În ceea ce privește schemele simplu convertoare de impulsuri tensiune constantă.

Principalele avantaje ale convertoarelor de impulsuri:
În primul rând, au o eficiență ridicată, iar în al doilea rând, pot funcționa la o tensiune de intrare mai mică decât cea de ieșire.

Convertizoarele de impulsuri sunt împărțite în grupuri:

• - coborâre, urcare, inversare;
• - stabilizat, nestabilizat;
• – izolat galvanic, neizolat;
• – cu o gamă îngustă și largă de tensiuni de intrare.

Pentru fabricarea convertoarelor de impulsuri de casă, cel mai bine este să folosiți circuite integrate specializate - sunt mai ușor de asamblat și nu sunt capricioase la configurare.

Convertor tranzistor nestabilizat

Acest convertor funcționează la o frecvență de 50 kHz, izolarea galvanică este asigurată de un transformator T1, care este înfășurat pe un inel K10x6x4,5 din ferită de 2000NM și conține: înfășurare primară - 2x10 spire, înfășurare secundară - 2x70 spire de PEV-0.2 sârmă. Tranzistoarele pot fi înlocuite cu KT501B. Curentul de la baterie, în lipsa sarcinii, practic nu este consumat.

Convertor de tensiune a tranzistorului stabilizat

Transformatorul T1 este înfășurat pe un inel de ferită cu un diametru de 7 mm și conține două înfășurări de 25 de spire de sârmă PEV = 0,3.

Convertor de tensiune nestabilizat bazat pe un multivibrator

Convertor nestabilizat push-pull bazat pe un multivibrator (VT1 și VT2) și un amplificator de putere (VT3 și VT4). Tensiunea de ieșire este selectată de numărul de spire ale înfășurării secundare a transformatorului de impulsuri T1.

Convertor pe un cip specializat MAX631

Un convertor de tip stabilizator bazat pe un cip MAX631 de la MAXIM. Frecvența de generare este de 40 ... 50 kHz, elementul de stocare este șocul L1.

Multiplicator de tensiune în două trepte nereglat pe MAX660

Puteți folosi unul dintre cele două cipuri separat, de exemplu al doilea, pentru a multiplica tensiunea de la două baterii.

Comutare regulator de amplificare pe cipul MAX1674

Un circuit tipic pentru pornirea unui stabilizator de amplificare de comutare pe un cip MAX1674 de la MAXIM. Funcționarea este menținută la o tensiune de intrare de 1,1 volți. Eficiență - 94%, curent de sarcină - până la 200 mA.

MCP1252-33X50: Două tensiuni de la o singură sursă de alimentare

Vă permite să primiți două tensiuni stabilizate diferite cu o eficiență de 50 ... 60% și un curent de sarcină de până la 150 mA pe fiecare canal. Condensatorii C2 și C3 sunt dispozitive de stocare a energiei.

Comutarea stabilizatorului step-up pe cipul MAX1724EZK33 de la MAXIM

Un circuit tipic pentru pornirea unui microcircuit specializat de la MAXIM. Menține operabilitatea la o tensiune de intrare de 0,91 volți, are un pachet SMD de dimensiuni mici și oferă un curent de sarcină de până la 150 mA cu o eficiență de 90%.

Comutare regulator de bani pe cipul TL497

Un circuit tipic pentru pornirea unui regulator de comutare pe un cip TEXAS disponibil pe scară largă. Rezistorul R3 reglează tensiunea de ieșire în + 2,8 ... + 5 volți. Rezistorul R1 stabilește curentul scurt circuit, care se calculează prin formula: Ikz (A) \u003d 0,5 / R1 (Ohm)

Invertor de tensiune integrat pe cipul ICL7660

Invertor de tensiune integral, randament - 98%.

Două convertoare izolate bazate pe cipuri DC-102 și DC-203

Două convertoare izolate de tensiune DA1 și DA2, conectate conform unui circuit „neizolat” cu o „împământare” comună.

Convertor de tensiune bipolar stabilizat

Inductanţă înfăşurare primară transformator T1 - 22 μH, raportul spirelor înfășurării primare la fiecare secundar - 1: 2,5.

Convertor de impuls stabilizat MAX734

O schemă tipică a unui convertor boost stabilizat pe un cip MAXIM.

Aplicare non-standard a cipului MAX232

Acest cip servește de obicei ca driver RS-232. Înmulțirea tensiunii se obține cu un factor de 1,6 ... 1,8.

Piața chineză a impulsurilor convertoare DC-DC destul de lat. Și rătăcind prin întinderile binecunoscutului AliExpress, am dat peste un convertor mic, ieftin, dar în același timp destul de puternic. Trebuie spus imediat că, în scopuri de comunicare, acesta, ca orice convertor de impulsuri, este limitat, dar merită totuși o atenție deosebită datorită dimensiunii sale.

Mai devreme, am scris deja despre diverse convertoare de impulsuri pe care le puteți folosi pentru proiectele dvs.

Dar toate au dimensiuni relativ mari și nu sunt întotdeauna convenabile de utilizat. Eroul acestei recenzii este mult mai compact, dar în același timp oferă parametri de performanță similari. Placa convertizorului este furnizată ambalată într-o pungă antistatică.

În aparență, copilul arată foarte frivol, cu toate acestea, nu vă grăbiți să trageți concluzii.

Dimensiunile placii sunt de 22 x 17 mm. Comparativ cu o monedă de 10 ruble.

Convertorul este construit pe baza unui cip de convertor specializat MP1584, ale cărui caracteristici principale sunt:

• Tensiunea de intrare poate varia de la 4,5 la 28 volți.
• Tensiunea de ieșire este reglabilă de la 0,8 la 25 volți.
• FET încorporat oferă curent de funcționare de până la 3A
• Frecvența de operare este de până la 1,5 MHz (așa explică dimensiuni atât de mici).
• Protecție la supraîncălzire încorporată (când se atinge 120 de grade Celsius, convertorul se oprește)
• Nivel suficient de scăzut al ondulației la intrarea și la ieșirea convertorului.
• Protecție la scurtcircuit la ieșire.

Dintre deficiențe, se poate remarca lipsa completă de protecție împotriva inversării polarității. Și dacă ați amestecat din greșeală polaritatea, cipul MP1584 va exploda cu o bubuitură (unul dintre convertoare a murit în numele științei). 🙂

Schema de conexiuni MP1584 din fișa de date. De fapt, conform acesteia, convertorul nostru este asamblat. Există și un grafic al eficienței în funcție de curentul consumat.

Teste

Pentru a testa convertorul, conectăm stația de radio M-Tech Legend III la acesta,

Convertorul în sine este alimentat de o sursă de alimentare de laborator Atten PPS3005S capabilă să furnizeze tensiuni de până la 31 de volți și curent de până la 5A. Vom măsura curentul și tensiunea folosind un multimetru Vichy VC8145.

Vom lua parametrii înainte și după convertor.

Eficiența convertorului în ceea ce privește puterea este de aproximativ 90%, ceea ce este foarte bine. Pierderea de 10% este o valoare destul de acceptabilă. De asemenea, trebuie să rețineți că eficiența scade brusc atunci când diferența de tensiune de intrare și ieșire este mai mică de 3V (în documentație, mai puțin de 5). Deci eficiența bebelușului nostru este chiar mai mare decât cea a fraților mai mari.

Să măsurăm nivelul de ondulare la intrarea și ieșirea convertorului sub o sarcină standard sub forma unei stații radio M-Tech Legend III. Vom investiga semnalul la intrare și la ieșire folosind un osciloscop Atten ADS1102CAL. Parametrul principal studiat este dV (amplitudinea pulsației între cursoarele CurA și CurB).

