Kaip suprojektuoti stūmimo keitiklį - pagrindinė teorija, konstrukcija ir demonstravimas

Kai reikia dirbti su galios elektronika, DC-DC keitiklio topologija tampa labai svarbi praktiniam dizainui. Galios elektronikoje yra daugiausia dviejų tipų nuolatinės ir nuolatinės srovės keitimo topologijų rūšys: komutacinis keitiklis ir linijinis keitiklis.

Dabar iš energijos išsaugojimo dėsnio mes žinome, kad energijos negalima sukurti ar sunaikinti, bet ji gali būti tik transformuota. Tas pats pasakytina apie reguliatorių perjungimą, bet kurio keitiklio išėjimo galia (galia) yra įtampos ir srovės sandauga, DC-DC keitiklis idealiai paverčia įtampą arba srovę, o galia yra pastovi. Pavyzdys gali būti situacija, kai 5 V išvestis gali suteikti 2A srovės. Anksčiau mes suprojektavome 5V, 2A SMPS grandinę, galite tai patikrinti, jei to ieškote.

Dabar apsvarstykite situaciją, kai turime ją pakeisti į 10 V išėjimą konkrečiai programai. Dabar, jei šioje vietoje naudojamas nuolatinės srovės keitiklis, o 5 V 2A, kuris yra 10 W išvestis, yra pastovus, idealiu atveju DC-DC keitiklis įtampą pavers 10V su 1A srovės reitingu. Tai galima padaryti naudojant padidinimo perjungimo topologiją, kai perjungimo induktorius yra nuolat perjungiamas.

Kitas brangus, bet naudingas būdas yra naudoti „ push-pull“ keitiklį. „Push-pull“ keitiklis atveria daugybę konversijos galimybių, tokių kaip „Buck“, „Boost“, „Buck-Boost“, izoliuotos ar net ne izoliuotos topologijos, taip pat tai yra viena iš seniausių galios elektronikoje naudojamų perjungimo topologijų, kuriai pagaminti reikalingi minimalūs komponentai. vidutinės galios išėjimai (paprastai - nuo 150 W iki 500 W) su daugkartine išėjimo įtampa. Reikia pakeisti transformatoriaus apviją, norint pakeisti išėjimo įtampą izoliuotoje stūmimo-keitiklio grandinėje.

Tačiau visos šios savybės mums kelia daug klausimų. Kaip veikia „Push-pull“ keitiklis? Kokie komponentai yra svarbūs norint sukurti „push-pull“ keitiklio grandinę? Taigi, perskaitykite kartu ir sužinosime visus reikalingus atsakymus, o galų gale sukursime praktinę demonstravimo ir bandymo grandinę, todėl leiskitės į tai tiesiai.

„Push-Pull“ keitiklio konstrukcija

Pavadinimas turi atsakymą. „Push and Pull“ turi dvi priešingas to paties dalyko reikšmes. Ką reiškia „Push-Pull“ pasauliečių kalboje? Žodyne sakoma, kad žodis „stumti“ reiškia judėjimą į priekį, naudojant jėgą, kad žmonės ar daiktai pasislinktų į šoną. „ DC-DC“ keitiklio stūmimas apibrėžia srovės stūmimą arba srovės maitinimą. Ką reiškia traukimas? Vėlgi, žodyne sakoma, kad reikia daryti jėgą kam nors ar kažkam, kad sukeltum judėjimą į save. „Push-pull“ keitiklyje vėl traukiama srovė.

Taigi „push-pull“ keitiklis yra perjungimo keitiklio tipas, kai srovės nuolat į kažką stumiamos ir nuolat iš kažko traukiamos. Tai yra grįžtamojo transformatoriaus arba induktoriaus tipas. Srovė nuolat stumiama ir traukiama iš transformatoriaus. Naudojant šį stūmimo traukos metodą, transformatorius perduoda srautą į antrinę ritę ir suteikia tam tikrą izoliuotą įtampą.

Kadangi tai yra perjungimo reguliatoriaus tipas, taip pat, kai transformatorių reikia perjungti taip, kad srovę reikia stumti ir traukti sinchroniškai, tam mums reikia kažkokio perjungimo reguliatoriaus. Čia reikalingas asinchroninis „push-pull“ tvarkyklė. Dabar akivaizdu, kad jungikliai atliekami naudojant skirtingų tipų tranzistorius arba „Mosfets“.

