Введение
Повышающие преобразователи высокой мощности находят широкое применение в автомобильной, индустриальной и телекоммуникационных отраслях
При этом важно, чтобы преобразователи мощностью в 300 Вт и больше не требовали дополнительных средств для отвода тепла и принудительного обдува. Кроме того, во многих случаях существуют конструктивные ограничения по высоте таких преобразователей
Один из удачных методов решения этой задачи — это использование метода разделения (метод чередования) фаз преобразования и распределение силовых элементов по большей поверхности. Другими преимуществами метода разделения фаз преобразования является более высокий КПД, меньшая температура силовых компонентов и меньшая величина пульсаций тока и напряжения на входных и выходных конденсаторах. Цель этой статьи — предложить разработчикам набор формул и выражений для предварительного выбора параметров преобразователя, таких как частота преобразования, количество фаз и контроллеров, а также показать разработчику, как выбрать силовые компоненты: ключевые транзисторы, диоды, дроссели и входные/выходные конденсаторы. Слово «предварительные» существенно, так как огром ное количество нелинейных характеристик силовых компонентов не учитывается в этой статье для простоты восприятия, следовательно, требуется дальнейшее моделирование или макетирование.
Глава 1 — Принцип работы преобразователя по топологии boost
- Стадия накопления заряда. В момент включения преобразователя выходная емкость С2 находится под потенциалом Vin, т.к. ток проходит через дроссель L1 и диод VD1. Управляющее устройство (ШИМ-контроллер или DSP) начинает генерировать ШИМ-сигнал и подает его на затвор транзистора VT1. При открытии транзистора VT1 получается, что цепь замыкается, индуктивность L1 подключается с источнику питания и начинает накапливать энергию. Ток через VD1 не протекает, т.к. потенциал на катоде у него выше (около Vin), чем потенциал на аноде (потенциал GND, около 0В).
- Стадия разряда индуктивности. Теперь ШИМ-сигнал меняет свое значение с 1 на 0 и транзистор VT1 закрывается. В этот момент дроссель L1 стремится поддержать значение тока, путем увеличения потенциала. На входе дросселя потенциал все тем же Vin, а следовательно потенциал вырастает в точке «дроссель-сток VT1-анод VD1». Когда потенциал в данной точке станет больше, чем потенциал на катоде VD1 ток начнет протекать через VD1 в нагрузку и параллельно заряжать выходную емкость С2. На этой стадии цепь так же замыкается, но уже не через VT1, а через путь «L1-VD1-C2-нагрузка»:
outon
- Чтобы увеличить напряжение на выходе — необходимо увеличить коэффициент заполнения (duty);
- Чтобы уменьшить напряжение на выходе — необходимо уменьшить коэффициент заполнения (duty).
- Опыт №1. Входное напряжение (Vin) равно 12В, коэффициент заполнения ШИМ-сигнала составляет 0,75:
- Опыт №2. Входное напряжение (Vin) равно 12В, коэффициент заполнения ШИМ-сигнала составляет 0,5:
- Опыт №3. Входное напряжение (Vin) равно 12В, коэффициент заполнения ШИМ-сигнала составляет 0,25:
Временная и блок-диаграммы
Блок-диаграмма многофазного преобразователя представлена на рис. 1, а форма сигналов двухфазного преобразователя — на рис. 2. Угол сдвига α между сигналами каждой из силовых ступеней описывается формулой α = 360 °/ N. Например, для двухфазных систем а составляет 180°, для четырех — 90° и т.д.
Рис. 1. Блок диаграмма многофазного повышающего преобразователя
Рис. 2. Временная диаграмма двухфазного повышающего преобразователя.
Кривые 1 и 2 — токи на L1 и L2 (2 A/Div),
кривые 3 и 4 — это соответствующие напряжения на истоках Q1 и Q2 (20 В/Div).
