یک عیب رایج تثبیت کننده های ولتاژ جبرانی، راندمان پایین آنها به دلیل تلفات در ترانزیستورهای عنصر کنترل است، که علاوه بر این، نیاز به هیت سینک های قدرتمندی دارد که از نظر اندازه و وزن بسیار بزرگتر از خود تثبیت کننده ها هستند. راه حل فنی پیشرفته تر تثبیت کننده های ولتاژ پالس (VST) است که در آن ترانزیستورهای عناصر کنترل در حالت کلید کار می کنند. هنگام استفاده از ترانزیستورهای فرکانس بالا، مشکل کارایی و ویژگی های وزنی در چنین تثبیت کننده ها کاملاً ریشه ای حل می شود.

سه مدار ISN اصلی وجود دارد: ISN سریال از نوع کمانشی (شکل 12.15)، ISN موازی از نوع تقویت کننده (شکل 12.16) و نوع معکوس موازی (شکل 12.17). هر سه مدار شامل چوک ذخیره L، عنصر کنترل 1، دیود مسدود کننده VD، عناصر کنترل 2، 3 و خازن فیلتر C هستند.

یک رگولاتور سری سوئیچینگ گام به گام مطابق بلوک دیاگرام نشان داده شده در شکل ساخته شده است. 12.15، که در آن عنصر کنترل 1 و سلف L به صورت سری با بار Rn متصل می شوند. ترانزیستوری که در حالت سوئیچینگ کار می کند به عنوان RE استفاده می شود. هنگامی که ترانزیستور برای مدت زمان T" باز است، انرژی از منبع جریان مستقیم ورودی Ui (یا یکسو کننده با ولتاژ خروجی Uo) از طریق سلف L به بار منتقل می شود، که در آن انرژی ذخیره می شود. هنگامی که ترانزیستور برای مدت زمان Tp بسته می شود، انرژی انباشته شده در سلف از طریق دیود VD به بار منتقل می شود. دوره سوئیچینگ (تبدیل) برابر است با T=Ti+Tn. فرکانس سوئیچینگ (تبدیل) F=1/T. نسبت مدت زمان حالت باز ترانزیستور، که در آن یک پالس ولتاژ با مدت زمان Ti تولید می شود، به دوره سوئیچینگ T، سیکل کار K3=Ti/T نامیده می شود.

بنابراین، در یک تثبیت کننده پالس، عنصر تنظیم کننده 1 ولتاژ DC ورودی Ui را به یک سری پالس های متوالی با مدت زمان و فرکانس معین، و یک فیلتر صاف کننده متشکل از یک دیود VD، یک سلف L و یک خازن C تبدیل می کند (مدول می کند). آنها را به یک ولتاژ DC Uo تبدیل می کند. هنگامی که ولتاژ خروجی Uo یا جریان بار Rn در تثبیت کننده پالس با استفاده از یک مدار بازخورد متشکل از عنصر اندازه گیری 3 و مدار کنترل 2 تغییر می کند، مدت زمان پالس تغییر می کند به طوری که ولتاژ خروجی Uo بدون تغییر باقی می ماند (با درجه خاصی از دقت).

حالت عملکرد پالسی این امکان را فراهم می کند که تلفات در عنصر کنترل به میزان قابل توجهی کاهش یابد و در نتیجه کارایی منبع تغذیه افزایش یابد، وزن و ابعاد آن کاهش یابد. این مزیت اصلی تثبیت کننده های پالس نسبت به تثبیت کننده های جبران پیوسته است.

یک تثبیت کننده موازی پالس (نوع تقویت کننده) مطابق بلوک دیاگرام در شکل 1 ساخته شده است. 12.16، که در آن عنصر کنترل 1 به موازات بار Rn متصل است. هنگامی که ترانزیستور کنترل باز است، جریان از منبع تغذیه Ui از طریق سلف L عبور می کند و انرژی را در آن ذخیره می کند. دیود VD در حالت بسته است و بنابراین به خازن C اجازه تخلیه از طریق ترانزیستور کنترل باز را نمی دهد. جریان وارد شده به بار در این بازه زمانی فقط از خازن C می آید. در لحظه بسته شدن ترانزیستور کنترل، emf خود القایی سلف L با ولتاژ ورودی جمع می شود و انرژی سلف به القاگر منتقل می شود. بار، و ولتاژ خروجی بیشتر از ولتاژ منبع تغذیه ورودی Ui است. بر خلاف نمودار در شکل. 12.15 در اینجا سلف یک عنصر فیلتر نیست و ولتاژ خروجی با مقداری که توسط اندوکتانس سلف L و زمان باز بودن ترانزیستور کنترل (یا چرخه وظیفه پالس های کنترل) تعیین می شود، از ولتاژ ورودی بیشتر می شود.

مدار کنترل تثبیت کننده در شکل. 12.16 به گونه ای ساخته شده است که به عنوان مثال، هنگامی که ولتاژ تغذیه ورودی Ui افزایش می یابد، مدت زمان باز بودن ترانزیستور کنترل به اندازه ای کاهش می یابد که ولتاژ خروجی Uo بدون تغییر باقی می ماند.

تثبیت کننده معکوس کننده موازی پالس طبق بلوک دیاگرام نشان داده شده در شکل ساخته شده است. 12.17. بر خلاف نمودار در شکل. 12.16 در اینجا سلف L به صورت موازی با بار Rn و عنصر کنترل 1 به صورت سری با آن متصل می شود. یک دیود مسدود کننده خازن فیلتر C و بار Rn را از عنصر کنترل DC جدا می کند. تثبیت کننده این ویژگی را دارد که قطبیت ولتاژ خروجی Uo را نسبت به قطبیت ولتاژ تغذیه ورودی تغییر دهد.

