De fapt, în zilele noastre modul de rupere a curenților este aproape mai util decât modul non-rupere. În discontinuă convertorul modul curent funcționează atunci când sarcina sa este mică, și având în vedere că cele mai multe controlere de astăzi și alte chips-uri au un consum foarte redus de energie, invertorul este proiectat pentru ei, este probabil să fie de a lucra într-un mod care este subiectul acestui articol - în caz contrar Cazul pentru aceasta va necesita fie o inductanță de dimensiuni incredibile, fie o frecvență în regiunea megahertz, ceea ce nu este deosebit de convenabil.
Deci, eroul articolului este un convertor fără transformator care funcționează la sarcină redusă:
Așa cum am menționat deja, proiectarea convertorului pentru a lucra în DCM se datorează în principal limitărilor din lumea noastră imperfectă. Pentru că noi presupunem că nu am primit pentru a pune inductanța bobinei mai mare de 150 uH, frecvența de bine, să nu crească peste 10 kHz, și alimentat de la trehvoltovoy bateriei avem nevoie de dvenadtsativoltovuyu de sarcină, care consumă 90 mA, adică, doar despre un watt de putere. Persoanele interesate pot asigura independent (de exemplu, prin tehnica din articolul precedent) că un astfel de convertor este destinat să funcționeze în regimul curenților de rupere. Deci, având în vedere parametrii de sarcină și inductanța selectată, trebuie să calculam ciclul de funcționare al semnalului de comandă cu o frecvență cunoscută.
Spre deosebire de CCM, ciclul de lucru în DCM constă din trei părți:
În prima parte a tranzistorului este deschis, curentul în bobină crește, energia este stocată. În a doua parte, tranzistorul este închis, curentul din bobină scade, energia este transferată la condensator și sarcină. În a treia parte, tranzistorul este închis, toată energia din bobină este terminată, nimic nu se întâmplă.
Ideea de bază în DCM etapă de calcul este că energia stocată în bobina în faza de acumulare (când comutatorul este deschis), sarcina trebuie să fie suficientă pentru întreaga perioadă. De fapt, mai întâi trebuie să înțelegem, dar câtă energie este necesară. Pentru aceasta, calculăm puterea de încărcare, înmulțind curentul cu tensiunea. Avem 12 * 0,09 = 1,08 wați. Watt este Joel într-o secundă. Aceasta este, avem nevoie pentru a calcula parametrii de sincronizare astfel încât 1.08 Joule este transferat la sarcină într-o secundă.
În faza 1, curentul în bobină crește și energia este acumulată. Aici ecuația curentului vs. timp rezultă din ecuația de bază a bobinei și are o formă foarte simplă:
Energia stocată în bobină este determinată de formula familiară din școală:
Combinând aceste formule, se poate obține o expresie a energiei stocate în bobină la o anumită clipă de timp după închiderea cheii:
Această formulă, desigur, este valabilă numai dacă curentul bobinei inițiale este zero, iar în DCM acest lucru este exact așa.
Desigur, suntem interesați de energia din bobină până la sfârșitul fazei 1. Durata fazei 1 poate fi exprimată prin înmulțirea ciclului de sarcină cu perioada semnalului de comandă sau, care este aceeași, împărțind-o cu frecvența:
După cum sa menționat deja, puterea de încărcare este cantitatea de energie (în Joule) transferată pe sarcină pe secundă. O parte din energia transferată la încărcătură într-o perioadă, tocmai am primit. În total, vor fi la fel de multe porții, cum ar fi perioadele de semnal de control în ea. Și numărul de perioade pe secundă este frecvența. Adică puterea dată încărcării este
Acum putem combina toate ecuațiile și, cu puterea de încărcare țintă cunoscută, exprimă dependența factorului de umplere de orice altceva:
Așa e, cu pătrate și rădăcini. Înlocuindu-se în formula obținută cifrele date la început (150 μH, 10 kHz, 3 V la intrare / 12 V la ieșire, curentul de sarcină este de 90 mA), obținem un factor de proiectare de 60%. Încercăm:
Și vedem o coincidență uimitoare. Nici nu m-am așteptat.