Разница фаз α = 180° измерена между задними фронтами сигналов, проходящих через Q1 и Q2
Многофазовые повышающие преобразователи. Передаточная функция
Основываясь на вольт-секундном балансе энергии дросселя, следующее упрощенное выражение может быть выведено для получения значения рабочего цикла в непрерывно-проводящем режиме и прерывно-проводящем режиме работы преобразователя:
D =(V-Vin)/V ;
Dmax=(V-Vi_min)/V .
Баланс мощности преобразователя описывается следующим выражением:
Р = Рin × η ; I × V = In × Vin × η .
Среднее значение входного тока /гп и средний ток фазы 1рк могут быть найдены как функция от выходного тока и рабочего цикла С:
Iin = I / ;
Iph = I / N .
Если Д/ определено как пульсации тока и определенная часть тока фазы, то индуктивность и пиковый ток дросселя каждой фазы могут быть найдены следующим образом:
Δ I=Iin× r; L=(Vin× D × T)Δ I;
Ipk=Iph + Λ I / 2
Несколько уточнений. До тех пор пока Δ I ph, конвертер работает в режиме непрерывного тока (РНТ). Как только нагрузка снижается, он переходит в режим прерывистого тока (РПТ). Различие в значениях величины индуктивности в каждой фазе объясняет тот факт, что в многофазном преобразователе, при конкретной нагрузке, одна фаза может работать в РНТ, а другая — в РПТ. Допуски на величину индуктивности дросселя зависят от производственного процесса и находятся в диапазоне 10-20%.
Вычисление максимальных токов и напряжений на силовых компонентах
Пиковое исреднее значения токов — важный фактор при выборе дросселей для очень мощных повышающих преобразователей. Резонансная частота дросселя не так важна для частоты преобразования ниже 300 кГц, но ее надо учитывать для более высокой частоты преобразования. Средний ток индуктивности I_Lаv ипиковый I_Lрк могут быть определены следующими выражениями:
I_Lаv=Iph ;
I_Lрк=Iph + Δ I/2.
Токи I_Lаv и I_Lрк нужно выбирать, основываясь на данных производителя дросселей с учетом роста температуры и тока насыщения. Максимальное напряжение на МОSFЕТ-ключе VQ приблизительно равно V, то есть VQ = V. Ток IQrms через ключевой транзистор можно описать следующей формулой:
IQrms=Iph × √ Dmx × √ 1 + (1/3) × (Δ I/Iph)2
В первом приближении мощность рассеивания на МОSFЕТ (РQ) в режиме стационарной нагрузки может быть описана следующим выражением:
Инвертор и емкость автомобильного аккумулятора
Если вы планируете подключать к аккумулятору электрические приборы, то учитывайте, что его емкости хватит ненадолго. Аккумулятор емкостью 45 ампер•часов способен выдать до полного разряда 540 ватт•часов или 0,54 киловатт•часа. То есть, подключив к нему устройство мощностью 100 ватт, вы сможете пользоваться им в течение 5 часов. Подключив суммарную нагрузку мощностью 1 киловатт, вы сможете пользоваться ей 20-30 минут. После чего аккумулятор полностью разрядится и вы не сможете завести двигатель. Если же двигатель автомобиля включен, то основная нагрузка ляжет на генератор, который способен вырабатывать до 1 киловатт•час электроэнергии. Если же вам необходима большая мощность, придется устанавливать нестандартный генератор.
Понижающий импульсный преобразователь
Понижающий преобразователь (рис. 1) содержит последовательно включенную цепочку из коммутирующего элемента S1, индуктивного накопителя энергии L1, сопротивления нагрузки RH и включенного параллельно ему конденсатора фильтра С1. Блокировочный диод VD1 подключен между точкой соединения ключа S1 с накопителем энергии L1 и общим проводом.
Рис. 1. Принцип действия понижающего преобразователя напряжения.
При открытом ключе диод закрыт, энергия от источника питания накапливается в индуктивном накопителе энергии. После того, как ключ S1 будет закрыт (разомкнут), запасенная индуктивным накопителем L1 энергия через диод VD1 передастся в сопротивление нагрузки RH, Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения.