تثبیت کننده های پالس، بسته به روش کنترل ترانزیستور کنترل، می توانند با مدولاسیون عرض پالس (PWM)، مدولاسیون فرکانس پالس (PFM) یا کنترل رله ساخته شوند. در تثبیت کننده های PWM، مدت زمان پالس Ti در حین کار تغییر می کند، اما فرکانس سوئیچینگ بدون تغییر باقی می ماند. در تثبیت کننده های PFM، فرکانس سوئیچینگ تغییر می کند، اما مدت زمان پالس Ti ثابت می ماند. در تثبیت کننده های رله، در فرآیند تنظیم ولتاژ، هم مدت زمان پالس ها و هم سرعت تکرار آنها تغییر می کند.

پرکاربردترین ISN متوالی در عمل است (شکل 12.15) که در آن چوک ذخیره سازی نیز عنصری از فیلتر LC صاف کننده است. در تثبیت کننده های شکل. 12.16 و 12.17، سلف L در صاف کردن ریپل ولتاژ خروجی شرکت نمی کند. در این طرح ها صاف کردن ریپل تنها با افزایش ظرفیت خازن C حاصل می شود که منجر به افزایش جرم و ابعاد فیلتر و کل دستگاه می شود.

مشخصه کنترل استاتیک تعیین شده برای تثبیت کننده در شکل. 12.15 طبق فرمول Uo/Ui=Kз (1 - کیلوگرم)، یک خط مستقیم است که شیب آن (بدون در نظر گرفتن تلفات در ترانزیستور کنترل و دیود) به نسبت مقاومت های فعال سلف و بار Kg=Rd/Rn. ولتاژ بار Uo با مدت زمان نسبی پالس های کنترل (در Ui ثابت) تعیین می شود و نمی تواند بیشتر از ولتاژ تغذیه باشد و خطی بودن این مشخصه با شرایط عملکرد پایدار ISN مطابقت دارد.

بیایید عناصر اصلی ISN را در شکل در نظر بگیریم. 12.15. بیایید با بلوک اصلی شروع کنیم که نمودار آن در شکل نشان داده شده است. 12.18.

این بلوک شامل یک بخش قدرت و یک عنصر تنظیم کننده در ترانزیستور VT1 است که توسط سوئیچ روی ترانزیستور VT2 کنترل می شود (دیود VD2 برای محافظت از اتصال پایه VT2 با سیگنال کنترل ورودی منفی بزرگ عمل می کند). مقاومت مقاومت R1 از شرایط اطمینان از وضعیت بسته ترانزیستور VT1 (100...900 اهم) و R2 - تقریباً از شرایط kbUi=R2 Ikmax انتخاب می شود که در آن k=l,5...2 برابر است. ضریب ایمنی اشباع؛ b، Ikmax - ضریب تقویت جریان و حداکثر جریان جمع کننده پالس ترانزیستور VT1. مقاومت مقاومت R3 به روشی مشابه انتخاب می شود، اما در محاسبات Ui با دامنه پالس کنترل ژنراتور تابع جایگزین می شود. توجه داشته باشید که هنگام انتخاب تعداد ترانزیستورهای RE، می توانید با توصیه های ارائه شده برای مدار در شکل 1 هدایت شوید. 12.12.

داده های اولیه برای انتخاب پارامترهای مدار در شکل. 12.18 عبارتند از:

رابط کاربری ولتاژ و محدودیت های تغییر آن؛ مقاومت داخلی Ri Ui منبع؛ ولتاژ نامی خروجی تثبیت کننده Uo و محدودیت های مجاز تنظیم آن؛ حداکثر جریان بار Inmax و حداقل Imin، دامنه موج موج مجاز ولتاژ خروجی تثبیت کننده؛ ضریب تثبیت Kn و مقاومت داخلی Ro. حداکثر انحراف دمایی ولتاژ Uo و غیره. روش انتخاب پارامترها به شرح زیر است:

1. فرکانس تبدیل F (تا 100 کیلوهرتز، برای مدل - واحدهای کیلوهرتز) را انتخاب کنید و تقریباً بازده = 0.85 ... 0.95 را بگیرید.

2. مقادیر حداقل و حداکثر مدت زمان نسبی (ضریب وظیفه) پالس ولتاژ در ورودی فیلتر را تعیین کنید:

3. از شرط حفظ حالت تداوم جریان های سلف آن را تعیین می کنیم

حداقل اندوکتانس

4. حاصلضرب LC را از مقدار داده شده ولتاژ ریپل U" محاسبه کنید.

از جایی که سپس ظرفیت خازن C را پیدا می کنیم.

محصول LC ​​نه تنها سطح ریپل، بلکه ماهیت تغییرات ولتاژ خروجی را پس از روشن شدن تثبیت کننده نیز تعیین می کند.

در شکل شکل 12.19 نتایج شبیه سازی مدار را در شکل نشان می دهد. 12.18 با داده‌های زیر: F=1 کیلوهرتز، K=0.5، Rn=100 اهم، L=200 mH، C=100 µF (برای شکل 12.19، a) و C=1 µF (برای شکل 12.19، b) . همانطور که از شکل ها مشخص است، با مقدار نسبتاً زیاد محصول LC، پاسخ گذرا مدار مورد مطالعه ماهیت نوسانی دارد که منجر به افزایش ولتاژ خروجی می شود که می تواند برای مصرف کننده (بار) خطرناک باشد.

بیایید به بررسی واحد عملکردی بعدی ISN - مدار کنترل و عنصر اندازه گیری بپردازیم. در این مورد، توصیه می شود ویژگی های تعدیل کننده های مورد استفاده در ISN را در نظر بگیرید.

تثبیت کننده های سوئیچینگ با PWM در مقایسه با تثبیت کننده های دو نوع دیگر مزایای زیر را دارند:

راندمان بالا و فرکانس تبدیل بهینه بدون توجه به ولتاژ منبع برق اولیه و جریان بار تضمین می شود. فرکانس ریپل در بار ثابت است که برای تعدادی از مصرف کنندگان برق قابل توجه است.

