แรงดันตก กระแสตรง. สเต็ปดาวน์คอนเวอร์เตอร์ทำงานอย่างไร มันใช้ที่ไหน คำอธิบายของหลักการทำงาน คำแนะนำทีละขั้นตอนสำหรับการออกแบบ (10+)

ตัวแปลงแรงดันพัลส์สเต็ปดาวน์ ออกแบบ. การคำนวณ

เพื่อลดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุดและได้เอาต์พุตที่เสถียร ใช้วิธีต่อไปนี้ แรงดันคงที่จะถูกแปลงเป็นพัลส์ของวัฏจักรหน้าที่แปรผัน พัลส์เหล่านี้จะถูกส่งผ่านตัวเหนี่ยวนำ พลังงานถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุ ข้อเสนอแนะจะตรวจสอบความเสถียรของแรงดันไฟขาออกและเพื่อควบคุมรอบการทำงานของพัลส์

หากไม่ต้องการลดความสูญเสีย จะใช้ชุดกันโคลงต่อเนื่องแบบอนุกรม

หลักการทำงานของตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบสเต็ปดาวน์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวเหนี่ยวนำ (choke) เพื่อสะสมพลังงาน การสะสมของพลังงานเป็นที่ประจักษ์ในความจริงที่ว่ากระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำตามที่เป็นอยู่มีความเฉื่อย กล่าวคือไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ทันที หากใช้แรงดันไฟฟ้ากับขดลวด กระแสจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น หากใช้แรงดันย้อนกลับ กระแสจะค่อยๆ ลดลง

Pulse step-up voltage converter 12 24 220 และอื่นๆ…

ปัญหาในการได้รับแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการขับเคลื่อนสถานีวิทยุ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ และอุปกรณ์สื่อสาร (12-14 โวลต์) ในรถยนต์ขนาดใหญ่ สามารถแก้ไขได้หลายวิธี

ทานง่ายที่สุด แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการจากแบตเตอรี่ก้อนเดียว แต่ผลที่ตามมาของ "การทดลอง" นั้นน่าเศร้า: หลังจากนั้นไม่นานแบตเตอรี่จะต้องถูกทิ้ง อีกวิธีหนึ่ง "อารยะ" คือการติดตั้งอุปกรณ์ในรถที่จะช่วยให้คุณได้รับแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นโดยไม่กระทบต่อระบบไฟฟ้ามาตรฐานของรถ ปัจจุบันมีการผลิตอุปกรณ์ดังกล่าวสองประเภทซึ่งมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน

กลุ่มแรกคือตัวปรับแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น (อะแดปเตอร์) สาระสำคัญของการรักษาเสถียรภาพประเภทนี้คือแรงดันไฟฟ้า "พิเศษ" "ยังคงอยู่" บนองค์ประกอบควบคุม ในกรณีนี้ กระแสที่ไหลจากแบตเตอรี่ (Iacc. รูปที่ 1) เท่ากับกระแสที่ไหลเข้าสู่เพย์โหลด (ในรูปที่ 1) และเนื่องจากแรงดันไฟขาเข้าเป็นสองเท่าของแรงดันไฟเอาท์พุต ดังนั้นพลังงานที่ใช้ จากแบตเตอรี่สูงกว่าพลังงานที่ใช้โดยโหลดที่มีประโยชน์ 2 เท่านั่นคือ ประสิทธิภาพของตัวกันโคลง (อะแดปเตอร์) คือ 50% (และจริง ๆ แล้วยิ่งน้อยกว่า) ลองแทนที่ตัวเลขสดเพื่อความชัดเจน ลองรับกระแสโหลด In.=20Amperes

รักค = Iacc. x Uacc. = 20 A x 28 V = 560 วัตต์

พีเอช = ใน x อุ. = 20 A x 14 V = 280 วัตต์

ความแตกต่างระหว่างพลังเหล่านี้ (280 วัตต์) ถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อนทำให้หม้อน้ำของโคลงร้อน เพื่อกระจายพลังงานดังกล่าวเป็นเวลานานจำเป็นต้องมีหม้อน้ำขนาดใหญ่ ในความเป็นจริง ตัวปรับความคงตัว (อะแดปเตอร์) เหล่านี้ผลิตขึ้นบนหม้อน้ำที่มีขนาดเล็กกว่ามาก ซึ่งหมายความว่าหากผู้ผลิตอ้างว่ากระแสความคงตัวสูงสุดคือ 20 แอมแปร์ ตัวกันโคลงจะสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องที่กระแส 6-7 แอมแปร์ ไม่ มากกว่า. ตัวแปลงเหล่านี้เหมาะสมที่สุดสำหรับการให้พลังงานแก่สถานีวิทยุและอุปกรณ์เสียง อุปกรณ์เหล่านี้ใช้กระแสไฟสูงสุดเพียงระยะเวลาสั้น ๆ

กลุ่มที่สองคือ อุปกรณ์กระตุ้น. ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างวงจรพัลส์คือช่วยให้คุณได้รับอุปกรณ์จ่ายไฟที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 90% ในตัวแปลงดังกล่าว แรงดันไฟฟ้า "พิเศษ" จะไม่กระจายไปในรูปของความร้อน แต่จะแปลงเป็นกระแส "เพิ่มเติม" ที่เอาต์พุต ในทางกลับกัน อุปกรณ์แรงกระตุ้นสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มย่อย:

