Hochleistungs-DC-Abwärtswandler. Leistungsstarker DC-DC-Wandler. Merkmale des linearen Spannungsreglers

Um eine Spannung einer Ebene in eine Spannung einer anderen Ebene umzuwandeln, wird sie häufig verwendet Impulsspannungswandler Verwendung induktiver Energiespeicher. Solche Wandler zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus, der manchmal 95 % erreicht, und können eine erhöhte, verringerte oder invertierte Ausgangsspannung erzeugen.

Dementsprechend sind drei Arten von Wandlerschaltungen bekannt: Buck (Abb. 1), Boost (Abb. 2) und Invertierung (Abb. 3).

Allen diesen Konvertertypen gemeinsam ist fünf Elemente:

1. Stromversorgung,
2. Schlüsselschaltelement,
3. induktiver Energiespeicher (Induktor, Induktor),
4. Sperrdiode,
5. ein Filterkondensator, der parallel zum Lastwiderstand geschaltet ist.

Durch die Einbeziehung dieser fünf Elemente in verschiedenen Kombinationen können Sie jeden der drei Arten von Impulswandlern implementieren.

Der Ausgangsspannungspegel des Wandlers wird durch Ändern der Breite der Impulse reguliert, die den Betrieb des Tastenschaltelements und dementsprechend die im induktiven Energiespeicher gespeicherte Energie steuern.

Die Stabilisierung der Ausgangsspannung wird durch Verwendung realisiert Rückmeldung: Wenn sich die Ausgangsspannung ändert, ändert sich automatisch die Impulsbreite.

Buck-Schaltwandler

Der Tiefsetzsteller (Abb. 1) enthält eine in Reihe geschaltete Kette aus Schaltelement S1, induktivem Energiespeicher L1, Lastwiderstand RH und parallel dazu geschaltetem Filterkondensator C1. Die Sperrdiode VD1 ist zwischen dem Verbindungspunkt des Schlüssels S1 mit dem Energiespeicher L1 und der gemeinsamen Leitung angeschlossen.

Reis. 1. Funktionsprinzip eines Abwärtsspannungswandlers.

Bei Öffentlicher Schlüssel Ist die Diode geschlossen, wird die Energie aus der Stromquelle in einem induktiven Energiespeicher gespeichert. Nachdem der Schalter S1 geschlossen (geöffnet) ist, wird die vom induktiven Speicher L1 gespeicherte Energie über die Diode VD1 auf den Lastwiderstand RH übertragen. Der Kondensator C1 glättet Spannungswelligkeiten.

Boost-Schaltwandler

Der Aufwärts-Pulsspannungswandler (Abb. 2) ist auf den gleichen Grundelementen aufgebaut, weist jedoch eine andere Kombination auf: eine Reihenschaltung aus induktivem Energiespeicher L1, Diode VD1 und Lastwiderstand RH mit parallel geschaltetem Filterkondensator C1 an die Stromquelle angeschlossen. Das Schaltelement S1 ist zwischen dem Verbindungspunkt des Energiespeichers L1 mit der Diode VD1 und dem gemeinsamen Bus geschaltet.

Reis. 2. Funktionsprinzip eines Boost-Spannungswandlers.

Wenn der Schalter geöffnet ist, fließt Strom von der Stromquelle durch die Induktivität, die Energie speichert. Diode VD1 ist geschlossen, der Lastkreis ist von Stromquelle, Schlüssel und Energiespeicher getrennt.

Die Spannung am Lastwiderstand wird dank der im Filterkondensator gespeicherten Energie aufrechterhalten. Beim Öffnen des Schalters wird die Selbstinduktions-EMF mit der Versorgungsspannung summiert, die gespeicherte Energie wird über die offene Diode VD1 an die Last übertragen. Die so erhaltene Ausgangsspannung übersteigt die Versorgungsspannung.

Invertierender Impulswandler

Ein Pulswechselrichter enthält die gleiche Kombination von Grundelementen, jedoch wiederum in einer anderen Verbindung (Abb. 3): An die Stromquelle ist eine Reihenschaltung aus Schaltelement S1, Diode VD1 und Lastwiderstand RH mit Siebkondensator C1 angeschlossen .

Der induktive Energiespeicher L1 ist zwischen dem Verbindungspunkt des Schaltelements S1 mit der Diode VD1 und dem gemeinsamen Bus geschaltet.

Reis. 3. Impulsspannungsumwandlung mit Invertierung.

Der Wandler funktioniert folgendermaßen: Bei geschlossenem Schlüssel wird Energie in einem induktiven Speicher gespeichert. Die Diode VD1 ist geschlossen und leitet keinen Strom von der Stromquelle zur Last. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, wird die selbstinduktive EMK des Energiespeichergeräts an einen Gleichrichter angelegt, der die Diode VD1, den Lastwiderstand Rн und den Filterkondensator C1 enthält.

Da die Gleichrichterdiode nur negative Spannungsimpulse in die Last leitet, entsteht am Ausgang des Gerätes eine Spannung mit negativem Vorzeichen (invers, entgegengesetztes Vorzeichen zur Versorgungsspannung).

Impulswandler und Stabilisatoren

Um die Ausgangsspannung von Impulsstabilisatoren jeglicher Art zu stabilisieren, können herkömmliche „lineare“ Stabilisatoren verwendet werden, die jedoch einen geringen Wirkungsgrad haben. In dieser Hinsicht ist es viel logischer, Impulsspannungsstabilisatoren zur Stabilisierung der Ausgangsspannung von Impulswandlern zu verwenden. zumal eine solche Stabilisierung überhaupt nicht schwierig ist.

Schaltspannungsstabilisatoren wiederum werden in Stabilisatoren mit unterteilt Pulsweitenmodulation und Stabilisatoren mit Pulsfrequenzmodulation. Im ersten Fall ändert sich die Dauer der Steuerimpulse, während ihre Wiederholungsrate unverändert bleibt. Zweitens ändert sich im Gegenteil die Frequenz der Steuerimpulse, während ihre Dauer unverändert bleibt. Treffen Pulsstabilisatoren und mit gemischter Regulierung.

Im Folgenden betrachten wir Amateurfunkbeispiele für die evolutionäre Entwicklung von Impulswandlern und Spannungsstabilisatoren.

Einheiten und Schaltungen von Impulsumrichtern

Der Hauptoszillator (Abb. 4) von Impulswandlern mit unstabilisierter Ausgangsspannung (Abb. 5, 6) auf der Mikroschaltung KR1006VI1 arbeitet mit einer Frequenz von 65 kHz. Die ausgegebenen Rechteckimpulse des Generators werden über RC-Glieder den parallel geschalteten Transistorschlüsselelementen zugeführt.

Der Induktor L1 besteht aus einem Ferritring mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einer magnetischen Permeabilität von 2000. Seine Induktivität beträgt 0,6 mH. Der Wirkungsgrad des Konverters erreicht 82 %.

Reis. 4. Hauptoszillatorschaltung für Impulsspannungswandler.

Reis. 5. Diagramm des Leistungsteils eines Aufwärtsimpulsspannungswandlers +5/12 V.

Reis. 6. Schaltung eines invertierenden Impulsspannungswandlers +5/-12 V.

Die Ausgangswelligkeitsamplitude überschreitet nicht 42 mV und hängt vom Kapazitätswert der Kondensatoren am Geräteausgang ab. Maximaler Strom Gerätelast (Abb. 5, 6) beträgt 140mA.

Der Wandlergleichrichter (Abb. 5, 6) verwendet eine Parallelschaltung von Niederstrom-Hochfrequenzdioden, die mit Ausgleichswiderständen R1 - R3 in Reihe geschaltet sind.

