- Κατασκευή μετατροπέα Push-Pull
- Πώς λειτουργεί ένας μετατροπέας Push Pull;
- Απαιτούμενα στοιχεία για την κατασκευή ενός πρακτικού μετατροπέα Push Pull Converter
- Ένα πρακτικό διάγραμμα κυκλώματος μετατροπέα ώθησης-τραβήγματος
- Πρακτικός μετατροπέας Push-Pull - Εργασία
- Δοκιμή του κυκλώματος μετατροπέα Push Pull
- Συμπεράσματα
Όταν πρόκειται για εργασία με ηλεκτρονικά ρεύματα, μια τοπολογία μετατροπέα DC-DC καθίσταται πολύ σημαντική για πρακτικά σχέδια. Υπάρχουν κυρίως δύο τύποι σημαντικών τοπολογιών μετατροπής DC-DC στα ηλεκτρονικά ισχύος, δηλαδή, ο μετατροπέας μεταγωγής και ο γραμμικός μετατροπέας.
Τώρα από το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, γνωρίζουμε ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί, αλλά μόνο μπορεί να μετατραπεί. Το ίδιο ισχύει και για τους ρυθμιστές εναλλαγής, η ισχύς εξόδου (watt) οποιουδήποτε μετατροπέα είναι το προϊόν τάσης και ρεύματος, ένας μετατροπέας DC-DC μετατρέπει ιδανικά την τάση ή το ρεύμα ενώ η ισχύς είναι σταθερή. Ένα παράδειγμα θα μπορούσε να είναι η κατάσταση όπου μια έξοδος 5V θα μπορούσε να παρέχει 2Α ρεύματος. Προηγουμένως είχαμε σχεδιάσει ένα κύκλωμα 5V, 2A SMPS, μπορείτε να το ελέγξετε αν αυτό είναι κάτι που ψάχνετε.
Τώρα σκεφτείτε μια κατάσταση όπου πρέπει να το αλλάξουμε σε έξοδο 10V για μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Τώρα, εάν ένας μετατροπέας DC-DC χρησιμοποιείται σε αυτό το μέρος και το 5V 2A που είναι έξοδος 10W είναι σταθερό, ιδανικά ο μετατροπέας DC-DC θα μετατρέψει την τάση σε 10V με τρέχουσα βαθμολογία 1A. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας μια τοπολογία αλλαγής ώθησης όπου ένας επαγωγέας εναλλαγής αλλάζει συνεχώς.
Μια άλλη δαπανηρή αλλά χρήσιμη μέθοδος είναι να χρησιμοποιήσετε έναν μετατροπέα push-pull. Ένας μετατροπέας push-pull ανοίγει πολλές δυνατότητες μετατροπής, όπως Buck, Boost, Buck-Boost, απομονωμένες ή ακόμη και μη απομονωμένες τοπολογίες, επίσης είναι μια από τις παλαιότερες τοπολογίες μεταγωγής που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά ισχύος που απαιτούν ελάχιστα εξαρτήματα για την παραγωγή έξοδοι μέσης ισχύος (Συνήθως - 150W έως 500W) με πολλαπλή τάση εξόδου. Κάποιος πρέπει να αλλάξει την περιέλιξη του μετασχηματιστή για την αλλαγή της τάσης εξόδου σε ένα απομονωμένο κύκλωμα μετατροπέα ώθησης-έλξης.
Ωστόσο, όλες αυτές οι δυνατότητες βάζουν πολλές ερωτήσεις στο μυαλό μας. Όπως, πώς λειτουργεί ένας μετατροπέας Push-pull; Ποια εξαρτήματα είναι σημαντικά για την κατασκευή κυκλώματος μετατροπέα push-pull; Έτσι, διαβάστε και θα ανακαλύψουμε όλες τις απαραίτητες απαντήσεις και στο τέλος, θα οικοδομήσουμε ένα πρακτικό κύκλωμα για επίδειξη και δοκιμές, οπότε ας πάμε κατευθείαν σε αυτό.