• สวิตชิ่งตัวปรับแรงดันไฟฟ้า / ประสิทธิภาพสูงถึง 90%
• ตัวแปลงพัลส์แรงดันไฟ (ตัวจ่ายไฟ) / ประสิทธิภาพสูงถึง 80%

ลักษณะเด่นของพัลส์คอนเวอร์เตอร์คือการแยกกระแสไฟฟ้าของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออก (เช่น มีหม้อแปลงไฟฟ้า) ซึ่งกำจัดแม้กระทั่งความเป็นไปได้ทางทฤษฎีของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่เข้าสู่เอาต์พุตในกรณีที่ตัวแปลงทำงานผิดปกติ

ทันสมัย ฐานธาตุและวงจรทำให้สามารถสร้างตัวแปลงพัลส์และตัวปรับแรงดันไฟฟ้าที่ให้:

1. การทำงานระยะยาวที่กระแสโหลดสูงสุด
2. การควบคุมอัตโนมัติกำลังขับ (คุณไม่ต้องกลัวโอเวอร์โหลดถึง ไฟฟ้าลัดวงจร). ระบบจำกัดกำลังจะตรวจจับการโอเวอร์โหลดโดยอัตโนมัติและจำกัดกำลังไฟฟ้าออกให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย
3. เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูง จึงมั่นใจได้ถึงระบบระบายความร้อนตามปกติ และด้วยเหตุนี้ จึงมีความน่าเชื่อถือสูงและมีขนาดเล็ก
4. พลังงานที่ใช้จากแบตเตอรี่มากกว่าโหลดที่ใช้เพียง 10-15% เท่านั้น
5. การปรากฏตัวของการแยกกระแสไฟฟ้าของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกในตัวแปลง (เช่นมีหม้อแปลงไฟฟ้า) ไม่รวมความเป็นไปได้ทางทฤษฎีของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่เข้าสู่เอาต์พุต มีการติดตั้งตัวจำกัดแรงดันไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงในโคลง
6. บางทีข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวของอุปกรณ์พัลส์คือสัญญาณรบกวนทางวิทยุที่เป็นไปได้ ระดับของพวกเขาขึ้นอยู่กับผู้ผลิต (ราคา) ของตัวแปลง ไม่แนะนำให้ใช้ตัวแปลงราคาไม่แพงสำหรับเปิดเครื่องสถานีวิทยุและเครื่องรับวิทยุ

ตัวแปลงแรงดันพัลส์

ในการแปลงแรงดันไฟฟ้าจากระดับหนึ่งไปอีกระดับหนึ่งจะใช้ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบพัลซิ่งซึ่งใช้อุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบอุปนัย ในตัวแปลงดังกล่าว กำลังขับจะถูกควบคุมเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาของการสัมผัสกับโหลดด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธี:

ความถี่ชีพจร;

ความกว้างพัลส์

หลักการทำงานของตัวแปลงแรงดันพัลส์บูสต์คือการสร้างโหมดทรานซิสเตอร์ในระหว่างที่วงจรจ่ายไฟทั้งหมดไปยังโหลดจะถูกขัดจังหวะเป็นระยะ ดังนั้นตัวแปลงพัลส์ 24 12 ช่วยให้คุณสามารถปรับปรุงความผันผวนในช่วงระยะเวลาของพัลส์เอาต์พุตด้วยระยะเวลาการเปลี่ยนแปลงที่ไม่เปลี่ยนแปลง ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบพัลส์แบบวงจรเดียวสามารถทำงานในช่วงพลังงานตั้งแต่ 0 ถึง 100 W หากต้องการอุปกรณ์ที่มีกำลังมากกว่า จะใช้ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าพัลส์หลายรอบ

ตัวแปลง DC/DC ใช้กันอย่างแพร่หลายในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ใช้ในอุปกรณ์เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์สื่อสาร วงจรควบคุมและระบบอัตโนมัติต่างๆ เป็นต้น

อุปกรณ์จ่ายไฟหม้อแปลง

ในอุปกรณ์จ่ายไฟของหม้อแปลงแบบดั้งเดิม แรงดันไฟหลักจะถูกแปลงโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งส่วนใหญ่มักจะลดต่ำลงเป็นค่าที่ต้องการ สวนท่งยืดขึ้น สะพานไดโอดและเรียบโดยตัวกรองตัวเก็บประจุ หากจำเป็นให้วางสารกึ่งตัวนำโคลงหลังจากวงจรเรียงกระแส

อุปกรณ์จ่ายไฟของหม้อแปลงมักจะติดตั้งตัวปรับความคงตัวเชิงเส้น ตัวกันโคลงดังกล่าวมีข้อดีอย่างน้อยสองประการ: นี่คือต้นทุนต่ำและชิ้นส่วนในสายรัดจำนวนน้อย แต่ข้อดีเหล่านี้ถูกกินโดยประสิทธิภาพต่ำ เนื่องจากส่วนสำคัญของแรงดันไฟฟ้าอินพุตถูกใช้เพื่อให้ความร้อนกับทรานซิสเตอร์ควบคุม ซึ่งไม่สามารถยอมรับได้อย่างสมบูรณ์สำหรับการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา

ตัวแปลง DC/DC

หากอุปกรณ์ใช้พลังงานจากเซลล์ไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่ การแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นระดับที่ต้องการจะทำได้โดยใช้ตัวแปลง DC / DC เท่านั้น

แนวคิดนี้ค่อนข้างง่าย: ความดันคงที่จะถูกแปลงเป็นตัวแปรตามกฎด้วยความถี่หลายสิบหรือหลายร้อยกิโลเฮิรตซ์ เพิ่มขึ้น (ลดลง) จากนั้นจะแก้ไขและป้อนเข้าสู่โหลด ตัวแปลงดังกล่าวมักเรียกว่าตัวแปลงพัลส์

ตัวอย่างคือตัวแปลงบูสต์จาก 1.5V เป็น 5V เพียงแรงดันเอาต์พุตของ USB ของคอมพิวเตอร์ ตัวแปลงพลังงานต่ำที่คล้ายกันมีจำหน่ายใน Aliexpress - http://ali.pub/m5isn

ข้าว. 1. ตัวแปลง 1.5V / 5V

ตัวแปลงพัลส์นั้นดีเพราะมีประสิทธิภาพสูงภายใน 60..90% ข้อดีอีกประการของตัวแปลงพัลส์คือแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่หลากหลาย: แรงดันไฟฟ้าอินพุตอาจต่ำกว่าแรงดันเอาต์พุตหรือสูงกว่ามาก โดยทั่วไป ตัวแปลง DC / DC สามารถแบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม

การจัดประเภทตัวแปลง

ลดระดับคำศัพท์ภาษาอังกฤษ step-down หรือ buck

แรงดันไฟขาออกของคอนเวอร์เตอร์เหล่านี้ตามกฎแล้วจะต่ำกว่าแรงดันอินพุต: โดยไม่มีการสูญเสียพิเศษใดๆ ในการให้ความร้อนแก่ทรานซิสเตอร์ควบคุม คุณสามารถรับแรงดันไฟเพียงไม่กี่โวลต์ที่แรงดันอินพุต 12 ... 50V กระแสไฟขาออกของตัวแปลงดังกล่าวขึ้นอยู่กับความต้องการของโหลด ซึ่งจะกำหนดการออกแบบวงจรของตัวแปลง

ชื่อภาษาอังกฤษอื่นสำหรับตัวแปลงบั๊กชอปเปอร์ หนึ่งในคำแปลของคำนี้คือเบรกเกอร์ ในเอกสารทางเทคนิค ตัวแปลงบั๊กบางครั้งเรียกว่า "สับ" สำหรับตอนนี้ จำคำนี้ไว้

เพิ่มขึ้นในคำศัพท์ภาษาอังกฤษ step-up หรือ boost

แรงดันไฟขาออกของตัวแปลงเหล่านี้สูงกว่าแรงดันไฟขาเข้า ตัวอย่างเช่น ด้วยแรงดันไฟฟ้าขาเข้า 5V สามารถรับแรงดันไฟฟ้าได้ถึง 30V ที่เอาต์พุต และการควบคุมและเสถียรภาพที่ราบรื่นเป็นไปได้ ตัวแปลงบูสต์ค่อนข้างบ่อยเรียกว่าบูสเตอร์

ตัวแปลงอเนกประสงค์ - SEPIC

แรงดันไฟขาออกของตัวแปลงเหล่านี้จะอยู่ที่ระดับที่กำหนดเมื่อแรงดันไฟขาเข้าสูงหรือต่ำกว่าแรงดันไฟขาเข้า ขอแนะนำในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าขาเข้าอาจแตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ในรถยนต์ แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่อาจแตกต่างกันระหว่าง 9 ... 14V และต้องใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่ที่ 12V

ตัวแปลงกลับหัว - ตัวแปลงกลับหัว

หน้าที่หลักของตัวแปลงเหล่านี้คือการรับแรงดันขั้วย้อนกลับที่เอาต์พุตที่สัมพันธ์กับแหล่งพลังงาน สะดวกมากในกรณีที่ต้องการพลังงานแบบไบโพลาร์ เป็นต้น

คอนเวอร์เตอร์ที่กล่าวถึงทั้งหมดสามารถทำให้เสถียรหรือไม่เสถียร แรงดันเอาต์พุตสามารถเชื่อมต่อแบบไฟฟ้ากับแรงดันไฟขาเข้า หรือมีการแยกแรงดันไฟแบบกัลวานิก ทุกอย่างขึ้นอยู่กับอุปกรณ์เฉพาะที่จะใช้ตัวแปลง

หากต้องการไปยังเรื่องราวเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวแปลง DC / DC อย่างน้อยคุณควร ในแง่ทั่วไปจัดการกับทฤษฎี

