Kaip sukurti keitiklį - teorija ir pamoka

Išbandykite Mūsų Instrumentą, Kaip Pašalinti Problemas





Šiame įraše paaiškinami pagrindiniai patarimai ir teorijos, kurios gali būti naudingos naujokams kuriant pagrindines keitiklio koncepcijas ar jas nagrinėjant. Sužinokime daugiau.

Kas yra keitiklis

Tai prietaisas, kuris konvertuoja arba paverčia žemos įtampos, aukštą nuolatinės srovės potencialą į mažos srovės aukštą kintamą įtampą, pavyzdžiui, iš 12 V automobilių akumuliatorių šaltinio į 220 V kintamosios srovės išėjimą.



Pagrindinis minėtos konversijos principas

Pagrindinis žemos įtampos nuolatinės srovės keitimo į aukštos įtampos kintamąją principas yra naudoti nuolatinės srovės šaltinio (paprastai akumuliatoriaus) viduje saugomą didelę srovę ir padidinti ją iki aukštos įtampos kintamosios srovės.



Tai iš esmės pasiekiama naudojant induktorių, kuris pirmiausia yra transformatorius, turintis du apvijų rinkinius, būtent pirminį (įvestį) ir antrinį (išėjimą).

Pirminė apvija yra skirta tiesioginės didelės srovės įėjimui priimti, o antrinė - šiam įėjimui invertuoti į atitinkamą aukštos įtampos mažos srovės kintamą išėjimą.

Kas yra kintama įtampa ar srovė

Kintama įtampa reiškia įtampą, kuri savo poliškumą daug kartų per sekundę perjungia iš teigiamos į neigiamą ir atvirkščiai, priklausomai nuo nustatyto dažnio transformatoriaus įėjime.

Paprastai šis dažnis yra 50 Hz arba 60 Hz, atsižvelgiant į konkrečios šalies naudingumo specifikacijas.

Dirbtinai sukurtas dažnis naudojamas aukščiau išvardytais greičiais tiekiant išėjimo pakopas, kurias gali sudaryti galios tranzistoriai, mosfetai arba GBT, integruoti į galios transformatorių.

Maitinimo įtaisai reaguoja į tiekiamus impulsus ir valdo prijungtą transformatoriaus apviją atitinkamu dažniu tam tikra akumuliatoriaus srove ir įtampa.

Pirmiau minėtas veiksmas sukelia lygiavertę aukštą įtampą per transformatoriaus antrinę apviją, kuri galiausiai išleidžia reikiamą 220 V arba 120 V kintamą įtampą.

Paprastas rankinis modeliavimas

Šis rankinis modeliavimas parodo pagrindinį centrinio čiaupo transformatoriaus pagrindu veikiančio stumiamojo keitiklio grandinės veikimo principą.

Kai pirminė apvija perjungiama pakaitomis su akumuliatoriaus srove, per antrinę apviją per atitinkamą įtampos ir srovės skristi atgal režimas, kuris apšviečia prijungtą lemputę.

Kontūre valdomuose keitikliuose ta pati operacija vykdoma, bet naudojant maitinimo įtaisus ir osciliatoriaus grandinę, kuri apviją perjungia daug greitesniu tempu, paprastai 50Hz arba 60Hz dažniu.

Taigi keitiklyje dėl to paties veiksmo dėl greito perjungimo apkrova atrodytų visada ĮJUNGTA, nors iš tikrųjų apkrova būtų įjungta / išjungta 50Hz arba 60Hz dažniu.

keitiklio veikimo modeliavimas rankiniu perjungimu

Kaip transformatorius konvertuoja nurodytą įvestį

Kaip aptarta aukščiau, transformatorius paprastai bus dvi apvijos, viena pirminė ir kita antrinė.

Abi apvijos reaguoja taip, kad a, kai pirminėje apvijoje yra naudojama perjungimo srovė, per antrinę apviją elektromagnetinės indukcijos būdu būtų perduota proporcingai svarbi galia.

Todėl tarkime, jei pirminė vertė yra 12 V, o antrinė - 220 V, svyruojanti ar pulsuojanti 12 V nuolatinė įtampa į pirminę pusę sukeltų ir generuotų 220 V kintamąją srovę per antrinius gnybtus.

Tačiau įvestis į pirminį negali būti nuolatinė srovė, o tai reiškia, kad šaltinis gali būti nuolatinė srovė, tačiau ji turi būti naudojama impulsine forma arba su pertraukomis per pirminę arba dažnio pavidalu nurodytame lygyje. aptarė tai ankstesniame skyriuje.

