Kuinka suunnitella työntömuunnin - perusteoria, rakentaminen ja esittely

Kun on kyse tehoelektroniikan käytöstä, DC-DC-muuntimen topologiasta tulee erittäin tärkeä käytännön suunnittelun kannalta. Tehoelektroniikassa on pääasiassa kahta tyyppiä suurta DC-DC-muunnostopologiaa, nimittäin kytkinmuunnin ja lineaarimuunnin.

Nyt energiansäästölain perusteella tiedämme, että energiaa ei voida luoda eikä tuhota, mutta se voidaan muuttaa vain. Sama pätee säätimien kytkentään, minkä tahansa muuntimen lähtöteho (teho) on jännitteen ja virran tulo, DC-DC-muunnin muuntaa jännitteen tai virran ihanteellisesti, kun teho on vakio. Esimerkki voisi olla tilanne, jossa 5 V: n lähtö voisi tuottaa 2 A virtaa. Aikaisemmin olemme suunnitelleet 5V, 2A SMPS-piirin, voit tarkistaa sen, jos etsit jotain.

Harkitse nyt tilannetta, jossa meidän on vaihdettava se 10 V: n lähtöön tietylle sovellukselle. Nyt, jos DC-DC-muunninta käytetään tässä paikassa ja 5 V 2A, joka on 10 W: n lähtö, on vakio, mieluiten DC-DC-muunnin muuntaa jännitteen 10 V: ksi 1A-virralla. Tämä voidaan tehdä käyttämällä tehostuskytkentäopologiaa, jossa kytkentäinduktoria kytketään jatkuvasti.

Toinen kallis, mutta hyödyllinen menetelmä on käyttää push-pull-muunninta. Push-pull-muunnin avaa paljon muunnosmahdollisuuksia, kuten Buck-, Boost-, Buck-Boost-, eristetyt tai jopa eristämättömät topologiat, ja se on myös yksi vanhimmista tehoelektroniikassa käytetyistä kytkentätopologioista, jotka edellyttävät vähimmäiskomponenttien tuottamista keskisuuret teholähdöt (tyypillisesti - 150 - 500 W), joissa on useita lähtöjännitteitä Muuntajan käämi on vaihdettava lähtöjännitteen muuttamiseksi eristetyssä push-pull-muunninpiirissä.

Kaikki nämä ominaisuudet asettavat kuitenkin mieliimme monia kysymyksiä. Kuten miten Push-pull-muunnin toimii? Mitkä komponentit ovat tärkeitä push-pull-muunninpiirin rakentamiseksi? Joten, lue mukana ja saamme selville kaikki tarvittavat vastaukset, ja lopulta rakennamme käytännön piirin esittelyä ja testausta varten, joten mennään suoraan siihen.

Push-Pull-muuntimen rakentaminen

Nimellä on vastaus. Push and Pull -merkinnällä on kaksi samaa merkitystä. Mitä Push-Pull tarkoittaa maallikon termeillä? Sanakirja sanoo, että sana työntää tarkoittaa eteenpäin siirtymistä käyttämällä voimaa ihmisten tai esineiden siirtämiseen syrjään. Kun push-pull DC-DC-muunnin, push määrittelee työntää nykyisen tai syöttää virtaa. Mitä veto tarkoittaa? Jälleen sanakirjassa sanotaan voiman käyttämistä jollekin tai jollekin, jotta se voi liikkua itseensä kohti. Push-pull-muuntimessa taas virta vedetään.

Push-pull-muunnin on siis eräänlainen kytkinmuunnin, jossa virrat työnnetään jatkuvasti johonkin ja jatkuvasti vedetään jostakin. Tämä on eräänlainen flyback-muuntaja tai induktori. Virtaa työnnetään ja vedetään jatkuvasti muuntajasta. Tätä työntömenetelmää käyttämällä muuntaja siirtää vuon toissijaiseen kelaan ja tarjoaa jonkinlaisen eristetyn jännitteen.

Koska tämä on eräänlainen kytkentäsäädin, myös muuntajan on oltava kytkettynä siten, että virtaa on työnnettävä ja vedettävä synkronisesti, joten tarvitsemme jonkinlaisen kytkentäsäätimen. Tässä vaaditaan asynkroninen työntövetolaite. Nyt on selvää, että kytkimet tehdään erityyppisillä transistoreilla tai Mosfetsillä.

