Bagaimana merancang konverter dorong tarik - teori dasar, konstruksi, dan demonstrasi

Ketika bekerja dengan elektronika daya, topologi konverter DC-DC menjadi sangat penting untuk desain praktis. Terutama ada dua jenis topologi konversi DC-DC utama yang tersedia dalam elektronika daya, yaitu, konverter switching dan konverter Linear.

Sekarang dari hukum kekekalan energi, kita tahu bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah. Hal yang sama berlaku untuk regulator switching, daya keluaran (watt) dari setiap konverter adalah produk dari tegangan dan arus, konverter DC-DC idealnya mengubah tegangan, atau arus sementara watt konstan. Contohnya adalah situasi di mana output 5V dapat menghasilkan arus 2A. Sebelumnya kami telah merancang Sirkuit SMPS 5V, 2A, Anda dapat memeriksanya jika itu adalah sesuatu yang Anda cari.

Sekarang pertimbangkan situasi di mana kita perlu mengubahnya menjadi output 10V untuk aplikasi tertentu. Sekarang, jika konverter DC-DC digunakan di tempat ini, dan 5V 2A yang merupakan output 10W konstan, idealnya konverter DC-DC akan mengubah Tegangan menjadi 10V dengan peringkat arus 1A. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan topologi pengalihan boost di mana induktor switching terus-menerus dinyalakan.

Metode lain yang mahal tetapi berguna adalah dengan menggunakan konverter dorong-tarik. Konverter push-pull membuka banyak kemungkinan konversi, seperti Buck, Boost, Buck-Boost, terisolasi, atau bahkan topologi non-terisolasi, juga merupakan salah satu topologi switching tertua yang digunakan dalam elektronika daya yang membutuhkan komponen minimum untuk diproduksi. output daya sedang (Biasanya - 150W hingga 500W) dengan beberapa tegangan output. Seseorang perlu mengubah belitan trafo untuk mengubah tegangan keluaran dalam rangkaian konverter dorong-tarik yang terisolasi.

Namun, semua fitur ini menimbulkan banyak pertanyaan di benak kami. Seperti, bagaimana cara kerja konverter dorong-tarik? Komponen apa yang penting untuk membangun rangkaian konverter dorong-tarik? Jadi, baca terus dan kita akan menemukan semua jawaban yang diperlukan dan pada akhirnya, kita akan membangun sirkuit praktis untuk demonstrasi dan pengujian, jadi mari kita langsung ke dalamnya.

Konstruksi Konverter Dorong-Tarik

Namanya punya jawabannya. Dorong dan Tarik memiliki dua arti yang berlawanan dari hal yang sama. Apa arti Push-Pull dalam istilah awam? Kamus mengatakan bahwa kata mendorong berarti bergerak maju dengan menggunakan kekuatan untuk melewati orang atau benda agar minggir. Dalam konverter DC-DC push-pull, dorongan menentukan mendorong arus atau memberi makan arus. Sekarang, apa artinya tarikan? Sekali lagi, kamus mengatakan untuk mengerahkan kekuatan pada seseorang atau sesuatu untuk menyebabkan pergerakan menuju diri sendiri. Dalam konverter dorong-tarik, lagi-lagi arus yang ditarik.

Jadi, konverter dorong-tarik adalah jenis konverter switching di mana arus terus-menerus didorong ke sesuatu dan terus-menerus ditarik dari sesuatu. Ini adalah jenis trafo flyback atau induktor. Arus terus didorong dan ditarik dari trafo. Dengan menggunakan metode dorong-tarik ini, trafo mentransfer fluks ke koil sekunder dan memberikan semacam tegangan terisolasi.

Nah, karena ini adalah jenis regulator switching, juga karena transformator perlu di-switch sedemikian rupa sehingga arus perlu didorong dan ditarik secara serempak, untuk itu diperlukan semacam regulator switching. Di sini, driver push-pull asynchronous diperlukan. Sekarang, jelas sakelar dibuat dengan berbagai jenis Transistor atau MOSFET.

Ada banyak driver dorong-tarik yang tersedia di pasar elektronik yang dapat digunakan segera untuk pekerjaan terkait percakapan dorong-tarik.

Beberapa IC Driver seperti itu dapat ditemukan di daftar di bawah ini-

LT3999
MAX258
MAX13253
LT3439
TL494

Bagaimana Cara Kerja Konverter Dorong Tarik?

Untuk memahami prinsip kerja konverter dorong-tarik, kami telah menggambar rangkaian dasar yang merupakan konverter dorong-tarik setengah jembatan dasar , dan yang ditunjukkan di bawah ini, demi kesederhanaan, kami telah membahas topologi setengah jembatan, tetapi ada topologi umum lain yang tersedia, dan itu dikenal sebagai konverter dorong-tarik jembatan penuh.

Dua transistor NPN akan mengaktifkan fungsionalitas push-pull. Kedua transistor Q1 dan Q2 tidak dapat dihidupkan pada saat yang bersamaan. Saat Q1 dinyalakan, Q2 akan tetap dimatikan, saat Q1 dimatikan, Q2 akan menyala. Ini akan terjadi secara berurutan dan akan berlanjut sebagai loop.

Seperti yang bisa kita lihat, rangkaian di atas menggunakan trafo, ini adalah konverter push-pull yang terisolasi.

Gambar di atas menunjukkan status di mana Q1 diaktifkan dan Q2 akan mati. Dengan demikian arus akan mengalir melalui keran pusat transformator dan akan pergi ke ground melalui transistor Q1 sedangkan Q2 akan memblokir aliran arus pada tap lain dari transformator. Hal sebaliknya terjadi saat Q2 menyala dan Q1 tetap mati. Setiap kali terjadi perubahan aliran arus, trafo mentransfer energi dari sisi primer ke sisi sekunder.

Grafik di atas sangat berguna untuk memeriksa bagaimana hal ini terjadi, pada awalnya tidak ada tegangan atau aliran arus pada rangkaian. Q1 dihidupkan, tegangan konstan pertama menyerang ke keran saat sirkuit ditutup sekarang. Arus mulai meningkat dan kemudian tegangan diinduksi ke sisi sekunder.

Pada fase berikutnya, setelah jeda waktu, transistor Q1 mati dan Q2 dihidupkan. Inilah beberapa hal penting yang bekerja - kapasitansi parasit transformator dan induktansi membentuk sirkuit LC yang mulai beralih dalam polaritas yang berlawanan. Muatan mulai mengalir kembali ke arah yang berlawanan melalui belitan keran transformator lainnya. Dengan cara ini, arus didorong secara konstan dalam mode alternatif oleh kedua transistor tersebut. Namun, karena penarikan dilakukan oleh sirkuit LC dan keran tengah transformator, hal itu disebut topologi dorong-tarik. Seringkali dijelaskan sedemikian rupa sehingga kedua transistor mendorong arus secara bergantian menamai konvensi push-pull di mana transistor tidak menarik arus. Bentuk gelombang beban terlihat seperti gigi gergaji, namun tidak seperti yang ditunjukkan pada bentuk gelombang di atas.

Karena kita telah mempelajari bagaimana desain konverter dorong-tarik bekerja, mari kita lanjutkan ke membangun sirkuit yang sebenarnya untuk itu, dan kemudian kita dapat menganalisisnya di bangku cadangan. Namun sebelum itu, mari kita lihat skematiknya.

Komponen yang diperlukan untuk membangun Konverter Tarik Dorong Praktis

Nah, sirkuit di bawah ini dibangun di atas papan tempat memotong roti. Komponen yang digunakan untuk menguji sirkuit adalah sebagai berikut-

2 Pcs induktor memiliki peringkat yang sama - induktor toroidal 220uH 5A.
Kapasitor film poliester 0.1uF - 2 pcs
1k resistor 1% - 2 pcs
ULN2003 transistor pasangan Darlington
Kapasitor 100uF 50V

Diagram Sirkuit Konverter Dorong-Tarik Praktis

Skema ini cukup lurus ke depan. Mari kita analisis koneksi, ULN2003 adalah array transistor pasangan Darlington. Array Transistor ini berguna karena dioda freewheeling tersedia di dalam chipset dan tidak memerlukan komponen tambahan sehingga menghindari perutean kompleks tambahan pada papan tempat memotong roti. Untuk driver sinkron, kami menggunakan pengatur waktu RC sederhana yang secara sinkron akan menghidupkan dan mematikan transistor untuk menciptakan efek dorong-tarik di seluruh Induktor.