Классификация Dc Dc преобразователей
Вообще Dc Dc преобразователи можно разделить на несколько групп.
Понижающий, по английской терминологии step-down или buck
Выходное напряжение этих преобразователей, как правило, ниже входного: без особых потерь на нагрев регулирующего транзистора можно получить напряжение всего несколько вольт при входном напряжении 12…50 В. Выходной ток таких преобразователей зависит от потребности нагрузки, что в свою очередь определяет схемотехнику преобразователя.
Еще одно англоязычное название понижающего преобразователя chopper. Один из вариантов перевода этого слова – прерыватель. В технической литературе понижающий преобразователь иногда так и называют «чоппер». Пока просто запомним этот термин.
Повышающий, по английской терминологии step-up или boost
Выходное напряжение этих преобразователей выше входного. Например, при входном напряжении 5 В на выходе можно получить напряжение до 30 В, причем, возможно его плавное регулирование и стабилизация. Достаточно часто повышающие преобразователи называют бустерами.
Универсальный Dc Dc преобразователь – SEPIC
Выходное напряжение этих преобразователей удерживается на заданном уровне при входном напряжении как выше входного, так и ниже. Рекомендуется в случаях, когда входное напряжение может изменяться в значительных пределах. Например, в автомобиле напряжение аккумулятора может изменяться в пределах 9…14 В, а требуется получить стабильное напряжение 12 В.
Инвертирующий Dc Dc преобразователь — inverting converter
Основной функцией этих преобразователей является получение на выходе напряжения обратной полярности относительно источника питания. Очень удобно в тех случаях, когда требуется двухполярное питание, например для питания ОУ (операционных усилителей).
Все упомянутые преобразователи могут быть стабилизированными или нестабилизированными, выходное напряжение может быть гальванически связано с входным или иметь гальваническую развязку напряжений. Все зависит от конкретного устройства, в котором будет использоваться преобразователь.
Чтобы перейти к дальнейшему рассказу о Dc Dc преобразователях следует хотя бы в общих чертах разобраться с теорией.
Импульсные преобразователи и стабилизаторы
Для стабилизации выходного напряжения импульсных стабилизаторов любого типа могут быть использованы обычные «линейные» стабилизаторы, но они имеют низкий КПД, В этой связи гораздо логичнее для стабилизации выходного напряжения импульсных преобразователей использовать импульсные же стабилизаторы напряжения, тем более, что осуществить такую стабилизацию совсем несложно.
Импульсные стабилизаторы напряжения, в свою очередь, подразделяются на стабилизаторы с широтно-импульсной модуляцией и на стабилизаторы с частотно-импульсной модуляцией. В первых из них изменяется длительность управляющих импульсов при неизменной частоте их следования. Во вторых, напротив, изменяется частота управляющих импульсов при их неизменной длительности. Встречаются импульсные стабилизаторы и со смешанным регулированием.
Ниже будут рассмотрены радиолюбительские примеры эволюционного развития импульсных преобразователей и стабилизаторов напряжения.
Модификации для систем сигнализации
Под системы сигнализации используются инверторы небольшой мощности. Параметр перегрузки преобразователей равняется не более 30 А. Если рассматривать инвертор 12 в 220 на 500 Вт, то коэффициент полезного действия в устройствах, как правило, не превышает 70%. Многие модификации продаются с системами защиты от импульсов. Показатель напряжения в среднем равняется 10 В. В подключении устройства данного типа очень просты.
Пороговая частота преобразователей не превышает 50 Гц. Если рассматривать инвертор 12 в 220 на 600 Вт, то он продается с линейным датчиком. В первую очередь устройство позволяет решить проблемы с перегрузками сети. Также инвертор помогает справляться с помехами. Система защиты от перезарядки установлена не во всех модификациях. Параметр выходного напряжения у моделей равняется 220 В. При этом предельная частота преобразователя колеблется в районе 30 Гц.
