Kservistorg.ru

Все о бытовой технике
11 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулирование напряжения в цепях постоянного тока

Регулирование напряжения в цепях постоянного тока

Довольно большое количество промышленных электроприводов и технологических процессов для своего питания используют постоянный ток. Причем в таких случаях довольно часто необходимо изменять значение этого напряжения. Такие виды транспорта как метрополитен, троллейбусы, электрокары и другие виды транспорта получают питающее напряжения из сетей постоянного тока с неизменным напряжением. Но ведь многие из них нуждаются в изменении значения напряжения, подводимого к якорю электродвигателя. Классическими средствами получения необходимых значений являются резистивное регулирование и система генератор-двигатель, или система Леонардо. Но эти системы являются устаревшими, и встретить их можно довольно редко (особенно систему генератор-двигатель). Более современными и активно внедряемыми сейчас являются системы тиристорный преобразователь-двигатель, импульсный преобразователь двигатель. Рассмотрим каждую систему более подробно.

Преобразователь напряжения PN-(20-75)DC/24-2,0 исп.5

pdfПаспорт на прибор
certСертификат соответствия

выход 24 В, 2 Ауличный IP56

pdfПаспорт на прибор
certСертификат соответствия

Стать дистрибьютором

Предназначен для питания нагрузки постоянным стабилизированным напряжением 24 В при токе нагрузки до 1 А (2 А) от нестабилизированного источника питания постоянного тока с выходным напряжением от 20 до 75 В. Рекомендуется использовать совместно с резервированными источниками питания серий «Скат» и «Волна» с номинальными выходными напряжениями 24 В, 36 B, 48 В, 60 B.

PN-(20-75)DC/24-2,0 исп.5PN-(20-75)DC/24-2,0 исп.5 открытый
PN-(20-75)DC/24-2,0 исп.5 подключение

Преобразователь обеспечивает

  • питание нагрузки постоянным стабилизированным напряжением с номинальным значением 24 В и током 2,0 А
  • плавную регулировку выходного напряжения в пределах от 24 до 28В
  • работу в диапазоне входных напряжений от 20 до 75 В
  • разделение по постоянному току входных и выходных цепей, что предотвращает подачу в нагрузку высокого входного напряжения при неисправности преобразователя
  • электронную защиту выхода от перегрузки по току, в том числе от короткого замыкания (КЗ) нагрузки (с отключением питания нагрузки при продолжительном (более 30 с) КЗ нагрузки посредством самовосстанавливающегося предохранителя)
  • ограничение выходного напряжения величиной не более 36В при неисправности преобразователя
  • отключение питания преобразователя при обратной полярности подключения посредством плавкого предохранителя
  • возможность световой индикации наличия выходного напряжения посредством внешнего светодиодного индикатора.

Технические характеристики

1Входное напряжение питания, В20. 75
2Номинальное выходное напряжение без нагрузки, В24*
3Падение выходного напряжения при токе нагрузки 2 А, В, не более0,2
4Ток нагрузки, А, не более2
5Размах пульсаций выходного напряжения, мВ, не более30
6КПД, %, не менее80
7Потребляемая мощность при токе нагрузки 2 А, Вт, не более60**
8Потребляемый ток без нагрузки, мА, не более30
9Диапазон рабочих температур, °С-25. + 40
10Габаритные размеры ШхВхГ, мм, не более125х165х85
11Масса, кг, не более НЕТТО (БРУТТО)0,56(0,67)

Примечания
* Заводская установка 24,0 — 24,4 В. Выходное напряжение может регулироваться плавно в диапазоне значений от 24 до 28 В.
** Ток, потребляемый преобразователем от входного источника питания, можно оценить по приближённой формуле:,

где U IN и I IN — соответственно входное напряжение и ток, потребляемый преобразователем;
P O — мощность нагрузки, Вт;
0,8 — минимальное значение кпд преобразователя.

выход 24 В, 2 Ауличный IP56

Код товара: 906

Предназначен для питания нагрузки постоянным стабилизированным напряжением 24 В при токе нагрузки до 1 А (2 А) от нестабилизированного источника питания постоянного тока с выходным напряжением от 20 до 75 В. Рекомендуется использовать совместно с резервированными источниками питания серий «Скат» и «Волна» с номинальными выходными напряжениями 24 В, 36 B, 48 В, 60 B.

