Как да проектираме конвертор с издърпване - основна теория, конструкция и демонстрация

Що се отнася до работата със силова електроника, топологията на DC-DC преобразувателя става много важна за практическите проекти. В силовата електроника се предлагат основно два типа основни топологии за преобразуване DC-DC, а именно превключващият преобразувател и линейният преобразувател.

Сега от закона за запазване на енергията знаем, че енергията не може да бъде създадена, нито унищожена, но може само да се трансформира. Същото важи и за превключване на регулатори, изходната мощност (мощност) на всеки преобразувател е продукт на напрежение и ток, DC-DC преобразувателят в идеалния случай преобразува напрежението или тока, докато мощността е постоянна. Пример може да бъде ситуацията, при която 5V изход може да осигури 2A ток. По-рано сме проектирали 5V, 2A SMPS схема, можете да проверите дали това е нещо, което търсите.

Сега помислете за ситуация, при която трябва да го променим на 10V изход за конкретно приложение. Сега, ако на това място се използва DC-DC преобразувател, а 5V 2A, който е 10W изход, е постоянен, в идеалния случай DC-DC преобразувателят ще преобразува напрежението в 10V с ток 1A. Това може да се направи с помощта на топология за превключване на усилването, където превключващият индуктор постоянно се превключва.

Друг скъп, но полезен метод е използването на push-pull конвертор. Push-pull конвертор отваря много възможности за преобразуване, като Buck, Boost, Buck-Boost, изолирани или дори неизолирани топологии, също така е една от най-старите превключващи топологии, използвани в силовата електроника, които изискват минимални компоненти за производство изходи със средна мощност (Обикновено - 150W до 500W) с множество изходни напрежения. Необходимо е да се смени намотката на трансформатора за промяна на изходното напрежение в изолирана верига на двойно-преобразуващ преобразувател.

Всички тези функции обаче поставят много въпроси в съзнанието ни. Например, как работи Push-pull конверторът? Какви компоненти са важни за изграждането на верига за двупосочен преобразувател? Така че, прочетете заедно и ще разберем всички необходими отговори и в крайна сметка ще изградим практична схема за демонстрация и тестване, така че нека да влезем в нея.

Изграждане на Push-Pull конвертор

Името има отговора. Push и Pull имат две противоположни значения на едно и също нещо. Какво е значението на Push-Pull от гледна точка на неспециалисти? Речникът казва, че думата тласък означава да се движим напред, като използваме сила, за да подминем хора или предмети, за да се отдалечим. В едно -издърпващ DC-DC преобразувател, тласъкът определя изтласкване на тока или подаване на тока. Какво означава издърпване? Отново речникът казва да упражняваме сила върху някого или нещо, за да предизвикаме движение към себе си. В push-pull конвертора отново се изтегля токът.

По този начин, превключвателят с едно издърпване е вид превключващ преобразувател, при който токовете постоянно се вкарват в нещо и постоянно се изтеглят от нещо. Това е тип трансформатор с обратен ход или индуктор. Токът постоянно се изтласква и издърпва от трансформатора. Използвайки този push-pull метод, трансформаторът предава поток към вторичната намотка и осигурява някакъв вид изолирано напрежение.

Сега, тъй като това е тип превключващ регулатор, също така, тъй като трансформаторът трябва да бъде превключен по такъв начин, че токът да трябва да се изтласква и изтегля синхронно, за това се нуждаем от някакъв превключващ регулатор. Тук се изисква асинхронен push-pull драйвер. Сега е очевидно, че превключвателите са направени с различни видове транзистори или Mosfets.

На пазара на електроника има много пуш-дръпващи драйвери, които могат да се използват незабавно за работа, свързана с пуш-пул разговори.

Малко от такива интегрални схеми за драйвери могат да бъдат намерени в списъка по-долу -

1. LT3999
2. MAX258
3. MAX13253
4. LT3439
5. TL494

Как работи Push Pull Converter?

За да разберем принципа на работа на push-pull преобразувателя, ние нарисувахме основна верига, която е основен полумостов преобразувател, и показаната по-долу, за улеснение, покрихме топологията на полумоста, но има и друга често срещана топология, която е известна като пълен мостов преобразувател.

Два NPN транзистора ще позволят функционалността на push-pull. Двата транзистора Q1 и Q2 не могат да се включат едновременно. Когато Q1 е включен, Q2 ще остане изключен, когато Q1 е изключен, Q2 ще се включи. Това ще се случи последователно и ще продължи като цикъл.

Както можем да видим, горната схема използва трансформатор, това е изолиран преобразувател с издърпване.

Горното изображение показва състоянието, когато Q1 е включен и Q2 ще се изключи. По този начин токът ще тече през централния кран на трансформатора и ще отиде на земята чрез транзистора Q1, докато Q2 ще блокира токовия поток от другия кран на трансформатора. Точно обратното се случва, когато Q2 се включи и Q1 остане изключен. Винаги, когато настъпят промените в текущия поток, трансформаторът прехвърля енергията от първичната страна към вторичната страна.

