Kako dizajnirati push pull pretvarač - osnovna teorija, konstrukcija i demonstracija

Što se tiče rada s energetskom elektronikom, topologija DC-DC pretvarača postaje vrlo bitna za praktične dizajne. Postoje uglavnom dvije vrste glavnih topologija pretvorbe istosmjerne i istosmjerne struje, naime, sklopni pretvarač i linearni pretvarač.

Sada iz zakona o očuvanju energije znamo da se energija ne može stvoriti niti uništiti, već se samo može transformirati. Isto vrijedi i za prebacivanje regulatora, izlazna snaga (snaga) bilo kojeg pretvarača produkt je napona i struje, DC-DC pretvarač idealno pretvara napon ili struju dok je snaga konstantna. Primjer bi mogla biti situacija kada bi izlaz od 5 V mogao pružiti 2A struje. Prije smo dizajnirali 5V, 2A SMPS krug, to možete provjeriti je li to nešto što tražite.

Sada razmotrimo situaciju u kojoj ga moramo promijeniti na izlaz od 10 V za određenu primjenu. Ako se na ovom mjestu koristi pretvarač istosmjerne i istosmjerne struje, a 5V 2A, koji ima izlaznu snagu od 10 W, je konstantan, idealno bi bilo da pretvarač istosmjerne istosmjerne struje pretvori napon u 10V sa strujom od 1A. To se može postići korištenjem topologije preusmjeravanja pojačanja gdje se komutacijski induktor neprestano uključuje.

Sljedeća skupa, ali korisna metoda je uporaba pretvarača push-pull. Push-pull pretvarač otvara mnoštvo mogućnosti pretvorbe, kao što su Buck, Boost, Buck-Boost, izolirane ili čak neizolirane topologije, također je jedna od najstarijih topologija prebacivanja koja se koristi u energetskoj elektronici kojoj su potrebne minimalne komponente izlazi srednje snage (Tipično - 150 W do 500 W) s višestrukim izlaznim naponom. Treba promijeniti namot transformatora za promjenu izlaznog napona u izoliranom krugu push-pull pretvarača.

Međutim, sve ove značajke postavljaju mnoga pitanja u naše misli. Kao, kako funkcionira Push-pull pretvarač? Koje su komponente važne za izgradnju sklopa dvosmjernog pretvarača? Dakle, čitajte dalje, saznat ćemo sve potrebne odgovore i na kraju ćemo izgraditi praktični krug za demonstraciju i testiranje, pa krenimo odmah u to.

Izgradnja pretvarača za push-pull

Ime ima odgovor. Push and Pull imaju dva suprotna značenja iste stvari. Koje je značenje Push-Pull u laičkom smislu? Rječnik kaže da riječ potiskivanje znači kretanje naprijed upotrebom sile za prolazak ljudi ili predmeta za pomicanje u stranu. U push-pull DC-DC pretvaraču, push definira potiskivanje ili napajanje struje. Što znači povlačenje? Opet, rječnik kaže prisiljavati nekoga ili nešto da uzrokuje kretanje prema sebi. U push-pull pretvaraču opet se povlači struja.

Dakle, push-pull pretvarač je vrsta sklopnog pretvarača gdje se struje neprestano guraju u nešto i neprestano izvlače iz nečega. Ovo je vrsta povratnog transformatora ili prigušnice. Struja se stalno potiskuje i izvlači iz transformatora. Koristeći ovu push-pull metodu, transformator prenosi tok na sekundarnu zavojnicu i daje neku vrstu izoliranog napona.

Sada, budući da je ovo vrsta sklopnog regulatora, također jer transformator treba biti uključen na takav način da struju treba sinkronizirano potiskivati i povlačiti, za to nam treba neka vrsta sklopnog regulatora. Ovdje je potreban asinkroni push-pull pokretač. Sada je očito da su sklopke izrađene s različitim vrstama tranzistora ili Mosfeta.

Na tržištu elektronike dostupno je mnoštvo push-pull pokretača koji se mogu odmah koristiti za rad u vezi s push-pull razgovorom.

Nekoliko takvih IC upravljačkih programa možete pronaći na donjem popisu-

LT3999
MAX258
MAX13253
LT3439
TL494

Kako djeluje pretvarač s potiskom?

Da bismo razumjeli princip rada pretvarača push-pull, nacrtali smo osnovni sklop koji je osnovni pretvornik push-pull polumosta, a njegov prikaz ispod, radi jednostavnosti, pokrili smo topologiju polumosta, ali postoji još jedna uobičajena topologija koja je poznata kao push-pull pretvarač s punim mostom.

Dva NPN tranzistora omogućit će push-pull funkcionalnost. Dva tranzistora Q1 i Q2 ne mogu se istovremeno uključiti. Kad je Q1 uključen, Q2 će ostati isključen, a kad se Q1 isključi, Q2 će se uključiti. To će se dogoditi uzastopno i nastavit će se kao petlja.

Kao što možemo vidjeti, gornji sklop koristi transformator, ovo je izolirani pretvarač s dvostrukim povlačenjem.

Gornja slika prikazuje stanje u kojem je Q1 uključen, a Q2 isključen. Tako će struja teći kroz središnju slavinu transformatora i ići će na tlo preko tranzistora Q1, dok će Q2 blokirati protok struje na drugoj slavini transformatora. Upravo se suprotno događa kada se Q2 uključi, a Q1 ostane isključen. Kad god se dogode promjene u protoku struje, transformator prenosi energiju s primarne na sekundarnu stranu.