Характеристики:
● Входное напряжение / ток: DC 11-35V/10A (Max) ● Выходное напряжение / ток: DC 11-35V/10A (Max) ● Выходная мощность: 100W (Max, 150W кратковременно), если позволяет источник питания ● Может работать как источник питания для ноутбуков 65W — 90W ● При использовании 12V источника для питания 19V 3.42A ноутбука, температура модуля — около 45 С градусов ● Эффективность преобразования: 94% (вход 16V выход 19V 2.5A) ● Рабочая температура: от -40 до +85 градусов, если температура окружающей среды превышает 40 градусов, необходимо использование активного охлаждения ● Температура при полной нагрузке: 45 градусов Так же на странице товара имеется полезная информация о назначении элементов управления
Как из 220 вольт сделать 12 вольт самостоятельно
Для подбора может понадобиться:
- прибор для измерения напряжения;
- изолирующая лента;
- киперная лента;
- медная проволока;
- паяльник;
- инструмент для разборки (кусачки, отвёртки, плоскогубцы, нож и т. п. ).
В первую очередь необходимо определить, с какой стороны переделываемого трансформатора расположена вторичная обмотка. Аккуратно снять защитный слой для получения к ней доступа. Используя тестер, измерить напряжение на выводах.
https://youtube.com/watch?v=GQrgWA1npng
В случае меньшего напряжения к любому из концов обмотки допаять проволоку, тщательно заизолировав место соединения. Используя эту проволоку сделать десять витков и опять измерить напряжение. В зависимости от того насколько увеличилось напряжение и рассчитать дополнительное количество витков.
В случае если напряжение превышает требуемое, делаются обратные действия. Отматываются десять витков, измеряется напряжение и рассчитывается, сколько их необходимо их убрать. После этого лишний провод обрезается и запаивается на клемму.
https://youtube.com/watch?v=qIQKr964mjw
По окончании работ трансформатор собирается в обратной последовательности. Если все правильно рассчитано, то получится преобразователь из 220 в 12 вольт переменного напряжения. Для получения постоянного напряжения необходимо добавить выпрямитель. Это простейшее электронное устройство, состоящее из диодного моста и конденсатора. Используя свойства диодов, напряжение выпрямляется, а с помощью конденсатора убираются паразитные влияния.
Следует отметить, что при использовании диодного моста выходная разность потенциалов поднимется на величину, равную произведению переменного напряжения и величины 1.41.
Главным преимущество трансформаторного преобразования является простота и высокая надёжность. А недостатком — габариты и вес.
https://youtube.com/watch?v=iTXFEcGs3vo
Самостоятельная сборка импульсных инверторов возможна только при хорошем уровне подготовке и знаний электроники. Хотя можно купить готовые наборы КИТ. Такой набор содержит печатную плату и электронные компоненты. В набор также входит электрическая схема и чертёж с подробным расположением элементов. Останется только всё аккуратно распаять.
Используя импульсную технологию, можно сделать и преобразователь с 12 на 220 вольт. Что очень полезно при использовании в автомобилях. Ярким примером может служить источник бесперебойного питания, сделанный из стационарного оборудования.
https://youtube.com/watch?v=cWDgqJB5qKM
Питание схем с использованием трансформаторных БП
В трансформаторных блоках питания преобразуется напряжение питающей электросети – как правило, трансформатор уменьшает его до требуемой величины. Уменьшенное напряжение выпрямляется при помощи диодного моста, проходит через полупроводниковый стабилизатор (при необходимости) и нивелируется конденсаторным фильтром.
Стабилизаторы обычно используются линейные. Они дешевые и содержат в обвязке минимум компонентов, но имеют скромный КПД. Частично Uвх тратится на нагревание регулирующего транзистора. Поэтому трансформаторные БП не подходят для использования в переносной электронике.
Схемы устройств для преобразования энергии
Схемы устройств для преобразования энергии показаны на рис. 24 и 25. Они представляют собой понижающие преобразователи энергии с питанием от выпрямителей с гасящим конденсатором. Напряжение на выходе устройств стабилизировано.