Diese gesamte Baugruppe kann durch eine moderne Diode ersetzt werden, die für einen Strom von mehr als 200 mA bei einer Frequenz von bis zu 100 kHz und einer Sperrspannung von mindestens 30 V ausgelegt ist (z. B. KD204, KD226).

Es ist möglich, Transistoren wie KT81x als VT1 und VT2 zu verwenden Strukturen p-p-p- KT815, KT817 (Abb. 4.5) und r-p-r - KT814, KT816 (Abb. 6) und andere.

Um die Zuverlässigkeit des Wandlers zu erhöhen, empfiehlt es sich, parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors eine Diode vom Typ KD204, KD226 so zu schalten, dass z Gleichstrom es war geschlossen.

Konverter mit Master-Oszillator-Multivibrator

Um eine Ausgangsspannung von zu erhalten 30...80 V P. Belyatsky verwendete einen Konverter mit einem Masteroszillator basierend auf Single-Ended-Multivibrator mit einer Ausgangsstufe, die auf einen induktiven Energiespeicher geladen ist – Induktor (Drossel) L1 (Abb. 7).

Reis. 7. Schaltung eines Spannungswandlers mit einem Masteroszillator auf Basis eines asymmetrischen Multivibrators.

Das Gerät ist im Versorgungsspannungsbereich von 1,0 betriebsbereit. ..1,5 V und hat einen Wirkungsgrad von bis zu 75 %. In der Schaltung können Sie eine Standardinduktivität DM-0,4-125 oder eine andere mit einer Induktivität von 120...200 μH verwenden.

Eine Ausführungsform der Ausgangsstufe des Spannungswandlers ist in Abb. dargestellt. 8. Wenn eine rechteckige Steuersignalkaskade mit 7777-Pegel (5 V) an den Eingang des Wandlerausgangs angelegt wird, wenn dieser von einer Spannungsquelle gespeist wird 12 V Spannung empfangen 250 V bei Laststrom 3...5mA(Lastwiderstand beträgt ca. 100 kOhm). Die Induktivität des Induktors L1 beträgt 1 mH.

Als VT1 können Sie einen Haushaltstransistor verwenden, zum Beispiel KT604, KT605, KT704B, KT940A(B), KT969A usw.

Reis. 8. Option für die Ausgangsstufe des Spannungswandlers.

Reis. 9. Diagramm der Ausgangsstufe des Spannungswandlers.

Eine ähnliche Endstufenschaltung (Abb. 9) machte es möglich, wenn sie von einer Spannungsquelle gespeist wurde 28V und Stromverbrauch 60mA Ausgangsspannung erhalten 250 V bei Laststrom 5mA, Die Induktivität der Drossel beträgt 600 µH. Die Frequenz der Steuerimpulse beträgt 1 kHz.

Abhängig von der Qualität des Induktors kann die Ausgangsspannung 150...450 V bei einer Leistung von etwa 1 W und einem Wirkungsgrad von bis zu 75 % betragen.

Ein Spannungswandler basierend auf einem Impulsgenerator basierend auf der Mikroschaltung DA1 KR1006VI1, einem Verstärker basierend auf einem Feldeffekttransistor VT1 und einem induktiven Energiespeicher mit Gleichrichter und Filter ist in Abb. dargestellt. 10.

Am Wandlerausgang liegt Versorgungsspannung an 9V und Stromverbrauch 80...90mA Spannung entsteht 400...425 V. Es ist zu beachten, dass der Wert der Ausgangsspannung nicht garantiert ist – er hängt maßgeblich vom Design der Induktivität (Drossel) L1 ab.

Reis. 10. Schaltung eines Spannungswandlers mit Impulsgenerator auf der Mikroschaltung KR1006VI1.

Um die gewünschte Spannung zu erhalten, ist es am einfachsten, experimentell einen Induktor auszuwählen, um die erforderliche Spannung zu erreichen, oder einen Spannungsvervielfacher zu verwenden.

Bipolare Impulswandlerschaltung

Um viele zu ernähren elektronische Geräte Es ist eine bipolare Spannungsquelle erforderlich, die positive und negative Versorgungsspannungen bereitstellt. Das Diagramm in Abb. 11 enthält viel weniger Komponenten als vergleichbare Geräte, da es gleichzeitig als Aufwärts- und Wechselrichter-Induktivwandler fungiert.

Reis. 11. Wandlerschaltung mit einem induktiven Element.

Die Wandlerschaltung (Abb. 11) verwendet eine neue Kombination von Hauptkomponenten und umfasst einen vierphasigen Impulsgenerator, eine Induktivität und zwei Transistorschalter.

Steuerimpulse werden durch einen D-Trigger (DD1.1) erzeugt. Während der ersten Phase der Impulse speichert die Induktivität L1 Energie über die Transistorschalter VT1 und VT2. Während der zweiten Phase öffnet sich der Schalter VT2 und Energie wird auf den positiven Ausgangsspannungsbus übertragen.

Während der dritten Phase sind beide Schalter geschlossen, wodurch der Induktor erneut Energie speichert. Wenn die VT1-Taste während der Endphase der Impulse geöffnet wird, wird diese Energie auf den negativen Energiebus übertragen. Wenn am Eingang Impulse mit einer Frequenz von 8 kHz empfangen werden, stellt die Schaltung Ausgangsspannungen bereit ±12 V. Das Zeitdiagramm (Abb. 11, rechts) zeigt die Bildung von Steuerimpulsen.

In der Schaltung können die Transistoren KT315, KT361 verwendet werden.

Mit dem Spannungswandler (Abb. 12) können Sie am Ausgang eine stabilisierte Spannung von 30 V erhalten. Eine Spannung dieser Größenordnung wird zur Versorgung von Varicaps sowie Vakuum-Fluoreszenzindikatoren verwendet.

Reis. 12. Schaltung eines Spannungswandlers mit einer stabilisierten Ausgangsspannung von 30 V.

Auf dem DA1-Chiptyp KR1006VI1 das übliche Schema Es wurde ein Master-Oszillator zusammengebaut, der Rechteckimpulse mit einer Frequenz von etwa 40 kHz erzeugt.

An den Ausgang des Generators ist ein Transistorschalter VT1 angeschlossen, der die Induktivität L1 schaltet. Die Amplitude der Impulse beim Schalten der Spule hängt von der Qualität ihrer Herstellung ab.

In jedem Fall erreicht die Spannung mehrere zehn Volt. Die Ausgangsspannung wird durch die Diode VD1 gleichgerichtet. An den Gleichrichterausgang sind ein U-förmiges RC-Filter und eine Zenerdiode VD2 angeschlossen. Die Spannung am Ausgang des Stabilisators wird vollständig durch den Typ der verwendeten Zenerdiode bestimmt. Als „Hochspannungs“-Zenerdiode können Sie eine Kette von Zenerdioden mit einer niedrigeren Stabilisierungsspannung verwenden.

Spannungswandler mit induktiver Energiespeicherung, der Ihnen eine stabile Leistung ermöglicht einstellbare Spannung, dargestellt in Abb. 13.

Reis. 13. Spannungswandlerschaltung mit Stabilisierung.

Die Schaltung enthält einen Impulsgenerator, einen zweistufigen Leistungsverstärker, einen induktiven Energiespeicher, einen Gleichrichter, einen Filter und eine Ausgangsspannungsstabilisierungsschaltung. Der Widerstand R6 stellt die erforderliche Ausgangsspannung im Bereich von 30 bis 200 V ein.

Transistor-Analoga: VS237V - KT342A, KT3102; VS307V – KT3107I, BF459 – KT940A.