ตัวแปลงบั๊กชอปเปอร์ - ตัวแปลงชนิดบั๊ก

แผนภาพการทำงานของมันแสดงในรูปด้านล่าง ลูกศรบนสายไฟแสดงทิศทางของกระแสน้ำ

รูปที่ 2 แผนภาพการทำงานของตัวกันโคลงของชอปเปอร์

แรงดันไฟฟ้าอินพุต Uin ถูกนำไปใช้กับตัวกรองอินพุต - ตัวเก็บประจุ Cin ทรานซิสเตอร์ VT ใช้เป็นองค์ประกอบหลักโดยทำการสลับกระแสความถี่สูง นี่อาจเป็นทรานซิสเตอร์ MOSFET, IGBT หรือไบโพลาร์ธรรมดา นอกเหนือจากรายละเอียดเหล่านี้ วงจรประกอบด้วยไดโอดดิสชาร์จ VD และตัวกรองเอาต์พุต - LCout ซึ่งแรงดันไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังโหลด Rn

ง่ายที่จะเห็นว่าโหลดเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับองค์ประกอบ VT และ L ดังนั้นวงจรจึงเป็นแบบต่อเนื่อง แรงดันตกคร่อมเกิดขึ้นได้อย่างไร?

การปรับความกว้างพัลส์ - PWM

วงจรควบคุมสร้างพัลส์สี่เหลี่ยมที่มีความถี่คงที่หรือคาบคงที่ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือสิ่งเดียวกัน พัลส์เหล่านี้แสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 ควบคุมแรงกระตุ้น

ที่นี่ t คือเวลาพัลส์ ทรานซิสเตอร์เปิดอยู่ tp คือเวลาหยุดชั่วคราว ทรานซิสเตอร์ปิด อัตราส่วน ti/T เรียกว่าวัฏจักรหน้าที่ของวัฏจักรหน้าที่ แทนด้วยตัวอักษร D และแสดงเป็น %% หรือเพียงแค่ตัวเลข ตัวอย่างเช่น เมื่อ D เท่ากับ 50% ปรากฎว่า D=0.5

ดังนั้น D สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 0 ถึง 1 ด้วยค่า D=1 ทรานซิสเตอร์หลักอยู่ในสถานะการนำไฟฟ้าเต็มรูปแบบ และเมื่อ D=0 อยู่ในสถานะคัทออฟ พูดง่ายๆ ก็คือ ทรานซิสเตอร์ปิด เดาได้ง่ายว่าที่ D=50% แรงดันไฟขาออกจะเท่ากับครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟขาเข้า

เห็นได้ชัดว่าการควบคุมแรงดันเอาต์พุตเกิดขึ้นโดยการเปลี่ยนความกว้างของพัลส์ควบคุม t และที่จริงแล้วโดยการเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์ D หลักการของการควบคุมนี้เรียกว่า (PWM) ในทางปฏิบัติทั้งหมด บล็อกแรงกระตุ้นด้วยความช่วยเหลือของ PWM ที่แรงดันเอาต์พุตมีความเสถียร

ในวงจรที่แสดงในรูปที่ 2 และ 6 PWM จะถูก "ซ่อน" ในกล่องที่มีป้ายกำกับว่า "วงจรควบคุม" ซึ่งทำหน้าที่เพิ่มเติมบางอย่าง ตัวอย่างเช่น อาจเป็นการเริ่มต้นที่นุ่มนวลของแรงดันเอาต์พุต การเปิดใช้งานจากระยะไกล หรือการป้องกันตัวแปลงจากการลัดวงจร

โดยทั่วไป ผู้แปรรูปจะได้รับดังนั้น ประยุกต์กว้างที่ผู้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ได้เปิดตัวการผลิตตัวควบคุม PWM สำหรับทุกโอกาส ช่วงนั้นยอดเยี่ยมมากจนต้องใช้หนังสือทั้งเล่มเพื่อแสดงรายการ ดังนั้นจึงไม่เกิดขึ้นกับทุกคนที่จะประกอบคอนเวอร์เตอร์บนองค์ประกอบที่ไม่ต่อเนื่อง หรืออย่างที่พวกเขามักพูดในแง่ "หลวม"

ยิ่งไปกว่านั้น ตัวแปลงพลังงานขนาดเล็กสำเร็จรูปสามารถซื้อได้ใน Aliexpress หรือ Ebay ในราคาเล็กน้อย ในเวลาเดียวกันสำหรับการติดตั้งในการออกแบบมือสมัครเล่นก็เพียงพอที่จะบัดกรีสายไฟเข้ากับอินพุตและเอาต์พุตไปยังบอร์ดและตั้งค่าแรงดันเอาต์พุตที่ต้องการ

แต่กลับไปที่รูปที่ 3 ของเรา ในกรณีนี้ สัมประสิทธิ์ D กำหนดว่าจะเปิด (เฟส 1) หรือปิด (เฟส 2) นานแค่ไหน สำหรับสองเฟสนี้ วงจรสามารถแสดงด้วยตัวเลขสองตัว ตัวเลขไม่แสดงองค์ประกอบที่ไม่ได้ใช้ในระยะนี้