امکان همگام سازی همزمان فرکانس های تبدیل تعداد نامحدودی ISN محقق می شود، که خطر ضربات فرکانس را زمانی که چندین ISN از یک منبع جریان مستقیم اولیه مشترک تغذیه می شوند، حذف می کند. علاوه بر این، هنگامی که ISN بر روی یک مبدل غیرقابل تنظیم (به عنوان مثال، تقویت کننده قدرت) کار می کند، امکان همگام سازی فرکانس های هر دو دستگاه وجود دارد.

نقطه ضعف یک ISN با PWM در مقایسه با یک تثبیت کننده از نوع رله، یک مدار کنترل پیچیده تر است که معمولاً شامل یک نوسانگر اصلی اضافی است.

تثبیت کننده های پالس با PFM، در حالی که مزایای قابل توجهی نسبت به سایر انواع ISN ندارند، دارای معایب زیر هستند:

О پیچیدگی اجرای کنترل کننده های فرکانس در محدوده وسیع، به ویژه با تغییرات زیاد در ولتاژ تغذیه و جریان بار.

هیچ امکانی برای درک مزایای فوق الذکر یک سیستم کنترل PWM وجود ندارد.

آخرین ایراد در مورد ISN های رله (یا دو موقعیتی) نیز صدق می کند، که با یک موج نسبتاً بزرگ ولتاژ در بار مشخص می شوند (در تثبیت کننده های با PWM یا PWM، ریپل ولتاژ خروجی در اصل می تواند به صفر کاهش یابد، که در تثبیت کننده های رله غیرممکن است).

در حالت کلی، بلوک 3 (شکل 12.20) شامل یک تقسیم کننده ولتاژ، یک منبع ولتاژ مرجع یون، یک عنصر مقایسه و یک تقویت کننده عدم تطابق است. این عناصر همان عملکردهایی را انجام می دهند که در تثبیت کننده های جبران کننده انجام می شود. برای یک ISN با PWM، یک ولتاژ همگام سازی (نوسان ساز اصلی) و یک دستگاه آستانه به این دستگاه ها اضافه می شود که با کمک آنها پالس های مدوله شده در مدت زمان تولید می شوند. مدت زمان پالس کنترل با تعدیل لبه جلویی یا انتهایی آن تغییر می کند.

هنگامی که لبه جلو مدوله می شود، ولتاژ همگام سازی متغیر خطی در هر دوره افزایش می یابد و زمانی که لبه عقب مدوله می شود، ولتاژ کنترل در هر دوره کاهش می یابد. هنگام تعدیل لبه ها، ولتاژ همگام سازی در هر دوره افزایش و کاهش می یابد. این نوع مدولاسیون، در مقایسه با مدولاسیون یک طرفه، اجرای ISN های سریعتر را ممکن می سازد، زیرا در این حالت مقدار لحظه ای ولتاژ کنترل بر تشکیل لبه ها تأثیر می گذارد.

ضریب انتقال مدار کنترل که رابطه بین تغییرات مدت زمان نسبی پالس ها در ورودی فیلتر صاف کننده و ولتاژ بار (برای PWM) را برقرار می کند، برابر است با

تقسیم کننده ولتاژ و نسبت بهره تقویت کننده خطا، به ترتیب. Uy دامنه ولتاژ همگام سازی است.

مدار کامل ISN با عناصر PWM در شکل نشان داده شده است. 12.20. تقسیم کننده ولتاژ روی مقاومت های R3، R4 ساخته شده است، منبع ولتاژ مرجع روی مقاومت R5 و دیود زنر VD2 است، تقویت کننده سیگنال خطا روی OU1، دستگاه آستانه روی OU2 است. از آنجایی که هر دو آپ امپ از یک منبع تک قطبی تغذیه می شوند، برای مطابقت با سطوح در مرحله کلید در VT2، یک تثبیت کننده پارامتری (VD3، R8) در مدار امیتر گنجانده شده است. یک ژنراتور عملکردی در حالت پالس مثلثی به عنوان اصلی استفاده شد. هنگام تعدیل در لبه جلویی، چرخه وظیفه به عنوان حداکثر (99٪) انتخاب می شود، هنگام تعدیل در لبه سقوط - به عنوان حداقل (0.1٪)، هنگام مدولاسیون در هر دو لبه - 50٪. در شکل شکل 12.21 نتیجه مدل سازی فرآیند تولید پالس های کنترلی در طول مدولاسیون در امتداد لبه جلو را نشان می دهد.

در شکل نشان داده شده است. 12.21 نتایج در Rn = 100 اهم و Ui = 20 ولت به دست آمد. همانطور که از شکل مشاهده می شود. 12.21، بلافاصله پس از روشن کردن منبع تغذیه، پالس های کنترلی با حداکثر مدت زمان تشکیل می شود، سپس یک مکث طولانی به دلیل جهش مثبت در ولتاژ خروجی Uo رخ می دهد، سپس حالت اجباری دوباره به دلیل پرش منفی در Uo شروع می شود. حالت پایدار تشکیل پالس کنترل پس از چندین دوره سیگنال کنترل نوسانگر اصلی رخ می دهد.

وظایف تست

1. برای مدار در شکل. 12.18 وابستگی Uo=f(K,) را در F=1 کیلوهرتز، Uy=3 ولت بدست آورید (تک قطبی پالس های مستطیلی کنترل با تنظیم مولفه ثابت Offset=3 V بر روی ژنراتور عملکردی تضمین می شود، چرخه وظیفه K تنظیم می شود. با انتخاب پارامتر چرخه کار)، Ui= 30 V، Rn=100 اهم، L=100 mH، C=100 µF.

2. برای مدار در شکل. 12.18، وابستگی شکل فرآیندهای گذرا را به مقاومت تلفات فعال Rd، از جمله مقاومت 0.1 ... 10 اهم به صورت سری با سلف مطالعه کنید.

3. ISN را با توجه به نمودار در شکل بررسی کنید. 12.20 هنگام تعدیل لبه سقوط، به طور همزمان در امتداد لبه های جلویی و سقوطی و مقایسه نتایج در زمان رسیدن دستگاه ها به حالت پایدار.