Buck- und Invertierungsspannungswandler

Zwei Optionen – Abwärts- und invertierende Spannungswandler – sind in Abb. dargestellt. 14. Der erste liefert die Ausgangsspannung 8,4 V bei Laststrom bis zu 300mA, mit der zweiten können Sie eine Spannung negativer Polarität erhalten ( -19,4 V) bei gleichem Laststrom. Der Ausgangstransistor VTZ muss am Kühler installiert werden.

Reis. 14. Schaltungen stabilisierter Spannungswandler.

Transistor-Analoga: 2N2222 - KTZ117A 2N4903 - KT814.

Abwärtsstabilisierter Spannungswandler

Ein abwärtsstabilisierter Spannungswandler, der die Mikroschaltung KR1006VI1 (DA1) als Hauptoszillator verwendet und über einen Lastflussschutz verfügt, ist in Abb. dargestellt. 15. Die Ausgangsspannung beträgt 10 V, wenn der Laststrom bis zu 100 mA beträgt.

Reis. 15. Abwärtsspannungswandlerschaltung.

Bei einer Änderung des Lastwiderstands um 1 % ändert sich die Ausgangsspannung des Wandlers um maximal 0,5 %. Transistor-Analoga: 2N1613 - KT630G, 2N2905 - KT3107E, KT814.

Bipolarer Spannungswechselrichter

Um elektronische Schaltkreise mit Operationsverstärkern zu versorgen, sind häufig bipolare Netzteile erforderlich. Dieses Problem kann durch den Einsatz eines Spannungswechselrichters gelöst werden, dessen Schaltung in Abb. dargestellt ist. 16.

Das Gerät enthält einen Generator Rechteckimpulse, geladen auf Drosselklappe L1. Die Spannung von der Induktivität wird durch die Diode VD2 gleichgerichtet und dem Ausgang des Geräts zugeführt (Filterkondensatoren C3 und C4 und Lastwiderstand). Die Zenerdiode VD1 sorgt für eine konstante Ausgangsspannung – sie regelt die Dauer des Impulses positiver Polarität auf der Induktivität.

Reis. 16. Spannungswandlerkreis +15/-15 V.

Die Betriebsfrequenz der Erzeugung beträgt etwa 200 kHz unter Last und bis zu 500 kHz ohne Last. Maximaler Laststrom - bis zu 50 mA, Geräteeffizienz- 80 %. Der Nachteil des Designs ist die relative hohes Niveau Elektromagnetische Störungen sind jedoch auch für andere ähnliche Schaltkreise charakteristisch. Als L1 wurde eine DM-0,2-200-Drossel verwendet.

Wechselrichter auf Spezialchips

Es ist am bequemsten, hocheffizient zu sammeln moderne Spannungswandler, unter Verwendung speziell für diese Zwecke erstellter Mikroschaltungen.

Chip KR1156EU5(MC33063A, MC34063A von Motorola) ist für den Betrieb in stabilisierten Aufwärts-, Abwärts- und Umkehrwandlern mit einer Leistung von mehreren Watt ausgelegt.

In Abb. Abbildung 17 zeigt ein Diagramm eines Aufwärtsspannungswandlers basierend auf der Mikroschaltung KR1156EU5. Der Wandler enthält Eingangs- und Ausgangsfilterkondensatoren C1, SZ, C4, Speicherdrossel L1, Gleichrichterdiode VD1, Kondensator C2, der die Betriebsfrequenz des Wandlers einstellt, Filterdrossel L2 zur Glättung von Welligkeiten. Der Widerstand R1 dient als Stromsensor. Der Spannungsteiler R2, R3 bestimmt die Ausgangsspannung.

Reis. 17. Schaltung eines Aufwärtsspannungswandlers auf der Mikroschaltung KR1156EU5.

Die Betriebsfrequenz des Wandlers liegt bei etwa 15 kHz bei einer Eingangsspannung von 12 V und Nennlast. Der Bereich der Spannungswelligkeit an den Kondensatoren SZ und C4 betrug 70 bzw. 15 mV.

Der Induktor L1 mit einer Induktivität von 170 μH ist auf drei geklebte Ringe K12x8x3 M4000NM mit PESHO 0,5-Draht gewickelt. Die Wicklung besteht aus 59 Windungen. Jeder Ring sollte vor dem Aufwickeln in zwei Teile gebrochen werden.

In einen der Zwischenräume wird ein handelsüblicher Abstandshalter aus Leiterplatten mit einer Dicke von 0,5 mm eingelegt und das Paket verklebt. Sie können auch Ferritringe mit einer magnetischen Permeabilität von über 1000 verwenden.

Ausführungsbeispiel Abwärtswandler auf dem KR1156EU5-Chip in Abb. dargestellt. 18. Am Eingang eines solchen Wandlers kann keine Spannung von mehr als 40 V angelegt werden. Die Betriebsfrequenz des Wandlers beträgt 30 kHz bei UBX = 15 V. Der Spannungswelligkeitsbereich an den Kondensatoren SZ und C4 beträgt 50 mV.

Reis. 18. Schema eines Abwärtsspannungswandlers basierend auf der Mikroschaltung KR1156EU5.

Reis. 19. Schema eines invertierenden Spannungswandlers basierend auf der Mikroschaltung KR1156EU5.

Die Drossel L1 mit einer Induktivität von 220 μH wird in ähnlicher Weise (siehe oben) auf drei Ringe gewickelt, der Klebespalt wurde jedoch auf 0,25 mm eingestellt, die Wicklung enthielt 55 Windungen des gleichen Drahtes.

Die folgende Abbildung (Abb. 19) zeigt eine typische Schaltung eines invertierenden Spannungswandlers auf Basis der Mikroschaltung KR1156EU5. Die Mikroschaltung DA1 wird durch die Summe der Eingangs- und Ausgangsspannungen gespeist, die 40 V nicht überschreiten sollte.

Betriebsfrequenz des Konverters - 30 kHz bei UBX=5 S; der Bereich der Spannungswelligkeit an den Kondensatoren SZ und C4 beträgt 100 und 40 mV.

Für die Induktivität L1 des invertierenden Wandlers mit einer Induktivität von 88 μH wurden zwei K12x8x3 M4000NM-Ringe mit einem Abstand von 0,25 mm verwendet. Die Wicklung besteht aus 35 Windungen PEV-2 0,7-Draht. Der Induktor L2 in allen Wandlern ist Standard – DM-2.4 mit einer Induktivität von 3 μGh. Die Diode VD1 in allen Stromkreisen (Abb. 17 - 19) muss eine Schottky-Diode sein.

Zum Erhalten bipolare Spannung von unipolar MAXIM hat spezielle Mikroschaltungen entwickelt. In Abb. Abbildung 20 zeigt die Möglichkeit der Spannungsumwandlung niedriges Niveau(4,5...5 6) bipolare Ausgangsspannung 12 (oder 15 6) bei einem Laststrom von bis zu 130 (oder 100 mA).

Reis. 20. Spannungswandlerschaltung basierend auf dem MAX743-Chip.

Hinsichtlich seines internen Aufbaus unterscheidet sich die Mikroschaltung nicht vom typischen Design ähnlicher Wandler aus diskreten Elementen. Das integrierte Design ermöglicht jedoch die Erstellung hocheffizienter Spannungswandler mit einer minimalen Anzahl externer Elemente.

Ja, für eine Mikroschaltung MAX743(Abb. 20) Die Konvertierungsfrequenz kann 200 kHz erreichen (was viel höher ist als die Konvertierungsfrequenz der überwiegenden Mehrheit der Konverter, die auf diskreten Elementen basieren). Bei einer Versorgungsspannung von 5 V beträgt der Wirkungsgrad 80...82 % bei einer Ausgangsspannungsinstabilität von maximal 3 %.

Die Mikroschaltung ist mit einem Schutz gegen Notfälle ausgestattet: wenn die Versorgungsspannung um 10 % unter den Normalwert fällt, sowie wenn das Gehäuse überhitzt (über 195 °C).

Um die Welligkeit am Ausgang des Wandlers mit einer Wandlungsfrequenz (200 kHz) zu reduzieren, sind an den Geräteausgängen U-förmige LC-Filter installiert. Der Jumper J1 an den Pins 11 und 13 der Mikroschaltung dient dazu, den Wert der Ausgangsspannungen zu ändern.

Für Spannungsumwandlung auf niedrigem Niveau(2,0...4,5 6) in stabilisierten 3,3 oder 5,0 V gibt es eine spezielle von MAXIM entwickelte Mikroschaltung - MAX765. Inländische Analoga sind KR1446PN1A und KR1446PN1B. Eine Mikroschaltung für einen ähnlichen Zweck – MAX757 – ermöglicht es Ihnen, eine stufenlos einstellbare Ausgangsspannung im Bereich von 2,7...5,5 V zu erhalten.

Reis. 21. Schaltung eines Niederspannungs-Aufwärtsspannungswandlers auf einen Pegel von 3,3 oder 5,0 V.

Die in Abb. dargestellte Wandlerschaltung. 21, enthält eine kleine Anzahl äußerer (mit Scharnieren versehener) Teile.

Dieses Gerät funktioniert nach dem zuvor beschriebenen traditionellen Prinzip. Die Betriebsfrequenz des Generators hängt von der Eingangsspannung und dem Laststrom ab und variiert in einem weiten Bereich – von mehreren zehn Hz bis 100 kHz.

Die Höhe der Ausgangsspannung wird dadurch bestimmt, wo Pin 2 des DA1-Mikroschaltkreises angeschlossen ist: Wenn er an einen gemeinsamen Bus angeschlossen ist (siehe Abb. 21), ist die Ausgangsspannung des Mikroschaltkreises KR1446PN1A entspricht 5,0 ± 0,25 V, aber wenn dieser Pin mit Pin 6 verbunden ist, sinkt die Ausgangsspannung auf 3,3 ± 0,15 V. Für die Mikroschaltung KR1446PN1B Die Werte betragen 5,2 ± 0,45 V bzw. 3,44 ± 0,29 V.

Maximaler Ausgangsstrom des Wandlers - 100mA. Chip MAX765 liefert Ausgangsstrom 200mA bei Spannung 5-6 und 300mA unter Spannung 3,3 V. Der Wirkungsgrad des Konverters beträgt bis zu 80 %.

Der Zweck von Pin 1 (SHDN) besteht darin, den Konverter vorübergehend zu deaktivieren, indem dieser Pin mit Masse verbunden wird. Die Ausgangsspannung sinkt in diesem Fall auf einen Wert, der geringfügig unter der Eingangsspannung liegt.

Die HL1-LED soll eine Notfallreduzierung der Versorgungsspannung (unter 2 V) anzeigen, obwohl der Konverter selbst in der Lage ist, bei niedrigeren Eingangsspannungswerten (bis zu 1,25 6 und darunter) zu arbeiten.

Der L1-Induktor besteht aus einem K10x6x4,5-Ring aus M2000NM1-Ferrit. Es enthält 28 Windungen aus 0,5 mm PESHO-Draht und hat eine Induktivität von 22 µH. Vor dem Wickeln wird der Ferritring nach dem Feilen mit einer Diamantfeile in zwei Hälften zerbrochen. Anschließend wird der Ring mit Epoxidkleber verklebt und in einen der entstandenen Lücken eine 0,5 mm dicke Textolite-Dichtung eingebaut.

Die so erhaltene Induktivität des Induktors hängt in größerem Maße von der Dicke des Spaltes und in geringerem Maße von der magnetischen Permeabilität des Kerns und der Windungszahl der Spule ab. Wenn Sie den Anstieg der elektromagnetischen Störungen in Kauf nehmen, können Sie einen Induktor vom Typ DM-2.4 mit einer Induktivität von 20 μGh verwenden.

Die Kondensatoren C2 und C5 sind vom Typ K53 (K53-18), C1 und C4 sind aus Keramik (um das Niveau hochfrequenter Störungen zu reduzieren), VD1 ist eine Schottky-Diode (1 N5818, 1 N5819, SR106, SR160 usw.).

Philips AC-Netzteil

Der Konverter (Philips-Netzteil, Abb. 22) mit einer Eingangsspannung von 220 V liefert eine stabilisierte Ausgangsspannung von 12 V bei einer Lastleistung von 2 W.

Reis. 22. Diagramm der Philips-Netzwerkstromversorgung.

Das transformatorlose Netzteil (Abb. 23) dient zur Stromversorgung tragbarer und Taschenempfänger über das Netzwerk Wechselstrom Spannung 220 V. Es ist zu berücksichtigen, dass diese Quelle nicht galvanisch vom Versorgungsnetz getrennt ist. Bei einer Ausgangsspannung von 9V und einem Laststrom von 50 mA verbraucht das Netzteil ca. 8 mA aus dem Netz.

Reis. 23. Schema einer transformatorlosen Stromquelle basierend auf einem Impulsspannungswandler.

Die durch die Diodenbrücke VD1 - VD4 (Abb. 23) gleichgerichtete Netzspannung lädt die Kondensatoren C1 und C2 auf. Die Ladezeit des Kondensators C2 wird bestimmt Dauerstromkreis R1, C2. Im ersten Moment nach dem Einschalten des Geräts ist der Thyristor VS1 geschlossen, aber bei einer bestimmten Spannung am Kondensator C2 öffnet er sich und verbindet den Stromkreis L1, NW, mit diesem Kondensator.

In diesem Fall wird der Kondensator S3 mit großer Kapazität vom Kondensator C2 geladen. Die Spannung am Kondensator C2 nimmt ab und am SZ steigt sie an.

Der Strom durch die Drossel L1, der im ersten Moment nach dem Öffnen des Thyristors gleich Null ist, steigt allmählich an, bis die Spannungen an den Kondensatoren C2 und SZ ausgeglichen sind. Sobald dies geschieht, schließt der Thyristor VS1, aber die in der Induktivität L1 gespeicherte Energie hält den Ladestrom des Kondensators SZ durch die geöffnete Diode VD5 für einige Zeit aufrecht. Als nächstes schließt die Diode VD5 und die relativ langsame Entladung des Kondensators SZ durch die Last beginnt. Die Zenerdiode VD6 begrenzt die Spannung an der Last.

Sobald der Thyristor VS1 schließt, beginnt die Spannung am Kondensator C2 wieder anzusteigen. Irgendwann öffnet der Thyristor wieder und ein neuer Betriebszyklus des Geräts beginnt. Die Öffnungsfrequenz des Thyristors ist um ein Vielfaches höher als die Spannungspulsfrequenz am Kondensator C1 und hängt von den Nennwerten der Schaltungselemente R1, C2 und den Parametern des Thyristors VS1 ab.

Die Kondensatoren C1 und C2 sind vom Typ MBM für eine Spannung von mindestens 250 V. Die Induktivität L1 hat eine Induktivität von 1...2 mH und einen Widerstand von maximal 0,5 Ohm. Es ist auf einen zylindrischen Rahmen mit einem Durchmesser von 7 mm gewickelt.

Die Wickelbreite beträgt 10 mm, sie besteht aus fünf Lagen PEV-2 0,25 mm Draht, Windung für Windung eng gewickelt. In das Rahmenloch wird ein SS2,8x12-Tuning-Kern aus M200NN-3-Ferrit eingesetzt. Die Induktivität des Induktors kann in weiten Grenzen variiert und teilweise sogar ganz eliminiert werden.

