Преклопни регулатори напона

У импулсним регулаторима напона (конверторима), активни елемент (обично транзистор са ефектом поља) ради у импулсном режиму: контролни прекидач се наизменично отвара и затвара, напајајући напон напајања импулсима елементу који акумулира енергију. Као резултат, струјни импулси се напајају кроз пригушницу (или кроз трансформатор, у зависности од топологије одређеног прекидача регулатора), који често делује као елемент који акумулира, претвара и ослобађа енергију у кругу оптерећења.

Импулси имају одређене временске параметре: прате са одређеном фреквенцијом и имају одређено трајање. Ови параметри зависе од величине оптерећења које тренутно напаја стабилизатор, пошто је просечна струја индуктора та која пуни излазни кондензатор и заправо напаја оптерећење повезано на њега.

У структури стабилизатора импулса могу се разликовати три главне функционалне јединице: прекидач, уређај за складиштење енергије и контролни круг.Прва два чвора чине енергетски део, који заједно са трећим чини комплетно коло за конверзију напона. Понекад се прекидач може направити у истом кућишту као и контролни круг.

Дакле, рад импулсног претварача се обавља због затварања и отварања електронски кључ… Када је прекидач затворен, уређај за складиштење енергије (пригушница) је повезан са извором напајања и складишти енергију, а када је отворен, уређај за складиштење се искључује из извора и одмах повезује са струјним колом, након чега се енергија се преноси на филтерски кондензатор и на оптерећење.

Као резултат, на оптерећење делује одређена просечна вредност напона, која зависи од трајања и учесталости понављања контролних импулса. Струја зависи од оптерећења, чија вредност не сме прећи дозвољену границу за овај претварач.

ПВМ и ПВМ

Принцип стабилизације излазног напона импулсног претварача заснива се на континуираном поређењу излазног напона са референтним напоном, а у зависности од неслагања ових напона, управљачко коло аутоматски обнавља однос трајања отворености и затворена стања прекидача (мења ширину контролних импулса са модулација ширине импулса — ПВМ) или мења брзину понављања ових импулса, одржавајући њихово трајање константним (помоћу модулације фреквенције импулса — ПФМ). Излазни напон се обично мери отпорним дјелитељем.

Претпоставимо да излазни напон под оптерећењем у неком тренутку опада, постаје мањи од номиналног.У овом случају, ПВМ контролер ће аутоматски повећати ширину импулса, односно процеси складиштења енергије у пригушници ће постати дужи и, сходно томе, више енергије ће се пренети на оптерећење. Као резултат тога, излазни напон ће се вратити на номинални.

Ако стабилизација ради по принципу ПФМ-а, онда ће се са смањењем излазног напона под оптерећењем повећати стопа понављања импулса. Као резултат тога, више делова енергије ће се пренети на оптерећење и напон ће бити једнак захтеваној оцени. Овде би било прикладно рећи да је однос трајања затвореног стања прекидача према збиру трајања његовог затвореног и отвореног стања такозвани радни циклус ДЦ.

Генерално, импулсни претварачи су доступни са и без галванске изолације.У овом чланку ћемо се осврнути на основна кола без галванске изолације: појачани, појачани и инвертујући претварачи. У формулама, Вин је улазни напон, Воут је излазни напон, а ДЦ је радни циклус.

Негалвански изоловани буцк конвертор-буцк конвертор или степ-довн претварач

Тастер Т се затвара. Када је прекидач затворен, диода Д је закључана, струја тече Гуша Л и преко оптерећења Р почиње да расте. Кључ се отвара. Када се прекидач отвори, струја кроз пригушницу и кроз оптерећење, иако се смањује, наставља да тече, јер не може тренутно да нестане, само се сада коло затвара не преко прекидача, већ преко диоде која се отворила.

Прекидач се поново затвара.Ако за време док је прекидач био отворен струја кроз пригушницу није стигла да падне на нулу, сада се поново повећава. Дакле, кроз пригушницу и кроз оптерећење делује све време пулсирајућа струја (ако није било кондензатора). Кондензатор изглађује таласе тако да је струја оптерећења скоро константна.

Излазни напон у претварачу овог типа је увек мањи од улазног напона, који је овде практично подељен између пригушнице и оптерећења. Његова теоријска вредност (за идеалан претварач - без обзира на губитке прекидача и диода) може се наћи помоћу следеће формуле:

Боост претварач без галванске изолације - појачани претварач

Прекидач Т је затворен. Када је прекидач затворен, диода Д је затворена, струја кроз индуктор Л почиње да расте. Кључ се отвара. Струја наставља да тече кроз индуктор, али сада кроз отворену диоду и напон на индуктору се додаје напону извора. Константни напон на оптерећењу Р одржава се кондензатором Ц.

Прекидач се затвара, струја пригушнице поново расте. Излазни напон овог типа претварача је увек већи од улазног јер се напон на индуктору додаје напону извора. Теоретска вредност излазног напона (за идеалан претварач) може се наћи помоћу формуле:

Инвертујући претварач без галванске изолације-буцк-боост-цонвертер

Прекидач Т је затворен. Пригушница Л складишти енергију, диода Д је затворена. Прекидач је отворен — пригушница напаја кондензатор Ц и оптерећење Р. Излазни напон овде има негативан поларитет.Његова вредност се може наћи (за идеалан случај) по формули:

За разлику од линеарних стабилизатора, прекидачки стабилизатори имају већу ефикасност због мањег загревања активних елемената и стога захтевају мању површину радијатора. Типични недостаци прекидачких стабилизатора су присуство импулсног шума у ​​излазним и улазним колима, као и дужи транзијенти.