Ondulare la intrare (recepție)

Ripple de ieșire (primire)

Ondulare de intrare (transmisie)

Ondulări de ieșire (transmisie)

În comparație cu convertoare similare, dar mai multe de joasă frecvență, arată destul de bine.

Regimul de temperatură

Examinăm convertorul pentru încălzire în timpul funcționării.

Mod standby, consum de curent 294mA

După 1 minut de transmisie, consumul de curent este de 1,55A.

După cum puteți vedea, cipul convertor în sine s-a încălzit cel mai mult. Desigur, bebelușului nostru îi este greu, dar, în general, a trecut testul.

Interferență

Documentația pentru MP1584 spune: Prin comutarea la 1,5 MHz, MP1584 este capabil să prevină problemele de zgomot EMI (Interferențe Electromagnetice), cum ar fi cele găsite în aplicațiile radio AM și ADSL. Ce înseamnă în traducere: Deoarece conversia are loc la o frecvență de 1,5 MHz, MP1584 nu ar trebui să genereze zgomot electromagnetic care să cauzeze probleme atunci când transceiverele folosesc modulația de amplitudine și tehnologia ADSL. Din experiența mea, radioul M-Tech Legend III, atunci când este conectat prin acest convertor, nu a prezentat nicio scădere vizibilă a sensibilității. Și totuși, ținând cont de principiile de funcționare a convertoarelor de impulsuri, nu aș recomanda utilizarea acestuia pentru alimentarea echipamentelor de comunicații sensibile. Dimensiunea compactă a traductorului permite plasarea acestuia chiar și în interiorul stației, dar nu se știe cât de mult va afecta acest lucru sensibilitatea receptorului; ar trebui efectuate studii suplimentare pentru a verifica acest punct.

Rezultat

Drept urmare, avem un convertor miniatural excelent care poate fi utilizat cu ușurință pentru a alimenta diverse dispozitive, de exemplu, pentru a construi o bancă de alimentare pe o baterie de plumb care vă va încărca dispozitivele mobile. Destul de recent, tocmai am avut o sarcină similară, să alimentez echipamentul pentru fotografiere în teren, pentru a nu depinde foarte mult de bateriile încorporate în echipament, iar convertoarele de pe cipul MP1584 au făcut față perfect acestei sarcini.

K1224PN1x - un circuit integrat este un convertor DC scăzut la AC ridicat și este utilizat pentru a controla un plat lampă fluorescentă. Creșterea tensiunii se realizează folosind o inductanță externă, pe care sunt generate impulsuri de tensiune de înaltă tensiune la frecvența generatorului pompei interne. Faza tensiunii de ieșire este controlată de generatorul de comutare de fază. Frecvența fiecărui generator este determinată de capacitatea externă. CI conține: două auto-oscilatoare care formează frecvența pompei și perioada de comutare […]

Cipul 1156EU1 este un set de elemente funcționale concepute pentru a construi un regulator de comutare de tip boost, step-down sau invers. Dispozitivul K1156EU1T este produs într-o carcasă ceramică-metal tip 4112.16-3, iar KR1156EU1 - într-o carcasă din plastic tip 283.16-2. CARACTERISTICI Conceput pentru dolari, boost și inversare regulatoare de comutare Reglarea tensiunii de ieșire 1,25…40V Ieșire curent de impuls………..<1,5А Входное напряжение ….2,5…40В […]

K1290EKxx, K1290EF1xx este un stabilizator de tensiune de comutare coborâtor pentru o sarcină de până la 3A, conceput pentru a funcționa în intervalul de temperatură a carcasei de minus 10 ... + 85 ° C (K1290ExxP) și minus 60 ... + 125 ° C (K1290ExxX). Tensiune fixă ​​de ieșire: 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 - K1290EK15( A,B) CARACTERISTICI Tensiune de ieșire programabilă de la 1,2 V la […]

UA78S40 de la Motorola și LM78S40 de la National Semionductor sunt circuite integrate pentru convertoare de comutare de uz general. Microcircuitul UA78S40 (LM78S40) vă permite să creați convertoare stabilizate cu impulsuri inversate, boost și inversați. Convertorul de pe cipul UA78S40 are o gamă largă de tensiuni de intrare și ieșire. Tensiunea de intrare poate varia de la 2,5 la 40 V, tensiunea de ieșire de la 1,5 la 40 V. Dioda Schottky 1N5822 în […]

Regulatorul de tensiune de comutare reglabil LM2576HV-ADJ (Regulator de tensiune reglabil PWM Step-Down) are o gamă largă de tensiune de ieșire reglabilă de la 1,2 la 50 V cu un curent de ieșire maxim de 3 A. Deoarece stabilizatorul funcționează în modul pulsat, are o eficiență ridicată și este, de obicei, echipat cu un radiator mic, cu o suprafață de cel mult 100 cm2. Aparatul are protecție termică și […]

Figura prezintă o diagramă a unui convertor simplu de tensiune. IC CD4047 funcționează în modul multivibrator instabil, de la ieșirea căruia, în antifază, semnalul merge către tranzistoarele MOSFET IRFZ44, a căror sarcină este normală (un transformator de rețea cu înfășurări conectate invers, unde înfășurarea 220). devine secundar) 60-100 W transformator step-up cu înfășurare primară 2 * 12V și un robinet din mijloc.

IC CAT3603 furnizează 30 mA pe canal și funcționează cu o tensiune de intrare de 3 ... 5,5 V. Consumul de curent în repaus al microcircuitului este extrem de mic, 0,1 mA, ceea ce face posibilă alimentarea cu o baterie convențională. Frecvența de conversie de funcționare 1MHz, eficiența convertorului 90%. Există o protecție a ieșirii de scurtcircuit. Curentul de ieșire al microcircuitului este reglat folosind rezistența R. Tabelul arată valorile rezistenței în funcție de […]

Convertoare de frecvență

De la sfârșitul anilor 1960, convertoarele de frecvență s-au schimbat dramatic, în principal ca urmare a dezvoltării tehnologiilor cu microprocesoare și semiconductori, precum și datorită reducerii costurilor acestora.

Cu toate acestea, principiile fundamentale care stau la baza convertoarelor de frecvență au rămas aceleași.

Structura convertoarelor de frecvență include patru elemente principale:

Orez. 1. Schema bloc convertizor de frecvență

1. Redresorul generează o tensiune DC pulsatorie atunci când este conectat la o sursă de alimentare CA monofazată/trifazată. Redresoarele vin în două tipuri principale - gestionate și neadministrate.

2. Lanț intermediar de unul dintre cele trei tipuri:

a) transformarea tensiunii redresorului în curent continuu.

b) stabilizarea sau netezirea tensiunii DC ondulate și alimentarea acesteia către invertor.

c) transformarea tensiunii continue constante a redresorului într-o tensiune alternativă variabilă.

3. Invertor, care formează frecvența tensiunii motorului electric. Unele invertoare pot, de asemenea, converti o tensiune continuă fixă ​​într-o tensiune AC variabilă.

4. Un circuit electronic de control care trimite semnale către redresor, circuit intermediar și invertor și primește semnale de la aceste elemente. Construcția elementelor controlate depinde de proiectarea unui anumit convertizor de frecvență (vezi Fig. 2.02).

