Pengatur Voltan Pensuisan

Dalam pengawal selia voltan nadi (penukar), elemen aktif (biasanya transistor kesan medan) beroperasi dalam mod nadi: suis kawalan dibuka dan ditutup secara bergilir-gilir, membekalkan voltan bekalan dengan denyutan kepada elemen terkumpul tenaga. Akibatnya, denyutan semasa disalurkan melalui pencekik (atau melalui pengubah, bergantung pada topologi pengatur pensuisan tertentu), yang sering bertindak sebagai elemen yang terkumpul, menukar dan membebaskan tenaga dalam litar beban.

Denyutan mempunyai parameter masa tertentu: ia mengikuti dengan frekuensi tertentu dan mempunyai tempoh tertentu. Parameter ini bergantung pada saiz beban yang dibekalkan pada masa ini oleh penstabil, kerana arus induktor purata yang mengecas kapasitor keluaran dan sebenarnya menggerakkan beban yang disambungkan kepadanya.

Dalam struktur penstabil nadi, tiga unit berfungsi utama boleh dibezakan: suis, peranti storan tenaga dan litar kawalan.Dua nod pertama membentuk bahagian kuasa, yang, bersama-sama dengan yang ketiga, membentuk litar penukaran voltan lengkap. Kadangkala suis boleh dibuat dalam perumah yang sama dengan litar kawalan.

Jadi kerja penukar nadi dilakukan kerana penutupan dan pembukaan kunci elektronik… Apabila suis ditutup, peranti storan tenaga (tercekik) disambungkan kepada sumber kuasa dan menyimpan tenaga, dan apabila ia dibuka, peranti storan diputuskan sambungan daripada punca dan serta-merta disambungkan ke litar beban, selepas itu tenaga dipindahkan ke kapasitor penapis dan ke beban.

Akibatnya, nilai purata tertentu voltan bertindak pada beban, yang bergantung pada tempoh dan kekerapan pengulangan denyutan kawalan. Arus bergantung pada beban, yang nilainya tidak boleh melebihi had yang dibenarkan untuk penukar ini.

PWM dan PWM

Prinsip penstabilan voltan keluaran penukar nadi adalah berdasarkan perbandingan berterusan voltan keluaran dengan voltan rujukan, dan bergantung kepada percanggahan voltan ini, litar kawalan secara automatik memulihkan nisbah tempoh buka dan keadaan tertutup suis (ia menukar lebar denyutan kawalan dengan modulasi lebar nadi — PWM) atau menukar kadar pengulangan denyutan ini, mengekalkan tempohnya tetap (dengan cara modulasi frekuensi nadi — PFM). Voltan keluaran biasanya diukur dengan pembahagi rintangan.

Katakan bahawa voltan keluaran di bawah beban pada satu titik berkurangan, menjadi kurang daripada nominal.Dalam kes ini, pengawal PWM secara automatik akan meningkatkan lebar nadi, iaitu, proses penyimpanan tenaga dalam pencekik akan menjadi lebih lama dan, dengan itu, lebih banyak tenaga akan dipindahkan ke beban. Akibatnya, voltan keluaran akan kembali ke nominal.

Sekiranya penstabilan berfungsi mengikut prinsip PFM, maka dengan penurunan voltan keluaran di bawah beban, kadar pengulangan nadi akan meningkat. Akibatnya, lebih banyak bahagian tenaga akan dipindahkan ke beban dan voltan akan sama dengan penarafan yang diperlukan. Di sini adalah wajar untuk mengatakan bahawa nisbah tempoh keadaan tertutup suis kepada jumlah tempoh keadaan tertutup dan terbuka adalah apa yang dipanggil kitaran tugas DC.

Secara umum, penukar nadi tersedia dengan dan tanpa pengasingan galvanik. Dalam artikel ini, kita akan melihat litar asas tanpa pengasingan galvanik: penukar rangsangan, buck dan penyongsangan. Dalam formula, Vin ialah voltan masukan, Vout ialah voltan keluaran, dan DC ialah kitaran tugas.

Penukar buck-buck yang tidak terpencil secara galvani atau penukar langkah turun

Kunci T ditutup. Apabila suis ditutup, diod D dikunci, arus mengalir pendikit L dan merentasi beban R mula meningkat. Kunci dibuka. Apabila suis dibuka, arus melalui choke dan melalui beban, walaupun ia berkurangan, ia terus mengalir, kerana ia tidak boleh hilang serta-merta, hanya sekarang litar ditutup bukan melalui suis, tetapi melalui diod yang telah dibuka.

Suis ditutup semula.Jika semasa suis dibuka, arus melalui pencekik tidak sempat turun kepada sifar, maka kini ia meningkat semula.Jadi, melalui pencekik dan melalui beban, ia bertindak sepanjang masa arus berdenyut (jika tiada kapasitor). Kapasitor melicinkan riak supaya arus beban hampir malar.

Voltan keluaran dalam penukar jenis ini sentiasa kurang daripada voltan masukan, yang di sini boleh dikatakan berpecah antara tercekik dan beban. Nilai teorinya (untuk penukar yang ideal—tidak mengambil kira kehilangan suis dan diod) boleh didapati menggunakan formula berikut:

Penukar rangsangan tanpa pengasingan galvanik - penukar rangsangan

Suis T ditutup. Apabila suis ditutup, diod D ditutup, arus melalui induktor L mula meningkat. Kunci dibuka. Arus terus mengalir melalui induktor, tetapi kini melalui diod terbuka dan voltan merentasi induktor ditambah kepada voltan sumber. Voltan malar merentasi beban R dikekalkan oleh kapasitor C.

Suis ditutup, arus tercekik naik semula. Voltan keluaran penukar jenis ini sentiasa lebih tinggi daripada voltan masukan kerana voltan merentasi induktor ditambah kepada voltan punca. Nilai teori voltan keluaran (untuk penukar ideal) boleh didapati menggunakan formula:

Penukar terbalik tanpa penukar pengasingan-buck-boost-galvanik

Suis T ditutup. Choke L menyimpan tenaga, diod D ditutup. Suis terbuka—pencekik memberi tenaga kepada kapasitor C dan beban R. Voltan keluaran di sini mempunyai kekutuban negatif.Nilainya boleh didapati (untuk kes ideal) dengan formula:

Tidak seperti penstabil linear, penstabil pensuisan mempunyai kecekapan yang lebih tinggi kerana kurang pemanasan unsur aktif dan oleh itu memerlukan kawasan radiator yang lebih kecil. Kelemahan tipikal penstabil pensuisan ialah kehadiran bunyi impuls dalam litar keluaran dan input, serta transien yang lebih lama.