أصبحت مثبتات الجهد الكهربي شائعة جدًا مؤخرًا نظرًا لحجمها الصغير وكفاءتها العالية نسبيًا، وفي المستقبل القريب ستحل محل الدوائر التناظرية القديمة الجيدة تمامًا.
الآن، مقابل بضعة دولارات في الصين، يمكنك شراء وحدة محول DC-DC جاهزة، والتي توفر تنظيم جهد الخرج، ولديها القدرة على الحد من التيار وتعمل في نطاق واسع إلى حد ما من الفولتية المدخلة.

الشريحة الأكثر شيوعًا التي تم بناء هذه المثبتات عليها هي LM2596. أقصى جهد يصل إلى 35 فولت، مع تيار يصل إلى 3 أمبير. تعمل الدائرة الدقيقة في وضع النبض، والتدفئة عليها ليست قوية جدًا في ظل أحمال مثيرة للإعجاب إلى حد ما، فهي مدمجة وتكلف فلسًا واحدًا.

من خلال إضافة op-amp، يمكنك أيضًا الحد من تيار الإخراج، وسأقول المزيد - الاستقرار الحالي، وبعبارة أخرى - سيتم الاحتفاظ بالتيار عند المستوى المحدد بغض النظر عن الجهد.
هذه الوحدات مدمجة تمامًا ويمكن دمجها في أي تصميم لإمدادات الطاقة والشاحن محلي الصنع. ومن خلال توصيل الفولتميتر الرقمي بالخرج، سنعرف الجهد عند الخرج. .

تحتوي اللوحة نفسها على مقاومات تشذيب للحد من تيار الخرج وتنظيم الجهد. سيسمح نطاق جهد الإدخال بتثبيت هذه الوحدة في السيارة عن طريق توصيلها مباشرة بالشبكة الموجودة على متن السيارة بجهد 12 فولت. ماذا سيعطينا هذا؟

1. 1) شاحن عالمي بتيار عالي. يمكنك شحن أي هواتف ذكية أو أجهزة لوحية أو مشغلات أو مشغلات أخرى أو أجهزة ملاحية أو أنظمة أمان محمولة، ويمكنك توصيل 2-3 هواتف ذكية بالجهاز في نفس الوقت وسيتم شحنها جميعًا بشكل متساوٍ.

2. 2) قم بتوصيل الجهاز، على سبيل المثال، بمحول الكمبيوتر المحمول، واضبط الإخراج على 14-15 فولت ولا تتردد في شحن البطارية! يعد 3 أمبير تيارًا كبيرًا جدًا لشحن بطارية السيارة، على الرغم من أنه يجب تثبيت لوحة المحول نفسها على مشعاع صغير.

بالتأكيد لا يمكنك الجدال حول فائدة اللوحة، وهي تكلف فلسًا واحدًا (لا يزيد عن 2-3 دولارات أمريكية). يمكن صنع نفس اللوحة في المنزل، في حالة توفر مكونات معينة، على الرغم من أن تكلفة الوحدة النهائية أقل بكثير من تكلفة المكونات الفردية.

مضخم تشغيلي مزدوج، وحدة تحديد التيار مبنية على العنصر الأول، والإشارة مبنية على العنصر الثاني. تحتوي الدائرة الدقيقة نفسها على حزام وخنق طاقة يمكن لفه بشكل مستقل وزوج من المنظمين. لا تسخن الدائرة تقريبًا عند التيارات المنخفضة - لكن المشتت الحراري الصغير لن يضر.

يتطلب تشغيل أي دائرة إلكترونية تقريبًا وجود مصدر واحد أو أكثر من مصادر الجهد الثابت، وفي الغالبية العظمى من الحالات يتم استخدام جهد ثابت. تستخدم مصادر الطاقة المستقرة مثبتات خطية أو متغيرة. يتمتع كل نوع من المحولات بمزاياه الخاصة، وبالتالي مكانته الخاصة في دوائر إمداد الطاقة. تشمل المزايا التي لا شك فيها لتحويل المثبتات قيم كفاءة أعلى، والقدرة على الحصول على قيم تيار خرج عالية وكفاءة عالية مع اختلاف كبير بين جهد الإدخال والإخراج.

مبدأ تشغيل مثبت نبض باك

يوضح الشكل 1 رسمًا تخطيطيًا مبسطًا لقسم الطاقة في IPSN.

أرز. 1.

يقوم ترانزستور التأثير الميداني VT بإجراء تبديل تيار عالي التردد. في مثبتات النبض، يعمل الترانزستور في وضع التبديل، أي أنه يمكن أن يكون في إحدى الحالتين المستقرتين: التوصيل الكامل والقطع. وبناء على ذلك، يتكون تشغيل IPSN من مرحلتين متناوبتين - مرحلة ضخ الطاقة (عندما يكون الترانزستور VT مفتوحًا) ومرحلة التفريغ (عندما يكون الترانزستور مغلقًا). تم توضيح تشغيل IPSN في الشكل 2.

أرز. 2. مبدأ تشغيل IPSN: أ) مرحلة الضخ؛ ب) مرحلة التفريغ. ج) مخططات التوقيت

تستمر مرحلة ضخ الطاقة طوال الفترة الزمنية T I. خلال هذا الوقت، يتم إغلاق المفتاح ويقوم بتوصيل التيار I VT. بعد ذلك، يمر التيار عبر المحث L إلى الحمل R، الذي يتم تحويله بواسطة مكثف الإخراج C OUT. في الجزء الأول من الطور، يقوم المكثف بتزويد الحمل بالتيار I C، وفي النصف الثاني، يأخذ جزءًا من التيار I L من الحمل. يزداد حجم التيار I L بشكل مستمر، وتتراكم الطاقة في المحث L، وفي الجزء الثاني من الطور - في المكثف C OUT. الجهد عبر الصمام الثنائي V D يساوي U IN (مطروحًا منه انخفاض الجهد عبر الترانزستور المفتوح)، ويتم إغلاق الصمام الثنائي خلال هذه المرحلة - لا يتدفق التيار عبره. التيار I R الذي يتدفق عبر الحمل R ثابت (الفرق I L - I C)، وبالتالي فإن الجهد U OUT عند الخرج ثابت أيضًا.

تحدث مرحلة التفريغ خلال الوقت T P: يكون المفتاح مفتوحًا ولا يتدفق التيار عبره. من المعروف أن التيار المتدفق عبر المحرِّض لا يمكن أن يتغير على الفور. يتدفق IL الحالي، الذي يتناقص باستمرار، عبر الحمل ويغلق من خلال الصمام الثنائي V D. في الجزء الأول من هذه المرحلة، يستمر المكثف C OUT في تجميع الطاقة، مع أخذ جزء من التيار I L من الحمل. في النصف الثاني من مرحلة التفريغ، يبدأ المكثف أيضًا بتزويد الحمل بالتيار. خلال هذه المرحلة، يكون التيار I R المتدفق عبر الحمل ثابتًا أيضًا. لذلك، فإن جهد الخرج مستقر أيضًا.

الإعدادات الرئيسية

بداية نلاحظ أنه حسب تصميمها الوظيفي فإنها تميز بين IPSN ذات جهد الخرج القابل للتعديل والثابت. يتم عرض دوائر التبديل النموذجية لكلا النوعين من IPSN في الشكل 3. والفرق بينهما هو أنه في الحالة الأولى، يقع مقسم المقاومة، الذي يحدد قيمة جهد الخرج، خارج الدائرة المتكاملة، وفي الثانية، داخل. وبناء على ذلك، في الحالة الأولى، يتم تعيين قيمة جهد الخرج من قبل المستخدم، وفي الحالة الثانية، يتم ضبطه أثناء تصنيع الدائرة الدقيقة.

أرز. 3. دائرة تحويل نموذجية لـ IPSN: أ) قابلة للتعديل و ب) مع جهد خرج ثابت

تشمل أهم معلمات IPSN ما يلي:

• نطاق قيم جهد الإدخال المسموح به U IN_MIN…U IN_MAX.
• الحد الأقصى لقيمة تيار الإخراج (تيار التحميل) I OUT_MAX.
• القيمة الاسمية لجهد الخرج U OUT (لـ IPSN مع قيمة جهد الخرج الثابتة) أو نطاق قيم جهد الخرج U OUT_MIN ...U OUT_MAX (لـ IPSN مع قيمة جهد الخرج القابلة للتعديل). تشير المواد المرجعية غالبًا إلى أن القيمة القصوى لجهد الخرج U OUT_MAX تساوي القيمة القصوى لجهد الإدخال U IN_MAX. في الواقع هذا ليس صحيحا تماما. على أية حال، يكون جهد الخرج أقل من جهد الدخل، على الأقل بمقدار انخفاض الجهد عبر الترانزستور الرئيسي U DROP. مع قيمة تيار خرج تساوي، على سبيل المثال، 3A، ستكون قيمة U DROP 0.1...1.0V (اعتمادًا على دائرة IPSN الدقيقة المحددة). لا يمكن تحقيق المساواة التقريبية بين U OUT_MAX وU IN_MAX إلا ​​عند قيم تيار الحمل المنخفضة جدًا. لاحظ أيضًا أن عملية تثبيت جهد الخرج بحد ذاتها تنطوي على فقدان عدة بالمائة من جهد الدخل. ينبغي فهم المساواة المعلنة بين U OUT_MAX وU IN_MAX فقط بمعنى أنه لا توجد أسباب أخرى لتقليل U OUT_MAX غير تلك المذكورة أعلاه في منتج معين (على وجه الخصوص، لا توجد قيود صريحة على الحد الأقصى لقيمة عامل الملء د). يُشار عادةً إلى قيمة جهد التغذية المرتدة U FB بالرمز U OUT_MIN. في الواقع، يجب أن يكون U OUT_MIN دائمًا أعلى بعدة بالمائة (لنفس أسباب الاستقرار).
• دقة إعداد الجهد الناتج. تعيين كنسبة مئوية. هذا منطقي فقط في حالة IPSN ذات قيمة جهد خرج ثابتة، لأنه في هذه الحالة توجد مقاومات مقسم الجهد داخل الدائرة الدقيقة، ويتم التحكم في دقتها أثناء التصنيع. في حالة IPSN مع قيمة جهد الخرج القابلة للتعديل، تفقد المعلمة معناها، حيث يتم تحديد دقة مقاومات المقسم من قبل المستخدم. في هذه الحالة، لا يمكننا التحدث إلا عن حجم تقلبات جهد الخرج بالنسبة لقيمة متوسطة معينة (دقة إشارة التغذية المرتدة). دعونا نتذكر أنه على أية حال، فإن هذه المعلمة الخاصة بتبديل مثبتات الجهد هي أسوأ بمقدار 3...5 مرات مقارنة بالمثبتات الخطية.
• انخفاض الجهد عبر الترانزستور المفتوح R DS_ON. كما ذكرنا سابقًا، ترتبط هذه المعلمة بانخفاض لا مفر منه في جهد الخرج مقارنة بجهد الإدخال. ولكن هناك شيء آخر أكثر أهمية - فكلما ارتفعت قيمة مقاومة القناة المفتوحة، زاد تبديد الطاقة على شكل حرارة. بالنسبة للدوائر الدقيقة IPSN الحديثة، تعتبر القيم التي تصل إلى 300 مللي أوم ذات قيمة جيدة. تعتبر القيم الأعلى نموذجية للرقائق التي تم تطويرها قبل خمس سنوات على الأقل. لاحظ أيضاً أن قيمة R DS_ON ليست ثابتة، ولكنها تعتمد على قيمة تيار الخرج I OUT.
• مدة دورة العمل T وتردد التبديل F SW. يتم تحديد مدة دورة العمل T كمجموع الفواصل الزمنية T I (مدة النبضة) و T P (مدة الإيقاف المؤقت). وبناء على ذلك، فإن التردد F SW هو مقلوب مدة دورة التشغيل. بالنسبة لبعض أجزاء شبكة IPSN، يكون تردد التبديل قيمة ثابتة تحددها العناصر الداخلية للدائرة المتكاملة. بالنسبة لجزء آخر من IPSN، يتم ضبط تردد التبديل بواسطة عناصر خارجية (عادةً دائرة RC خارجية)، وفي هذه الحالة يتم تحديد نطاق الترددات المسموح بها F SW_MIN ... F SW_MAX. يسمح تردد التبديل الأعلى باستخدام الاختناقات ذات قيمة الحث الأقل، مما له تأثير إيجابي على أبعاد المنتج وسعره. تستخدم معظم ISPS التحكم PWM، أي أن قيمة T ثابتة، ويتم ضبط قيمة T I أثناء عملية التثبيت، ويتم استخدام تعديل تردد النبض (التحكم في PFM) بشكل أقل تكرارًا. في هذه الحالة، تكون قيمة T I ثابتة، ويتم التثبيت عن طريق تغيير مدة الإيقاف المؤقت T P. وبالتالي، تصبح قيم T، وبالتالي F SW، متغيرة. في المواد المرجعية في هذه الحالة، كقاعدة عامة، يتم تعيين تردد يتوافق مع دورة التشغيل تساوي 2. لاحظ أنه يجب تمييز نطاق التردد F SW_MIN ...F SW_MAX للتردد القابل للتعديل عن بوابة التسامح لـ ثابت التردد، نظرًا لأن قيمة التسامح غالبًا ما تتم الإشارة إليها في الشركة المصنعة للمواد المرجعية.
• عامل الواجب د، وهو يساوي النسبة المئوية
  نسبة T I إلى T. تشير المواد المرجعية غالبًا إلى "ما يصل إلى 100%". من الواضح أن هذا مبالغة، لأنه إذا كان الترانزستور الرئيسي مفتوحا باستمرار، فلا توجد عملية استقرار. في معظم النماذج التي تم طرحها في السوق قبل عام 2005 تقريبًا، وبسبب عدد من القيود التكنولوجية، كانت قيمة هذا المعامل محدودة بما يزيد عن 90%. في نماذج IPSN الحديثة، تم التغلب على معظم هذه القيود، لكن عبارة "ما يصل إلى 100%" لا ينبغي أن تؤخذ حرفيًا.
• عامل الكفاءة (أو الكفاءة). كما هو معروف، بالنسبة للمثبتات الخطية (التنحية بشكل أساسي) هذه هي النسبة المئوية لجهد الخرج إلى المدخلات، نظرًا لأن قيم تيار الإدخال والإخراج متساوية تقريبًا. بالنسبة لتبديل المثبتات، يمكن أن تختلف تيارات الإدخال والإخراج بشكل كبير، لذلك يتم اعتبار النسبة المئوية لطاقة الخرج إلى طاقة الإدخال على أنها كفاءة. بالمعنى الدقيق للكلمة، لنفس الدائرة الدقيقة IPSN، يمكن أن تختلف قيمة هذا المعامل بشكل كبير اعتمادًا على نسبة جهد الإدخال والإخراج، وكمية التيار في الحمل وتردد التبديل. بالنسبة لمعظم IPSN، يتم تحقيق أقصى قدر من الكفاءة عند قيمة تيار تحميل تبلغ حوالي 20...30% من القيمة القصوى المسموح بها، وبالتالي فإن القيمة الرقمية ليست مفيدة للغاية. يُنصح باستخدام الرسوم البيانية للتبعية المتوفرة في المواد المرجعية الخاصة بالشركة المصنعة. ويبين الشكل 4 الرسوم البيانية للكفاءة للمثبت كمثال. . من الواضح أن استخدام مثبت الجهد العالي عند قيم جهد الدخل الفعلية المنخفضة ليس حلاً جيدًا، حيث تنخفض قيمة الكفاءة بشكل كبير مع اقتراب تيار الحمل من قيمته القصوى. توضح المجموعة الثانية من الرسوم البيانية الوضع الأكثر تفضيلاً، حيث أن قيمة الكفاءة تعتمد بشكل ضعيف على التقلبات في تيار الخرج. معيار الاختيار الصحيح للمحول ليس القيمة العددية للكفاءة، بل سلاسة الرسم البياني لوظيفة التيار في الحمل (غياب "الانسداد" في منطقة التيارات العالية ).

أرز. 4.

القائمة المحددة لا تستنفد القائمة الكاملة لمعلمات IPSN. يمكن العثور على معلمات أقل أهمية في الأدبيات.

مميزات خاصة
مثبتات الجهد النبضي

في معظم الحالات، تتمتع IPSN بعدد من الوظائف الإضافية التي تعمل على توسيع إمكانيات تطبيقها العملي. الأكثر شيوعًا هي ما يلي:

• يسمح لك مدخل إيقاف تشغيل الحمل "تشغيل/إيقاف" أو "إيقاف التشغيل" بفتح الترانزستور الرئيسي وبالتالي فصل الجهد عن الحمل. كقاعدة عامة، يتم استخدامه للتحكم عن بعد في مجموعة من المثبتات، وتنفيذ خوارزمية معينة لتطبيق وإيقاف الفولتية الفردية في نظام إمداد الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه كمدخل لإيقاف تشغيل الطاقة في حالات الطوارئ.
• إن خرج الحالة الطبيعية "Power Good" عبارة عن إشارة خرج عامة تؤكد أن IPSN في حالة تشغيل عادية. يتم تشكيل مستوى الإشارة النشطة بعد الانتهاء من العمليات العابرة من مصدر جهد الإدخال، وكقاعدة عامة، يتم استخدامه إما كعلامة على إمكانية خدمة ISPN، أو لتشغيل ISPN التالي في أنظمة إمداد الطاقة التسلسلية. أسباب إمكانية إعادة ضبط هذه الإشارة: انخفاض جهد الإدخال إلى ما دون مستوى معين، وتجاوز جهد الخرج نطاقًا معينًا، وإيقاف الحمل عن طريق إشارة إيقاف التشغيل، وتجاوز الحد الأقصى لقيمة التيار في الحمل (على وجه الخصوص، حقيقة حدوث ماس كهربائي)، وإيقاف درجة حرارة الحمل وبعض الأشياء الأخرى. تعتمد العوامل التي يتم أخذها في الاعتبار عند توليد هذه الإشارة على نموذج IPSN المحدد.
• يوفر دبوس المزامنة الخارجي "Sync" القدرة على مزامنة المذبذب الداخلي مع إشارة الساعة الخارجية. يستخدم لتنظيم التزامن المشترك للعديد من المثبتات في أنظمة إمداد الطاقة المعقدة. لاحظ أن تردد إشارة الساعة الخارجية لا يجب أن يتطابق مع التردد الطبيعي لـ FSW، ومع ذلك، يجب أن يكون ضمن الحدود المسموح بها المحددة في مواد الشركة المصنعة.
• توفر وظيفة البداية الناعمة زيادة بطيئة نسبيًا في جهد الخرج عند تطبيق الجهد على دخل IPSN أو عند تشغيل إشارة إيقاف التشغيل عند حافة السقوط. تتيح لك هذه الوظيفة تقليل الزيادات الحالية في الحمل عند تشغيل الدائرة الدقيقة. غالبًا ما يتم تحديد معلمات التشغيل لدائرة البداية الناعمة بواسطة المكونات الداخلية للمثبت. تحتوي بعض طرز IPSN على مخرجات Soft Start خاصة. في هذه الحالة، يتم تحديد معلمات بدء التشغيل من خلال تصنيفات العناصر الخارجية (المقاوم، المكثف، دائرة RC) المتصلة بهذا الدبوس.
• تم تصميم حماية درجة الحرارة لمنع فشل الشريحة في حالة ارتفاع درجة حرارة البلورة. تؤدي الزيادة في درجة حرارة البلورة (بغض النظر عن السبب) فوق مستوى معين إلى تشغيل آلية الحماية - انخفاض التيار في الحمل أو إيقاف تشغيله بالكامل. وهذا يمنع المزيد من الارتفاع في درجة حرارة القالب وتلف الشريحة. لا يمكن إعادة الدائرة إلى وضع تثبيت الجهد إلا بعد أن تبرد الدائرة الدقيقة. لاحظ أنه يتم تنفيذ حماية درجة الحرارة في الغالبية العظمى من الدوائر الدقيقة الحديثة IPSN، ولكن لم يتم توفير إشارة منفصلة لهذه الحالة بالذات. سيتعين على المهندس أن يخمن بنفسه أن سبب إيقاف الحمل هو بالتحديد تشغيل الحماية من درجة الحرارة.
• تتكون الحماية الحالية إما من الحد من كمية التيار المتدفق عبر الحمل أو فصل الحمل. يتم تشغيل الحماية إذا كانت مقاومة الحمل منخفضة للغاية (على سبيل المثال، هناك دائرة كهربائية قصيرة) ويتجاوز التيار قيمة عتبة معينة، مما قد يؤدي إلى فشل الدائرة الدقيقة. وكما في الحالة السابقة فإن تشخيص هذه الحالة هو من اهتمامات المهندس.

ملاحظة أخيرة بخصوص معلمات ووظائف IPSN. في الشكلين 1 و 2 يوجد صمام ثنائي للتفريغ V D. في المثبتات القديمة إلى حد ما، يتم تنفيذ هذا الصمام الثنائي على وجه التحديد كصمام ثنائي السيليكون الخارجي. كان عيب حل الدائرة هذا هو انخفاض الجهد العالي (حوالي 0.6 فولت) عبر الصمام الثنائي في الحالة المفتوحة. استخدمت التصميمات اللاحقة صمام ثنائي شوتكي، الذي كان له انخفاض في الجهد يبلغ حوالي 0.3 فولت. وفي السنوات الخمس الماضية، استخدمت التصميمات هذه الحلول فقط لمحولات الجهد العالي. في معظم المنتجات الحديثة، يتم تصنيع صمام التفريغ الثنائي على شكل ترانزستور تأثير المجال الداخلي الذي يعمل في الطور المضاد مع الترانزستور الرئيسي. في هذه الحالة، يتم تحديد انخفاض الجهد من خلال مقاومة القناة المفتوحة وفي تيارات الحمل المنخفضة يعطي ربحًا إضافيًا. تسمى المثبتات التي تستخدم تصميم الدائرة هذا بالتزامن. يرجى ملاحظة أن القدرة على التشغيل من إشارة ساعة خارجية ومصطلح "متزامن" ليسا مرتبطين بأي شكل من الأشكال.

مع انخفاض الجهد المدخلات

بالنظر إلى حقيقة أنه يوجد في مجموعة STMicroelectronics ما يقرب من 70 نوعًا من IPSN مع ترانزستور رئيسي مدمج، فمن المنطقي تنظيم كل التنوع. إذا أخذنا كمعيار معلمة مثل القيمة القصوى لجهد الدخل، فيمكن تمييز أربع مجموعات:

1. IPSN بجهد دخل منخفض (6 فولت أو أقل)؛

2. IPSN بجهد الإدخال 10...28 فولت؛

3. IPSN بجهد الإدخال 36...38 فولت؛

4. IPSN بجهد دخل عالي (46 فولت وما فوق).

وترد في الجدول 1 معلمات مثبتات المجموعة الأولى.

الجدول 1. IPSN مع جهد دخل منخفض

اسم	مخرج الحالي، أ	مدخل الجهد، V		يوم عطلة الجهد، V		كفاءة، ٪	تردد التبديل، كيلو هرتز		الوظائف والأعلام
	لقد خرجت	الخامس في		الخامس خارج		ح	FSW	آر ديسون	تشغيل/إيقاف	مزامنة. دبوس	ناعم يبدأ	الأسرى جيدة
	الأعلى	دقيقة	الأعلى	دقيقة	الأعلى	الأعلى	يكتب
L6925D	0,8	2,7	5,5	0,6	5,5	95	600	240	+	+	+	+
L6926	0,8	2,0	5,5	0,6	5,5	95	600	240	+	+	+	+
L6928	0,8	2,0	5,5	0,6	5,5	95	1450	240	+	+	+	+
PM8903A	3,0	2,8	6,0	0,6	6,0	96	1100	35	+	+	+	+
ST1S06A	1,5	2,7	6,0	0,8	5,0	92	1500	150	+	–	+	–
ST1S09	2,0	4,5	5,5	0,8	5,0	95	1500	100	*	–	+	+
ST1S12	0,7	2,5	5,5	0,6	5,0	92	1700	250	+		+	–
ST1S15	0,5	2,3	5,5	يصلح. 1.82 و 2.8 فولت		90	6000	350	+	–	+	–
ST1S30	3,0	2,7	6,0	0,8	5,0	85	1500	100	*	–	+	+
ST1S31	3,0	2,8	5,5	0,8	5,5	95	1500	60	+	–	+	–
ST1S32	4,0	2,8	5,5	0,8	5,5	95	1500	60	+	–	+	–
* – الوظيفة غير متوفرة لجميع الإصدارات.

في عام 2005، كان خط المثبتات من هذا النوع غير مكتمل. كان يقتصر على الدوائر الدقيقة. تتمتع هذه الدوائر الدقيقة بخصائص جيدة: الدقة والكفاءة العالية، وعدم وجود قيود على قيمة دورة العمل، والقدرة على ضبط التردد عند التشغيل من إشارة ساعة خارجية، وقيمة RDSON مقبولة. كل هذا يجعل هذه المنتجات مطلوبة اليوم. العيب الكبير هو الحد الأقصى المنخفض لتيار الإخراج. لم تكن هناك مثبتات لتيارات الحمل البالغة 1 أمبير وأعلى في خط IPSN منخفض الجهد من شركة STMicroelectronics. بعد ذلك، تم القضاء على هذه الفجوة: أولا، ظهرت مثبتات 1.5 و 2 أ ( و )، وفي السنوات الأخيرة - 3 و 4 أ ( , و ). بالإضافة إلى زيادة تيار الخرج، زاد تردد التبديل وانخفضت مقاومة القناة المفتوحة، مما كان له تأثير إيجابي على خصائص المستهلك للمنتجات النهائية. نلاحظ أيضًا ظهور دوائر IPSN الدقيقة ذات جهد خرج ثابت ( و ) - لا يوجد الكثير من هذه المنتجات في خط STMicroelectronics. تعد الإضافة الأخيرة، بقيمة RDSON البالغة 35 مللي أوم، واحدة من الأفضل في الصناعة، والتي تعد، إلى جانب الوظائف الواسعة، بآفاق جيدة لهذا المنتج.

مجال التطبيق الرئيسي للمنتجات من هذا النوع هو الأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطارية. يضمن نطاق جهد الإدخال الواسع التشغيل المستقر للمعدات عند مستويات مختلفة لشحن البطارية، كما تقلل الكفاءة العالية من تحويل طاقة الإدخال إلى حرارة. يحدد الظرف الأخير مزايا تبديل المثبتات على المثبتات الخطية في هذا المجال من تطبيقات المستخدم.

بشكل عام، تتطور هذه المجموعة من STMicroelectronics بشكل ديناميكي للغاية - ظهر ما يقرب من نصف الخط بأكمله في السوق في آخر 3-4 سنوات.