4. برای هر روش تولید سیگنال های کنترل در حالت پایدار، وابستگی دوره تولید سیگنال های کنترلی را به مقاومت بار Rn در محدوده 10 ... 1000 اهم و ولتاژ ورودی Ui در محدوده 15 به دست آورید. .40 V.

استفاده از انواع تکنولوژی در زندگی روزمره یکی از ویژگی های ضروری جامعه مدرن است. اما همه دستگاه ها برای اتصال به منبع تغذیه استاندارد 220 ولت طراحی نشده اند. بسیاری از آنها انرژی را با ولتاژهای 1 تا 25 ولت مصرف می کنند. برای تامین آن از تجهیزات خاصی استفاده می شود.

با این حال، وظیفه اصلی آن کاهش پارامترهای خروجی نیست، بلکه حفظ سطح پایدار آنها در شبکه است. این را می توان با استفاده از دستگاه تثبیت کننده حل کرد. اما به عنوان یک قاعده، چنین دستگاه هایی بسیار دست و پا گیر هستند و استفاده از آنها خیلی راحت نیست. بهترین گزینه تثبیت کننده ولتاژ سوئیچینگ است. نه تنها در ابعاد، بلکه در اصل عملکرد آن نیز با خطوط خطی متفاوت است.

تثبیت کننده پالس چیست؟

دستگاهی متشکل از دو جزء اصلی:

• یکپارچه سازی؛
• تنظیمات.

در مرحله اول انرژی انباشته و سپس آزاد می شود. واحد کنترل جریان را تامین می کند و در صورت لزوم این فرآیند را قطع می کند. علاوه بر این، برخلاف مدل های خطی، در مدل های پالسی این عنصر می تواند در حالت بسته یا باز باشد. به عبارت دیگر، مانند یک کلید کار می کند.

دستگاه دستگاه پالس

دامنه کاربرد چنین دستگاه هایی بسیار گسترده است. با این حال، آنها اغلب در تجهیزات ناوبری استفاده می شوند و برای اتصال باید یک تثبیت کننده پالس خریداری کرد:

• تلویزیون های LCD
• منابع تغذیه مورد استفاده در سیستم های دیجیتال؛
• تجهیزات صنعتی کم ولتاژ.

از تثبیت کننده های ولتاژ پالس بوست نیز می توان در شبکه هایی با جریان متناوب برای تبدیل آن به جریان مستقیم استفاده کرد. از دستگاه های این کلاس به عنوان منبع تغذیه برای LED های پرقدرت و شارژ باتری ها نیز استفاده می شود.

نحوه عملکرد تجهیزات

اصل عملکرد دستگاه به شرح زیر است. هنگامی که عنصر تنظیم کننده بسته است، انرژی در عنصر یکپارچه انباشته می شود. این باعث افزایش ولتاژ می شود. هنگامی که کلید باز می شود، برق به تدریج به مصرف کنندگان منتقل می شود که منجر به کاهش ولتاژ می شود.

ویدیو را تماشا کنید و نحوه عملکرد دستگاه را مشاهده کنید:

چنین روش ساده ای برای کار با دستگاه به شما امکان می دهد در انرژی صرفه جویی کنید و علاوه بر این امکان ایجاد یک واحد مینیاتوری را فراهم می کند.

قطعات زیر را می توان به عنوان یک عنصر تنظیم کننده استفاده کرد:

• تریستور؛
• ترانزیستورها

واحدهای یکپارچه دستگاه عبارتند از:

• دریچه گاز
• باتری؛
• خازن.

ویژگی های طراحی تثبیت کننده به نحوه عملکرد آن مربوط می شود. دو نوع دستگاه وجود دارد:

1. با ماشه اشمیت.

بیایید به تفاوت بین این دو نوع تثبیت کننده ولتاژ پالس نگاه کنیم.

مدل های PWM

مدل PWM

دستگاه هایی از این نوع دارای تفاوت هایی در طراحی هستند. آنها همچنین از دو عنصر اصلی تشکیل شده اند:

1. ژنراتور؛
2. تعدیل کننده؛
3. تقویت کننده.

عملکرد آنها مستقیماً به ولتاژ ورودی و همچنین چرخه وظیفه پالس ها بستگی دارد.

هنگامی که کلید باز می شود، انرژی به بار منتقل می شود و تقویت کننده روشن می شود. مقادیر ولتاژ را مقایسه می کند و با تعیین تفاوت بین آنها، بهره را به مدولاتور منتقل می کند.

پالس های نهایی باید دارای انحراف چرخه وظیفه متناسب با پارامترهای خروجی باشند. پس از همه، موقعیت کلید به آنها بستگی دارد. در مقادیر چرخه کاری خاص، باز یا بسته می شود. از آنجایی که تکانه ها نقش اصلی را در عملکرد دستگاه ایفا می کنند، نام آن را به آن دادند.

دستگاه هایی با ماشه اشمیت

این نوع تثبیت کننده ولتاژ پالس با حداقل مجموعه ای از عناصر مشخص می شود. نقش اصلی در آن به ماشه داده می شود که شامل یک مقایسه کننده است. وظیفه این عنصر مقایسه مقدار ولتاژ خروجی با حداکثر مجاز است.

بیایید ویدیویی از اصل عملکرد دستگاه با ماشه اشمیت تماشا کنیم:

عملکرد دستگاه به شرح زیر است. هنگامی که از حداکثر ولتاژ فراتر رفت، ماشه به موقعیت صفر تغییر می کند و کلید را باز می کند. در همان زمان، دریچه گاز تخلیه می شود. اما به محض اینکه ولتاژ به حداقل مقدار رسید، از 0 به 1 تغییر می کند. این منجر به بسته شدن کلید و جریان جریان به داخل یکپارچه می شود.

اگرچه چنین دستگاه هایی طراحی نسبتاً ساده ای دارند، اما فقط در مناطق خاصی قابل استفاده هستند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که تثبیت کننده های ولتاژ پالس می توانند کاهنده یا افزایش دهنده باشند.

