Hvordan designe en push pull converter - grunnleggende teori, konstruksjon og demonstrasjon

Når det gjelder arbeid med kraftelektronikk, blir en DC-DC-omformertopologi veldig viktig for praktisk design. Det er hovedsakelig to typer store DC-DC-konverteringstopologier tilgjengelig i kraftelektronikk, nemlig koblingsomformeren og den lineære omformeren.

Nå fra loven om bevaring av energi, vet vi at energi ikke kan skapes eller ødelegges, men den kan bare transformeres. Det samme gjelder for å bytte regulatorer, utgangseffekten (watt) til en hvilken som helst omformer er et produkt av spenning og strøm, en DC-DC-omformer konverterer ideelt sett spenningen eller strømmen mens effekten er konstant. Et eksempel kan være situasjonen der en 5V utgang kan gi 2A strøm. Tidligere har vi designet en 5V, 2A SMPS-krets, du kan sjekke ut om det er noe du leter etter.

Vurder nå en situasjon der vi trenger å endre den til en 10V utgang for et bestemt program. Nå, hvis en DC-DC-omformer brukes på dette stedet, og 5V 2A som er 10W utgang, er konstant, vil DC-DC-omformeren ideelt sett konvertere spenningen til en 10V med en 1A strømstyrke. Dette kan gjøres ved hjelp av en boost-byttetopologi der en bryterinduktor konstant byttes.

En annen kostbar, men nyttig metode, er å bruke en push-pull-omformer. En push-pull-omformer åpner for mange konverteringsmuligheter, for eksempel Buck, Boost, Buck-Boost, isolerte eller til og med ikke-isolerte topologier. Det er også en av de eldste koblingstopologiene som brukes i kraftelektronikk som krever minimumskomponenter for å produsere mellomstore utganger (Vanligvis - 150 W til 500 W) med flere utgangsspenninger. Man trenger å endre transformatorviklingen for å endre utgangsspenningen i en isolert push-pull-omformerkrets.

Imidlertid stiller alle disse funksjonene mange spørsmål i tankene våre. Hvordan fungerer en Push-pull-omformer? Hvilke komponenter er viktige for å bygge en push-pull-omformerkrets? Så les videre, så vil vi finne ut alle nødvendige svar, og til slutt vil vi bygge en praktisk krets for demonstrasjon og testing, så la oss komme rett inn i det.

Konstruksjon av en Push-Pull Converter

Navnet har svaret. Push and Pull har to motsatte betydninger av det samme. Hva er meningen med Push-Pull i lekmannsbetingelser? Ordboken sier at ordet push betyr å bevege seg fremover ved å bruke makt for å passere mennesker eller gjenstander for å bevege seg til side. I en push-pull DC-DC-omformer definerer push skyve strømmen eller mate strømmen. Nå, hva trekker betyr? Igjen sier ordboken å utøve styrke på noen eller noe for å forårsake bevegelse mot seg selv. I push-pull-omformeren er det igjen strømmen som trekkes.

Dermed er en push-pull-omformer en type bytteomformer der strømmer konstant skyves inn i noe og stadig trekkes fra noe. Dette er en type flyback-transformator eller en induktor. Strømmen skyves og trekkes konstant fra transformatoren. Ved hjelp av denne push-pull-metoden overfører transformatoren fluks til sekundærspolen og gir en slags isolert spenning.

Nå som dette er en type bryteregulator, også da transformatoren må byttes på en slik måte at strømmen må skyves og dras synkront, for det trenger vi en slags bryteregulator. Her kreves en asynkron push-pull-driver. Nå er det åpenbart at bryterne er laget med forskjellige typer transistorer eller mosfets.

Det er mange push-pull-drivere tilgjengelig i elektronikkmarkedet som kan brukes umiddelbart til push-pull samtalerelatert arbeid.

Få av slike driver-IC-er finnes i listen nedenfor -

LT3999
MAX258
MAX13253
LT3439
TL494

Hvordan fungerer en Push Pull Converter?

For å forstå arbeidsprinsippet til push-pull-omformeren har vi tegnet en grunnleggende krets som er en grunnleggende halvbro-push-pull-omformer, og den er vist nedenfor, for enkelhets skyld har vi dekket halvbro-topologien, men det er en annen vanlig topologi tilgjengelig, og den er kjent som en full-bridge push-pull-omformer.

To NPN-transistorer muliggjør push-pull-funksjonalitet. De to transistorene Q1 og Q2 kan ikke slås på samtidig. Når Q1 er slått på, forblir Q2 slått av, når Q1 er slått av, vil Q2 slå seg på. Det vil skje sekvensielt og vil fortsette som en løkke.

Som vi kan se, bruker kretsen ovenfor en transformator, dette er en isolert push-pull-omformer.

Ovenstående bilde viser tilstanden der Q1 er slått på og Q2 vil slå seg av. Dermed vil strømmen strømme gjennom senterkranen på transformatoren og vil gå til bakken via transistoren Q1 mens Q2 vil blokkere strømmen på den andre kranen på transformatoren. Nøyaktig det motsatte skjer når Q2 slås på og Q1 forblir slått av. Når endringene i strømmen skjer, overfører transformatoren energien fra primærsiden til sekundærsiden.

Ovenstående graf er veldig nyttig for å sjekke hvordan dette skjer, i begynnelsen var det tidligere ingen spenninger eller strøm i kretsen. Q1 slått på, en konstant spenning slår først til kranen når kretsen er stengt nå. Strømmen begynner å øke, og deretter blir spenningen indusert i sekundærsiden.

