Принцип переключения: Как пользоваться механической коробкой передач

как переключать скорости у автомобиля с МКПП, механической коробкой, принцип управления по числу оборотов

Механическая трансмиссия сложна в освоении из-за того, что неопытные водители не знают, когда и как переключать передачи. Неподходящий момент перехода или неверный выбор передачи приводит к износу двигателя и трансмиссии, ну а если нарушить последовательность действий, то и вовсе можно повредить МКПП. Поэтому стоит разобраться в управлении коробкой, чтобы потом пользоваться трансмиссией без проблем.

Когда переключать передачи на механике

Момент, подходящий для переключения передач, зависит от таких факторов, как мощность ДВС, количество ступеней трансмиссии, дорожная обстановка и даже предполагаемый маневр. Однако есть и усредненные показатели, которые применимы для наиболее распространенных машин на МКПП с пятиступенчатой КПП и двигателем 1,4-1,6 л. Подходящая передача находится в зависимости от текущей скорости.

• I передача — 0-15 км/ч. Используется для начала движения или медленного пересечения сложного участка (грязь, тесная парковка и т. п.).
• II — 15-40 км/ч. В основном используется для разгона автомобиля или езды с малой скоростью в соответствующей дорожной обстановке (проезд «лежачих полицейских», неторопливая езда по грунтовке и т. п.).
• III — 40-60 км/ч. Наиболее востребованный режим работы МКПП в городских условиях, который характеризуется оптимальным расходом топлива. Большинство машин имеют «длинную» III передачу, которая может работать в диапазоне от 35 до 65 км/ч без особого урона для двигателя и коробки.
• IV — 60-90 км/ч. Этот режим особенно востребован при наборе скорости на загородном шоссе, при обгонах на автомагистралях.
• V — 90+ км/ч. Предназначена для езды с крейсерской скоростью по трассе или автомагистрали. Характеризуется минимальным расходом топлива. Часто называется «прямой» передачей.

Если на машине стоит «шестиступка» (шестиступенчатая КПП), то крейсерскими будут уже и V, и VI.

Есть зависимость и от оборотов двигателя, поэтому многие новички на механике ориентируются по тахометру. Принцип здесь простой: как только обороты достигают 2,5-3 тыс. об./мин. включается следующая ступень. Переход в обратном порядке уже не зависит от оборотов.

Приведенные режимы стоит считать весьма условными. К тому же следует переходить на пониженную передачу при движении в сложных условиях, где необходим запас мощности. Это не только обгоны, но и подъемы в гору (особенно затяжные), полная загрузка авто, глубокий снег, чистый лед и прочие схожие условия.

Процесс переключения на механике

Правильное переключение на механической коробке не зависит ни от марки авто, ни от расположения руля, ни от каких-либо других факторов. Принцип здесь простой: переключение всегда идет последовательно от меньшей к большей ступени при разгоне. При замедлении «прыжки» через ступени вполне допустимы. Схема при переключении всегда одинаковая:

• рука ложится на рычаг управления коробкой;
• выжимается педаль сцепления автомобиля левой ногой, правая отпускает педаль газа;
• плавно, но в то же время быстро включается подходящая ступень;
• быстро и плавно отпускается сцепление, одновременно добирается газ.

Считается, что переключать ступени можно только через проход рычага МКПП через нейтраль. Но опытные водители редко прибегают к такому способу — при переключении через нейтраль авто теряет часть наката. С учетом того, что в большинстве современных МКПП стоят хорошие синхронизаторы, проходить нейтраль не нужно. Переключать ступени можно «по-спортивному», т.е. сразу включать нужную. Управлять авто в таком режиме легче.

Распространенные ошибки работы с механической КПП

Не только новички, но даже опытные водители совершают ошибки на механической КПП. Хоть правила перехода со ступени на ступень и нестрогие, тем не менее их нарушение приводит к быстрому износу деталей трансмиссии и повышенной нагрузке на двигатель. Среди неопытных водителей наиболее характерной является ошибка, связанная с несинхронной работой со сцеплением и рычагом КПП. В итоге авто глохнет или перерасходует топливо.

Движение на нижнем пределе скорости выбранной ступени сказывается более положительно на состоянии ДВС и трансмиссии. Поэтому при ограничении 40 км/ч больше подходит третья, а не вторая передача.

Вообще, вторая ступень для многих, даже опытных водителей представляется большой загадкой. В итоге ее используют и для плавного старта с выжиганием сцепления, и для движения по ухабистым дорогам, и для проезда участков с ограничением 40 км/ч, и даже для обгонов в городе. И во всех случаях она оказывается неподходящей. II ступень почти всегда — разгонная.

Нарушение принципа переходов со ступени на ступень для машины с ручной трансмиссией почти всегда чревато скорым ремонтом. В лучшем случае будут разрушены подшипники. В худшем — придется менять валы и шестерни КПП.

Научиться ездить на автомобиле с ручной КПП, соблюдать правила и легко сдать экзамен можно, поступив в автошколу «Вектор». Глубокая теоретическая подготовка, опытные автоинструкторы и современный автопарк сделают обучение качественным и повысят шансы на успешную сдачу экзамена на категорию «B» с первого раза. Запишитесь онлайн или по телефону на бесплатное пробное занятие.

Как правильно переключать передачи на велосипеде

Велосипед появился как быстрое средство передвижения, но был рассчитан на выносливых ездоков и был далек от комфорта. На первых «беговелах» ездок сидел на раме и отталкивался от дороги ногами, даже такие привычные вещи как педали и седло появились не сразу. Современные модели, кроме прочих удобств, имеют трансмиссию, позволяющую при необходимости изменять усилие на педалях. Дальше мы рассмотрим конструкцию и объясним принцип переключения самого распространенного типа трансмиссий — цепной передачи. Она популярна в силу относительной простоты устройства и нетребовательности к уходу.

Большинство новичков при выборе своего первого велосипеда акцентируют внимание на количестве скоростей, считая, что чем больше передач, тем быстрее едет велосипед. Но скорость байка больше зависит от усилия на педалях, а не от количества передач. Обычный дорожный велосипед с единственной передачей по скорости не сильно уступает скоростному шоссейному. Так зачем же нужно много передач на велосипеде? Мы собираемся ответить этот вопрос, а также выяснить важные сопутствующие моменты.  

Зачем нужны скорости на велосипеде

В автомобилях переключение передач необходимо для уменьшения нагрузки на двигатель и экономии топлива при изменении условий езды.

Переключение передач в велосипедной трансмиссии преследует ту же цель: уменьшить усилие на педалях и снизить утомляемость велосипедиста. Если вы неспешно катаетесь несколько раз в неделю по стандартному маршруту, то нагрузка на ваши мышцы более-менее равномерна и особой необходимости переключать передачи нет. Однако если вы ездите по сложной пересеченной местности на высокой скорости или увлекаетесь длительными покатушками, то следить за выбором правильной передачи чрезвычайно важно. Для определения нужной передачи нужно знать о таком понятии как каденс.

Каденс – количество оборотов педалей, выполняемых велосипедистом за одну минуту. Например, говорят: «каденс 90». Подразумевают езду в темпе 90 оборотов педалей в минуту. Также существуют такие понятия как высокий, низкий и оптимальный каденс:

• Низкий каденс – вы делаете мало оборотов в минуту но при этом усилие на педалях большое. Долго ездить в таком темпе небезопасно из-за огромной нагрузки на сердце и суставы!

• Высокий каденс – вы крутите педали очень быстро. Нагрузка на ноги небольшая, но толку от такой езды мало – двигаться с черепашьей скоростью не очень приятно.

• Оптимальный каденс – удобный лично вам темп педалирования, позволяет не очень уставая ехать далеко и долго. Вы едете в свое удовольствие, но при этом ваши мышцы и суставы не перегружаются и тренируют выносливость. Для любителя считается оптимальным каденс 60-70 в начале сезона и спустя пару месяцев непрерывного катания можно педалировать с каденсом около 90-100. Спортсмены, выполняющие регулярные тренировки, способны поддерживать оптимальный каденс больше 100.

Переключая передачи, вам легче поддерживать постоянный каденс на всем пути, независимо от того, двигаетесь вы в гору, со встречным ветром или мчитесь по ровному асфальту. Велолюбитель должен постоянно следить за поддержанием каденса. Для этого удобно использовать велокомпьютер с возможностью подсчета каденса.

Как узнать, сколько скоростей у велосипеда

В настоящее время практически любой велосипед оснащен системой переключения передач. Обычно их бывает от 6 до 33. Для шоссейного или горного велосипеда разумной нормой являются 18-27 передач. Часто даже городские или дорожные велосипеды также имеют переключатели передач, для данного типа велосипедов достаточно 6-7 скоростей.

Чтобы определить количество передач, нужно умножить количество передних и задних звезд. Например, на шатунах велосипеда закреплено 3 звезды и на кассете заднего колеса вы видите 7 звездочек, такой велосипед имеет 21 передачу. Большее количество передач, вплоть до 33, необходимо в редких случаях и требует более аккуратного обращения а также значительно усложняет и удорожает велотрансмиссию.

 

Рассмотрев понятие оптимального каденса, перейдем к изучению техники переключения передач.