Elektronikos rinkoje yra daugybė „ push-pull“ tvarkyklių, kurias galima nedelsiant naudoti su „push-pull“ susijusiais darbais.

Nedaug tokių vairuotojo IC galima rasti žemiau pateiktame sąraše-

LT3999
MAX258
MAX13253
LT3439
TL494

Kaip veikia „Push Pull“ keitiklis?

Norėdami suprasti „push-pull“ keitiklio veikimo principą, mes nupiešėme pagrindinę grandinę, kuri yra pagrindinė pusiau tilto „push-pull“ keitiklis, o paprastumo sumetimais apžvelgėme pusiau tilto topologiją, tačiau yra dar viena paplitusi topologija, kuri yra žinoma kaip viso tilto stūmimo ir traukimo keitiklis.

Du NPN tranzistoriai įgalins „push-pull“ funkcionalumą. Du tranzistoriai Q1 ir Q2 negali būti įjungti vienu metu. Įjungus Q1, Q2 liks išjungtas, išjungus Q1, įsijungs Q2. Tai įvyks nuosekliai ir tęsis kaip kilpa.

Kaip matome, pirmiau pateiktoje grandinėje naudojamas transformatorius, tai yra izoliuotas stūmimo-traukimo keitiklis.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje rodoma būsena, kai įjungiamas Q1 ir išjungiamas Q2. Taigi srovė tekės per centrinį transformatoriaus čiaupą ir eis į žemę per tranzistorių Q1, o Q2 blokuos srovės srautą kitame transformatoriaus čiaupe. Visiškai priešingai nutinka, kai įsijungia Q2, o Q1 lieka išjungtas. Kai tik įvyksta srovės srauto pokyčiai, transformatorius energiją perduoda iš pirminės pusės į antrinę pusę.

Aukščiau pateiktas grafikas yra labai naudingas norint patikrinti, kaip tai vyksta, iš pradžių grandinėje nebuvo įtampos ar srovės srauto. Q1 įjungtas, pastovi įtampa pirmiausia smogia į čiaupą, nes grandinė dabar uždaryta. Srovė pradeda didėti, o tada įtampa indukuojama į antrinę pusę.

Kitame etape, praėjus tam tikram laikui, tranzistorius Q1 išsijungia, o Q2 įjungiamas. Čia ateina keli svarbūs dalykai darbe - transformatoriaus parazitinė talpa ir induktyvumas suformuoja LC grandinę, kuri pradeda persijungti priešingu poliškumu. Įkrova pradeda tekėti atgal priešinga kryptimi per kitą transformatoriaus čiaupo apviją. Tokiu būdu tie du tranzistoriai srovę nuolat stumia pakaitiniais režimais. Tačiau, kai traukimą atlieka LC grandinė ir centrinis transformatoriaus čiaupas, tai vadinama stūmimo topologija. Dažnai tai apibūdinama taip, kad du tranzistoriai stumia srovę pakaitomis, pavadindami konvencijos stūmimą, kai tranzistoriai netraukia srovės. Apkrovos bangos forma panaši į pjūklą, tačiau tai nėra tai, kas parodyta aukščiau.

Sužinoję, kaip veikia „ push-pull“ keitiklio dizainas, pereikime prie faktinės jo grandinės sukūrimo ir tada galime tai išanalizuoti suole. Bet prieš tai pažvelkime į schemą.

Komponentai, reikalingi praktiškam „Push Pull Converter“ sukūrimui

Na, žemiau esanti grandinė sukonstruota ant duonos lentos. Grandinėms patikrinti naudojami šie komponentai:

2 vienetų induktoriai, turintys tą patį įvertinimą - 220uH 5A toroidinis induktorius.
0,1uF poliesterio plėvelės kondensatorius - 2 vnt
1k rezistorius 1% - 2 vnt
ULN2003 Darlingtono poros tranzistorius
100uF 50V kondensatorius

Praktinė keitiklio keitimo schema

Schema yra gana tiesi į priekį. Panagrinėkime ryšį, ULN2003 yra Darlingtono poros tranzistorių masyvas. Šis tranzistorių masyvas yra naudingas, nes laisvosios eigos diodai yra prieinami mikroschemų rinkinyje ir jam nereikia jokių papildomų komponentų, taip išvengiant papildomo kompleksinio nukreipimo ant duonos. Sinchroninei tvarkyklei mes naudojame paprastą RC laikmatį, kuris sinchroniškai įjungs ir išjungs tranzistorius, kad sukurtų „push-pull“ efektą visuose induktoriuose.

Praktinis „Push-Pull“ keitiklis - veikia

Grandinės darbas yra paprastas. Pašalinkime Darlingtono porą ir supaprastinkime grandinę naudodami du tranzistorius Q1 ir Q2.

RC tinklai yra sujungiami kryžminėje padėtyje su Q1 ir Q2 pagrindu, kurie įjungia alternatyvius tranzistorius, naudodami grįžtamojo ryšio techniką, vadinamą regeneraciniu grįžtamuoju ryšiu.

Jis pradeda veikti taip - kai įtrauksime transformatoriaus centrinį čiaupą (ten, kur bendras ryšys tarp dviejų induktorių), srovė tekės per transformatorių. Priklausomai nuo neigiamo ar teigiamo poliškumo srauto tankio ir sodrumo, srovė pirmiausia įkrauna C1 ir R1 arba C2 ir R2, o ne abu. Įsivaizduokime, kad C1 ir R1 pirmiausia gaus srovę. C1 ir R1 yra laikmatis, įjungiantis tranzistorių Q2. Transformatoriaus L2 sekcija sukels įtampą naudodama magnetinį srautą. Esant tokiai situacijai, C2 ir R2 pradeda krautis ir įjungti Q1. Tada transformatoriaus L1 sekcija sukelia įtampą. Laikas ar dažnis visiškai priklauso nuo įėjimo įtampos, prisotinto transformatoriaus ar induktoriaus srauto, pirminių posūkių, šerdies kvadratinio centimetro ploto.Dažnio formulė yra

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

Kur Vin yra įėjimo įtampa, 10 ⁸ yra pastovi vertė, β _s yra prisotinto šerdies srauto tankis, kuris atsispindės transformatoriuje, A yra skerspjūvio plotas ir N - posūkių skaičius.

„Push Pull“ keitiklio grandinės testavimas

Norėdami patikrinti grandinę, reikalingi šie įrankiai:

Du milimetrai - vienas skirtas įėjimo įtampai tikrinti, kitas - išėjimo įtampai
Osciloskopas
Stendo maitinimas.

Grandinė sukonstruota skydinėje, o galia lėtai didinama. Įėjimo įtampa yra 2,16 V, o išėjimo įtampa yra 8,12 V, tai beveik keturis kartus viršija įėjimo įtampą.

Tačiau šioje grandinėje nenaudojama jokia grįžtamojo ryšio topologija, todėl išėjimo įtampa nėra pastovi ir nėra izoliuota.

Stūmimo traukos dažnis ir perjungimas stebimas osciloskopu.

Taigi grandinė dabar veikia kaip stūmimo traukos keitiklis, kur išėjimo įtampa nėra pastovi. Tikimasi, kad šis „push-pull“ keitiklis gali suteikti galios iki 2W, tačiau mes to netestavome, nes trūksta grįžtamojo ryšio.

Išvados

Ši grandinė yra paprasta stūmimo keitiklio forma. Tačiau norimam išėjimui visada rekomenduojama naudoti tinkamą „ push-pull driver IC “. Grandinė gali būti sukonstruota taip, kad būtų galima sukurti izoliuotą ar izoliuotą bet kokią topologiją, veikiantį stumiant-traukiant.

Žemiau esanti grandinė yra tinkama kontroliuojamo nuolatinės srovės ir nuolatinės srovės keitiklio grandinė. Tai 1: 1 „push-pull“ keitiklis, naudojant LT3999 analoginiams įrenginiams (linijinėms technologijoms).

Tikiuosi, kad jums patiko straipsnis ir sužinojote ką nors naujo, jei turite klausimų apie šią temą, pateikite komentarą žemiau arba galite paskelbti savo klausimą tiesiogiai mūsų forume.