Как работает преобразователь напряжения

Электронная аппаратура, ее составные части требуют для питания элементов напряжение различной величины. До недавнего времени, а в некоторых случаях и сегодня, для получения нужного значения используют трансформаторы. Такой способ весьма прост, но обладает существенными недостатками: невозможность преобразования постоянного напряжения; большие габариты и вес трансформатора; необходимость использования дополнительных выпрямителей и стабилизаторов (в том числе с регулировкой) для каждого из значений напряжения вторичных обмоток; высокий уровень электромагнитных помех; низкий КПД. Большая часть перечисленных недостатков устранена в импульсных преобразователях.

Что такое импульсный преобразователь напряжения

Название конструкции произошло от принципа работы устройства. Выделяют такие основные особенности:

• формирование высокочастотных импульсов;
• преобразование амплитуды импульсов при помощи высокочастотного трансформатора;
• выпрямление полученного напряжения.

Некоторые конструкции вместо трансформатора используют свойство емкости или индуктивности накапливать энергию. Разработаны микросхемы импульсных преобразователей (инверторов) напряжения, которые требуют для работы минимального количества дополнительных элементов. Это позволяет создавать конструкции с малым весом и габаритами.

Импульсное преобразование позволяет как повышать, так и понижать постоянное напряжение и легко производить его регулировку.

Технические характеристики прибора

Технические характеристики инверторов по большей части совпадают с таковыми у классических источников питания. Но есть и отличия. Импульсный преобразователь может работать при более широком диапазоне входного напряжения, имеет меньшие массу и габариты, более высокий КПД. Устройства отличаются высоким уровнем высокочастотных помех, но их легко снизить при использовании фильтров. Благодаря высокой частоте габариты фильтра невелики.

Принцип работы

Принцип работы импульсного понижающего или повышающего преобразователя напряжения лучше рассмотреть на обобщенной блочной схеме. В основе схемы лежат:

• выпрямитель;
• входной фильтр;
• генератор импульсов;
• схема управления;
• выходной выпрямитель;
• выходной стабилизатор;
• фильтр.

Генератор формирует последовательность высокочастотных импульсов, а схема управления регулирует частоту или ширину импульсов. Данная регулировка позволяет изменять выходное напряжение в широких пределах, а также осуществлять его стабилизацию. Изменение тока нагрузки приводит к уменьшению напряжения.

Схема управления на основе измеренных данных дает команду на увеличение ширины импульсов, что приводит к увеличению напряжения. При уменьшении тока нагрузки происходят аналогичные изменения (импульс имеет меньшую длительность). Таким образом выполняется стабилизация.

Назначение преобразователя

Импульсные преобразователи используются для питания устройств различного назначения. Основная сфера применения — малогабаритные устройства, мощные стабилизаторы. Всем известны зарядные устройства с габаритами, сравнимыми с сетевой вилкой для мобильных устройств, а также инверторные сварочные аппараты, которые имеют в несколько раз пониженный, чем у трансформаторных устройств, вес и имеющие более высокие потребительские свойства.

Как правильно и где использовать прибор

Применение импульсных устройств требует соблюдения некоторых условий:

• экранировка корпуса прибора, чтобы понизить уровень излучаемых помех;
• установка фильтров на входе устройства для предотвращения передачи помех через питающую сеть;
• обеспечение циркуляции воздуха для эффективного охлаждения силовых элементов схемы.

Максимально допустимую нагрузку к источнику питания допускается подключать только при высоком значении входного напряжения. Это связано с тем, что при его снижении для обеспечения номинальных выходных значений полупроводниковые ключи генератора инвертора большую часть времени находятся в открытом состоянии. Это может вызвать их перегрев и выход из строя.

Микросхемы импульсных преобразователей

Для многих стандартных областей применения разработаны интегральные микросхемы стабилизаторов. Использование микросхем позволяет создавать конструкции, содержащие минимальное количество элементов и не требующие настройки. В случае питания небольшой нагрузки не требуется даже использование мощных ключевых элементов. Это позволяет создавать малогабаритные и надежные источники питания. В качестве примера зарядные устройства для мобильных телефонов.

Интегральные микросхемы в преобразователях могут выполнять различные функции, поэтому они делятся по функциональному назначению:

• широтно-импульсные преобразователи;
• триггеры Шмидта;
• стабилизаторы напряжения.

Выпускается большой ассортимент ИМС, совмещающих в себе все перечисленные функции. Одна и та же микросхема может выпускаться различными производителями под своим наименованием.

Что касается ремонта устройства, то во многих случаях это выполнять нецелесообразно, поскольку затраты по времени и трудоемкость работ не сопоставимы с низкой стоимостью элементов и готовой конструкции.

Таким образом, преобразователь — это важное устройство как в быту, так и в промышленности. Благодаря ему обеспечивается слаженная работа электрооборудования и сетей. Но в его использовании важно учесть условия и правила.