รูปที่ 4 ขั้นตอนที่ 1

เมื่อทรานซิสเตอร์เปิด กระแสจากแหล่งพลังงาน (เซลล์กัลวานิก, แบตเตอรี่, วงจรเรียงกระแส) ​​จะไหลผ่านโช้คอุปนัย L, โหลด Rn และตัวเก็บประจุชาร์จ Cout ในกรณีนี้ กระแสไหลผ่านโหลด ตัวเก็บประจุ Cout และตัวเหนี่ยวนำ L จะสะสมพลังงาน iL ปัจจุบันค่อยๆ เพิ่มขึ้นเนื่องจากอิทธิพลของการเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำ ระยะนี้เรียกว่าการสูบน้ำ

หลังจากที่แรงดันไฟฟ้าของโหลดถึงค่าที่กำหนด (กำหนดโดยการตั้งค่าของอุปกรณ์ควบคุม) ทรานซิสเตอร์ VT จะปิดลงและอุปกรณ์จะเปลี่ยนเป็นเฟสที่สอง - เฟสการปลดปล่อย ทรานซิสเตอร์แบบปิดจะไม่แสดงในรูป ราวกับว่าไม่มีอยู่จริง แต่นี่หมายความว่าทรานซิสเตอร์ปิดอยู่เท่านั้น

รูปที่ 5 เฟส 2

เมื่อปิดทรานซิสเตอร์ VT จะไม่มีการเติมพลังงานในตัวเหนี่ยวนำ เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟถูกตัดการเชื่อมต่อ ตัวเหนี่ยวนำ L มีแนวโน้มที่จะป้องกันการเปลี่ยนแปลงในขนาดและทิศทางของกระแส (เหนี่ยวนำตัวเอง) ที่ไหลผ่านขดลวดเหนี่ยวนำ

ดังนั้นกระแสไม่สามารถหยุดทันทีและปิดผ่านวงจร "ไดโอดโหลด" ด้วยเหตุนี้ไดโอด VD จึงถูกเรียกว่าไดโอดดิสชาร์จ ตามกฎแล้วนี่คือไดโอด Schottky ความเร็วสูง หลังจากช่วงการควบคุม เฟส 2 วงจรจะเปลี่ยนเป็นเฟส 1 กระบวนการจะทำซ้ำอีกครั้ง แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เอาต์พุตของวงจรที่พิจารณาสามารถเท่ากับอินพุตและไม่เกิน ตัวแปลงบูสต์ใช้เพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตที่มากกว่าแรงดันอินพุต

สำหรับตอนนี้ จำเป็นต้องเรียกคืนค่าที่แท้จริงของตัวเหนี่ยวนำเท่านั้น ซึ่งกำหนดโหมดการทำงานสองโหมดของเครื่องบดสับ ด้วยการเหนี่ยวนำไม่เพียงพอ ตัวแปลงจะทำงานในโหมดของกระแสไม่ต่อเนื่อง ซึ่งไม่สามารถยอมรับได้อย่างสมบูรณ์สำหรับแหล่งจ่ายไฟ

หากความเหนี่ยวนำมีขนาดใหญ่พอ การดำเนินการจะเกิดขึ้นในโหมดของกระแสต่อเนื่อง ซึ่งช่วยให้สามารถใช้ตัวกรองเอาต์พุตเพื่อรับแรงดันคงที่ด้วย ระดับที่รับได้จังหวะ ตัวแปลงบูสต์ยังทำงานในโหมดกระแสต่อเนื่องซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพบางส่วน VD ดิสชาร์จจะถูกแทนที่ด้วยทรานซิสเตอร์ MOSFET ซึ่งวงจรควบคุมเปิดในเวลาที่เหมาะสม ตัวแปลงดังกล่าวเรียกว่าซิงโครนัส การใช้งานนั้นสมเหตุสมผลหากกำลังของตัวแปลงมีขนาดใหญ่พอ

สเต็ปอัพหรือบูสต์คอนเวอร์เตอร์

ตัวแปลงแบบสเต็ปอัพส่วนใหญ่จะใช้สำหรับแหล่งจ่ายไฟแรงดันต่ำ เช่น จากแบตเตอรี่สองหรือสามก้อน และส่วนประกอบบางอย่างของการออกแบบนั้นต้องการแรงดันไฟฟ้า 12 ... 15V โดยสิ้นเปลืองกระแสไฟต่ำ บ่อยครั้งที่ตัวแปลงบูสต์เรียกสั้นๆ ว่า "บูสเตอร์" อย่างชัดเจน

รูปที่ 6 ไดอะแกรมหน้าที่ของตัวแปลงบูสต์

แรงดันไฟฟ้าอินพุต Uin ถูกป้อนไปยังตัวกรองอินพุต Cin และป้อนเข้ากับ L ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมและทรานซิสเตอร์สวิตชิ่ง VT ไดโอด VD เชื่อมต่อกับจุดเชื่อมต่อของคอยล์และท่อระบายน้ำของทรานซิสเตอร์ Load Rl และ shunt capacitor Cout เชื่อมต่อกับขั้วอื่นของไดโอด

ทรานซิสเตอร์ VT ถูกควบคุมโดยวงจรควบคุมที่สร้างสัญญาณควบคุมความถี่ที่เสถียรพร้อมรอบการทำงานที่ปรับได้ D เช่นเดียวกับที่อธิบายไว้สูงขึ้นเล็กน้อยเมื่ออธิบายวงจรสับ (รูปที่ 3) Diode VD ในเวลาที่เหมาะสมจะบล็อกโหลดจากทรานซิสเตอร์ที่สำคัญ

เมื่อทรานซิสเตอร์สำคัญเปิดอยู่ เอาต์พุตของคอยล์ L ตามแบบแผนจะเชื่อมต่อกับขั้วลบของแหล่งพลังงาน Uin กระแสที่เพิ่มขึ้น (ส่งผลต่ออิทธิพลของการเหนี่ยวนำ) จากแหล่งพลังงานที่ไหลผ่านขดลวดและทรานซิสเตอร์แบบเปิด พลังงานสะสมในขดลวด

ในขณะนี้ ไดโอด VD จะบล็อกโหลดและตัวเก็บประจุเอาท์พุตจากวงจรสวิตชิ่ง ซึ่งจะช่วยป้องกันการคายประจุของตัวเก็บประจุเอาท์พุตผ่านทรานซิสเตอร์แบบเปิด โหลดในขณะนี้ถูกขับเคลื่อนโดยพลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุ Cout โดยธรรมชาติแล้ว แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุเอาต์พุตจะลดลง

ทันทีที่แรงดันไฟขาออกต่ำกว่าที่กำหนดเล็กน้อย (กำหนดโดยการตั้งค่าของวงจรควบคุม) ทรานซิสเตอร์สำคัญ VT จะปิดลงและพลังงานที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำจะชาร์จตัวเก็บประจุ Cout ผ่านไดโอด VD ซึ่งป้อนโหลด . ในกรณีนี้ EMF การเหนี่ยวนำตนเองของคอยล์ L จะถูกเพิ่มเข้ากับแรงดันอินพุตและถ่ายโอนไปยังโหลด ดังนั้น แรงดันเอาต์พุตจะมากกว่าแรงดันอินพุต

เมื่อแรงดันเอาต์พุตถึงระดับการรักษาเสถียรภาพที่ตั้งไว้ วงจรควบคุมจะเปิดทรานซิสเตอร์ VT และกระบวนการจะทำซ้ำจากเฟสสะสมพลังงาน

ตัวแปลงสากล - SEPIC (ตัวแปลงตัวเหนี่ยวนำหลักปลายเดียวหรือตัวแปลงที่มีตัวเหนี่ยวนำหลักที่โหลดแบบอสมมาตร)

ตัวแปลงดังกล่าวส่วนใหญ่จะใช้เมื่อโหลดมีพลังงานน้อย และแรงดันไฟขาเข้าเปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับแรงดันไฟขาออกขึ้นหรือลง

รูปที่ 7 แผนภาพการทำงานของตัวแปลง SEPIC

คล้ายกันมากกับวงจรบูสต์คอนเวอร์เตอร์ที่แสดงในรูปที่ 6 แต่ด้วย องค์ประกอบเพิ่มเติม: ตัวเก็บประจุ C1 และคอยล์ L2 เป็นองค์ประกอบเหล่านี้ที่รับประกันการทำงานของตัวแปลงในโหมดลดแรงดันไฟฟ้า

ตัวแปลง SEPIC ใช้ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าขาเข้าแตกต่างกันไปในช่วงกว้าง ตัวอย่างคือ 4V-35V ถึง 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator ภายใต้ชื่อนี้ที่ตัวแปลงขายในร้านค้าจีนซึ่งวงจรแสดงในรูปที่ 8 (คลิกที่ภาพเพื่อขยาย)

รูปที่ 8 แผนภูมิวงจรรวมตัวแปลง SEPIC

รูปที่ 9 แสดงลักษณะของกระดานพร้อมการกำหนดองค์ประกอบหลัก

รูปที่ 9 รูปร่างตัวแปลง SEPIC

รูปแสดงส่วนประกอบหลักตามรูปที่ 7 สังเกตว่ามีคอยล์ L1 L2 อยู่สองขดลวด ด้วยเครื่องหมายนี้ คุณสามารถระบุได้ว่านี่คือตัวแปลง SEPIC

แรงดันไฟฟ้าขาเข้าของบอร์ดสามารถอยู่ภายใน 4 ... 35V ในกรณีนี้แรงดันขาออกสามารถปรับได้ภายใน 1.23 ... 32V ความถี่ในการทำงานของคอนเวอร์เตอร์คือ 500 kHz ด้วยขนาดที่เล็ก 50 x 25 x 12 มม. บอร์ดนี้ให้กำลังไฟสูงถึง 25 วัตต์ กระแสไฟขาออกสูงสุด 3A

แต่ที่นี่ควรจะตั้งข้อสังเกต หากแรงดันไฟขาออกตั้งไว้ที่ 10V กระแสไฟขาออกต้องไม่เกิน 2.5A (25W) ด้วยแรงดันเอาต์พุต 5V และกระแสไฟสูงสุด 3A กำลังไฟจะอยู่ที่ 15W เท่านั้น สิ่งสำคัญที่นี่คืออย่าหักโหม: ไม่เกินกำลังสูงสุดที่อนุญาตหรือไม่เกินกระแสที่อนุญาต

มักจะใช้การแปลงแรงดันไฟฟ้าระดับหนึ่งเป็นแรงดันอีกระดับหนึ่ง ตัวแปลงแรงดันพัลส์โดยใช้ การเก็บพลังงานอุปนัย. ตัวแปลงดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะที่มีประสิทธิภาพสูง บางครั้งถึง 95% และมีความสามารถในการรับแรงดันเอาต์พุตที่เพิ่มขึ้น ลดน้อยลง หรือกลับด้าน

ตามนี้เป็นที่รู้จักของวงจรคอนเวอร์เตอร์สามประเภท: step-down (รูปที่ 4.1), step-up (รูปที่ 4.2) และ inverting (รูปที่ 4.3)

องค์ประกอบห้าประการเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับตัวแปลงประเภทนี้ทั้งหมด: แหล่งพลังงาน องค์ประกอบสวิตช์กุญแจ อุปกรณ์จัดเก็บพลังงานแบบเหนี่ยวนำ (ตัวเหนี่ยวนำ โช้ค) บล็อกกิ้งไดโอด และตัวเก็บประจุตัวกรองที่เชื่อมต่อขนานกับความต้านทานโหลด

การรวมธาตุทั้ง 5 นี้เข้าไว้ด้วยกัน ชุดค่าผสมต่างๆช่วยให้คุณสามารถใช้ตัวแปลงพัลส์สามประเภทใดก็ได้

ระดับแรงดันไฟขาออกของคอนเวอร์เตอร์ถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนความกว้างของพัลส์ที่ควบคุมการทำงานขององค์ประกอบสวิตช์กุญแจ และพลังงานที่เก็บไว้ในอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบอุปนัย

แรงดันเอาต์พุตจะเสถียรโดยใช้ฟีดแบ็ค: เมื่อแรงดันเอาต์พุตเปลี่ยนแปลง ความกว้างพัลส์จะเปลี่ยนโดยอัตโนมัติ

ตัวแปลงบั๊ก (รูปที่ 4.1) ประกอบด้วยสายโซ่ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมขององค์ประกอบสวิตช์ S1, ที่เก็บพลังงานอุปนัย L1, ความต้านทานโหลด Rn และตัวเก็บประจุตัวกรองที่เชื่อมต่อแบบขนาน C1 บล็อกเกอร์ไดโอด VD1 เชื่อมต่อระหว่างจุดเชื่อมต่อของคีย์ S1 กับที่เก็บพลังงาน L1 และสายไฟทั่วไป

ข้าว. 4.1. หลักการทำงานของตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบสเต็ปดาวน์

ข้าว. 4.2. หลักการทำงานของตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพ

ที่ กุญแจสาธารณะไดโอดถูกปิด พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟจะถูกเก็บไว้ในที่เก็บพลังงานอุปนัย หลังจากปิดคีย์ S1 (เปิด) พลังงานที่เก็บไว้โดยการจัดเก็บแบบเหนี่ยวนำ L1 จะถูกถ่ายโอนผ่านไดโอด VD1 ไปยังความต้านทานโหลด R n ตัวเก็บประจุ C1 ทำให้แรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมเรียบ

ตัวแปลงแรงดันพัลส์แบบสเต็ปอัพ (รูปที่ 4.2) สร้างขึ้นจากองค์ประกอบพื้นฐานเดียวกัน แต่มีองค์ประกอบที่แตกต่างกัน: วงจรอนุกรมของอุปกรณ์เก็บพลังงานอุปนัย L1, ไดโอด VD1 และความต้านทานโหลดพร้อมตัวเก็บประจุกรอง เชื่อมต่อแบบขนาน C1 เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน องค์ประกอบสวิตช์ S1 เชื่อมต่อระหว่างจุดเชื่อมต่อของอุปกรณ์เก็บพลังงาน L1 กับไดโอด VD1 และบัสทั่วไป

เมื่อเปิดสวิตช์ กระแสจากแหล่งพลังงานจะไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำซึ่งเก็บพลังงานไว้ Diode VD1 ถูกปิด วงจรโหลดถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งพลังงาน ที่เก็บคีย์และพลังงาน แรงดันไฟฟ้าของความต้านทานโหลดจะคงอยู่เนื่องจากพลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุของตัวกรอง เมื่อเปิดกุญแจ EMF ที่เหนี่ยวนำตัวเองจะถูกเพิ่มเข้าไปในแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย พลังงานที่เก็บไว้จะถูกถ่ายโอนไปยังโหลดผ่านไดโอดแบบเปิด VD1 แรงดันไฟขาออกที่ได้รับด้วยวิธีนี้จะเกินแรงดันไฟที่จ่ายไป

ข้าว. 4.3. การแปลงแรงดันพัลส์ด้วยการผกผัน

ตัวแปลงอินเวอร์เตอร์แบบพัลส์ประกอบด้วยองค์ประกอบพื้นฐานที่เหมือนกัน แต่มีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกัน (รูปที่ 4.3): วงจรอนุกรมขององค์ประกอบสวิตช์ S1, ไดโอด VD1 และความต้านทานโหลด R n พร้อมตัวเก็บประจุตัวกรอง C1 คือ เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน การจัดเก็บพลังงานอุปนัย L1 เชื่อมต่อระหว่างจุดเชื่อมต่อขององค์ประกอบสวิตช์ S1 กับไดโอด VD1 และบัสทั่วไป

