Uobičajeni nedostatak kompenzacijskih stabilizatora napona je njihova niska učinkovitost zbog gubitaka u tranzistorima upravljačkog elementa, što osim toga zahtijeva snažne hladnjake koji su dimenzijama i težinom znatno veći od samih stabilizatora. Naprednije tehničko rješenje su stabilizatori pulsnog napona (VST), u kojima tranzistori upravljačkih elemenata rade u ključnom načinu rada. Kada se koriste visokofrekventni tranzistori, problem učinkovitosti i težinsko-dimenzionalnih karakteristika u takvim stabilizatorima rješava se prilično radikalno.
Postoje tri glavna ISN kruga: serijski ISN bucking tipa (Sl. 12.15), paralelni ISN boosting tipa (Sl. 12.16) i paralelni invertirajući tip (Sl. 12.17). Sva tri kruga sadrže prigušnicu L, upravljački element 1, blokadnu diodu VD, upravljačke elemente 2, 3 i filterski kondenzator C.
Step-down sklopni serijski regulator izrađen je prema blok dijagramu prikazanom na sl. 12.15, u kojem su kontrolni element 1 i induktor L spojeni u seriju s opterećenjem Rn. Tranzistor koji radi u sklopnom načinu rada koristi se kao RE. Kada je tranzistor otvoren neko vrijeme T„, energija iz ulaznog izvora istosmjerne struje Ui (ili ispravljača s izlaznim naponom Uo) prenosi se na trošilo preko prigušnice L u kojoj je energija pohranjena. Kada je tranzistor zatvoren neko vrijeme Tp, energija akumulirana u induktoru prenosi se na opterećenje kroz diodu VD. Preklopni (pretvorbeni) period jednak je T=Ti+Tn. Uklopna (pretvorbena) frekvencija F=1/T. Omjer trajanja otvorenog stanja tranzistora, pri kojem se generira naponski impuls trajanja Ti, i sklopnog perioda T naziva se radni ciklus K3=Ti/T.
Dakle, u pulsnom stabilizatoru regulacijski element 1 pretvara (modulira) ulazni istosmjerni napon Ui u niz uzastopnih impulsa određenog trajanja i frekvencije, a filtar za izglađivanje koji se sastoji od diode VD, induktora L i kondenzatora C demodulira ih u istosmjerni napon Uo. Pri promjeni izlaznog napona Uo ili struje opterećenja Rn u stabilizatoru impulsa pomoću povratnog kruga koji se sastoji od mjernog elementa 3 i upravljačkog kruga 2, trajanje impulsa se mijenja tako da izlazni napon Uo ostaje nepromijenjen (s određenim stupnjem točnosti).
Impulsni način rada omogućuje značajno smanjenje gubitaka u upravljačkom elementu i time povećava učinkovitost izvora energije, smanjuje njegovu težinu i dimenzije. Ovo je glavna prednost pulsnih stabilizatora u odnosu na kontinuirane kompenzacijske stabilizatore.
Impulsni paralelni stabilizator (tip pojačanja) izrađen je prema blok dijagramu na Sl. 12.16, u kojem je upravljački element 1 spojen paralelno s opterećenjem Rn. Kada je upravljački tranzistor otvoren, struja iz izvora napajanja Ui teče kroz induktor L, pohranjujući energiju u njemu. Dioda VD je u zatvorenom stanju i stoga ne dopušta kondenzatoru C da se isprazni kroz otvoreni kontrolni tranzistor. Struja do opterećenja tijekom tog vremenskog razdoblja dolazi samo iz kondenzatora C. U trenutku kada se kontrolni tranzistor zatvori, emf samoindukcije induktora L zbraja se s ulaznim naponom i energija induktora se prenosi na opterećenja, a izlazni napon je veći od ulaznog napona napajanja Ui. Za razliku od dijagrama na Sl. 12.15 ovdje induktor nije filterski element, a izlazni napon postaje veći od ulaznog napona za iznos određen induktivitetom induktora L i otvorenim vremenom upravljačkog tranzistora (ili ciklusom rada upravljačkih impulsa).
Upravljački krug stabilizatora na sl. 12.16 konstruiran je tako da se, na primjer, kad se ulazni napon napajanja Ui poveća, trajanje otvorenog stanja upravljačkog tranzistora smanji za toliko da izlazni napon Uo ostane nepromijenjen.
Impulsni paralelni invertirajući stabilizator izrađen je prema blok dijagramu prikazanom na sl. 12.17. Za razliku od dijagrama na Sl. 12.16 ovdje je induktor L spojen paralelno s opterećenjem Rn, a upravljački element 1 spojen je serijski s njim. Blokirajuća dioda odvaja filterski kondenzator C i opterećenje Rn od istosmjernog upravljačkog elementa. Stabilizator ima svojstvo mijenjanja (invertiranja) polariteta izlaznog napona Uo u odnosu na polaritet ulaznog napona napajanja.