تبديل مثبتات باك
بجهد الإدخال 10…28 فولت

ترد معلمات محولات هذه المجموعة في الجدول 2.

الجدول 2. IPSN بجهد الإدخال 10…28 فولت

اسم	مخرج الحالي، أ	مدخل الجهد، V		يوم عطلة الجهد، V		كفاءة، ٪	تردد التبديل، كيلو هرتز	مقاومة القناة المفتوحة (mOhm)	الوظائف والأعلام
	لقد خرجت	الخامس في		الخامس خارج		ح	FSW	آر ديسون	تشغيل/إيقاف	مزامنة. دبوس	ناعم يبدأ	الأسرى جيدة
	الأعلى	دقيقة	الأعلى	دقيقة	الأعلى	الأعلى	يكتب
L5980	0,7	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5981	1,0	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5983	1,5	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5985	2,0	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5986	2,5	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5987	3,0	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5988D	4,0	2,9	18,0	0,6	18,0	95	400…1000	120	+	+	+	–
L5989D	4,0	2,9	18,0	0,6	18,0	95	400…1000	120	+	–	+	+
L7980	2,0	4,5	28,0	0,6	28,0	93	250…1000	160	+	+	+	–
L7981	3,0	4,5	28,0	0,6	28,0	93	250…1000	160	+	+	+	–
ST1CC40	2,0	3,0	18,0	0,1	18,0	اختصار الثاني.	850	95	+	–	+	–
ST1S03	1,5	2,7	16,0	0,8	12,0	79	1500	280	–	–	+	–
ST1S10	3,0	2,7	18,0	0,8	16,0	95	900	120	+	+	+	–
ST1S40	3,0	4,0	18,0	0,8	18,0	95	850	95	+	–	+	–
ST1S41	4,0	4,0	18,0	0,8	18,0	95	850	95	+	–	+	–
ST763AC	0,5	3,3	11,0	يصلح. 3.3		90	200	1000	+	–	+	–

قبل ثماني سنوات، كانت هذه المجموعة ممثلة فقط بالدوائر الدقيقة , ومع جهد دخل يصل إلى 11 فولت. بقي النطاق من 16 إلى 28 فولت فارغًا. من بين جميع التعديلات المذكورة فقط , لكن معلمات IPSN هذه لا تتوافق بشكل جيد مع المتطلبات الحديثة. يمكننا أن نفترض أنه خلال هذا الوقت تم تحديث تسميات المجموعة قيد النظر بالكامل.

حاليا، قاعدة هذه المجموعة هي الدوائر الدقيقة . تم تصميم هذا الخط لمجموعة كاملة من تيارات الحمل من 0.7 إلى 4 أمبير، ويوفر مجموعة كاملة من الوظائف الخاصة، وتردد التبديل قابل للتعديل ضمن نطاق واسع إلى حد ما، ولا توجد قيود على دورة العمل والكفاءة والانفتاح تتوافق قيم مقاومة القناة مع المتطلبات الحديثة. هناك نوعان من العيوب الهامة في هذه السلسلة. أولاً، لا يوجد صمام ثنائي تفريغ مدمج (باستثناء الدوائر الدقيقة ذات اللاحقة D). دقة تنظيم جهد الخرج عالية جدًا (2%)، لكن وجود ثلاثة عناصر خارجية أو أكثر في دائرة تعويض التغذية الراجعة لا يمكن اعتباره ميزة. تختلف الدوائر الدقيقة عن سلسلة L598x فقط في نطاق جهد دخل مختلف، لكن تصميم الدائرة، وبالتالي المزايا والعيوب، يشبه عائلة L598x. على سبيل المثال، يوضح الشكل 5 دائرة توصيل نموذجية لدائرة كهربائية صغيرة بقدرة ثلاثة أمبير. يوجد أيضًا صمام ثنائي التفريغ D وعناصر دائرة التعويض R4 وC4 وC5. تظل مدخلات F SW وSYNCH حرة، وبالتالي، يعمل المحول من مذبذب داخلي بالتردد الافتراضي F SW.

مرفق إمدادات الطاقة

تم تصميم هذا المحول كملحق يسمح لك بتوسيع نطاق الجهد لمصدر الطاقة في المختبر، وهو مصمم لجهد خرج يبلغ 12 فولت وتيار يبلغ 5 أمبير. يظهر الرسم التخطيطي للمحول في الشكل 1.

أساس الجهاز عبارة عن دائرة كهربائية دقيقة للتحكم بعرض النبضة أحادية الدورة UC3843N ، متصلة وفقًا لدائرة قياسية. تم استعارة مخطط الكرة نفسه من هواة الراديو الألماني جورج تيف (Tief G. Dreifacher Step-Up-Wandler. Stabile Spennunger fϋr den FieldDay). يمكن العثور على البيانات باللغة الروسية الخاصة بهذه الدائرة الدقيقة في الكتاب المرجعي "الدوائر الدقيقة لتبديل مصادر الطاقة وتطبيقاتها" من قبل دار نشر Dodeka في الصفحة 103. الدائرة ليست معقدة، ومع الأجزاء القابلة للخدمة والتركيب الصحيح، تبدأ العمل على الفور. يتم ضبط جهد الخرج للمحول باستخدام مقاومة القطع R8. ولكن إذا رغبت في ذلك، يمكن استبداله بمقاوم متغير. يمكن أن يختلف جهد الخرج من 15 إلى 40 فولت، مع الإشارة إلى قيم المقاومات R8، R9، R10 في الرسم التخطيطي. تم اختبار هذا المحول باستخدام مكواة لحام بقدرة 24 فولت و40 واط.
لذا:

جهد الخرج ............... 24 فولت
كان تيار الحمل ............ 1.68 أ
قوة التحميل ……………. 40.488 واط
جهد الدخل ............... 10.2 فولت
إجمالي الاستهلاك الحالي ………. 4.65 أ
إجمالي الطاقة …………………… 47.43 وات
الكفاءة الناتجة ............... 85%
وفي الوقت نفسه، كانت درجة حرارة المكونات النشطة للدائرة حوالي 50 درجة.

في هذه الحالة، يحتوي الترانزستور الرئيسي والصمام الثنائي لحاجز شوتكي على مشعات صغيرة. تم استخدام ترانزستور رئيسي IRFZ34 بمقاومة قناة مفتوحة تبلغ 0.044 أوم، وتم استخدام أحد الثنائيات الخاصة بمجموعة الصمام الثنائي S20C40C، الملحومة من مصدر الطاقة لجهاز كمبيوتر قديم، كصمام ثنائي. توفر لوحة الدوائر المطبوعة تبديل الثنائيات باستخدام وصلة مرور. يمكنك أيضًا استخدام الثنائيات الأخرى مع حاجز شوتكي بتيار أمامي لا يقل عن ضعف تيار الحمل. يتم لف المحث على حلقة صفراء وبيضاء مصنوعة من الحديد المطلي، مأخوذة أيضًا من مصدر طاقة الكمبيوتر. يمكنك أن تقرأ عن هذه النوى في كتيب جيم كوكس. يمكنك تنزيله من الإنترنت. على العموم أنصحك بتحميل هذا المقال وقراءته كاملاً. الكثير من المواد المفيدة على الإختناقات.

تبلغ النفاذية المغناطيسية لهذه الحلقة 75، وأبعادها D = 26.9 ملم؛ د = 14.5 ملم؛ ح = 11.1 ملم. يحتوي ملف الحث على 24 دورة من أي سلك لف يبلغ قطره 1.5 مم.

يتم تثبيت جميع أجزاء المثبت على لوحة دوائر مطبوعة، حيث يتم تثبيت جميع الأجزاء "العالية" على جانب واحد، وجميع الأجزاء "المنخفضة"، إذا جاز التعبير، على الجانب الآخر. يظهر رسم لوحة الدوائر المطبوعة في الشكل 2.

يمكنك تشغيل الجهاز المجمع لأول مرة بدون ترانزستور رئيسي والتأكد من عمل وحدة التحكم PWM. في هذه الحالة، يجب أن يكون هناك جهد 5 فولت عند الطرف 8 من الدائرة الدقيقة، وهذا هو جهد مصدر الجهد المرجعي الداخلي ION. يجب أن تكون مستقرة عندما يتغير جهد إمداد الدائرة الدقيقة. يجب أن يكون كل من تردد وسعة جهد سن المنشار عند الخرج 4 DA1 مستقرين. بعد التأكد من أن وحدة التحكم تعمل، يمكنك لحام ترانزستور قوي. كل شيء يجب أن يعمل.

لا تنس أن تيار الحمل الخاص بالمثبت يجب أن يكون أقل من التيار الذي تم تصميم مصدر الطاقة الخاص بك من أجله وتعتمد قيمته على جهد خرج المثبت. بدون تحميل عند الخرج، يستهلك المثبت تيارًا يبلغ حوالي 0.08 أمبير. ويبلغ تردد تسلسل نبضات التحكم بدون تحميل حوالي 38 كيلو هرتز. وأكثر من ذلك بقليل، إذا قمت برسم لوحة دوائر مطبوعة بنفسك، فاقرأ قواعد تثبيت الدائرة الدقيقة وفقًا لوثائقها. لا يعتمد التشغيل المستقر والخالي من المشاكل لأجهزة النبض على الأجزاء عالية الجودة فحسب، بل يعتمد أيضًا على التصميم الصحيح لموصلات لوحة الدوائر المطبوعة. حظ سعيد. K. V. Yu.