Tai reikalinga tam, kad būtų galima įgyvendinti būdingus induktoriaus atributus, pagal kuriuos induktorius apriboja svyruojančią srovę ir bando ją subalansuoti, įvesdamas ekvivalentinę srovę į sistemą, kai nėra įvesties impulso, taip pat žinomo kaip „flyback“ reiškinys .

Todėl, kai naudojama nuolatinė srovė, pagrindinis kaupia šią srovę, o atjungus nuolatinę srovę nuo apvijos, apvija gali atlaisvinti sukauptą srovę per savo gnybtus.

Tačiau kadangi gnybtai yra atjungti, šis atgalinis emfas patenka į antrinę apviją, sudarantį reikalingą kintamąją srovę per antrinius išėjimo gnybtus.

Taigi aukščiau pateiktas paaiškinimas rodo, kad pulsuotojo grandinė arba, paprasčiau tariant, osciliatoriaus grandinė tampa būtina projektuojant keitiklį.

Pagrindiniai keitiklio grandinės etapai

Norėdami sukurti pagrindinį funkcinį keitiklį, kurio našumas yra pakankamai geras, jums reikės šių pagrindinių elementų:

Bloko schema

Čia pateikiama blokinė schema, iliustruojanti, kaip aukščiau išdėstytus elementus įgyvendinti paprasta konfigūracija (centrinis čiaupo stūmimas).

Kaip suprojektuoti keitiklio osciliatoriaus grandinę

Osciliatoriaus grandinė yra svarbiausias bet kurio keitiklio grandinės etapas, nes šis etapas tampa atsakingu už nuolatinės srovės perjungimą į pirminę transformatoriaus apviją.

Osciliatoriaus pakopa yra bene paprasčiausia keitiklio grandinės dalis. Iš esmės tai yra nuostabi multivibratoriaus konfigūracija, kurią galima atlikti įvairiais būdais.

Galite naudoti NAND vartus, NOR vartus, prietaisus su įmontuotais osciliatoriais, tokiais kaip IC 4060, IC LM567 arba tiesiog visiškai 555 IC. Kitas variantas yra tranzistorių ir kondensatorių naudojimas standartiniu astable režimu.

Šie paveikslėliai rodo skirtingas osciliatorių konfigūracijas, kurias galima efektyviai naudoti norint pasiekti pagrindinius bet kokio siūlomo keitiklio konstrukcijos svyravimus.

Šiose diagramose matome keletą populiarių osciliatorių grandinių konstrukcijų, išėjimai yra kvadratinės bangos, kurios iš tikrųjų yra teigiami impulsai, aukšti kvadratiniai blokai rodo teigiamus potencialus, kvadratinių blokų aukštis rodo įtampos lygį, kuris paprastai yra lygus taikomam maitinimo įtampa į IC, o kvadratinių blokų plotis nurodo laiko tarpą, per kurį ši įtampa išlieka gyva.

Osciliatoriaus vaidmuo keitiklio grandinėje

Kaip buvo aptarta ankstesniame skyriuje, osciliatoriaus pakopa reikalinga pagrindiniams įtampos impulsams generuoti, kad būtų tiekiami tolesni galios etapai.

Tačiau šių pakopų impulsai gali būti per maži, nes jų srovės išėjimai yra tokie, kad jų negalima tiesiogiai tiekti į transformatorių ar galios tranzistorius išėjimo etape.

Norint pastumti virpesių srovę iki reikiamo lygio, paprastai naudojama tarpinė vairuotojo pakopa, kurią gali sudaryti pora didelio pelno vidutinės galios tranzistorių ar net kažkas sudėtingesnio.

Tačiau šiandien, atsiradus rafinuotiems mosfetams, vairuotojo etapas gali būti visiškai pašalintas.

Taip yra todėl, kad „mosfets“ yra įtaisai, priklausantys nuo įtampos, ir veikdami jie nepriklauso nuo srovės dydžio.

Esant didesniam nei 5 V potencialui per jų vartus ir šaltinį, dauguma „mosfets“ prisotintų ir visiškai veiktų per jų nutekėjimą ir šaltinį, net jei srovė yra tokia maža kaip 1mA

Dėl to sąlygos yra labai tinkamos ir lengvai pritaikomos joms keičiant.

Mes galime pamatyti, kad pirmiau minėtose osciliatorių grandinėse išvestis yra vienas šaltinis, tačiau visose keitiklio topologijose mums reikalingi pakaitomis arba priešingai poliarizuoti impulsiniai išėjimai iš dviejų šaltinių. Tai galima paprasčiausiai pasiekti pridedant keitiklio vartų pakopą (įtampai invertuoti) prie esamo iš generatorių išėjimo, žiūrėkite toliau pateiktus paveikslus.