Impulsni stabilizatori, ovisno o načinu upravljanja regulacijskim tranzistorom, mogu biti izvedeni s pulsno širinskom modulacijom (PWM), pulsno frekvencijskom modulacijom (PFM) ili relejnim upravljanjem. U PWM stabilizatorima, trajanje impulsa Ti se mijenja tijekom rada, ali frekvencija prebacivanja ostaje nepromijenjena; u PFM stabilizatorima mijenja se frekvencija preklapanja, ali trajanje impulsa Ti ostaje konstantno; U relejnim stabilizatorima, u procesu regulacije napona, mijenja se i trajanje impulsa i njihova brzina ponavljanja.
U praksi se najviše koristi sekvencijalni ISN (sl. 12.15), kod kojeg je akumulirajuća prigušnica također element LC filtra za izglađivanje. U stabilizatorima na Sl. 12.16 i 12.17, induktor L ne sudjeluje u izglađivanju valovitosti izlaznog napona. U ovim shemama izglađivanje valovitosti postiže se samo povećanjem kapaciteta kondenzatora C, što dovodi do povećanja mase i dimenzija filtra i uređaja u cjelini.
Karakteristika statičkog upravljanja određena za stabilizator na sl. 12.15 prema formuli Uo/Ui=Kz (1 - Kg), je ravna linija, čiji nagib ovisi (bez uzimanja u obzir gubitaka u upravljačkom tranzistoru i diodi) o omjeru aktivnih otpora induktora i opterećenje Kg=Rd/Rn. Napon opterećenja Uo određen je relativnim trajanjem upravljačkih impulsa (pri konstantnom Ui) i ne može biti veći od napona napajanja, a linearnost ove karakteristike odgovara uvjetima stabilnog rada ISN.
Razmotrimo glavne elemente ISN-a na sl. 12.15. Počnimo s glavnim blokom, čiji je dijagram prikazan na Sl. 12.18.
Blok uključuje energetski dio i regulacijski element na tranzistoru VT1, kojim upravlja prekidač na tranzistoru VT2 (dioda VD2 služi za zaštitu baznog spoja VT2 s velikim negativnim ulaznim kontrolnim signalom). Otpor otpornika R1 odabire se iz uvjeta osiguravanja zatvorenog stanja tranzistora VT1 (100 ... 900 Ohma), a R2 - približno iz uvjeta kbUi = R2 Ikmax gdje je k = l,5 ... 2 faktor sigurnosti zasićenja; b, Ikmax - faktor pojačanja struje i maksimalna struja kolektora impulsa tranzistora VT1. Otpor otpornika R3 odabire se na sličan način, ali se u izračunima Ui zamjenjuje amplitudom upravljačkog impulsa generatora funkcija. Imajte na umu da se pri odabiru broja RE tranzistora možete voditi preporukama danim za krug na Sl. 12.12.
Početni podaci za odabir parametara sklopa na Sl. 12.18 su:
napon Ui i granice njegove promjene; unutarnji otpor Ri izvora Ui; nazivni izlazni napon stabilizatora Uo i dopuštene granice njegovog podešavanja; maksimalne Inmax i minimalne Imin struje opterećenja, dopuštena amplituda valovitosti izlaznog napona stabilizatora; koeficijent stabilizacije Kn i unutarnji otpor Ro; maksimalno temperaturno odstupanje napona Uo itd. Postupak odabira parametara je sljedeći:
1. Odaberite frekvenciju pretvorbe F (do 100 kHz, za model - jedinice kiloherca) i uzmite približno učinkovitost = 0,85 ... 0,95.
2. Odredite minimalne i maksimalne vrijednosti relativnog trajanja (faktor rada) naponskog impulsa na ulazu filtera:
3. Iz uvjeta održavanja načina kontinuiteta struja induktora određujemo ga
minimalni induktivitet
4. Izračunajte produkt LC iz zadane vrijednosti napona valovitosti U„
odakle onda nalazimo kapacitet kondenzatora C.
LC proizvod određuje ne samo razinu valovitosti, već i prirodu prijelaznih pojava izlaznog napona nakon uključivanja stabilizatora.
Na sl. Na slici 12.19 prikazani su rezultati simulacije kruga na sl. 12.18 sa sljedećim podacima: F=1 kHz, K=0,5, Rn=100 Ohm, L=200 mH, C=100 µF (za sl. 12.19, a) i C=1 µF (za sl. 12.19, b) . Kao što se može vidjeti na slikama, uz relativno veliku vrijednost LC produkta, prijelazni odziv kruga koji se proučava ima oscilatornu prirodu, što dovodi do skokova izlaznog napona, što može biti opasno za potrošača (opterećenje).
Prijeđimo na razmatranje sljedeće funkcionalne jedinice ISN-a - upravljačkog kruga i mjernog elementa. U ovom slučaju, preporučljivo je razmotriti karakteristike modulatora koji se koriste u ISN-u.
