5.0 Edizione 2001.
2. National Analog and Interface Products Databook, Edizione 2001.