Schemata von Geräten zur Energieumwandlung

Diagramme von Geräten zur Energieumwandlung sind in Abb. dargestellt. 24 und 25. Es handelt sich um Abwärts-Energiewandler, die von Gleichrichtern mit Löschkondensator gespeist werden. Die Spannung am Ausgang der Geräte wird stabilisiert.

Reis. 24. Schema eines Abwärtsspannungswandlers mit transformatorloser Netzstromversorgung.

Reis. 25. Möglichkeit einer Step-Down-Spannungswandlerschaltung mit transformatorloser Netzstromversorgung.

Als VD4-Dinistoren können Sie inländische Niederspannungsanaloga verwenden - KN102A, B. Wie das vorherige Gerät (Abb. 23) haben Netzteile (Abb. 24 und 25) eine galvanische Verbindung mit dem Versorgungsnetz.

Spannungswandler mit Impulsenergiespeicher

Beim Spannungswandler S. F. Sikolenko mit „Pulsenergiespeicher“ (Abb. 26) sind die Schalter K1 und K2 auf KT630-Transistoren aufgebaut, das Steuersystem (CS) befindet sich auf einer Mikroschaltung der K564-Serie.

Reis. 26. Schaltung eines Spannungswandlers mit Impulsakkumulation.

Speicherkondensator C1 - 47 µF. Als Stromquelle dient eine 9-V-Batterie. Die Ausgangsspannung erreicht bei einem Lastwiderstand von 1 kOhm 50 V. Der Wirkungsgrad beträgt 80 % und steigt auf 95 %, wenn CMOS-Strukturen wie RFLIN20L als Schlüsselelemente K1 und K2 verwendet werden.

Pulsresonanzwandler

Pulsresonanzwandler, die von der sogenannten entwickelt wurden. N. M. Muzychenko, von denen einer in Abb. dargestellt ist. 4.27, abhängig von der Form des Stroms im VT1-Schalter, werden sie in drei Typen unterteilt, bei denen die Schaltelemente bei Nullstrom schließen und bei Nullspannung öffnen. In der Schaltstufe arbeiten die Wandler als Resonanzwandler und im Rest, den größten Teil der Periode, als Impulswandler.

Reis. 27. Schema eines Puls-Resonanz-Wandlers N. M. Muzychenko.

Eine Besonderheit solcher Wandler besteht darin, dass ihr Leistungsteil in Form einer induktiv-kapazitiven Brücke mit einem Schalter in einer Diagonale und einem Schalter und einer Stromversorgung in der anderen Diagonale ausgeführt ist. Solche Schemata (Abb. 27) sind hocheffizient.

Auf Basis eines einfachen Multivibrators lässt sich ein leistungsstarker und einigermaßen guter Aufwärtsspannungswandler bauen.
In meinem Fall wurde dieser Wechselrichter nur zur Überprüfung der Arbeit gebaut; es wurde auch ein kurzes Video mit der Funktionsweise dieses Wechselrichters erstellt.

Was die Schaltung als Ganzes betrifft – ein einfacher Push-Pull-Wechselrichter, einfacher kann man sich kaum vorstellen. Der Hauptgenerator und gleichzeitig das Aggregat sind leistungsstark Feldeffekttransistoren(Es wird empfohlen, Schalter wie IRFP260, IRFP460 und ähnliches zu verwenden), die über eine Multivibratorschaltung angeschlossen sind. Als Transformator können Sie einen vorgefertigten Transformator aus einem Computernetzteil (den größten Transformator) verwenden.

Für unsere Zwecke benötigen wir 12-Volt-Wicklungen und den Mittelpunkt (Geflecht, Anzapfung). Am Ausgang des Transformators kann die Spannung bis zu 260 Volt erreichen. Da die Ausgangsspannung variabel ist, muss sie mit einer Diodenbrücke gleichgerichtet werden. Es empfiehlt sich, die Brücke aus 4 separaten Dioden fertig zusammenzubauen Diodenbrücken ausgelegt für Netzwerkfrequenzen von 50 Hz, und in unserer Schaltung liegt die Ausgangsfrequenz bei etwa 50 kHz.

Achten Sie darauf, gepulste, schnelle oder ultraschnelle Dioden mit einer Sperrspannung von mindestens 400 Volt und mit zu verwenden zulässiger Strom 1 Ampere und mehr. Sie können die Dioden MUR460, UF5408, HER307, HER207, UF4007 und andere verwenden.
Ich empfehle, im Hauptstromkreis die gleichen Dioden zu verwenden.

Die Wechselrichterschaltung arbeitet auf Basis der Parallelresonanz, daher hängt die Betriebsfrequenz von unserem Schwingkreis ab – dargestellt durch Primärwicklung Transformator und Kondensator parallel zu dieser Wicklung.
In Bezug auf Leistung und Leistung im Allgemeinen. Rechts zusammengebaute Schaltung erfordert keine zusätzliche Anpassung und funktioniert sofort. Im Betrieb dürfen sich die Tasten bei unbelastetem Trafoausgang überhaupt nicht erwärmen. Der Ruhestrom des Wechselrichters kann bis zu 300mA erreichen – das ist die Norm, höher ist schon ein Problem.

Mit guten Schaltern und einem Transformator können Sie aus diesem Stromkreis problemlos Leistungen im Bereich von 300 Watt, teilweise sogar 500 Watt, entnehmen. Die Eingangsspannung ist recht hoch, die Schaltung funktioniert mit einer Spannung von 6 bis 32 Volt, ich habe mich nicht getraut, mehr zu liefern.

Drosseln – mit einem 1,2-mm-Draht auf gelb-weißen Ringen von der Gruppenstabilisierungsdrossel aufgewickelt Computereinheit Ernährung. Die Windungszahl jedes Induktors beträgt 7, beide Induktoren sind exakt gleich.

Kondensatoren parallel zur Primärwicklung können sich im Betrieb leicht erwärmen, daher rate ich Ihnen, Hochspannungskondensatoren mit einer Betriebsspannung von 400 Volt oder höher zu verwenden.

Die Schaltung ist einfach und voll funktionsfähig, aber trotz der Einfachheit und Zugänglichkeit des Designs ist dies keine ideale Option. Der Grund ist nicht die beste Feldschlüsselverwaltung. Der Schaltung fehlt ein spezieller Generator- und Steuerkreis, was sie nicht ganz zuverlässig macht, wenn die Schaltung für den Langzeitbetrieb unter Last ausgelegt ist. Die Schaltung kann LDS und Geräte mit integriertem SMPS mit Strom versorgen.

Ein wichtiges Glied – der Transformator – muss gut gewickelt und richtig phasengesteuert sein, denn er spielt eine wichtige Rolle für den zuverlässigen Betrieb des Wechselrichters.

Die Primärwicklung besteht aus 2x5 Windungen mit einem Bus aus 5 Drähten 0,8 mm. Die Sekundärwicklung ist mit einem 0,8-mm-Draht gewickelt und enthält 50 Windungen – dies ist bei der Selbstwicklung des Transformators der Fall.

Einfache Schaltungen von gepulsten Gleichspannungswandlern zur Stromversorgung von Amateurfunkgeräten

Guten Tag, liebe Funkamateure!
Heute auf der Website „“Wir werden uns einige einfache Schemata ansehen, man könnte sogar sagen: einfach, Impulswandler DC-DC-Spannung (Gleichspannungswandler gleicher Größe, in konstanter Druck andere Größe)

Welche Vorteile bieten Pulsumrichter? Erstens haben sie einen hohen Wirkungsgrad und zweitens können sie mit einer Eingangsspannung betrieben werden, die niedriger als die Ausgangsspannung ist.
Impulswandler werden in Gruppen eingeteilt:
– Step-Down, Step-Up, Invertierung;
– stabilisiert, unstabilisiert;
– galvanisch getrennt, nicht isoliert;
– mit schmalen und große Auswahl Eingangsspannungen.
Um selbstgemachte Impulswandler herzustellen, verwenden Sie am besten spezielle integrierte Schaltkreise– Sie sind einfacher zu montieren und nicht kapriziös beim Aufbau.

Erstes Schema.
Unstabilisierter Transistorwandler:
Dieser Konverter arbeitet mit einer Frequenz von 50 kHz, die galvanische Trennung erfolgt durch den Transformator T1, der auf einen K10x6x4,5-Ring aus 2000NM-Ferrit gewickelt ist und enthält: Primärwicklung - 2x10 Windungen, Sekundärwicklung - 2x70 Windungen PEV-0,2-Draht . Transistoren können durch KT501B ersetzt werden. Im Leerlauf wird nahezu kein Strom aus der Batterie verbraucht.

Zweites Schema.

Der Transformator T1 ist auf einen Ferritring mit einem Durchmesser von 7 mm gewickelt und enthält zwei Wicklungen mit 25 Drahtwindungen PEV = 0,3.

Drittes Schema.
:

Unstabilisierter Gegentaktwandler basierend auf einem Multivibrator (VT1 und VT2) und einem Leistungsverstärker (VT3 und VT4). Die Ausgangsspannung wird durch die Windungszahl der Sekundärwicklung des Impulstransformators T1 ausgewählt.

Viertes Schema.
Konverter auf einem Spezialchip:
Stabilisierender Wandler auf einer speziellen Mikroschaltung von MAXIM. Erzeugungsfrequenz 40...50 kHz, Speicherelement – ​​Induktivität L1.

Fünftes Schema.
Unstabilisierter zweistufiger Spannungsvervielfacher:

Sie können einen der beiden Chips separat verwenden, beispielsweise den zweiten, um die Spannung von zwei Batterien zu vervielfachen.

Sechstes Schema.
Pulse-Boost-Stabilisator auf einem MAXIM-Chip:
Typisches Schema Einschalten eines Puls-Boost-Stabilisators auf einer MAXIM-Mikroschaltung. Der Betrieb wird bei einer Eingangsspannung von 1,1 Volt aufrechterhalten. Wirkungsgrad – 94 %, Laststrom – bis zu 200 mA.

Siebtes Schema.
Zwei Spannungen von einem Netzteil :
Ermöglicht den Erhalt von zwei verschiedenen stabilisierten Spannungen mit einem Wirkungsgrad von 50...60 % und einem Laststrom von bis zu 150 mA in jedem Kanal. Die Kondensatoren C2 und C3 sind Energiespeicher.

Achtes Schema.
Pulse-Boost-Stabilisator auf Chip-2 von MAXIM:
Typisches Anschlussdiagramm Spezialchip von MAXIM. Es bleibt bei einer Eingangsspannung von 0,91 Volt betriebsbereit, verfügt über ein kleines SMD-Gehäuse und liefert einen Laststrom von bis zu 150 mA bei einem Wirkungsgrad von 90 %.

Neuntes Schema.
Pulsabwärtsstabilisator auf einem TEXAS-Chip:

Eine typische Schaltung zum Anschluss eines gepulsten Abwärtsstabilisators an eine weit verbreitete TEXAS-Mikroschaltung. Der Widerstand R3 regelt die Ausgangsspannung im Bereich von +2,8…+5 Volt. Der Widerstand R1 stellt den Strom ein Kurzschluss, die nach der Formel berechnet wird:
Ikz(A)= 0,5/R1(Ohm)

Zehntes Schema.
Integrierter Spannungswandler auf einem Chip von MAXIM:
Integrierter Spannungswechselrichter, Wirkungsgrad – 98 %.

Elftes Schema.
Zwei isolierte Wandler auf Mikroschaltungen von YCL Elektronics:
Zwei isolierte Spannungswandler DA1 und DA2, verbunden in einem „nicht isolierten“ Stromkreis mit gemeinsamer Masse.

Heute werden wir uns mehrere Schaltungen einfacher, man könnte sogar sagen einfacher, gepulster DC-DC-Spannungswandler (Wandler von Gleichspannung eines Wertes in konstante Spannung eines anderen Wertes) ansehen.

Welche Vorteile bieten Pulsumrichter? Erstens haben sie einen hohen Wirkungsgrad und zweitens können sie mit einer Eingangsspannung betrieben werden, die niedriger als die Ausgangsspannung ist. Impulswandler werden in Gruppen eingeteilt:

• - Ruckeln, Anheben, Umkehren;
• - stabilisiert, unstabilisiert;
• - galvanisch getrennt, nicht isoliert;
• - mit einem engen und breiten Eingangsspannungsbereich.

Um selbstgebaute Impulswandler herzustellen, verwenden Sie am besten spezielle integrierte Schaltkreise – sie sind einfacher zu montieren und beim Einrichten nicht kapriziös. Hier sind also 14 Schemata für jeden Geschmack:

Dieser Konverter arbeitet mit einer Frequenz von 50 kHz, die galvanische Trennung erfolgt durch den Transformator T1, der auf einen K10x6x4,5-Ring aus 2000NM-Ferrit gewickelt ist und enthält: Primärwicklung - 2x10 Windungen, Sekundärwicklung - 2x70 Windungen PEV-0,2-Draht . Transistoren können durch KT501B ersetzt werden. Im Leerlauf wird nahezu kein Strom aus der Batterie verbraucht.

Der Transformator T1 ist auf einen Ferritring mit einem Durchmesser von 7 mm gewickelt und enthält zwei Wicklungen mit 25 Drahtwindungen PEV = 0,3.

Unstabilisierter Gegentaktwandler basierend auf einem Multivibrator (VT1 und VT2) und einem Leistungsverstärker (VT3 und VT4). Die Ausgangsspannung wird durch die Windungszahl der Sekundärwicklung des Impulstransformators T1 ausgewählt.

Stabilisierender Wandler basierend auf der MAX631-Mikroschaltung von MAXIM. Erzeugungsfrequenz 40…50 kHz, Speicherelement – ​​Induktor L1.

Sie können einen der beiden Chips separat verwenden, beispielsweise den zweiten, um die Spannung von zwei Batterien zu vervielfachen.

Typische Schaltung zum Anschluss eines Pulse-Boost-Stabilisators an die Mikroschaltung MAX1674 von MAXIM. Der Betrieb wird bei einer Eingangsspannung von 1,1 Volt aufrechterhalten. Wirkungsgrad – 94 %, Laststrom – bis zu 200 mA.

Ermöglicht den Erhalt von zwei verschiedenen stabilisierten Spannungen mit einem Wirkungsgrad von 50...60 % und einem Laststrom von bis zu 150 mA in jedem Kanal. Die Kondensatoren C2 und C3 sind Energiespeicher.

8. Schaltender Boost-Stabilisator auf dem MAX1724EZK33-Chip von MAXIM

Typischer Schaltplan zum Anschluss einer speziellen Mikroschaltung von MAXIM. Es bleibt bei einer Eingangsspannung von 0,91 Volt betriebsbereit, verfügt über ein kleines SMD-Gehäuse und liefert einen Laststrom von bis zu 150 mA bei einem Wirkungsgrad von 90 %.

Eine typische Schaltung zum Anschluss eines gepulsten Abwärtsstabilisators an eine weit verbreitete TEXAS-Mikroschaltung. Der Widerstand R3 regelt die Ausgangsspannung im Bereich von +2,8…+5 Volt. Der Widerstand R1 stellt den Kurzschlussstrom ein, der nach der Formel berechnet wird: Is(A)= 0,5/R1(Ohm)

Integrierter Spannungswechselrichter, Wirkungsgrad - 98 %.

Zwei isolierte Spannungswandler DA1 und DA2, verbunden in einem „nicht isolierten“ Stromkreis mit gemeinsamer Masse.

Die Induktivität der Primärwicklung des Transformators T1 beträgt 22 μH, das Windungsverhältnis der Primärwicklung zu jeder Sekundärwicklung beträgt 1:2,5.

Typische Schaltung eines stabilisierten Aufwärtswandlers auf einer MAXIM-Mikroschaltung.

Eingangsspannungen bis 61 V, Ausgangsspannungen ab 0,6 V, Ausgangsströme bis 4 A, Möglichkeit zur externen Synchronisierung und Anpassung der Frequenz sowie Einstellung des Grenzstroms, Anpassung der Sanftanlaufzeit, umfassender Lastschutz, ein breites Spektrum Betriebstemperaturbereich – all diese Eigenschaften moderner Netzteile sind mit der neuen Reihe von DC/DC-Wandlern von . erreichbar.

IN momentan Das Sortiment an Schaltregler-Mikroschaltungen von STMicro (Abbildung 1) ermöglicht die Erstellung von Netzteilen (PS) mit Eingangsspannungen bis zu 61 V und Ausgangsströmen bis zu 4 A.

Die Aufgabe der Spannungsumwandlung ist nicht immer einfach. Jedes spezifische Gerät hat seine eigenen Anforderungen an den Spannungsregler. Manchmal spielen der Preis (Unterhaltungselektronik), die Größe (tragbare Elektronik), die Effizienz (batteriebetriebene Geräte) oder sogar die Geschwindigkeit der Produktentwicklung eine große Rolle. Diese Anforderungen widersprechen sich oft. Aus diesem Grund gibt es keinen idealen und universellen Spannungswandler.

Derzeit werden verschiedene Arten von Wandlern verwendet: lineare (Spannungsstabilisatoren), gepulste DC/DC-Wandler, Ladungsübertragungsschaltungen und sogar Stromversorgungen auf Basis galvanischer Isolatoren.

Am gebräuchlichsten sind jedoch lineare Spannungsregler und abwärtsschaltende DC/DC-Wandler. Der Hauptunterschied in der Funktionsweise dieser Systeme geht aus dem Namen hervor. Im ersten Fall arbeitet der Netzschalter im linearen Modus, im zweiten im Tastenmodus. Die wichtigsten Vor- und Nachteile sowie Anwendungen dieser Systeme sind nachstehend aufgeführt.

Merkmale des linearen Spannungsreglers

Das Funktionsprinzip eines linearen Spannungsreglers ist allgemein bekannt. Der klassische integrierte Stabilisator μA723 wurde bereits 1967 von R. Widlar entwickelt. Obwohl die Elektronik seitdem große Fortschritte gemacht hat, sind die Funktionsprinzipien praktisch unverändert geblieben.

Eine standardmäßige lineare Spannungsreglerschaltung besteht aus mehreren Grundelementen (Abbildung 2): Leistungstransistor VT1, Quelle Referenz Spannung(ION), Kompensations-Rückkopplungskreise eingeschaltet Operationsverstärker(OU). Moderne Regler können zusätzliche Funktionsblöcke enthalten: Schutzschaltungen (vor Überhitzung, vor Überstrom), Stromverwaltungsschaltungen usw.

Das Funktionsprinzip solcher Stabilisatoren ist recht einfach. Die Rückkopplungsschaltung am Operationsverstärker vergleicht den Wert der Referenzspannung mit der Spannung des Ausgangsteilers R1/R2. Am Ausgang des Operationsverstärkers entsteht eine Fehlanpassung, die die Gate-Source-Spannung des Leistungstransistors VT1 bestimmt. Der Transistor arbeitet im linearen Modus: als mehr Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers, desto niedriger ist die Gate-Source-Spannung und desto größer ist der Widerstand von VT1.

Mit dieser Schaltung können Sie alle Änderungen der Eingangsspannung kompensieren. Angenommen, die Eingangsspannung Uin hat zugenommen. Dies führt zu folgender Änderungskette: Uin steigt → Uout steigt → die Spannung am Teiler R1/R2 steigt → die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers steigt → die Gate-Source-Spannung sinkt → der Widerstand VT1 steigt erhöhen → Uout wird sinken.

Wenn sich die Eingangsspannung ändert, ändert sich daher auch die Ausgangsspannung geringfügig.

Wenn die Ausgangsspannung abnimmt, kommt es zu umgekehrten Änderungen der Spannungswerte.

Merkmale des Betriebs eines DC/DC-Abwärtswandlers

Eine vereinfachte Schaltung eines klassischen DC/DC-Abwärtswandlers (Typ-I-Wandler, Tiefsetzsteller, Abwärtswandler) besteht aus mehreren Hauptelementen (Abbildung 3): Leistungstransistor VT1, Steuerschaltung (CS), Filter (Lph -Cph), Sperrdiode VD1.

Im Gegensatz zur Linearreglerschaltung arbeitet der Transistor VT1 im Schaltmodus.

Der Betriebszyklus des Kreislaufs besteht aus zwei Phasen: der Pumpphase und der Entladephase (Abbildungen 4...5).

In der Pumpphase ist der Transistor VT1 geöffnet und Strom fließt durch ihn (Abbildung 4). Energie wird in der Spule Lf und dem Kondensator Cf gespeichert.

Während der Entladephase ist der Transistor geschlossen, es fließt kein Strom durch ihn. Die Lf-Spule fungiert als Stromquelle. VD1 ist eine Diode, die für den Rückstromfluss erforderlich ist.

In beiden Phasen liegt an der Last eine Spannung an, die der Spannung am Kondensator Sph entspricht.

Die obige Schaltung sorgt für die Regelung der Ausgangsspannung, wenn sich die Impulsdauer ändert:

Uout = Uin × (ti/T)

Wenn der Induktivitätswert klein ist, hat der Entladestrom durch die Induktivität Zeit, Null zu erreichen. Dieser Modus wird als intermittierender Strommodus bezeichnet. Es ist durch einen Anstieg der Strom- und Spannungswelligkeit am Kondensator gekennzeichnet, was zu einer Verschlechterung der Qualität der Ausgangsspannung und einem Anstieg des Schaltungsrauschens führt. Aus diesem Grund wird der intermittierende Strommodus selten verwendet.

Es gibt eine Art Wandlerschaltung, bei der die „ineffiziente“ Diode VD1 durch einen Transistor ersetzt wird. Dieser Transistor öffnet gegenphasig zum Haupttransistor VT1. Ein solcher Wandler wird als synchron bezeichnet und weist einen höheren Wirkungsgrad auf.

Vor- und Nachteile von Spannungsumwandlungsschaltungen

Wenn eines der oben genannten Schemata die absolute Überlegenheit hätte, würde das zweite sicher vergessen werden. Dies geschieht jedoch nicht. Das bedeutet, dass beide Regelungen Vor- und Nachteile haben. Die Analyse von Systemen sollte nach einer Vielzahl von Kriterien erfolgen (Tabelle 1).

Tabelle 1. Vor- und Nachteile von Spannungsreglerschaltungen

Elektrische Eigenschaften. Die Hauptmerkmale eines jeden Wandlers sind Wirkungsgrad, Laststrom sowie Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich.

Der Effizienzwert für Linearregler ist niedrig und umgekehrt proportional zur Eingangsspannung (Abbildung 6). Dies liegt daran, dass die gesamte „zusätzliche“ Spannung über dem im linearen Modus arbeitenden Transistor abfällt. Die Leistung des Transistors wird als Wärme abgegeben. Ein geringer Wirkungsgrad führt dazu, dass der Bereich der Eingangsspannungen und Ausgangsströme des Linearreglers relativ klein ist: bis zu 30 V und bis zu 1 A.

Der Wirkungsgrad eines Schaltreglers ist viel höher und weniger abhängig von der Eingangsspannung. Dabei kommt es nicht selten zu Eingangsspannungen über 60 V und Lastströmen über 1 A.

Kommt eine Synchronwandlerschaltung zum Einsatz, bei der die ineffiziente Freilaufdiode durch einen Transistor ersetzt wird, ist der Wirkungsgrad sogar noch höher.

Genauigkeit und Stabilität der Ausgangsspannung. Linearstabilisatoren können eine extrem hohe Genauigkeit und Stabilität der Parameter (Bruchteile eines Prozents) aufweisen. Die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von Änderungen der Eingangsspannung und vom Laststrom beträgt nicht mehr als einige Prozent.

Vom Funktionsprinzip her weist ein Impulsregler zunächst die gleichen Fehlerquellen auf wie ein Linearregler. Darüber hinaus kann die Abweichung der Ausgangsspannung erheblich durch die Menge des fließenden Stroms beeinflusst werden.

Geräuscheigenschaften. Der Linearregler weist ein mäßiges Rauschverhalten auf. In der hochpräzisen Messtechnik werden rauscharme Präzisionsregler eingesetzt.

Der Schaltstabilisator selbst ist eine starke Störquelle, da der Leistungstransistor im Schaltmodus arbeitet. Erzeugter Lärm wird in leitungsgebundene (über Stromleitungen übertragene) und induktive (über nichtleitende Medien übertragene) Geräusche unterteilt.

Leitungsgebundene Störungen werden durch Tiefpassfilter eliminiert. Je höher die Betriebsfrequenz des Konverters ist, desto einfacher ist es, Störungen zu beseitigen. In Messkreisen Schaltregler oft in Verbindung mit verwendet linearer Stabilisator. In diesem Fall wird der Störpegel deutlich reduziert.

Es ist viel schwieriger, die schädlichen Auswirkungen induktiver Störungen zu beseitigen. Dieses Geräusch entsteht im Induktor und wird über Luft und nichtleitende Medien übertragen. Um sie zu beseitigen, werden abgeschirmte Induktivitäten und Spulen auf einem Ringkern verwendet. Beim Verlegen der Diele verwenden sie eine durchgehende Erdaufschüttung mit einem Polygon und/oder wählen bei mehrschichtigen Dielen sogar eine separate Erdschicht. Darüber hinaus ist der Impulswandler selbst möglichst weit von den Messkreisen entfernt.

Leistungsmerkmale. Unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit der Schaltungsimplementierung und Verkabelung Leiterplatte Linearregler sind äußerst einfach. Zusätzlich zum integrierten Stabilisator selbst sind nur ein paar Kondensatoren erforderlich.

Ein Schaltwandler erfordert mindestens einen externen L-C-Filter. In manchen Fällen sind ein externer Leistungstransistor und eine externe Freilaufdiode erforderlich. Dadurch werden Berechnungen und Modellierungen erforderlich und die Topologie der Leiterplatte wird deutlich komplizierter. Aufgrund der EMV-Anforderungen entsteht eine zusätzliche Komplexität der Platine.

Preis. Aufgrund der großen Anzahl externer Komponenten ist ein Impulsumrichter natürlich mit hohen Kosten verbunden.

Zusammenfassend lassen sich die vorteilhaften Einsatzgebiete beider Konvertertypen identifizieren:

• Linearregler können in Stromkreisen mit geringer Leistung und niedriger Spannung mit hohen Anforderungen an Genauigkeit, Stabilität und geringem Rauschen eingesetzt werden. Ein Beispiel wären Mess- und Präzisionsschaltungen. Darüber hinaus können die geringe Größe und die geringen Kosten der endgültigen Lösung ideal für tragbare Elektronik und kostengünstige Geräte sein.
• Schaltregler eignen sich ideal für Hochleistungs-Nieder- und Hochspannungsschaltkreise in der Automobil-, Industrie- und Unterhaltungselektronik. Aufgrund der hohen Effizienz ist der Einsatz von DC/DC oft alternativlos tragbare Geräte und batteriebetriebene Geräte.

Manchmal ist es notwendig, bei hohen Eingangsspannungen Linearregler zu verwenden. In solchen Fällen können Sie Stabilisatoren von STMicroelectronics verwenden, die über Betriebsspannungen von mehr als 18 V verfügen (Tabelle 2).

Tabelle 2. Linearregler von STMicroelectronics mit hoher Eingangsspannung

Entscheidet man sich für den Aufbau einer gepulsten Stromversorgung, so sollte ein geeigneter Wandlerchip ausgewählt werden. Die Auswahl erfolgt unter Berücksichtigung einer Reihe grundlegender Parameter.

Hauptmerkmale von Abwärtsimpuls-DC/DC-Wandlern

Lassen Sie uns die Hauptparameter von Impulswandlern auflisten.

Eingangsspannungsbereich (V). Leider gibt es immer eine Begrenzung nicht nur der maximalen, sondern auch der minimalen Eingangsspannung. Der Wert dieser Parameter wird immer mit einem gewissen Spielraum ausgewählt.

Ausgangsspannungsbereich (V). Aufgrund von Beschränkungen der minimalen und maximalen Impulsdauer ist der Bereich der Ausgangsspannungswerte begrenzt.

Maximaler Ausgangsstrom (A). Dieser Parameter wird durch eine Reihe von Faktoren begrenzt: maximal zulässige Verlustleistung, Endwiderstandswert Power-Tasten usw.

Betriebsfrequenz des Konverters (kHz). Je höher die Wandlungsfrequenz, desto einfacher lässt sich die Ausgangsspannung filtern. Dadurch ist es möglich, Störungen zu bekämpfen und die Werte der externen L-C-Filterelemente zu reduzieren, was zu einer Erhöhung der Ausgangsströme und einer Verringerung der Größe führt. Allerdings erhöht eine Erhöhung der Wandlungsfrequenz die Schaltverluste von Leistungsschaltern und erhöht den induktiven Störanteil, was eindeutig unerwünscht ist.

Der Wirkungsgrad (%) ist ein integraler Indikator für den Wirkungsgrad und wird in Form von Diagrammen für verschiedene Spannungen und Ströme angegeben.

Andere Parameter (Kanalwiderstand integrierter Leistungsschalter (mOhm), Eigenstromaufnahme (µA), thermischer Widerstand des Gehäuses usw.) sind weniger wichtig, sollten aber ebenfalls berücksichtigt werden.

Die neuen Wandler von STMicroelectronics verfügen über eine hohe Eingangsspannung und Effizienz und ihre Parameter können mit der kostenlosen eDesignSuite-Software berechnet werden.

Linie gepulster DC/DC von ST Microelectronics

Das DC/DC-Portfolio von STMicroelectronics wird ständig erweitert. Neue Wandler-Mikroschaltungen verfügen über einen erweiterten Eingangsspannungsbereich bis 61 V ( / / ), hohe Ausgangsströme und Ausgangsspannungen ab 0,6 V ( / / ) (Tabelle 3).

Tabelle 3. Neue DC/DC-STMicroelectronics

Alle neuen Impulswandler-Mikroschaltungen verfügen über Sanftanlauf-, Überstrom- und Überhitzungsschutzfunktionen.