Preklopni stabilizatori s PWM-om imaju sljedeće prednosti u usporedbi s stabilizatorima druge dvije vrste:
Osigurana je visoka učinkovitost i optimalna frekvencija pretvorbe bez obzira na napon primarnog izvora napajanja i struju opterećenja; frekvencija valovitosti na opterećenju je konstantna, što je značajno za niz potrošača električne energije;
Ostvarena je mogućnost istodobne sinkronizacije frekvencija pretvorbe neograničenog broja ISN-ova, čime se eliminira opasnost od otkucaja frekvencije kada se više ISN-ova napaja iz zajedničkog primarnog izvora istosmjerne struje. Osim toga, kada ISN radi na nereguliranom pretvaraču (na primjer, pojačalo snage), moguće je sinkronizirati frekvencije oba uređaja.
Nedostatak ISN-a s PWM u usporedbi sa stabilizatorom relejnog tipa je složeniji upravljački krug, koji obično sadrži dodatni glavni oscilator.
Stabilizatori pulsa s PFM-om, iako nemaju značajne prednosti u odnosu na druge vrste ISN-a, imaju sljedeće nedostatke:
O složenost implementacije regulatora frekvencije u širokom rasponu, posebno s velikim promjenama u naponu napajanja i struji opterećenja;
Ne postoji mogućnost realizacije gore navedenih prednosti PWM sustava upravljanja.
Posljednji nedostatak također se odnosi na relejne (ili dvopoložajne) ISN-ove, koje također karakterizira relativno velika valovitost napona na opterećenju (u stabilizatorima s PWM ili PWM, valovitost izlaznog napona u načelu se može smanjiti na nulu, što je nemoguće postići u relejnim stabilizatorima).
U općem slučaju, blok 3 (sl. 12.20) sadrži djelitelj napona, izvor referentnog napona ION, element za usporedbu i pojačalo neusklađenosti. Ovi elementi obavljaju iste funkcije kao u kompenzacijskim stabilizatorima. Za ISN s PWM-om ovim se uređajima dodaje sinkronizacijski generator napona (master oscilator) i uređaj za utvrđivanje praga uz pomoć kojih se generiraju impulsi modulirani po trajanju. Trajanje upravljačkog impulsa mijenja se modulacijom njegovog prednjeg ili zadnjeg ruba.
Kada je prednji brid moduliran, linearno promjenjiv sinkronizacijski napon raste u svakoj periodi, a kada zadnji brid modulira, upravljački napon se smanjuje u svakom periodu. Kod modulacije rubova, sinkronizacijski napon raste i pada u svakom periodu. Ova vrsta modulacije, u usporedbi s jednosmjernom modulacijom, omogućuje implementaciju bržih ISN-ova, jer u ovom slučaju trenutna vrijednost upravljačkog napona utječe na formiranje bridova.
Koeficijent prijenosa upravljačkog kruga, koji uspostavlja odnos između promjena relativnog trajanja impulsa na ulazu filtra za izravnavanje i napona opterećenja (za PWM), jednak je
omjeri pojačanja razdjelnika napona i pojačala greške; Uy je amplituda sinkronizacijskog napona.
Kompletan krug ISN-a s PWM elementima prikazan je na sl. 12.20. Razdjelnik napona je napravljen na otpornicima R3, R4, izvor referentnog napona je na otporniku R5 i zener diodi VD2, pojačalo signala greške je na OU1, uređaj za prag je na OU2. Budući da se oba op-pojačala napajaju iz unipolarnog izvora, za usklađivanje razina u ključnom stupnju na VT2, parametarski stabilizator (VD3, R8) uključen je u krug emitera. Kao master korišten je funkcionalni generator u modu trokutastih impulsa; Pri modulaciji na prednjem rubu, radni ciklus je odabran kao maksimalni (99%), pri modulaciji na silaznom rubu - kao minimum (0,1%), pri modulaciji na oba ruba - 50%. Na sl. Slika 12.21 prikazuje rezultat modeliranja procesa generiranja upravljačkih impulsa tijekom modulacije duž prednjeg ruba.
Prikazano na sl. 12.21 rezultati su dobiveni pri Rn = 100 Ohma i Ui = 20 V. Kao što se može vidjeti sa Sl. 12.21, odmah nakon uključivanja izvora napajanja formiraju se kontrolni impulsi maksimalnog trajanja, zatim dolazi do duge stanke zbog pozitivnog skoka izlaznog napona Uo, zatim ponovno počinje prisilni način rada zbog negativnog skoka Uo. Ustaljeni način formiranja upravljačkog impulsa javlja se nakon nekoliko perioda upravljačkog signala glavnog oscilatora.