Comun tuturor convertoarelor de frecvență este faptul că toate circuitele de control controlează elementele semiconductoare ale invertorului. Convertizoarele de frecvență diferă în modul de comutare utilizat pentru reglarea tensiunii de alimentare a motorului.

Pe fig. 2, care prezintă diferitele principii de construcție/control al convertorului, se utilizează următoarea notație:

1 - redresor controlat,

2- redresor necontrolat,

3- circuitul intermediar al curentului continuu în schimbare,

4- Circuitul intermediar de tensiune constantă DC

5- circuitul intermediar al curentului continuu în schimbare,

6- invertor cu modulație în amplitudine-impuls (AIM)

7- invertor cu modulație pe lățime a impulsurilor (PWM)

Invertor de curent (IT) (1+3+6)

Convertor cu modulație în amplitudine-impuls (AIM) (1+4+7) (2+5+7)

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

Orez. 2. Diverse principii de construcție/control al convertizoarelor de frecvență

Pentru completare, trebuie menționate convertoarele directe, care nu au circuit intermediar. Astfel de convertoare sunt utilizate în intervalul de putere megawați pentru a forma o tensiune de alimentare de joasă frecvență direct de la rețeaua de 50 Hz, în timp ce frecvența lor maximă de ieșire este de aproximativ 30 Hz.

Redresor

Tensiunea de alimentare a rețelei este o tensiune AC trifazată sau monofazată cu o frecvență fixă ​​(de exemplu, 3x400V/50Hz sau 1x240V/50Hz); caracteristicile acestor tensiuni sunt ilustrate în figura de mai jos.

Orez. 3. Tensiune AC monofazată și trifazată

În figură, toate cele trei faze sunt deplasate una de cealaltă în timp, tensiunea de fază își schimbă constant direcția, iar frecvența indică numărul de perioade pe secundă. O frecvență de 50 Hz înseamnă că există 50 de perioade pe secundă (50 x T), adică. o perioadă durează 20 de milisecunde.

Redresorul convertizorului de frecvență este construit fie pe diode, fie pe tiristoare, fie pe o combinație a acestora. Un redresor construit pe diode este necontrolat, iar pe tiristoare este controlat. Dacă sunt utilizate atât diode, cât și tiristoare, redresorul este semicontrolat.

Redresoare necontrolate

Orez. 4. Modul de funcționare cu diode.

Diodele permit curentului să circule într-o singură direcție: de la anod (A) la catod (K). Ca și în cazul altor dispozitive semiconductoare, cantitatea de curent al diodei nu poate fi controlată. Tensiunea AC este convertită de diodă într-o tensiune DC pulsatorie. Dacă un redresor trifazat necontrolat este alimentat cu o tensiune AC trifazată, atunci și tensiunea DC va pulsa în acest caz.

Orez. 5. Redresor necontrolat

Pe fig. 5 prezintă un redresor trifazat necontrolat care conține două grupuri de diode. Un grup este format din diode D1, D3 și D5. Un alt grup este format din diodele D2, D4 și D6. Fiecare diodă conduce curentul pentru o treime din timpul ciclului (120°). În ambele grupuri, diodele conduc curentul într-o anumită secvență. Perioadele în care ambele grupuri lucrează sunt decalate între ele cu 1/6 din timpul perioadei T (60°).

Diodele D1,3,5 sunt deschise (conductoare) atunci când li se aplică o tensiune pozitivă. Dacă tensiunea fazei L atinge o valoare de vârf pozitivă, atunci dioda D este deschisă și borna A primește tensiunea fazei L1 Celelalte două diode vor fi afectate de tensiunile inverse ale U L1-2 și U L1-3.

La fel se întâmplă și în grupul de diode D2,4,6. În acest caz, borna B primește o tensiune de fază negativă. Dacă în momentul de față faza L3 atinge valoarea limită negativă, dioda D6 este deschisă (conduce). Celelalte ambele diode sunt afectate de tensiunile inverse ale U L3-1 și U L3-2

Tensiunea de ieșire a unui redresor necontrolat este egală cu diferența de tensiune dintre aceste două grupuri de diode. Valoarea medie a tensiunii continue de ondulare este de 1,35 x tensiunea rețelei.

Orez. 6. Tensiunea de ieșire a redresorului trifazat necontrolat

Redresoare controlate

În redresoarele controlate, diodele sunt înlocuite cu tiristoare. La fel ca o diodă, un tiristor trece curentul într-o singură direcție - de la anod (A) la catod (K). Cu toate acestea, spre deosebire de diodă, tiristorul are un al treilea electrod numit „poarta” (G). Pentru ca tiristorul să se deschidă, trebuie aplicat un semnal pe poartă. Dacă curentul trece prin tiristor, tiristorul îl va trece până când curentul devine zero.

Curentul nu poate fi întrerupt prin aplicarea unui semnal la poartă. Tiristoarele sunt utilizate atât în ​​redresoare, cât și în invertoare.

Un semnal de control a este aplicat la poarta tiristorului, care se caracterizează printr-o întârziere exprimată în grade. Aceste grade provoacă o întârziere între momentul trecerii tensiunii prin zero și momentul în care tiristorul este deschis.

Orez. 7. Mod de funcționare tiristor

Dacă unghiul a este în intervalul de la 0 ° la 90 °, atunci circuitul tiristor este utilizat ca redresor, iar dacă este în intervalul de la 90 ° la 300 °, atunci ca un invertor.

Orez. 8. Redresor trifazat controlat

Un redresor controlat este în esență același cu unul necontrolat, cu excepția faptului că tiristorul este controlat de semnalul a și începe să conducă din momentul în care o diodă convențională începe să conducă, până la un moment care este la 30 ° după punctul de trecere a tensiunii cu zero. .

Ajustarea valorii a vă permite să modificați mărimea tensiunii redresate. Redresorul controlat generează o tensiune constantă, a cărei valoare medie este de 1,35 x tensiune de rețea x cos α

Orez. 9. Tensiunea de ieșire a redresorului trifazat controlat

În comparație cu un redresor necontrolat, un redresor controlat are pierderi mai semnificative și introduce zgomot mai mare în rețeaua de alimentare, deoarece cu un timp de trecere mai scurt a tiristorului, redresorul atrage mai mult curent reactiv din rețea.

Avantajul redresoarelor controlate este capacitatea lor de a returna energie la rețeaua de alimentare.

Lanț intermediar

Circuitul intermediar poate fi considerat ca un depozit de la care motorul electric poate primi energie prin invertor. În funcție de redresor și invertor, există trei principii posibile de proiectare a circuitelor intermediare.

Invertoare - surse de curent (1-convertoare)

Orez. 10. Circuit intermediar de curent continuu variabil

În cazul invertoarelor - surse de curent, circuitul intermediar conține o bobină de inductanță mare și este cuplat doar cu un redresor controlat. Inductorul transformă tensiunea redresorului în schimbare într-un curent continuu în schimbare. Tensiunea motorului este determinată de sarcină.

Invertoare - surse de tensiune (convertoare U)

Orez. 11. Circuitul de tensiune DC intermediar

În cazul invertoarelor cu sursă de tensiune, circuitul intermediar este un filtru care conține un condensator și poate fi cuplat cu oricare dintre cele două tipuri de redresor. Filtrul netezește tensiunea DC pulsatorie (U21) a redresorului.

Într-un redresor controlat, tensiunea la o anumită frecvență este constantă și este furnizată invertorului ca o tensiune constantă reală (U22) cu amplitudine variabilă.

În redresoarele necontrolate, tensiunea la intrarea invertorului este o tensiune constantă cu amplitudine constantă.

