Mga Regulator ng Paglilipat ng Boltahe

Sa mga regulator ng boltahe ng pulso (mga converter), ang aktibong elemento (karaniwang isang field-effect transistor) ay nagpapatakbo sa mode ng pulso: ang control switch ay salit-salit na nagbubukas at nagsasara, na nagbibigay ng supply ng boltahe na may mga pulso sa elementong nagtitipon ng enerhiya. Bilang resulta, ang mga kasalukuyang pulso ay pinapakain sa pamamagitan ng isang choke (o sa pamamagitan ng isang transpormer, depende sa topology ng isang partikular na switching regulator), na kadalasang gumaganap bilang isang elemento na nag-iipon, nagko-convert at naglalabas ng enerhiya sa load circuit.

Ang mga pulso ay may ilang mga parameter ng oras: sumusunod sila sa isang tiyak na dalas at may isang tiyak na tagal. Ang mga parameter na ito ay nakasalalay sa laki ng load na kasalukuyang ibinibigay ng stabilizer, dahil ito ay ang average na kasalukuyang inductor na naniningil sa output capacitor at aktwal na nagpapagana sa load na konektado dito.

Sa istraktura ng isang pulse stabilizer, tatlong pangunahing functional unit ang maaaring makilala: isang switch, isang energy storage device at isang control circuit.Ang unang dalawang node ay bumubuo ng isang seksyon ng kapangyarihan, na, kasama ang pangatlo, ay bumubuo ng isang kumpletong circuit ng conversion ng boltahe. Minsan ang switch ay maaaring gawin sa parehong pabahay bilang control circuit.

Kaya ang gawain ng pulse converter ay tapos na dahil sa pagsasara at pagbubukas elektronikong susi… Kapag ang switch ay sarado, ang energy storage device (choke) ay nakakonekta sa power source at nag-iimbak ng enerhiya, at kapag ito ay bukas, ang storage device ay di-disconnect mula sa source at agad na nakakonekta sa load circuit, pagkatapos nito ang enerhiya. ay inilipat sa filter capacitor at sa load.

Bilang isang resulta, ang isang tiyak na average na halaga ng boltahe ay kumikilos sa pagkarga, na nakasalalay sa tagal at dalas ng pag-uulit ng mga pulso ng kontrol. Ang kasalukuyang ay depende sa pagkarga, ang halaga nito ay hindi dapat lumampas sa pinapayagang limitasyon para sa converter na ito.

PWM at PWM

Ang prinsipyo ng pagpapapanatag ng output boltahe ng pulse converter ay batay sa isang tuluy-tuloy na paghahambing ng output boltahe na may reference na boltahe, at depende sa pagkakaiba ng mga boltahe na ito, ang control circuit ay awtomatikong nagpapanumbalik ng ratio ng tagal ng bukas at saradong estado ng switch (binabago nito ang lapad ng mga pulso ng kontrol gamit ang modulasyon ng lapad ng pulso - PWM) o binabago ang rate ng pag-uulit ng mga pulso na ito, pinapanatili ang kanilang tagal na pare-pareho (sa pamamagitan ng pulse frequency modulation — PFM). Ang output boltahe ay karaniwang sinusukat sa isang resistive divider.

Ipagpalagay na ang output boltahe sa ilalim ng pagkarga sa ilang mga punto ay bumababa, nagiging mas mababa kaysa sa nominal.Sa kasong ito, ang PWM controller ay awtomatikong tataas ang lapad ng pulso, iyon ay, ang mga proseso ng pag-iimbak ng enerhiya sa choke ay magiging mas mahaba at, nang naaayon, mas maraming enerhiya ang ililipat sa pagkarga. Bilang resulta, ang output boltahe ay babalik sa nominal.

