Pingeregulaatorite lülitamine

Impulsspinge regulaatorites (muundurites) töötab aktiivne element (tavaliselt väljatransistor) impulssrežiimis: juhtlüliti vaheldumisi avaneb ja sulgub, varustades toitepingega energiat akumuleerivat elementi impulssidega. Selle tulemusena juhitakse vooluimpulsse läbi drossel (või trafo, sõltuvalt konkreetse lülitusregulaatori topoloogiast), mis sageli toimib elemendina, mis kogub, muundab ja vabastab koormusahelas energiat.

Impulssidel on kindlad ajaparameetrid: need järgnevad teatud sagedusega ja neil on teatud kestus. Need parameetrid sõltuvad stabilisaatori poolt antud koormuse suurusest, kuna väljundkondensaatorit laeb ja sellega ühendatud koormust tegelikult toidab keskmine induktiivpooli vool.

Impulssistabilisaatori struktuuris saab eristada kolme peamist funktsionaalset üksust: lüliti, energiasalvesti ja juhtimisahel.Esimesed kaks sõlme moodustavad toitesektsiooni, mis koos kolmandaga moodustab tervikliku pinge muundamise ahela. Mõnikord saab lüliti teha juhtimisahelaga samas korpuses.

Nii et impulssmuunduri töö on tehtud tänu sulgemisele ja avamisele elektrooniline võti… Kui lüliti on suletud, on energiasalvesti (drossel) ühendatud toiteallikaga ja salvestab energiat ning kui see on avatud, lahutatakse salvestusseade allikast ja ühendatakse koheselt koormusahelaga, misjärel energia kantakse üle filtri kondensaatorile ja koormusele.

Selle tulemusena mõjub koormusele teatud pinge keskmine väärtus, mis sõltub juhtimpulsside kestusest ja kordumise sagedusest. Vool sõltub koormusest, mille väärtus ei tohi ületada selle muunduri lubatud piiri.

PWM ja PWM

Impulssmuunduri väljundpinge stabiliseerimise põhimõte põhineb väljundpinge pideval võrdlusel etalonpingega ning sõltuvalt nende pingete lahknevusest taastab juhtahel automaatselt lahtioleku ja pinge kestuse suhte. lüliti suletud olekud (see muudab juhtimpulsside laiust impulsi laiuse modulatsioon — PWM) või muudab nende impulsside kordussagedust, hoides nende kestuse konstantsena (impulsisagedusmodulatsiooni abil – PFM). Väljundpinget mõõdetakse tavaliselt takistusjaguriga.

Oletame, et koormuse all olev väljundpinge mingil hetkel väheneb, muutub nimiväärtusest väiksemaks.Sel juhul suurendab PWM-kontroller automaatselt impulsi laiust, see tähendab, et drossel toimuvad energia salvestamise protsessid pikemaks ja vastavalt sellele kantakse koormusele rohkem energiat. Selle tulemusena taastub väljundpinge nimiväärtus.

Kui stabiliseerimine töötab PFM-i põhimõttel, siis väljundpinge vähenemisega koormuse all suureneb impulsi kordussagedus. Selle tulemusena kantakse koormusele üle rohkem energiaosasid ja pinge on võrdne nõutava nimiväärtusega. Siinkohal oleks kohane öelda, et lüliti suletud oleku kestuse suhe selle suletud ja avatud olekute kestuse summasse on nn töötsükkel DC.

Üldiselt on impulssmuundurid saadaval galvaanilise isolatsiooniga ja ilma.Selles artiklis vaatleme põhilisi ilma galvaanilise isolatsioonita ahelaid: võimendus-, buck- ja inverteerivad muundurid. Valemites on Vin sisendpinge, Vout on väljundpinge ja DC on töötsükkel.

Mittegalvaaniliselt isoleeritud buck converter-buck converter või astmeline muundur

Klahv T sulgub. Kui lüliti on suletud, on diood D lukustatud, vool voolab gaasihoob L ja üle koormuse R hakkab suurenema. Võti avaneb. Lüliti avamisel vool läbi drossel ja koormuse, kuigi see väheneb, jätkab liikumist, sest see ei saa hetkega kaduda, ainult nüüd suletakse ahel mitte läbi lüliti, vaid läbi avanenud dioodi.

Lüliti sulgub uuesti.Kui selle aja jooksul, mil lüliti oli avatud, ei jõudnud õhuklappi läbiv vool nulli langeda, siis nüüd see jälle kasvab.. Nii et läbi drossel ja läbi koormuse toimib see kogu aeg pulseeriv vool (kui kondensaatorit polnud). Kondensaator silub lainetust nii, et koormusvool on peaaegu konstantne.

Seda tüüpi muunduri väljundpinge on alati väiksem kui sisendpinge, mis siin on praktiliselt jagatud õhuklapi ja koormuse vahel. Selle teoreetilise väärtuse (ideaalse muunduri jaoks – lüliti- ja dioodikadusid arvestamata) saab leida järgmise valemi abil:

Ilma galvaanilise isolatsioonita võimendusmuundur – võimendusmuundur

Lüliti T on suletud. Kui lüliti on suletud, suletakse diood D, vool läbi induktiivpooli L hakkab suurenema. Võti avaneb. Vool jätkub läbi induktiivpooli, kuid nüüd läbi avatud dioodi ja induktiivpooli pinge liidetakse lähtepingele. Konstantset pinget koormuse R juures hoiab kondensaator C.

Lüliti sulgub, õhuklapi vool tõuseb uuesti. Seda tüüpi muunduri väljundpinge on alati sisendpingest kõrgem, kuna induktiivpooli pinge liidetakse lähtepingele. Väljundpinge teoreetilise väärtuse (ideaalse muunduri jaoks) saab leida järgmise valemi abil:

Inverteeriv muundur ilma galvaanilise isolatsioonita-buck-boost-konverterita

Lüliti T on suletud. Drossel L salvestab energiat, diood D on suletud. Lüliti on avatud – drossel lülitab sisse kondensaatori C ja koormuse R. Väljundpingel on siin negatiivne polaarsus.Selle väärtuse saab (ideaalsel juhul) leida järgmise valemi abil:

Erinevalt lineaarsetest stabilisaatoritest on lülitusstabilisaatoritel suurem kasutegur, kuna aktiivsed elemendid kuumenevad vähem ja seetõttu on vaja väiksemat radiaatori pindala. Lülitusstabilisaatorite tüüpilised puudused on impulssmüra olemasolu väljund- ja sisendahelates, samuti pikemad siirded.