Рис. 24. Схема понижающего преобразователя напряжения с сетевым бестрансформаторным питанием.
Рис. 25. Вариант схемы понижающего преобразователя напряжения с сетевым бестрансформаторным питанием.
В качестве динисторов VD4 можно использовать отечественные низковольтные аналоги — КН102А, Б. Как и предыдущее устройство (рис. 23), источники питания (рис. 24 и 25) имеют гальваническую связь с питающей сетью.
Обзор лучших автоинверторов
Для составления рейтинга были использованы следующие параметры:
- мощность;
- качество выходного напряжения;
- поведение при перегрузках;
- комплектация;
- дополнительные функции (если есть);
- отзывы в реале и интернете;
- внешний вид;
- средняя цена в марте 2016 года.
МАП «Энергия» 900
Мощность 900 ватт, входное напряжение 10-15 вольт. Выходное напряжение со минимальным количеством гармоник и частотой 50 герц. При нагрузке свыше 1,3 киловатт автоматически отключается. Если нагрузка соответствует норме, то напряжение стабильно. Может использоваться как мощное пускозарядное устройство (обратное преобразование из 220 в 12 вольт). Внешний вид – большая и тяжелая коробка с цифровым индикатором и переключателями. Стоимость 35 тысяч рублей.
Штиль PS12/300
Мощность 300 ватт, входное напряжение 10,5–14 вольт. Выходное напряжение с минимумом количеством гармоник и частотой 50-60 герц. Если нагрузка на выходе менее 300 ватт, то напряжение стабильно. При увеличении мощности нагрузки напряжение начинает падать. Инвертор комплектуется проводами и разъемами для подключения к автомобильному аккумулятору, а также переходником для прикуривателя. На вид серая неказистая коробка на резиновых ножках. Стоимость 4500 рублей.
MobilEn SP-150
Заявленная мощность 150 ватт, но на испытаниях выдерживал нагрузку в 180 ватт, не снижая напряжения. Подключение дополнительной нагрузки приводит к срабатыванию защиты. При перегрузке сигнализирует легким, но неприятным писком. После отключения пищит очень громко. Выходное напряжение с минимумом гармоник частотой 50-60 герц. Оснащен штатным USB-портом, поэтому можно использовать для зарядки телефона, фотоаппарата, видеокамеры или iPod. Внешний вид – небольшая прямоугольная коробка, на одном торце которой расположена стандартная розетка, на другой сдвоенный провод с переходником на прикуриватель. Стоимость 1300 рублей.
MeanWell A301‑150‑F3
Мощность 150 ватт, входное напряжение 10,5–15 вольт. Выходное напряжение с минимумом гармоник и частотой 50-55 герц. При увеличении нагрузки до 175 ватт происходит автоматическое отключение. Оснащен стандартной розеткой и шнуром питания с переходником для прикуривателя. На вид серебристый аккуратный цилиндр. Стоимость 3500 рублей.
AcmePower DS-120
Заявленная мощность 120 ватт, но хорошо работает лишь при нагрузке менее 100 ватт. При увеличении мощности нагрузки до 107-110 ватт устройство автоматически выключается. Выходное напряжение со средним количеством гармоник и частотой 50-60 герц. Оснащен штатным USB-портом, поэтому можно использовать для зарядки телефона, фотоаппарата, видеокамеры или iPod. В комплект входит провод с переходником для прикуривателя. Внешний вид – аккуратная небольшая плоская коробочка из черного/серого пластика. Стоимость 750 рублей.
Импульсно-резонансный преобразователь
Импульсно-резонансные преобразователи конструкции к,т.н. Н. М. Музыченко, один из которых показан на рис. 4,27, в зависимости от формы тока в ключе VT1 делятся на три разновидности, в которых коммутирующие элементы замыкаются при нулевом токе, а размыкаются — при нулевом напряжении. На этапе переключения преобразователи работают как резонансные, а остальную, большую, часть периода — как импульсные.