Konverter Dorong-Tarik Praktis - Bekerja

Cara kerja rangkaian itu sederhana. Mari kita lepaskan pasangan Darlington dan buat rangkaian sederhana menggunakan dua transistor Q1 dan Q2.

Jaringan RC terhubung dalam posisi silang dengan basis Q1 dan Q2, yang menghidupkan transistor alternatif menggunakan teknik umpan balik yang disebut umpan balik regeneratif.

Ini mulai beroperasi seperti ini - Ketika kita menerapkan tegangan ke keran tengah transformator (di mana hubungan umum antara dua induktor), arus akan mengalir melalui transformator. Bergantung pada kerapatan fluks dan saturasi polaritas, negatif atau positif, arus pertama mengisi C1 dan R1 atau C2 dan R2, tidak keduanya. Bayangkan C1 dan R1 mendapatkan arus terlebih dahulu. C1 dan R1 menyediakan pengatur waktu yang menghidupkan transistor Q2. Bagian L2 pada transformator akan menginduksi tegangan menggunakan fluks magnet. Dalam situasi ini, C2 dan R2 mulai mengisi daya dan menyalakan Q1. Bagian L1 dari transformator kemudian menginduksi tegangan. Waktu atau frekuensi sepenuhnya tergantung pada tegangan input, fluks jenuh dari transformator atau induktor, lilitan primer, luas sentimeter persegi penampang inti.Rumus frekuensinya adalah-

f = (V _dalam * 10 ⁸) / (4 * β _s * A * N)

Dimana Vin adalah tegangan masukan, 10 ⁸ adalah nilai konstan, β _s adalah kerapatan fluks jenuh inti yang akan dipantulkan pada transformator, A adalah luas penampang dan N adalah jumlah lilitan.

Menguji Sirkuit Konverter Dorong Tarik

Untuk menguji sirkuit, alat-alat berikut diperlukan-

Dua milimeter - satu untuk memeriksa tegangan masukan dan satu lagi untuk tegangan keluaran
Sebuah Osiloskop
Catu daya bangku.

Sirkuit dibangun di papan tempat memotong roti dan daya ditingkatkan secara perlahan. Tegangan input adalah 2.16V sedangkan tegangan output 8.12V, yang hampir empat kali lipat dari tegangan input.

Namun rangkaian ini tidak menggunakan topologi umpan balik, sehingga tegangan keluaran tidak konstan dan tidak juga terisolasi.

Frekuensi dan sakelar tarik-dorong diamati di osiloskop-

Dengan demikian rangkaian sekarang bertindak sebagai konverter penguat dorong-tarik di mana tegangan keluaran tidak konstan. Konverter dorong-tarik ini diharapkan dapat memberikan watt hingga 2W, tetapi kami belum mengujinya karena kurangnya umpan balik.

Kesimpulan

Sirkuit ini merupakan bentuk sederhana dari konverter dorong-tarik. Namun, selalu disarankan untuk menggunakan IC driver dorong-tarik yang tepat untuk keluaran yang diinginkan. Sirkuit dapat dibangun dengan cara di mana terisolasi atau tidak terisolasi, topologi apa pun dalam konversi dorong-tarik dapat dibangun.

Rangkaian di bawah ini adalah rangkaian yang tepat dari konverter DC ke DC dorong-tarik yang dikendalikan. Ini adalah konverter push-pull 1: 1 yang menggunakan LT3999 untuk Perangkat Analog (Teknologi Linear).

Saya harap Anda menyukai artikel ini dan belajar sesuatu yang baru jika Anda memiliki pertanyaan tentang topik ini, berikan komentar di bawah, atau Anda dapat memposting pertanyaan Anda langsung di forum kami.