Circuit intermediar de tensiune DC variabilă

Orez. 12. Circuit intermediar de tensiune variabilă

În circuitele intermediare cu tensiune continuă variabilă, este posibil să porniți un tocător în fața filtrului, așa cum se arată în fig. 12.

Întrerupătorul conține un tranzistor care acționează ca un comutator, pornind și oprind tensiunea redresorului. Sistemul de control controlează chopperul comparând tensiunea de schimbare după filtru (U v) cu semnalul de intrare. Dacă există o diferență, raportul este ajustat schimbând timpul în care tranzistorul este pornit și timpul în care este oprit. Aceasta modifică valoarea efectivă și mărimea tensiunii constante, care pot fi exprimate prin formula

U v \u003d U x t activat / (t activat + t oprit)

Când tranzistorul întrerupător deschide circuitul de curent, inductorul filtrului face ca tensiunea pe tranzistor să fie infinit de mare. Pentru a evita acest lucru, întrerupătorul este protejat de o diodă de comutare rapidă. Când tranzistorul se deschide și se închide, așa cum se arată în Fig. 13, tensiunea va fi cea mai mare în modul 2.

Orez. 13. Tranzistorul-întrerupător controlează tensiunea circuitului intermediar

Filtrul de circuit intermediar netezește unda pătrată după întrerupător. Condensatorul de filtru și inductorul mențin tensiunea constantă la o frecvență dată.

În funcție de construcție, circuitul intermediar poate îndeplini și funcții suplimentare, care includ:

Decuplarea redresorului de la invertor

Reducerea nivelului armonicilor

Stocarea energiei pentru a limita supratensiunile intermitente ale sarcinii.

invertor

Invertorul este ultima verigă din convertizorul de frecvență înaintea motorului electric și locul unde are loc adaptarea finală a tensiunii de ieșire.

Convertorul de frecvență asigură condiții normale de funcționare pe întregul domeniu de control prin adaptarea tensiunii de ieșire la modul de sarcină. Acest lucru vă permite să mențineți magnetizarea optimă a motorului.

Din circuitul intermediar, invertorul primește

curent continuu variabil,

Tensiune DC variabilă sau

Tensiune continuă constantă.

Datorită invertorului, în fiecare dintre aceste cazuri, motorului electric este furnizată o valoare în schimbare. Cu alte cuvinte, frecvența dorită a tensiunii furnizate motorului electric este întotdeauna creată în invertor. Dacă curentul sau tensiunea este variabilă, invertorul generează doar frecvența dorită. Dacă tensiunea este constantă, invertorul creează atât frecvența dorită, cât și tensiunea dorită pentru motor.

Chiar dacă invertoarele funcționează în moduri diferite, structura lor de bază este întotdeauna aceeași. Elementele principale ale invertoarelor sunt dispozitive semiconductoare controlate conectate în perechi în trei ramuri.

În prezent, tiristoarele au fost în cele mai multe cazuri înlocuite cu tranzistoare de înaltă frecvență, care sunt capabile să se deschidă și să se închidă foarte repede. Frecvența de comutare este de obicei între 300 Hz și 20 kHz, în funcție de semiconductorii utilizați.

Dispozitivele semiconductoare din invertor sunt pornite și oprite de semnalele generate de circuitul de control. Semnalele pot fi generate în mai multe moduri diferite.

Orez. 14. Invertor de curent de circuit intermediar convențional cu tensiune variabilă.

Invertoarele convenționale, care comută în principal curentul circuitului intermediar al tensiunii în schimbare, conțin șase tiristoare și șase condensatoare.

Condensatorii permit tiristoarelor să se deschidă și să se închidă în așa fel încât curentul din înfășurările de fază să fie deplasat cu 120 de grade și să fie adaptat la dimensiunea motorului. Când curent este aplicat periodic la bornele motorului în secvența U-V, V-W, W-U, U-V..., se generează un câmp magnetic rotativ intermitent cu frecvența necesară. Chiar dacă curentul motorului este aproape pătrat, tensiunea motorului va fi aproape sinusoidală. Cu toate acestea, atunci când curentul este pornit sau oprit, apar întotdeauna supratensiuni.

Condensatorii sunt separați de curentul de sarcină a motorului prin diode.

Orez. 15. Invertor pentru schimbarea sau constantă a tensiunii circuitului intermediar și dependența curentului de ieșire de frecvența de comutare a invertorului

Invertoarele cu o tensiune variabilă sau constantă a circuitului intermediar conțin șase elemente de comutare și, indiferent de tipul de dispozitive semiconductoare utilizate, funcționează aproape la fel. Circuitul de control deschide și închide dispozitivele semiconductoare folosind mai multe metode diferite de modulare, modificând astfel frecvența de ieșire a convertizorului de frecvență.

Prima metodă este de a schimba tensiunea sau curentul în circuitul intermediar.

Intervalele în care semiconductorii individuali sunt deschisi sunt aranjate într-o secvență utilizată pentru a obține frecvența de ieșire dorită.

Această secvență de comutare a dispozitivelor semiconductoare este controlată de mărimea tensiunii sau curentului în schimbare a circuitului intermediar. Prin utilizarea unui oscilator controlat de tensiune, frecvența urmează întotdeauna amplitudinea tensiunii. Acest tip de control al invertorului se numește modulare în amplitudine a impulsurilor (PAM).

Pentru o tensiune fixă ​​a circuitului intermediar, se folosește o altă metodă de bază. Tensiunea motorului devine variabilă prin aplicarea tensiunii circuitului intermediar la înfășurările motorului pentru perioade mai lungi sau mai scurte de timp.

Orez. 16 Modularea amplitudinii și a lățimii impulsului

Frecvența este modificată prin modificarea impulsurilor de tensiune de-a lungul axei timpului - pozitiv în timpul unui semiciclu și negativ în timpul celuilalt.

Deoarece această metodă modifică durata (lățimea) impulsurilor de tensiune, se numește modulare pe lățime a impulsurilor (PWM). Modulația PWM (și metodele conexe, cum ar fi PWM controlat sinus) este cel mai comun mod de a conduce un invertor.

Cu modulația PWM, circuitul de comandă determină timpii de comutare ai dispozitivelor semiconductoare la intersecția tensiunii din dinte de ferăstrău și a tensiunii de referință sinusoidală suprapusă (PWM controlat sinusoidal). Alte metode promițătoare de modulare PWM sunt metodele de modulare a lățimii pulsului modificate, cum ar fi WC și WC plus dezvoltate de Danfoss Corporation.

tranzistoare

Deoarece tranzistoarele pot comuta la viteze mari, interferența electromagnetică care apare atunci când „pulsează” (magnetizarea motorului) este redusă.

Un alt avantaj al frecvenței mari de comutare este flexibilitatea modulării tensiunii de ieșire a convertizorului de frecvență, ceea ce permite producerea unui curent de motor sinusoidal, în timp ce circuitul de control trebuie pur și simplu să deschidă și să închidă tranzistoarele invertorului.

Frecvența de comutare a invertorului este o sabie cu două tăișuri, deoarece frecvențele înalte pot duce la încălzirea motorului și la vârfuri de tensiune ridicată. Cu cât frecvența de comutare este mai mare, cu atât pierderile sunt mai mari.

Pe de altă parte, o frecvență scăzută de comutare poate duce la zgomot acustic puternic.

