Підйомники та редуктори напруги - Майстерня
На сьогоднішній день найважливіші електронні пристрої, з якими ми взаємодіємо щодня, такі як стільникові телефони, планшети та ноутбуки, живляться від акумуляторів, що вимагають великої автономності. Вони мають багато електронних схем, які працюють з різними рівнями напруги, що створило необхідність мати схеми, здатні управляти та розподіляти напруги, необхідні для коректної роботи електронних пристроїв. нових електронних пристроїв зростає потреба в підвищенні загальної ефективності системи шляхом розробки цих блоків управління енергією та розподілу для мінімізації втрат.
Принцип роботи трансформатора:
Трансформатор змінного струму
Принципом, за яким працює трансформатор, є Закон Фарадея про електромагнітну індукцію або взаємну індукцію між двома котушками. Трансформатор складається з двох окремих обмоток, розміщених над прокатним сталевим сердечником.
Обмотка, до якої підключено джерело живлення змінного струму, називається первинною обмоткою, а вторинна - тією, яка підключена до навантаження. Він працює на змінному струмі лише тому, що для взаємної індукції між двома обмотками необхідний змінний потік.
Коли живлення змінного струму подається на первинну обмотку напругою V1, в сердечнику трансформатора встановлюється змінний струм ϕ, який підключений до вторинної обмотки, і, як результат, в ній індукується електромагнітне поле. Напрямок цього індукованого електромагнітного поля протилежний прикладеній напрузі V1 через закон Ленца, показаний на малюнку нижче:
Коли живлення змінного струму подається на первинну обмотку напругою V1, в сердечнику трансформатора встановлюється змінний струм ϕ, який підключений до вторинної обмотки, і в результаті в ній індукується електромагнітне поле, яке називається зворотно-індуковане електромагнітне поле. . Напрямок цього індукованого електромагнітного поля протилежний прикладеній напрузі V1 через закон Ленца, показаний на малюнку нижче:
Фізично між двома обмотками немає електричного зв’язку, але вони магнітно пов’язані. Тому електрика передається від первинного контуру до вторинного контуру за взаємною індуктивністю.
Електромагнітне поле, наведене в первинній та вторинній обмотках, залежить від швидкості зміни потокового з'єднання .
Трансформатор постійного струму:
Як обговорювалося вище, трансформатор працює від мережі змінного струму і не може працювати від постійного струму. Якщо номінальна напруга постійного струму подається на первинну обмотку, в сердечнику трансформатора буде налаштований потік постійної величини, і тому не буде генеруватися самоіндукованого електромагнітного поля, з точки зору з'єднання потоку з вторинною обмоткою або необхідний змінний потік, а не постійний потік.
Опір первинної обмотки дуже низький, а струм первинного струму високий. Отже, цей струм набагато вище струму первинної обмотки з номінальним повним навантаженням. Отже, кількість виробленого тепла буде вищою, а поточні втрати (I2R) будуть вищими.
Через це ізоляція первинних обмоток буде спалена, а трансформатор пошкоджений.
Підйомник напруги
Ми всі стикаємося з неприємними ситуаціями, коли нам потрібно трохи більше напруги, ніж може забезпечити наш блок живлення. Нам потрібно 12 вольт, але у нас є лише 9-вольтовий акумулятор. Або, можливо, у нас є джерело живлення 3,3 В, коли нашій інтегральній системі потрібно 5 В.
Нарешті, ми запитуємо себе, чи можна перетворити безперервну напругу в іншу? Відповідь - так. Можна перетворити одну напругу постійного струму на іншу, але методи продумуються більш розумно.
Вони називаються "режимом перемикання", оскільки є напівпровідниковий перемикач, який вмикається і вимикається дуже швидко.
Що таке підсилювач напруги ?
Імпульсний перетворювач - один з найпростіших типів перетворювачів у комутаційному режимі. Як випливає з назви, для цього потрібна вхідна напруга та збільшення напруги. Усе, що воно складається, - це індуктор, напівпровідниковий перемикач (сьогодні це МОП-транзистор), діод і конденсатор. Він також потребує джерела постійного струму.
Як працює Boost Converter?
Прийшов час по-справжньому дихати, ми ось-ось зануримося в електронні глибини влади. Ми можемо сказати з самого початку, що це дуже приємне поле.
Щоб зрозуміти, як працює імпульсний перетворювач, потрібно знати, як працюють дроселі, MOSFET, діоди та конденсатори.
Маючи ці знання, ми можемо поетапно пройти через роботу перетворювача імпульсів.
Тут нічого не відбувається. Вихідний конденсатор заряджається на вхідну напругу мінус падіння діода.
Тепер настав час увімкнути перемикач. Наше джерело сигналу підвищується, починаючи MOSFET. Весь струм перенаправляється на MOSFET через індуктор. Зверніть увагу, що цей вихідний конденсатор залишається зарядженим, оскільки його неможливо розрядити через упереджений діод.