Κατασκευή μετατροπέα Push-Pull
Το όνομα έχει την απάντηση. Το Push και Pull έχουν δύο αντίθετες έννοιες για το ίδιο πράγμα. Ποια είναι η έννοια του Push-Pull με τους απλούς όρους; Το λεξικό λέει ότι η λέξη ώθηση σημαίνει να προχωρήσουμε χρησιμοποιώντας δύναμη για να περάσουμε άτομα ή αντικείμενα για να απομακρυνθούν. Σε έναν μετατροπέα DC-DC push-pull, η ώθηση ορίζει την ώθηση του ρεύματος ή την τροφοδοσία του ρεύματος. Τώρα, τι σημαίνει έλξη; Και πάλι, το λεξικό λέει ότι ασκεί δύναμη σε κάποιον ή κάτι που προκαλεί κίνηση προς τον εαυτό του. Στον μετατροπέα push-pull, τραβάει και πάλι το ρεύμα.
Έτσι, ένας μετατροπέας push-pull είναι ένας τύπος μετατροπέα μεταγωγής όπου τα ρεύματα ωθούνται συνεχώς σε κάτι και τραβούν συνεχώς από κάτι. Πρόκειται για έναν τύπο μετασχηματιστή flyback ή επαγωγέα. Το ρεύμα ωθείται συνεχώς και τραβιέται από τον μετασχηματιστή. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο push-pull, ο μετασχηματιστής μεταφέρει ροή στο δευτερεύον πηνίο και παρέχει ένα είδος απομονωμένης τάσης.
Τώρα, καθώς πρόκειται για έναν τύπο ρυθμιστή αλλαγής, καθώς και ο μετασχηματιστής πρέπει να αλλάξει με τέτοιο τρόπο ώστε το ρεύμα να ωθείται και να τραβιέται συγχρονισμένα, γι 'αυτό χρειαζόμαστε κάποιο είδος ρυθμιστή εναλλαγής. Εδώ, απαιτείται ένα ασύγχρονο πρόγραμμα push-pull. Τώρα, είναι προφανές ότι οι διακόπτες γίνονται με διαφορετικούς τύπους τρανζίστορ ή Mosfets.
Υπάρχουν πολλά προγράμματα οδήγησης push-pull διαθέσιμα στην αγορά ηλεκτρονικών ειδών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα για εργασίες σχετικές με push-pull συνομιλίες.
Λίγα από αυτά τα IC Driver μπορούν να βρεθούν στην παρακάτω λίστα-
- LT3999
- MAX258
- MAX13253
- LT3439
- TL494
Πώς λειτουργεί ένας μετατροπέας Push Pull;
Για να κατανοήσουμε την αρχή λειτουργίας του μετατροπέα push-pull, έχουμε σχεδιάσει ένα βασικό κύκλωμα που είναι ένας βασικός μετατροπέας push-pull μισής γέφυρας, και φαίνεται παρακάτω, για λόγους απλότητας, έχουμε καλύψει την τοπολογία μισής γέφυρας, αλλά υπάρχει μια άλλη κοινή τοπολογία, και αυτή είναι γνωστή ως μετατροπέας push-pull πλήρους γέφυρας.
Δύο τρανζίστορ NPN θα επιτρέψουν τη λειτουργία push-pull. Τα δύο τρανζίστορ Q1 και Q2 δεν μπορούν να ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα. Όταν το Q1 είναι ενεργοποιημένο, το Q2 θα παραμείνει απενεργοποιημένο, όταν το Q1 είναι απενεργοποιημένο, το Q2 θα ενεργοποιηθεί. Θα συμβεί διαδοχικά και θα συνεχιστεί ως βρόχος.
Όπως μπορούμε να δούμε, το παραπάνω κύκλωμα χρησιμοποιεί έναν μετασχηματιστή, αυτός είναι ένας απομονωμένος μετατροπέας push-pull.
Η παραπάνω εικόνα δείχνει την κατάσταση όπου το Q1 είναι ενεργοποιημένο και το Q2 θα απενεργοποιηθεί. Έτσι, το ρεύμα θα ρέει μέσω της κεντρικής βρύσης του μετασχηματιστή και θα πηγαίνει στο έδαφος μέσω του τρανζίστορ Q1, ενώ το Q2 θα εμποδίζει τη ροή ρεύματος στην άλλη βρύση του μετασχηματιστή. Ακριβώς το αντίθετο πράγμα συμβαίνει όταν το Q2 ανάβει και το Q1 παραμένει απενεργοποιημένο. Κάθε φορά που συμβαίνουν οι αλλαγές στην τρέχουσα ροή, ο μετασχηματιστής μεταφέρει την ενέργεια από την πρωτεύουσα πλευρά στη δευτερεύουσα πλευρά.
