Funkci přeměny elektřiny v parametru napětí mohou provádět různá zařízení, jako jsou generátory, nabíječky a transformátorová zařízení. Všechny jsou v té či oné míře schopny měnit charakteristiky energie, ale ne vždy se jejich použití ospravedlňuje z hlediska technických a ergonomických kvalit. To je částečně způsobeno tím, že úloha transformace proudu pro většinu regulátorů není klíčová - v každém případě, pokud mluvíme o stejnosměrném i střídavém proudu. Právě tato omezení motivovala výrobce elektrických zařízení k vývoji spínacího měniče, který je ve srovnání s kompaktními rozměry a přesností stabilizace napětí příznivý.
Detekce zařízení
Četná radiotechnická zařízení, prostředky automatizace a komunikace se jen zřídka obejdou bez jednofázových a třífázových napájecích zařízení pro transformaci proudu v rozsahu od jednotek až po stovky voltampérů. Pulzní zařízení se používají pro užší úkoly. Elektrický měnič pulzního typu je zařízení, kterétransformuje napětí v malých časových intervalech s trváním řádově 1-2 mikrony/sec. Napěťové impulsy mají obdélníkový tvar a opakují se při frekvenci 500-20 000 Hz.
Tradiční napěťově nastavitelné převodníky obvykle řídí jmenovitý odpor zařízení. Může to být tyristor nebo tranzistor, kterým nepřetržitě protéká proud. Je to jeho energie, která způsobuje zahřívání řídicího zařízení, kvůli kterému se ztrácí část energie. Na tomto pozadí vypadá pulzní měnič napětí atraktivněji z hlediska jeho technických a provozních vlastností, protože jeho konstrukce poskytuje minimum dílů, což vede ke snížení elektrického rušení. Nastavovacím prvkem převodníku je klíč, který pracuje v různých režimech – například v otevřeném a zavřeném stavu. A v obou případech se během provozu uvolňuje minimální množství tepelné energie, což také zvyšuje výkon zařízení.
Přiřazení měniče
Všude, kde je požadována změna parametrů elektřiny, se používají pulzní transformátory v té či oné provozní konfiguraci. V první fázi jejich širokého rozšíření se uplatňovaly především v pulzní technice - např. v triodových generátorech, plynových laserech, magnetronech a rozlišovacích rádiových zařízeních. Dále, jak se zařízení zdokonalovalo, začaly se používat ve většině typických představitelů elektrických zařízení. A nebylo to nutněspecializované vybavení. Opět platí, že v různých verzích může být měnič pulsů přítomen zejména v počítačích a televizorech.
Další, ale méně známou funkcí transformátorů tohoto typu je ochranná. Impulzní regulaci lze samo o sobě považovat za ochranné opatření, ale cíle úpravy parametrů napětí jsou zpočátku odlišné. Speciální úpravy však poskytují ochranu zařízení proti zkratům při zatížení. To platí zejména pro zařízení pracující v režimech volnoběhu. Existují také pulzní zařízení, která zabraňují přehřátí a nadměrnému zvýšení napětí.
Design zařízení
Převodník se skládá z několika vinutí (nejméně dvou). První a hlavní je připojen k síti a druhý je odeslán do cílového zařízení. Vinutí může být vyrobeno ze slitin hliníku nebo mědi, ale v obou případech se zpravidla používá dodatečná izolace laku. Vodiče jsou navinuty na izolační základně, která je upevněna na jádru - magnetickém obvodu. U nízkofrekvenčních měničů jsou jádra vyrobena z transformátorové oceli nebo měkké magnetické slitiny au vysokofrekvenčních měničů jsou na bázi feritu.
Samotný nízkofrekvenční magnetický obvod je tvořen sadami desek ve tvaru W, G nebo U. Feritová jádra jsou obvykle vyrobena z jednoho kusu - takové části jsou přítomny ve svařovacích invertorech a galvanicky oddělených transformátorech. Nízkovýkonové vysokofrekvenční transformátory azcela obejít bez jádra, protože jeho funkci plní vzduchové prostředí. Pro integraci do elektrických zařízení je provedení magnetického obvodu zajištěno rámem. Jedná se o tzv. pulzní měničovou jednotku, která je uzavřena ochranným krytem s označením a výstražnými štítky. Pokud je během procesu opravy nutné zapnout zařízení se sejmutým krytem, tato operace se provede přes proudový chránič nebo oddělovací transformátor.
Pokud se budeme bavit o měničích, které se používají v moderním rádiu a elektrotechnice, tak mezi nimi a klasickými napěťovými transformátory bude podstatný rozdíl. Nejvýraznější snížení velikosti a hmotnosti. Pulzní zařízení mohou vážit několik gramů a stále fungují stejně.
Funkce provozních procesů
Jak již bylo uvedeno, tlačítka se používají k regulaci proudu v pulzních transformátorech, které se samy mohou stát zdrojem vysokofrekvenčního rušení. To je typické pro stabilizační modely, které pracují v aktuálním přepínacím režimu.
V okamžicích spínání může docházet k citlivým poklesům proudu a napětí, které vytvářejí podmínky pro protifázové a soufázové rušení na vstupu a výstupu. Z tohoto důvodu umožňuje spínaný výkonový měnič s funkcí stabilizátoru použití filtrů, které eliminují rušení. Pro minimalizaci nežádoucích elektromagnetických faktorů se spínač spíná v době, kdy spínač nevede proud.(při otevření). Tento způsob řešení rušení se také používá v rezonančních měničích.
Dalším rysem pracovního procesu uvažovaných zařízení je záporný rozdílový odpor na vstupu při stabilizaci napětí pod zátěží. To znamená, že jak se vstupní napětí zvyšuje, proud klesá. Tento faktor je nutné vzít v úvahu pro zajištění stability měniče, který je připojen ke zdrojům s vysokým vnitřním odporem.
Porovnání s lineárním převodníkem
Na rozdíl od lineárních zařízení se pulzní adaptéry příznivě vyznačují vyšším výkonem, kompaktními rozměry a možností galvanického oddělení obvodů na vstupu a výstupu. Pro zajištění další funkčnosti s vazbou zařízení třetích stran není vyžadováno použití složitých schémat připojení. Ale i zde jsou slabiny pulzního měniče ve srovnání s lineárními transformátory. Mezi ně patří následující nevýhody:
- Za podmínek měnícího se vstupního proudu nebo napětí pod zátěží je výstupní signál nestabilní.
- Přítomnost již zmíněného impulsního šumu na výstupních a vstupních obvodech.
- Po náhlých změnách parametrů napětí a proudu trvá systému déle, než se zotaví z přechodných jevů.
- Riziko samokmitání, které může ovlivnit výkon zařízení. Navíc výkyvy tohoto druhu nejsou spojeny s nestabilitou sítě zdroje, ale skonflikty v rámci stabilizačního schématu.
Převodník DC/DC
Všechny druhy impulsních zařízení systému DC / DC se vyznačují tím, že tlačítka jsou aktivována během přenosu speciálních impulsů ve směru tranzistoru. V budoucnu vlivem rostoucího napětí dochází k logickému zablokování tranzistorů, navíc na pozadí dobíjení kondenzátoru. Je to tato funkce, která odlišuje DC-DC spínací zařízení od podobných zařízení v nezávislých invertorových zařízeních.
Tyto zařízení obvykle provádějí monitorování stejnosměrného napětí při zatížení v procesu dodávání stejnosměrného proudu do sítě. Tohoto druhu ovládání je dosaženo úpravou napětí na veřejném klíči. Malé hodnoty proudu umožňují fixovat vysokou úroveň výkonu, při které může účinnost dosáhnout 95%. Nastavení špičkového výkonu systému je významným plusem pulzních proudových měničů, nicméně implementace DC-DC obvodu není možná v každém provedení. V zařízení by měla zpočátku fungovat jako zdroj kontaktní síť – konkrétně se tento princip používá u baterií a baterií.
Boost Converter
Pomocí tohoto transformátoru se zvyšuje napětí z 12 na 220 V. Používá se v situacích, kdy není zdroj s vhodnými výkonovými parametry, ale je nutné zajistit napájení zařízení ze standardního síť. Jinými slovy,adaptér musí být zaveden ze zdroje s některými vlastnostmi ke spotřebiteli s různými požadavky na napájení. Schematické návrhy pulzních měničů napětí 12-220 V umožňují připojení zařízení, které pracují na frekvenci 50 Hz. Kromě toho by výkon zařízení neměl překročit maximální jmenovitý výkon transformátoru. A i když se parametry napětí shodují, spotřebitelské zařízení musí mít ochranu proti přetížení sítě. Tato metoda korekce napětí má několik výhod:
- Možnost dlouhého pracovního sezení při maximální zátěži bez přerušení.
- Automatické nastavení výstupního výkonu.
- Zvýšená účinnost zajišťuje jak stabilitu provozního režimu zařízení, tak vysokou spolehlivost funkce elektrického obvodu.
Konvertor přepínání dolů
Při použití zařízení s nízkou frekvencí nebo s nízkým výkonem je zcela přirozené, že může být potřeba snížit indikátor napětí. S tímto úkolem se například často setkáváme při připojování osvětlovacích zařízení - například LED podsvícení. Pro snížení převodníku se sepne regulační spínací klíč, po kterém akumuluje energii "navíc". Speciální dioda v obvodu neumožňuje proud z napájecího zdroje ke spotřebiteli. Současně v samoindukčních systémech mohou usměrňovací diody propouštět záporné napěťové impulzy. Při provozu pulzních měničů 24-12 V je důležitá zejména funkce stabilizace výstupu. Jak lineární, takpřímo impulsní stabilizátory. Výhodnější je použití zařízení druhého typu s šířkovou nebo frekvenční modulací. V prvním případě bude korigována doba trvání řídicích impulsů a ve druhém případě frekvence jejich výskytu. Existují také stabilizátory se smíšeným ovládáním, u kterých může operátor v případě potřeby změnit konfiguraci pro úpravu frekvence a trvání pulzů.
Převodník šířky pulzu
V procesu práce se používá zařízení, které akumuluje energii v důsledku transformace. Může být součástí základní struktury nebo připojen přímo ke vstupnímu napětí bez vazby na převodník. Tak či onak bude výstupem indikátor průměrného napětí, určený hodnotou vstupního napětí a pracovním cyklem impulsů ze spínacího klíče. Operační zesilovač má speciální kalkulačku, která vyhodnocuje parametry vstupních a výstupních signálů a registruje mezi nimi rozdíl. Pokud je výstupní napětí menší než referenční napětí, pak je k regulaci připojen modulátor, který prodlužuje dobu otevřeného stavu spínacího klíče vzhledem k času generátoru hodin. Jak se mění vstupní napětí, spínací převodník nastavuje klíčový řídicí obvod tak, aby byl rozdíl mezi výstupním a referenčním napětím minimalizován.
Závěr
V čisté podobě bez připojení pomocných zařízenístejně jako usměrňovače a stabilizátory jsou funkce měniče výrazně omezeny, i když účinnost zůstává na vysoké úrovni. Transformační zařízení, která se jen zřídka obejdou bez dalšího vybavení, zahrnují regulátory v sítích střídavého proudu. Alespoň v tomto případě budete muset na vstup nainstalovat vyhlazovací filtr a usměrňovač. Naopak pulzní měniče stejnosměrných elektrických proudů jak na vstupu, tak na výstupu mohou autonomně podporovat svou hlavní funkci. Ale i v takových systémech je důležité, aby zařízení mohlo plnit úlohu stabilizace napětí. Nezapomínejte také na možné rušení při aktivním použití spínacích spínačů v systému stabilizátoru. V takových neuzemněných aplikacích se doporučuje připojit k bloku převodníku šumový filtr.