Блок живлення не відразу коротко замикається, оскільки індуктор піднімає струм відносно повільно. Навколо індуктора також будується магнітне поле. Зверніть увагу на полярність напруги, що подається на індуктор.
Boost Converter Крок 2 працює
MOSFET вимкнено, а струм індуктивності раптово вимкнений.
Сама природа індуктора полягає у підтримці плавного потоку струму; він не любить різких змін струму. Тож він не любить сили, щоб раптово зупинитися. Він реагує на це генерацією високої напруги з протилежною полярністю напруги, спочатку поданої, використовуючи енергію, що зберігається в магнітному полі, для підтримки поточного струму.
Якщо ми забули решту елементів схеми і спостерігали лише символи полярності, ми помітили, що індуктор тепер діє як джерело напруги послідовно з напругою живлення. Це означає, що анод діода тепер знаходиться на вищій напрузі, ніж катод (пам’ятайте, кришка вже була заряджена до напруги живлення на початку) і звернена вперед.
Зараз вихідний конденсатор заряджається при більш високій напрузі, ніж раніше, а це означає, що ми успішно підняли низьку напругу постійного струму до вищої.!
Рекомендую пройти ще раз дуже повільно і зрозуміти їх інтуїтивно.
Ці дії відбуваються тисячі разів (залежно від частоти генератора), щоб утримати вихідну напругу під навантаженням.
Редуктор напруги
Багато разів у електронному світі ми виявляємо необхідність зменшити постійну напругу до нижчої. Наприклад, нам може знадобитися живити мікроконтролер 3,3 В від джерела живлення 12 В. Рішення просте, просто додайте 3,1 В лінійний регулятор ІС, як LD1117, з джерелом живлення 12 В і регулює напругу до 3,3 В.
Вступ до редукторів напруги
Цей пристрій називається редуктором напруги. Це тип перетворювача постійного струму, тому він виконує завдання зменшення напруги за допомогою декількох транзисторів та котушки. На зображенні вище показано типову схему для перетворювачів циклу.
Він цілком схожий на імпульсний перетворювач, але розміщення індуктора і транзистора перемикаються. Перемикач, що відображається у вищезазначеній схемі, зазвичай є електронним вимикачем живлення, таким як MOSFET, IGBT або BJT. Перемикач буде вмикатися (вмикати і вимикати) за допомогою сигналу ШІМ.
Робота крапельниці напруги трохи схожа на роботу ШІМ "затемнення". Ми всі чули про вогні, які можуть зменшити свою інтенсивність від ШІМ-сигналу.
Робота редуктора напруги
Перемикач увімкнений і дозволяє потоку струму проходити до вихідного конденсатора, заряджаючи його. Оскільки напруга в конденсаторі не може миттєво збільшитися і оскільки котушка обмежує струм зарядки, напруга вздовж ланцюга під час циклу комутації не є повною напругою джерела живлення.
Перемикач вимикається. Оскільки струм в котушці не може раптово змінюватися, котушка створює над ним напругу. Ця напруга дозволяє конденсатору заряджатися і подавати навантаження через діод, коли вимикач вимкнений, підтримуючи вихідний струм протягом усього циклу комутації.
Ці два етапи продовжують повторюватися багато тисяч разів на секунду, що призводить до безперервного виходу.
Редуктори напруги:
| Ім'я | годування | Вхід |
| Режим відключення живлення USB | 4,5 В-40 В | 5 В |
| Режим падіння напруги змінного та постійного струму 150 Вт | Змінний струм: 100В-240В | 24 В |
| Модуль регулятора напруги AMS1117 | 4В-12В | 3,3 В |
| Модуль регулятора напруги AMS1117 | 6,5 В-12 В | 5 В |
| Модуль регулювання напруги 9В | 0В - 15В | 9В |
| Модуль регулювання напруги при 3,3 В S09 | 0-15В | 3,3 В |
| Модуль контролю напруги | 0-15В | 12 В |
| Режим зниження напруги | 6В-24В | 5 В |
Регульовані редуктори напруги
Принцип роботи полягає у регульованому регуляторі напруги, який може випромінювати регульовані напруги з будь-якого місця в тому діапазоні, який призначений для випромінювання регулятора напруги. Наявність такої можливості набагато більш універсальна, ніж звичайні підйомники та редуктори напруги, які мають фіксовану напругу, до якої вони підводять вашу напругу.
Підвищення напруги:
| Ім'я | годування | Вхід |
| Міні модуль підвищення напруги 5 В, 8 В, 9 В, 12 В | 2,5 В-5 В | 5 В/8 В/9 В/12 В |
| Модуль перетворювача Step Up | 1В-5В | 5 В |
| Модуль живлення постійного та постійного струму | 5 В | 1200В |
Ми чекаємо вас із запитаннями та проблемами у розділі коментарів.