Kung ang pagpapapanatag ay gumagana ayon sa prinsipyo ng PFM, pagkatapos ay may pagbaba sa output boltahe sa ilalim ng pagkarga, ang rate ng pag-uulit ng pulso ay tataas. Bilang resulta, mas maraming bahagi ng enerhiya ang ililipat sa load at ang boltahe ay magiging katumbas ng kinakailangang rating. Dito angkop na sabihin na ang ratio ng tagal ng saradong estado ng switch sa kabuuan ng tagal ng sarado at bukas na mga estado nito ay ang tinatawag na duty cycle DC.

Sa pangkalahatan, ang mga pulse converter ay magagamit nang may at walang galvanic isolation. Sa artikulong ito, titingnan natin ang mga pangunahing circuit na walang galvanic isolation: boost, buck at inverting converter. Sa mga formula, ang Vin ay ang input voltage, ang Vout ay ang output voltage, at ang DC ay ang duty cycle.

Non-galvanically isolated buck converter-buck converter o step-down converter

Isinara ang Key T. Kapag ang switch ay sarado, ang diode D ay naka-lock, kasalukuyang dumadaloy throttle L at sa buong load R ay nagsisimulang tumaas. Bumukas ang susi. Kapag binuksan ang switch, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng choke at sa pamamagitan ng load, bagaman ito ay bumababa, ay patuloy na dumadaloy, dahil hindi ito maaaring mawala kaagad, ngayon lamang ang circuit ay sarado hindi sa pamamagitan ng switch, ngunit sa pamamagitan ng diode na binuksan.

Muling nagsasara ang switch.Kung sa panahon na ang switch ay bukas, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng choke ay walang oras na bumaba sa zero, pagkatapos ngayon ito ay tumataas muli. Kaya, sa pamamagitan ng choke at sa pamamagitan ng load, ito ay kumikilos sa lahat ng oras pulsating current (kung walang kapasitor). Pinapakinis ng kapasitor ang mga ripples upang ang kasalukuyang load ay halos pare-pareho.

Ang output boltahe sa isang converter ng ganitong uri ay palaging mas mababa kaysa sa input boltahe, na dito ay halos nahahati sa pagitan ng choke at ng load. Ang teoretikal na halaga nito (para sa isang mainam na converter—pagwawalang-bahala sa switch at pagkalugi ng diode) ay matatagpuan gamit ang sumusunod na formula:

Boost converter na walang galvanic isolation - boost converter

Sarado ang switch T. Kapag ang switch ay sarado, ang diode D ay sarado, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng inductor L ay nagsisimula na tumaas. Bumukas ang susi. Ang kasalukuyang ay patuloy na dumadaloy sa inductor, ngunit ngayon sa pamamagitan ng isang bukas na diode at ang boltahe sa buong inductor ay idinagdag sa source boltahe. Ang pare-parehong boltahe sa buong load R ay pinananatili ng capacitor C.

Ang switch ay nagsasara, ang choke current ay tumataas muli. Ang output boltahe ng isang converter ng ganitong uri ay palaging mas mataas kaysa sa input boltahe dahil ang boltahe sa buong inductor ay idinagdag sa source boltahe. Ang teoretikal na halaga ng output boltahe (para sa isang perpektong converter) ay matatagpuan gamit ang formula:

Inverting converter na walang galvanic isolation-buck-boost-converter

Sarado ang switch T. Ang Choke L ay nag-iimbak ng enerhiya, ang diode D ay sarado. Ang switch ay bukas-ang choke ay nagbibigay lakas sa capacitor C at load R. Ang output boltahe dito ay may negatibong polarity.Ang halaga nito ay matatagpuan (para sa perpektong kaso) sa pamamagitan ng formula:

Hindi tulad ng mga linear stabilizer, ang paglipat ng mga stabilizer ay may mas mataas na kahusayan dahil sa mas kaunting pag-init ng mga aktibong elemento at samakatuwid ay nangangailangan ng mas maliit na lugar ng radiator. Ang mga karaniwang disadvantages ng switching stabilizers ay ang pagkakaroon ng impulse noise sa output at input circuits, pati na rin ang mas mahabang transients.