הפונקציה של המרת חשמל בפרמטר המתח יכולה להתבצע על ידי מכשירים שונים כגון גנרטורים, מטענים והתקני שנאים. במידה זו או אחרת, כולם מסוגלים לשנות את מאפייני האנרגיה, אך לא תמיד השימוש בהם מצדיק את עצמו מבחינת איכויות טכניות וארגונומיות. זה נובע חלקית מהעובדה שהמשימה של הפיכת הזרם עבור רוב הרגולטורים אינה משימה מרכזית - בכל מקרה, אם אנחנו מדברים על זרם ישיר וגם על זרם חילופין. המגבלות הללו הן שהניעו את יצרני הציוד החשמלי לפתח ממיר מיתוג, המשווה לטובה עם גודלו הקומפקטי ודיוק ייצוב המתח שלו.
זיהוי מכשיר
התקני הנדסת רדיו רבים, אמצעי אוטומציה ותקשורת מתמודדים רק לעתים נדירות ללא התקני חשמל חד-פאזיים ותלת-פאזיים להמרת זרם בטווחים שבין יחידות למאות וולט-אמפר. מכשירי דופק משמשים למשימות צרות יותר. ממיר חשמלי מסוג פולס הוא מכשיר שהופך את המתח במרווחי זמן קטנים עם משך בסדר גודל של 1-2 מיקרון לשנייה. פולסי המתח הם בצורת מלבנית וחוזרים על עצמם בתדר של 500-20,000 הרץ.
ממירים מסורתיים המתכווננים במתח שולטים בדרך כלל בדירוג ההתנגדות של המכשיר. זה יכול להיות תיריסטור או טרנזיסטור שדרכו זורם זרם ברציפות. האנרגיה שלו היא שגורמת להתחממות מכשיר הבקר, שבגללה אבד חלק מהכוח. על רקע זה, ממיר מתח דופק נראה אטרקטיבי יותר מבחינת המאפיינים הטכניים והתפעוליים שלו, שכן התכנון שלו מספק מינימום של חלקים, מה שמוביל לירידה בהפרעות חשמליות. אלמנט ההתאמה של הממיר הוא מפתח הפועל במצבים שונים - למשל במצב פתוח וסגור. ובשני המקרים, הכמות המינימלית של אנרגיה תרמית משתחררת במהלך הפעולה, מה שגם מגביר את ביצועי הציוד.
הקצאת מהפך
בכל מקום שנדרש שינוי בפרמטרים של חשמל, נעשה שימוש בשנאי פולסים בתצורה תפעולית כזו או אחרת. בשלב הראשון של תפוצתם הרחבה, הם שימשו בעיקר בטכנולוגיית פולסים - למשל במחוללי טריודה, לייזרים גז, מגנטונים וציוד רדיו מבדל. יתר על כן, ככל שהמכשיר השתפר, הם החלו לשמש ברוב הנציגים האופייניים של ציוד חשמלי. וזה לא היה בהכרחציוד מיוחד. שוב, בגרסאות שונות, ממיר דופק יכול להיות קיים במחשבים ובטלוויזיות, בפרט.
פונקציה נוספת, אך פחות מוכרת, של שנאים מסוג זה היא הגנה. כשלעצמו, ויסות דחפים יכול להיחשב כאמצעי הגנה, אך המטרות של התאמת פרמטרי מתח שונות בתחילה. עם זאת, שינויים מיוחדים מספקים הגנה על הציוד מפני קצרים תחת עומס. זה נכון במיוחד עבור ציוד הפועל במצבי סרק. ישנם גם מכשירי דופק שמונעים התחממות יתר ועליות מתח מוגזמות.
עיצוב המכשיר
הממיר מורכב מכמה פיתולים (לפחות שניים). הראשון והראשי מחובר לרשת, והשני נשלח למכשיר היעד. פיתולים יכולים להיות עשויים אלומיניום או סגסוגות נחושת, אך בשני המקרים, ככלל, נעשה שימוש בבידוד לכה נוסף. החוטים מלופפים על בסיס מבודד, אשר קבוע על הליבה - המעגל המגנטי. בממירים בתדר נמוך, הליבות עשויות מפלדת שנאי או מסגסוגת מגנטית רכה, ובממירים בתדר גבוה הן מבוססות על פריט.