Konfigūruoti osciliatoriaus etapą projektuojant mažas keitiklio grandines

Dabar pabandykime suprasti paprastus metodus, per kuriuos aukščiau paaiškintus su osciliatoriaus pakopomis galima pritvirtinti galios pakopa, kad greitai būtų galima sukurti efektyvų keitiklio dizainą.

Inverterio grandinės projektavimas naudojant NOT Gate Oscillator

Šiame paveikslėlyje parodyta, kaip mažą keitiklį galima sukonfigūruoti naudojant NOT vartų osciliatorių, pavyzdžiui, iš IC 4049.

paprasta keitiklio grandinė naudojant IC 4049

Iš esmės N1 / N2 sudaro osciliatoriaus pakopą, kuri sukuria reikiamus 50Hz arba 60Hz laikrodžius ar svyravimus, reikalingus keitiklio veikimui. N3 naudojamas apverčiant šiuos laikrodžius, nes galios transformatoriaus stadijoje turime taikyti priešingai poliarizuotus laikrodžius.

Tačiau mes taip pat galime pamatyti N4, N5 N6 vartus, kurie sukonfigūruoti per N3 įvesties ir išvesties linijas.

Tiesą sakant, N4, N5, N6 yra paprasčiausiai įtrauktos į 3 papildomus vartus, esančius IC 4049 viduje, priešingu atveju operacijoms be problemų gali būti naudojamos tik pirmosios N1, N2, N3.

3 papildomi vartai veikia kaip buferiai taip pat įsitikinkite, kad šie vartai nelieka nejungti, o tai ilgainiui gali sukelti neigiamą poveikį IC.

Priešingai poliarizuoti laikrodžiai per N4 ir N5 / N6 išvestis yra naudojami galios BJT pakopos pagrindams naudojant TIP142 galios BJT, kurie sugeba valdyti gerą 10 amperų srovę. Transformatorius gali būti matomas sukonfigūruotas visuose BJT kolektoriuose.

Pastebėsite, kad aukščiau pateiktame dizaine nenaudojami jokie tarpiniai stiprintuvai ar tvarkyklių pakopos, nes pats TIP142 turi vidinę BJT Darlingtono pakopą reikalingam įmontuotam stiprinimui ir todėl gali patogiai sustiprinti žemos srovės laikrodžius nuo NOT vartų į aukštus srovės virpesiai per prijungtą transformatoriaus apviją.

Daugiau IC 4049 keitiklių dizaino galite rasti žemiau:

Naminė 2000 VA maitinimo keitiklio grandinė

Paprasčiausia nepertraukiamo maitinimo (UPS) grandinė

Inverterio grandinės projektavimas naudojant „Schmidt Trigger NAND“ vartų osciliatorių

Šiame paveikslėlyje parodyta, kaip osciliatoriaus grandinę, naudojančią IC 4093, galima integruoti į panašią BJT galios pakopą, kad būtų sukurtas naudingas keitiklio dizainas .

Paveikslėlyje parodytas mažas keitiklio dizainas, naudojant IC 4093 Schmidt paleidimo NAND vartus. Visiškai identiškai ir čia buvo galima išvengti N4, o BJT pagrindai galėjo būti tiesiogiai prijungti prie įėjimų ir išėjimų N3. Bet vėlgi, N4 yra įtrauktas, kad būtų galima įmontuoti vienus papildomus vartus IC 4093 viduje ir užtikrinti, kad jo įvesties kaištis neliktų neprijungtas.

Daugiau panašių „IC 4093 Inverter“ dizainų galima rasti iš šių nuorodų:

Geriausios modifikuotos keitiklio grandinės

Kaip sukurti saulės keitiklio grandinę

Kaip sukurti 400 W galios keitiklio grandinę su įmontuotu įkrovikliu

Kaip sukurti UPS grandinę - pamoka

IC 4093 ir IC 4049 kištukų diagramos

PASTABA: IC Vcc ir Vss maitinimo kaiščiai nerodomi keitiklio schemose, jie turi būti tinkamai prijungti prie 12 V maitinimo elementų maitinimo šaltinio 12 V maitinimo šaltinio. Didesnės įtampos keitikliams šis maitinimo šaltinis turi būti tinkamai sumažintas iki 12 V.

Mini keitiklio grandinės projektavimas naudojant IC 555 osciliatorių

Iš pirmiau pateiktų pavyzdžių tampa visiškai akivaizdu, kad pagrindines inverterių formas būtų galima sukurti paprasčiausiai sujungiant BJT + transformatoriaus galios pakopą su osciliatoriaus pakopa.

Pagal tą patį principą IC 555 osciliatorius taip pat gali būti naudojamas projektuojant mažą keitiklį, kaip parodyta žemiau:

Pirmiau nurodyta grandinė nėra savaime suprantama ir galbūt nereikia daugiau paaiškinti.