Рис. 27. Схема импульсно-резонансного преобразователя Н. М. Музыченко.
Отличительной чертой таких преобразователей является то, что их силовая часть выполнена в виде индуктивно-емкостного моста с коммутатором в одной диагонали и с коммутатором и источником питания в другом. Такие схемы (рис. 27) отличаются высокой эффективностью.
Мощный DC-DC преобразователь
Сегодня рассмотрим очередной DC-DC преобразователь напряжения который позволит заряжать или питать ноутбук от автомобильной бортовой сети 12 вольт. Схем похожих преобразователей в сети очень много, мы рассмотрим на мой взгляд один из лучших вариантов. Ещё инверторы такого планы часто применяются для питания мощных светодиодов от пониженного источника поэтому некоторые образцы имеют функцию ограничения тока.
Зачем делать то, что можно купить, ещё и за несколько долларов, такие вопросы задают многие люди…, отвечу просто, во-первых, собрать своими руками гораздо быстрее, чем ждать пару месяцев посылку из Китая и, во-вторых ничто не сравнится с той радостью, которую приносит работа конструкции которою ты создал собственными руками. Плюс ко всему наша конструкция будет надёжная.
Давайте рассмотрим схему и принцип её работы.
Это однотактный, повышающий стабилизатор напряжения с защитой от коротких замыканий, в просто народи — Бустер. Принцип работы схож с обратно — ходовым преобразователем, но у последнего дроссель состоит минимум из двух обмоток и между ними имеется гальваническая развязка.
Основой схемы является популярнейший однотактный ШИМ-контроллер из семейства UC38, в данном случае это UC3843. На вход схемы подаем напряжение, скажем 12 Вольт, а на выходе получаем 19, которые необходимо для зарядки почти любого ноутбука.
Вообще диапазон входных и выходных напряжений для этой схемы довольно широк, вращением подстроечного многооборотного резистора R8 с лёгкостью можно получить иные напряжения на выходе. Я выставил чуть меньше 18, так как данный преобразователь мне нужен для иных целей.
Микросхема генерирует прямоугольные импульсы с частотой около 120-125 килогерц, этот сигнал поступает на затвор ключа и тот срабатывает. Когда открыт транзистор в дросселе накапливается некоторая энергия, после закрытия ключа дроссель отдаёт накопленную энергию, это явление называют самоиндукцией, которая свойственна индуктивным нагрузкам.
Важно заметить, что напряжение самоиндукции может быть в разы, а то и в десятки раз больше напряжения питания, всё зависит от индуктивности конкретного дросселя. На выходе схемы установлен однополупериодный выпрямитель для выпрямления всплесков самоиндукции в постоянный ток , который накапливается в выходных конденсаторах
Питание нагрузки осуществляется запасенной в конденсаторах энергией, такой инвертор очень экономичен благодаря ШИМ управлению, потребление холостого хода всего 15-20 миллиампер.
Используя осциллограф мы можем увидеть, как меняется скважность импульсов на затворе полевого транзистора в зависимости от выходной нагрузки, чем больше выходная мощность, тем больше длиться рабочий цикл транзистора, то есть в дроссель поступает больше энергии, а следовательно больше и энергия самоиндукции.
Теперь о конструкции… Микросхема — ШИМ установлена на панельку для без паечного монтажа, если собираетесь использовать такой преобразователь в автомобиле, то советую микросхему запаять непосредственно на плату, так как в машине всегда есть вибрация.
Полевой транзистор… Тут большой выбор, использовать можно ключи с током от 20 ампер напряжением не менее 50 вольт. Я просто воткнул мой любимый IRFZ44, которого с головой хватит.
Кстати о мощности…, В принципе схема может отдать 150 вт без проблем, но естественно для этого нужен более мощный транзистор скажем irf3205 и соответствующий дроссель, в моём варианте схема будет под нагрузкой не более 50 Ватт, хотя с таким раскладом компонентов 100 Ватт снять можно.
Далее по счёту идёт накопительный дроссель, его индуктивность 40 мкГн, ничего не мотал, просто взял один из дросселей выходного фильтра компьютерного блока питания. Диаметр провода 0,9 мм. Количество витков 25. В принципе он особо не критичен, индуктивность может отличаться, размеры кольца и количество витков тоже.
Выходной выпрямитель — это сдвоенный Диод шоттки, подойдут сборки с током от 10 ампер с обратным напряжением не менее 40-45 Вольт.
Схема имеет защиту от коротких замыканий, она построена на базе датчика тока в лице низкоомного резистора подключённого в цепь истока полевого ключа, в моём случае это 2-х ваттный резистор сопротивлением 0,1 Ом.
https://youtube.com/watch?v=AWSWpYn4K9c
После окончательной сборки транзистор и выпрямитель устанавливают на общий теплоотвод не забываем и про изоляцию между ними. Печатная плата довольно компактная, монтаж плотный.
Печатную плату в формате lay. можно скачать здесь.
Автор; АКА Касьян.
Источник питания для питания портативных и карманных приемников
Бестрансформаторный источник питания (рис. 23) предназначен для питания портативных и карманных приемников от сети переменного тока напряжением 220 В. Следует учитывать, что этот источник электрически не изолирован от питающей сети. При выходном напряжении 9В и токе нагрузки 50 мА источник питания потребляет от сети около 8 мА.
Рис. 23. Схема бестрансформаторного источника питания на основе импульсного преобразователя напряжения.
Сетевое напряжение, выпрямленное диодным мостом VD1 — VD4 (рис. 23), заряжает конденсаторы С1 и С2. Время заряда конденсатора С2 определяется постоянной цепи R1, С2. В первый момент после включения устройства тиристор VS1 закрыт, но при некотором напряжении на конденсаторе С2 он откроется и подключит к этому конденсатору цепь L1, C3.
При этом от конденсатора С2 будет заряжаться конденсатор C3 большой емкости. Напряжение на конденсаторе С2 будет уменьшаться, а на C3 — увеличиваться.
Ток через дроссель L1, равный нулю в первый момент после открывания тиристора, постепенно увеличивается до тех пор, пока напряжения на конденсаторах С2 и C3 не уравняются. Как только это произойдет, тиристор VS1 закроется, но энергия, запасенная в дросселе L1, будет некоторое время поддерживать ток заряда конденсатора C3 через открывшийся диод VD5. Далее диод VD5 закрывается, и начинается относительно медленный разряд конденсатора C3 через нагрузку. Стабилитрон VD6 ограничивает напряжение на нагрузке.
Как только закрывается тиристор VS1 напряжение на конденсаторе С2 снова начинает увеличиваться. В некоторый момент тиристор снова открывается, и начинается новый цикл работы устройства. Частота открывания тиристора в несколько раз превышает частоту пульсации напряжения на конденсаторе С1 и зависит от номиналов элементов цепи R1, С2 и параметров тиристора VS1.
Конденсаторы С1 и С2 — типа МБМ на напряжение не ниже 250 В. Дроссель L1 имеет индуктивность 1…2 мГн и сопротивление не более 0,5 Ом. Он намотан на цилиндрическом каркасе диаметром 7 мм.
Ширина обмотки 10 мм, она состоит из пяти слоев провода ПЭВ-2 0,25 мм, намотанного плотно, виток к витку. В отверстие каркаса вставлен подстроечный сердечник СС2,8х12 из феррита М200НН-3. Индуктивность дросселя можно менять в широких пределах, а иногда и исключить его совсем.
Питание схем с помощью Dc Dc преобразователей
Если питание аппаратуры осуществляется от гальванических элементов или аккумуляторов, то преобразование напряжения до нужного уровня возможно лишь с помощью Dc Dc преобразователей.
Идея достаточно проста: постоянное напряжение преобразуется в переменное, как правило, с частотой несколько десятков и даже сотен килогерц, повышается (понижается), а затем выпрямляется и подается в нагрузку. Такие преобразователи часто называются импульсными.
В качестве примера можно привести повышающий преобразователь из 1,5 В до 5 В (выходное напряжение компьютерного USB).
Dc Dc преобразователь 1,5 В / 5 В
Импульсные преобразователи хороши тем, что имеют высокий КПД, в пределах 60..90%. Еще одно достоинство импульсных преобразователей широкий диапазон входных напряжений: входное напряжение может быть ниже выходного или намного выше.
Преобразователь напряжения со стабильными 30В
Преобразователь напряжения (рис. 12) позволяет получить на выходе стабилизированное напряжение 30 В. Напряжение такой величины используется для питания варикапов, а также вакуумных люминесцентных индикаторов.
Рис. 12. Схема преобразователя напряжения с выходным стабилизированным напряжением 30 В.
На микросхеме DA1 типа КР1006ВИ1 по обычной схеме собран задающий генератор, вырабатывающий прямоугольные импульсы с частотой около 40 кГц.
К выходу генератора подключен транзисторный ключ VT1, коммутирующий катушку индуктивности L1. Амплитуда импульсов при коммутации катушки зависит от качества ее изготовления.
Во всяком случае напряжение на ней достигает десятков вольт. Выходное напряжение выпрямляется диодом VD1. К выходу выпрямителя подключен П-образный RC-фильтр и стабилитрон VD2. Напряжение на выходе стабилизатора целиком определяется типом используемого стабилитрона. В качестве «высоковольтного» стабилитрона можно использовать цепочку стабилитронов, имеющих более низкое напряжение стабилизации.
Возможно, вам также будет интересно
Валерий Климов Валерий Смирнов Юрий Карпиленко Основные энергетические показатели в электрических цепях Энергетические показатели систем гарантированного электропитания характеризуют эффективность использования и потребления электрической энергии. Полная мощность (S) характеризует величину загруженности сети оборудованием, равна произведению действующих значений напряжения и тока: и определяется тремя составляющими мощности: где P — активная мощность (Вт), Q — реактивная мощность (ВАр),
аа Сергей Шишкин Для силовых конденсаторов DC-шины питания ПЧ предпочтительно, чтобы допустимый ток пульсации (I≈R — rated ripple current), с учетом температурной и частотной коррекции, был как можно выше, а эквивалентное последовательное сопротивление (ESR — equivalent series resistance) и собственная индуктивность (ESL — capacitor self-inductance) как можно ниже. Традиционно в звеньях фильтрации постоянного тока ПЧ
В публикации рассматриваются вопросы электропитания научных установок и оборудования на борту самолетов, их практическая реализация, а также приводятся конкретные примеры применения средств электроснабжения для научных установок.
Инвертирующий преобразователь импульсного типа
Инвертирующий преобразователь импульсного типа содержит все то же сочетание основных элементов, но снова в ином их соединении (рис. 3): к источнику питания подключена последовательная цепочка из коммутирующего элемента S1, диода VD1 и сопротивления нагрузки RH с конденсатором фильтра С1.
Индуктивный накопитель энергии L1 включен между точкой соединения коммутирующего элемента S1 с диодом VD1 и общей шиной.
Рис. 3. Импульсное преобразование напряжения с инвертированием.
Работает преобразователь так: при замыкании ключа энергия запасается в индуктивном накопителе. Диод VD1 закрыт и не пропускает ток от источника питания в нагрузку. При отключении ключа ЭДС самоиндукции накопителя энергии оказывается приложенной к выпрямителю, содержащему диод VD1, сопротивление нагрузки Rн и конденсатор фильтра С1.
Поскольку диод выпрямителя пропускает в нагрузку только импульсы отрицательного напряжения, на выходе устройства формируется напряжение отрицательного знака (инверсное, противоположное по знаку напряжению питания).
