Sådan designes en push pull-konverter - grundlæggende teori, konstruktion og demonstration

Når det kommer til at arbejde med kraftelektronik, bliver en DC-DC konverter topologi meget afgørende for praktiske designs. Der er hovedsageligt to typer af store DC-DC-konverteringstopologier til rådighed i effektelektronik, nemlig skifteomformeren og den lineære omformer.

Nu fra loven om bevarelse af energi ved vi, at energi ikke kan skabes eller ødelægges, men den kan kun transformeres. Det samme gælder for skift af regulatorer, udgangseffekten (watt) af enhver konverter er et produkt af spænding og strøm, en DC-DC-konverter konverterer ideelt spændingen eller strømmen, mens wattstyrken er konstant. Et eksempel kan være situationen, hvor en 5V udgang kunne give 2A strøm. Tidligere har vi designet et 5V, 2A SMPS-kredsløb, du kan kontrollere, om det er noget, du leder efter.

Overvej nu en situation, hvor vi har brug for at ændre det til en 10V output for en bestemt applikation. Nu, hvis der anvendes en DC-DC-konverter på dette sted, og 5V 2A, der er 10W-output, er konstant, vil DC-DC-konverteren ideelt set konvertere spændingen til en 10V med en 1A strømværdi. Dette kan gøres ved hjælp af en boost-skiftetopologi, hvor en skifteinduktor konstant skiftes.

En anden dyr, men nyttig metode er at bruge en push-pull-konverter. En push-pull-konverter åbner op for mange konverteringsmuligheder, såsom Buck, Boost, Buck-Boost, isolerede eller endda ikke-isolerede topologier, det er også en af de ældste skiftetopologier, der anvendes i effektelektronik, der kræver minimale komponenter for at producere mellemstore effektudgange (typisk - 150 W til 500 W) med flere udgangsspændinger. Man skal ændre transformatorviklingen for at ændre udgangsspændingen i et isoleret push-pull-omformerkredsløb.

Imidlertid stiller alle disse funktioner mange spørgsmål i vores sind. Ligesom, hvordan fungerer en Push-pull-konverter? Hvilke komponenter er vigtige for at oprette et push-pull-omformerkredsløb? Så læs videre, så finder vi ud af alle de nødvendige svar, og til sidst bygger vi et praktisk kredsløb til demonstration og test, så lad os komme lige ind i det.

Konstruktion af en Push-Pull Converter

Navnet har svaret. Push and Pull har to modsatte betydninger af den samme ting. Hvad er meningen med Push-Pull i lægmandssæt? Ordbogen siger, at ordet push betyder at bevæge sig fremad ved at bruge magt til at passere mennesker eller genstande til at bevæge sig til side. I en push-pull DC-DC-konverter definerer push skubbe strømmen eller fodre strømmen. Hvad betyder pull nu? Igen siger ordbogen at udøve kraft på nogen eller noget for at forårsage bevægelse mod sig selv. I push-pull-konverteren er det igen strømmen, der trækkes.

En push-pull-konverter er således en type switch-konverter, hvor strømme konstant skubbes ind i noget og konstant trækkes fra noget. Dette er en type flyback-transformer eller en induktor. Strømmen skubbes konstant og trækkes fra transformeren. Ved hjælp af denne push-pull-metode overfører transformeren strøm til sekundærspolen og tilvejebringer en slags isoleret spænding.

Nu, da dette er en type omskifteregulator, også da transformeren skal skiftes på en sådan måde, at strømmen skal skubbes og trækkes synkront, til det har vi brug for en slags omskifteregulator. Her kræves en asynkron push-pull-driver. Nu er det indlysende, at switchene er lavet med forskellige typer transistorer eller mosfets.

Der er mange push-pull-drivere til rådighed på elektronikmarkedet, der kan bruges med det samme til push-pull-samtalerelateret arbejde.

Få af sådanne Driver IC'er kan findes i nedenstående liste-

LT3999
MAX258
MAX13253
LT3439
TL494

Hvordan fungerer en Push Pull Converter?

For at forstå funktionsprincippet for push-pull-konverteren har vi tegnet et grundlæggende kredsløb, der er en grundlæggende halvbro-push-pull-konverter, og det er vist nedenfor, for enkelheds skyld har vi dækket halvbro-topologi men der er en anden almindelig topologi til rådighed, og den er kendt som en push-pull-konverter til fuld bro.

To NPN-transistorer muliggør push-pull-funktionalitet. De to transistorer Q1 og Q2 kan ikke tændes på samme tid. Når Q1 er tændt, forbliver Q2 slukket, når Q1 er slukket, tænder Q2. Det vil ske sekventielt og vil fortsætte som en løkke.

Som vi kan se, bruger ovenstående kredsløb en transformer, dette er en isoleret push-pull-konverter.

Ovenstående billede viser den tilstand, hvor Q1 er tændt, og Q2 slukkes. Således strømmer strømmen gennem transformatorens centrumhane og går til jorden via transistoren Q1, mens Q2 blokerer strømmen på den anden hane på transformeren. Præcis det modsatte sker, når Q2 tænder, og Q1 forbliver slukket. Når der sker ændringer i strømmen, overfører transformeren energien fra den primære side til den sekundære side.

Ovenstående graf er meget nyttig til at kontrollere, hvordan dette sker, i starten var der ikke nogen spændinger eller strøm i kredsløbet. Q1 tændt, en konstant spænding rammer først vandhanen, da kredsløbet er lukket nu. Strømmen begynder at stige, og derefter induceres spændingen i sekundærsiden.

