Mengalihkan Regulator Tegangan

Dalam pengatur tegangan pulsa (konverter), elemen aktif (biasanya transistor efek medan) beroperasi dalam mode pulsa: sakelar kontrol membuka dan menutup secara bergantian, menyuplai tegangan suplai dengan pulsa ke elemen pengakumulasi energi. Akibatnya, pulsa arus diumpankan melalui choke (atau melalui transformator, tergantung pada topologi regulator switching tertentu), yang sering bertindak sebagai elemen yang mengakumulasi, mengubah, dan melepaskan energi dalam rangkaian beban.

Pulsa memiliki parameter waktu tertentu: mereka mengikuti dengan frekuensi tertentu dan memiliki durasi tertentu. Parameter ini bergantung pada ukuran beban yang saat ini disuplai oleh stabilizer, karena arus induktor rata-rata yang mengisi kapasitor keluaran dan sebenarnya memberi daya pada beban yang terhubung dengannya.

Dalam struktur penstabil pulsa, tiga unit fungsional utama dapat dibedakan: sakelar, perangkat penyimpanan energi, dan sirkuit kontrol.Dua node pertama membentuk bagian daya, yang, bersama dengan node ketiga, membentuk rangkaian konversi tegangan lengkap. Terkadang sakelar dapat dibuat di rumah yang sama dengan sirkuit kontrol.

Jadi pekerjaan konverter pulsa dilakukan karena penutupan dan pembukaan kunci elektronik… Saat sakelar ditutup, perangkat penyimpanan energi (tersedak) dihubungkan ke sumber daya dan menyimpan energi, dan saat terbuka, perangkat penyimpanan diputuskan dari sumber dan segera dihubungkan ke rangkaian beban, setelah itu energi ditransfer ke kapasitor filter dan ke beban.

Akibatnya, nilai rata-rata tegangan tertentu bekerja pada beban, yang bergantung pada durasi dan frekuensi pengulangan pulsa kontrol. Arus tergantung pada beban, yang nilainya tidak boleh melebihi batas yang diizinkan untuk konverter ini.

PWM dan PWM

Prinsip stabilisasi tegangan keluaran dari konverter pulsa didasarkan pada perbandingan terus menerus dari tegangan keluaran dengan tegangan referensi, dan tergantung pada ketidaksesuaian tegangan ini, rangkaian kontrol secara otomatis mengembalikan rasio durasi terbuka dan keadaan sakelar tertutup (itu mengubah lebar pulsa kontrol dengan modulasi lebar pulsa — PWM) atau mengubah tingkat pengulangan pulsa ini, menjaga durasinya konstan (melalui modulasi frekuensi pulsa - PFM). Tegangan output biasanya diukur dengan pembagi resistif.

Misalkan tegangan keluaran di bawah beban di beberapa titik berkurang, menjadi kurang dari nominalnya.Dalam hal ini, pengontrol PWM akan secara otomatis menambah lebar pulsa, yaitu proses penyimpanan energi di choke akan menjadi lebih lama dan, karenanya, lebih banyak energi akan ditransfer ke beban. Akibatnya, tegangan output akan kembali ke nominal.

Jika stabilisasi bekerja sesuai dengan prinsip PFM, maka dengan penurunan tegangan keluaran di bawah beban, tingkat pengulangan pulsa akan meningkat. Akibatnya, lebih banyak bagian energi akan ditransfer ke beban dan voltase akan sama dengan nilai yang diperlukan. Di sini akan tepat untuk mengatakan bahwa rasio durasi keadaan tertutup sakelar dengan jumlah durasi keadaan tertutup dan terbuka adalah apa yang disebut siklus tugas DC.

Secara umum, konverter pulsa tersedia dengan dan tanpa isolasi galvanik.Pada artikel ini, kita akan melihat rangkaian dasar tanpa isolasi galvanik: konverter boost, buck, dan pembalik. Dalam rumusnya, Vin adalah tegangan input, Vout adalah tegangan output, dan DC adalah duty cycle.

Konverter buck-buck converter yang diisolasi secara non-galvanis atau konverter step-down

Kunci T menutup. Saat sakelar ditutup, dioda D terkunci, arus mengalir mencekik L dan melintasi beban R mulai meningkat. Kunci terbuka. Saat saklar dibuka, arus yang melalui choke dan melalui beban walaupun berkurang tetap mengalir, karena tidak bisa hilang seketika, hanya saja rangkaian ditutup bukan melalui saklar, melainkan melalui dioda yang sudah terbuka.

Saklar menutup lagi.Jika selama sakelar terbuka, arus yang melalui choke tidak sempat turun ke nol, sekarang meningkat lagi, jadi melalui choke dan melalui beban bekerja sepanjang waktu. arus pulsa (jika tidak ada kapasitor). Kapasitor menghaluskan riak sehingga arus beban hampir konstan.

Tegangan keluaran pada konverter jenis ini selalu lebih kecil dari tegangan masukan, yang di sini praktis terbagi antara choke dan beban. Nilai teoretisnya (untuk konverter ideal — dengan mengabaikan kerugian sakelar dan dioda) dapat ditemukan menggunakan rumus berikut:

Boost converter tanpa isolasi galvanik - boost converter

Sakelar T ditutup. Ketika sakelar ditutup, dioda D ditutup, arus melalui induktor L mulai meningkat. Kunci terbuka. Arus terus mengalir melalui induktor, tetapi sekarang melalui dioda terbuka dan tegangan melintasi induktor ditambahkan ke tegangan sumber. Tegangan konstan melintasi beban R dipertahankan oleh kapasitor C.

Sakelar ditutup, arus choke naik lagi. Tegangan keluaran konverter jenis ini selalu lebih tinggi dari tegangan masukan karena tegangan pada induktor ditambahkan ke tegangan sumber. Nilai teoritis tegangan keluaran (untuk konverter ideal) dapat ditemukan dengan menggunakan rumus:

Membalikkan konverter tanpa isolasi galvanik-buck-boost-converter

Sakelar T ditutup. Choke L menyimpan energi, dioda D tertutup. Sakelar terbuka — choke memberi energi pada kapasitor C dan memuat R. Tegangan output di sini memiliki polaritas negatif.Nilainya dapat ditemukan (untuk kasus ideal) dengan rumus:

Tidak seperti penstabil linier, penstabil switching memiliki efisiensi yang lebih tinggi karena lebih sedikit pemanasan elemen aktif dan oleh karena itu memerlukan area radiator yang lebih kecil. Kerugian khas dari penstabil switching adalah adanya kebisingan impuls di sirkuit keluaran dan masukan, serta transien yang lebih lama.