Stúpačky a reduktory napätia - Workshop

V dnešnej dobe sú najdôležitejšie elektronické zariadenia, s ktorými každý deň interagujeme, ako napríklad mobilné telefóny, tablety a notebooky, napájané z batérií, ktoré si vyžadujú veľkú autonómiu. Majú veľa elektronických obvodov, ktoré pracujú na rôznych úrovniach napätia, čo vyvolalo potrebu mať obvody, ktoré sú schopné riadiť a distribuovať napätie potrebné na správne fungovanie elektronických zariadení. Z hľadiska súčasného scenára, pokiaľ ide o požiadavky nových elektronických zariadení rastie potreba zlepšiť celkovú účinnosť systému vývojom týchto blokov riadenia a distribúcie energie s cieľom minimalizovať straty.

workshop

Princíp činnosti transformátora:

AC transformátor

Princípom fungovania transformátora je Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie alebo recipročná indukcia medzi dvoma cievkami. Transformátor sa skladá z dvoch samostatných vinutí umiestnených nad valcovaným oceľovým jadrom.

Vinutie, ku ktorému je pripojený zdroj striedavého prúdu, sa nazýva primárne vinutie a sekundárne vinutie je vinutie, ktoré je pripojené k záťaži. Pracuje na striedavý prúd iba preto, že na vzájomnú indukciu medzi dvoma vinutiami je potrebný striedavý tok.

Keď je do primárneho vinutia napájané striedavé napätie s napätím V1, do jadra transformátora je nainštalovaný striedavý prúd ϕ, ktorý je pripojený k sekundárnemu vinutiu a v jeho dôsledku je v ňom indukované elektromagnetické pole. Smer tohto indukovaného elektromagnetického poľa je opačný k použitému napätiu V1 v dôsledku Lenzovho zákona zobrazeného na obrázku nižšie:

Keď je do primárneho vinutia napájané striedavé napätie s napätím V1, do jadra transformátora je nainštalovaný striedavý prúd ϕ, ktorý je pripojený k sekundárnemu vinutiu a v dôsledku toho sa v ňom indukuje elektromagnetické pole, ktoré sa nazýva vzájomne indukované elektromagnetické pole. . Smer tohto indukovaného elektromagnetického poľa je opačný k použitému napätiu V1 v dôsledku Lenzovho zákona zobrazeného na obrázku nižšie:

Fyzicky nie je medzi dvoma vinutiami elektrické spojenie, sú však magneticky spojené. Preto sa elektrina prenáša z primárneho okruhu do sekundárneho okruhu vzájomnou indukčnosťou.

Elektromagnetické pole indukované v primárnom a sekundárnom vinutí závisí od rýchlosti zmeny spojenia toku .

Transformátor napájaný jednosmerným prúdom:

Ako bolo uvedené vyššie, transformátor pracuje na striedavý prúd a nemôže pracovať na jednosmerný prúd. Ak sa na primárne vinutie aplikuje menovité jednosmerné napätie, v jadre transformátora sa nakonfiguruje tok konštantnej veľkosti, a preto nedôjde k samovoľnému generovaniu elektromagnetického poľa, pokiaľ ide o pripojenie prietoku so sekundárnym vinutím buď požadovaný striedavý prietok, a nie konštantný prietok.

Odpor primárneho vinutia je veľmi nízky a primárny prúd je vysoký. Takže tento prúd je oveľa vyšší ako prúd primárneho vinutia s nominálnym plným zaťažením. Preto bude množstvo vyrobeného tepla väčšie a prúdová strata (I2R) bude vyššia.

Z tohto dôvodu dôjde k spáleniu izolácie primárnych vinutí a poškodeniu transformátora.

Zdvíhač napätia

Všetci čelíme nepríjemným situáciám, v ktorých potrebujeme o niečo väčšie napätie, ako dokáže poskytnúť náš zdroj napájania. Potrebujeme 12 voltov, ale máme iba 9 voltovú batériu. Alebo možno máme 3,3 V napájací zdroj, keď náš integrovaný potrebuje 5V.

Na záver si položíme otázku, je možné prevádzať spojité napätie na iné? Odpoveď je áno. Je možné premeniť jednosmerné napätie na druhé, ale metódy sú vymyslené inteligentnejším spôsobom.

Tieto režimy sa nazývajú „režim prepínania“, pretože existuje polovodičový spínač, ktorý sa veľmi rýchlo zapína a vypína.

Čo je to zosilňovač napätia ?

Pulzný prevodník je jedným z najjednoduchších typov prevodníka v spínacom režime. Ako už názov napovedá, vyžaduje si vstupné napätie a zvýšenie napätia. Pozostáva iba z tlmivky, polovodičového spínača (dnes MOSFET), diódy a kondenzátora. Potrebuje tiež jednosmerné napájanie.

Ako funguje Boost Converter?

Je čas skutočne dýchať, čoskoro sa ponoríme do elektronickej hĺbky sily. Od začiatku môžeme povedať, že je to veľmi príjemné pole.

Aby ste pochopili, ako funguje prevodník impulzov, musíte vedieť, ako fungujú tlmivky, MOSFET, diódy a kondenzátory.

S týmito vedomosťami môžeme prejsť činnosť pulzného prevodníka krok za krokom.

Tu sa nič nedeje. Výstupný kondenzátor je nabitý na vstupné napätie mínus pokles diódy.

