Funkciu premeny elektriny v parametri napätia môžu vykonávať rôzne zariadenia, ako sú generátory, nabíjačky a transformátorové zariadenia. Všetky sú do tej či onej miery schopné meniť charakteristiky energie, no nie vždy je ich použitie opodstatnené z hľadiska technických a ergonomických kvalít. Je to čiastočne spôsobené tým, že úloha transformácie prúdu pre väčšinu regulátorov nie je kľúčová - v každom prípade, ak hovoríme o jednosmernom aj striedavom prúde. Práve tieto obmedzenia motivovali výrobcov elektrických zariadení, aby vyvinuli spínací menič, ktorý je v porovnaní s kompaktnými rozmermi a presnosťou stabilizácie napätia priaznivý.
Detekcia zariadenia
Mnohé rádiotechnické zariadenia, prostriedky automatizácie a komunikácie sa len zriedka zaobídu bez jednofázových a trojfázových napájacích zariadení na transformáciu prúdu v rozsahu od jednotiek až po stovky voltampérov. Pulzné zariadenia sa používajú na užšie úlohy. Elektrický menič impulzného typu je zariadenie, ktorétransformuje napätie v malých časových intervaloch s trvaním rádovo 1-2 mikróny/sek. Napäťové impulzy majú obdĺžnikový tvar a opakujú sa pri frekvencii 500 – 20 000 Hz.
Tradičné napäťovo nastaviteľné meniče zvyčajne riadia menovitý odpor zariadenia. Môže to byť tyristor alebo tranzistor, cez ktorý nepretržite preteká prúd. Je to jeho energia, ktorá spôsobuje zahrievanie riadiaceho zariadenia, v dôsledku čoho sa stráca časť energie. Na tomto pozadí vyzerá pulzný menič napätia z hľadiska jeho technických a prevádzkových vlastností atraktívnejšie, pretože jeho konštrukcia poskytuje minimum častí, čo vedie k zníženiu elektrického rušenia. Nastavovacím prvkom prevodníka je kľúč, ktorý funguje v rôznych režimoch - napríklad v otvorenom a zatvorenom stave. A v oboch prípadoch sa počas prevádzky uvoľňuje minimálne množstvo tepelnej energie, čo tiež zvyšuje výkon zariadenia.
Priradenie meniča
Všade tam, kde je potrebná zmena parametrov elektriny, sa používajú impulzné transformátory v tej či onej prevádzkovej konfigurácii. V prvej etape ich širokého rozšírenia sa používali najmä v pulznej technike - napríklad v triódových generátoroch, plynových laseroch, magnetrónoch a rozlišovacích rádiových zariadeniach. Ďalej, ako sa zariadenie zlepšovalo, začali sa používať vo väčšine typických predstaviteľov elektrických zariadení. A nebolo to nevyhnutnešpecializované vybavenie. Opäť platí, že v rôznych verziách môže byť menič impulzov prítomný najmä v počítačoch a televízoroch.
Ďalšou, no menej známou funkciou transformátorov tohto typu je ochranná. Samotnú impulznú reguláciu možno považovať za ochranné opatrenie, ale ciele úpravy parametrov napätia sú spočiatku odlišné. Napriek tomu špeciálne úpravy poskytujú ochranu zariadenia pred skratmi pri zaťažení. To platí najmä pre zariadenia pracujúce v režime voľnobehu. Existujú aj pulzné zariadenia, ktoré zabraňujú prehriatiu a nadmernému zvýšeniu napätia.
Dizajn zariadenia
Prevodník pozostáva z niekoľkých vinutí (najmenej dvoch). Prvý a hlavný je pripojený k sieti a druhý je odoslaný do cieľového zariadenia. Vinutia môžu byť vyrobené zo zliatin hliníka alebo medi, ale v oboch prípadoch sa spravidla používa dodatočná izolácia lakom. Drôty sú navinuté na izolačnej podložke, ktorá je upevnená na jadre - magnetický obvod. V nízkofrekvenčných meničoch sú jadrá vyrobené z transformátorovej ocele alebo mäkkej magnetickej zliatiny a vo vysokofrekvenčných meničoch na báze feritu.