Горната графика е много полезна, за да се провери как се случва това, първоначално във веригата не е имало напрежения или ток. Q1 включен, постоянно напрежение първо удари към крана, тъй като веригата е затворена сега. Токът започва да се увеличава и след това напрежението се индуцира във вторичната страна.

В следващата фаза, след закъснение във времето, транзисторът Q1 се изключва и Q2 се включва. Тук идват няколко важни неща на работа - паразитен капацитет на трансформатора и индуктивността образуват LC верига, която започва да превключва в противоположна полярност. Зарядът започва да тече обратно в обратна посока през другата намотка на крана на трансформатора. По този начин токът постоянно се изтласква в алтернативни режими от тези два транзистора. Тъй като изтеглянето се извършва от LC веригата и централния кран на трансформатора, това се нарича push-pull топология. Често се описва по такъв начин, че двата транзистора да изтласкват тока последователно, като назовават конвенцията push-pull, когато транзисторите не издърпват тока. Формата на вълната на натоварване прилича на триончето, но не е показано в горната форма на вълната.

Тъй като научихме как работи конструкцията на двупосочен преобразувател, нека преминем към изграждането на действителна схема за него и след това можем да го анализираме на пейката. Но преди това, нека да разгледаме схемата.

Компоненти, необходими за изграждане на практичен преобразувател за издърпване

Е, долната схема е изградена върху макет. Компонентите, използвани за тестване на вериги, са както следва:

1. 2 бр. Индуктори със същия рейтинг - 220uH 5A тороидален индуктор.
2. 0.1uF полиестерен филмов кондензатор - 2 бр
3. 1k резистор 1% - 2 бр
4. ULN2003 чифт транзистор Дарлингтън
5. 100uF 50V кондензатор

Практична схема на превключвател с пуш-пул

Схемата е доста права. Нека да анализираме връзката, ULN2003 е двойката транзистори на Дарлингтън. Този масив от транзистори е полезен, тъй като диодите с свободен ход са налични в чипсета и не изискват никакви допълнителни компоненти, като по този начин се избягва допълнително сложно маршрутизиране на платка. За синхронния драйвер използваме прост RC таймер, който синхронно ще включва и изключва транзисторите, за да създаде push-pull ефект в индукторите.

Практически конвертор с пуш-пул - работещ

Работата на веригата е проста. Нека да премахнем двойката Дарлингтън и да направим схемата проста с помощта на два транзистора Q1 и Q2.

RC мрежите са свързани в кръстосано положение с основата на Q1 и Q2, които включват алтернативните транзистори, използвайки техника за обратна връзка, наречена регенеративна обратна връзка.

Той започва да работи по този начин - Когато приложим напрежение към централния кран на трансформатора (където е общата връзка между две индуктори), токът ще тече през трансформатора. В зависимост от плътността на потока и наситеността на полярността, отрицателна или положителна, токът първо зарежда C1 и R1 или C2 и R2, а не и двете. Нека си представим, че C1 и R1 получават първо тока. C1 и R1 осигуряват таймер, който включва транзистора Q2. Секцията L2 на трансформатора ще индуцира напрежение, използвайки магнитния поток. В тази ситуация C2 и R2 започват да се зареждат и включват Q1. След това секцията L1 на трансформатора индуцира напрежение. Времето или честотата изцяло зависят от входното напрежение, наситения поток на трансформатора или индуктора, първичните обороти, квадратното сантиметър на напречното сечение на сърцевината.Формулата на честотата е-

f = (V _в * 10 ⁸) / (4 * β _s * A * N)

Където Vin е входното напрежение, 10 ⁸ е постоянна стойност, β _s е плътността на наситения поток на сърцевината, която ще се отрази върху трансформатора, A е площта на напречното сечение и N е броят на завъртанията.

Тестване на веригата на преобразувателя с издърпване

За тестване на веригата са необходими следните инструменти -

1. Два милиметра - един за проверка на входното напрежение и друг за изходното напрежение
2. Осцилоскоп
3. Захранване на пейка.

Веригата е изградена в макет и мощността бавно се увеличава. Входното напрежение е 2.16V, докато изходното напрежение е 8.12V, което е почти четири пъти по-голямо от входното напрежение.

Тази схема обаче не използва никаква топология на обратната връзка, така че изходното напрежение не е постоянно и нито изолирано.

Честотата и превключването на push-pull се наблюдава в осцилоскопа-

По този начин веригата сега действа като push-pull усилващ преобразувател, където изходното напрежение не е постоянно. Очаква се този push-pull преобразувател да може да осигури мощност до 2W, но не сме го тествали поради липсата на обратна връзка.

Заключения

Тази схема е проста форма на push-pull преобразувателя. Винаги обаче се препоръчва да се използва подходяща интегрална схема на драйвера за желания изход. Веригата може да бъде конструирана по начин, при който изолирани или неизолирани, могат да бъдат изградени всякакви топологии при преобразуване с издърпване.

Долната схема е правилна схема на контролиран преобразувател за постоянен и постоянен ток. Това е 1: 1 push-pull преобразувател, използващ LT3999 за аналогови устройства (линейни технологии).

Надявам се, че статията ви е харесала и сте научили нещо ново, ако имате въпроси по тази тема, поставете коментар долу или можете да публикувате въпроса си директно в нашия форум.