طبقه بندی دستگاه ها

تقسیم بندی دستگاه ها به انواع با توجه به معیارهای مختلفی انجام می شود. بنابراین، بر اساس نسبت ولتاژ در ورودی و خروجی، انواع دستگاه های زیر متمایز می شوند:

• معکوس کردن؛
• تغییر تصادفی ولتاژ

قطعات زیر را می توان به عنوان کلید استفاده کرد:

• ترانزیستور؛
• تریستورها

علاوه بر این، تفاوت هایی در عملکرد تثبیت کننده های ولتاژ DC پالسی وجود دارد. بر این اساس، آنها به مدل هایی طبقه بندی می شوند که در موارد زیر عمل می کنند:

1. بر اساس مدولاسیون عرض پالس؛
2. دو حالته.

مزایا و معایب تثبیت کننده ها

تثبیت کننده مدولار

مانند هر دستگاه دیگری، تثبیت کننده مدولار ایده آل نیست. مزایا و معایب خود را دارد که باید از آنها آگاه باشید. از مزایای دستگاه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• رسیدن به تثبیت آسان؛
• بازدهی بالا؛
• یکسان سازی ولتاژ در یک محدوده وسیع؛
• پارامترهای خروجی پایدار؛
• ابعاد فشرده؛
• شروع نرم.

از معایب دستگاه، اول از همه، طراحی پیچیده آن است. وجود تعداد زیادی از عناصر خاص در آن امکان دستیابی به قابلیت اطمینان بالا را نمی دهد. علاوه بر این، نقطه ضعف تثبیت کننده ولتاژ DC پالسی عبارت است از:

• ایجاد تعداد زیادی تداخل فرکانسی؛
• مشکل در انجام کار تعمیر؛
• نیاز به استفاده از دستگاه هایی که ضریب توان را جبران می کنند.

محدوده فرکانس مجاز

عملکرد این دستگاه در فرکانس تبدیل به اندازه کافی بالا امکان پذیر است که تفاوت اصلی آن با دستگاه های دارای ترانسفورماتور شبکه است. افزایش این پارامتر به ما اجازه داد تا به حداقل ابعاد دست پیدا کنیم.

برای اکثر مدل ها، محدوده فرکانس می تواند از 20 تا 80 کیلوهرتز باشد. با این حال، هنگام انتخاب هر دو دستگاه کلید و PWM، باید هارمونیک های بالاتر جریان ها را در نظر بگیرید. در این مورد، مقدار بالای پارامتر دارای محدودیت های خاصی است که الزامات تجهیزات فرکانس رادیویی را برآورده می کند.

کاربرد دستگاه ها در شبکه های AC

دستگاه های این کلاس قادر به تبدیل جریان مستقیم در ورودی به همان در خروجی هستند. اگر قصد دارید از آنها در یک شبکه جریان متناوب استفاده کنید، باید یک یکسو کننده و یک فیلتر صاف کننده نصب کنید.

البته باید بدانید که با افزایش ولتاژ ورودی دستگاه، جریان خروجی کاهش می یابد و بالعکس.

با استفاده از یکسو کننده پل ممکن است. اما در این حالت منبعی از هارمونیک های فرد خواهد بود و استفاده از خازن برای دستیابی به ضریب توان مورد نیاز خواهد بود.

بررسی تولید کنندگان

هنگام انتخاب یک تثبیت کننده، نه تنها به ویژگی های فنی آن، بلکه به ویژگی های طراحی آن نیز توجه کنید. برند سازنده نیز مهم است. بعید است دستگاهی که توسط شرکتی ناشناخته برای طیف وسیعی از خریداران ساخته شده است، از کیفیت بالایی برخوردار باشد.

محصولات اسمارت ماژول

بنابراین، اکثر مصرف کنندگان ترجیح می دهند مدل های متعلق به مارک های محبوب را انتخاب کنند، مانند:

• سرگرمی؛
• اسمارت ماژول.

محصولات این شرکت ها از کیفیت بالا، قابلیت اطمینان و برای طول عمر بالا طراحی شده اند.

نتیجه

استفاده از لوازم خانگی و سایر لوازم برقی به شرطی ضروری برای یک زندگی راحت تبدیل شده است. اما برای اطمینان از اینکه دستگاه های شما در هنگام شبکه های برق ناپایدار خراب نمی شوند، باید از قبل در مورد خرید یک تثبیت کننده فکر کنید. اینکه کدام مدل را انتخاب کنید به پارامترهای تجهیزات مورد استفاده بستگی دارد. اگر قصد دارید تلویزیون‌های LCD مدرن، مانیتورها و دستگاه‌های مشابه را متصل کنید، گزینه ایده‌آل یک تثبیت‌کننده سوئیچینگ است.

در تثبیت کننده های دارای PWM از یک ژنراتور به عنوان عنصر پالس استفاده می شود که زمان پالس یا مکث آن بسته به سیگنال ثابتی که از خروجی مدار مقایسه به ورودی عنصر پالس می رسد متفاوت است.

اصل عملکرد یک تثبیت کننده PWMبه شرح زیر است. ولتاژ DC از یکسو کننده یا باتری به ترانزیستور تنظیم کننده و سپس از طریق فیلتر به خروجی تثبیت کننده می رسد. ولتاژ خروجی تثبیت کننده با ولتاژ مرجع مقایسه می شود و سپس سیگنال اختلاف به ورودی دستگاهی اعمال می شود که سیگنال جریان مستقیم را به پالس هایی با مدت زمان معین تبدیل می کند، که دومی متناسب با سیگنال اختلاف بین سیگنال تغییر می کند. مرجع و ولتاژ اندازه گیری شده از دستگاهی که جریان مستقیم را به پالس تبدیل می کند، سیگنال به یک ترانزیستور کنترل ارسال می شود. دومی به صورت دوره ای سوئیچ می شود و مقدار متوسط ​​ولتاژ در خروجی فیلتر به نسبت بین زمانی که ترانزیستور در حالت باز و بسته است (در عرض پالس - از این رو نام این نوع مدولاسیون) و تکرار پالس PWM بستگی دارد. نرخ ثابت است هنگامی که ولتاژ در خروجی تثبیت کننده تغییر می کند، سیگنال جریان مستقیم و در نتیجه عرض (مدت) پالس (در یک دوره ثابت) تغییر می کند. در نتیجه، مقدار متوسط ​​ولتاژ خروجی به مقدار اولیه خود باز می گردد.