Daugiau tokios IC 555 keitiklio grandinės galite rasti žemiau:

Paprasta IC 555 keitiklio grandinė

Inverterio topologijų supratimas (kaip konfigūruoti išvesties etapą)

Ankstesniuose skyriuose mes sužinojome apie osciliatoriaus pakopas ir apie tai, kad pulsinė įtampa iš osciliatoriaus eina tiesiai į ankstesnę galios išėjimo stadiją.

Inverterio išvesties pakopa gali būti suprojektuota daugiausia trimis būdais.

Naudojant:

  1. „Push Pull Stage“ (su „Center Tap Transformer“), kaip paaiškinta aukščiau pateiktuose pavyzdžiuose
  2. „Push Pull Half Bridge“ etapas
  3. „Push Pull Full-Bridge“ arba „H-Bridge“ etapas

„Push pull“ etapas naudojant centrinį čiaupo transformatorių yra populiariausias dizainas, nes jis apima paprastesnius diegimus ir užtikrina garantuotus rezultatus.

Tačiau tam reikia didesnių transformatorių, o našumas yra mažesnis.

Žemiau galima pamatyti keletą keitiklio konstrukcijų, kuriose naudojamas centrinis čiaupo transformatorius:

Šioje konfigūracijoje iš esmės naudojamas centrinio čiaupo transformatorius, kurio išoriniai čiaupai yra prijungti prie išvesties įtaisų (tranzistorių ar mosfetų) karštųjų galų, o centrinis čiaupas eina į akumuliatoriaus neigiamą arba į akumuliatoriaus teigiamą pusę pagal naudojamų prietaisų tipą (N tipas arba P tipas).

Pusiau tilto topologija

Pusiau tilto stadijoje nenaudojamas centrinis čiaupo transformatorius.

Į pusiau tiltas pagal kompaktiškumą ir efektyvumą konfigūracija yra geresnė nei centrinio čiaupo stūmimo traukos tipo grandinė, tačiau norint įgyvendinti minėtas funkcijas, reikia didelės vertės kondensatorių.

Į pilnas tiltas arba H tilto keitiklis yra panašus į pusės tilto tinklą, nes jame taip pat yra įprastas dviejų čiaupų transformatorius ir jam nereikia centrinio čiaupo transformatoriaus.

Vienintelis skirtumas yra kondensatorių pašalinimas ir dar dviejų maitinimo įtaisų įtraukimas.

Viso tilto topologija

Viso tilto keitiklio grandinę sudaro keturi tranzistoriai arba mosfetai, išdėstyti konfigūracijoje, panašioje į raidę „H“.

Visi keturi įrenginiai gali būti N kanalo tipo arba su dviem N ir dviem P kanalais, atsižvelgiant į naudojamo išorinio tvarkyklės osciliatoriaus pakopą.

Kaip ir pusei tiltui, visam tiltui taip pat reikalingi atskiri, izoliuoti pakaitomis svyruojantys išėjimai, kad įjungtų prietaisus.

Rezultatas yra tas pats, prijungtas transformatoriaus pirminis veikiamas atvirkštinio į priekį tipo akumuliatoriaus srovės perjungimo būdu. Tai sukuria reikiamą padidintą įtampą per transformatoriaus išvesties antrinę apviją. Naudojant šį dizainą, efektyvumas yra didžiausias.

„H-Bridge“ tranzistoriaus logikos duomenys

Šioje diagramoje parodyta tipinė H tilto konfigūracija, perjungimas atliekamas taip:

  1. AUKŠTA, AUKŠTA - stumiama į priekį
  2. B HIGH, C HIGH - traukimas atgal
  3. AUKŠTA, B AUKŠTA - pavojinga (draudžiama)
  4. C HIGH, D HIGH - pavojinga (draudžiama)

Pirmiau pateiktame paaiškinime pateikiama pagrindinė informacija apie tai, kaip projektuoti keitiklį, ir jis gali būti įtrauktas tik projektuojant įprastas keitiklio grandines, paprastai kvadratinių bangų tipus.

Tačiau yra daugybė kitų sąvokų, kurios gali būti susietos su keitiklio dizainais, pvz., Sinusinės bangos keitiklio, PWM pagrindu valdomo keitiklio, išvesties valdomo keitiklio gamyba. Tai tik papildomi etapai, kuriuos galima įtraukti į aukščiau paaiškintus pagrindinius minėtų funkcijų įgyvendinimo dizainus.

Mes juos aptarsime kitą kartą arba galbūt pateiksime jūsų vertingų komentarų.




Pora: Kaip konvertuoti 12V DC į 220V AC Kitas: 3 įdomios DRL (dienos bėgančios šviesos) grandinės jūsų automobiliui