تبديل مثبتات الجهد DC

عادةً ما يكون جهد الخرج للمثبتات الخطية أقل من Uin بمقدار انخفاض الجهد عبر عنصر التحكم. كفاءة المثبتات المستمرة منخفضة (25-75%)، حيث يتم تبديد طاقة كبيرة على عنصر التحكم. في مثبتات النبض، يتم استبدال المقاومة القابلة للتعديل بمفتاح. يستخدم الترانزستور عادةً كمفتاح، والذي يتحول بشكل دوري من الحالة المغلقة إلى الحالة المفتوحة والعكس، إما بتوصيل الحمل أو فصله، وبالتالي تنظيم متوسط ​​الطاقة التي يأخذها من المصدر. تعتمد قيمة Uout على نسبة مدة الحالة المفتوحة والمغلقة للمفتاح. يتراوح تردد التبديل لعنصر التحكم من الوحدات إلى مئات الكيلو هرتز، لذلك يتم تحقيق تجانس التموج بواسطة مرشح صغير الحجم متصل بعد عنصر التحكم. وبما أن فقدان الطاقة في المحول صغير، فإن الكفاءة تصل إلى 0.85-0.95 مع عدم استقرار نسبي قدره 0.1%.

يظهر الرسم التخطيطي الوظيفي لمثبت النبض في الشكل 2.4.10.
أرز. 2.4.10.

SU هو جهاز مقارنة يتضمن ION. IU هو جهاز نبض. يعمل الترانزستور المنظم VT في وضع التبديل وهو متصل على التوالي بمقاومة الحمل R n. يشكل المحث والمكثف مرشح تنعيم لتنعيم التموجات U. يتم تبديل الصمام الثنائي VD في الاتجاه المعاكس. يتم توفير إشارة الخطأ، التي تنشأ بسبب عوامل زعزعة الاستقرار، من دائرة المقارنة، التي تحتوي على الجهد المرجعي، إلى دخل DUT. يقوم DUT بتحويل جهد التيار المستمر المتغير ببطء إلى سلسلة من النبضات. إذا قامت وحدة IU بإنشاء تسلسل نبضي عند مخرجاتها مع فترة تكرار ثابتة ومدة نبضة t وتختلف اعتمادًا على إشارة الخطأ، فإن الدائرة تسمى مثبتًا مع تعديل عرض النبضة (PWM)، إذا كانت t و=const، ويتغير التردد، وهذا هو المثبت مع تعديل تردد النبض (PFM). إذا أغلقت IU المفتاح عند U خارجًا U المسام، ثم تسمى هذه الدائرة مرحلًا أو مثبتًا ثنائي الموضع. تشكل VT وVD وL وC دائرة الطاقة، ويشكل نظام التحكم ووحدة التحكم دائرة التحكم. النظر في العمل استقرار التتابع.عند تطبيق دخل U، يكون VT مفتوحًا ويتدفق التيار عبر المحرِّض إلى R n. يشحن المكثف لـ t و. مدة النبضة النسبية  و /T. U L = U في -U خارج. عندما U n >= U n.max، يتم إنشاء إشارة تحكم في دائرة OOS التي تقفل VT و أنا ك=0 . يحدث EMF خلفي في المحث، مما يمنع التيار من الانخفاض، مما يسهل فتح الصمام الثنائي. تدخل الطاقة المخزنة في الفلتر Rn. أنا ديتدفق من خلال دواسة الوقود، C، R n، VD. عند التناقص أنا ديقلل U n وعندما U n<=U н.мин, схема управления вырабатывает отпирающий сигнал, VT открывается, пропуская ток в нагрузкуأنال= أنان = أنا ك +أنا د. يحافظ U out على المستوى المتوسط ​​المحدد U n. من المساواة إلى الصفر للمكون الثابت للجهد عند المحرِّض يتبع: (U in - U out)=(T - )U out، حيث U out = in (2.4.6).

أرز. 2.4.11.

مبدأ تشغيل مثبت PWM.تردد التبديل لترانزستور التحكم ثابت. تتغير النسبة بين فترات الحالات المفتوحة والمغلقة لترانزستور التحكم. يتم توفير إشارتين لمدخل جهاز المقارنة (المقارن)، إحداهما U GPN تأتي من مولد جهد سن المنشار، والثانية من مقسم الإخراج. سيحدث تبديل الترانزستور في لحظة تساوي هذه الإشارات. مع زيادة Uin، يزداد KUout، مما يؤدي إلى انخفاض في مدة الحالة المفتوحة لترانزستور التحكم وانخفاض مماثل في Un. بالمقارنة مع مثبتات التتابع، تعتبر مثبتات PWM أكثر تعقيدًا وتحتوي على عدد أكبر من العناصر.

أرز. 2.4.12.

في استقرار مع PFM ر و=const، ويتغير التردد. عيوب هذا المثبت هي: تعقيد دائرة التحكم، والتي تضمن تغيير التردد على نطاق واسع؛ انخفاض في معامل التنعيم مع انخفاض التردد. في المثبتات المزودة بـ PWM، يمكنك تحديد التردد الأمثل الذي تكون فيه الكفاءة أكبر. بالإضافة إلى ذلك، في المثبتات ذات PFM وPWM، يكون تموج جهد الخرج أقل. في مثبت التتابع، لا يمكن أن يكون U out~ بشكل أساسي مساويًا للصفر، نظرًا لأن التبديل الدوري للمشغل في دائرة التحكم يكون ممكنًا عندما يتغير U n في النطاق من U n.max إلى n.min.

أرز. 2.4.13.

في مثبت النبض مع التوصيل المتوازي للترانزستور VT مفتوح لـ t و =, U L U in، وتتراكم الطاقة في المحث، ويتم تفريغ المكثف إلى الحمل. عندما يتم قفل الترانزستور في المحرِّض، يتم تحفيز قوة دافعة كهربية ذاتية الحث. U خارج =U في +U L . تحت تأثير هذا الجهد، يفتح الصمام الثنائي ويتم شحن المكثف، U L = U out -U in. مكون التيار المستمر في المحرِّض هو صفر، لذلك U in  = (U out - U in)(T - ) U out = U in  + U in - U in /(1 - ) = U in /( 1 - ) (2.4.7) هذا مثبت من النوع المعزز.

أرز. 2.4.14.

في استقرار مقلوب(الشكل 2.4.14) عندما يكون VT مفتوحًا لـ T، يتم تخزين مدخلات الطاقة U L =U في المحث، ويتم تفريغ المكثف إلى الحمل. عندما يتم إغلاق VT، يتم إحداث إشارة عكسية EMF في دواسة الوقود. U L = U خارج خلال المدة T-T. يتم شحن المكثف من المحث من خلال صمام ثنائي مفتوح. U في T=U خارج (T-T) U خارج =U في /(1-) (2.4.8). مع زيادة تردد التبديل لترانزستور التحكم، تزداد المدة النسبية لعمليات ارتشاف الموجات الحاملة الزائدة في قاعدة VT والصمام الثنائي. يمكن أن يؤدي هذا إلى تعطيل التشغيل المستقر والانتقال إلى وضع التذبذب الذاتي. تزداد الخسائر الديناميكية في عناصر التثبيت وتقل كفاءتها. تؤدي عمليات التبديل إلى تغيير في شكل نبضات التيار والجهد المستطيلة (يتم تأخير الحواف الأمامية والخلفية)، لكن هذا ليس مهمًا جدًا. ما هو مهم هو أن VT يواجه تيارًا زائدًا كبيرًا على المدى القصير. عند استقبال نبضة تحكم عند قاعدة VT مغلق، عند فتحه، يبدأ Ik في الزيادة، ويتناقص التيار من خلال الصمام الثنائي VD. نظرًا لأن VD لا يزال مفتوحًا، فإن VT يعمل في وضع الدائرة القصيرة ويتم تطبيق U in عليه ويمكن أن يكون I أكبر من 5 إلى 10 مرات من I n. وبالتالي، فإن القصور الذاتي للثنائيات الحقيقية هو السبب الرئيسي لتبديل الأحمال الزائدة لترانزستورات التحكم. ستكون هذه الأحمال الزائدة أكبر، وكلما كانت خصائص نبض VT أفضل وكان أداء الصمام الثنائي أسوأ. عليك أن تختار ترانزستورًا أكثر قوة، وسيكون استخدامه الحالي منخفضًا. لتقليل الأحمال الزائدة، يتم إدخال عناصر الحد من التيار في دوائر المجمع أو الباعث. يظهر في الشكل إدخال خنق إضافي في دائرة المجمع. 2.4.15.

أرز. 2.4.15.

L إضافي يقلل من معدل الزيادة I k، R إضافي يضمن قفل VD الإضافي في لحظة فتح الترانزستور VT. يحدث تفريغ الاختناق عندما يتم إغلاق VT من خلال الصمام الثنائي VD إضافة إلى R add. يمكن إدخال مغو ذو ملفين في دائرة المجمع أو الباعث (الشكل 2.4.16).

أرز. 2.4.16.

الطاقة الكهرومغناطيسية المتراكمة في L إضافية، عندما يتدفق التيار عبر VT، تعود إلى المصدر عند إغلاق VT. بالمقارنة مع الحالة السابقة، تزداد كفاءة المثبت بسبب القضاء على فقدان الطاقة في إضافة R. عندما يتدفق التيار خلال VD إضافي U ke.max =U في +U في W 1 /W 2. لتقليل Uke.max، يجب أن تكون النسبة بين W 1 وW 2 W 2 (5 10) W 1. في هذه الحالة، سعة الجهد على الدايود المغلق U الإضافي = (5 10) U المدخلات. من أجل تقليل U kn وt on وI ke0، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور القابل للتعديل عن طريق الاتصال بانتقال القاعدة إلى الباعث للمصدر U zap (الشكل 2.4.17a).

أرز. 2.4.17

عندما يكون VT1 مفتوحًا، يكون VT2 مغلقًا، ويتم شحن C1 بواسطة التيار الأساسي I b1. عند إلغاء قفل VT2، يغلق U c1 VT1. يمكن أن يختلف U c1 اعتمادًا على إدخال U، ويتم تفريغ U c1 إلى R 1. ولذلك، بدلا من R 1، يتم تشغيل صمام ثنائي زينر أو الثنائيات في الاتجاه الأمامي (الشكل 2.4.17ب). على الرغم من أن مثبتات التبديل أكثر اقتصادا من تلك المستمرة، إلا أن لها بعض العيوب، وأهمها: 1) زيادة قيمة معامل تموج جهد الخرج (للمرحلات حتى 10-20٪، مع PWM - 0.1-1٪)؛ 2) مقاومة داخلية ديناميكية عالية، أي خاصية خارجية متساقطة؛ 3) التداخل الكبير الناتج عن المثبت، لتقليل المرشحات الإضافية المضمنة في الإدخال والإخراج. يحدد هذا نطاق تطبيقها: في أجهزة إمداد الطاقة ذات الحمل الحالي المستمر بقدرة كبيرة، حيث يتطلب الأمر وزنًا وأبعادًا منخفضة، ولكن يُسمح بنبضات كبيرة من U خارج. حاليًا، يتم إنتاج ثلاثة أنواع من الدوائر المتكاملة (ICs) لمثبتات النبض: 1) مثبتات النبض من النوع المعزز، مدعومة بجهد دخل منخفض من 2 إلى 12 فولت، مع الحد الأدنى من تبديد الطاقة وترانزستور تأثير المجال المدمج (سلسلة من المثبتات 1446PN1، 1446PN2، 1446PN3)؛ 2) الدوائر المتكاملة العالمية منخفضة الطاقة التي يمكن استخدامها لبناء مجموعة واسعة من دوائر استقرار التبديل (على سبيل المثال، 142EP1 أو 1156EU1)؛ 3) مثبتات كاملة، بما في ذلك دائرة التحكم وترانزستور الطاقة لتيار يصل إلى 10A (على سبيل المثال، 1155EU1). يوضح الجدول 1 الخصائص الرئيسية لمثبتات نبض IC لهذه المجموعات الثلاث. تم تصميم مثبتات التبديل التصاعدي 1446PN1 و1446 PN2 و1446PN3 للعمل مع جهد دخل منخفض وجهد خرج ثابت يبلغ +5 أو +12 فولت. تصل كفاءة هذه المثبتات إلى 88%، ويصل تردد التشغيل إلى 170 كيلو هرتز. عند إنتاج طاقة منخفضة، يتم استخدام ترانزستور تأثير المجال الداخلي كعنصر أساسي. لتشغيل الأحمال القوية، من الضروري استخدام ترانزستور إضافي ثنائي القطب أو ذو تأثير ميداني. التطبيق الرئيسي لهذه الدوائر المتكاملة هو في إمدادات الطاقة غير المنقطعة للوحات الكمبيوتر الفردية، عند تشغيل أدوات القياس من الخلايا الجلفانية، وفي أجهزة الاتصالات المحمولة.

الجدول 1 الخصائص الرئيسية للـ ICs للتحكم في مثبتات التبديل

	الغرض الوظيفي			Fالعلاقات العامة، كيلو هرتز	براس، W (الكفاءة،٪)
1446PN1 (MAX731)	دفعة تحويل
1446PN2 (MAX734)
1446PN3 (MAX641)
142EP1 (LM100)	مجموعة من العناصر لبناء مثبت النبض
1156EU1 (μA78S40)
1155EU1 (LAS6380)	مثبت نبض قوي

الأكثر عالمية هي المرحلية من المجموعة الثانية، والتي هي في الأساس مجموعة من العناصر لبناء مثبتات النبض من أنواع مختلفة. من بين هذه الدوائر الدقيقة، الأكثر تقدمًا هو نوع IC 1156EU1، والذي يظهر مخطط كتلة مبسط له في الشكل. 2.4.18. الدائرة الدقيقة عبارة عن مجموعة من كتل مثبتات التبديل القياسية الموجودة على شريحة واحدة. يتضمن IC المكونات والكتل التالية: مصدر الجهد المرجعي 1.25 فولت؛ مضخم تشغيلي بجهد متحيز قدره 4 مللي فولت، وكسب يزيد عن 200 ألف، ومعدل دوران قدره 0.6 فولت/ميكروثانية؛ مُعدِّل عرض النبضة، بما في ذلك مذبذب رئيسي ومقارنة ودائرة "AND" ومشغل RS؛ ترانزستور رئيسي مع سائق (مضخم مسبق) ؛ صمام ثنائي للطاقة مع تيار أمامي 1 أمبير وجهد عكسي 40 فولت.

أرز. 2.4.18.

يمكن للدائرة الدقيقة التحكم في ترانزستور خارجي ثنائي القطب أو ترانزستور ذو تأثير ميداني إذا كان هناك حاجة إلى تيار خرج أكبر من 1.5 أمبير وجهد أكبر من 40 فولت. يتم استخدام IC 142EP1 في دائرة ISN من نوع التتابع، والتي يظهر مخططها التخطيطي في الشكل. 2.4.19.

أرز. 2.4.19 نوع مرحل ISN.

FRP عبارة عن مرشح تداخل راديو LC ذو مستويين يعمل على إضعاف جهد التداخل الراديوي الذي يدخله مثبت الجهد إلى الشبكة الأساسية أثناء تشغيله. RE - مفتاح ترانزستور طاقة يتكون من نوع IC 286EP3 (مجموعة من ترانزستورين قويين) وترانزستور معزز إضافي VT وDr، مما يحد من معدل زيادة التيار I إلى الترانزستور VT. SF - (VD، L وC)، مرشح يدمج سلسلة من النبضات أحادية القطب. VF هو مرشح عالي التردد يعمل أيضًا على تخفيف جهد التموجات عالية التردد لتيار الحمل. الموجات فوق الصوتية هي جهاز حماية يوفر الحماية ضد الأحمال الزائدة (حماية الترانزستور). يتم توفير جهد مرجعي إلى أحد مدخلات UPT التفاضلية، ويتم توفير جهد من المقسم يساوي الجهد المرجعي إلى المدخل الآخر. يتم توفير إشارة عدم التطابق إلى مشغل Schmidt من خلال متابع الباعث لـ EP. عند إخراجها، يتم إنشاء نبضات أحادية القطب، وتختلف مدتها اعتمادًا على إشارة UPT. تتحكم هذه النبضات في المفتاح المتوازي للكمبيوتر الشخصي، الذي يفتح أو يغلق ترانزستور الطاقة المتجددة.

دوائر محولات الجهد النبضي DC-DC محلية الصنع باستخدام الترانزستورات، سبعة أمثلة.

نظرًا لكفاءتها العالية، أصبحت مثبتات الجهد الكهربي منتشرة بشكل متزايد مؤخرًا، على الرغم من أنها عادة ما تكون أكثر تعقيدًا وتحتوي على عدد أكبر من العناصر.

نظرًا لأن جزءًا صغيرًا فقط من الطاقة الموردة لمثبت التبديل يتم تحويله إلى طاقة حرارية، فإن ترانزستورات الخرج تسخن بشكل أقل، وبالتالي، عن طريق تقليل مساحة المشتتات الحرارية، يتم تقليل وزن الجهاز وحجمه.

العيب الملحوظ في تبديل المثبتات هو وجود تموجات عالية التردد عند الإخراج، مما يضيق بشكل كبير نطاق استخدامها العملي - في أغلب الأحيان يتم استخدام مثبتات التبديل لتشغيل الأجهزة على الدوائر الرقمية الدقيقة.

تنحى التبديل استقرار الجهد

يمكن تجميع المثبت بجهد خرج أقل من جهد الإدخال باستخدام ثلاثة ترانزستورات (الشكل 1)، يشكل اثنان منها (VT1، VT2) عنصرًا تنظيميًا رئيسيًا، والثالث (VT3) عبارة عن مكبر للصوت لإشارة عدم التطابق .

