כיצד לתכנן ממיר משיכת דחיפה - תיאוריה בסיסית, בנייה והדגמה

כשמדובר בעבודה עם אלקטרוניקה כוח, טופולוגיית ממיר DC-DC הופכת להיות קריטית מאוד עבור עיצובים מעשיים. ישנם בעיקר שני סוגים של טופולוגיות המרה DC-DC עיקריות הקיימות באלקטרוניקת חשמל, כלומר ממיר המיתוג והממיר הליניארי.

כעת מחוק שימור האנרגיה אנו יודעים שאי אפשר ליצור ולא להרוס אנרגיה, אלא רק ניתן לשנות אותה. כנ"ל לגבי מווסת מיתוג, הספק המוצא (הספק) של כל ממיר הוא תוצר של מתח וזרם, ממיר DC-DC ממיר באופן אידיאלי את המתח, או את הזרם בזמן שהספק קבוע. דוגמה יכולה להיות המצב שבו פלט 5V יכול לספק 2A של זרם. בעבר תכננו מעגל 5V, 2A SMPS, אתה יכול לבדוק אם זה משהו שאתה מחפש.

כעת שקול מצב בו עלינו לשנות אותו ליציאת 10V ליישום ספציפי. כעת, אם משתמשים במקום זה בממיר DC-DC, והפלט 5V 2A שהוא תפוקה 10W הוא קבוע, באופן אידיאלי ממיר DC-DC ימיר את המתח ל- 10V עם דירוג זרם 1A. ניתן לעשות זאת באמצעות טופולוגיית מיתוג דחיפה בה משרן מיתוג מוחלף ללא הרף.

שיטה נוספת יקרה אך שימושית היא שימוש בממיר דחיפה-משיכה. ממיר דחיפת משיכה פותח אפשרויות רבות של המרה, כגון טופולוגיות Buck, Boost, Buck-Boost, או אפילו מבודדות, וגם זו אחת הטופולוגיות המיתוג העתיקות ביותר המשמשות באלקטרוניקה כוח הדורשת מינימום רכיבים לייצור. יציאות הספק בינוניות (בדרך כלל - 150W עד 500W) עם מתח יציאה מרובה. צריך לשנות את סליל השנאי לשינוי מתח המוצא במעגל ממיר דחיפה-משיכה מבודד.

עם זאת, כל התכונות הללו מעלות שאלות רבות במוחנו. כמו, איך עובד ממיר Push-pull? אילו רכיבים חשוב לבנות מעגל ממיר דחיפה-משיכה? לכן, קראו הלאה ונגלה את כל התשובות הדרושות ובסופו של דבר נבנה מעגל מעשי להפגנה ובדיקה, אז בואו ניכנס אליו.

בניית ממיר Push-Pull

לשם יש את התשובה. לדחיפה ולמשוך יש שתי משמעויות הפוכות מאותו הדבר. מה הפירוש של Push-Pull במונחי הדיוט? המילון אומר שהמילה דחיפה פירושה להתקדם באמצעות כוח בכדי להעביר אנשים או חפצים לזוז הצידה. In a ממיר שכיבות למשוך DC-DC, את מגדיר לדחוף לדחוף את הזרם או להאכיל את הנוכחי. עכשיו, מה המשמעות של משיכה? שוב, המילון אומר להפעיל כוח על מישהו או משהו כדי לגרום לתנועה כלפי עצמו. בממיר הדחיפה-משיכה, זה שוב הזרם שנמשך.

לפיכך, ממיר דחיפה-משיכה הוא סוג של ממיר מיתוג שבו זרמים נדחפים כל הזמן למשהו ונמשכים כל הזמן ממשהו. זהו סוג של שנאי flyback או משרן. הזרם נדחק ונמשך כל הזמן מהשנאי. בשיטת דחיפה-משיכה זו, השנאי מעביר שטף לסליל המשני ומספק איזשהו מתח מבודד.

עכשיו, מכיוון שמדובר בסוג של מווסת מיתוג, כמו שצריך להחליף את השנאי בצורה כזו שצריך לדחוף את הזרם ולמשוך אותו באופן סינכרוני, לשם כך אנו זקוקים לווסת מיתוג כלשהו. כאן, נדרש נהג דחיפה-משיכה אסינכרוני. כעת, ברור שהמתגים מיוצרים בעזרת סוגים שונים של טרנזיסטורים או מוספטים.