Tranzistoarele de înaltă frecvență pot fi împărțite în trei grupuri principale:

Tranzistoare bipolare (LTR)

MOSFET-uri unipolare (MOS-FET)

Tranzistoare bipolare cu poartă izolată (IGBT)

Tranzistoarele IGBT sunt în prezent cele mai utilizate pe scară largă deoarece combină proprietățile de antrenare ale tranzistoarelor MOS-FET cu proprietățile de ieșire ale tranzistoarelor LTR; în plus, au domeniul potrivit de putere, conductivitate adecvată și frecvență de comutare, ceea ce simplifică foarte mult controlul convertoarelor de frecvență moderne.

În cazul IGBT-urilor, atât elementele invertorului, cât și comenzile invertorului sunt plasate într-un modul turnat numit „Modul de putere inteligent” (IPM).

Modularea amplitudinii pulsului (AIM)

Modulația puls-amplitudine este utilizată pentru convertoarele de frecvență cu tensiune variabilă în circuitul intermediar.

La convertoarele de frecvență cu redresoare necontrolate, amplitudinea tensiunii de ieșire este formată de un întrerupător intermediar, iar dacă redresorul este controlat, amplitudinea se obține direct.

Orez. 20. Generarea tensiunii în convertizoarele de frecvență cu întrerupător în circuitul intermediar

Tranzistorul (întrerupătorul) din fig. 20 este deblocat sau blocat de circuitul de control și reglare. Timpii de comutare depind de valoarea nominală (semnal de intrare) și de semnalul de tensiune măsurat (valoarea reală). Valoarea reală este măsurată peste condensator.

Inductorul și condensatorul acționează ca un filtru care netezește ondulațiile de tensiune. Tensiunea de vârf depinde de timpul de deschidere al tranzistorului și, dacă valorile nominale și reale sunt diferite una de cealaltă, întrerupătorul funcționează până la atingerea nivelului de tensiune necesar.

Controlul frecvenței

Frecvența tensiunii de ieșire este modificată de invertor în timpul perioadei, iar dispozitivele de comutare semiconductoare funcționează de mai multe ori în timpul perioadei.

Durata perioadei poate fi ajustată în două moduri:

1.Intrare direct sau

2. Folosind o tensiune DC variabilă care este proporțională cu semnalul de intrare.

Orez. 21a. Controlul frecvenței cu tensiunea circuitului intermediar

Modularea lățimii impulsului este cea mai comună modalitate de a genera o tensiune trifazată cu o frecvență adecvată.

Cu modulația pe lățime a impulsului, formarea tensiunii totale a circuitului intermediar (≈ √2 x U rețea) este determinată de durata și frecvența de comutare a elementelor de putere. Rata de repetiție a impulsului PWM între pornit și oprit este variabilă și permite reglarea tensiunii.

Există trei opțiuni principale pentru setarea modurilor de comutare într-un invertor controlat prin modulație pe lățime a impulsurilor.

1. PWM controlat sinusoidal

2. PWM sincron

3. PWM asincron

Fiecare ramură a unui invertor PWM trifazat poate avea două stări diferite (pornit și oprit).

Trei comutatoare formează opt combinații posibile de comutare (2 3) și, prin urmare, opt vectori de tensiune digitale la ieșirea invertorului sau pe înfășurarea statorului a motorului conectat. După cum se arată în fig. 21b, acești vectori 100, 110, 010, 011, 001, 101 sunt la colțurile hexagonului circumscris, folosind vectorii 000 și 111 ca zerouri.

În cazul combinațiilor de comutare 000 și 111, același potențial este creat la toate cele trei bornele de ieșire ale invertorului - fie pozitiv, fie negativ față de circuitul intermediar (vezi Fig. 21c). Pentru un motor electric, aceasta înseamnă un efect apropiat de un scurtcircuit al bornelor; O tensiune de 0 V se aplică și înfășurărilor motorului.

PWM controlat sinusoidal

Cu PWM controlat sinusoidal, o tensiune de referință sinusoidală (Us) este utilizată pentru a conduce fiecare ieșire a invertorului.Durata perioadei tensiunii sinusoidale corespunde frecvenței fundamentale dorite a tensiunii de ieșire. La cele trei tensiuni de referință se aplică o tensiune dinți de ferăstrău (U D), vezi fig. 22.

Orez. 22. Principiul de funcționare a unui PWM controlat sinusoid (cu două tensiuni de referință)

Când tensiunea dinți de ferăstrău și tensiunile de referință sinusoidale se încrucișează, dispozitivele semiconductoare ale invertoarelor fie se deschid, fie se închid.

Intersecțiile sunt determinate de elementele electronice ale tabloului de comandă. Dacă tensiunea dinți de ferăstrău este mai mare decât tensiunea sinusoidală, atunci când tensiunea dinți de ferăstrău scade, impulsurile de ieșire se schimbă de la pozitiv la negativ (sau de la negativ la pozitiv), astfel încât tensiunea de ieșire a convertizorului de frecvență este determinată de tensiunea circuitului intermediar. .

Tensiunea de ieșire este variată de raportul dintre durata stării deschise și închise, iar acest raport poate fi modificat pentru a obține tensiunea necesară. Astfel, amplitudinea impulsurilor de tensiune negativă și pozitivă corespunde întotdeauna la jumătate din tensiunea circuitului intermediar.

Orez. 23. Tensiunea de ieșire a PWM controlat sinusoidal

La frecvențe scăzute ale statorului, timpul de oprire crește și poate fi atât de lung încât nu este posibil să se mențină frecvența tensiunii dinți de ferăstrău.

Acest lucru crește perioada de lipsă de tensiune, iar motorul va funcționa neuniform. Pentru a evita acest lucru, la frecvențe joase, puteți dubla frecvența tensiunii dinți de ferăstrău.

Tensiunea de fază la bornele de ieșire ale convertizorului de frecvență corespunde cu jumătate din tensiunea circuitului intermediar împărțit la √2, adică. egal cu jumătate din tensiunea rețelei. Tensiunea linie la linie la bornele de ieșire este de √3 ori mai mare decât tensiunea linie la linie, adică este egală cu tensiunea rețelei înmulțită cu 0,866.

Un invertor controlat prin PWM care funcționează exclusiv cu o tensiune de referință sinusoidală modulată poate furniza o tensiune egală cu 86,6% din tensiunea nominală (vezi Figura 23).

Când utilizați modulația sinusoidală pură, tensiunea de ieșire a convertizorului de frecvență nu poate atinge tensiunea motorului, deoarece tensiunea de ieșire va fi, de asemenea, cu 13% mai mică.

Cu toate acestea, tensiunea suplimentară necesară poate fi obținută prin reducerea numărului de impulsuri atunci când frecvența depășește aproximativ 45 Hz, dar această metodă are unele dezavantaje. În special, provoacă o schimbare treptată a tensiunii, ceea ce duce la funcționarea instabilă a motorului electric. Dacă numărul de impulsuri scade, armonicile superioare la ieșirea convertizorului de frecvență cresc, ceea ce crește pierderile în motor.

O altă modalitate de a rezolva această problemă este să folosiți alte tensiuni de referință în loc de trei sinusoidale. Aceste tensiuni pot fi de orice formă (de exemplu, trapezoidală sau în trepte).

De exemplu, o referință de tensiune comună folosește a treia armonică a unei referințe de tensiune sinusoidală. Este posibil să se obțină un astfel de mod de comutare a semiconductorilor invertorului, care va crește tensiunea de ieșire a convertizorului de frecvență, prin creșterea amplitudinii tensiunii de referință sinusoidală cu 15,5% și adăugând o a treia armonică la aceasta.