I den næste fase, efter en tidsforsinkelse, slukkes transistoren Q1, og Q2 tændes. Her kommer et par vigtige ting på arbejdspladsen - transformatorens parasitære kapacitans og induktansen danner et LC-kredsløb, der begynder at skifte i modsat polaritet. Opladningen begynder at strømme tilbage i den modsatte retning gennem transformatorens anden tapvikling. På denne måde skubbes strømmen konstant i alternative tilstande af disse to transistorer. Da trækningen udføres af LC-kredsløbet og transformatorens midterhane, kaldes det imidlertid push-pull-topologi. Ofte beskrives det på en sådan måde, at de to transistorer skubber strømmen skiftevis ved at navngive konventionens push-pull, hvor transistorer ikke trækker strømmen. Belastningsbølgeformen ligner savtanden, men det er ikke det, der er vist i ovenstående bølgeform.

Da vi har lært, hvordan et push-pull-konverterdesign fungerer, lad os gå videre til at bygge et faktisk kredsløb til det, og så kan vi analysere det på bænken. Men inden det, lad os se på skematisk.

Komponenter, der kræves for at opbygge en praktisk Push Pull Converter

Nå, nedenstående kredsløb er konstrueret på et brødbræt. Komponenterne til test af kredsløb er som følger -

2 stk spoler med samme vurdering - 220uH 5A toroidspole.
0,1 uF polyesterfilmkondensator - 2 stk
1k modstand 1% - 2 stk
ULN2003 Darlington par transistor
100uF 50V kondensator

Et praktisk Push-Pull Converter-kredsløbsdiagram

Skematisk er ret ligetil. Lad os analysere forbindelsen, ULN2003 er Darlington-par transistorarray. Dette transistorarray er nyttigt, da freewheeling-dioderne er tilgængelige inde i chipsættet, og det kræver ikke yderligere komponenter, hvorved man undgår yderligere kompliceret routing på et brødbræt. Til den synkrone driver bruger vi en simpel RC-timer, der synkront tænder og slukker for transistorer for at skabe en push-pull-effekt på tværs af induktorerne.

Praktisk Push-Pull Converter - Arbejder

Arbejdet med kredsløbet er enkelt. Lad os fjerne Darlington-parret og gøre kredsløbet enkelt ved hjælp af to transistorer Q1 og Q2.

RC-netværk er forbundet i en krydsposition med basen af Q1 og Q2, som tænder for de alternative transistorer ved hjælp af en feedbackteknik kaldet regenerativ feedback.

Det begynder at fungere sådan - Når vi tilfører spænding til transformatorens centrumhane (hvor den fælles forbindelse mellem to induktorer) strømmer strømmen gennem transformeren. Afhængig af strømningstætheden og mætning af polariteten, negativ eller positiv, oplades den nuværende først C1 og R1 eller C2 og R2, ikke begge. Lad os forestille os, at C1 og R1 får den nuværende først. C1 og R1 tilvejebringer en timer, der tænder transistoren Q2. Transformatorens L2-sektion vil inducere spænding ved hjælp af den magnetiske flux. I denne situation begynder C2 og R2 at oplade og tænde Q1. Transformatorens L1-sektion inducerer derefter en spænding. Timingen eller frekvensen er helt afhængig af indgangsspændingen, den mættede strøm af transformeren eller induktoren, de primære drejninger, kernens tværsnitsareal på kvadratcentimeter.Formlen for frekvensen er-

f = (V _i * ¹⁰⁸) / (4 * β _s * A * N)

Hvor Vin er indgangsspændingen, er ¹⁰⁸ en konstant værdi, β _s er den mættede fluxdensitet af kernen, der vil blive reflekteret på transformeren, A er tværsnitsarealet og N er antallet af omdrejninger.

Test af Push Pull Converter-kredsløbet

For at teste kredsløbet kræves følgende værktøjer -

To millimeter - en til kontrol af indgangsspænding og en anden til udgangsspænding
Et oscilloskop
En bænk strømforsyning.

Kredsløbet er konstrueret i et brødbræt, og effekten øges langsomt. Indgangsspændingen er 2,16 V, mens udgangsspændingen er 8,12 V, hvilket er næsten fire gange indgangsspændingen.

Imidlertid bruger dette kredsløb ingen feedback-topologi, så udgangsspændingen er ikke konstant og heller ikke isoleret.

Frekvensen og skiftet af push-pull observeres i oscilloskopet-

Således fungerer kredsløbet nu som en push-pull boost-konverter, hvor udgangsspændingen ikke er konstant. Det forventes, at denne push-pull-konverter kan give effekt op til 2W, men vi har ikke testet det på grund af manglende generering af feedback.

Konklusioner

Dette kredsløb er en simpel form for push-pull-konverteren. Det anbefales dog altid at bruge en ordentlig push-pull driver IC til den ønskede output. Kredsløbet kan konstrueres på en måde, hvor isoleret eller ikke-isoleret, enhver topologi i push-pull-konvertering kan bygges.

Nedenstående kredsløb er et korrekt kredsløb af kontrolleret push-pull DC til DC-konverter. Det er en 1: 1 push-pull-konverter, der bruger LT3999 til analoge enheder (Lineær teknologi).

Jeg håber, du kunne lide artiklen og lærte noget nyt, hvis du har spørgsmål vedrørende dette emne, skal du lægge en kommentar nedenfor, eller du kan placere dit spørgsmål direkte på vores forum.