Samotný nízkofrekvenčný magnetický obvod tvoria sady dosiek v tvare W, G alebo U. Feritové jadrá sa zvyčajne vyrábajú z jedného kusu - takéto časti sú prítomné vo zváracích invertoroch a galvanicky oddelených transformátoroch. Nízkovýkonné vysokofrekvenčné transformátory aúplne zaobísť bez jadra, pretože jeho funkciu plní vzduchové prostredie. Pre integráciu do elektrických zariadení je vyhotovenie magnetického obvodu zabezpečené rámom. Ide o takzvanú jednotku meniča impulzov, ktorá je uzavretá ochranným krytom s označením a výstražnými štítkami. Ak je počas procesu opravy potrebné zapnúť zariadenie s odstráneným krytom, táto operácia sa vykoná cez RCD alebo izolačný transformátor.
Ak hovoríme o meničoch, ktoré sa používajú v modernom rádiu a elektrotechnike, tak medzi nimi a klasickými napäťovými transformátormi bude podstatný rozdiel. Najvýraznejšie zníženie veľkosti a hmotnosti. Pulzné zariadenia môžu vážiť niekoľko gramov a stále dosahujú rovnaký výkon.
Funkcie prevádzkových procesov
Ako už bolo uvedené, kľúče sa používajú na reguláciu prúdu v impulzných transformátoroch, ktoré sa samy môžu stať zdrojom vysokofrekvenčného rušenia. Toto je typické pre stabilizačné modely, ktoré pracujú v aktuálnom prepínacom režime.
V momentoch spínania môže dochádzať k citlivým úbytkom prúdu a napätia, ktoré vytvárajú podmienky pre protifázové a bežné rušenie na vstupe a výstupe. Z tohto dôvodu spínací výkonový menič s funkciou stabilizátora umožňuje použitie filtrov, ktoré eliminujú rušenie. Aby sa minimalizovali nežiaduce elektromagnetické faktory, spínač sa spína v čase, keď spínač nevedie prúd.(pri otvorení). Tento spôsob riešenia rušenia sa používa aj v rezonančných meničoch.
Ďalšou vlastnosťou pracovného procesu uvažovaných zariadení je záporný rozdielový odpor na vstupe, keď je napätie stabilizované pri zaťažení. To znamená, že keď sa vstupné napätie zvyšuje, prúd klesá. Tento faktor je potrebné vziať do úvahy pre zaistenie stability meniča, ktorý je pripojený k zdrojom s vysokým vnútorným odporom.
Porovnanie s lineárnym prevodníkom
Na rozdiel od lineárnych zariadení sa pulzné adaptéry priaznivo vyznačujú vyšším výkonom, kompaktnými rozmermi a možnosťou galvanického oddelenia obvodov na vstupe a výstupe. Na zabezpečenie dodatočnej funkčnosti s viazaním zariadení tretích strán sa nevyžaduje použitie zložitých schém pripojenia. V porovnaní s lineárnymi transformátormi sú však aj slabiny pulzného meniča. Tieto zahŕňajú nasledujúce nevýhody:
- V podmienkach meniaceho sa vstupného prúdu alebo napätia pod záťažou je výstupný signál nestabilný.
- Prítomnosť už spomínaného impulzného šumu na výstupných a vstupných obvodoch.
- Po náhlych zmenách parametrov napätia a prúdu trvá systému dlhšie, kým sa zotaví z prechodných javov.
- Riziko samokmitania, ktoré môže ovplyvniť výkon zariadenia. Navyše, výkyvy tohto druhu nie sú spojené s nestabilitou siete zdroja, ale skonflikty v rámci stabilizačnej schémy.
Prevodník DC/DC
Všetky druhy impulzných zariadení systému DC / DC sa vyznačujú tým, že klávesy sa aktivujú počas prenosu špeciálnych impulzov v smere tranzistora. V budúcnosti v dôsledku rastúceho napätia dôjde k logickému zablokovaniu tranzistorov, navyše na pozadí dobíjania kondenzátora. Je to táto vlastnosť, ktorá odlišuje spínacie zariadenie DC-DC od podobných zariadení v nezávislých invertorových zariadeniach.
Tieto zariadenia zvyčajne vykonávajú monitorovanie jednosmerného napätia pri zaťažení v procese dodávania jednosmerného prúdu do siete. Tento druh ovládania sa dosahuje úpravou napätia na verejnom kľúči. Malé hodnoty prúdu umožňujú dosiahnuť vysokú úroveň výkonu, pri ktorej môže účinnosť dosiahnuť 95%. Nastavenie špičkového výkonu systému je významným plusom pulzných meničov prúdu, avšak implementácia DC-DC obvodu nie je možná v každom prevedení. V zariadení by mala spočiatku pôsobiť ako zdroj kontaktná sieť – tento princíp sa používa najmä v batériách a batériách.
Boost Converter
Pomocou tohto transformátora sa zvyšuje napätie z 12 na 220 V. Používa sa v situáciách, kde nie je zdroj s vhodnými výkonovými parametrami, ale je potrebné zabezpečiť napájanie zariadenia zo štandardného siete. Inými slovami,adaptér musí byť zavedený zo zdroja s niektorými charakteristikami k spotrebiteľovi s rôznymi požiadavkami na energiu. Schematické návrhy impulzných meničov napätia 12-220 V umožňujú pripojenie zariadení, ktoré pracujú na frekvencii 50 Hz. Okrem toho by výkon zariadenia nemal prekročiť maximálny menovitý výkon transformátora. A aj keď sa parametre napätia zhodujú, spotrebiteľské zariadenie musí mať ochranu pred preťažením siete. Táto metóda korekcie napätia má niekoľko výhod:
- Možnosť dlhej práce pri maximálnej záťaži bez prerušenia.
- Automatické nastavenie výkonu.
- Zvýšená účinnosť zaisťuje ako stabilitu prevádzkového režimu zariadenia, tak aj vysokú spoľahlivosť funkcie elektrického obvodu.
Konvertor prepínania nadol
Pri používaní zariadení s nízkou frekvenciou alebo s nízkym výkonom je celkom prirodzené, že môže byť potrebné znížiť indikátor napätia. Napríklad táto úloha sa často vyskytuje pri pripájaní osvetľovacích zariadení - napríklad podsvietenia LED. Pre spustenie meniča zatvára regulačné spínacie tlačidlo, po ktorom akumuluje energiu "navyše". Špeciálna dióda v obvode neumožňuje prúd z napájacieho zdroja k spotrebiteľovi. Súčasne v samoindukčných systémoch môžu usmerňovacie diódy prechádzať zápornými napäťovými impulzmi. Pri prevádzke impulzných meničov 24-12 V je dôležitá najmä funkcia stabilizácie výstupu. Ako lineárne, tak ajpriamo impulzné stabilizátory. Je výhodnejšie použiť zariadenia druhého typu so šírkovou alebo frekvenčnou moduláciou. V prvom prípade sa upraví trvanie riadiacich impulzov av druhom prípade frekvencia ich výskytu. Existujú aj stabilizátory so zmiešaným ovládaním, v ktorých môže operátor v prípade potreby zmeniť konfiguráciu na úpravu frekvencie a trvania impulzov.
Prevodník šírky impulzu
V procese práce sa používa zariadenie, ktoré akumuluje energiu v dôsledku transformácie. Môže byť zahrnutý v základnej štruktúre alebo pripojený priamo na vstupné napätie bez odkazu na prevodník. Tak či onak bude výstupom indikátor priemerného napätia, určený hodnotou vstupného napätia a pracovným cyklom impulzov zo spínacieho kľúča. Operačný zosilňovač má špeciálnu kalkulačku, ktorá vyhodnocuje parametre vstupných a výstupných signálov a zaznamenáva rozdiel medzi nimi. Ak je výstupné napätie menšie ako referenčné napätie, potom sa k regulácii pripojí modulátor, ktorý predĺži trvanie otvoreného stavu spínacieho kľúča vzhľadom na čas generátora hodín. Keď sa mení vstupné napätie, spínací prevodník nastavuje kľúčový riadiaci obvod tak, aby sa rozdiel medzi výstupným a referenčným napätím minimalizoval.
Záver
V čistej forme bez pripojenia pomocných zariadeníRovnako ako usmerňovače a stabilizátory sú funkcie meniča výrazne obmedzené, hoci účinnosť zostáva na vysokej úrovni. Transformačné zariadenia, ktoré sa len zriedka zaobídu bez dodatočného vybavenia, zahŕňajú regulátory v sieťach striedavého prúdu. Aspoň v tomto prípade budete musieť na vstupe nainštalovať vyhladzovací filter a usmerňovač. Naopak, impulzné meniče jednosmerných elektrických prúdov na vstupe aj na výstupe môžu autonómne podporovať svoju hlavnú funkciu. Ale aj v takýchto systémoch je dôležité, aby zariadenie mohlo vykonávať úlohu stabilizácie napätia. Netreba zabúdať ani na možné rušenie pri aktívnom používaní spínacích spínačov v systéme stabilizátora. V takýchto neuzemnených aplikáciách sa odporúča pripojiť k bloku meniča šumový filter.