בשוק האלקטרוניקה יש הרבה נהגים עם דחיפת משיכה, שניתן להשתמש בהם באופן מיידי לעבודה הקשורה לשיחה.

מעטים ממשקי ה- IC של הנהג הללו ניתן למצוא ברשימה שלהלן-

1. LT3999
2. מקס 258
3. MAX13253
4. LT3439
5. TL494

כיצד עובד ממיר דחיפת משיכה?

כדי להבין את עקרון העבודה של ממיר הדחיפה-משיכה, שרטטנו מעגל בסיסי שהוא ממיר דחיפה-משיכה חצי גשר בסיסי , ומוצג להלן, לשם הפשטות, כיסינו את הטופולוגיה של חצי הגשר, אך קיימת טופולוגיה נפוצה נוספת, והיא ידועה כממיר דחיפה-משיכה בגשר מלא.

שני טרנזיסטורי NPN יאפשרו פונקציונליות דחיפה-משיכה. לא ניתן להפעיל את שני הטרנזיסטורים Q1 ו- Q2 בו זמנית. כאשר Q1 מופעל, Q2 יישאר כבוי, כאשר Q1 כבוי, Q2 יופעל. זה יקרה ברצף וימשיך כלופ.

כפי שאנו רואים, המעגל הנ"ל משתמש בשנאי, זהו ממיר דחיפה-משיכה מבודד.

התמונה לעיל מציגה את המצב שבו Q1 מופעל ו- Q2 יכבה. כך הזרם יזרום דרך הברז המרכזי של השנאי וילך לקרקע דרך הטרנזיסטור Q1 ואילו ה- Q2 יחסום את זרימת הזרם בברז השני של השנאי. בדיוק הדבר ההפוך קורה כאשר Q2 נדלק ו- Q1 נשאר כבוי. בכל פעם שמתרחשים שינויים בזרימה הנוכחית, השנאי מעביר את האנרגיה מהצד הראשוני לצד המשני.

הגרף שלעיל מאוד שימושי לבדוק כיצד זה קורה, בהתחלה לא היו מתח או זרימת זרם במעגל. Q1 מופעל, מתח קבוע מכה ברז כשהמעגל סגור כעת. הזרם מתחיל לעלות ואז המתח מוזרם לצד המשני.

בשלב הבא, לאחר עיכוב בזמן, הטרנזיסטור Q1 נכבה ו- Q2 מופעל. הנה כמה דברים חשובים בעבודה - קיבול טפילי שנאי וההשראות יוצרים מעגל LC שמתחיל לעבור בקוטביות הפוכה. המטען מתחיל לזרום חזרה בכיוון ההפוך דרך סלילת הברז השנייה של השנאי. באופן זה, הזרם נדחק כל הזמן במצבים חלופיים על ידי שני הטרנזיסטורים האלה. עם זאת, מכיוון שהמשיכה נעשית על ידי מעגל LC והברז המרכזי של השנאי, זה נקרא טופולוגיה דחיפה-משיכה. לעיתים קרובות הוא מתואר בצורה כזו ששני הטרנזיסטורים דוחפים את הזרם לסירוגין ולתת את דחיפת המשיכה המוסכמת במקום בו טרנזיסטורים אינם מושכים את הזרם. צורת גל העומס נראית כמו מנסרת, אולם היא אינה שמוצגת בצורת הגל הנ"ל.

ככל שלמדנו כיצד פועל עיצוב ממיר דחיפה-משיכה, נעבור לבניית מעגל בפועל עבורו, ואז נוכל לנתח זאת על הספסל. אבל לפני כן, בואו נסתכל על הסכימה.

רכיבים הנדרשים לבניית ממיר מעשי Push Pull מעשי

ובכן, המעגל שלהלן בנוי על קרש לחם. הרכיבים המשמשים לבדיקת מעגלים הם כדלקמן -

1. 2 משרנים בעלי דירוג זהה - משרן טורואיד 220uH 5A.
2. קבל סרט פוליאסטר 0.1uF - 2 יח '
3. נגד 1k 1% - 2 יח '
4. טרנזיסטור זוג דרלינגטון ULN2003
5. קבל 100uF 50V

תרשים מעגלים ממיר של Push-Pull ממיר

הסכימטי הוא די ישר קדימה. בואו ננתח את החיבור, ULN2003 הוא מערך הטרנזיסטורים הזוגי דרלינגטון. מערך טרנזיסטור זה שימושי מכיוון שדיודות הגלגל החופשי זמינות בתוך ערכת השבבים והוא אינו דורש רכיבים נוספים ובכך נמנע כל ניתוב מורכב נוסף על לוח לחם. עבור מנהל ההתקן הסינכרוני, אנו משתמשים בטיימר RC פשוט שידליק ויכבה את הטרנזיסטורים באופן סינכרוני כדי ליצור אפקט דחיפה למשוך על פני המשרנים.

ממיר דחיפת משיכה מעשי - עובד

העבודה במעגל פשוטה. בואו נסיר את זוג דרלינגטון ונהפוך את המעגל לפשוט באמצעות שני טרנזיסטורים Q1 ו- Q2.

רשתות ה- RC מחוברות במצב רוחבי עם בסיס ה- Q1 ו- Q2, המפעילים את הטרנזיסטורים החלופיים באמצעות טכניקת משוב הנקראת משוב רגנרטיבי.

זה מתחיל לפעול כך - כאשר אנו מפעילים מתח על הברז המרכזי של השנאי (שם החיבור המשותף בין שני משרנים), הזרם יזרום דרך השנאי. בהתאם לצפיפות השטף והרוויה של הקוטביות, השלילית או החיובית, הנוכחי מטעין את C1 ו- R1 או C2 ו- R2, לא שניהם. נניח ש- C1 ו- R1 מקבלים את הזרם הראשון. C1 ו- R1 מספקים טיימר שמפעיל את הטרנזיסטור Q2. החלק L2 של השנאי יביא למתח באמצעות השטף המגנטי. במצב זה, ה- C2 וה- R2 מתחילים להיטען ולהדליק את ה- Q1. החלק L1 של השנאי גורם אז למתח. העיתוי או התדירות תלויים לחלוטין במתח הכניסה, בשטף הרווי של השנאי או המשרן, בסיבובים הראשוניים, בשטח סנטימטר מרובע חתך של הליבה.הנוסחה של התדר היא-

f = (V _ב * 10 ⁸) / (4 * β _s * A * N)

כאשר Vin הוא מתח הקלט, 10 ⁸ הוא ערך קבוע, β _s הוא צפיפות השטף הרוויה של הליבה שתשתקף על השנאי, A הוא שטח החתך ו- N הוא מספר הסיבובים.

בדיקת מעגל ממיר הדחיפה למשוך

לבדיקת המעגל נדרשים הכלים הבאים-

1. שני מילימטרים - אחד לבדיקת מתח כניסה ואחד נוסף למתח יציאה
2. אוסצילוסקופ
3. אספקת חשמל לספסל.

המעגל בנוי בלוח לחם והכוח מוגבר אט אט. מתח הכניסה הוא 2.16 וולט ואילו מתח המוצא הוא 8.12 וולט, שהוא כמעט פי ארבעה ממתח הכניסה.

עם זאת, מעגל זה אינו משתמש בטופולוגיית משוב כלשהי, כך שמתח המוצא אינו קבוע ואינו מבודד.

התדירות והמעבר של דחיפת המשיכה נצפים באוסילוסקופ-

לפיכך המעגל פועל כעת כממיר דחיפה למשוך-משיכה כאשר מתח המוצא אינו קבוע. צפוי שממיר דחיפה-משיכה זה יכול לספק הספק של עד 2W, אך לא בדקנו אותו בגלל היעדר יצירת משוב.

מסקנות

מעגל זה הוא צורה פשוטה של ​​ממיר הדחיפה-משיכה. עם זאת, תמיד מומלץ להשתמש ב- IC תקין של דחיפת משיכה לדחיפה עבור הפלט הרצוי. ניתן לבנות את המעגל באופן שבו ניתן לבנות מבודדים או לא מבודדים, כל טופולוגיות בהמרה דחיפה-משיכה.

המעגל שלהלן הוא מעגל תקין של ממיר DC לדחיפה למשוך מבוקר. זהו ממיר דחיפה-משיכה 1: 1 המשתמש ב- LT3999 למכשירים אנלוגיים (טכנולוגיות לינאריות).

אני מקווה שאהבתם את המאמר ולמדתם משהו חדש אם יש לכם שאלות בנוגע לנושא זה, אנא שימו הערה למטה, או שתוכלו לפרסם את שאלתכם ישירות בפורום שלנו.