Как правильно переключать скорости на велосипеде

Мы уже поняли, почему важно сохранять постоянный каденс. Но двигаться, например, по грунту гораздо тяжелее, чем по асфальту и чтобы каденс на грунте не снижался, на грунте следует понижать передачу. Нужно знать, что переключение на одну передачу на ведущей звезде меняет усилие на педалях в 2-3 раза быстрее, чем если бы вы переключились на одну передачу на ведомых звездах. Переключение передних звезд резко изменяет нагрузку на трансмиссию и ваши мышцы, поэтому их переключают гораздо реже, чем задние.

Ведущие звезды задают основной темп педалирования, и переключать их нужно при быстром изменении условий движения. Маленькая ведущая звезда предназначена для езды в гору и включается заблаговременно перед началом подъема. Самая большая ведущая звезда предназначена для движения на качественном покрытии с высокой скоростью или для спусков.

Обычно спереди есть третья звезда посредине, для стандартных условий движения. Задние ведомые звезды нужны для тонкой подстройки усилия педалирования.

Если вы видите перед собой участок вязкого грунта или подъем, нужно заблаговременно перейти на меньшую ведущую звезду. Вы можете сделать это перед самым подъемом,  а если подъем небольшой, можно включить пониженную передачу заранее и, повысив каденс, разогнаться чтобы пройти подъем по инерции.

На спуске вы можете переключиться на большую ведущую звезду для лучшего разгона.

Переключатели передач – достаточно нежные механизмы, при неправильном использовании быстро изнашиваются. Нужно знать простые правила для поддержания работоспособности трансмиссии велосипеда:

• Сильный перекос цепи по диагонали вреден и способствует быстрому износу цепи, а также требует дорогого ремонта с заменой звездочек.  Как нужно правильно сочетать комбинации звездочек, показано на рисунке ниже.

  Чем больше передняя ведущая звезда, тем меньшие ведомые звезды сзади следует с ней использовать.  Две самых маленьких задних ведомых звезды следует использовать с самой большой передней ведущей звездой. Две самых больших ведомых звезды предназначены для использования в паре с маленькой ведущей звездой впереди.
  

• При переключении передач вы продолжаете вращать педали, но при этом нельзя сильно давить на педали. Если вы переключаете переднюю ведущую звезду, то вообще снижайте усилие на педали, для избегания рывков. Запрещается щелкать передачами – это вызывает поломку переключателей. Простое правило: за один оборот педалей можно переключиться на одну передачу. Некоторое оборудование позволяет переключать сразу по несколько передач, но для новичка правильно переключиться таким способом сложно.  

• Профессионал переключает передачи бесшумно. Слышите один легкий щелчок при переключении – отлично, вы все сделали правильно. Если передача переключается с множественным хрустом, резким треском то одно из двух: вы переключаетесь  неправильно, либо у вас изношенная разрегулированная трансмиссия.

• Чем больше передач у вашего велосипеда, тем более тщательно вы должны следить за чистотой и состоянием звезд и цепи. Ограничение на физические размеры заставляет конструкторов на велосипедах с большим количеством передач применять более тонкие звезды, цепи и некоторые другие детали. Все зазоры у многоступенчатых трансмиссий меньше, а детали компактнее, поэтому чувствительность такой конструкции к загрязнению выше, а износ происходит быстрее.

В конце хотелось бы сказать, что если вы собираетесь покупать скоростной велосипед, то вам просто необходимо научиться правильно использовать переключатели передач. Ведь при катании вы прикладываете физические усилия, и правильная техника дает не только удовольствие от процесса, но и безопасно укрепляет ваш организм, повышает вашу выносливость.

Приобретайте опыт и переключение передач будет происходить у вас на подсознательном уровне, а вы перестанете расходовать силы впустую.

Данная статья дает базовые знания о механических трансмиссиях. Материал в большинстве случаев неприменим по отношению к системам с планетарной втулкой и другим автоматическим трансмиссиям велосипеда.

Велосипедные запчасти можно купить здесь: https://velogo.com.ua/components

Импульсный источник питания

: преимущества использования и принцип работы | Артикул

СКАЧАТЬ PDF

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылка раз в месяц

Подписаться

Мы ценим вашу конфиденциальность

Что такое блок питания?

Источник питания — это электрическое устройство, которое преобразует электрический ток, поступающий от источника питания, в значение напряжения, необходимое для питания нагрузки, такой как двигатель или электронное устройство.

Существует две основные конструкции источников питания: линейный источник питания и импульсный источник питания.

• Линейный: В линейных источниках питания используется трансформатор для понижения входного напряжения. Затем напряжение выпрямляется и превращается в напряжение постоянного тока, которое затем фильтруется для улучшения качества сигнала. В линейных источниках питания используются линейные стабилизаторы для поддержания постоянного напряжения на выходе. Эти линейные регуляторы рассеивают любую дополнительную энергию в виде тепла.
• Коммутация: конструкция импульсного источника питания — это новая методология, разработанная для решения многих проблем, связанных с конструкцией линейного источника питания, включая размер трансформатора и регулирование напряжения. В импульсных конструкциях блоков питания входное напряжение больше не снижается; вместо этого он выпрямляется и фильтруется на входе. Затем напряжение проходит через прерыватель, который преобразует его в высокочастотную последовательность импульсов. Прежде чем напряжение достигнет выхода, оно еще раз фильтруется и выпрямляется.

Как работает импульсный источник питания?

В течение многих лет линейные блоки питания переменного/постоянного тока преобразовывали энергию переменного тока из коммунальной сети в напряжение постоянного тока для работы бытовой техники или освещения. Потребность в источниках меньшего размера для мощных приложений означает, что линейные источники питания стали использоваться в конкретных промышленных и медицинских целях, где они по-прежнему необходимы из-за низкого уровня шума. Но импульсные источники питания взяли верх, потому что они меньше по размеру, более эффективны и способны работать с большой мощностью. На рис. 1 показано общее преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) в импульсном источнике питания.

Рис. 1. Изолированный импульсный источник питания переменного/постоянного тока

Входное выпрямление

Выпрямление — это процесс преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямление входного сигнала является первым шагом в импульсных источниках питания переменного/постоянного тока.

Принято считать, что напряжение постоянного тока представляет собой прямую, непоколебимую линию постоянного напряжения, подобного типу, который выходит из батареи. Однако то, что определяет постоянный ток (DC), является однонаправленным потоком электрического заряда. Это означает, что напряжение течет в одном и том же направлении, но не обязательно постоянно.

Синусоида является наиболее типичной формой волны переменного тока (AC). Она положительна в течение первого полупериода, но отрицательна в остальной части цикла. Если отрицательный полупериод обратить или устранить, то ток перестает быть переменным и становится постоянным током. Это может быть достигнуто с помощью процесса, называемого исправлением.

Выпрямление может быть достигнуто путем использования пассивного полумостового выпрямителя для устранения отрицательной половины синусоиды с помощью диода (см. рис. 2) . Диод позволяет току течь через него во время положительной половины волны, но блокирует ток, когда он течет в противоположном направлении.

Рис. 2: Полумостовой выпрямитель

После выпрямления полученная синусоида будет иметь низкую среднюю мощность и не сможет эффективно питать устройства. Гораздо более эффективным методом было бы изменить полярность отрицательной полуволны и сделать ее положительной. Этот метод называется двухполупериодным выпрямлением, и для него требуется всего четыре диода в мостовой конфигурации (см. рис. 3) . Такое расположение поддерживает стабильное направление тока, независимо от полярности входного напряжения.

Рис. 3: Мостовой выпрямитель

Полностью выпрямленная волна имеет более высокое среднее выходное напряжение, чем напряжение, создаваемое полумостовым выпрямителем, но она все еще очень далека от постоянной формы волны постоянного тока, необходимой для питания электронных устройств. Хотя это волна постоянного тока, использование ее для питания устройства было бы неэффективным из-за формы волны напряжения, которая очень быстро и очень часто меняет значение. Это периодическое изменение напряжения постоянного тока называется пульсацией — уменьшение или устранение пульсации имеет решающее значение для эффективного источника питания.

Самым простым и наиболее часто используемым методом уменьшения пульсаций является использование большого конденсатора на выходе выпрямителя, называемого накопительным конденсатором или сглаживающим фильтром (см. рис. 4) .

Конденсатор накапливает напряжение во время пика волны, затем подает ток на нагрузку до тех пор, пока его напряжение не станет меньше нарастающей волны выпрямленного напряжения. Результирующая форма сигнала намного ближе к желаемой форме, и ее можно рассматривать как напряжение постоянного тока без составляющей переменного тока. Эта окончательная форма волны напряжения теперь может использоваться для питания устройств постоянного тока.

Рис. 4: Мостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром

В пассивном выпрямлении используются полупроводниковые диоды в качестве неуправляемых переключателей. Это самый простой метод выпрямления волны переменного тока, но он не самый эффективный.

Диоды являются относительно эффективными переключателями; они могут быстро включаться и выключаться с минимальной потерей мощности. Единственная проблема с полупроводниковыми диодами заключается в том, что они имеют прямое падение напряжения смещения от 0,5 В до 1 В, что снижает эффективность.

Активное выпрямление заменяет диоды управляемыми переключателями, такими как полевые МОП-транзисторы или биполярные транзисторы (см. рис. 5) . Это имеет двойное преимущество: во-первых, выпрямители на основе транзисторов устраняют фиксированное падение напряжения от 0,5 В до 1 В, связанное с полупроводниковыми диодами, поскольку их сопротивления можно сделать сколь угодно малыми и, следовательно, иметь небольшое падение напряжения. Во-вторых, транзисторы являются управляемыми переключателями, а это означает, что частотой переключения можно управлять и, следовательно, оптимизировать.

Недостатком активных выпрямителей является то, что для достижения их цели требуются более сложные схемы управления, что требует дополнительных компонентов и, следовательно, делает их более дорогими.

Рис. 5: Мостовой активный выпрямитель

Коррекция коэффициента мощности (PFC)

Вторым этапом в конструкции импульсного источника питания является коррекция коэффициента мощности (PFC).

Цепи PFC имеют мало общего с фактическим преобразованием мощности переменного тока в мощность постоянного тока, но являются важным компонентом большинства коммерческих источников питания.

Рис. 6. Кривые напряжения и тока на выходе выпрямителя

Если вы наблюдаете кривую тока накопительного конденсатора выпрямителя (см. рис. 6) , вы увидите, что зарядный ток протекает через конденсатор в течение очень короткого промежутка времени, особенно от точки, где напряжение на входе конденсатора больше, чем заряд конденсатора, до выпрямленного сигнала. вершина горы. Это создает серию коротких всплесков тока в конденсаторе, что создает серьезную проблему не только для источника питания, но и для всей энергосистемы из-за большого количества гармоник, которые эти всплески тока вводят в сеть. Гармоники могут генерировать искажения, которые могут повлиять на другие источники питания и устройства, подключенные к сети.

В конструкции импульсного источника питания целью схемы коррекции коэффициента мощности является минимизация этих гармоник путем их фильтрации. Для этого есть два варианта: активная и пассивная коррекция коэффициента мощности.

• Пассивные схемы ККМ состоят из пассивных фильтров нижних частот, которые пытаются устранить высокочастотные гармоники. Однако источники питания, особенно в приложениях большой мощности, не могут соответствовать международным нормам по гармоническим шумам, используя только пассивную коррекцию коэффициента мощности. Вместо этого они должны применять коррекцию активной мощности.
• Active PFC изменяет форму кривой тока и заставляет ее следовать за напряжением. Гармоники перемещаются на гораздо более высокие частоты, что облегчает их фильтрацию. Наиболее широко используемой схемой для этих случаев является повышающий преобразователь, также называемый повышающим преобразователем.

Изоляция: изолированные и неизолированные импульсные источники питания

Независимо от того, присутствует схема PFC или нет, последним шагом преобразования мощности является понижение выпрямленного постоянного напряжения до значения, необходимого для предполагаемого применения.

Поскольку входной сигнал переменного тока был выпрямлен на входе, выходное напряжение постоянного тока будет высоким: если нет PFC, выходное постоянное напряжение выпрямителя будет около 320 В. Если имеется активная схема PFC, на выходе повышающего преобразователя будет постоянное напряжение постоянного тока 400 В или более.

Оба сценария чрезвычайно опасны и бесполезны для большинства приложений, которые обычно требуют значительно более низких напряжений. В таблице 1 показаны некоторые аспекты преобразователя и приложений, которые следует учитывать при выборе правильной топологии изоляции.

	Изолированные блоки питания переменного/постоянного тока	Неизолированные источники питания переменного/постоянного тока
Топология	Обратноходовой преобразователь	Понижающий преобразователь
Безопасность	Гальваническая развязка обеспечивает повышенную безопасность пользователя	Потенциальные утечки тока могут причинить значительный вред пользователям или нагрузкам
Размер и эффективность	Трансформаторы увеличивают размер и вес	Требуется только одна катушка индуктивности, схема гораздо меньшего размера
Эффективность	Потери в железе и меди трансформатора влияют на КПД	Один индуктор намного эффективнее, чем трансформатор целиком
Сложность	Схема управления необходима для обоих

Таблица 1. Изолированные и неизолированные блоки питания переменного/постоянного тока

При выборе метода понижения напряжения основной проблемой является безопасность.

Блок питания подключен к сети переменного тока на входе, а значит, при утечке тока на выходе поражение электрическим током такой пропорции может привести к тяжелым травмам или смерти, а также повредить любое устройство, подключенное к выходу.

Безопасность может быть обеспечена за счет магнитной изоляции входных и выходных цепей подключенного к сети источника переменного/постоянного тока. Наиболее широко используемые схемы в изолированных источниках переменного/постоянного тока — это обратноходовые преобразователи и резонансные LLC-преобразователи, поскольку они включают гальваническую или магнитную изоляцию (см. рис. 7) .

Рис. 7: Обратноходовой преобразователь (слева) и LLC-резонансный преобразователь (справа)

Использование трансформатора означает, что сигнал не может представлять собой плоское напряжение постоянного тока. Вместо этого должно быть изменение напряжения и, следовательно, изменение тока, чтобы передавать энергию с одной стороны трансформатора на другую посредством индуктивной связи. Следовательно, как обратноходовые, так и LLC-преобразователи «режут» входное постоянное напряжение на прямоугольную волну, которую можно понизить с помощью трансформатора. Затем выходная волна должна быть снова выпрямлена перед выходом.

Обратноходовые преобразователи в основном используются для маломощных приложений. Обратноходовой преобразователь представляет собой изолированный повышающе-понижающий преобразователь, что означает, что выходное напряжение может быть выше или ниже входного напряжения, в зависимости от соотношения витков трансформатора между первичной и вторичной обмотками.

Работа обратноходового преобразователя очень похожа на работу повышающего преобразователя.

Когда переключатель замкнут, первичная катушка заряжается от входа, создавая магнитное поле. Когда переключатель разомкнут, заряд первичной катушки индуктивности переносится на вторичную обмотку, которая подает ток в цепь, питая нагрузку.

Обратноходовые преобразователи относительно просты в конструкции и требуют меньшего количества компонентов, чем другие преобразователи, но они не очень эффективны из-за значительных потерь из-за жесткого переключения из-за принудительного произвольного включения и выключения транзистора (см. рис. 8). Особенно в приложениях с высокой мощностью это очень вредно для жизненного цикла транзистора и приводит к значительным потерям мощности, поэтому обратноходовые преобразователи лучше подходят для приложений с низким энергопотреблением, обычно до 100 Вт.

Резонансные преобразователи LLC чаще используются в приложениях большой мощности. Эти цепи также имеют магнитную изоляцию через трансформатор. Преобразователи LLC основаны на явлении резонанса, которое представляет собой усиление определенной частоты, когда она совпадает с собственной частотой фильтра. В этом случае резонансная частота LLC-преобразователя определяется последовательно включенными катушкой индуктивности и конденсатором (LC-фильтр) с дополнительным эффектом первичной катушки индуктивности (L) трансформатора, отсюда и название LLC-преобразователь.

LLC-резонансные преобразователи предпочтительнее использовать для мощных приложений, поскольку они могут производить переключение с нулевым током, также известное как мягкое переключение (см. рис. 8) . Этот метод переключения включает и выключает переключатель, когда ток в цепи приближается к нулю, минимизируя коммутационные потери транзистора, что, в свою очередь, снижает электромагнитные помехи и повышает эффективность. К сожалению, за эти улучшенные характеристики приходится платить: сложно разработать LLC-резонансный преобразователь, который может обеспечить плавное переключение для широкого диапазона нагрузок. С этой целью компания MPS разработала специальный инструмент проектирования LLC, который помогает убедиться, что преобразователь работает точно в правильном резонансном состоянии для оптимальной эффективности переключения.

Рисунок 8: Потери при жестком переключении (слева) и при мягком переключении (справа)

Ранее в этой статье мы обсуждали, почему одним из ограничений источников питания переменного/постоянного тока являются для низкой рабочей частоты (50 Гц) требуются большие катушки индуктивности и магнитные сердечники, чтобы избежать насыщения.

В импульсных источниках питания частота колебаний напряжения значительно выше (как минимум выше 20 кГц). Это означает, что понижающий трансформатор может быть меньше, поскольку высокочастотные сигналы вызывают меньшие магнитные потери в линейных трансформаторах. Уменьшение размера входных трансформаторов позволяет миниатюризировать систему до такой степени, что весь блок питания помещается в корпус размером с зарядные устройства для мобильных телефонов, которые мы используем сегодня.

Существуют устройства постоянного тока, которым не требуется изоляция, обеспечиваемая трансформатором. Это обычно наблюдается в устройствах, к которым пользователю не нужно напрямую прикасаться, таких как источники света, датчики, IoT и т. д., поскольку любые манипуляции с параметрами устройства выполняются с отдельного устройства, такого как мобильный телефон. планшет или компьютер.

Это предлагает большие преимущества с точки зрения веса, размера и производительности. Эти преобразователи снижают уровни выходного напряжения с помощью высоковольтного понижающего преобразователя, также называемого понижающим преобразователем. Эта схема может быть описана как инверсия повышающего преобразователя, описанного ранее. В этом случае, когда транзисторный ключ закрыт, ток, протекающий через катушку индуктивности, создает напряжение на катушке индуктивности, которое противодействует напряжению от источника питания, уменьшая напряжение на выходе. Когда ключ размыкается, катушка индуктивности высвобождает ток, протекающий через нагрузку, поддерживая значение напряжения на нагрузке, пока цепь отключена от источника питания.

В импульсных источниках питания переменного/постоянного тока используется высоковольтный понижающий преобразователь, поскольку полевой МОП-транзистор, работающий в качестве переключателя, должен выдерживать большие изменения напряжения (см. рис. 9) . Когда ключ замкнут, напряжение на МОП-транзисторе близко к 0 В; но когда он открывается, это напряжение возрастает до 400 В для однофазных приложений или до 800 В для трехфазных преобразователей. Эти большие резкие изменения напряжения могут легко повредить обычный транзистор, поэтому используются специальные высоковольтные полевые МОП-транзисторы.

Рис. 9. Неизолированный импульсный источник питания переменного/постоянного тока с активной коррекцией коэффициента мощности

Понижающие преобразователи интегрируются намного проще, чем трансформатор, поскольку требуется только одна катушка индуктивности. Они также намного более эффективны при понижении напряжения с нормальным КПД выше 95%. Такой уровень эффективности возможен благодаря тому, что транзисторы и диоды почти не имеют потерь мощности при переключении, поэтому единственные потери приходятся на дроссель.

Одним из примеров неизолированного выходного стабилизатора переменного/постоянного тока является семейство MPS MP17xA. Это семейство может управлять множеством различных топологий преобразователей, таких как понижающий, повышающий, повышающе-понижающий или обратноходовой. Его можно использовать для напряжения до 700 В, то есть он предназначен для однофазного питания. Он также имеет вариант зеленого режима, в котором частота коммутации и пиковый ток уменьшаются пропорционально нагрузке, повышая общую эффективность блока питания. На рис. 10 показана типичная схема применения MP173A, где он регулирует понижающий преобразователь, состоящий из катушки индуктивности (L1), диода (D1) и конденсатора (C4). Резисторы (R1 и R2) образуют делитель напряжения, который обеспечивает напряжение обратной связи (вывод FB), замыкая контур управления.

Рис. 10: Типовая прикладная схема MP173A

Импульсные блоки питания переменного/постоянного тока обеспечивают повышенную производительность при небольшом размере, что и сделало их такими популярными. Недостатком является то, что их схемы значительно сложнее, и они требуют более точных схем управления и фильтров шумоподавления. Несмотря на дополнительную сложность, MPS предлагает простые и эффективные решения, облегчающие разработку вашего источника питания переменного/постоянного тока.

Резюме

Импульсные блоки питания переменного/постоянного тока в настоящее время являются наиболее эффективным способом преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Преобразование питания осуществляется в три этапа:

1. Выпрямление на входе: Этот процесс берет сетевое напряжение переменного тока и преобразует его в выпрямленное напряжение постоянного тока с помощью диодного моста. На выходе моста добавлен конденсатор для уменьшения пульсаций напряжения.
2. Коррекция коэффициента мощности (PFC): из-за нелинейного тока в выпрямителе содержание гармоник в токе довольно велико. Есть два способа решить эту проблему. Первый — это пассивная коррекция коэффициента мощности, в которой используется фильтр для ослабления влияния гармоник, но он не очень эффективен. Второй вариант, называемый активной коррекцией коэффициента мощности, использует импульсный повышающий преобразователь, чтобы форма кривой тока соответствовала форме входного напряжения. Активная коррекция коэффициента мощности — это единственный метод проектирования силового преобразователя, который соответствует современным стандартам размера и эффективности.
3. Изоляция: Импульсные источники питания могут быть изолированными или неизолированными. Устройство изолировано, когда вход и выход источника питания физически не связаны. Изоляция осуществляется с помощью трансформаторов, которые гальванически развязывают две половины цепи. Однако трансформаторы могут передавать электроэнергию только при изменении тока, поэтому выпрямленное постоянное напряжение расщепляется на высокочастотную прямоугольную волну, которая затем передается во вторичную цепь, где снова выпрямляется и, наконец, передается на выход.

При проектировании импульсного источника питания необходимо учитывать множество различных аспектов, особенно связанных с безопасностью, производительностью, размером, весом и т. д. Схемы управления импульсными источниками питания также более сложны, чем в линейных источниках питания, поэтому многие разработчики считают полезным использовать встроенные модули в своих источниках питания.

MPS предлагает широкий выбор модулей, упрощающих проектирование импульсных источников питания, таких как силовые преобразователи, контроллеры, выпрямители и т. д.

_________________________

Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылка раз в месяц!

Принцип работы импульсного регулятора

Импульсные регуляторы (преобразователи постоянного тока)

1. Принцип преобразования выходного напряжения импульсного стабилизатора

В этом разделе объясняется принцип преобразования напряжения в импульсном понижающем регуляторе.
Ниже представлен схематический чертеж импульсного регулятора и обзор работы импульсного регулятора. Как показано на рисунке ниже, импульсный стабилизатор выдает требуемое напряжение постоянного тока путем преобразования входного напряжения (V _IN ) в импульс путем поочередного включения/выключения SW1 на стороне входного напряжения (V _IN ) и SW2 на стороне GND и удаления компонентов переменного тока с помощью LC-фильтра.

Операции
1. V _IN подается на дроссель, когда SW1 включается, а SW2 выключается.
2. Катушка индуктивности подключена к GND, когда SW1 отключается, а SW2 включается.
3. LC-фильтр сглаживает импульс и выдает постоянное напряжение.

Обычно SW1 — МОП-транзистор, а SW2 — диод или МОП-транзистор.
В асинхронном выпрямлении используется полевой МОП-транзистор в SW1 и диод в SW2, а в синхронном выпрямлении используются полевые МОП-транзисторы как в SW1, так и в SW2.
Низкие потери в SW2 при синхронном выпрямлении обеспечивают большую эффективность, чем при асинхронном выпрямлении.

2. Переключение режимов работы регулятора

Существует два типа методов управления выходным напряжением импульсных стабилизаторов: ШИМ-управление и ЧИМ-управление.

ШИМ-управление

ШИМ-управление является наиболее распространенным методом управления выходным напряжением, используемым импульсными стабилизаторами.
При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) частота фиксируется, а ширина импульса изменяется для управления выходным напряжением.

Время, когда MOS FET1 находится в состоянии ON, равно Ton, время, когда MOS FET2 находится в состоянии ON, равно Toff, отношение времени, когда MOS FET1 находится в состоянии ON в течение 1 цикла (Ton + Toff), называется Duty. Это соотношение может быть выражено следующим уравнением.

　Долг = 　　Тонна　　 　(Тонна + Тофф）　

При ШИМ-управлении выходное напряжение (V _OUT ) определяется входным напряжением (V _IN ) и отношением времени (Duty), когда MOS FET1 включен (Ton), что выражается уравнением ниже.

　Выходное напряжение = входное напряжение × режим работы

При ШИМ-управлении работа выполняется с постоянной частотой, независимо от степени тока нагрузки, поэтому количество переключений в единицу времени (счетчик ВКЛ/ВЫКЛ полевых МОП-транзисторов 1 и 2) является постоянным.
Преимущество этого метода управления заключается в том, что контрмеры против коммутационного шума сравнительно просты. Недостатком является то, что эффективность значительно падает, поскольку потери при переключении становятся доминирующими при малом токе нагрузки.

Управление ЧИМ

При частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) ширина импульса фиксирована, а частота изменяется для управления выходным напряжением.
Частота падает при небольшом токе нагрузки и повышается при токе большой нагрузки, чтобы минимизировать потери при переключении и поддерживать высокий КПД независимо от тока нагрузки.

Однако, поскольку частота коммутации изменяется в зависимости от величины тока нагрузки, форма генерируемого сигнала коммутационного шума не является постоянной, что затрудняет фильтрацию шума.

 

Управление переключением ЧИМ/ШИМ

Как объяснялось ранее, эффективность импульсного регулятора с ШИМ-управлением значительно падает, поскольку потери при переключении становятся преобладающими при малом токе нагрузки.
Импульсный регулятор, работающий с «управлением переключением ЧИМ/ШИМ», где ШИМ-управление выбирается при большом токе нагрузки, а ЧИМ-управление — при малом токе нагрузки, обеспечивает высокий КПД в широком диапазоне токов нагрузки.

Идеальный импульсный регулятор для любого применения

Сверхкомпактный преобразователь постоянного тока в постоянный, идеально подходящий для автомобильных камер

Номинальное напряжение 45 В, низкая пульсация	Интернет-магазин (Образец покупки)
S-19902/3 Серия Технический паспорт

Для промышленного оборудования и бытовой техники

Вход 12/24 В, сверхкомпактный	Интернет-магазин (Образец покупки)
S-8580/1 Серия Технический паспорт

Для IoT/носимых устройств

Сверхвысокая эффективность при небольшой нагрузке, компактность	Интернет-магазин (Образец покупки)
Серия S-85M0A Технический паспорт

>  Что такое импульсный регулятор?

>  Введение.