أرز. 1. دائرة مثبت الجهد النبضي بكفاءة 84%.

يعمل الجهاز في وضع التأرجح الذاتي. يدخل جهد التغذية المرتدة الإيجابية من مجمع الترانزستور المركب VT1 عبر المكثف C2 إلى الدائرة الأساسية للترانزستور VT2.

عنصر المقارنة ومضخم إشارة عدم التطابق عبارة عن سلسلة تعتمد على ترانزستور VTZ. يتم توصيل باعثها بمصدر الجهد المرجعي - صمام ثنائي زينر VD2، والقاعدة - بمقسم جهد الخرج R5 - R7.

في مثبتات النبض، يعمل عنصر التنظيم في وضع التبديل، لذلك يتم تنظيم جهد الخرج عن طريق تغيير دورة تشغيل المفتاح.

يتم التحكم في تشغيل / إيقاف تشغيل الترانزستور VT1 بناءً على إشارة الترانزستور VTZ بواسطة الترانزستور VT2. في اللحظات التي يكون فيها الترانزستور VT1 مفتوحًا، يتم تخزين الطاقة الكهرومغناطيسية في المحث L1، بسبب تدفق تيار الحمل.

بعد إغلاق الترانزستور، يتم نقل الطاقة المخزنة إلى الحمل من خلال الصمام الثنائي VD1. يتم تلطيف التموجات في جهد الخرج للمثبت بواسطة المرشح L1، SZ.

يتم تحديد خصائص المثبت بالكامل من خلال خصائص الترانزستور VT1 والصمام الثنائي VD1، والذي يجب أن تكون سرعته القصوى. مع جهد الإدخال 24 فولت، وجهد الخرج 15 فولت، وتيار الحمل 1 أمبير، كانت قيمة الكفاءة المقاسة 84%.

يحتوي Choke L1 على 100 لفة من الأسلاك بقطر 0.63 مم على حلقة من الفريت K26x16x12 مع نفاذية مغناطيسية تبلغ 100. ويبلغ محاثتها عند تيار متحيز قدره 1 A حوالي 1 مللي أمبير.

محول الجهد DC-DC التنحي إلى +5V

تظهر دائرة مثبت التبديل البسيط في الشكل. 2. يتم لف الاختناقات L1 وL2 على إطارات بلاستيكية موضوعة في النوى المغناطيسية المدرعة B22 المصنوعة من الفريت M2000NM.

يحتوي Choke L1 على 18 دورة من 7 أسلاك PEV-1 0.35. يتم إدخال حشية بسمك 0.8 مم بين أكواب دائرتها المغناطيسية.

المقاومة النشطة لملف الحث L1 هي 27 مللي أوم. يحتوي Choke L2 على 9 لفات من 10 أسلاك PEV-1 0.35. الفجوة بين أكوابها 0.2 مم، والمقاومة النشطة للملف 13 مللي أوم.

يمكن تصنيع الحشيات من مواد صلبة مقاومة للحرارة - النسيج والميكا والكرتون الكهربائي. يجب أن يكون المسمار الذي يربط أكواب الدائرة المغناطيسية معًا مصنوعًا من مادة غير مغناطيسية.

أرز. 2. دائرة مثبت الجهد البسيط بكفاءة 60%.

لإعداد المثبت، يتم توصيل حمل بمقاومة 5...7 أوم وقوة 10 واط بمخرجه. عن طريق اختيار المقاوم R7، يتم ضبط جهد الخرج المقدر، ثم يتم زيادة تيار الحمل إلى 3 أمبير، وعن طريق اختيار حجم المكثف C4، يتم ضبط تردد التوليد (حوالي 18...20 كيلو هرتز) الذي عنده يتم ضبط التردد العالي ارتفاع الجهد على المكثف SZ ضئيل.

يمكن زيادة جهد الخرج للمثبت إلى 8...10 فولت عن طريق زيادة قيمة المقاوم R7 وتعيين تردد تشغيل جديد. في هذه الحالة، ستزداد الطاقة التي يتبددها ترانزستور VTZ أيضًا.

عند تبديل دوائر التثبيت، يُنصح باستخدام المكثفات الإلكتروليتية K52-1. يتم الحصول على قيمة السعة المطلوبة عن طريق توصيل المكثفات على التوازي.

الخصائص التقنية الرئيسية:

• جهد الإدخال، الخامس - 15...25.
• الجهد الناتج، الخامس - 5.
• الحد الأقصى للحمل الحالي، أ - 4.
• تموج جهد الخرج عند تيار حمل قدره 4 أمبير على كامل نطاق جهد الإدخال، بالسيارات، لا يزيد عن 50.
• الكفاءة % لا تقل عن 60.
• تردد التشغيل عند جهد دخل 20 ب وتيار حمل 3A ، كيلو هرتز - 20.

نسخة محسنة من مثبت التبديل +5V

بالمقارنة مع الإصدار السابق من مثبت النبض، فقد أدى التصميم الجديد لـ A. A. Mironov (الشكل 3) إلى تحسين وتحسين خصائص مثل الكفاءة واستقرار جهد الخرج ومدة وطبيعة العملية العابرة عند تعرضها لحمل النبض .

أرز. 3. دائرة مثبت جهد النبض.

اتضح أنه عندما يعمل النموذج الأولي (الشكل 2)، يحدث ما يسمى بالتيار من خلال ترانزستور المفتاح المركب. يظهر هذا التيار في تلك اللحظات عندما يفتح الترانزستور الرئيسي بناءً على إشارة من عقدة المقارنة، لكن الصمام الثنائي التبديل لم يتح له الوقت للإغلاق. يؤدي وجود مثل هذا التيار إلى فقد حرارة إضافية للترانزستور والصمام الثنائي ويقلل من كفاءة الجهاز.

عيب آخر هو التموج الكبير لجهد الخرج عند تيار حمل قريب من الحد الأقصى. لمكافحة التموجات، تم إدخال مرشح LC إضافي للإخراج (L2، C5) في المثبت (الشكل 2).

لا يمكن تقليل عدم استقرار جهد الخرج الناتج عن التغيرات في تيار الحمل إلا عن طريق تقليل المقاومة النشطة للمحث L2.

يرتبط تحسين ديناميكيات العملية العابرة (على وجه الخصوص، تقليل مدتها) بالحاجة إلى تقليل محاثة المحث، ولكن هذا سيؤدي حتما إلى زيادة تموج جهد الخرج.

لذلك، اتضح أنه من المستحسن التخلص من مرشح الإخراج هذا، وزيادة سعة المكثف C2 بمقدار 5... 10 مرات (عن طريق توصيل عدة مكثفات بالبطارية بالتوازي).

الدائرة R2، C2 في المثبت الأصلي (الشكل 6.2) لا تغير عمليا مدة انخفاض تيار الخرج، لذلك يمكن إزالتها (مقاوم الدائرة القصيرة R2)، ويمكن زيادة مقاومة المقاوم R3 إلى 820 أوم.

ولكن بعد ذلك، عندما يزيد جهد الإدخال من 15 6 إلى 25 6، سيزيد التيار المتدفق عبر المقاوم R3 (في الجهاز الأصلي) بمقدار 1.7 مرة، وسيزيد تبديد الطاقة بمقدار 3 مرات (حتى 0.7 واط).

من خلال توصيل الخرج السفلي للمقاوم R3 (في مخطط المثبت المعدل، هذا هو المقاوم R2) بالطرف الموجب للمكثف C2، يمكن إضعاف هذا التأثير، ولكن في نفس الوقت يجب أن تكون مقاومة R2 (الشكل 3) سيتم تخفيضها إلى 620 أوم.

إحدى الطرق الفعالة لمكافحة التيار هي زيادة وقت صعود التيار من خلال الترانزستور الرئيسي المفتوح.

بعد ذلك، عندما يتم فتح الترانزستور بالكامل، سينخفض ​​التيار عبر الصمام الثنائي VD1 إلى الصفر تقريبًا. يمكن تحقيق ذلك إذا كان شكل التيار عبر الترانزستور الرئيسي قريبًا من الشكل الثلاثي.

كما تظهر الحسابات، للحصول على هذا الشكل الحالي، يجب ألا يتجاوز محاثة خانق التخزين L1 30 μH.

هناك طريقة أخرى تتمثل في استخدام صمام ثنائي سريع التحويل VD1، على سبيل المثال، KD219B (مع حاجز شوتكي). تتميز هذه الثنائيات بسرعة تشغيل أعلى وانخفاض الجهد المنخفض بنفس قيمة التيار الأمامي مقارنةً بثنائيات السيليكون التقليدية عالية التردد. مكثف C2 نوع K52-1.

يمكن أيضًا الحصول على معلمات الجهاز المحسنة عن طريق تغيير وضع التشغيل للترانزستور الرئيسي. تكمن خصوصية تشغيل الترانزستور القوي VTZ في المثبتات الأصلية والمحسنة في أنه يعمل في الوضع النشط، وليس في الوضع المشبع، وبالتالي يحتوي على معامل نقل تيار مرتفع ويغلق بسرعة.

ومع ذلك، نظرًا لزيادة الجهد عبره في الحالة المفتوحة، يكون تبديد الطاقة أعلى بمقدار 1.5...2 مرة من الحد الأدنى للقيمة القابلة للتحقيق.

يمكنك تقليل الجهد على الترانزستور الرئيسي عن طريق تطبيق جهد متحيز إيجابي (بالنسبة لسلك الطاقة الموجب) على باعث الترانزستور VT2 (انظر الشكل 3).

يتم تحديد القيمة المطلوبة لجهد التحيز عند إعداد المثبت. إذا تم تشغيله بواسطة مقوم متصل بمحول التيار الكهربائي، فيمكن توفير ملف منفصل على المحول للحصول على جهد التحيز. ومع ذلك، فإن الجهد التحيز سوف يتغير جنبا إلى جنب مع جهد الشبكة.

دائرة محول ذات جهد متحيز مستقر

للحصول على جهد متحيز مستقر، يجب تعديل المثبت (الشكل 4)، ويجب تحويل المحث إلى محول T1 عن طريق لف ملف إضافي II. عندما يكون الترانزستور الرئيسي مغلقًا ويكون الصمام الثنائي VD1 مفتوحًا، يتم تحديد الجهد عند اللف I من التعبير: U1=UBыx + U VD1.

نظرًا لأن الجهد عند الخرج وفي الصمام الثنائي يتغير قليلاً في هذا الوقت، بغض النظر عن قيمة جهد الدخل في الملف II، فإن الجهد يكون ثابتًا تقريبًا. بعد التصحيح، يتم توفيره لباعث الترانزستور VT2 (وVT1).

أرز. 4. مخطط استقرار الجهد النبضي المعدل.

انخفضت خسائر التدفئة في الإصدار الأول من المثبت المعدل بنسبة 14.7٪، وفي الثانية - بنسبة 24.2٪، مما يسمح لها بالعمل عند تيار حمل يصل إلى 4 أ دون تثبيت ترانزستور رئيسي على المشتت الحراري.

في مثبت الخيار 1 (الشكل 3)، يحتوي المحث L1 على 11 لفة، ملفوفة بحزمة من ثمانية أسلاك PEV-1 0.35. يتم وضع اللف في قلب مغناطيسي مدرع B22 مصنوع من الفريت 2000 نانومتر.

بين الكؤوس تحتاج إلى وضع حشية من القماش بسمك 0.25 مم. في مثبت الخيار 2 (الشكل 4)، يتم تشكيل المحول T1 عن طريق لف لفتين من سلك PEV-1 0.35 فوق ملف الحث L1.

بدلا من الصمام الثنائي الجرمانيوم D310، يمكنك استخدام الصمام الثنائي السيليكون، على سبيل المثال، KD212A أو KD212B، ويجب زيادة عدد دورات اللف II إلى ثلاثة.

مثبت جهد تيار مستمر مع PWM

إن المثبت مع التحكم في عرض النبض (الشكل 5) قريب من حيث المبدأ من المثبت الموصوف في، ولكن على عكسه، فهو يحتوي على دائرتين تغذية مرتدة متصلتين بطريقة يتم إغلاق العنصر الرئيسي عندما يتجاوز جهد الحمل أو التيار الزيادات التي يستهلكها الحمل.

عند توصيل الطاقة إلى مدخلات الجهاز، يفتح التيار المتدفق عبر المقاوم R3 العنصر الرئيسي الذي يتكون من الترانزستورات VT.1، VT2، ونتيجة لذلك يظهر تيار في دائرة الترانزستور VT1 - مغو L1 - تحميل - مقاوم ص9. يتم شحن المكثف C4 وتتراكم الطاقة في المحث L1.

إذا كانت مقاومة الحمل كبيرة بما فيه الكفاية، فإن الجهد عبرها يصل إلى 12 ب، ويفتح الصمام الثنائي زينر VD4. وهذا يؤدي إلى فتح الترانزستورات VT5، VTZ وإغلاق العنصر الرئيسي، وبفضل وجود الصمام الثنائي VD3، يقوم المحث L1 بنقل الطاقة المتراكمة إلى الحمل.

أرز. 5. دائرة مثبتة مع التحكم في عرض النبضة بكفاءة تصل إلى 89%.

الخصائص التقنية للمثبت:

• جهد الدخل - 15...25 فولت.
• جهد الخرج - 12 فولت.
• تيار التحميل المقدر هو 1 أ.
• تموج جهد الخرج عند تيار حمل 1 أمبير هو 0.2 فولت. الكفاءة (عند UBX = 18 6، IN = 1 A) هي 89%.
• الاستهلاك الحالي عند UBX = 18 فولت في وضع إغلاق دائرة الحمل هو 0.4 أمبير.
• تيار الدائرة القصيرة الناتج (عند UBX = 18 6) - 2.5 أ.

مع انخفاض التيار عبر المحث وتفريغ المكثف C4، سينخفض ​​الجهد عبر الحمل أيضًا، مما سيؤدي إلى إغلاق الترانزستورات VT5 وVTZ وفتح العنصر الرئيسي. بعد ذلك، يتم تكرار عملية تشغيل المثبت.

المكثف C3، الذي يقلل من وتيرة العملية التذبذبية، يزيد من كفاءة المثبت.

مع انخفاض مقاومة الحمل، تحدث عملية التذبذب في المثبت بشكل مختلف. تؤدي الزيادة في تيار الحمل إلى زيادة انخفاض الجهد عبر المقاوم R9 وفتح الترانزستور VT4 وإغلاق العنصر الرئيسي.

في جميع أوضاع تشغيل المثبت، يكون التيار الذي يستهلكه أقل من تيار الحمل. يجب تثبيت الترانزستور VT1 على المشتت الحراري بقياس 40 × 25 مم.

يتكون Choke L1 من 20 دورة من حزمة من ثلاثة أسلاك PEV-2 0.47، موضوعة في كوب مغناطيسي أساسي B22 مصنوع من الفريت 1500NMZ. يحتوي القلب المغناطيسي على فجوة بسمك 0.5 مم مصنوعة من مادة غير مغناطيسية.

يمكن ضبط المثبت بسهولة على جهد إخراج مختلف وتيار تحميل. يتم ضبط جهد الخرج عن طريق اختيار نوع زينر ديود VD4، ويتم ضبط الحد الأقصى لتيار الحمل عن طريق التغيير النسبي في مقاومة المقاوم R9 أو عن طريق توصيل تيار صغير إلى قاعدة الترانزستور VT4 من مثبت بارامتري منفصل من خلال مقاومة متغيرة.

لتقليل مستوى تموج جهد الخرج، يُنصح باستخدام مرشح LC مشابه لذلك المستخدم في الدائرة في الشكل. 2.

مثبت جهد التحويل بكفاءة تحويل 69...72%

يتكون مثبت جهد التبديل (الشكل 6) من وحدة الزناد (R3، VD1، VT1، VD2)، مصدر جهد مرجعي وجهاز مقارنة (DD1.1، R1)، مضخم تيار مباشر (VT2، DD1.2) ، VT5)، مفتاح الترانزستور (VTZ، VT4)، جهاز تخزين الطاقة الاستقرائي مع الصمام الثنائي التبديل (VD3، L2) والمرشحات - الإدخال (L1، C1، C2) والإخراج (C4، C5، L3، C6). يتراوح تردد التبديل لجهاز تخزين الطاقة الحثية، اعتمادًا على تيار الحمل، بين 1.3...48 كيلو هرتز.

أرز. 6. دائرة مثبت الجهد النبضي بكفاءة تحويل 69...72%.

جميع المحاثات L1 - L3 متطابقة وملفوفة في نوى مغناطيسية مدرعة B20 مصنوعة من الفريت 2000 نانومتر مع وجود فجوة بين الكؤوس تبلغ حوالي 0.2 مم.

جهد الخرج المقدر هو 5 V عندما يتغير جهد الدخل من 8 إلى 60 b وتكون كفاءة التحويل 69...72%. معامل الاستقرار - 500.

إن سعة تموج جهد الخرج عند تيار حمل قدره 0.7 أمبير لا تزيد عن 5 مللي فولت. مقاومة الخرج - 20 مللي أوم. الحد الأقصى لتيار الحمل (بدون المشتتات الحرارية للترانزستور VT4 والصمام الثنائي VD3) هو 2 أ.

تبديل مثبت الجهد 12 فولت

يوفر مثبت جهد التبديل (الشكل 6.7) بجهد دخل قدره 20...25 فولت جهد خرج ثابتًا قدره 12 فولت عند تيار حمل قدره 1.2 أمبير.

تموج الإخراج يصل إلى 2 مللي فولت. ونظرًا لكفاءته العالية، لا يستخدم الجهاز المشتتات الحرارية. محاثة المحث L1 هي 470 μH.

أرز. 7. دائرة مثبت الجهد النبضي ذات التموج المنخفض.

نظائرها الترانزستور: VS547 - KT3102A] VS548V - KT3102V. نظائرها التقريبية للترانزستورات BC807 - KT3107 ؛ BD244 - KT816.