Το παραπάνω γράφημα είναι πολύ χρήσιμο για να ελέγξετε πώς συμβαίνει αυτό, στην αρχή, δεν υπήρχε τάση ή ροή ρεύματος στο κύκλωμα. Το Q1 ενεργοποιήθηκε, μια συνεχής τάση χτυπάει πρώτα τη βρύση καθώς το κύκλωμα είναι κλειστό τώρα Το ρεύμα αρχίζει να αυξάνεται και στη συνέχεια η τάση προκαλείται στη δευτερεύουσα πλευρά.
Στην επόμενη φάση, μετά από μια χρονική καθυστέρηση, το τρανζίστορ Q1 απενεργοποιείται και το Q2 είναι ενεργοποιημένο. Εδώ έρχονται μερικά σημαντικά πράγματα στην εργασία - η παρασιτική χωρητικότητα του μετασχηματιστή και η αυτεπαγωγή σχηματίζει ένα κύκλωμα LC που αρχίζει να αλλάζει με αντίθετη πολικότητα. Το φορτίο αρχίζει να ρέει πίσω στην αντίθετη κατεύθυνση μέσω της άλλης περιέλιξης του μετασχηματιστή. Με αυτόν τον τρόπο, το ρεύμα ωθείται συνεχώς σε εναλλακτικές λειτουργίες από αυτά τα δύο τρανζίστορ. Ωστόσο, καθώς το τράβηγμα γίνεται από το κύκλωμα LC και την κεντρική βρύση του μετασχηματιστή, ονομάζεται τοπολογία έλξης. Συχνά περιγράφεται με τέτοιο τρόπο ώστε τα δύο τρανζίστορ να σπρώχνουν το ρεύμα εναλλάσσοντας το συνηθισμένο push-pull όπου τα τρανζίστορ δεν τραβούν το ρεύμα. Η κυματομορφή φορτίου μοιάζει με το πριόνι, ωστόσο, δεν φαίνεται στην παραπάνω κυματομορφή.
Καθώς έχουμε μάθει πώς λειτουργεί ένας σχεδιασμός μετατροπέα push-pull, ας προχωρήσουμε στην κατασκευή ενός πραγματικού κυκλώματος για αυτό και στη συνέχεια μπορούμε να το αναλύσουμε στον πάγκο. Αλλά πριν από αυτό, ας ρίξουμε μια ματιά στο σχηματικό.
Απαιτούμενα στοιχεία για την κατασκευή ενός πρακτικού μετατροπέα Push Pull Converter
Λοιπόν, το παρακάτω κύκλωμα είναι κατασκευασμένο σε ένα breadboard. Τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο κυκλωμάτων έχουν ως εξής-
- 2 πηνία PC με την ίδια βαθμολογία - 220uH 5A τοροειδές πηνίο.
- Πυκνωτής μεμβράνης πολυεστέρα 0.1uF - 2 τεμ
- 1k αντίσταση 1% - 2 τεμ
- Τρανζίστορ ζευγαριού Darlington ULN2003
- Πυκνωτής 100uF 50V
Ένα πρακτικό διάγραμμα κυκλώματος μετατροπέα ώθησης-τραβήγματος
Το σχηματικό είναι αρκετά απλό. Ας αναλύσουμε τη σύνδεση, το ULN2003 είναι η σειρά τρανζίστορ ζεύγους Darlington. Αυτή η συστοιχία τρανζίστορ είναι χρήσιμη καθώς οι δίοδοι ελεύθερης περιστροφής είναι διαθέσιμες μέσα στο chipset και δεν απαιτεί πρόσθετα εξαρτήματα, αποφεύγοντας έτσι τυχόν επιπλέον σύνθετη δρομολόγηση σε ένα breadboard. Για το σύγχρονο πρόγραμμα οδήγησης, χρησιμοποιούμε έναν απλό χρονοδιακόπτη RC που θα ενεργοποιεί και θα απενεργοποιεί συγχρόνως τα τρανζίστορ για να δημιουργήσει ένα εφέ push-pull στους επαγωγείς.
Πρακτικός μετατροπέας Push-Pull - Εργασία
Η λειτουργία του κυκλώματος είναι απλή. Ας αφαιρέσουμε το ζευγάρι Darlington και ας κάνουμε το κύκλωμα απλό χρησιμοποιώντας δύο τρανζίστορ Q1 και Q2.
Τα δίκτυα RC συνδέονται σε εγκάρσια θέση με τη βάση των Q1 και Q2, τα οποία ενεργοποιούν τα εναλλακτικά τρανζίστορ χρησιμοποιώντας μια τεχνική ανάδρασης που ονομάζεται αναγεννητική ανάδραση.