Elektroniikkamarkkinoilla on paljon push-pull-ohjaimia, joita voidaan käyttää välittömästi push-pull-keskusteluun liittyvässä työssä.

Muutama tällainen ohjainpiiri löytyy alla olevasta luettelosta -

1. LT3999
2. MAX258
3. MAX13253
4. LT3439
5. TL494

Kuinka Push Pull -muunnin toimii?

Push-pull-muuntimen toimintaperiaatteen ymmärtämiseksi olemme piirtäneet peruspiirin, joka on puolisillan push-pull-muunnin, ja sen alla olevan kuvan yksinkertaisuuden vuoksi olemme käsitelleet puolisillan topologian mutta käytettävissä on toinen yleinen topologia, joka tunnetaan täyssillan työntö-vetomuuntajana.

Kaksi NPN-transistoria mahdollistaa työntötoiminnon. Kaksi transistoria Q1 ja Q2 ei voi kytkeä päälle samanaikaisesti. Kun Q1 kytketään päälle, Q2 pysyy sammutettuna, kun Q1 sammutetaan, Q2 käynnistyy. Se tapahtuu peräkkäin ja jatkuu silmukana.

Kuten voimme nähdä, yllä oleva piiri käyttää muuntajaa, tämä on eristetty työntö-vetomuuntaja.

Yllä oleva kuva näyttää tilan, jossa Q1 on päällä ja Q2 sammuu. Siten virta kulkee muuntajan keskihanan läpi ja menee maahan transistorin Q1 kautta, kun taas Q2 estää virran muuntajan toisessa hanassa. Aivan päinvastoin tapahtuu, kun Q2 käynnistyy ja Q1 pysyy pois päältä. Aina kun virtauksen muutokset tapahtuvat, muuntaja siirtää energian ensiöpuolelta toissijaiselle puolelle.

Yllä oleva kaavio on erittäin hyödyllinen tarkistamaan, miten tämä tapahtuu, alun perin piirissä ei ollut jännitteitä tai virtaa. Q1 päällä, vakiojännite iskee ensin hanaan, kun piiri on nyt suljettu. Virta alkaa kasvaa ja jännite indusoidaan sitten toissijaiselle puolelle.

Seuraavassa vaiheessa, aikaviiveen jälkeen, transistori Q1 sammuu ja Q2 kytketään päälle. Tässä tulee muutama tärkeä asia työssä - muuntajan loiskapasitanssi ja induktanssi muodostavat LC-piirin, joka alkaa kytkeytyä vastakkaiseen napaisuuteen. Varaus alkaa virrata takaisin vastakkaiseen suuntaan muuntajan toisen hanakäämityksen kautta. Tällä tavoin virtaa työnnetään jatkuvasti vaihtoehtoisissa moodeissa näiden kahden transistorin avulla. Kuitenkin, koska vetäminen tapahtuu LC-piirillä ja muuntajan keskihanalla, sitä kutsutaan push-pull-topologiaksi. Usein se kuvataan siten, että kaksi transistoria työntävät virtaa vuorotellen nimeämällä yleissopimus push-pull, missä transistorit eivät vedä virtaa. Kuorman aaltomuoto näyttää sahahammalta, mutta se ei näy yllä olevassa aaltomuodossa.

Kun olemme oppineet, kuinka push-pull -muunnin toimii, siirrymme rakentamaan sille varsinainen piiri ja voimme sitten analysoida sitä penkillä. Mutta ennen sitä katsotaanpa kaaviota.

Komponentit, jotka tarvitaan käytännön Push Pull Converterin rakentamiseen

No, alla oleva piiri on rakennettu leipälaudalle. Piirien testauksessa käytetyt komponentit ovat seuraavat:

1. 2 kpl induktoreita, joilla on sama nimellisarvo - 220uH 5A toroidinen induktori.
2. 0,1uF polyesterikalvokondensaattori - 2 kpl
3. 1k vastus 1% - 2 kpl
4. ULN2003 Darlington-paritransistori
5. 100uF 50V kondensaattori

Käytännöllinen Push-Pull-muunninpiirikaavio

Kaavio on melko suoraviivainen. Analysoidaan yhteys. ULN2003 on Darlington-paritransistoriryhmä. Tämä transistoriryhmä on hyödyllinen, koska vapaakytkentädiodit ovat saatavilla piirisarjan sisällä, eikä se vaadi muita komponentteja, mikä välttää ylimääräisen monimutkaisen reitityksen leipälaudalla. Synkroniselle ohjaimelle käytämme yksinkertaista RC-ajastinta, joka kytkee transistorit synkronisesti päälle ja pois päältä luomaan push-pull-vaikutuksen induktoreiden yli.