در تثبیت کننده های PFMهنگامی که سیگنال در خروجی عنصر پالس تغییر می کند، مدت زمان مکث تغییر می کند، اما مدت زمان پالس بدون تغییر باقی می ماند. علاوه بر این، بر خلاف تثبیت کننده با PWM، فرکانس سوئیچینگ ترانزیستور کنترل به تغییرات در جریان بار و ولتاژ خروجی بستگی دارد و بنابراین یک مقدار متغیر و غیر ثابت است - از این رو نام این نوع مدولاسیون است. اصل عملکرد چنین تثبیت کننده هایی مشابه اصل عملکرد تثبیت کننده های PWM است. تغییر در ولتاژ خروجی تثبیت کننده باعث تغییر در مکث می شود که منجر به تغییر فرکانس پالس می شود و مقدار متوسط ​​ولتاژ خروجی بدون تغییر باقی می ماند.

اصل عملکرد رله یا دو حالتهتثبیت کننده ها تا حدودی با اصل عملکرد تثبیت کننده ها با PWM متفاوت هستند. در تثبیت کننده های رله، یک ماشه به عنوان عنصر پالس استفاده می شود که به نوبه خود ترانزیستور تنظیم کننده را کنترل می کند. هنگامی که یک ولتاژ ثابت به ورودی تثبیت کننده اعمال می شود، در اولین لحظه ترانزیستور تنظیم کننده باز است و ولتاژ در خروجی تثبیت کننده افزایش می یابد و سیگنال در خروجی مدار مقایسه افزایش می یابد. در مقدار معینی از ولتاژ خروجی، سیگنال در خروجی مدار مقایسه به مقداری می رسد که در آن ماشه فعال می شود و ترانزیستور کنترل را می بندد. ولتاژ در خروجی تثبیت کننده شروع به کاهش می کند که باعث کاهش سیگنال در خروجی مدار مقایسه می شود. در یک مقدار سیگنال مشخص در خروجی مدار مقایسه، ماشه دوباره شلیک می شود، ترانزیستور کنترل را باز می کند و ولتاژ در خروجی تثبیت کننده شروع به افزایش می کند. افزایش می یابد تا زمانی که ماشه ترانزیستور کنترل را دوباره ببندد و در نتیجه روند تکرار می شود.

تغییر در ولتاژ ورودی یا جریان بار تثبیت کننده منجر به تغییر در زمان باز بودن ترانزیستور کنترل و تغییر در فرکانس سوئیچینگ آن می شود و مقدار متوسط ​​ولتاژ خروجی حفظ می شود (با مقدار مشخصی). درجه دقت) بدون تغییر. بنابراین، همانطور که در تثبیت کننده های PFM، در تثبیت کننده های رله فرکانس سوئیچینگ ترانزیستور کنترل ثابت نیست.

مزایا و معایب تثبیت کننده های توصیف شده.

1. در اصل، موج ولتاژ خروجی در تثبیت کننده های PWM و PWM ممکن است به طور کامل وجود نداشته باشد، زیرا عنصر پالس توسط جزء ثابت سیگنال مدار کنترل کنترل می شود. در تثبیت کننده های رله، ضربان های ولتاژ خروجی باید اساساً اتفاق بیفتد، زیرا سوئیچینگ دوره ای ماشه تنها زمانی امکان پذیر است که ولتاژ خروجی به طور دوره ای تغییر کند.

یکی از معایب اصلی تثبیت کننده های PWM و PWM در مقایسه با رله ها، سرعت عملکرد پایین آنهاست.

هنگام کار با بسیاری از فن‌آوری‌های مختلف، این سوال اغلب مطرح می‌شود: چگونه توان موجود را مدیریت کنیم؟ در صورت نیاز به پایین آوردن یا بالا بردن آن چه باید کرد؟ پاسخ به این سوالات یک تنظیم کننده PWM است. او چیست؟ کجا استفاده می شود؟ و چگونه می توان چنین دستگاهی را خودتان مونتاژ کرد؟

مدولاسیون عرض پالس چیست؟

بدون روشن شدن معنای این اصطلاح، ادامه دادن معنایی ندارد. بنابراین، مدولاسیون عرض پالس، فرآیند کنترل توانی است که به بار عرضه می شود، که با تغییر چرخه وظیفه پالس ها انجام می شود که در یک فرکانس ثابت انجام می شود. چندین نوع مدولاسیون عرض پالس وجود دارد:

1. آنالوگ.

2. دیجیتال.

3. باینری (دو سطحی).

4. ترینیتی (سه سطحی).

رگولاتور PWM چیست؟

اکنون که می دانیم مدولاسیون عرض پالس چیست، می توانیم در مورد موضوع اصلی مقاله صحبت کنیم. رگولاتور PWM برای تنظیم ولتاژ تغذیه و جلوگیری از بارهای اینرسی قدرتمند در خودروها و موتورسیکلت ها استفاده می شود. این ممکن است پیچیده به نظر برسد و بهتر است با یک مثال توضیح داده شود. فرض کنید باید کاری کنید که لامپ‌های روشنایی داخلی نه بلافاصله، بلکه به تدریج روشنایی خود را تغییر دهند. همین امر در مورد چراغ های جانبی، چراغ های جلو اتومبیل یا فن ها نیز صدق می کند. این خواسته با نصب یک تنظیم کننده ولتاژ ترانزیستور (پارامتری یا جبرانی) قابل تحقق است. اما با جریان زیاد، توان بسیار بالایی تولید می کند و نیاز به نصب رادیاتورهای بزرگ اضافی یا افزودنی به شکل یک سیستم خنک کننده اجباری با استفاده از یک فن کوچک خارج شده از دستگاه رایانه دارد. همانطور که می بینید، این مسیر پیامدهای زیادی را به دنبال دارد که باید بر آنها غلبه کرد.

