Funkcja zamiany energii elektrycznej w parametr napięcia może być wykonywana przez różne urządzenia, takie jak generatory, ładowarki i urządzenia transformatorowe. W takim czy innym stopniu wszystkie z nich są w stanie zmienić charakterystykę energii, ale nie zawsze ich użycie uzasadnia się pod względem technicznym i ergonomicznym. Wynika to częściowo z faktu, że zadanie transformacji prądu dla większości regulatorów nie jest kluczowe - w każdym razie, jeśli mówimy zarówno o prądzie stałym, jak i przemiennym. To właśnie te ograniczenia zmotywowały producentów sprzętu elektrycznego do opracowania konwertera przełączającego, który wypada korzystnie w porównaniu z jego kompaktowymi rozmiarami i dokładnością stabilizacji napięcia.
Wykrywanie urządzenia
Liczne urządzenia radiotechniczne, środki automatyzacji i komunikacji rzadko obywają się bez jednofazowych i trójfazowych urządzeń zasilających do przetwarzania prądu w zakresie od jednostek do setek woltamperów. Urządzenia impulsowe są używane do węższych zadań. Przetwornik elektryczny typu impulsowego to urządzenie, któreprzekształca napięcie w małych odstępach czasu z czasem trwania rzędu 1-2 mikronów/sek. Impulsy napięciowe mają kształt prostokątny i powtarzają się z częstotliwością 500-20 000 Hz.
Tradycyjne konwertery z regulacją napięcia zwykle sterują wartością rezystancji urządzenia. Może to być tyrystor lub tranzystor, przez który stale płynie prąd. To jego energia powoduje nagrzewanie się sterownika, przez co część mocy jest tracona. Na tym tle przetwornik napięcia impulsowego wygląda atrakcyjniej pod względem właściwości technicznych i operacyjnych, ponieważ jego konstrukcja zapewnia minimum części, co prowadzi do zmniejszenia zakłóceń elektrycznych. Elementem regulacyjnym konwertera jest klucz, który działa w różnych trybach - na przykład w stanie otwartym i zamkniętym. W obu przypadkach podczas pracy uwalniana jest minimalna ilość energii cieplnej, co również zwiększa wydajność sprzętu.
Przypisanie falownika
Wszędzie tam, gdzie wymagana jest zmiana parametrów energii elektrycznej, stosuje się transformatory impulsowe w takiej lub innej konfiguracji operacyjnej. W pierwszym etapie ich szerokiego rozpowszechnienia znalazły zastosowanie głównie w technice impulsowej – m.in. w generatorach triodowych, laserach gazowych, magnetronach i różnicującym sprzęcie radiowym. Co więcej, wraz z poprawą urządzenia zaczęto je stosować w większości typowych przedstawicieli sprzętu elektrycznego. I niekoniecznie byłospecjalistyczny sprzęt. Ponownie, w różnych wersjach, przetwornik impulsów może być obecny w szczególności w komputerach i telewizorach.
Kolejną, ale mniej znaną funkcją transformatorów tego typu jest ochrona. Sama regulacja impulsowa może być uważana za środek ochronny, ale cele regulacji parametrów napięcia są początkowo różne. Niemniej jednak specjalne modyfikacje zapewniają ochronę sprzętu przed zwarciami pod obciążeniem. Dotyczy to zwłaszcza sprzętu pracującego na biegu jałowym. Istnieją również urządzenia impulsowe, które zapobiegają przegrzaniu i nadmiernym wzrostom napięcia.
Projekt urządzenia
Konwerter składa się z kilku uzwojeń (przynajmniej dwóch). Pierwszy i główny jest podłączony do sieci, a drugi jest wysyłany do urządzenia docelowego. Uzwojenia mogą być wykonane ze stopów aluminium lub miedzi, ale w obu przypadkach z reguły stosuje się dodatkową izolację lakierniczą. Przewody są nawinięte na izolacyjnej podstawie, która jest zamocowana na rdzeniu - obwodzie magnetycznym. W przetwornicach niskiej częstotliwości rdzenie są wykonane ze stali transformatorowej lub miękkiego stopu magnetycznego, a w przetwornicach wysokiej częstotliwości na bazie ferrytu.
