Hur man utformar en push pull-omvandlare - grundläggande teori, konstruktion och demonstration

När det gäller att arbeta med kraftelektronik blir en DC-DC-konverterartopologi mycket viktig för praktiska konstruktioner. Det finns huvudsakligen två typer av stora DC-DC-omvandlingstopologier tillgängliga i kraftelektronik, nämligen kopplingsomvandlaren och linjäromvandlaren.

Nu från lagen om energibesparing vet vi att energi inte kan skapas eller förstöras, utan den kan bara transformeras. Detsamma gäller för växlingsregulatorer, utgångseffekten (watt) för vilken som helst omvandlare är produkten av spänning och ström, en DC-DC-omvandlare omvandlar idealiskt spänningen eller strömmen medan effekten är konstant. Ett exempel kan vara situationen där en 5V utgång kan ge 2A ström. Tidigare har vi designat en 5V, 2A SMPS-krets, du kan kolla in om det är något du letar efter.

Tänk nu på en situation där vi behöver ändra den till en 10V utgång för en specifik applikation. Nu, om en DC-DC-omvandlare används på denna plats och 5V 2A som är 10W utgång är konstant, kommer DC-DC-omvandlaren helst att omvandla spänningen till en 10V med en 1A strömklassificering. Detta kan göras med hjälp av en boost-växlingstopologi där en växlingsinduktor ständigt växlas.

En annan kostsam men användbar metod är att använda en push-pull-omvandlare. En push-pull-omvandlare öppnar upp många omvandlingsmöjligheter, såsom Buck, Boost, Buck-Boost, isolerade eller till och med icke-isolerade topologier, det är också en av de äldsta växlingstopologierna som används i kraftelektronik som kräver minimala komponenter för att producera medelstora utgångar (vanligtvis - 150W till 500W) med flera utgångsspänningar. Man måste byta transformatorlindning för att ändra utspänningen i en isolerad push-pull-omvandlarkrets.

Men alla dessa funktioner ställer många frågor i vårt sinne. Gilla, hur fungerar en Push-pull-omvandlare? Vilka komponenter är viktiga för att bygga en push-pull-omvandlarkrets? Så läs igenom så får vi reda på alla nödvändiga svar och till slut kommer vi att bygga en praktisk krets för demonstration och testning, så låt oss gå in i det.

Konstruktion av en Push-Pull Converter

Namnet har svaret. Push and Pull har två motsatta betydelser av samma sak. Vad är meningen med Push-Pull i lekmanns ord? Ordboken säger att ordet push betyder att gå framåt genom att använda våld för att passera människor eller föremål för att flytta åt sidan. I en push-pull DC-DC-omvandlare definierar push trycka på strömmen eller mata strömmen. Vad betyder drag nu? Återigen säger ordboken att utöva kraft på någon eller något för att orsaka rörelse mot sig själv. I push-pull-omvandlaren är det åter strömmen som dras.

Således är en push-pull-omvandlare en typ av omkopplingsomvandlare där strömmar ständigt skjuts in i något och ständigt dras från något. Detta är en typ av flyback-transformator eller en induktor. Strömmen skjuts och dras ständigt från transformatorn. Med denna push-pull-metod överför transformatorn flöde till sekundärspolen och ger någon form av isolerad spänning.

Nu, eftersom det här är en typ av omkopplingsregulator, också eftersom transformatorn måste bytas på ett sådant sätt att strömmen behöver skjutas och dras synkront, för det behöver vi någon form av omkopplingsregulator. Här krävs en asynkron push-pull-drivrutin. Nu är det uppenbart att omkopplarna är gjorda med olika typer av transistorer eller mosfeter.

Det finns många push-pull-drivrutiner tillgängliga på elektronikmarknaden som kan användas direkt för push-pull-konversationsrelaterat arbete.

Få av sådana Driver IC: er finns i listan nedan-

LT3999
MAX258
MAX13253
LT3439
TL494

Hur fungerar en Push Pull Converter?

För att förstå arbetsprincipen för push-pull-omvandlaren har vi ritat en grundkrets som är en grundläggande halvbro-push-pull-omvandlare, och den visas nedan, för enkelhets skull har vi täckt halvbro-topologin, men det finns en annan vanlig topologi tillgänglig, och den är känd som en full-bridge push-pull-omvandlare.

Två NPN-transistorer möjliggör push-pull-funktionalitet. De två transistorerna Q1 och Q2 kan inte slås på samtidigt. När Q1 är påslagen kommer Q2 att förbli avstängd, när Q1 är avstängd kommer Q2 att slås på. Det kommer att ske i följd och kommer att fortsätta som en slinga.

Som vi kan se använder ovanstående krets en transformator, detta är en isolerad push-pull-omvandlare.

Ovanstående bild visar tillståndet där Q1 är påslagen och Q2 kommer att stängas av. Således kommer strömmen att flyta genom transformatorns mittkran och kommer att gå till marken via transistorn Q1 medan Q2 blockerar strömflödet på transformatorns andra kran. Exakt det motsatta händer när Q2 slås på och Q1 förblir avstängd. När förändringar i strömflödet inträffar överför transformatorn energin från primärsidan till sekundärsidan.