Testni zadaci
1. Za krug na Sl. 12.18 dobiti ovisnost Uo=f(K,) pri F=1 kHz, Uy=3 V (unipolarnost upravljačkih pravokutnih impulsa osigurana je postavljanjem konstantne komponente Offset=3 V na funkcionalnom generatoru, postavljen je radni ciklus K odabirom parametra radnog ciklusa), Ui= 30 V, Rn=100 Ohm, L=100 mH, C=100 µF.
2. Za krug na Sl. 12.18, proučite ovisnost oblika prijelaznih procesa o otporu aktivnog gubitka Rd, uključujući otpor od 0,1... 10 Ohma u seriji s induktorom.
3. Ispitajte ISN prema dijagramu na sl. 12.20 pri modulaciji silaznog ruba, istovremeno duž prednjeg i silaznog ruba i usporedite rezultate o vremenu kada uređaji postižu stabilno stanje.
4. Za svaku metodu generiranja upravljačkih signala u ustaljenom stanju dobiti ovisnost perioda generiranja upravljačkih signala o otporu opterećenja Rn u rasponu od 10...1000 Ohma i ulaznom naponu Ui u rasponu od 15.. 0,40 V.
Korištenje sklopova za promjenu razine omogućuje PWM kontroleru da upravlja naponom višim od vlastitog napona napajanja.
Najčešće korišteni prekidački regulator je pretvarač napona koji učinkovito pretvara visoki napon u niski napon. Na sl. Slika 1 prikazuje tipični strujni krug pretvarača dolara u kojem vrata N-kanalnog MOSFET-a, Q 1, zahtijevaju pokretni upravljački napon. Međuspremnik signala pomične razine dio je PWM (Pulse Width Modulation) kontrolera IC. Tranzistor Q 1 može biti ili N- ili P-kanalni, ovisno o proizvodnim značajkama kontrolera. U svakom slučaju, napon napajanja IC ne smije biti niži od ulaznog napona, što nameće ozbiljna ograničenja vrijednosti ulaznog napona u ovom krugu.
U dijagramu na Sl. 2 koristi jednostavan stupanj za pomicanje razine koji omogućuje upravljanje propusnim tranzistorom donjeg pretvarača pomoću niskonaponskog kontrolnog čipa. Budući da krug pomaka razine izolira PWM IC od izvora visokog napona, pretvarači s proizvoljno visokim ulaznim naponima mogu se izgraditi korištenjem ovog principa.
PWM IC s drajverima na niskoj strani može pokretati N-kanalne MOSFET-ove jer imaju pozitivan pogonski napon između izvora i vrata. U dijagramu na Sl. 2, P-kanalni tranzistor se koristi kao MOSFET tranzistor visoke strane; i za njega, upravljački napon između izvora i vrata mora biti negativan. Stoga bi izlazni signal iz PWM kontrolera trebao biti invertiran. Konfiguracija prekidača komplementarnih MOSFET-ova Q 2 i Q 3 radit će s bilo kojim tipom prolaznog tranzistora, iako se također može koristiti invertirajući pogonski program.
Kondenzator C 2 vrši pomak razine. Njegova vrijednost mora biti dovoljno velika da održi naboj na frekvenciji pretvorbe, ali dovoljno mala da napon na njoj prati promjene ulaznog napona. Preko otpornika R 1 i P-kanalnog MOSFET tranzistora Q 3, kondenzator C 2 se puni do napona
V C =V IN -V CC,
gdje je V C napon na C 2, V IN je ulazni napon, a V CC je napon napajanja komplementarnog para Q 2 i Q 3 i PWM IC. Napon napajanja mora biti manji od stabilizacijskog napona zener diode D2. Inače, u onim trenucima kada će tranzistor Q 2 biti u otvorenom stanju, kroz zener diodu D 2 i kondenzator C 2, što će dovesti do smanjenja učinkovitosti kruga. Zener dioda D 2 ograničava napon na C 2 na vrijednost dobivenu iz gornje formule. Kada je tranzistor Q 3 uključen, zener dioda D 2 postaje prednapredna ako se napon pokuša povećati. Napon između sorsa i gejta tranzistora Q 1 u ovom krugu je 0 V kada je tranzistor Q 3 uključen, a -V CC kada je tranzistor Q 2 uključen.
Otpornik R 1 osigurava da se kapacitet gate-source tranzistora Q 1 isprazni, dopuštajući tranzistoru Q 1 da ostane isključen kada je visok izlazni napon prisutan na izlazu međuspremnika. Zener dioda D 2 ograničava napon između sorsa i vrata tranzistora Q 1 na 12 V, bez obzira na ulazni napon stabilizatora. Kondenzator C 2 izglađuje valovitost napona na vratima tranzistora Q 1, tako da će parametri kruga upravljanja vratima biti isti kao i parametri samog kruga komplementarne sklopke. Stoga, mjenjač razine ne nameće nikakva ograničenja na korišteni MOSFET tranzistor.
