스위칭 전압 조정기

펄스 전압 조정기(변환기)에서 활성 요소(일반적으로 전계 효과 트랜지스터)는 펄스 모드에서 작동합니다. 제어 스위치가 번갈아 열리고 닫히면서 에너지 축적 요소에 펄스와 함께 공급 전압을 공급합니다. 결과적으로 전류 펄스는 종종 부하 회로에서 에너지를 축적, 변환 및 방출하는 요소로 작용하는 초크(또는 특정 스위칭 조정기의 토폴로지에 따라 변압기를 통해)를 통해 공급됩니다.

펄스에는 특정 시간 매개 변수가 있습니다. 특정 주파수를 따르고 특정 기간이 있습니다. 이러한 매개변수는 출력 커패시터를 충전하고 연결된 부하에 실제로 전력을 공급하는 평균 인덕터 전류이기 때문에 스태빌라이저가 현재 공급하는 부하의 크기에 따라 달라집니다.

펄스 안정기의 구조에서 스위치, 에너지 저장 장치 및 제어 회로의 세 가지 주요 기능 장치를 구분할 수 있습니다.처음 두 노드는 전원 섹션을 형성하며 세 번째 노드와 함께 완전한 전압 변환 회로를 형성합니다. 때때로 스위치는 제어 회로와 동일한 하우징에서 만들어질 수 있습니다.

따라서 펄스 변환기의 작업은 폐쇄 및 개방으로 인해 수행됩니다. 전자 열쇠… 스위치가 닫히면 에너지 저장 장치(초크)가 전원에 연결되어 에너지를 저장하고, 열리면 저장 장치가 소스에서 분리되어 즉시 부하 회로에 연결되어 에너지가 필터 커패시터와 부하로 전달됩니다.

결과적으로 전압의 특정 평균값이 부하에 작용하며 이는 제어 펄스의 지속 시간과 반복 빈도에 따라 다릅니다. 전류는 부하에 따라 달라지며 그 값은 이 변환기의 허용 한계를 초과해서는 안 됩니다.

PWM 및 PWM

펄스 변환기의 출력 전압 안정화 원리는 출력 전압과 기준 전압의 지속적인 비교를 기반으로 하며 이러한 전압의 불일치에 따라 제어 회로는 자동으로 개방 기간의 비율을 복원하고 스위치의 닫힌 상태(제어 펄스의 폭을 펄스 폭 변조 — PWM) 또는 이러한 펄스의 반복 속도를 변경하여 지속 시간을 일정하게 유지합니다(펄스 주파수 변조(PFM)를 통해). 출력 전압은 일반적으로 저항 분배기로 측정됩니다.

어떤 시점에서 부하 하의 출력 전압이 감소하고 공칭보다 낮아진다고 가정합니다.이 경우 PWM 컨트롤러는 펄스 폭을 자동으로 증가시킵니다. 즉, 초크의 에너지 저장 프로세스가 길어지고 그에 따라 더 많은 에너지가 부하로 전달됩니다. 결과적으로 출력 전압은 공칭으로 돌아갑니다.

안정화가 PFM의 원리에 따라 작동하면 부하 상태에서 출력 전압이 감소하면 펄스 반복률이 증가합니다. 결과적으로 더 많은 에너지 부분이 부하로 전달되고 전압은 필요한 정격과 동일해집니다. 여기에서 닫힌 상태와 열린 상태의 지속 시간의 합에 대한 스위치의 닫힌 상태 지속 시간의 비율이 소위 듀티 사이클 DC라고 말하는 것이 적절할 것입니다.

일반적으로 펄스 컨버터는 갈바닉 절연 유무에 관계없이 사용할 수 있습니다. 이 기사에서는 갈바닉 절연이 없는 기본 회로인 부스트, 벅 및 인버팅 컨버터를 살펴보겠습니다. 공식에서 Vin은 입력 전압, Vout은 출력 전압, DC는 듀티 사이클입니다.

비갈바닉 절연 벅 컨버터-벅 컨버터 또는 강압 컨버터

키 T가 닫힙니다. 스위치가 닫히면 다이오드 D가 잠기고 전류가 흐른다. 조절판 L과 부하 R이 증가하기 시작합니다. 열쇠가 열립니다. 스위치가 열리면 초크와 부하를 통한 전류는 감소하지만 즉시 사라질 수 없기 때문에 계속 흐르고 이제는 스위치가 아니라 열린 다이오드를 통해 회로가 닫힙니다.

스위치가 다시 닫힙니다.스위치가 열린 시간 동안 초크를 통과하는 전류가 0으로 떨어질 시간이 없으면 이제 다시 증가하므로 초크와 부하를 통해 항상 작동합니다 맥동 전류 (캐패시터가 없는 경우). 커패시터는 부하 전류가 거의 일정하도록 리플을 부드럽게 합니다.

이 유형의 컨버터에서 출력 전압은 항상 입력 전압보다 낮으며 여기서 입력 전압은 실제로 초크와 부하 사이에서 분할됩니다. 이론적 값(스위치 및 다이오드 손실을 무시한 이상적인 컨버터의 경우)은 다음 공식을 사용하여 찾을 수 있습니다.

갈바닉 절연이 없는 부스트 컨버터 - 부스트 컨버터

스위치 T가 닫힙니다. 스위치가 닫히면 다이오드 D가 닫히고 인덕터 L을 통과하는 전류가 증가하기 시작합니다. 열쇠가 열립니다. 전류는 인덕터를 통해 계속 흐르지만 이제 개방 다이오드를 통해 인덕터 양단의 전압이 소스 전압에 추가됩니다. 부하 R의 정전압은 커패시터 C에 의해 유지됩니다.

스위치가 닫히면 초크 전류가 다시 상승합니다. 이 유형의 변환기의 출력 전압은 인덕터 양단의 전압이 소스 전압에 추가되기 때문에 항상 입력 전압보다 높습니다. 출력 전압의 이론적 값(이상적인 컨버터의 경우)은 다음 공식을 사용하여 찾을 수 있습니다.

갈바닉 절연-벅-부스트-컨버터가 없는 반전 컨버터

스위치 T가 닫힙니다. 초크 L은 에너지를 저장하고 다이오드 D는 닫힙니다. 스위치가 열려 있습니다. 초크가 커패시터 C와 부하 R에 전원을 공급합니다. 여기에서 출력 전압은 음극성을 가집니다.그 값은 다음 공식으로 찾을 수 있습니다(이상적인 경우).

선형 스태빌라이저와 달리 스위칭 스태빌라이저는 활성 요소의 발열이 적기 때문에 효율이 더 높으므로 더 작은 라디에이터 영역이 필요합니다. 스위칭 스태빌라이저의 일반적인 단점은 출력 및 입력 회로에 임펄스 노이즈가 존재하고 더 긴 과도 현상이 있다는 것입니다.