Αρχίζει να λειτουργεί έτσι - Όταν εφαρμόζουμε τάση στην κεντρική βρύση του μετασχηματιστή (όπου η κοινή σύνδεση μεταξύ δύο επαγωγέων), το ρεύμα θα ρέει μέσω του μετασχηματιστή. Ανάλογα με την πυκνότητα ροής και τον κορεσμό της πολικότητας, αρνητικό ή θετικό, το τρέχον πρώτο φορτίζει C1 και R1 ή C2 και R2, όχι και τα δύο. Ας φανταστούμε ότι οι C1 και R1 παίρνουν πρώτα το ρεύμα. Οι C1 και R1 παρέχουν χρονόμετρο που ενεργοποιεί το τρανζίστορ Q2. Το τμήμα L2 του μετασχηματιστή θα προκαλέσει τάση χρησιμοποιώντας τη μαγνητική ροή. Σε αυτήν την περίπτωση, τα C2 και R2 αρχίζουν να φορτίζουν και να ενεργοποιούν το Q1. Στη συνέχεια, το τμήμα L1 του μετασχηματιστή προκαλεί τάση. Ο χρονισμός ή η συχνότητα εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την τάση εισόδου, την κορεσμένη ροή του μετασχηματιστή ή του επαγωγέα, τις πρωτεύουσες στροφές, την εγκάρσια τομή τετραγωνικού εκατοστού του πυρήναΟ τύπος της συχνότητας είναι-
f = (V σε * 10 8) / (4 * β s * A * N)
Όταν Vin είναι η τάση εισόδου, 10 8 είναι μια σταθερή τιμή, β s είναι το κορεσμένο πυκνότητα ροής του πυρήνα που θα αντανακλάται στο μετασχηματιστή, Α είναι το εμβαδόν διατομής και το Ν είναι ο αριθμός των σπειρών.
Δοκιμή του κυκλώματος μετατροπέα Push Pull
Για τη δοκιμή του κυκλώματος, απαιτούνται τα ακόλουθα εργαλεία-
- Δύο χιλιοστά - ένα για τον έλεγχο της τάσης εισόδου και ένα άλλο για την τάση εξόδου
- Ένα παλμογράφο
- Τροφοδοσία πάγκου.
Το κύκλωμα είναι κατασκευασμένο σε ένα breadboard και η ισχύς αυξάνεται αργά. Η τάση εισόδου είναι 2,16V ενώ η τάση εξόδου είναι 8,12V, που είναι σχεδόν τέσσερις φορές η τάση εισόδου.
Ωστόσο, αυτό το κύκλωμα δεν χρησιμοποιεί τοπολογία ανάδρασης, επομένως η τάση εξόδου δεν είναι σταθερή και ούτε απομονωμένη.
Η συχνότητα και η εναλλαγή της ώθησης-έλξης παρατηρούνται στον παλμογράφο-
Έτσι το κύκλωμα λειτουργεί τώρα ως μετατροπέας ώθησης-ώθησης, όπου η τάση εξόδου δεν είναι σταθερή. Αναμένεται ότι αυτός ο μετατροπέας push-pull θα μπορούσε να παρέχει ισχύ έως 2W, αλλά δεν τον έχουμε δοκιμάσει λόγω της έλλειψης δημιουργίας ανατροφοδότησης.
Συμπεράσματα
Αυτό το κύκλωμα είναι μια απλή μορφή του μετατροπέα push-pull. Ωστόσο, συνιστάται πάντοτε η χρήση ενός κατάλληλου IC οδηγού push-pull για την επιθυμητή έξοδο. Το κύκλωμα μπορεί να κατασκευαστεί με τρόπο που να είναι απομονωμένες ή μη απομονωμένες, μπορούν να κατασκευαστούν οποιεσδήποτε τοπολογίες μετατροπής ώθησης-έλξης.
Το παρακάτω κύκλωμα είναι ένα κατάλληλο κύκλωμα ελεγχόμενου push-pull DC to DC converter. Είναι ένας μετατροπέας push-pull 1: 1 χρησιμοποιώντας LT3999 για αναλογικές συσκευές (Linear Technologies).
Ελπίζω να σας άρεσε το άρθρο και να μάθετε κάτι νέο αν έχετε απορίες σχετικά με αυτό το θέμα, κάντε ένα σχόλιο παρακάτω ή μπορείτε να δημοσιεύσετε την ερώτησή σας απευθείας στο φόρουμ μας.