Sam obwód magnetyczny niskiej częstotliwości składa się z zestawów płytek w kształcie litery W, G lub U. Rdzenie ferrytowe są zwykle wykonywane w jednym kawałku – takie części występują w falownikach spawalniczych i galwanicznych transformatorach separacyjnych. Transformatory wysokiej częstotliwości małej mocy icałkowicie zrezygnować z rdzenia, ponieważ jego funkcję pełni środowisko powietrzne. Do integracji z urządzeniami elektrycznymi konstrukcja obwodu magnetycznego zapewnia rama. Jest to tak zwany zespół przetwornika impulsów, który zamykany jest pokrywą ochronną z oznaczeniami i tabliczkami ostrzegawczymi. Jeżeli w trakcie naprawy konieczne jest włączenie urządzenia ze zdjętą pokrywą, operacja ta jest wykonywana przez RCD lub transformator izolujący.
Jeśli mówimy o przekształtnikach stosowanych we współczesnej radiotechnice i elektrotechnice, to między nimi a klasycznymi przekładnikami napięciowymi będzie znacząca różnica. Najbardziej zauważalne zmniejszenie rozmiaru i wagi. Urządzenia pulsacyjne mogą ważyć kilka gramów i nadal działać tak samo.
Cechy procesów operacyjnych
Jak już wspomniano, klucze służą do regulacji prądu w transformatorach impulsowych, które same mogą stać się źródłem zakłóceń o wysokiej częstotliwości. Jest to typowe dla modeli stabilizujących, które działają w bieżącym trybie przełączania.
W momentach przełączania mogą wystąpić czułe spadki prądu i napięcia, które stwarzają warunki dla zakłóceń przeciwfazowych i współbieżnych na wejściu i wyjściu. Z tego powodu konwerter impulsowy z funkcją stabilizatora przewiduje zastosowanie filtrów eliminujących zakłócenia. Aby zminimalizować niepożądane czynniki elektromagnetyczne, przełącznik jest przełączany w czasie, gdy przełącznik nie przewodzi prądu.(gdy otwarty). Ta metoda radzenia sobie z zakłóceniami jest również stosowana w przetwornikach rezonansowych.
Kolejną cechą procesu pracy rozważanych urządzeń jest ujemna rezystancja różnicowa na wejściu, gdy napięcie jest stabilizowane pod obciążeniem. Oznacza to, że wraz ze wzrostem napięcia wejściowego prąd maleje. Czynnik ten musi być uwzględniony, aby zapewnić stabilność konwertera, który jest podłączony do źródeł o wysokiej rezystancji wewnętrznej.
Porównanie z konwerterem liniowym
W przeciwieństwie do urządzeń liniowych, adaptery impulsowe charakteryzują się większą wydajnością, kompaktowymi rozmiarami i możliwością galwanicznej izolacji obwodów na wejściu i wyjściu. Aby zapewnić dodatkową funkcjonalność z wiązaniem urządzeń innych firm, nie jest wymagane stosowanie złożonych schematów połączeń. Ale są też słabe strony konwertera impulsów w porównaniu z transformatorami liniowymi. Obejmują one następujące wady:
- W warunkach zmiany prądu wejściowego lub napięcia pod obciążeniem, sygnał wyjściowy jest niestabilny.
- Obecność wspomnianego już szumu impulsowego na obwodach wyjściowych i wejściowych.
- Po nagłych zmianach parametrów napięcia i prądu odzyskiwanie systemu po stanach nieustalonych zajmuje więcej czasu.
- Ryzyko samo-oscylacji, które mogą wpłynąć na działanie sprzętu. Co więcej, tego rodzaju wahania są związane nie z niestabilnością sieciową źródła, ale zkonflikty w ramach systemu stabilizacji.
Konwerter DC/DC
Wszystkie odmiany urządzeń impulsowych układu DC/DC charakteryzują się tym, że klawisze są aktywowane podczas przenoszenia impulsów specjalnych w kierunku tranzystora. W przyszłości, ze względu na rosnące napięcie, dochodzi do logicznego zablokowania tranzystorów na tle doładowywania kondensatora. To właśnie ta cecha odróżnia urządzenie przełączające DC-DC od podobnych urządzeń w niezależnych urządzeniach inwerterowych.
Zazwyczaj urządzenia te wykonują monitorowanie napięcia stałego pod obciążeniem w procesie dostarczania prądu stałego do sieci. Ten rodzaj kontroli uzyskuje się poprzez regulację napięcia na kluczu publicznym. Małe wartości prądu umożliwiają ustalenie wysokiego poziomu wydajności, przy którym sprawność może sięgać 95%. Ustawienie szczytowej wydajności systemu jest znaczącym plusem przetworników impulsowo-prądowych, jednak realizacja układu DC-DC nie jest możliwa w każdym projekcie. W urządzeniu sieć styków powinna początkowo pełnić rolę źródła - w szczególności zasada ta jest stosowana w bateriach i bateriach.
Konwerter doładowania
Za pomocą tego transformatora zwiększa się napięcie z 12 do 220 V. Stosowany jest w sytuacjach, gdy nie ma źródła o odpowiednich parametrach mocy, a konieczne jest doprowadzenie zasilania do urządzenia ze standardowego sieć. Innymi słowy,adapter musi być wprowadzony ze źródła o pewnych właściwościach do konsumenta o różnych wymaganiach dotyczących zasilania. Schematyczne konstrukcje impulsowych przetworników napięcia 12-220 V umożliwiają podłączenie urządzeń pracujących z częstotliwością 50 Hz. Ponadto moc sprzętu nie powinna przekraczać maksymalnej mocy znamionowej transformatora. A nawet jeśli parametry napięcia są zgodne, urządzenie odbiorcze musi mieć ochronę przed przeciążeniami sieci. Ta metoda korekcji napięcia ma kilka zalet:
- Możliwość długiej sesji pracy przy maksymalnym obciążeniu bez przerwy.
- Automatyczna regulacja mocy wyjściowej.
- Większa wydajność zapewnia zarówno stabilność trybu pracy urządzenia, jak i wysoką niezawodność działania obwodu elektrycznego.
Konwerter przełączający w dół
Przy korzystaniu ze sprzętu o niskiej częstotliwości lub małej mocy jest całkiem naturalne, że może zaistnieć potrzeba obniżenia wskaźnika napięcia. Na przykład to zadanie jest często spotykane podczas podłączania urządzeń oświetleniowych - na przykład podświetlenia LED. Aby opuścić konwerter zamyka się przycisk przełączania regulacji, po czym gromadzi „dodatkową” energię. Specjalna dioda w obwodzie nie przepuszcza prądu ze źródła zasilania do konsumenta. Jednocześnie w układach indukcyjnych diody prostownicze mogą przepuszczać ujemne impulsy napięciowe. W pracy przetworników impulsowych 24-12 V szczególnie istotna jest funkcja stabilizacji wyjścia. Zarówno liniowy, jak ibezpośrednio stabilizatory impulsów. Bardziej opłaca się stosować urządzenia drugiego typu z modulacją szerokości lub częstotliwości. W pierwszym przypadku skorygowany zostanie czas trwania impulsów sterujących, aw drugim częstotliwość ich występowania. Istnieją również stabilizatory ze sterowaniem mieszanym, w których operator może w razie potrzeby zmienić konfigurację dostosowującą częstotliwość i czas trwania impulsów.
Konwerter szerokości impulsu
W procesie pracy wykorzystywane jest urządzenie, które w wyniku transformacji gromadzi energię. Może być włączony do podstawowej struktury lub podłączony bezpośrednio do napięcia wejściowego bez odniesienia do przekształtnika. Tak czy inaczej, wyjściem będzie wskaźnik średniego napięcia, określony przez wartość napięcia wejściowego i cykl pracy impulsów z klucza przełączającego. Wzmacniacz operacyjny posiada specjalny kalkulator, który ocenia parametry sygnałów wejściowych i wyjściowych, rejestrując różnicę między nimi. Jeżeli napięcie wyjściowe jest mniejsze niż napięcie odniesienia, do regulacji podłączony jest modulator, który zwiększa czas trwania stanu otwartego klucza przełączającego w stosunku do czasu generatora zegara. Wraz ze zmianą napięcia wejściowego konwerter przełączający dostosowuje obwód sterowania kluczem, aby zminimalizować różnicę między napięciem wyjściowym a napięciem odniesienia.
Wniosek
W czystej postaci bez podłączania urządzeń pomocniczychpodobnie jak prostowniki i stabilizatory funkcje przetwornicy są znacznie ograniczone, chociaż sprawność pozostaje na wysokim poziomie. Do urządzeń transformacyjnych, które rzadko obywają się bez dodatkowego wyposażenia, należą regulatory w sieciach prądu przemiennego. Przynajmniej w tym przypadku będziesz musiał zainstalować na wejściu filtr wygładzający i prostownik. I odwrotnie, przetworniki impulsowe prądu stałego zarówno na wejściu, jak i na wyjściu mogą autonomicznie obsługiwać swoją główną funkcję. Ale nawet w takich systemach ważne jest, aby urządzenie mogło wykonywać zadanie stabilizacji napięcia. Nie zapomnij również o możliwej ingerencji w aktywne korzystanie z przełączników przełączających w układzie stabilizatora. W takich nieuziemionych aplikacjach zaleca się podłączenie filtra przeciwzakłóceniowego do bloku konwertera.