Читайте так же:
Пластиковые окна разборка регулировка

PN-(20-75)DC/24-2,0 исп.5PN-(20-75)DC/24-2,0 исп.5 открытый
PN-(20-75)DC/24-2,0 исп.5 подключение

Преобразователь обеспечивает

  • питание нагрузки постоянным стабилизированным напряжением с номинальным значением 24 В и током 2,0 А
  • плавную регулировку выходного напряжения в пределах от 24 до 28В
  • работу в диапазоне входных напряжений от 20 до 75 В
  • разделение по постоянному току входных и выходных цепей, что предотвращает подачу в нагрузку высокого входного напряжения при неисправности преобразователя
  • электронную защиту выхода от перегрузки по току, в том числе от короткого замыкания (КЗ) нагрузки (с отключением питания нагрузки при продолжительном (более 30 с) КЗ нагрузки посредством самовосстанавливающегося предохранителя)
  • ограничение выходного напряжения величиной не более 36В при неисправности преобразователя
  • отключение питания преобразователя при обратной полярности подключения посредством плавкого предохранителя
  • возможность световой индикации наличия выходного напряжения посредством внешнего светодиодного индикатора.

Технические характеристики

1Входное напряжение питания, В20. 75
2Номинальное выходное напряжение без нагрузки, В24*
3Падение выходного напряжения при токе нагрузки 2 А, В, не более0,2
4Ток нагрузки, А, не более2
5Размах пульсаций выходного напряжения, мВ, не более30
6КПД, %, не менее80
7Потребляемая мощность при токе нагрузки 2 А, Вт, не более60**
8Потребляемый ток без нагрузки, мА, не более30
9Диапазон рабочих температур, °С-25. + 40
10Габаритные размеры ШхВхГ, мм, не более125х165х85
11Масса, кг, не более НЕТТО (БРУТТО)0,56(0,67)

Примечания
* Заводская установка 24,0 — 24,4 В. Выходное напряжение может регулироваться плавно в диапазоне значений от 24 до 28 В.
** Ток, потребляемый преобразователем от входного источника питания, можно оценить по приближённой формуле:,

где U IN и I IN — соответственно входное напряжение и ток, потребляемый преобразователем;
P O — мощность нагрузки, Вт;
0,8 — минимальное значение кпд преобразователя.

Рассел МакМахон

Как уже отмечалось, название функции, которую вы описываете, называется «повышающий преобразователь». Их очень много, и многие из них соответствуют вашим требованиям.

Если эффективность является основным фактором, вы получите лучшие результаты, используя синхронный выпрямитель вместо выходного диода, который используется в противном случае. Синхронный выпрямитель использует внутренний полевой МОП-транзистор для включения при необходимости для подачи питания на выход. MOSFET имеет более низкое падение напряжения, чем это может быть достигнуто с помощью диода — даже диода Шоттки, который обычно используется в других случаях. Без синхронного выпрямителя вы можете рассчитывать на эффективность в диапазоне 70% — 80% при входе 3V3 и выходе 5V — может быть, в некоторых случаях больше при некоторых токах.

Невозможно с уверенностью порекомендовать подходящую деталь, пока вы не сообщите о требованиях к выходному току и, в идеале, каково ваше приложение, но в качестве руководства самая дешевая ИС преобразователя с синхронным выходным усилением в сток и доступная от Digikey in 1’s — это L6920DC ‘Sychronous Ступенчатый преобразователь выпрямителя ‘ производства ST.

Это имеет минимальный входной ток 550 мА. Он будет производить 300+ мА при 5 В и, вероятно, немного больше. Как видно, было бы сложно получить гораздо более простую схему:

Читайте так же:
Радиатор rifar 200 регулировка

введите описание изображения здесь

При напряжении 3,3 В в этой микросхеме будет обеспечиваться эффективность около 90% для выходного тока от 1 мА до сотен мА.

Как показано, это дает фиксированный выход 3,3 В (здесь не полезно) или 5 В. Добавление двух резисторов позволяет вам «программировать» выходное напряжение на любое напряжение в диапазоне от 1,8 В до 5,5 В (при условии, что Vout> Vin. (В отличие от многих микросхем этого типа, одна версия допускает фиксированный выход 3,3 В или 5 В или выход переменного напряжения).

Как указано выше, зависит ли это от ваших потребностей, зависит от ваших требований к питанию Эта микросхема запустится при напряжении менее 1 Вольт. Не нужно в вашем случае, но приятно знать.

В этой части используется пакет TSSOP, который не подходит для начинающих, но в больших пакетах есть похожие части.