نجات واقعی از این وضعیت، رگولاتور PWM بود که بر روی ترانزیستورهای قدرتمند اثر میدانی کار می کند. آنها می توانند جریان های بالا (تا 160 آمپر) را تنها با ولتاژ گیت 12-15 ولت سوئیچ کنند. لازم به ذکر است که مقاومت ترانزیستور باز بسیار کم است و به همین دلیل می توان سطح اتلاف توان را به میزان قابل توجهی کاهش داد. برای ایجاد رگولاتور PWM خود، به یک مدار کنترل نیاز دارید که بتواند اختلاف ولتاژ بین منبع و گیت را در محدوده 12-15 ولت ایجاد کند. اگر این امر محقق نشود، مقاومت کانال بسیار افزایش می یابد و اتلاف توان به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. و این به نوبه خود می تواند باعث گرم شدن بیش از حد ترانزیستور و از کار افتادن آن شود.

طیف وسیعی از ریز مدارها برای تنظیم کننده های PWM تولید می شود که می توانند افزایش ولتاژ ورودی را تا سطح 25-30 ولت تحمل کنند، علی رغم این واقعیت که منبع تغذیه تنها 7-14 ولت خواهد بود. این اجازه می دهد تا ترانزیستور خروجی در مدار همراه با تخلیه مشترک روشن شود. این به نوبه خود برای اتصال یک بار با یک منفی مشترک ضروری است. به عنوان مثال می توان به نمونه های زیر اشاره کرد: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. بیشتر بارها بیش از 10 آمپر جریان نمی کشند، بنابراین نمی توانند باعث کاهش ولتاژ شوند. و در نتیجه می توانید از مدارهای ساده بدون تغییر در قالب یک واحد اضافی استفاده کنید که ولتاژ را افزایش می دهد. و دقیقاً این نمونه های تنظیم کننده PWM است که در مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت. آنها را می توان بر اساس یک مولتی ویبراتور نامتقارن یا آماده به کار ساخت. ارزش صحبت در مورد کنترل کننده سرعت موتور PWM را دارد. بیشتر در این مورد بعدا.

طرح شماره 1

این مدار کنترل کننده PWM با استفاده از اینورترهای تراشه CMOS مونتاژ شده است. این یک مولد پالس مستطیلی است که بر روی 2 عنصر منطقی کار می کند. به لطف دیودها، ثابت زمانی تخلیه و شارژ خازن تنظیم فرکانس در اینجا به طور جداگانه تغییر می کند. این به شما امکان می دهد چرخه وظیفه پالس های خروجی و در نتیجه مقدار ولتاژ موثر موجود در بار را تغییر دهید. در این مدار امکان استفاده از هر عنصر CMOS معکوس و همچنین NOR و AND وجود دارد که به عنوان مثال می توان به K176PU2، K561LN1، K561LA7، K561LE5 اشاره کرد. می توانید از انواع دیگر استفاده کنید، اما قبل از آن باید به دقت در مورد نحوه گروه بندی صحیح ورودی های آنها فکر کنید تا بتوانند عملکرد اختصاص داده شده را انجام دهند. مزایای طرح دسترسی و سادگی عناصر است. معایب آن دشواری (تقریباً غیرممکن) اصلاح و نقص در تغییر محدوده ولتاژ خروجی است.

طرح شماره 2

ویژگی های بهتری نسبت به نمونه اول دارد، اما پیاده سازی آن دشوارتر است. می تواند ولتاژ بار موثر را در محدوده 0-12 ولت تنظیم کند که از مقدار اولیه 8-12 ولت به آن تغییر می کند. حداکثر جریان به نوع ترانزیستور اثر میدانی بستگی دارد و می تواند به مقادیر قابل توجهی برسد. با توجه به اینکه ولتاژ خروجی متناسب با ورودی کنترل است، می توان از این مدار به عنوان بخشی از یک سیستم کنترل (برای حفظ سطح دما) استفاده کرد.

دلایل گسترش

چه چیزی علاقه مندان به خودرو را به یک کنترلر PWM جذب می کند؟ لازم به ذکر است که تمایل به افزایش کارایی هنگام ساخت وسایل ثانویه برای تجهیزات الکترونیکی وجود دارد. به لطف این خاصیت، این فناوری را می توان در ساخت مانیتور کامپیوتر، نمایشگر در گوشی، لپ تاپ، تبلت و تجهیزات مشابه و نه فقط در خودروها یافت. همچنین لازم به ذکر است که این فناوری هنگام استفاده به طور قابل توجهی ارزان است. همچنین، اگر تصمیم دارید که خرید نکنید، بلکه خودتان یک کنترلر PWM را مونتاژ کنید، می توانید هنگام بهبود ماشین خود در هزینه خود صرفه جویی کنید.

نتیجه

خوب، اکنون می دانید که تنظیم کننده برق PWM چیست، چگونه کار می کند، و حتی می توانید دستگاه های مشابه را خودتان مونتاژ کنید. بنابراین، اگر می خواهید توانایی های ماشین خود را آزمایش کنید، فقط یک چیز در مورد این وجود دارد - این کار را انجام دهید. علاوه بر این، شما نه تنها می توانید از نمودارهای ارائه شده در اینجا استفاده کنید، بلکه در صورت داشتن دانش و تجربه مناسب، آنها را به میزان قابل توجهی تغییر دهید. اما حتی اگر بار اول همه چیز درست نشود، می توانید یک چیز بسیار ارزشمند - تجربه به دست آورید. چه کسی می‌داند که کجا ممکن است مفید واقع شود و حضور آن چقدر مهم خواهد بود.