Gornji graf je vrlo koristan za provjeru kako se to događa, u početku u krugu nije bilo napona ili struje. Q1 uključen, konstantni napon prvo udara u slavinu jer je krug sada zatvoren. Struja počinje rasti, a zatim se napon inducira na sekundarnoj strani.

U sljedećoj fazi, nakon vremenskog kašnjenja, tranzistor Q1 se isključuje i uključuje se Q2. Ovdje dolazi nekoliko važnih stvari na djelu - parazitski kapacitet transformatora i induktivitet čine LC krug koji počinje prebacivati u suprotnom polaritetu. Naboj počinje teći natrag u suprotnom smjeru kroz drugi namotaj slavine transformatora. Na taj način, ta dva tranzistora neprestano guraju struju u alternativnim načinima rada. Međutim, kako se povlačenje vrši pomoću LC kruga i središnjeg slavine transformatora, to se naziva push-pull topologija. Često se opisuje na takav način da dva tranzistora naizmjenično guraju struju, nazivajući konvencionalni push-pull tamo gdje tranzistori ne povlače struju. Valni oblik opterećenja izgleda poput pilastog zuba, međutim, to nije prikazano u gornjem valnom obliku.

Kako smo naučili kako funkcionira dizajn pretvarača s povlačenjem, prijeđimo na izgradnju stvarnog kruga za njega, a zatim to možemo analizirati na klupi. No, prije toga, pogledajmo shemu.

Komponente potrebne za izgradnju praktičnog pretvarača s potiskom

Pa, donji krug je napravljen na ploči s pločama. Sastavni dijelovi koji se koriste za ispitivanje krugova su sljedeći:

2 kom. Induktora s jednakim nazivima - touidalni induktor 220uH 5A.
0,1uF kondenzator od poliesterskog filma - 2 kom
1k otpor 1% - 2 kom
ULN2003 Parni tranzistor Darlington
Kondenzator 100uF 50V

Praktični dijagram strujnog kruga pretvarača

Shema je prilično ravna prema naprijed. Analizirajmo vezu, ULN2003 je niz tranzistorskih para Darlington. Ovaj je tranzistorski niz koristan jer su diode slobodnog kotača dostupne unutar čipseta i ne zahtijevaju nikakve dodatne komponente čime se izbjegava bilo kakvo dodatno složeno usmjeravanje na ploči. Za sinkroni upravljački program koristimo jednostavan RC timer koji će sinkrono uključivati i isključivati tranzistore kako bi stvorio push-pull efekt preko induktora.

Praktični pretvarač push-pull - radi

Rad kruga je jednostavan. Uklonimo par Darlington i pojednostavnimo sklop pomoću dva tranzistora Q1 i Q2.

RC mreže povezane su u poprečnom položaju s bazom Q1 i Q2, koje uključuju zamjenske tranzistore tehnikom povratne sprege koja se naziva regenerativna povratna sprega.

Počinje raditi ovako - Kada primijenimo napon na središnju slavinu transformatora (gdje je zajednička veza između dviju prigušnica), struja će teći kroz transformator. Ovisno o gustoći protoka i zasićenju polariteta, negativnog ili pozitivnog, struja prvo puni C1 i R1 ili C2 i R2, a ne oboje. Zamislimo da C1 i R1 prvo dobiju struju. C1 i R1 imaju tajmer koji uključuje tranzistor Q2. L2 dio transformatora inducirat će napon pomoću magnetskog toka. U ovoj se situaciji C2 i R2 počinju puniti i uključuju Q1. L1 dio transformatora tada inducira napon. Vrijeme ili frekvencija u potpunosti ovise o ulaznom naponu, zasićenom toku protoka ili prigušnice, primarnim zavojima, kvadratnom centimetru presjeka jezgre.Formula frekvencije je-

f = (V _u * 10 ⁸) / (4 * β _s * A * N)

Gdje je Vin ulazni napon, 10 ⁸ je konstantna vrijednost, β _s je zasićena gustoća protoka jezgre koja će se odraziti na transformator, A površina poprečnog presjeka i N broj zavoja.

Ispitivanje kruga pretvarača za potiskivanje

Za ispitivanje sklopa potrebni su sljedeći alati-

Dva milimetra - jedan za provjeru ulaznog napona i drugi za izlazni napon
Osciloskop
Stolno napajanje.

Krug je izgrađen u ploči za ploču i snaga se polako povećava. Ulazni napon je 2,16V, dok je izlazni napon 8,12V, što je gotovo četiri puta više od ulaznog napona.

Međutim, ovaj krug ne koristi nikakvu topologiju povratnih informacija, tako da izlazni napon nije stalan i niti izoliran.

Frekvencija i prebacivanje push-pull-a promatra se u osciloskopu-

Stoga krug sada djeluje kao push-pull pojačivač, gdje izlazni napon nije konstantan. Očekuje se da bi ovaj push-pull pretvarač mogao pružiti snagu do 2W, ali nismo ga testirali zbog nedostatka povratnih informacija.

Zaključci

Ovaj je sklop jednostavan oblik push-pull pretvarača. Međutim, uvijek se preporučuje korištenje odgovarajućeg IC -pokretačkog sklopa za željeni izlaz. Strujni krug može se konstruirati na način da se izolirane ili neizolirane mogu izgraditi bilo kakve topologije u push-pull pretvorbi.

Donji krug je pravilan krug kontroliranog push-pull pretvarača istosmjerne u istosmjernu struju. To je 1: 1 push-pull pretvarač koji koristi LT3999 za analogne uređaje (Linearne tehnologije).

Nadam se da vam se svidio članak i naučili ste nešto novo ako imate pitanja u vezi s ovom temom, stavite komentar dolje ili možete svoje pitanje poslati izravno na naš forum.