Режимы работы дросселя (непрерывный и прерывистый ток) - при увеличении индуктивности выше определенного значения (зависит от нагрузки) ток дросселя перестает уменьшаться до нуля в течении каждого периода. Индуктивность в таком случае влияет на приращение тока за время открытого состояния ключа. Если
Для прерывистого режима работы уравнение (1.1) несправедливо. Пульсации выходного напряжения в понижающем преобразователе, работающем в прерывистом режиме, выше, так как конденсатор фильтра должен обеспечивать ток нагрузки в то время, когда ток дросселя равен нулю. Как правило, понижающий преобразователь работает в прерывистом режиме, только когда ток нагрузки становится намного меньше номинального расчётного значения.
Работа понижающего преобразователя может также осуществляться в прерывистом режиме, при котором в течение некоторой части периода коммутации ток дросселя равен нулю.
Заметим, что колебания выходного тока относительно малы по сравнению со значением постоянного тока в дросселе. В данном случае пиковый ток пульсаций составляет 1,4 А. Ещё одним важным моментом является то, что в установившемся режиме ток пульсаций не зависит от тока нагрузки, так как ток, протекающий через дроссель, управляется напряжением на нём. Крутизна нарастания тока и продолжительность фазы накопления энергии определяются исключительно разностью напряжений Vin-Vout. Средний ток дросселя равен выходному току. с
Коэффициент заполнения - величина, характеризующая отношение между положительными и отрицательными полупериодами в последовательности импульсов. Это уравнение определяет выходное напряжение преобразователя вне зависимости от значений индуктивности, тока нагрузки и ёмкости выходного конденсатора, при условии, что через дроссель течёт непрерывный ток. При этом подразумевается, что напряжение на дросселе имеет прямоугольную форму. В данной схеме диод используется в качестве управляемого напряжением вентиля. В то время, когда входной ключ разомкнут, диод обеспечивает канал для протекания разрядного тока дросселя. Напряжение на дросселе при уменьшении протекающего через него тока, имеет отрицательную полярность, поэтому диод открывается. При замкнутом ключе дроссель накапливает энергию и диод смещён в обратном направлении, поэтому ток через него не течёт. При проектировании понижающего преобразователя мы будем для простоты считать, что прикладываемое к дросселю напряжение в процессе накопления энергии имеет идеально прямоугольную форму. Хорошее приближение к идеально прямоугольной форме достигается при колебаниях напряжения на дросселе в процессе накопления энергии в пределах 0.04 В при входном напряжении 24 В, т. е. 0.16%, а в процессе отдачи энергии - 0.04 В при выходном напряжении 19 В, т. е. 0.21%. Постоянная амплитуда прямоугольных импульсов способствует постоянству di/dt в уравнении (1.1). На Рис. 1.2 изображены кривая выходного напряжения (нижний график) и кривая тока дросселя (верхний график) в установившемся режиме преобразователя, обеспечивающем напряжение 19 В и ток 9,5 А на нагрузочном резисторе 2 ома.
Следовательно: коэффициент заполнения = 19вольт / 28вольта (0,678 *100% = 68%)
19вольт = 28вольта * коэффициент заполнения.
Преобразователь понижающий потому, что выходное напряжение всегда меньше входного, так как напряжение на дросселе встречно входному (противоположно по полярности напряжению источника). Данный идеальный стабилизатор предназначен для работы от источника напряжением 24 В и обеспечивает напряжение 19 В на нагрузке 2 Ом. Ключ размыкается и замыкается через каждые 1 мкс, и на пассивных компонентах формируется сигнал с широтно - импульсной модуляцией. В установившемся режиме выходное напряжение стабилизатора равно
Разложим по коробочкам наш понижающий преобразователь. На Рис. 1 изображена идеальная модель понижающего преобразователя, содержащая из идеального источника напряжения, идеального управляемого ключа, идеального диода, идеального дросселя, идеального конденсатора и нагрузочного резистора.
Первое следствие уравнения (1.1) состоит в том, что ток, протекающий через катушку индуктивности, не может изменяться мгновенно. Ведь в этом случае на катушке возникло бы бесконечное напряжение. В реальности же такие эффекты, как, например, возникающая при "пробое" контактов электрическая дуга, ограничивают это напряжение очень высоким, но не бесконечным значением. Вторым следствием уравнения (1.1) является то, что напряжение на катушке индуктивности мгновенно изменяется с положительного на отрицательное при переключении с накопления энергии в индуктивности (производная di/dt положительна) на извлечение энергии из неё (di/dt отрицательна).
V=L di/dt. (1.1)
Основы накопления энергии. Уравнение (1.1), выражающее правило Ленца, содержит определение индуктивности. Катушка обладает индуктивностью в один генри, если изменение тока на один ампер за одну секунду производит напряжение на катушке в один вольт:
Сначала преподнесу немного теории, которую все из Вас знают. Освежить знания в памяти никогда вредным не бывает.
Эта статья предназначена для тех, кто хочет понять принцип работы импульсного понижающего преобразователя напряжения. Сделав данный преобразователь, вы получите достаточно опыта для самостоятельного проектирования понижаемых преобразователей DC/DC.
Но это давно в прошлом. Сейчас наступил век энергосбережения, и расходовать столько мощности на тепло, а потом бороться с его выделением - не наши методы. Наша цель - понижающий преобразователь напряжения до 19 В, без большого выделения тепла. Для самого мощного ноутбука на максимальной загрузке и зарядке с нуля необходим ток 5:8А, а с учетом запаса выходной ток преобразователя должен быть в районе 10:12А. А это уже не маленькая мощность 228 Вт. Нагревать силовыми компонентами схемы воздух в кабине недопустимо, и так жарко.
Предлагаемый Вашему вниманию преобразователь будет полезен водителям дальнобойщикам, водителям грузовых автомобилей с напряжением на борту 24 В, а также для тех, кто хочет разобраться в принципе работы и построения импульсного понижаемого преобразователя напряжения большой мощности. На грузовых машинах обычно установлены соединенные последовательно два аккумулятора по 12В. Большинство ноутбуков рассчитаны на 19В. Самый простой способ подключить ноутбук к линейному стабилизатору напряжения по схеме:
Участник "Поздравь Кота по-человечески 2010"
Опубликовано 09.09.2010.
Автор - Провада Юрий Петрович aka Simurg
РадиоКот :: Инвертор питания к ноутбуку для грузового автомобиля 24...28В / 19В 10А.
Комментариев нет:
Отправить комментарий