சுவிட்ச் பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர்: வடிவமைப்பு அடிப்படைகள் மற்றும் செயல்திறன்

எலக்ட்ரானிக்ஸில், ஒரு சீராக்கி என்பது ஒரு சாதனம் அல்லது பொறிமுறையாகும், இது மின் உற்பத்தியை தொடர்ந்து கட்டுப்படுத்த முடியும். மின்சாரம் வழங்கல் களத்தில் பல்வேறு வகையான கட்டுப்பாட்டாளர்கள் உள்ளனர். ஆனால் முக்கியமாக, டி.சி முதல் டி.சி மாற்றத்தில், இரண்டு வகையான கட்டுப்பாட்டாளர்கள் உள்ளனர்: நேரியல் அல்லது மாறுதல்.

ஒரு நேரியல் சீராக்கி ஒரு எதிர்ப்பு மின்னழுத்த வீழ்ச்சியைப் பயன்படுத்தி வெளியீட்டைக் கட்டுப்படுத்துகிறது, மேலும் இதன் காரணமாக நேரியல் கட்டுப்பாட்டாளர்கள் குறைந்த செயல்திறனை வழங்குகிறார்கள் மற்றும் வெப்ப வடிவத்தில் சக்தியை இழக்கிறார்கள்.

மறுபுறம் சுவிட்ச் ரெகுலேட்டர் அதன் மூலத்திலிருந்து வெளியீட்டிற்கு ஆற்றலை மாற்ற தூண்டல், டையோடு மற்றும் ஒரு சக்தி சுவிட்சைப் பயன்படுத்துகிறது.

மூன்று வகையான சுவிட்ச் ரெகுலேட்டர்கள் உள்ளன.

1. படிநிலை மாற்றி (பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர்)

2. ஸ்டெப்-டவுன் மாற்றி (பக் ரெகுலேட்டர்)

3. இன்வெர்ட்டர் (ஃப்ளைபேக்)

இந்த டுடோரியலில் ஸ்விட்சிங் பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர் சுற்று பற்றி விவரிக்கிறோம். முந்தைய டுடோரியலில் பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர் வடிவமைப்பை நாங்கள் ஏற்கனவே விவரித்தோம். பூஸ்ட் மாற்றி மற்றும் அதன் செயல்திறனை எவ்வாறு மேம்படுத்துவது என்பதற்கான பல்வேறு அம்சங்களை இங்கே விவாதிப்போம்.

பூஸ்ட் கன்வெர்ட்டர் சர்க்யூட்டின் வடிவமைப்பு அடிப்படைகள்

பல சந்தர்ப்பங்களில், தேவைகளைப் பொறுத்து குறைந்த மின்னழுத்தத்தை அதிக மின்னழுத்தமாக மாற்ற வேண்டும். பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர் குறைந்த ஆற்றலிலிருந்து அதிக ஆற்றலுக்கான மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கிறது.

மேலே உள்ள படத்தில், ஒரு தூண்டல், டையோடு, மின்தேக்கி மற்றும் ஒரு சுவிட்ச் பயன்படுத்தப்படும் எளிய பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர் சுற்று காட்டப்பட்டுள்ளது.

தூண்டியின் நோக்கம் சக்தி சுவிட்ச் வழியாக பாயும் தற்போதைய ஸ்லீ வீதத்தை கட்டுப்படுத்துவதாகும். சுவிட்ச் எதிர்ப்பால் தனித்தனியாக தவிர்க்க முடியாத அதிகப்படியான உயர்-உச்ச மின்னோட்டத்தை இது கட்டுப்படுத்தும்.

மேலும், இண்டக்டரின் கடைகள் ஆற்றல், ஆற்றல் ஜூல்கள் அளவிடப்படுகிறது மின் = (எல் * நான் ² /2)

தூண்டிகள் வரவிருக்கும் படங்கள் மற்றும் வரைபடங்களில் ஆற்றலை எவ்வாறு மாற்றுகின்றன என்பதை நாங்கள் புரிந்துகொள்வோம்.

வழக்கில் ஊக்கத்தை கட்டுப்பாட்டாளர்கள் மாறுவதற்கு இரண்டு கட்டங்கள் உள்ளன, ஒன்று தூண்டி பொறுப்பு கட்ட அல்லது படிநிலை அதை ஆன் (ஸ்விட்ச் உண்மையில் மூடப்பட்டுள்ளது) மற்றும் பிற ஒன்றாகும் வெளியேற்றம் கட்ட அல்லது படிநிலை சுவிட்ச் (ஸ்விட்ச் திறக்கப்பட்டுள்ளது).

சுவிட்ச் நீண்ட காலமாக திறந்த நிலையில் இருப்பதாக நாம் கருதினால், டையோடு முழுவதும் மின்னழுத்த வீழ்ச்சி எதிர்மறையானது மற்றும் மின்தேக்கி முழுவதும் மின்னழுத்தம் உள்ளீட்டு மின்னழுத்தத்திற்கு சமம். இந்த சூழ்நிலையில், சுவிட்ச் நெருங்கினால் வின் தூண்டியின் குறுக்கே பயப்படுகிறார். டையோடு தரையில் மாறுவதன் மூலம் மின்தேக்கி வெளியேற்றத்தைத் தடுக்கிறது.

தூண்டல் வழியாக மின்னோட்டம் நேரத்துடன் நேர்கோட்டில் உயர்கிறது. நேரியல் மின்னோட்ட உயரும் வீதம் உள்ளீட்டு மின்னழுத்தத்திற்கு விகிதாசாரமாகும், இது தூண்டல் di / dt = தூண்டல் / தூண்டல் முழுவதும் மின்னழுத்தத்தால் வகுக்கப்படுகிறது

மேல் வரைபடத்தில், தூண்டியின் சார்ஜிங் கட்டத்தைக் காட்டுகிறது. X- அச்சு t (நேரம்) ஐ குறிக்கிறது மற்றும் Y- அச்சு I ஐ குறிக்கிறது (தூண்டல் வழியாக மின்னோட்டம்). சுவிட்ச் மூடப்பட்டிருக்கும் போது அல்லது இயக்கப்படும் நேரத்துடன் மின்னோட்டமானது நேர்கோட்டுடன் அதிகரித்து வருகிறது.

இப்போது, சுவிட்ச் மீண்டும் அணைக்கப்படும் போது அல்லது திறந்தவுடன், தூண்டல் மின்னோட்டம் டையோடு வழியாக பாய்ந்து வெளியீட்டு மின்தேக்கியை சார்ஜ் செய்கிறது. வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் உயரும்போது, ​​தூண்டல் வழியாக தற்போதைய சாய்வு தலைகீழாக மாறுகிறது. தூண்டல் = L * (di / dt) வழியாக மின்னழுத்தம் அடையும் வரை வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் உயரும்.

நேரத்துடன் தூண்டல் தற்போதைய துளி வீதம் தூண்டல் மின்னழுத்தத்திற்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகும். தூண்டல் மின்னழுத்தம் அதிகமானது, தூண்டல் வழியாக தற்போதைய வீழ்ச்சியை வேகமாக.

மேலே உள்ள வரைபடத்தில், சுவிட்ச் முடக்கப்படும் நேரத்துடன் தூண்டல் மின்னோட்டம் குறைகிறது.

மாறுதல் சீராக்கி நிலையான-நிலை இயக்க நிலையில் இருக்கும்போது, ​​முழு மாறுதல் சுழற்சியின் போது தூண்டியின் சராசரி மின்னழுத்தம் பூஜ்ஜியமாகும். இந்த நிலைக்கு, தூண்டல் வழியாக சராசரி மின்னோட்டமும் நிலையான நிலையில் உள்ளது.

தூண்டல் கட்டணம் நேரம் டன் என்றும் சுற்றுக்கு உள்ளீட்டு மின்னழுத்தம் இருப்பதாகவும் நாம் கருதினால், வெளியீட்டு மின்னழுத்தத்திற்கு ஒரு குறிப்பிட்ட டோஃப் அல்லது வெளியேற்ற நேரம் இருக்கும்.

சராசரி தூண்டல் மின்னழுத்தம் நிலையான நிலையில் பூஜ்ஜியத்திற்கு சமமாக இருப்பதால், பின்வரும் சொற்களைப் பயன்படுத்தி பூஸ்ட் சர்க்யூட்டை உருவாக்கலாம்

வின் எக்ஸ் டன் = டோஃப் x விஎல் விஎல் = வின் எக்ஸ் (டன் / டோஃப்)

வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் உள்ளீட்டு மின்னழுத்தம் மற்றும் சராசரி தூண்டல் மின்னழுத்தத்திற்கு (Vout = Vin + VL) சமமாக இருப்பதால்

நாம் அதை சொல்லலாம், Vout = Vin + Vin x (Ton / Toff) Vout = Vin x (1 + Ton / Toff)

கடமை சுழற்சியைப் பயன்படுத்தி வவுட்டையும் கணக்கிடலாம்.

கடமை சுழற்சி (டி) = டன் / (டன் + டோஃப்)

பூஸ்ட் சுவிட்ச் ரெகுலேட்டருக்கு Vout வின் / (1 - D)

பூஸ்ட் மாற்றி சுற்றுக்கான PWM மற்றும் கடமை சுழற்சி

நாங்கள் கடமை சுழற்சியைக் கட்டுப்படுத்தினால், பூஸ்ட் மாற்றியின் நிலையான-நிலை வெளியீட்டைக் கட்டுப்படுத்தலாம். எனவே, கடமை சுழற்சி மாறுபாட்டிற்காக, சுவிட்ச் முழுவதும் ஒரு கட்டுப்பாட்டு சுற்று பயன்படுத்துகிறோம்.

எனவே, ஒரு முழுமையான அடிப்படை பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர் சுற்றுக்கு, எங்களுக்கு கூடுதல் சுற்று தேவைப்படுகிறது, இது கடமை சுழற்சியில் மாறுபடும், இதனால் தூண்டல் மூலத்திலிருந்து ஆற்றலைப் பெறும் நேரம்.

மேலே உள்ள படத்தில், ஒரு பிழை பெருக்கி ஒரு பின்னூட்ட பாதையைப் பயன்படுத்தி சுமை முழுவதும் வெளியீட்டு மின்னழுத்தத்தை உணர்ந்து சுவிட்சைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. மிகவும் பொதுவான கட்டுப்பாட்டு தொழில்நுட்பத்தில் PWM அல்லது பல்ஸ் அகல மாடுலேஷன் தொழில்நுட்பம் அடங்கும், இது சுற்றுகளின் கடமை சுழற்சியைக் கட்டுப்படுத்தப் பயன்படுகிறது.

கட்டுப்பாட்டுச் சுற்றுடன் கட்டுப்பாடுகள் நேரம் அளவு சுவிட்ச் சுமை வரையப்பட்டு தற்போதைய பொறுத்து, திறந்த அல்லது நெருங்கிய உள்ளது. இந்த சுற்று நிலையான நிலையில் தொடர்ச்சியான செயல்பாட்டிற்கும் பயன்படுத்துகிறது. இது வெளியீட்டு மின்னழுத்தத்தின் மாதிரியை எடுத்து ஒரு குறிப்பு மின்னழுத்தத்திலிருந்து கழித்து ஒரு சிறிய பிழை சமிக்ஞையை உருவாக்கும், பின்னர் இந்த பிழை சமிக்ஞை ஒரு ஆஸிலேட்டர் வளைவு சமிக்ஞையுடன் ஒப்பிடப்படும் மற்றும் ஒப்பீட்டாளர் வெளியீட்டில் இருந்து ஒரு PWM சமிக்ஞை செயல்படும் அல்லது சுவிட்சைக் கட்டுப்படுத்தும் சுற்று.

வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் மாறும்போது, ​​பிழை மின்னழுத்தமும் பாதிக்கப்படுகிறது. பிழை மின்னழுத்த மாற்றம் காரணமாக, ஒப்பீட்டாளர் PWM வெளியீட்டைக் கட்டுப்படுத்துகிறார். வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் பூஜ்ஜிய பிழை மின்னழுத்தத்தை உருவாக்கும் போது PWM ஒரு நிலைக்கு மாற்றப்பட்டது மற்றும் இதைச் செய்வதன் மூலம், மூடிய கட்டுப்பாட்டு வளைய அமைப்பு வேலையைச் செய்கிறது.

அதிர்ஷ்டவசமாக, பெரும்பாலான நவீன ஸ்விட்சிங் பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர்கள் இந்த விஷயத்தை ஐசி தொகுப்புக்குள் கட்டமைத்துள்ளனர். நவீன சுவிட்ச் ரெகுலேட்டர்களைப் பயன்படுத்தி எளிய சுற்று வடிவமைப்பு அடையப்படுகிறது.

குறிப்பு பின்னூட்ட மின்னழுத்தம் ஒரு மின்தடை வகுப்பி நெட்வொர்க்கைப் பயன்படுத்தி செய்யப்படுகிறது. இது கூடுதல் சுற்றமைப்பு ஆகும், இது தூண்டல், டையோட்கள் மற்றும் மின்தேக்கிகளுடன் தேவைப்படுகிறது.

பூஸ்ட் கன்வெர்ட்டர் சர்க்யூட்டின் செயல்திறனை மேம்படுத்தவும்

இப்போது, ​​செயல்திறனைப் பற்றி ஆராய்ந்தால், சுற்றுக்குள் நாம் எவ்வளவு சக்தியை வழங்குகிறோம், வெளியீட்டில் எவ்வளவு பெறுகிறோம் என்பதுதான்.

(Pout / Pin) * 100%

ஆற்றலை உருவாக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது என்பதால், அதை மட்டுமே மாற்ற முடியும், பெரும்பாலான மின் ஆற்றல்கள் பயன்படுத்தப்படாத சக்திகளை வெப்பமாக மாற்றும். மேலும், நடைமுறைத் துறையில் சிறந்த சூழ்நிலை எதுவும் இல்லை, மின்னழுத்த கட்டுப்பாட்டாளர்களைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கு செயல்திறன் ஒரு பெரிய காரணியாகும்.

மாறுதல் சீராக்கிக்கான முக்கிய மின் இழப்பு காரணிகளில் ஒன்று டையோடு ஆகும். முன்னோக்கி மின்னழுத்த வீழ்ச்சி நேர மின்னோட்டம் (Vf xi) என்பது பயன்படுத்தப்படாத வாட்டேஜ் ஆகும், இது வெப்பமாக மாற்றப்பட்டு சுவிட்ச் ரெகுலேட்டர் சுற்றுகளின் செயல்திறனைக் குறைக்கிறது. மேலும், வெப்ப / வெப்ப மேலாண்மை தொழில்நுட்பங்களுக்கான ஹீட்ஸின்கைப் பயன்படுத்தி மின்சுற்றுக்கான கூடுதல் செலவு, அல்லது சிதறடிக்கப்பட்ட வெப்பத்திலிருந்து மின்சுற்றுகளை குளிர்விக்க ரசிகர்கள். முன்னோக்கி மின்னழுத்த வீழ்ச்சி மட்டுமல்லாமல், சிலிக்கான் டையோட்களுக்கான தலைகீழ் மீட்பு தேவையற்ற மின் இழப்பையும் ஒட்டுமொத்த செயல்திறனைக் குறைப்பதையும் உருவாக்குகிறது.

ஒரு நிலையான மீட்பு டையோடு தவிர்க்க ஒரு சிறந்த வழி, குறைந்த முன்னோக்கி மின்னழுத்த வீழ்ச்சி மற்றும் சிறந்த தலைகீழ் மீட்பு ஆகியவற்றைக் கொண்ட டையோட்களுக்கு பதிலாக ஷாட்கி டையோட்களைப் பயன்படுத்துவது. அதிகபட்ச செயல்திறன் தேவைப்படும்போது, ​​டையோடு MOSFET களைப் பயன்படுத்தி மாற்றலாம். நவீன தொழில்நுட்பத்தில், ஸ்விட்சிங் பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர் பிரிவில் ஏராளமான தேர்வுகள் உள்ளன, அவை 90% க்கும் அதிகமான செயல்திறனை எளிதில் வழங்கும்.

மேலும், பல நவீன சாதனங்களில் "ஸ்கிப் பயன்முறை" பயன்படுத்தப்பட்டு வருகிறது, இது மிக குறைந்த சுமைகளில் மாற வேண்டிய அவசியமில்லாதபோது மாறுதல் சுழற்சிகளைத் தவிர்க்க சீராக்கி அனுமதிக்கிறது. ஒளி சுமை நிலையில் செயல்திறனை மேம்படுத்த இது ஒரு சிறந்த வழியாகும். ஸ்கிப் பயன்முறையில், வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் ஒழுங்குபடுத்தும் வாசலுக்குக் கீழே குறையும் போது மட்டுமே மாறுதல் சுழற்சி தொடங்கப்படுகிறது.

அதிக செயல்திறன், நிலையான வடிவமைப்பு தொழில்நுட்பம், சிறிய கூறு, மாறுதல் கட்டுப்பாட்டாளர்கள் ஒரு நேரியல் சீராக்கினை விட சத்தமாக இருக்கிறார்கள். இன்னும், அவை பரவலாக பிரபலமாக உள்ளன.

பூஸ்ட் மாற்றிக்கான எடுத்துக்காட்டு வடிவமைப்பு

நாங்கள் முன்னர் MC34063 ஐப் பயன்படுத்தி ஒரு பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர் சர்க்யூட்டை உருவாக்கியுள்ளோம், அங்கு 3.7 வி உள்ளீட்டு மின்னழுத்தத்திலிருந்து 5 வி வெளியீடு உருவாக்கப்படுகிறது. MC34063 என்பது சுவிட்ச் ரெகுலேட்டர் ஆகும், இது பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர் உள்ளமைவில் பயன்படுத்தப்பட்டது. நாங்கள் ஒரு இண்டக்டர், ஷாட்கி டையோடு மற்றும் மின்தேக்கிகளைப் பயன்படுத்தினோம்.

மேலேயுள்ள படத்தில், க out ட் வெளியீட்டு மின்தேக்கி மற்றும் நாங்கள் ஒரு தூண்டல் மற்றும் ஷாட்கி டையோடு பயன்படுத்தினோம், அவை மாறுதல் சீராக்கிக்கான அடிப்படை கூறுகள். ஒரு பின்னூட்ட நெட்வொர்க்கும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. R1 மற்றும் R2 மின்தடையங்கள் ஒரு மின்னழுத்த வகுப்பி சுற்று ஒன்றை உருவாக்குகின்றன, இது ஒப்பீட்டாளரின் PWM மற்றும் பிழை பெருக்க நிலைக்கு தேவைப்படுகிறது. ஒப்பீட்டாளரின் குறிப்பு மின்னழுத்தம் 1.25 வி ஆகும்.

திட்டத்தை விரிவாகக் கண்டால், இந்த MC34063 சுவிட்ச் பூஸ்ட் ரெகுலேட்டர் சர்க்யூட் மூலம் 70-75% செயல்திறன் அடையப்படுவதைக் காணலாம். முறையான பிசிபி தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி மேலும் வெப்ப மேலாண்மை நடைமுறைகளைப் பெறுவதன் மூலம் மேலும் செயல்திறனை மேம்படுத்த முடியும்.