Na sl. Slika 3 prikazuje praktični krug silaznog pretvarača napona koji koristi razmatrani princip upravljanja prolaznim tranzistorom. Ulazni napon pretvarača može biti u rasponu od 18 V do 45 V, s izlaznim naponom od 12 V i maksimalnom strujom opterećenja od 1,5 A. Pretvarač koristi LM5020-1 naprijed i povratni PWM upravljački čip tvrtke National Semiconductor .
Predmetni sklop ima sve iste komponente kao i prethodni sklopovi, ali su dodane još neke funkcije, kao što su: filtriranje ulaznog napona kondenzatorom C 9; ograničavanje prenapona ulaznog napona s otpornicima R 2 i R 7; osiguranje mekog pokretanja pomoću kondenzatora C 3; mogućnost podešavanja frekvencije pretvorbe s otpornikom R3 (za frekvenciju od 500 kHz njegova će vrijednost biti 12,7 kΩ); kompenzacija povratne veze s kondenzatorima C 7, C 8 i otpornikom R 6; i podešavanje vrijednosti izlaznog napona otpornicima R 9 i R 10.
Čip LM5020-1 dizajniran je za rad u načinu upravljanja strujom, ali u ovom krugu radi u načinu upravljanja naponom. Za generator rampnog napona koristi se interni izvor referentne struje s vršnom vrijednošću od 50 A, koji kompenzira nelinearnost strujnog signala. Ova struja, koja teče kroz otpornik R 4 od 5,11 kΩ i unutarnji otpornik od 2 kΩ, služi za generiranje pilastog signala, s naponom od vrha do vrha (50 ´A×2 kΩ+5,11 kΩ)≈300 mV na CS izlaz (pin 8). Na pinu COMP (pin 3), ovaj signal rampe se uspoređuje s izlaznim naponom pogreške iz pina COMP, što rezultira signalom potrebne širine impulsa za pokretanje prolaznog tranzistora Q 1 .
Na sl. Slika 4 prikazuje dijagrame napona za razmatrani krug. Kanal 1 osciloskopa (gornji grafikon) prikazuje kontrolni signal koji generira LM5020-1 čip. Kanal 2 (srednji grafikon) prikazuje odgovarajući napon na izlazu Push-Pull međuspremnika. Kanal 3 (donji grafikon) izlazni napon s pomakom razine dvotaktnog stupnja primijenjen između vrata i sorsa tranzistora Q 1. Vršna vrijednost napona izvor-odvod tranzistora Q 1 jednaka je ulaznom naponu, a njegova amplituda je 8 V veća od vrijednosti upravljačkog signala koji proizvodi mikro krug LM5020-1. Svi signali su čisti i imaju brzo vrijeme porasta i pada. Učinkovitost ovog sklopa je 86% i 83% pri ulaznom naponu od 18 V, odnosno 45 V.
Vašoj pozornosti predstavljen je krug sastavljen na temelju mjerača vremena NE 555 (domaći analog KR1006VI1).
Riža. 1 PWM krug stabilizatora napona
Shematski dijagram stabilizatora prikazan je na Sl. 1. Generator na DA1 ( NE 555), slično onom opisanom u, radi na principu fazno-impulsnog, jer Širina impulsa ostaje nepromijenjena i jednaka je stotinama mikrosekundi, a mijenja se samo razmak između dva impulsa (faza). Zbog male potrošnje struje mikro kruga (5 ... 10 mA), povećao sam otpor R4 gotovo 5 puta, što je olakšalo njegov toplinski režim. Ključni stupanj na VT2, VT1 sastavljen je prema krugu "zajednički emiter - zajednički kolektor", koji je smanjio pad napona na VT1. Pojačalo snage koristi samo 2 tranzistora, jer visoka izlazna struja mikro kruga (prema 200 mA) omogućuje vam izravno upravljanje snažnim tranzistorima bez sljedbenika emitera. Otpornik R5 potrebno je isključiti kroz struju kroz prijelaze emiter-baza VT1 i kolektor-
sl.2
emiter VT2, koji su za otvorene tranzistore spojeni kao dvije diode. Zbog relativno male brzine ovog sklopa bilo je potrebno sniziti frekvenciju generatora (povećavajući kapacitet C1). Ulazni napon treba biti najveći mogući, ali ne smije prelaziti 40...50 V. Otpor otpornika R8 može se izračunati pomoću formule
Dakle, ako je ulazni napon 40 V, a na izlazu bi trebao varirati unutar 0 ... 25 V, tada je otpor R8 približno 6 kOhm. Najznačajniji nedostatak sklopnih stabilizatora u usporedbi s linearnim je taj što se zbog impulsnog načina rada na izlazu primjećuje visok koeficijent valovitosti ("zvižduk"), što je vrlo teško eliminirati. Preporučljivo je uključiti još jedan sličan filter u seriju s filterom L1-C3.