این مدار یک رگولاتور کاهنده با قابلیت تنظیم و محافظت یا محدود کردن جریان است. از ویژگی های خاص دستگاه استفاده از ترانزیستور دوقطبی القایی استاتیک (BSIT) و ریز مدار TL494 با دو تقویت کننده عملیاتی در قسمت قدرت می باشد. در مدار بازخورد منفی رگولاتور از Op-amp ها استفاده می شود که عملکرد بهینه را تضمین می کند.

پارامترهای عملیاتی رگولاتور:

• ولتاژ نامی منبع تغذیه - 40…45V;
• محدوده ولتاژ خروجی قابل تنظیم - 1…30V;
• فرکانس کنترل کننده PWM - 40 کیلوهرتز؛
• مقاومت مدار خروجی رگولاتور - 0.01 اهم؛
• حداکثر جریان خروجی بلند مدت 8A است.

مدار تثبیت کننده در شکل 1 نشان داده شده است. یک فیلتر صاف کننده ساخته شده از خازن های C16-18، اندوکتانس ذخیره سازی L1، دیود-دشارژر VD6، سوئیچ VT1 مدار قدرت دستگاه را تشکیل می دهند. ساختار مدار قدرت کلاسیک است، تفاوت در عناصر اضافی C5، VDD1، R7، VT2 است که برای اطمینان از عملکرد ایمن کلید برق (VT1) طراحی شده است. ترانسفورماتور T2 به شما امکان می دهد سرعت افزایش جریان را هنگام باز کردن دستگاه کاهش دهید. سوئیچ VT1. انرژی انباشته شده هنگام بسته شدن کلید از طریق سمت راست مجموعه دیود VD1 به ورودی مدار می رود. ظرفیت C5 برای کاهش سرعت افزایش ولتاژ در کل سوییچ طراحی شده است. نصب عناصر مدار OBR حالت کار ترانزیستور کلید را بهینه می کند و تلفات حرارتی و بارهای شوک را کاهش می دهد. حفاظت از کلید VT1 در برابر اثرات جریان معکوس از طریق مدار C5T2 توسط دیود VD1 واقع در سمت چپ ارائه می شود.

تصویر 1

سیگنال کنترل به گیت سوئیچ از طریق ترانسفورماتور جداسازی T1 که سیم پیچ اولیه آن به مدار کلکتور ترانزیستور T2 متصل است، تامین می شود. عناصر R1، VD2، VD3 برای محدود کردن نوسانات در ولتاژ معکوس دروازه سوئیچ طراحی شده اند. امیتر VT2 از طریق یک مقاومت محدود کننده R8 به پایه های 8 و 10 ریز مدار DA1 (کلکتورهای ترانزیستورهای خروجی) متصل می شود. مقاومت محدود کننده به شما امکان می دهد مقدار بهینه جریان دروازه سوئیچ VT1 را انتخاب کنید.

عملکرد مدار بر روی تراشه TL494 طراحی شده ویژه کنترل می شود. اصل اتصال کلاسیک است، پایه های 7 و 13 متصل هستند، حالت تک سر. برای اینکه بتوان با حداقل ولتاژ کار کرد، ولتاژ مرجع تقریباً 0.9 ولت در پایه 2 توسط یک تقسیم کننده تنظیم می شود. ولتاژ در پایه چهارم حداکثر چرخه وظیفه پالس های تولید شده را تعیین می کند. پاسخ دامنه فرکانس مدار توسط زنجیره های اصلی C12R14، C11R13 توسط زمان تصحیح می شود. فرکانس تولید توسط زنجیره C14R21 تنظیم می شود. بازخورد ولتاژ منفی توسط عناصر VD8، R20، R25، R24 ایجاد می شود. ولتاژ در خروجی تثبیت کننده با مقاومت متغیر R24 تنظیم می شود. کنترل جریان توسط افت ولتاژ در مقاومت های R5، R4 که به صورت موازی نصب شده اند انجام می شود. سیگنال از آنها به تقویت کننده عملیاتی دوم تراشه کنترل می رود (مخاطبین 16،15). حداکثر محدودیت جریان در خروجی دستگاه با مقاومت R19 تنظیم می شود.

آپمپ تراشه DA2 برای محافظت از دستگاه در زمانی که جریان خروجی بیش از حداکثر مجاز است طراحی شده است. ورودی های op-amp DA1 و op-amp DA2 با استفاده از مقاومت های R5، R4 به یک سنسور جریان متصل می شوند. با افزایش افت ولتاژ سنسور، یک ولتاژ بالا در خروجی مقایسه کننده ظاهر می شود. از طریق تماس بسته SA1، یک زنجیره بازخورد مثبت تشکیل می‌شود؛ ولتاژ بالا DA2 را در این حالت نگه می‌دارد و عملکرد DA1 را از طریق ورودی 16 مسدود می‌کند.

سوئیچ SA1 در حالت باز عملکرد دستگاه را با حداکثر محدودیت جریان تضمین می کند. LED HL1 هنگام قطع بار یا زمانی که جریان محدود است روشن می شود.

منبع تغذیه قسمت کنترل مدار توسط یک زنجیره تثبیت کننده از عناصر C6-10، C4، C3، R3، R2، VD5، VD4، VT2 تامین می شود.

این دستگاه بر روی یک تخته فایبرگلاس با فویل در یک طرف مونتاژ می شود. قطعات از راه دور:

• سوئیچ SA1;
• LED HL1;
• تنظیم کننده ولتاژ

تمام مسیرهای در نظر گرفته شده برای قسمت برق مدار باید علاوه بر این با سیم مسی با سطح مقطع حداقل 1 میلی متر مربع تقویت شوند. قطعات را می توان در روسیه یا مشابه خارجی آنها استفاده کرد. منطقه سینک حرارتی برای ترانزیستور کلید و مجموعه دیود VD1 حداقل 370 سانتی متر مربع، برای VD6 - حداقل 130 سانتی متر مربع است.