Käytännöllinen Push-Pull-muunnin - toimii

Piirin toiminta on yksinkertaista. Poistetaan Darlington-pari ja tehdään piiri yksinkertaiseksi käyttämällä kahta transistoria Q1 ja Q2.

RC-verkot on yhdistetty ristiasennossa Q1: n ja Q2: n kantaan, jotka kytkevät päälle vaihtoehtoiset transistorit käyttämällä palautetekniikkaa, jota kutsutaan regeneratiiviseksi palautteeksi.

Se alkaa toimia näin - Kun kohdistamme jännitettä muuntajan keskihanaan (jossa kahden induktorin välinen yhteinen yhteys), virta kulkee muuntajaan. Negatiivisen tai positiivisen polariteetin vuon tiheydestä ja kylläisyydestä riippuen virta lataa ensin C1 ja R1 tai C2 ja R2, ei molempia. Kuvitellaan, että C1 ja R1 saavat ensin virran. C1 ja R1 tarjoavat ajastimen, joka kytkee päälle transistorin Q2. Muuntajan L2-osa indusoi jännitteen magneettivuon avulla. Tässä tilanteessa C2 ja R2 alkavat latautua ja käynnistävät Q1: n. Muuntajan L1-osa indusoi sitten jännitteen. Ajoitus tai taajuus riippuu kokonaan tulojännitteestä, muuntajan tai induktorin kyllästetystä virtauksesta, ensiökierrosta, ytimen poikkileikkauksen neliösenttimetrisestä alueesta.Taajuuden kaava on

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

Missä Vin on tulojännite, ¹⁰⁸ on vakioarvo, β _s on muuntajassa heijastuvan ytimen kyllästetty vuon tiheys, A on poikkileikkauspinta-ala ja N on kierrosten määrä.

Push Pull -muunninpiirin testaus

Piirin testaamiseen tarvitaan seuraavat työkalut -

1. Kaksi millimetriä - yksi tulojännitteen tarkistamiseksi ja toinen lähtöjännitteen tarkistamiseksi
2. Oskilloskooppi
3. Penkkivirtalähde.

Piiri on rakennettu leipälautaan ja tehoa lisätään hitaasti. Tulojännite on 2,16 V, kun taas lähtöjännite on 8,12 V, mikä on lähes neljä kertaa tulojännite.

Tämä piiri ei kuitenkaan käytä mitään palautetopologiaa, joten lähtöjännite ei ole vakio eikä eristetty.

Push-pull-taajuus ja kytkentä havaitaan oskilloskoopilla.

Siten piiri toimii nyt push-pull boost -muuntimena, jossa lähtöjännite ei ole vakio. Tämän push-pull-muuntimen odotetaan tuottavan jopa 2 W tehon, mutta emme ole testanneet sitä takaisinkytkennän puutteen takia.

Päätelmät

Tämä piiri on yksinkertainen push-pull-muuntimen muoto. On kuitenkin aina suositeltavaa käyttää asianmukaista vuorovaiheohjainpiiri IC halutun lähdön. Piiri voidaan rakentaa tavalla, jossa eristetty tai eristämätön voidaan rakentaa mikä tahansa top-push-pull-muunnos.

Alla oleva piiri on oikea ohjattavan DC-DC-muuntimen push-pull-piiri. Se on 1: 1 push-pull -muunnin, joka käyttää LT3999: tä analogisille laitteille (Linear Technologies).

Toivottavasti pidit artikkelista ja opit jotain uutta, jos sinulla on kysyttävää tästä aiheesta, kirjoita kommentti alla tai voit lähettää kysymyksesi suoraan foorumillemme.