Najznačajnija prednost ovog kruga je njegova visoka učinkovitost, a uz struju opterećenja do 200 mA, radijator na VT1 nije potreban. Crtež tiskane pločice stabilizatora prikazan je na sl.2. Ploča je pričvršćena na radijator pomoću VT1 tranzistora zalemljenog na njega, ali se može pričvrstiti na kućište odvojeno od tranzistora. Duljina spojnih žica u ovom slučaju ne smije biti veća od 10 ... 15 cm Otpornik R7
Uvezeno, varijabilno; umjesto toga možete koristiti trimer ili varijabilni, koji se nalazi izvan ploče. Duljina žica u ovom slučaju nije kritična. Prigušnica L1 je namotana na prsten vanjskog promjera 10...15 mm sa žicom d=0,6...0,8 mm do punjenja, prigušnica dodatnog filtra je namotana istom žicom na zavojnicu iz transformatora, broj zavoja treba biti maksimalan. Tranzistor VT2 - bilo koja prosječna snaga (KT602, KT817B ... G).
Kondenzator C1 je bolji od filma (s malim curenjem). Preporučljivo je prigušnicu L1 napuniti parafinom, jer zviždi prilično glasno.
A. KOLDUNOV
Tijekom proteklih 10-20 godina, broj potrošačke elektronike višestruko se povećao. Pojavio se veliki izbor elektroničkih komponenti i gotovih modula. Zahtjevi za napajanjem su također porasli; mnogi zahtijevaju stabilizirani napon ili stabilnu struju.
Driver se najčešće koristi kao stabilizator struje za LED diode i punjenje automobilskih baterija. Takav izvor sada postoji u svakom LED reflektoru, lampi ili rasvjetnom tijelu. Razmotrimo sve mogućnosti stabilizacije, od starih i jednostavnih do najučinkovitijih i modernih. Nazivaju se i led driveri.
Pulsno podesivi DC
Prije 15 godina, na prvoj godini, polagao sam ispit iz predmeta “Izvori struje” za elektroničku opremu. Od tada do danas mikro krug LM317 i njegovi analozi, koji pripadaju klasi linearnih stabilizatora, ostaju najpopularniji i najpopularniji.
Trenutno postoji nekoliko vrsta stabilizatora napona i struje:
Na pulsnom PWM regulatoru karakteristike su obično od 3 do 7 ampera. U stvarnosti to ovisi o sustavu hlađenja i učinkovitosti u određenom načinu rada. Pojačavanje niskog ulaznog napona čini izlaz višim. Ova opcija se koristi za napajanje s niskim brojem volti. Na primjer, u automobilu, kada trebate napraviti 19V ili 45V od 12V. S nižim je lakše, visoki se svodi na željenu razinu.
O svim načinima napajanja LED dioda pročitajte u članku "12 i 220V". Dijagrami povezivanja opisani su zasebno, od najjednostavnijih za 20 rubalja do punopravnih jedinica s dobrom funkcionalnošću.
Na temelju funkcionalnosti dijele se na specijalizirane i univerzalne. Univerzalni moduli obično imaju 2 varijabilna otpora za prilagodbu izlaznih volta i ampera. Specijalizirani najčešće nemaju građevinske elemente i izlazne vrijednosti su fiksne. Među specijaliziranim, stabilizatori struje za LED diode su uobičajeni, dijagrami strujnog kruga dostupni su u velikim količinama na Internetu.
Lm2596
LM2596 postao je popularan među pulsirajućim, ali prema modernim standardima ima nisku učinkovitost. Ako je više od 1 ampera, tada je potreban radijator. Mali popis sličnih:
Dodat ću moderni kineski asortiman, koji ima dobre karakteristike, ali je mnogo rjeđi. Na Aliexpressu pomaže pretraživanje označavanjem. Popis sastavljaju internetske trgovine:
Prikladno i za kineska dnevna svjetla DRL. Zbog svoje niske cijene, LED diode se putem otpornika spajaju na akumulator automobila ili mrežu automobila. Ali napon skače do 30 volti u impulsima. LED diode niske kvalitete ne mogu izdržati takve udare i počinju umrijeti. Najvjerojatnije ste vidjeli bljeskajuće DRL-ove ili svjetla za vožnju gdje neke LED diode ne rade.
Sastavljanje kruga vlastitim rukama pomoću ovih elemenata bit će jednostavno. To su uglavnom stabilizatori napona, koji se uključuju u načinu stabilizacije struje.
Nemojte brkati maksimalni napon cijelog bloka i maksimalni napon PWM kontrolera. Niskonaponski kondenzatori od 20 V mogu se instalirati na blok kada impulsni mikro krug ima ulaz do 35 V.