PWM sincron

Principala dificultate în utilizarea metodei PWM controlată sinusoidal este necesitatea de a determina valorile optime ale timpului de comutare și unghiul pentru tensiune într-o anumită perioadă. Acesti timpi de comutare trebuie setati astfel incat sa fie permis doar un minim de armonici superioare. Acest mod de comutare este menținut numai pentru un interval de frecvență dat (limitat). Operarea în afara acestui interval necesită utilizarea unei alte metode de comutare.

PWM asincron

Necesitatea orientării câmpului și a capacității de răspuns a sistemului în ceea ce privește controlul cuplului și al vitezei de acţionare trifazată AC (inclusiv servomotor) necesită o schimbare în trepte a amplitudinii și unghiului tensiunii invertorului. Utilizarea modului de comutare PWM „normal” sau sincron nu permite creșterea amplitudinii și unghiului tensiunii invertorului.

O modalitate de a îndeplini această cerință este PWM asincron, unde în loc să sincronizați modulația tensiunii de ieșire cu frecvența de ieșire, așa cum se face de obicei pentru a reduce armonicile într-un motor, ciclul de control al tensiunii vectoriale este modulat, rezultând cuplarea sincronă cu frecvența de ieșire. .

Există două variante principale de PWM asincron:

SFAVM (Stator Flow-oriented Asynchronous Vector Modulation = (modulație vectorială sincronă orientată la fluxul statoric)

60° AVM (Asynchronous Vector Modulation = modulație vectorială asincronă).

SFAVM este o metodă de modulație vectorială spațială care permite ca tensiunea, amplitudinea și unghiul invertorului să se schimbe aleator, dar treptat în timpul de comutare. Acest lucru obține proprietăți dinamice crescute.

Scopul principal al acestei modulații este de a optimiza fluxul statorului cu ajutorul tensiunii statorice, reducând în același timp ondulația cuplului, deoarece abaterea unghiului depinde de secvența de comutare și poate provoca o creștere a ondulației cuplului. Prin urmare, secvența de comutație trebuie calculată în așa fel încât să minimizeze abaterea unghiului vectorial. Comutarea între vectorii de tensiune se bazează pe calculul căii dorite a fluxului magnetic în statorul motorului, care, la rândul său, determină cuplul.

Dezavantajul sistemelor de putere PWM anterioare convenționale a fost abaterea amplitudinii vectorului de flux magnetic al statorului și unghiul fluxului magnetic. Aceste abateri au afectat negativ câmpul de rotație (cuplul) în întrefierul motorului și au cauzat ondularea cuplului. Influența abaterii amplitudinii U este neglijabilă și poate fi redusă și mai mult prin creșterea frecvenței de comutare.

Generarea tensiunii motorului

Funcționarea stabilă corespunde reglării vectorului de tensiune al mașinii U wt astfel încât să descrie un cerc (vezi Fig. 24).

Vectorul de tensiune este caracterizat de mărimea tensiunii motorului electric și de viteza de rotație, care corespunde frecvenței de funcționare la momentul considerat. Tensiunea motorului se formează prin crearea unor valori medii folosind impulsuri scurte de la vectorii vecini.

Metoda Danfoss SFAVM are, printre altele, următoarele caracteristici:

Vectorul de tensiune poate fi ajustat în amplitudine și fază fără a devia de la ținta stabilită.

Secvența de comutare începe întotdeauna cu 000 sau 111. Acest lucru permite vectorului de tensiune să aibă trei moduri de comutare.

Valoarea medie a vectorului de tensiune se obține folosind impulsuri scurte ale vectorilor vecini, precum și vectorii zero 000 și 111.

Schema de control

Circuitul de control, sau placa de control, este al patrulea element principal al convertorului de frecvență, care este conceput pentru a rezolva patru sarcini importante:

Controlul elementelor semiconductoare ale convertizorului de frecvență.

Comunicarea între convertoarele de frecvență și dispozitivele periferice.

Colectarea datelor și generarea mesajelor de eroare.

Îndeplinește funcțiile de protecție a convertizorului de frecvență și a motorului electric.

Microprocesoarele au crescut viteza circuitului de control, au extins semnificativ domeniul de acţionare şi au redus numărul de calcule necesare.

Microprocesorul este încorporat în convertorul de frecvență și este întotdeauna capabil să determine modelul optim de impuls pentru fiecare stare de funcționare.

Circuit de control pentru convertizorul de frecvență AIM

Orez. 25 Principiul de funcționare a circuitului de comandă pentru un circuit intermediar comandat de un întrerupător.

Pe fig. 25 prezintă un convertor de frecvență cu control AIM și un întrerupător intermediar. Circuitul de control controlează convertorul (2) și invertorul (3).

Controlul se bazează pe valoarea instantanee a tensiunii circuitului intermediar.

Tensiunea circuitului intermediar antrenează un circuit care acționează ca un contor de adrese de memorie pentru stocarea datelor. Memoria stochează secvențele de ieșire pentru modelul de impulsuri al invertorului. Când tensiunea circuitului intermediar crește, numărarea este mai rapidă, secvența se termină mai devreme și frecvența de ieșire crește.

În ceea ce privește controlul chopperului, tensiunea circuitului intermediar este mai întâi comparată cu valoarea nominală a semnalului de referință de tensiune. Acest semnal de tensiune este de așteptat să ofere tensiunea și frecvența de ieșire corecte. Dacă semnalul de referință și semnalul circuitului intermediar sunt modificate, controlerul PI informează circuitul că timpul ciclului trebuie schimbat. Acest lucru face ca tensiunea circuitului intermediar să se ajusteze la semnalul de referință.

O metodă comună de modulare pentru controlul unui convertor de frecvență este modularea în amplitudine a impulsurilor (PAM). Modularea lățimii pulsului (PWM) este o metodă mai modernă.

Control pe câmp (control vectorial)

Controlul vectorial poate fi organizat în mai multe moduri. Principala diferență dintre metode sunt criteriile care sunt utilizate la calcularea valorilor curentului activ, curentului de magnetizare (flux magnetic) și cuplului.

Când se compară motoarele de curent continuu și motoarele asincrone trifazate (Fig. 26), sunt identificate anumite probleme. La curent continuu, parametrii importanți pentru generarea cuplului - fluxul magnetic (F) și curentul de armătură - sunt fixați în raport cu dimensiunea și locația fazei și sunt determinați de orientarea înfășurărilor de excitație și de poziția carbonului. perii (Fig. 26a).

Într-un motor de curent continuu, curentul de armătură și curentul care creează fluxul magnetic sunt situate în unghi drept unul față de celălalt, iar valorile lor nu sunt foarte mari. Într-un motor electric asincron, poziția fluxului magnetic (F) și a curentului rotorului (I,) depinde de sarcină. De asemenea, spre deosebire de un motor de curent continuu, unghiurile de fază și curentul nu pot fi determinate direct din dimensiunea statorului.

Orez. 26. Comparația dintre o mașină de curent continuu și o mașină de inducție de curent alternativ

Cu toate acestea, cu ajutorul unui model matematic, este posibil să se calculeze cuplul din relația dintre fluxul magnetic și curentul statorului.

Din curentul statoric măsurat (l s), se distinge o componentă (l w), care creează un cuplu cu un flux magnetic (F) în unghi drept între aceste două variabile (l c). Aceasta creează un flux magnetic al motorului electric (Fig. 27).