ตัวแปลงทำงานดังนี้: เมื่อปิดกุญแจ พลังงานจะถูกเก็บไว้ในอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบอุปนัย Diode VD1 ถูกปิดและไม่ส่งกระแสจากแหล่งพลังงานไปยังโหลด เมื่อปิดสวิตช์ EMF ที่เหนี่ยวนำตัวเองของอุปกรณ์เก็บพลังงานจะถูกนำไปใช้กับวงจรเรียงกระแสที่มีไดโอด VD1 ความต้านทานโหลด R n และตัวเก็บประจุตัวกรอง C1 เนื่องจากไดโอดเรียงกระแสผ่านพัลส์แรงดันลบเท่านั้นในโหลด แรงดันไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นที่เอาต์พุตของอุปกรณ์ เครื่องหมายลบ(ผกผันตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้า)

เพื่อรักษาเสถียรภาพของแรงดันขาออก สวิตช์ควบคุมสามารถใช้ตัวควบคุม "เชิงเส้น" ทั่วไปประเภทใดก็ได้ แต่มีประสิทธิภาพต่ำ ในเรื่องนี้ มีเหตุผลมากกว่าที่จะใช้ตัวควบคุมแรงดันพัลส์เพื่อทำให้แรงดันเอาต์พุตของตัวแปลงพัลส์เสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการรักษาเสถียรภาพดังกล่าวไม่ได้ยากเลย

ในทางกลับกัน ตัวปรับความคงตัวของแรงดันไฟฟ้าจะถูกแบ่งออกเป็น ตัวปรับความคงตัวแบบปรับความกว้างของพัลส์และต่อไป ตัวปรับความคงตัวพร้อมการปรับความถี่พัลส์. ในช่วงแรกระยะเวลาของพัลส์ควบคุมจะเปลี่ยนไปตามความถี่คงที่ของการทำซ้ำ ประการที่สอง ในทางตรงกันข้าม ความถี่ของพัลส์ควบคุมจะเปลี่ยนแปลงโดยที่ระยะเวลาไม่เปลี่ยนแปลง มีตัวปรับความคงตัวของแรงกระตุ้นที่มีการควบคุมแบบผสม

ด้านล่างนี้จะพิจารณาตัวอย่างวิทยุสมัครเล่นของการพัฒนาวิวัฒนาการของตัวแปลงพัลส์และเครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า

ออสซิลเลเตอร์หลัก (รูปที่ 4.4) ของตัวแปลงพัลส์ที่มีแรงดันเอาต์พุตที่ไม่เสถียร (รูปที่ 4.5, 4.6) บนชิป KR1006VI1 (NE 555) ทำงานที่ความถี่ 65 kHz พัลส์สี่เหลี่ยมเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกป้อนผ่านวงจร RC ไปยังองค์ประกอบหลักของทรานซิสเตอร์ที่เชื่อมต่อแบบขนาน

ตัวเหนี่ยวนำ L1 ทำบนวงแหวนเฟอร์ไรท์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 10 มม. และการซึมผ่านของแม่เหล็กที่ 2,000 ความเหนี่ยวนำของมันคือ 0.6 mH ประสิทธิภาพของตัวแปลงถึง 82% ความกว้างของระลอกคลื่นเอาต์พุตไม่เกิน 42 mV และขึ้นอยู่กับค่าความจุ

ข้าว. 4.4. การขับวงจรออสซิลเลเตอร์สำหรับตัวแปลงแรงดันพัลส์

ข้าว. 4.5. แผนผังของส่วนกำลังของตัวแปลงแรงดันพัลส์แบบสเต็ปอัพ +5/12 V

ข้าว. 4.6. แบบแผนของตัวแปลงแรงดันพัลส์กลับด้าน +5 / -12 V

ตัวเก็บประจุที่เอาต์พุตของอุปกรณ์ กระแสโหลดสูงสุดของอุปกรณ์ (รูปที่ 4.5, 4.6) คือ 140 mA

วงจรเรียงกระแสของตัวแปลง (รูปที่ 4.5, 4.6) ที่ใช้ การเชื่อมต่อแบบขนานไดโอดความถี่สูงกระแสต่ำเชื่อมต่อแบบอนุกรมพร้อมตัวต้านทานอีควอไลเซอร์ R1 - R3 ส่วนประกอบทั้งหมดนี้สามารถถูกแทนที่ด้วยไดโอดสมัยใหม่หนึ่งตัว ซึ่งออกแบบมาสำหรับกระแสมากกว่า 200 mA ที่ความถี่สูงถึง 100 kHz และแรงดันย้อนกลับอย่างน้อย 30 V (เช่น KD204, KD226) ในฐานะ VT1 และ VT2 คุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ประเภท KT81x ได้: โครงสร้าง npn- KT815, KT817 (รูปที่ 4.5) และ pnp - KT814, KT816 (รูปที่ 4.6) และอื่นๆ เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของคอนเวอร์เตอร์ ขอแนะนำให้เชื่อมต่อไดโอดประเภท KD204, KD226 ขนานกับทางแยกอีซีแอล-คอลเลคเตอร์ของทรานซิสเตอร์เพื่อให้ปิดสำหรับกระแสตรง