Ovanstående diagram är mycket användbar för att kontrollera hur detta händer, först var det inga spänningar eller strömflöden i kretsen. Q1 påslagen, en konstant spänning slår först till kranen när kretsen är stängd nu. Strömmen börjar öka och sedan induceras spänningen till sekundärsidan.

I nästa fas, efter en tidsfördröjning, stängs transistorn Q1 av och Q2 slås på. Här kommer några viktiga saker på jobbet - transformatorens parasitära kapacitans och induktansen bildar en LC-krets som börjar växla i motsatt polaritet. Laddningen börjar flyta tillbaka i motsatt riktning genom transformatorns andra kranlindning. På detta sätt pressas strömmen ständigt i alternativa lägen av dessa två transistorer. Eftersom dragningen görs av LC-kretsen och transformatorns mittkran kallas det dock push-pull-topologi. Ofta beskrivs det på ett sådant sätt att de två transistorerna skjuter strömmen omväxlande och döper konventionell push-pull där transistorer inte drar strömmen. Lastvågformen ser ut som sågtanden, men det är inte det som visas i ovanstående kurva.

Som vi har lärt oss hur en push-pull-omvandlare fungerar, låt oss gå vidare till att bygga en verklig krets för den, och sedan kan vi analysera det på bänken. Men innan det, låt oss ta en titt på schemat.

Komponenter som krävs för att bygga en praktisk push pull-omvandlare

Tja, kretsen nedan är konstruerad på en bräda. Komponenterna som används för att testa kretsar är följande:

2 st induktorer med samma betyg - 220uH 5A toroidal induktor.
0.1uF polyesterfilmkondensator - 2 st
1k motstånd 1% - 2 st
ULN2003 Darlington par transistor
100uF 50V kondensator

Ett praktiskt kretsdiagram för push-pull-omvandlare

Schemat är ganska rakt framåt. Låt oss analysera anslutningen, ULN2003 är Darlington-parets transistorarray. Denna transistorarray är användbar eftersom frirullade dioder finns i chipsetet och det inte kräver några ytterligare komponenter, vilket undviker ytterligare komplicerad dirigering på en bräda. För den synkrona drivrutinen använder vi en enkel RC-timer som synkront slår på och av transistorerna för att skapa en push-pull-effekt över induktorerna.

Praktisk Push-Pull-omvandlare - fungerar

Kretsens arbete är enkelt. Låt oss ta bort Darlington-paret och göra kretsen enkel med två transistorer Q1 och Q2.

RC-nätverk är anslutna i ett tvärläge med basen för Q1 och Q2, som slår på de alternativa transistorerna med hjälp av en återkopplingsteknik som kallas regenerativ återkoppling.

Det börjar fungera så här - När vi applicerar spänning på transformatorns mittkran (där den gemensamma anslutningen mellan två induktorer) kommer strömmen att strömma genom transformatorn. Beroende på flödestätheten och mättnaden av polariteten, negativ eller positiv, laddas strömmen först upp C1 och R1 eller C2 och R2, inte båda. Låt oss föreställa oss att C1 och R1 får strömmen först. C1 och R1 ger en timer som slår på transistorn Q2. Transformatorns L2-sektion kommer att inducera spänning med hjälp av magnetflödet. I den här situationen börjar C2 och R2 ladda upp och sätta på Q1. Transformatorns L1-sektion inducerar sedan en spänning. Tidpunkten eller frekvensen beror helt på ingångsspänningen, det mättade flödet av transformatorn eller induktorn, de primära varv, kärnans tvärsnittsarea.Frekvensens formel är-

f = (V _i * ¹⁰⁸) / (4 * p _s * A * N)

Där Vin är ingångsspänningen, är 10 ⁸ ett konstant värde, β _s är den mättade flödestätheten hos kärnan som kommer att reflekteras på transformatorn, A är tvärsnittsarean och N är antalet varv.

Testa Push Pull Converter-kretsen

För att testa kretsen krävs följande verktyg -

Två millimeter - en för kontroll av ingångsspänning och en annan för utgångsspänning
Ett oscilloskop
En bänkströmförsörjning.

Kretsen är konstruerad i ett brödbräda och effekten ökar långsamt. Ingångsspänningen är 2,16 V medan utgångsspänningen är 8,12 V, vilket är nästan fyra gånger ingångsspänningen.

Denna krets använder emellertid ingen feedback-topologi, så utspänningen är inte konstant och inte heller isolerad.

Frekvensen och omkopplingen av push-pull observeras i oscilloskop-

Således fungerar kretsen nu som en push-pull boost-omvandlare där utspänningen inte är konstant. Det förväntas att denna push-pull-omvandlare kan ge effekt upp till 2W, men vi har inte testat det på grund av bristen på feedbackgenerering.

Slutsatser

Denna krets är en enkel form av push-pull-omvandlaren. Det rekommenderas emellertid alltid att använda en korrekt push-pull driver IC för önskad utgång. Kretsen kan konstrueras på ett sätt där isolerade eller icke-isolerade, alla topologier i push-pull-omvandling kan byggas.

Nedanstående krets är en korrekt krets för kontrollerad push-pull DC till DC-omvandlare. Det är en 1: 1 push-pull-omvandlare som använder LT3999 för analoga enheter (Linear Technologies).

Jag hoppas att du gillade artikeln och lärde dig något nytt om du har några frågor angående detta ämne, lägg en kommentar nedan eller så kan du lägga upp din fråga direkt på vårt forum.