Najlakši način za izradu strujnog stabilizatora za LED diode vlastitim rukama je pomoću LM317, samo trebate izračunati otpornik za LED pomoću online kalkulatora. Hrana se može koristiti pri ruci, na primjer:
Prednosti takvog pretvarača su niska cijena, lakoća kupnje, minimalni broj dijelova, visoka pouzdanost. Ako je strujni stabilizatorski krug složeniji, tada ga sastavljanje vlastitim rukama postaje iracionalno. Ako niste radio amater, tada je stabilizator pulsne struje lakše i brže kupiti. U budućnosti se može modificirati na potrebne parametre. Više možete saznati u odjeljku “Gotovi moduli”.
Ako ste zainteresirani za upravljački program za 220V LED, onda je bolje naručiti ili kupiti. Imaju prosječnu složenost proizvodnje, ali postavljanje će potrajati više vremena i zahtijevat će iskustvo postavljanja.
220 LED driver može se ukloniti s neispravnih LED svjetiljki, rasvjetnih tijela i reflektora koji imaju neispravan LED krug. Osim toga, gotovo svaki postojeći upravljački program može se modificirati. Da biste to učinili, saznajte model PWM kontrolera na kojem je pretvarač sastavljen. Tipično, izlazne parametre postavlja otpornik ili nekoliko njih. Pomoću podatkovne tablice pogledajte koliki bi trebao biti otpor da biste dobili potrebne ampere.
Ako instalirate podesivi otpornik izračunate vrijednosti, broj ampera na izlazu bit će podesiv. Samo nemojte prekoračiti nazivnu snagu koja je navedena.
Često moram pregledavati asortiman na Aliexpressu u potrazi za jeftinim, ali kvalitetnim modulima. Razlika u cijeni može biti 2-3 puta, vrijeme se troši na traženje minimalne cijene. Ali zahvaljujući tome, naručim 2-3 komada za probu. Kupujem za recenzije i konzultacije s proizvođačima koji komponente kupuju u Kini.
U lipnju 2016. optimalni izbor bio je univerzalni modul temeljen na XL4015, čija je cijena bila 110 rubalja s besplatnom dostavom. Njegove karakteristike su prikladne za spajanje LED dioda velike snage do 100 W.
Krug u načinu rada vozača.
U standardnoj verziji kućište XL4015 je zalemljeno na ploču koja služi kao hladnjak. Da biste poboljšali hlađenje, morate instalirati radijator na kućište XL4015. Većina ljudi ga stavlja na vrh, ali učinkovitost takve instalacije je niska. Bolje je instalirati rashladni sustav na dnu ploče, nasuprot mjesta gdje je mikro krug lemljen. U idealnom slučaju, bolje ga je odlemiti i postaviti na punopravni radijator pomoću termalne paste. Noge će se najvjerojatnije morati produžiti žicama. Ako regulator zahtijeva tako ozbiljno hlađenje, onda će to trebati i Schottky dioda. Također će se morati postaviti na radijator. Ova izmjena značajno će povećati pouzdanost cijelog kruga.
Općenito, moduli nemaju zaštitu od neispravnog napajanja. Ovo ih trenutno onesposobljava, budite oprezni.
Aplikacija (motanje) čak ne zahtijeva nikakvu vještinu ili znanje elektronike. Broj vanjskih elemenata u krugovima je minimalan, tako da je ovo pristupačna opcija za svakoga. Njegova cijena je vrlo niska, njegove mogućnosti i primjena testirani su i provjereni mnogo puta. Samo što zahtijeva dobro hlađenje, to je njegov glavni nedostatak. Jedina stvar na koju biste trebali biti oprezni su nekvalitetni kineski mikro krugovi LM317, koji imaju lošije parametre.
Zbog odsutnosti viška buke na izlazu, linearni stabilizacijski mikro krugovi korišteni su za napajanje visokokvalitetnih Hi-Fi i Hi-End DAC-ova. Za DAC-ove, čistoća napajanja igra veliku ulogu, pa neki za to koriste baterije.
Maksimalna snaga za LM317 je 1,5 A. Da biste povećali broj ampera, u krug možete dodati tranzistor s efektom polja ili obični. Na izlazu će biti moguće dobiti do 10A, postavljeno otporom niskog otpora. U ovom dijagramu glavno opterećenje preuzima tranzistor KT825.
Drugi način je ugradnja analoga s višim tehničkim karakteristikama na veći sustav hlađenja.
Kao radioamater s 20 godina iskustva, zadovoljan sam asortimanom prodanih gotovih blokova i modula. Sada možete sastaviti bilo koji uređaj iz gotovih blokova u minimalnom vremenu.
Počeo sam gubiti povjerenje u kineske proizvode nakon što sam u “Tenkovskom biatlonu” vidio kako je otpao kotač najboljeg kineskog tenka.
Kineske internetske trgovine postale su vodeće u asortimanu napajanja, DC-DC pretvarača struje i upravljačkih programa. Imaju gotovo sve module dostupne u slobodnoj prodaji; ako bolje tražite, možete pronaći i vrlo visoko specijalizirane. Na primjer, za 10.000 tisuća rubalja možete sastaviti spektrometar vrijedan 100.000 rubalja. Gdje je 90% cijene marža za marku i malo modificirani kineski softver.
