Jцrg Rehrmann Elektronik - inžinierska kancelária pre vývoj elektronických obvodov a systémov
Samozrejme, malé výstupy môžete implementovať aj pomocou prevodníka push-pull. Pre malé neregulované prevodníky DC-DC s elektrickou izoláciou to môže byť dokonca ideálna forma prevodníka. Najjednoduchší je opäť samočinne kmitajúci prevodník, ktorého prepínanie sa spúšťa saturáciou jadra. Na tento účel sú na primárnej strane potrebné štyri vinutia transformátora, ale iba niekoľko ďalších komponentov. Obrázok 8.3 A zobrazuje samočinne kmitajúci prevodník zostavený z MOSFETov.
Obrázok 8.3 A Neregulovaný prevodník toku push-pull pre malé výkony
Obrázok 8.3 B Neregulovaný prevodník toku push-pull pre vysoký výkon
8.3 C Neregulovaný prevodník push-pull dopredu pre vysoké prevádzkové napätie
Obrázok 8.3 D Neregulovaný prevodník toku polovičného mostíka pre nízke prevádzkové napätie
Ak prevádzkové napätie presahuje 15 voltov, musí byť časovač IC NE 555 opatrený samostatným napájacím napätím. V najjednoduchšom prípade je napätie obmedzené zenerovou diódou a napájacie napätie pre IC je napájané cez R4. Samozrejme, regulátor napätia pre časovač IC, napríklad 78L12 alebo 78M12, by bol ešte lepší. So špecifikovanými komponentmi je možné opäť dosiahnuť výstupný prúd 40 ampérov. Z dôvodu vyššieho prevádzkového napätia môže byť výstupný výkon okolo 500 wattov. V zásade sa dajú týmto spôsobom implementovať aj vyššie výkony, treba si však uvedomiť, že zdroj napätia v polomostovom obvode je vystavený veľmi vysokému zaťaženiu striedavým prúdom. Takže na filtrovanie týchto striedavých prúdov sú potrebné veľké elektrolytické kondenzátory s nízkym vnútorným odporom. Z dôvodu vysokých striedavých prúdov je potrebné venovať osobitnú pozornosť konštrukčným pravidlám, ktoré som spomenul v kapitole 6.1.
V praxi sa samozrejme vyhnete použitiu transformátorov so zbytočne veľkým počtom vinutí, ktorých výroba je veľmi zložitá, najmä preto, že ich stupeň využitia nie je optimálny. Polovičné alebo úplné mostné obvody sa používajú na redukciu primárnej cievky na jediné vinutie. V najjednoduchšom prípade je potrebné vziať generátor z kapitoly 5 a odoslať výstupný signál do primárnej cievky cez spojovací kondenzátor. Obrázok 8.3 D a Obrázok 8.3 D1 zobrazujú tri verzie takéhoto prevodníka. Jednoduchá verzia vľavo je dostatočná na prevádzkové napätie do 15 voltov. So špecifikovanými tranzistormi je možné dosiahnuť nepretržité výstupné prúdy 40 ampérov, čo zodpovedá výstupnému výkonu približne 240 wattov (40 A * ± 6 V).
Nasledujúci obvod možno použiť aj pre jednoduché izolované prevodníky DC-DC:
Obrázok 8.3 D1 Neregulovaný polovodičový tokový prevodník na izoláciu prevodníkov DC-DC s nízkym prevádzkovým napätím
Pre cievky je v závislosti na veľkosti a frekvencii jadra potrebných iba niekoľko závitov na toroidnom jadre. Pomocou zabudovaného generátora môžete ľahko určiť, koľko závitov skutočne potrebujete. Za týmto účelom niekoľkokrát pretiahnite izolovaný kábel cez toroidné jadro a pripojte ho k výstupu generátora. Ak sa dosiahne požadovaný počet závitov, spotreba energie v obvode a ohrev toroidného jadra výrazne klesnú. Je tiež dôležité použiť materiál jadra s nízkou stratou, napríklad TDK/Epcos N87. V závislosti na požadovanom izolačnom napätí sa pre aspoň jednu cievku použije izolovaný prepojovací vodič s dostatočnou dielektrickou pevnosťou alebo netienený vysokonapäťový kábel. Pre sekundárny usmerňovač je najlepšie použiť obvod zdvojovača Villard. To je skvelé v porovnaní s asymetrickými striedavými napätiami a obe polovičné vlny sa na prenos energie využívajú rovnako. Požadované regulované sekundárne napätia je potom možné ľahko generovať na sekundárnej strane pomocou jednoduchých neizolovaných prevodníkov DC-DC.
Ak sa majú pomocou polovodičového prevodníka realizovať vyššie napätia, je potrebné beznapäťové riadenie horného spínacieho tranzistora. Jednou z možností je napríklad použitie riadiaceho transformátora, ako je vidieť na obrázku 5.1 B. Dynamické správanie transformátora, najmä pri ovládaní MOSFETov a IGBT, je však vždy určitým faktorom neistoty. V prípade polovičných mostíkov s bipolárnymi spínacími tranzistormi existuje obzvlášť jednoduchá metóda riadenia tranzistorov pomocou riadiaceho transformátora, ako je možné vidieť na obrázku 8.3 E. Polovičný mostík je oscilačný a riadiaci transformátor určuje predovšetkým spínaciu frekvenciu.
Obrázok 8.3 Prevodník E na pol mostíku s riadiacim transformátorom Štruktúra riadiaceho transformátora Tr 1
Obrázok 8.3 F vysokonapäťový polomost s IR 2153
Obrázok 8,3 G vysokonapäťový polomost pre vysoký výkon s IR 2153
Obrázok 8.3 Plný mostík MOSFET H s integrovanými integrovanými obvodmi ovládača brány
Obrázok 8.3 I Celý most MOSFET s integrovanými integrovanými obvodmi ovládača brány
Použité integrované obvody majú kratšiu mŕtvu dobu asi 0,6 us namiesto 1,2 us pre IR 2151 a IR 2153. To umožňuje zodpovedajúco vyššie spínacie frekvencie. V zásade je tiež možné použiť dva IR 2153, ak sa dajú ľahšie získať. V takom prípade nemusí byť pin 2 na IC 1 pripojený na pin 3 na IC 2 priamo, ale skôr cez Zenerovu diódu 2,7 V. Rezistor z kolíka 3 na kolík 1 IC 2 zvyšuje potenciál na kolíku 3 o 2,7 voltu, takže vypínacia funkcia je deaktivovaná. Túto zmenu vidno na obrázku 8.3K. Inak je obvod totožný s obrázkom 8.3 H.
Obrázok 8,3 K riadenie plného mostíka s dvoma IR 2153
Obrázok 8.3 Plný mostík vysokého napätia s riadiacim transformátorom a vysokým výstupným výkonom