تبديل منظمات الجهد

في منظمات الجهد النبضي (المحولات) ، يعمل العنصر النشط (عادةً ما يكون ترانزستور ذو تأثير ميداني) في وضع النبض: يفتح مفتاح التحكم ويغلق بالتناوب ، ويزود جهد الإمداد بالنبضات إلى عنصر تراكم الطاقة. نتيجة لذلك ، يتم تغذية النبضات الحالية من خلال خنق (أو من خلال محول ، اعتمادًا على طوبولوجيا منظم تبديل معين) ، والذي يعمل غالبًا كعنصر يقوم بتجميع وتحويل وإطلاق الطاقة في دائرة الحمل.

للبقول معلمات زمنية معينة: تتبعها بتردد معين ولها مدة معينة. تعتمد هذه المعلمات على حجم الحمولة التي يوفرها المثبت حاليًا ، نظرًا لأن متوسط ​​تيار المحرِّض هو الذي يشحن مكثف الخرج ويزود الحمل المتصل به فعليًا بالطاقة.

في هيكل مثبت النبض ، يمكن تمييز ثلاث وحدات وظيفية رئيسية: مفتاح ، وجهاز تخزين الطاقة ، ودائرة تحكم.تشكل العقدتان الأوليان قسمًا للطاقة ، والذي يشكل ، مع العقد الثالث ، دائرة تحويل جهد كاملة. في بعض الأحيان ، يمكن إجراء المفتاح في نفس السكن مثل دائرة التحكم.

لذلك يتم عمل محول النبض بسبب الإغلاق والفتح مفتاح الكتروني... عند إغلاق المفتاح ، يتم توصيل جهاز تخزين الطاقة (الخنق) بمصدر الطاقة ويخزن الطاقة ، وعندما يكون مفتوحًا ، يتم فصل جهاز التخزين عن المصدر ويتم توصيله على الفور بدائرة التحميل ، وبعد ذلك يتم توصيل الطاقة مكثف المرشح والحمل.

نتيجة لذلك ، تعمل قيمة متوسطة معينة للجهد على الحمل ، والتي تعتمد على مدة وتكرار تكرار نبضات التحكم. يعتمد التيار على الحمل ، الذي يجب ألا تتجاوز قيمته الحد المسموح به لهذا المحول.

PWM و PWM

يعتمد مبدأ تثبيت جهد الخرج لمحول النبض على مقارنة مستمرة لجهد الخرج مع الجهد المرجعي ، واعتمادًا على تباين هذه الفولتية ، تستعيد دائرة التحكم تلقائيًا نسبة مدة الفتح و الحالات المغلقة للمفتاح (تقوم بتغيير عرض نبضات التحكم مع تعديل عرض النبضة - PWM) أو يغير معدل تكرار هذه النبضات ، مع الحفاظ على مدتها ثابتة (عن طريق تعديل تردد النبضة - PFM). يقاس جهد الخرج عادة بمقسم مقاوم.

افترض أن جهد الخرج تحت الحمل عند نقطة ما يتناقص ، يصبح أقل من الاسمي.في هذه الحالة ، ستعمل وحدة التحكم PWM تلقائيًا على زيادة عرض النبضة ، أي أن عمليات تخزين الطاقة في الخانق ستصبح أطول ، وبالتالي ، سيتم نقل المزيد من الطاقة إلى الحمل. نتيجة لذلك ، سيعود جهد الخرج إلى القيمة الاسمية.

إذا كان التثبيت يعمل وفقًا لمبدأ PFM ، فمع انخفاض جهد الخرج تحت الحمل ، سيزداد معدل تكرار النبض. نتيجة لذلك ، سيتم نقل المزيد من أجزاء الطاقة إلى الحمل وسيكون الجهد مساويًا للتقدير المطلوب. سيكون من المناسب هنا أن نقول إن نسبة مدة الحالة المغلقة للمحول إلى مجموع مدة حالته المغلقة والمفتوحة هي ما يسمى بدورة العمل DC.

بشكل عام ، المحولات النبضية متوفرة مع أو بدون عزل كلفاني.في هذه المقالة ، سننظر في الدوائر الأساسية بدون عزل كلفاني: محولات التعزيز ، والباك ، والمحولات العكسية. في الصيغ ، Vin هو جهد الدخل ، Vout هو جهد الخرج ، و DC هو دورة العمل.

محول باك المعزول غير الجلفاني أو محول باك المعزول

يغلق مفتاح T. عندما يكون المفتاح مغلقًا ، يتم قفل الصمام الثنائي D ، ويتدفق التيار خنق يبدأ L وعبر الحمل R في الزيادة. يفتح المفتاح. عند فتح المفتاح ، يستمر التيار خلال الخانق وعبر الحمل ، على الرغم من تناقصه ، في التدفق ، لأنه لا يمكن أن يختفي على الفور ، الآن فقط الدائرة مغلقة ليس من خلال المفتاح ، ولكن من خلال الصمام الثنائي الذي تم فتحه.

المفتاح يغلق مرة أخرى.إذا كان المفتاح خلال الوقت الذي كان فيه المفتاح مفتوحًا ، لم يكن للتيار المار عبر الخانق وقت للتراجع إلى الصفر ، فهو الآن يزداد مرة أخرى. لذلك ، من خلال الخانق ومن خلال الحمل ، يعمل طوال الوقت تيار نابض (إذا لم يكن هناك مكثف). يقوم المكثف بتنعيم التموجات بحيث يكون تيار الحمل ثابتًا تقريبًا.

دائمًا ما يكون جهد الخرج في محول من هذا النوع أقل من جهد الدخل ، والذي ينقسم عمليًا هنا بين الخانق والحمل. يمكن العثور على قيمته النظرية (لمحول مثالي - تجاهل خسائر التبديل والصمام الثنائي) باستخدام الصيغة التالية:

تعزيز المحول بدون عزل كلفاني - تعزيز المحول

المفتاح T مغلق. عندما يكون المفتاح مغلقًا ، يتم إغلاق الصمام الثنائي D ، ويبدأ التيار عبر المحرِّض L في الزيادة. يفتح المفتاح. يستمر التيار في التدفق عبر المحرِّض ، ولكن الآن من خلال الصمام الثنائي المفتوح والجهد عبر المحرِّض يضاف إلى جهد المصدر. يتم الحفاظ على الجهد الثابت عبر الحمل R بواسطة مكثف C.

يغلق المفتاح ، يرتفع تيار الاختناق مرة أخرى. دائمًا ما يكون جهد الخرج لمحول من هذا النوع أعلى من جهد الدخل لأن الجهد عبر المحرِّض يضاف إلى جهد المصدر. يمكن العثور على القيمة النظرية لجهد الخرج (لمحول مثالي) باستخدام الصيغة:

محول عكسي بدون محول عزل باك باك جلفاني

المفتاح T مغلق. الخانق L يخزن الطاقة ، الصمام الثنائي D مغلق. المفتاح مفتوح - الخانق ينشط المكثف C ويحمل R. الجهد الناتج هنا له قطبية سالبة.يمكن العثور على قيمته (للحالة المثالية) بالصيغة:

على عكس المثبتات الخطية ، تتمتع مثبتات التبديل بكفاءة أعلى بسبب انخفاض تسخين العناصر النشطة وبالتالي تتطلب مساحة أصغر للرادياتير. تتمثل العيوب النموذجية في تبديل المثبتات في وجود ضوضاء دافعة في دوائر الإخراج والمدخلات ، فضلاً عن فترات العبور الأطول.