După cum rezultă din ecuațiile de mai sus, convertorul în DCM este un dispozitiv care va face tot posibilul pentru a menține o putere constantă în sarcină. Dacă rezistența la sarcină crește - tensiunea va crește. Dacă o reduceți, va cădea. Evident. avem nevoie de stabilizare. Luând în considerare forma formulei, nu vreau să aranjez PWM aici, pentru că de obicei vine într-un mod diferit: convertorul este proiectat astfel încât atunci când funcționează în mod constant, acesta oferă puterea maximă (sau mai bine cu o marjă) la sarcină; În același timp, dacă puterea maximă în unele moduri nu este necesară, partea de alimentare se oprește pur și simplu periodic din întreg. Modularea lățimii de impuls a semnalului de comandă nu este utilizată în acest caz - ciclul de funcționare este întotdeauna același și se calculează pentru sarcina maximă. De exemplu, să facem din convertorul deja calculat o tensiune de ieșire de 10 V, pentru care introducem feedback:
Dioda Zener D3 are o stabilizare a tensiunii cu un mic de nouă volți, cu tensiune Q2 bază-emitor este de aproximativ 10 V. Dacă sarcina convertor este scăzută, tensiunea de ieșire depășește această valoare, curentul trece prin D3, tranzistorul Q2 se deschide, se închide poarta tranzistor la pământ și astfel deconectați invertorul. Pe măsură ce energia stocată în condensator este consumată, tensiunea de ieșire va scădea. Când scade sub stabilizarea tensiunii, D3 și Q2 sunt închise, invertorul începe să lucreze și să sperie condensatorul și sarcina mai multă energie, atunci tensiunea de ieșire se va ridica din nou și procesul - la un grafic curent de mai sus, în mod clar perioadele de oprire invertor vizibile. Este evident că, atâta timp cât sarcina nu depășește ceea ce puterea care invertorul este în măsură să plătească, de lucru continuu, tensiunea de ieșire va fi determinată exclusiv de feedback-ul. Puteți pune orice diodă zener și regla în mod arbitrar tensiunea de ieșire.
Principalul avantaj al DCM îl reprezintă capacitatea de a asambla convertorul de la ceea ce este la îndemână. Cu toate acestea, are și deficiențe.
În primul rând, curentul crescut al cheii - este clar că chiar și la un curent de sarcină de 90 mA, curentul de vârf este mai mult decât un amper. Există probleme cu alegerea cheii și cu excepția saturației bobinei.
În al doilea rând, variația tensiunii de ieșire în DCM este semnificativ mai mare decât în CCM. Acest lucru contribuie atât la faptul că, în acest mod cele mai multe ori sarcina este alimentat exclusiv din condensator, și principiul de stabilizare a tensiunii pe / de pe scenă de putere. Deci, în unele cazuri poate fi necesară instalarea unui regulator linear suplimentar.
Prin urmare, omenirea încearcă să utilizeze CCM și să proiecteze convertoare care lucrează la frecvențe megahertz. Doar nu mergeți la DCM. Cu toate acestea, în cazul în care puterea a sarcinii este astfel încât multiplicatorul condensator este deja în măsură să furnizeze, dar construcția de CCM-convertor este încă dificultate, apoi DCM - singura alegere. Ei bine, cu excepția topologiilor transformatoarelor. 🙂
În concluzie, trebuie remarcat faptul că metodologia propusă oferă rezultate oarecum exagerate (aproximativ 30%). Având în vedere principiul reglementării unui astfel de convertor, acesta nu este un bug, ci o caracteristică. Pentru a obține un număr de teoretic optime „corecte“, în loc de tensiunea de ieșire la sarcina este necesar să se înlocuiască tensiunea de auto-inducție - adică, în cazul în care trei volți vrem să obțineți 12, este necesar să se înlocuiască 9. Semnificația este următoarea: ne așteptăm sincer bobina de energie mult trebuie să adăugați la energia sursei în timpul transferului puterii către sarcină. În acest caz, cifra este teoretic optimă, dar diferă de realitate cu aproximativ 10% în direcția mai mică. Ignorând această idee, pe de mai sus oferă o marjă de putere, care este destinat să acopere diverse idealitate care, așa cum se vede din simulare, și are loc cu succes.
Apropo, în sensul optimalității teoretice, calculul dat este valabil pentru un convertizor invers, deoarece în el bobina de autoinducție a bobinei nu adună până la tensiunea de intrare și toată puterea din sarcină este exclusiv puterea stocată în bobină.
Trimiteți-le prietenilor: