Йерг Рерманн Електронік - інженерне бюро з розробки електронних схем і систем
Звичайно, ви також можете реалізувати невеликі виходи за допомогою двотактного перетворювача. Для невеликих, нерегульованих перетворювачів постійного струму з електричною ізоляцією це може бути навіть ідеальною формою перетворювача. Найпростішим знову є автоколивальний перетворювач, перемикання якого спрацьовує внаслідок насичення сердечника. Для цього на первинній стороні потрібні чотири обмотки трансформатора, але лише кілька інших компонентів. На рисунку 8.3 A показано автоколивальний перетворювач, побудований з MOSFET-транзисторами.
Рисунок 8.3 Нерегульований перетворювач потоку push-pull для малих потужностей
Рисунок 8.3 B Нерегульований двотактний перетворювач потоку для великої потужності
Рис. 8.3 C Нерегульований двотактний перетворювач вперед для високої робочої напруги
Рисунок 8.3 D Нерегульований напівмостовий перетворювач потоку для низьких робочих напруг
При робочій напрузі понад 15 вольт таймер IC NE 555 повинен забезпечуватися окремою напругою живлення. У найпростішому випадку напруга обмежується стабілітроном, а напруга живлення для ІС подається через R 4. Звичайно, регулятор напруги для таймера IC, наприклад 78L12 або 78M12, був би ще кращим. За допомогою зазначених компонентів можна знову досягти вихідного струму в 40 ампер. Через вищу робочу напругу вихідна потужність може становити близько 500 Вт. В принципі, таким чином можуть бути реалізовані навіть більш високі виходи, однак слід зазначити, що джерело напруги в напівмостовій схемі піддається дуже великому навантаженню змінного струму. Отже, тут потрібні великі електролітичні конденсатори з низьким внутрішнім опором для фільтрації цих змінних струмів. Через високі змінні струми, особливу увагу слід звернути на правила проектування, які я згадав у розділі 6.1.
Звичайно, на практиці ви уникатимете використання трансформаторів із зайво великою кількістю обмоток, виготовлення яких дуже складне, тим більше, що ступінь їх використання не є оптимальною. Для зменшення первинної котушки до однієї обмотки використовують половину або повну схему мосту. У найпростішому випадку беруть генератор з глави 5 і надсилають вихідний сигнал на первинну котушку через конденсатор зв'язку. На рисунку 8.3 D та рисунку 8.3 D1 показані три версії такого перетворювача. Простий варіант зліва достатній для робочої напруги до 15 вольт. За допомогою зазначених транзисторів можна досягти безперервного вихідного струму в 40 ампер, що відповідає вихідній потужності приблизно 240 Вт (40 А * ± 6 В).
Наступна схема також може бути використана для простих ізольованих перетворювачів постійного струму:
Рисунок 8.3 D1 Нерегульований напівмостовий перетворювач потоку для ізоляції перетворювачів постійного струму з низькою робочою напругою
Для котушок, в залежності від розміру сердечника і частоти, потрібно лише кілька обертів на тороїдальному сердечнику. За допомогою вбудованого генератора ви можете легко визначити, скільки оборотів вам насправді потрібно. Для цього кілька разів протягніть ізольований кабель через тороїдальний сердечник і підключіть його до виходу генератора. Якщо досягається необхідна кількість витків, енергоспоживання схеми та нагрівання тороїдального сердечника значно знижуються. Також важливо використовувати матеріал серцевини з низькими втратами, наприклад TDK/Epcos N87. Залежно від необхідної напруги ізоляції, щонайменше для однієї котушки використовується ізольований провід перемички з достатньою діелектричною міцністю або неекранований високовольтний кабель. Для вторинного випрямляча найкраще використовувати схему дублера Вільяра. Це чудово порівняно з асиметричними змінними напругами і тим не менше використовує обидві напівхвилі однаково для передачі енергії. Потім необхідні регульовані вторинні напруги можна легко генерувати на вторинній стороні за допомогою простих, неізольованих перетворювачів постійного струму.
Якщо для напівмостового перетворювача потрібно реалізувати більш високі напруги, потрібно безпотенційне управління верхнім комутаційним транзистором. Однією з можливостей є, наприклад, використання керуючого трансформатора, як це видно на малюнку 5.1 B. Однак динамічна поведінка трансформатора, особливо при контролі MOSFET і IGBT, завжди є певним фактором невизначеності. У випадку з напівмостами з біполярними комутаційними транзисторами існує особливо простий спосіб управління транзисторами за допомогою керуючого трансформатора, як це видно на малюнку 8.3 E. Напівмост є коливальним, і керуючий трансформатор в першу чергу визначає частоту комутації.
Рисунок 8.3 E-мостовий перетворювач E з трансформатором управління Структура керуючого трансформатора Tr 1
Рисунок 8.3 F високовольтний напівмост з ІЧ 2153
Рисунок 8.3 G високовольтний напівмост для високої продуктивності з IR 2153
Рисунок 8.3 Повний міст H MOSFET із інтегрованими мікросхемами драйвера воріт
Рисунок 8.3 Повний міст I MOSFET із інтегрованими ІС драйверів воріт
Використовувані мікросхеми мають менший час мертвих процесів приблизно 0,6 мкс замість 1,2 мкс для IR 2151 та IR 2153. Це дозволяє відповідно вищі частоти комутації. В принципі можна також використовувати два IR 2153, якщо їх легше отримати. У цьому випадку контакт 2 IC 1 не повинен бути підключений безпосередньо до контакту 3 IC 2, а через стабілітрон 2,7 В. Резистор від контакту 3 до контакту 1 мікросхеми 2 підвищує потенціал на контакті 3 на 2,7 вольта, так що функція відключення відключається. Цю зміну можна побачити на малюнку 8.3K. В іншому випадку схема ідентична малюнку 8.3 H.
Рисунок 8.3 Повне управління мостом K з двома IR 2153
Рисунок 8.3 L високовольтний повний міст з керуючим трансформатором та високою вихідною потужністю