Хорошее место для поиска микросхем — каталог Digikey. В этом случае ищите, например,

повышающий преобразователь или

повышающий преобразователь 3v 5v

а затем «развернуть» и вернуть параметры, которые важны для вас. Синхронное выпрямление не является выбираемым параметром, но вы можете искать «синхронизация» при просмотре таблиц.

Техника безопасности

При сборке и использовании повышающих устройств вне зависимости от их разновидности необходимо соблюдать базовые положения правил техники безопасности. Главные из них:

  • ни при каких условиях нельзя касаться незащищенными частями тела токоведущих элементов схем;
  • запрещается даже кратковременное превышение максимальной нагрузки;
  • устройства в обычном офисном исполнении нельзя эксплуатировать во влажных помещениях;
  • оборудование следует защищать от попадания брызг воды.

Повышающий преобразователь напряжения: создание дополнительного напряжения с помощью внешних генераторов подкачки заряда

Автор описывает, как с помощью внешних генераторов подкачки заряда от
одноканального повышающего преобразователя, например, устройства TPS61087,
можно формировать два дополнительных
значения напряжения. Приведенные в этой
статье примеры дадут читателю представление о возможностях таких генераторов и позволят разрабатывать рентабельные системы
с использованием шин питания с требуемым
напряжением.

Рис. 1. Пример использования микросхемы TPS61087 для жидкокристаллического дисплея TFT с внешними генераторами подкачки заряда (VGH, VGL)

На рис. 1 представлена конфигурация, в которой внешний генератор подкачки положительного заряда обеспечивает уровень напряжения, превосходящий выходное напряжение вольтодобавочного преобразователя VS,
равное 45 В, не более чем в 3 раза, до того,
как он настраивается на более низкое значение напряжения VGH = 27 В, пригодное для
этого приложения. Регулирующий каскад генератора подкачки отрицательного заряда
в данном случае доводит выходное напряжение VGL до –7 В при исходном напряжении,
которое создает повышающий преобразователь от 5 до 15 В (fsw = 1,2 МГц).

Примеры генераторов
подкачки заряда

Генератор подкачки
положительного заряда

Схема работы драйвера генератора подкачки заряда показана на рис. 2, здесь представлен фрагмент схемы драйвера для типового
приложения. В режиме с удвоением генератор подкачки заряда будет создавать напряжение в 2×VS. Рассмотрим пример режима
с увеличением напряжения в три раза.

Рис. 2. Внешний генератор подкачки положительного заряда — идеальный пример

Поясним, как работает генератор подкачки заряда в более простом для рассмотрения
стационарном режиме. Для начала предположим, что все компоненты являются идеальными, а продолжительность включения
вольтодобавочного преобразователя составляет 50%. Резистор R1 на рис. 2 имеет сопротивление 0 Ом и присутствует здесь лишь для
измерения тока, текущего на конденсаторы
C1 и C2.

Читайте так же:
Регулировка пластикового окна на балконе

Во включенном состоянии при VSW = 0 В
навесной конденсатор C1 заряжается до напряжения VS через диод D1. Одновременно
накопительный конденсатор C3 аналогичным
образом заряжает конденсатор C2 до 2×VS
через диод D3. Диоды D2 и D4 закрыты. Так
как выходное напряжение VCPP больше не подается, выходной конденсатор C4 должен выдавать требуемый нагрузочный ток в цепь
20 мА.

В выключенном состоянии напряжение
коммутационного узла повышается, и напряжение VSW увеличивает энергию, накопленную в навесных конденсаторах C1 и C2, поднимая уровень до 2×VS и 3×VS в конденсаторах C3 и C4 соответственно (при VSW = VS).
Диод D2 становится прямосмещенным и позволяет току течь в конденсатор C3, который
заряжается до 2×VS (после того, как напряжение на его выводах понизилось во время
включенного состояния). Таким же образом
начинает проводить ток диод D4, так что от
конденсатора C3 выходной конденсатор снова заряжается до 3×VS, и одновременно подается требуемый выходной ток 20 мА в выходную цепь.

И, наконец, в выключенном состоянии индуктивность подает ток 80 мА на навесные
конденсаторы, а также 40 мА — на выходной
конденсатор вольтодобавочного преобразователя, разрядившегося на конденсатор C1
во время работы. Таким образом, ток от вольтодобавочного преобразователя в среднем равен утроенному выходному току генератора
подкачки положительного заряда, то есть
60 мА в данном примере.

Генератор подкачки
отрицательного заряда

Внешний генератор подкачки отрицательного заряда также работает с использованием
двух каскадов (генератор подкачки заряда и регулирование). Генератор обеспечивает отрицательное выходное напряжение –VS (рис. 1),
а регулирующий каскад приводит выходное
напряжение VGL к требуемому уровню. Принцип действия драйвера генератора подкачки
заряда демонстрируется на рис. 3.

Рис. 3. Внешний генератор подкачки отрицательного заряда — идеальный случай

Как работает генератор подкачки отрицательного заряда в стационарном режиме?
Предполагается, что все компоненты идеальные, продолжительность включения
вольтодобавочного преобразователя составляет 50%, а резистор R1 имеет сопротивление 0 Ом.

В выключенном состоянии сохраняется высокое напряжение коммутационного узла,
на уровне напряжения VS, навесной конденсатор C6 заряжается через диод D6 до напряжения VSW = VS. Одновременно выходной
конденсатор C7 обеспечивает выходной нагрузочный ток 20 мА.

Во время пребывания во включенном состоянии VSW = 0 В, поэтому потенциал ранее
положительного вывода навесного конденсатора C6 понижается до уровня заземления,
происходит сдвиг напряжения конденсатора
со смещением VS. Таким образом, диод D7
оказывается прямосмещенным, что обеспечивает прохождение тока и питание выходной цепи.

Аналогично ситуации с генератором подкачки положительного заряда, средний ток
от вольтодобавочного преобразователя для
обеспечения уровня 20 мА при напряжении
VCPN равен удвоенному выходному току генератора подкачки отрицательного заряда,
то есть 40 мА в приведенном примере.

Применение генератора подкачки
заряда в реальных условиях

Приведенные примеры (рис. 2, 3) рассматривались для идеальных компонентов и цикла продолжительности включения. В реальных условиях маловероятно, что продолжительность включения составит 50%. В этих
же условиях внешние компоненты всегда будут приводить к потерям, которые необходимо принимать в расчет, чтобы выбрать наилучшую возможную конфигурацию.

Читайте так же:
Регулировка расходомеров гребенки отопления

Влияние продолжительности
включения

В зависимости от входного напряжения
и необходимых пользователю выходных напряжений VGL, VGH и VS продолжительность
включения будет больше или меньше 50%.
Поскольку конденсаторы не проводят постоянный ток, то средняя величина протекающего через них тока равна нулю по истечении каждого периода времени. Причем амплитуда тока, заряжающего и разряжающего
навесные конденсаторы, будет зависеть от
продолжительности времени включенного
(ton) и выключенного (toff) состояния. В случае, когда D = 50% (ton = toff ; рис. 2, 3), протекающие в обоих направлениях токи совпадают по величине и идеально разнесены по каждому циклу.

Навесные конденсаторы обеспечивают накопление заряда, так что при выборе слишком малой емкости возрастет импеданс (полное сопротивление) выводов VSW и VS, что
приводит к потере напряжения на выходах
генератора подкачки заряда. Обычно достаточно хорошим выбором для навесных и накопительных конденсаторов является емкость 470 нФ. Реактивное сопротивление
XC = 1×(2π×f×C) навесных конденсаторов
должно быть как можно более низким, чтобы сократить потери.

Емкость выходного конденсатора от 470 нФ
до 1 мкФ — хороший начальный вариант для
большинства приложений, но ее величина
зависит, главным образом, от выходного тока, допустимой величины пульсирующего
компонента выходного напряжения или переходной характеристики нагрузки и может
быть увеличена. Для интенсивных рабочих
циклов рекомендуются выходные и накопительные конденсаторы большей емкости,
чтобы дополнительно уменьшить пульсирующий компонент. В то же время, поскольку каждый диод Шоттки должен быть в состоянии блокировать напряжение VS, эти
диоды следует выбирать с обратным напряжением по постоянному току не менее VS
и с номиналом по току выше, чем протекающий через них ток.

Характеристики тока

Реальные компоненты не имеют идеальных
характеристик. Токи заряда конденсаторов
в начальный момент времени могут достигать нескольких ампер. Резистор R1 (рис. 1),
помещаемый между коммутационным узлом вольтодобавочного преобразователя
и выводом навесного конденсатора, помогает уменьшить этот ток. Если используется
резистор с сопротивлением 1 Ом, то амплитуда тока достигает 250 мА (рис. 4a), тогда
как в идеальном случае ток должен составлять всего 40 мА.

Рис. 4. Зависимость тока навесного конденсатора при: а) сопротивлении R1 = 1 Ом; б) сопротивлении R1 = 100 Ом

Результаты моделирования на рис. 4б показывают наличие тока с импульсами прямоугольной формы, который должен при
обычных условиях течь к навесному конденсатору. Такую форму импульсов можно
получить с резистором сопротивлением
100 Ом. Однако потери из-за высокого сопротивления резистора не являются пренебрежимо критически малыми, так что необходимый уровень выходного напряжения
невозможно достичь из-за того, что конденсаторы уже заряжаются не до уровня напряжения VS, а лишь до VSVR1. Обычно сопротивления R1 = 10 Ом достаточно для того,
чтобы ограничить ток, не создавая слишком
больших потерь.

Регулирующий каскад

Регулирующий каскад с задаваемым выходным напряжением позволяет пользователю гибко подходить к выбору выходного напряжения для конкретного применения.

Мы уже рассматривали, как формируется
напряжение в генераторах подкачки положительного и отрицательного заряда. Следующий каскад (рис. 5— аналогично и для генератора подкачки отрицательного заряда) регулирует выходное напряжение VGH и VGL,
рассеивая избыток энергии на биполярном
транзисторе.

Читайте так же:
Как регулировать диафрагму на canon 60d

Рис. 5. Регулирующий каскад генератора подкачки
положительного заряда

Зенеровский диод приводит напряжение
к требуемому выходному значению, а биполярный транзистор используется для уменьшения потребления тока. Окончательно выходное напряжение на выводах VGH и VGL будет равно VZVbe. На рис. 6 представлен
процесс регулирования выходного напряжения, измеряемого до и после каскада. Можно
заметить, что система превосходно регулируется, пока генерируемое на выводах VCPP
и VCPN напряжение остается выше выходного показателя, добавленного к падению напряжения на транзисторе. Можно создавать
и более высокую мощность при надлежащем
подборе номиналов компонентов, например,
увеличивая напряжение генераторов подкачки заряда за счет перехода от режима с утроением к режиму с увеличением напряжения
в четыре раза, а также выбирая компоненты
в зависимости от показателей тока и мощности. Максимально возможный выходной ток
зависит также от суммарного потребления
тока системой, которое не должно превышать
ограничения по току вольтодобавочного преобразователя.

Рис. 6. Характеристики регулирования выходного напряжения:
а) генератором подкачки отрицательного заряда; б) генератором подкачки положительного заряда

Для регулирования можно использовать
конфигурацию, представленную на рис. 5,
а также регулятор шунтирующего типа, например TL432.

Когда одной фазы недостаточно

В мощных преобразователях часто используется не один канал с парой транзисторов, одной катушкой и одним конденсатором, а несколько параллельно подключенных каналов.

Как мы уже выяснили, любой проводник имеет ненулевое сопротивление и нагревается. Транзистор в ключевом режиме — тоже проводник, как обычный выключатель. И сопротивление (Rds) между его входом и выходом (сток-исток) не равно нулю. Значит, чем выше ток, тем сложнее будет электронам пробиться через него, что приведет к потерям энергии и нагреву. Чтобы минимизировать этот эффект и применяются несколько фаз — нагрузка распределяется между ними поровну.

Еще один интересный способ повысить эффективность: синхронный транзистор VT2 открыт примерно в семь-восемь раз дольше чем VT1, поэтому VT2 часто дублируют и стараются подобрать более продвинутую и дорогую модель с низким Rds.

Но это еще не все. Такие каналы не просто так называют «фазами». Процесс переключения транзисторов в разных каналах происходит не одновременно, а с небольшим сдвигом по фазе.

На выходе после LC-фильтров все фазы объединяются в одну, и амплитуда пульсаций становится значительно ниже, чем было бы у каждой фазы в отдельности.

Так что даже несколько десятков каналов в преобразователе на материнской плате неправильно называть «избытком». Ведь это не только меньшие потери, но и лучшее качество напряжения. Меньше пульсаций напряжения — меньше выбросов во внутренние узлы процессора — выше стабильность всей схемы, особенно при разгоне.

Те же принципы справедливы и для графического чипа видеокарты, процессора смартфона и любой другой «тонкой» электроники. Но в этом случае разработчики уже за нас рассчитали потребляемую мощность и количество необходимых узлов. А вот при выборе материнской платы пользователь должен сам определить, что ему нужно, учесть потребляемую мощность процессора. Тем более, если в планах серьезный разгон.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector