Переключення Основи Регулятор

Опції як підвищення напруги або Spannungsinvertierung не домінує аналоговий контролер. Тут, імпульсний регулятор, щоб крок вгору або інвертора, рішення дар.

Але там, де немає світла й тіні. Переключення регулятори не тільки дорогі в будівництві, щоб бути більш важким дизайну. Особливо проблематичним тут цикл ШІМ, який буде готовий з великою кількістю дивні ефекти. Багато контури управління розроблені так повільно, так що вихідна напруга може сильно варіюватися при зміні навантаження. Аналоговий регулятор вихідного напруги є набагато більш стабільним, і аналогових контурів управління набагато легше контролювати.

Аналоговий регулятор напруги можна легко стабілізувати вихідну напругу в широкому діапазоні напруг. Імпульсні стабілізатори є проблеми, тому що вони не працюють на дуже великих або малих шим циклів оптимально. Тому вони повинні бути оптимізовані для фіксованим вихідним напругою.

Копія перемикання регуляторів складна. Добре функціонуюча імпульсний регулятор, за допомогою іншого типу ELKO (хоча він має ту ж потужність) показують дуже різні контроль поведінки. Нарешті, любителі навряд чи низьким ESR електролітичних конденсаторів або котушок хорошою пам'яттю.

Charge Pump

	У підкачки заряду є напруга постійного струму (який може бути 0 В) збільшується з допомогою насоса змінного струму. У прикладі, насос напруга прямокутної хвилі з мінімальним рівнем 0 В і максимальним рівнем 5 В (TTL ідеалізованої вібрації). Вхідна напруга «U» складає 5 В.
	Час виключення У нижній частині прямокутних імпульсів знаходиться на верхньому кінці C1 тільки від 0 В до 4,3 В. Однак, у нижній частині (D1 0,7 В падіння напруги на діод, конденсатор С1, то стягується до 4,3 В;-л. В ньому зараз заряд Q = С = С * U * збережені 4,3 В (C = ємність конденсатора). На конденсатор С2, і таким чином на виході, знаходиться на рівні 3,6 В (4,3 В мінус 0,7 В падіння напруги на діоді D2).
	Час включення Включає меандр зараз знаходиться на 5 В, який також намагається знизити свою сторону конденсатора рівень напруги при 5 В, зросте. Діод D2 веде, однак, якщо напруга перевищує точку між D1 і D2, значення 4,3 В і заряд С1 потім протікає через D2, C2. Це дає привід для подальшого на C2 і напруга на виході збільшується. Максимальне збільшення напруги на С2 4,3 В (5 В, амплітуда коливань мінус 0,7 В падіння напруги на діоді Д2) і, отже, максимальна вихідна напруга 3,6 В + 4,3 В = 7,9 В.
	Це дозволяє використовувати декілька насосів заряду в серії. Кожен додатковий рівень збільшення вхідної напруги від подальшого 2,9 В. Такі каскади можуть також генерувати високі напруги, то не варто використовувати більше 5В до амплітуди ставлення падіння напруги діод для поліпшення насосної прибутку. З амплітуда коливань 100V, ви можете майже забути діод втрати. Коефіцієнт посилення по напрузі на щабель потім досягає 97,9 В.

Повна енергія, яка доступна на вихід, проходить через С1. Тому повинна бути велика ємність може бути використана яка має низьку індуктивність, інакше вона легко може перегрітися. Якщо ємність конденсаторів зберігаються мала, можна також збільшити частоту накачування. Це також ставить більш високі вимоги по частоті можливості конденсаторів. Siebelko, розрахований на 50 Гц, може мати стільки на частоті 10 кГц внутрішні втрати, що він перегрівся. Виробники пропонують спеціальні Elkotypen для високої частоти перемикання. Мають більш низьку внутрішню індуктивність, як правило, декілька більше і дорожче, ніж стандартні типи.

З зарядом насоси можуть також генерувати негативні напруги. Це тільки для підключення внесок у землі і _{під землею в} зворотну полярність діодів (і конденсаторів якщо використовується).

Понижуючі перетворювачі (Buck Power Stage)

	Понижуючі трансформатори використовуються для перетворення напруги постійного струму більше в менший, наприклад, 12-вольтів автомобільних радіоприймачів в 24-вольт електрична система для управління вантажівкою. Це вірно, навіть з не пов'язаний ряд контролерів, які генерують багато тепла тут, але це має бути розсіяно громіздким. Радіатори є великими і дорогими, і так стоїть з певної втрати перехід до комутованих понижуючий регулятор.
	Час включення Коли перемикач замкнутий струм тече через L і вихідний навантаження, який починає заряджати котушку. Сила струму, постійно зростає. Конденсатор компенсує зростання котушці струму навантаження струм, рівний (скринінг). Перемикач може бути включений тільки протягом короткого часу, у противному випадку вихідна напруга підвищується до рівня вхідної напруги. Сила напруги, прикладеної до котушки і викликає струм залежить від різниці між вхідним і вихідним напругою.
	Час виключення Коли ключ розмикається, L розряджається через діод і вихідний навантаження. Тут заряд L також закачується у вихідний. Сила струму буде зменшуватися, постійно L повинні скидатися у вільний час не є повним.

Енергії _Е, який завантажується в котушку під час від часу таким чином безпосередньо залежить від обов'язку T циклу _{на комутаторі} і напруга на котушці. Це зарядна напруга являє собою різницю між U і _{U з.}

_З енергії _Е, який висить на котушці під час виключення (Т _с) потім видаляється з поза комутатора і напруга на котушці. Цей розряд U _Out. Для розривних поточної індуктор цей час паузи коротші, ніж від перемикача!

Звичайно, обидві енергії мають бути рівні. Так як струм через котушку (= струм навантаження) є відносно постійною (з невеликим бачив), то:

• _(U - U _вихід) * _з * U = Т _на Т _від

Чи означає це рівняння в залежності від вихідної напруги, то отримаємо таку формулу:

• U _вих = _U * T _вкл / (Т _о + Т _{у вимкненому стані)}

Ця формула застосовна тільки до не-переривчасте протікання струму через котушку. У розривних поточні результати потоку в квадратичної залежності вихідної напруги або вихідного струму за часом.

Насправді, зменшити падіння напруги на комутаторі і діод, вихідна напруга. Збережених на збільшення струму навантаження повинна бути більше і більше заряд в котушці, котушки може бути обмежуючим ефектом насичення.

Інвертор (Buck-Boost Power Stage)

	Інвертори використовуються для перетворення негативного в позитивний напругу постійного струму. Вона також може змінити і те ж значення напруги, створюючи тим самим більші чи менші напруги.
	Час включення Коли перемикач замкнутий, котушка не стягується. Тока через котушку і, отже, кількість заряду, що зберігаються в ньому збільшується з довжиною ON-часу. Діод запобігає струм від джерела напруги до навантаження.
	Час виключення Після відкриття вимикача, котушки струм довго вертикально, поки вона не розрядиться. Він приймає струм від постійного Наведеної напруги звинувачення вихідний конденсатор через діод.

Кількість заряду _Q, який завантажується в котушку під час включення безпосередньо залежить від обов'язку T циклу _{на комутаторі} і напруга на котушці. Це зарядна напруга U _дюйма (Приклад: 12)

Кількість заряду Q _із, яка висить від котушки під час виключення (Т _{с) відокремлюється} від вимикання перемикача і напруга на котушці. Цей розряд U _Out. Для розривних поточної індуктор цей час паузи коротші, ніж від перемикача!

Звичайно, обидва повинні бути рівна кількість заряду:

• _U * T * U _на T = _від

• U _вих = _U * T _вкл / _викл

Ця формула застосовна тільки до не-переривчасте протікання струму через котушку. У розривних поточні результати потоку в квадратичної залежності вихідної напруги або вихідного струму за часом.

Насправді, зменшити падіння напруги на комутаторі і діод, вихідна напруга. Збережених на збільшення струму навантаження повинна бути більше і більше заряд в котушці, котушки може бути обмежуючим ефектом насичення.

Підвищуючий перетворювач (Boost Power Stage)

	Підвищувальні трансформатори використовуються для перетворення постійного струму в меншому більше, наприклад, для моделювання рішень батареї з 12-вольта автомобільний акумулятор для зарядки.
	Час включення Коли перемикач замкнутий, котушка не стягується. Тока через котушку і, отже, кількість заряду, що зберігаються в ньому збільшується з довжиною ON-часу.
	Час виключення Після відкриття вимикача, котушки струм довго вертикально, поки вона не розрядиться. Він приймає струм від постійного Наведеної напруги від котушки з'єднаний із вхідним напругою в серії. Сума вхідного напруги і наведеної напруги звинувачення вихідний конденсатор через діод.

Розрахувати вихідну напругу

Кількість заряду _Q, який завантажується в котушку під час включення безпосередньо залежить від обов'язку T циклу _{на комутаторі} і напруга на котушці. Це зарядна напруга U _дюйма

Кількість заряду Q _із, який видаляється з котушки під час відключення, залежить від вимикання перемикача і напруга на котушці. Цей розряд знаходиться _поза U - _U. Для розривних поточної індуктор , час виключення (Т _с) коротший, ніж від перемикача!

Звичайно, обидва повинні бути рівна кількість заряду:

• _U * T _о = _(з U - _U) * Т _від

• V _з = V _в * (Т _про + Т _{у вимкненому стані)} / T _від

Будь ласка, переконайтеся, що потоки не GAP-часу в розрахунок. У переривчастий струм, час виключення, таким чином, не просто розраховується період перемикання і ON-час!

Ця формула застосовна тільки до не-переривчасте протікання струму через котушку. У розривних поточні результати потоку в квадратичної залежності вихідної напруги або вихідного струму за часом.

Оцінка розмірів котушки для підвищуючий перетворювач Точні розрахунки розмірів є складними, ось приблизна оцінка може бути недостатньо.

Що відповідає контролер на виході потужність, середня індуктивності постійного струму. Зі збільшенням потужності навіть цей середній струм постійного струму через котушку. Фактична струм через котушку коливається з пілообразной AC навколо цього середнього значення. Під час включення струму зростає, в той час від часу він падає. Сила коливань (AC-Sagezahnamplitude) залежить від котушки індуктивності (і, звичайно, частота перемикання).

• Якщо занадто мало індуктивності, амплітуда настільки велика, що сумарний струм (AC + DC) до закінчення часу виключення значення досягає 0. Поточний luckt потоку і котушки не може передавати необхідну потужність. Цього слід уникати будь-якою ціною (для номінального навантаження). Крім того, піковий струм через котушку набагато вище, ніж середнє значення струму. Як збільшення втрат квадратично зі струмом у котушці, з 'Sagezahnamplitude також збільшує втрати в котушці.
• При занадто великий індуктивності відбувається через більшу довжини проведення внутрішнього опору котушки більше, ніж необхідно. Втрати зростають. Крім того, контролер реагує повільніше на раптові зміни навантаження з котушки, як енергія буфера спочатку розряджений і перезарядки (на новий середній постійний струм).

Вам потрібно для вихідної напруги 20 В, струм навантаження 4 насоса, то котушку цю енергію під час паузи в Ausgangselko, тому що протягом часу включення може забезпечити ні електрики до виходу. Отже, вихідний струм 4А підвищуючий перетворювач, середня котушка-OFF-струму, розраховані на загальний час. Це означає, що котушка струму не вчасно при розрахунку вихідного струму, а в нашому прикладі (робочий цикл D = 50%) від середнього індуктор струму під час виключення (і, звичайно, за часів ВКЛ) повинно бути не 8A.

З передбачається частоті 50 кГц з однаковою довжиною на і поза часом (кожні 10 мікросекунд), вони можуть скористатися цією владою тільки під час включення, тому що вони не будуть платити під час виключення.

Середній струм у включеному часу має бути 8 ампер. Ви можете розібрати котушку струм в думці на два потоки. Вона складається з постійного струму, що відповідає мінімальному струму через котушку на початку ON-часу і поточної пілообразной, який додається до постійного струму.

Тепер це пілообразной підвищується, але під час заряду котушки (ON), починаючи з 0, рівномірно. Тобто ток збільшується від 0A на початку ON-час до максимального значення в кінці. Це максимальне значення (тобто Sagezahnamplitude) не повинна бути дуже великою, тому що в противному випадку збільшення омічних втрат в котушці високий пік струму. У нашому прикладі це 6А. Sagezahndurchschnitt потім до 3А, і кількість постійного струму становить 5 (8А = 3A +5)

Котушка повинна гарантувати збільшення струму при 12 В в 6 в 10 мікросекунд. Це можна оцінити як оптимальне значення індуктивності:

• L = U * T / I
• L = 12 В * 10 мс / 6
• L ~ 20 мкГн

Розрахунок це ще не все, але тільки груба оцінка інструмент для зміни розміру. Тим не менш, він допомагає знайти корисні вихідні значення для схемотехніки.

Оцінка втрат До цих пір всі втрати були приховані, але яке може бути встановлено не менше 10%. Зокрема це:

• Втрати при перемиканні транзисторів
• Втрати в котушці
• Втрати в діоді

Основні втрати MOSFET відбуваються під час переходу від включеного на вимкнений часу, тому що тут струм і напруга одночасно. Якщо це можливо, щоб вимкнути MOSFET 100 нс, що розсіюється потужність на операцію перемикання складає менше 11 * 12 V * 100 = 13,2 нс ІВ. На 50 кГц частота перемикання становить менше ніж 660 мВт, втрати перемикання. (13,2 IW * 50000)

Через котушку струм 5A-11А. Омічний опір котушки становить 20 мОм. Так як потужність і струм пов'язані площі, одним є спрощенням, яка приходить від постійного 10А на всякий випадок. Це приводить до максимальної розсіюваною потужністю від 10 * 10 * 20 мОм W = 2.

Через діод, струм тече в середньому від 4 А. У цьому випадку падіння напруги становить близько 0,7 В. Для розрахунку розсіюваною потужністю 2,8 Вт

Так, що становить менше 7 Вт втрати. У порівнянні з вихідною потужністю 80 Вт (20 В * 4) приблизно на 9%. Звучить добре, але передбачувані значення були досить ідеалу. Транзистори з подвійним внутрішнім опором 1,5 Вт привести до більшої кількості втрат, котушка з 50 мОм досягли навіть додаткові 3 Вт падіння напруги при великих струмах, навіть при 1 У діоди Шоттки і MOSFET потужністю від 100 нс в не так просто. Швидко досягти втратили подвійне значення, якщо не типу та конструкції всіх компонентів є ідеальним вибором.

Сантандер струм в котушці розрив - GAP-часу

Вихідна напруга підвищувального , піти у відставку і інвертор схем є похідним від ставлення ON - час відключення. Вихідний струм (і, отже, навантаження на виході перетворювача) сума середнього струму визначається котушку. При нормальній роботі підвищує регулятор, має досягти струму через котушку ніколи не 0-й

CAP-часу Тим не менш, котушку розряджається до наступного часу включення починається, нічого не відбудеться до тих пір. Струму "luckt", як переривається для цього часу струм. Імпульсний регулятор повинен бути розрахований таким чином, який не перебуває в нормальному режимі поточного luckt потоку. При частковому навантаженні, безперервним потоком, але не буде уникнути. Два блок-схем з лівого боку представляють, відповідно, такий же, як підвищуючий перетворювач. Спочатку з нормальним навантаженням, то при частковому навантаженні. Оскільки ні зміна робочої частоти, ні крутість наростання струму має відбуватися при постійній напрузі вихід (ON / OFF відношення) і зниження навантаження (менше середнього струму) безперервному режимі.

Безперервний потік потік можна уникнути, якщо вище індуктивність. Вище індуктивність призводить до більш повільного зміни струму, і, таким чином, довше на і поза періодів. У той же ON / OFF співвідношення (= ж вихідна напруга) може мати той же вихідній потужності (= вихідний струм), щоб досягти меншого Spitzenstron без CAP. Менше пікового струму зменшує втрати в підвищуючий перетворювач.

Крім того, може також збільшити частоту комутації, яка потім раковину на і поза часом далі, і закриття GAP регулює менше пікового струму.

Хороший регулятор перемикання повинні мати більше 10% від максимальної потужності, що розсіюється вже не переривчастого потоку.