Cijena počinje od 35 rubalja. za DC-DC pretvarač napona, drajver je skuplji i ima dva ili tri otpornika za podešavanje umjesto jednog.
Za svestraniju upotrebu bolji je podesivi pokretač. Glavna razlika je ugradnja promjenjivog otpornika u krug koji postavlja izlazne ampere. Ove karakteristike mogu se navesti u tipičnim dijagramima povezivanja u specifikacijama za mikrokrug, podatkovnu tablicu, podatkovnu tablicu.
Slabe točke takvih drivera su zagrijavanje induktora i Schottky diode. Ovisno o modelu PWM kontrolera, mogu izdržati 1A do 3A bez dodatnog hlađenja čipa. Ako je iznad 3A, tada je potrebno hlađenje PWM-a i snažne Schottky diode. Prigušnica se premotava debljom žicom ili zamjenjuje odgovarajućom.
Učinkovitost ovisi o načinu rada i razlici napona između ulaza i izlaza. Što je veća učinkovitost, niže je zagrijavanje stabilizatora.
Cijena je vrlo niska s obzirom da je dostava uključena u cijenu. Mislio sam da se zbog proizvoda koji košta 30-50 rubalja Kinezi neće ni zaprljati, to je puno posla za male prihode. Ali kako je praksa pokazala, bio sam u krivu. Zapakiraju svaku jeftinu glupost i pošalju je. Stiže u 98% slučajeva, a ja kupujem na Aliexpressu više od 7 godina i to za velike iznose, vjerojatno već oko milijun rubalja.
Stoga naručujem unaprijed, obično 2-3 komada istog naziva. Ono što mi ne treba prodajem na lokalnom forumu ili Avitu, sve se prodaje kao alva.
Načelo modeliranja širine impulsa (PWM) poznato je već duže vrijeme, ali se relativno nedavno počelo koristiti u raznim sklopovima. Ključna je točka za rad mnogih uređaja koji se koriste u raznim područjima: besprekidni izvori napajanja različitih snaga, pretvarači frekvencije, sustavi za regulaciju napona, struje ili brzine, laboratorijski pretvarači frekvencije itd. Izvrsno se pokazao u automobilskoj industriji iu proizvodnji kao element za upravljanje radom servisnih i snažnih elektromotora. PWM regulator se dokazao pri radu u različitim krugovima.
Pogledajmo nekoliko praktičnih primjera koji pokazuju kako možete regulirati brzinu vrtnje elektromotora pomoću elektroničkih sklopova koji uključuju PWM kontroler. Pretpostavimo da trebate promijeniti brzinu elektromotora u sustavu grijanja vašeg automobila. Prilično korisno poboljšanje, zar ne? Pogotovo izvan sezone, kada želite glatko regulirati temperaturu u kabini. DC motor instaliran u ovom sustavu omogućuje vam promjenu brzine, ali je potrebno utjecati na njegov EMF. Uz pomoć suvremenih elektroničkih elemenata ovaj se zadatak može lako izvršiti. Da biste to učinili, u motoru je uključen snažan tranzistor s efektom polja. Upravlja ga, kao što ste možda pogodili, PWM. Uz njegovu pomoć možete mijenjati brzinu elektromotora u širokom rasponu.
Kako PWM regulator radi u krugovima?U ovom slučaju koristi se nešto drugačija shema upravljanja, ali princip rada ostaje isti. Kao primjer možemo razmotriti rad frekvencijskog pretvarača. Takvi uređaji se naširoko koriste u proizvodnji za regulaciju brzine motora. Za početak, trofazni napon se ispravlja pomoću Larionovog mosta i djelomično se izravnava. I tek nakon toga dovodi se do snažnog bipolarnog sklopa ili modula temeljenog na tranzistorima s efektom polja. Njime upravlja uređaj temeljen na mikrokontroleru. Generira upravljačke impulse, čija je širina i frekvencija potrebna za generiranje određene brzine elektromotora.
Nažalost, pored dobrih karakteristika performansi, krugovi koji koriste PWM kontroler obično imaju jak šum u strujnom krugu. To je zbog prisutnosti induktivnosti u namotima elektromotora i samoj liniji. Oni se bore protiv toga širokim izborom rješenja strujnih krugova: instaliraju snažne zaštite od prenapona u strujnim krugovima izmjenične struje ili instaliraju diodu slobodnog hoda paralelno s motorom u strujnim krugovima istosmjernog napajanja.
Takvi sklopovi karakteriziraju prilično visoka radna pouzdanost i inovativni su u području upravljanja električnim pogonima različitih snaga. Prilično su kompaktni i dobro kontrolirani. Najnovije modifikacije takvih uređaja naširoko se koriste u proizvodnji.