I neste fase, etter en tidsforsinkelse, slår transistoren Q1 seg av og Q2 slås på. Her kommer noen viktige ting på jobb - transformatorens parasittkapasitans og induktansen danner en LC-krets som begynner å bytte i motsatt polaritet. Ladningen begynner å strømme tilbake i motsatt retning gjennom transformatorens andre kranvikling. På denne måten skyves strømmen konstant i alternative modus av de to transistorene. Imidlertid, da trekkingen gjøres av LC-kretsen og senterkranen til transformatoren, kalles den push-pull-topologi. Ofte blir det beskrevet på en slik måte at de to transistorene skyver strømmen vekselvis og navngir konvensjonen push-pull der transistorer ikke trekker strømmen. Lastbølgeformen ser ut som sagtannen, men det er ikke det som er vist i bølgeformen ovenfor.

Som vi har lært hvordan en push-pull-omformer-design fungerer, la oss gå videre til å bygge en faktisk krets for den, og så kan vi analysere det på benken. Men før det, la oss ta en titt på skjematisk.

Komponenter som kreves for å bygge en praktisk Push Pull Converter

Vel, kretsen nedenfor er konstruert på et brødbrett. Komponentene som brukes til å teste kretsløp er som følger -

2 stk induktorer med samme rangering - 220uH 5A toroidal induktor.
0.1uF polyesterfilmkondensator - 2 stk
1k motstand 1% - 2 stk
ULN2003 Darlington par transistor
100uF 50V kondensator

Et praktisk kretsdiagram for push-pull-omformer

Skjematisk er ganske rett frem. La oss analysere forbindelsen, ULN2003 er Darlington-parets transistorarray. Denne transistorarrayen er nyttig ettersom friluftsdioder er tilgjengelige inne i brikkesettet, og den ikke krever noen ekstra komponenter, og dermed unngås ytterligere komplisert ruting på et brødbrett. For den synkrone driveren bruker vi en enkel RC-tidtaker som synkront slår av og på transistorene for å skape en push-pull-effekt over induktorene.

Praktisk Push-Pull Converter - Arbeid

Kretsarbeidet er enkelt. La oss fjerne Darlington-paret og gjøre kretsen enkel ved hjelp av to transistorer Q1 og Q2.

RC-nettverk er koblet i en kryssposisjon med basen til Q1 og Q2, som slår på de alternative transistorene ved hjelp av en tilbakemeldingsteknikk kalt regenerativ tilbakemelding.

Det begynner å fungere slik - Når vi tilfører spenning til senterkranen på transformatoren (der den felles forbindelsen mellom to induktorer), vil strømmen strømme gjennom transformatoren. Avhengig av flytdensitet og metning av polariteten, negativ eller positiv, lades nåværende først C1 og R1 eller C2 og R2, ikke begge deler. La oss forestille oss at C1 og R1 får strømmen først. C1 og R1 gir en tidtaker som slår på transistoren Q2. L2-delen av transformatoren vil indusere spenning ved hjelp av magnetisk strømning. I denne situasjonen begynner C2 og R2 å lade opp og slå på Q1. L1-delen av transformatoren induserer deretter en spenning. Tidspunktet eller frekvensen er helt avhengig av inngangsspenningen, den mettede strømmen av transformatoren eller induktoren, de primære svingene, tverrsnittet av kvadratcentimeterarealet til kjernen.Formelen for frekvensen er-

f = (V _i * ¹⁰⁸) / (4 * β _s * A * N)

Der Vin er inngangsspenningen, er 10 ⁸ en konstant verdi, β _s er den mettede flytdensiteten til kjernen som vil reflekteres på transformatoren, A er tverrsnittsarealet og N er antall svinger.

Testing av Push Pull Converter-kretsen

For å teste kretsen kreves følgende verktøy -

To millimeter - en for kontroll av inngangsspenning og en annen for utgangsspenning
Et oscilloskop
En benkestrømforsyning.

Kretsen er konstruert i et brødbrett og kraften økes sakte. Inngangsspenningen er 2.16V mens utgangsspenningen er 8.12V, som er nesten fire ganger inngangsspenningen.

Denne kretsen bruker imidlertid ingen tilbakemeldingstopologi, så utgangsspenningen er ikke konstant og heller ikke isolert.

Frekvensen og byttingen av push-pull observeres i oscilloskopet-

Dermed fungerer kretsen nå som en push-pull boost-omformer der utgangsspenningen ikke er konstant. Det forventes at denne push-pull-omformeren kan gi effekt opptil 2W, men vi har ikke testet den på grunn av manglende generering av tilbakemelding.

Konklusjoner

Denne kretsen er en enkel form for push-pull-omformeren. Imidlertid anbefales det alltid å bruke en riktig push-pull driver IC for ønsket utgang. Kretsen kan konstrueres på en måte der isolerte eller ikke-isolerte, eventuelle topologier i push-pull-konvertering kan bygges.

Nedenfor kretsen er en riktig krets av kontrollert push-pull DC til DC-omformer. Det er en 1: 1 push-pull-omformer som bruker LT3999 for analoge enheter (Lineær teknologi).

Jeg håper du likte artikkelen og lærte noe nytt hvis du har spørsmål angående dette emnet, legg en kommentar nedenfor, eller du kan legge inn spørsmålet ditt direkte på forumet vårt.