Teraz je čas zapnúť vypínač. Náš zdroj signálu stúpa a začína MOSFET. Celý prúd je cez induktor presmerovaný na MOSFET. Uvedomte si, že tento výstupný kondenzátor zostáva nabitý, pretože ho nemožno vybiť cez teraz predpätú diódu.

Napájací zdroj nie je okamžite skratovaný, pretože induktor zvyšuje prúd relatívne pomaly. Okolo induktora je tiež vybudované magnetické pole. Dbajte na polaritu napätia privedeného na induktor.

Boost Converter, krok 2, funkčné

MOSFET je vypnutý a prúd induktora je náhle vypnutý.

Samotnou podstatou induktora je udržiavanie plynulého toku prúdu; nemá rád náhle zmeny prúdu. Nemá teda rád moc náhle zastaviť. Reaguje na to generovaním vysokého napätia s opačnou polaritou pôvodne dodávaného napätia pomocou energie uloženej v magnetickom poli na udržanie toku prúdu.

Ak zabudneme na ostatné prvky obvodu a sledujeme iba symboly polarity, všimneme si, že induktor teraz funguje ako zdroj napätia v sérii s napájacím napätím. To znamená, že anóda diódy je teraz pri vyššom napätí ako katóda (pamätajte, že kryt bol už na začiatku nabitý na napájacie napätie) a smeruje dopredu.

Výstupný kondenzátor je teraz nabíjaný vyšším napätím ako predtým, čo znamená, že sme úspešne zvýšili nízke jednosmerné napätie na vyššie.!

Odporúčam vám, aby ste kroky absolvovali opäť veľmi pomaly a intuitívne im rozumeli.

Tieto kroky prebiehajú tisíckrát (v závislosti od frekvencie oscilátora), aby sa udržalo výstupné napätie pod záťažou.

Reduktor napätia

V elektronickom svete mnohokrát nájdeme potrebu znížiť jednosmerné napätie na nižšie. Napríklad budeme možno musieť napájať 3,3 V mikrokontrolér z napájacieho zdroja 12 V. Toto riešenie je jednoduché, stačí pridať 3,3 V IC lineárny regulátor ako LD1117 s 12 V napájacím zdrojom a reguluje napätie do 3,3 V.

Úvod do reduktorov napätia

Toto zariadenie sa nazýva reduktor napätia. Je to typ prevodníka DC-DC, takže vykonáva úlohu znižovania napätia pomocou niekoľkých tranzistorov a cievky. Obrázok vyššie zobrazuje typický obvod pre prevodníky slučky.

Je to dosť podobné ako s pulzným prevodníkom, ale umiestnenie induktora a tranzistora je prepnuté. Prepínač zobrazený vo vyššie uvedenom obvode bude zvyčajne elektronický spínač napájania, ako napríklad MOSFET, IGBT alebo BJT. Spínač sa bude zapínať (zapínať a vypínať) pomocou signálu PWM.

Prevádzka kvapkadla napätia je mierne podobná ako pri „stmievaní“ PWM. Všetci sme už počuli o svetlách, ktoré môžu znížiť svoju intenzitu zo signálu PWM.

Prevádzka reduktora napätia

Prepínač je v polohe ON a umožňuje, aby prúd prúdil do výstupného kondenzátora a nabíjal sa. Pretože napätie v kondenzátore nemôže vzrastať okamžite a keďže cievka obmedzuje nabíjací prúd, napätie v obvode počas spínacieho cyklu nie je plným napätím napájacieho zdroja.

Prepínač sa vypne. Pretože prúd v cievke sa nemôže náhle zmeniť, vytvára nad ňou napätie. Toto napätie umožňuje nabíjanie kondenzátora a napájanie záťaže diódou, keď je spínač vypnutý, čím sa udržuje výstupný prúd počas celého spínacieho cyklu.

Tieto dva kroky sa naďalej opakujú tisíckrát za sekundu, čo vedie k nepretržitému výstupu.

Reduktory napätia:

názovkŕmenievýchod
Režim vypnutia USB 4,5V-40V 5V
Režim poklesu napätia 150 W AC-DC AC: 100V-240V 24V
AMS1117 Modul regulátora znižujúceho napätia 4V-12V3,3 V
AMS1117 Modul regulátora znižujúceho napätia 6,5V-12V5V
9V modul regulácie napätia 0V - 15V9V
Modul regulácie napätia pri 3,3 V S09 0-15V 3,3 V
Modul riadenia napätia 0-15V 12V
Režim znižovania napätia 6V-24V 5V

Nastaviteľné reduktory napätia

Princíp činnosti spočíva v nastaviteľnom regulátore napätia, ktorý môže vysielať nastaviteľné napätie z ľubovoľného rozsahu v rozsahu, v akom je navrhnutý. Táto možnosť je oveľa všestrannejšia ako bežné stúpačky a reduktory napätia, ktoré majú stále napätie, na ktoré privádzajú vaše napätie.

Nárast napätia:

názovkŕmenievýchod
Mini modul na zvyšovanie napätia 5V, 8V, 9V, 12V 2,5V-5V 5V/8V/9V/12V
Modul prevodníka Step Up 1V-5V 5V
Napájací modul DC-DC 5V1200 V

Čakáme na vás s otázkami a obavami v sekcii komentárov.