Orez. 27. Calculul componentelor curente pentru controlul câmpului

Cu aceste două componente de curent, cuplul și fluxul magnetic pot fi influențate independent. Cu toate acestea, datorită complexității determinate a calculelor bazate pe modelul dinamic al motorului electric, astfel de calcule sunt rentabile numai în drive-urile digitale.

Deoarece controlul excitației independent de sarcină este separat de controlul cuplului în această metodă, este posibil să se controleze dinamic un motor cu inducție în același mod ca un motor DC - cu condiția să fie prezent un semnal de feedback. Această metodă de control al unui motor AC trifazat are următoarele avantaje:

Răspuns bun la modificările de încărcare

Control precis al puterii

Cuplu maxim la viteza zero

Performanța este comparabilă cu cea a unităților de curent continuu.

Controlul vectorului V/f și flux

În ultimii ani, sistemele de control al vitezei pentru motoarele trifazate de curent alternativ au fost dezvoltate pe baza a două principii de control diferite:

control V/f normal sau control SCALAR și control vector de flux.

Ambele metode au propriile lor avantaje, în funcție de performanța specifică a unității (dinamică) și de cerințele de precizie.

Controlul V/f are un domeniu limitat de control al vitezei (aproximativ 1:20) și este necesar un alt principiu de control (compensare) la viteză mică. Folosind această metodă, este relativ ușor să adaptați convertizorul de frecvență la motor, iar reglarea este imună la modificările instantanee ale sarcinii pe întregul interval de viteză.

În convertizorul de frecvență controlat de flux, convertizorul de frecvență trebuie configurat cu precizie pentru motor, ceea ce necesită cunoaștere detaliată a parametrilor motorului. Sunt necesare și componente suplimentare pentru a primi semnalul de feedback.

Câteva avantaje ale acestui tip de control:

Răspuns rapid la schimbările de viteză și gamă largă de viteze

Răspuns dinamic mai bun la schimbările de direcție

Un singur principiu de control este asigurat pe întreaga gamă de viteză.

Pentru utilizator, cea mai bună soluție ar fi o combinație a celor mai bune proprietăți ale ambelor principii. Este clar că atât stabilitatea în trepte la încărcare/descărcare pe întregul interval de viteză, care este de obicei un punct puternic al controlului V/f, cât și un răspuns rapid la modificările referințelor de viteză (ca în controlul câmpului) sunt necesare în același timp.

La proiectarea dispozitivelor electronice, este adesea necesară o sursă de alimentare cu tensiuni de ieșire diferite. Convertoarele DC-DC pe condensatoare de comutare sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele moderne, făcând posibilă generarea tensiunii necesare dintr-o singură sursă de alimentare. Articolul discută principiile de funcționare a unor astfel de convertoare, caracteristicile tehnice și aplicațiile acestora.

Să luăm în considerare principiul de funcționare al convertorului folosind exemplul microcircuitului larg răspândit ICL7660 / MAX1044 cu funcționalitate extinsă. Cipul MAX1044 diferă de ICL7660 prin prezența intrării Boost (creșterea frecvenței oscilatorului intern). Schema bloc a cipului ICL7660 este prezentată în Fig. 1.

Circuitul conține patru comutatoare MOS de putere controlate de elemente logice și un comutator de nivel de tensiune, care funcționează la o frecvență obținută ca urmare a împărțirii la două a frecvenței oscilatorului RC principal. Acest lucru vă permite să generați impulsuri de control cu ​​caracteristicile de „meandru” necesare și să optimizați consumul oscilatorului master RC, a cărui frecvență de operare fără elemente externe este de 10 kHz. Un regulator intern de tensiune este necesar pentru a asigura funcționarea microcircuitului de la o sursă cu tensiune redusă.

Principiul de funcționare a microcircuitului în modul unui invertor de tensiune ideal va fi luat în considerare conform schemei funcționale prezentate în Fig. 2.

Când cheile S1 și S3 sunt închise și cheile S2 și S4 sunt deschise în prima jumătate a ciclului, condensatorul extern C1 este încărcat de la sursa de alimentare la tensiunea V +, iar când cheile S2 și S4 sunt închise și tastele S1 și S3 sunt deschise în a doua jumătate a ciclului, condensatorul C1 își transmite parțial sarcina la condensatorul extern C2, furnizând o tensiune -V + la pinul V OUT al microcircuitului. Valorile de tensiune specificate corespund stării de echilibru.

Energia transferată de condensatorul C1 într-un ciclu este determinată folosind expresia

(1)

Unul dintre principalii indicatori ai convertorului este factorul de conversie

(2)

unde U out - tensiune la ieșirea convertizorului la un curent de sarcină egal cu i; U out.id. - tensiunea la ieșirea unui convertor ideal (pentru un invertor U out.id. = -U in).

Din expresia (2) se poate observa că o valoare mare a coeficientului de conversie se realizează atunci când U out(i) = U out.id. , adică la V1 = V2. Totuși, după cum se poate observa din expresia (1), în acest caz, energia transferată de condensatorul C1 scade, ceea ce face dificilă asigurarea unei valori ridicate a coeficientului de conversie. O creștere a energiei transferate de condensator este posibilă prin creșterea capacității C1 sau a frecvenței de funcționare. În primul caz, dimensiunile condensatorului cresc și, în consecință, dimensiunile convertorului. În al doilea caz, pierderile de energie cresc într-un dispozitiv real, ceea ce îi reduce eficiența.

unde P out este puterea furnizată sarcinii; Рin - puterea consumată de la sursa de alimentare.

Din analiză se poate observa că atunci când se dezvoltă un dispozitiv de conversie specific, este necesar să se optimizeze valorile frecvenței de funcționare și capacității condensatorului C1. Pentru a face acest lucru, este necesar să se prevadă posibilitatea modificării frecvenței de funcționare în conformitate cu valorile tensiunilor de funcționare și ale curenților consumați.

Luați în considerare caracteristicile electrice ale microcircuitului ICL7660, incluse conform circuitului de testare prezentat în Fig. 3.

Tabelul 1. Scurte caracteristici electrice ale microcircuitului la V + \u003d 5V, C OSC \u003d 0

Dependențe tipice ale caracteristicilor electrice ale cipului ICL7660 sunt prezentate în Fig. 4-8.

Dependențele date permit rafinarea parametrilor convertorului pentru valori specifice ale tensiunilor de funcționare și curenților consumați.

Să luăm în considerare circuitele tipice pentru pornirea cipului ICL7660.

invertor de tensiune

Circuitul de pornire a microcircuitului în modul invertor de tensiune este prezentat în Fig. 9.

Invertorul oferă o tensiune de ieșire V OUT egală cu -V + în intervalul de 1,5 V

Impedanța de ieșire a microcircuitului depinde de modul DC și de reactanța condensatorului C1.

(3)

Deci, pentru C1 nominale \u003d 10 microfarad și frecvența f \u003d 10 kHz X C \u003d 3,18 Ohm. Pentru a elimina efectul condensatorului C1 asupra impedanței de ieșire, este necesar ca X C

Pentru a opera microcircuitul în intervalul de 1,5 V

Impedanta de iesire redusa

Pentru a reduce rezistența de ieșire, puteți aplica conexiunea paralelă a microcircuitelor, care este prezentată în Fig. 10.

Impedanța de ieșire a unui astfel de circuit depinde de numărul de microcircuite conectate în paralel. nși este definit folosind o expresie.

(4)

Figura arată că condensatorul C1 este individual pentru fiecare microcircuit, iar condensatorul C2 este comun. Includerea în considerare a microcircuitelor permite creșterea curentului de ieșire, a factorului de conversie și a eficienței convertorului.

Cip în cascadă

Pentru a crește tensiunea de ieșire, puteți utiliza cascada de microcircuite, prezentată în Fig. 11.

Tensiunea de ieșire a unui astfel de convertor este -nV +. Având în vedere intervalul admis de 1,5V

Dublatori de tensiune

Pentru a obține o tensiune pozitivă de la o sursă de tensiune negativă, precum și pentru a dubla tensiunea, microcircuitul este pornit, prezentat în Fig. 12.

La pinii 8 și 3, se generează o tensiune V OUT \u003d -V -, iar la pinii 8 și 5 V OUT \u003d -2V -. Dioda este necesară pentru a asigura stadiul inițial de funcționare a microcircuitului. În unele cazuri, este convenabil să utilizați circuitul de comutare prezentat în Fig. 13.

Tensiunea de ieșire a unui astfel de convertor este de 2V + -2V F, unde V F este căderea de tensiune pe diodă în direcția înainte (pentru diodele de siliciu V F \u003d 0,5-0,7V).

Divizoare de tensiune

Folosind cipul ICL7660, puteți obține un divizor de tensiune puternic atunci când îl porniți, așa cum se arată în Fig.14.

Surse de tensiune combinate

Cipul ICL7660 vă permite să primiți tensiuni cu evaluări diferite. Una dintre opțiunile de comutare este prezentată în Fig.15.

În convertorul de tensiune prezentat în figură, se formează tensiuni - (V + -V F) și 2V + -2V F.

Funcționare tampon

După cum se poate vedea din materialul discutat mai sus, convertoarele cu condensatori comutați au proprietăți reversibile. Acest lucru vă permite să implementați modul tampon al funcționării lor, una dintre opțiuni pentru care este prezentată în Fig.16.

Dispozitivul este alimentat de la sursa V IN , care furnizează tensiunea V OUT (a cincea ieșire a celui de-al n-lea microcircuit) și V + (a opta ieșire a primului microcircuit) - tensiunea de încărcare a bateriei. Când se întrerupe tensiunea de alimentare sau sursa de alimentare este deconectată, tensiunea V OUT va fi generată de la tensiunea bateriei V + .

Schimbarea frecvenței generatorului ICL7660

Parametrii convertoarelor considerate depind de frecvența generatorului de microcircuit. Dependența eficienței de frecvență este prezentată în Fig.6.

Din figură se poate observa că, cu un curent de ieșire de 1 mA, se asigură o eficiență ridicată la frecvențe sub 1 kHz. La frecvențe mai mari, pierderile în circuitele de control ale generatorului și ale comutatorului de alimentare reduc eficiența generală. Pentru a obține o eficiență ridicată în acest caz particular, este necesar să se reducă frecvența de funcționare a convertorului. Frecvența de operare poate fi redusă folosind un oscilator extern sau prin conectarea C OSC așa cum se arată în Fig.3.

O metodă mai simplă este utilizarea unui condensator extern, a cărui capacitate poate fi determinată din graficul prezentat în Fig. 8.

Pentru cazul considerat mai sus, frecvența de funcționare egală cu 1 kHz se realizează prin conectarea unui condensator extern cu o capacitate de C OSC \u003d 100pF. La aplicarea acestei metode, trebuie să se țină cont de faptul că cu C OSC mai mare de 1000pF, capacitatea condensatoarelor C1 și C2 trebuie crescută la 100 microfarads.

Metoda considerată de modificare a frecvenței generatorului este utilizată în dispozitivele de microputere pentru a asigura o eficiență ridicată a convertorului.

În unele cazuri, frecvența de funcționare a convertorului trebuie mărită. În aceste cazuri este posibil să se utilizeze C1 și C2 de capacitate mai mică și deci dimensiuni mai mici. De asemenea, reduce nivelul de zgomot generator în sistemele audio. Cel mai simplu mod de a crește frecvența este cu pinul Boost de pe MAX1044. Când cheia S1 este închisă (Fig. 3), frecvența de funcționare a microcircuitului crește de 6 ori.

Modul de consum redus

Când funcționează în modul de așteptare, este necesar să se reducă puterea consumată de convertor. Unele microcircuite au o intrare SD, cu care puteți reduce consumul de curent la unități de microamperi. Modul de putere redusă poate fi implementat și folosind intrarea OSC. Opțiunile pentru implementarea acestui mod atunci când se utilizează elemente logice convenționale, elemente logice cu dren deschis (colector), precum și cele cu o a treia stare sunt prezentate în Fig.17.

Microcircuite ale convertoarelor de tensiune pe condensatoare comutate sunt produse de o serie de companii: Maxim, National Semiconductor, Microchip etc. Aceste microcircuite au același principiu de funcționare și diferă prin funcțiile lor implementate, parametrii electrici și designul. Liderul fără îndoială în acest domeniu este Maxim, care produce cea mai largă gamă de microcircuite convertoare. Tabelul 2 prezintă caracteristicile unora dintre cipurile fabricate de diverse companii.

Tabelul 2. Scurte caracteristici ale microcircuitelor.

Tip de cip	Caracteristici implementate	Curent de ieșire (mA)	Tensiune de intrare V IN (V)	Frecvență (kHz)	Consum de curent (μA)	Notă
ICL7660 TC7660 LMC7660	-(V IN) sau 2(V IN) sau ½(V IN)	20	1,5÷10	10	250
MAX889	(-2,5 V) (-V IN)	200	2,7÷5,5	2000	50000	Funcție de oprire încorporată
MAX1680 MAX1681	-(V IN) sau 2(V IN)	125	2÷5,5	125÷200 500÷1000	30000
MAX680	2(VIN) și -2(VIN)	10	2÷6	8	1000
MAX681	2(VIN) și -2(VIN)	10	2÷6	8	1000	Fara condensatori externi
MAX1673	3B	125	2÷5,5	350	16000
LM3350	3/2(V IN) sau 2/3(VIN)	50	1,5÷5,5	1600
LM3352	2,5 V; 3V sau 3,3V	200	2,5÷5,5	1000
MAX870	-(V IN) sau 2(V IN) sau ½(V IN)	50	1,6÷5,5	56÷194	1000
MAX864	2(VIN) și -2(VIN)	100	1,75÷6	7÷185	5000	Funcție de oprire încorporată

Notă: microcircuite MAX, ICL - firme MAXIM; LM, LMC - National Semiconductor; TC - Microcip.

Tabelul arată că convertoarele pe condensatoare comutate pot funcționa în modurile unui invertor, un dublator, un divizor al tensiunii de intrare cu doi și vă permit să generați mai multe tensiuni la ieșire în același timp. Unele microcircuite au regulatoare de tensiune încorporate. Microcircuitele considerate sunt utilizate pe scară largă în laptopuri, telefoane mobile, pagere, dispozitive portabile și alte dispozitive. În practica radioamatorilor, acestea pot fi utilizate, de exemplu, pentru a genera tensiuni de alimentare multipolare pentru amplificatoare operaționale, pentru a furniza energie tampon dispozitivelor electronice dintr-o singură celulă de baterie, pentru a genera o tensiune de alimentare LCD etc. Dimensiuni mici, factor de conversie ridicat și eficiența, absența inductanțelor, proprietățile reversibile sunt foarte atractive pentru utilizarea convertoarelor considerate în dezvoltarea diferitelor dispozitive electronice.

Literatură

1. Maxim linie completă CD-Catalog Versiunea 5.0 Ediția 2001.
2. National Analog and Interface Products Databook, Ediția 2001.