המעגל המגנטי בתדר נמוך עצמו נוצר על ידי קבוצות של לוחות בצורת W, G או U. ליבות פריט מיוצרות בדרך כלל בחתיכה אחת - חלקים כאלה קיימים בממירי ריתוך ושנאי בידוד גלווני. שנאים בתדר גבוה בהספק נמוך ולוותר לחלוטין על הליבה, שכן תפקידה מבוצע על ידי סביבת האוויר. לשילוב במכשירים חשמליים, העיצוב של המעגל המגנטי מסופק על ידי מסגרת. זוהי מה שנקרא יחידת ממיר דופק, אשר סגורה בכיסוי מגן עם סימונים ותוויות אזהרה. אם במהלך תהליך התיקון יש צורך להפעיל את המכשיר כשהכיסוי הוסר, פעולה זו מתבצעת באמצעות RCD או שנאי בידוד.
אם נדבר על ממירים המשמשים בהנדסת רדיו וחשמל מודרניים, אז יהיה הבדל משמעותי בינם לבין שנאי מתח קלאסי. הירידה הבולטת ביותר בגודל ובמשקל. מכשירי דופק יכולים לשקול כמה גרמים ועדיין לבצע את אותו הדבר.
תכונות של תהליכים תפעוליים
כפי שכבר צוין, מפתחות משמשים לוויסות הזרם בשנאי פולסים, שבעצמם יכולים להפוך למקורות של הפרעות בתדר גבוה. זה אופייני לייצוב דגמים הפועלים במצב מיתוג נוכחי.
ברגעי המיתוג עלולות להתרחש נפילות זרם ומתח רגישות, היוצרות תנאים להפרעות נגד פאזה ומצב משותף בכניסה וביציאה. מסיבה זו, ממיר כוח מיתוג עם פונקציית מייצב מספק שימוש במסננים המבטלים הפרעות. כדי למזער גורמים אלקטרומגנטיים לא רצויים, המתג משתנה בזמנים שבהם המתג אינו מוליך זרם.(כאשר פתוח). שיטה זו להתמודדות עם הפרעות משמשת גם בממירי תהודה.
מאפיין נוסף של תהליך העבודה של המכשירים הנבדקים הוא ההתנגדות הדיפרנציאלית השלילית בכניסה כאשר המתח מתייצב תחת עומס. כלומר, ככל שמתח הכניסה עולה, הזרם יורד. יש לקחת גורם זה בחשבון כדי להבטיח את יציבות הממיר המחובר למקורות בעלי התנגדות פנימית גבוהה.
השוואה עם ממיר ליניארי
בניגוד להתקנים ליניאריים, מתאמי דופק כוללים ביצועים גבוהים יותר, גודל קומפקטי ואפשרות של בידוד גלווני של מעגלים בכניסה וביציאה. כדי לספק פונקציונליות נוספת עם הכריכה של התקני צד שלישי, אין צורך בשימוש בסכימות חיבור מורכבות. אבל יש גם חולשות בממיר הדופק בהשוואה לשנאים ליניאריים. אלה כוללים את החסרונות הבאים:
- במצב של שינוי זרם כניסה או מתח תחת עומס, אות המוצא אינו יציב.
- הנוכחות של רעש הדחף שהוזכר כבר על מעגלי הפלט והקלט.
- לאחר שינויים פתאומיים בפרמטרים של מתח וזרם, למערכת לוקח יותר זמן להתאושש מחולפים.
- סיכון של תנודות עצמיות שעלולות להשפיע על ביצועי הציוד. יתר על כן, תנודות מסוג זה קשורות לא לחוסר יציבות הרשת של המקור, אלא עםהתנגשויות במסגרת תוכנית הייצוב.
DC/DC Converter
כל הזנים של התקני דחף של מערכת DC / DC מאופיינים בכך שהמפתחות מופעלים במהלך תרגום דחפים מיוחדים לכיוון הטרנזיסטור. בעתיד, עקב המתח הגדל, מתרחשת נעילה לוגית של הטרנזיסטורים, יתר על כן, על רקע טעינת הקבל. תכונה זו היא שמבדילה את התקן מיתוג DC-DC מהתקנים דומים בציוד מהפך עצמאי.
בדרך כלל, מכשירים אלה מבצעים ניטור מתח DC תחת עומס בתהליך אספקת מתח DC לרשת. סוג זה של שליטה מושגת על ידי התאמת המתח על המפתח הציבורי. ערכי זרם קטנים מאפשרים לתקן רמת ביצועים גבוהה, שבה היעילות יכולה להגיע ל-95%. הגדרת ביצועי השיא של המערכת היא יתרון משמעותי של ממירי זרם פולסים, עם זאת, יישום מעגל DC-DC אינו אפשרי בכל עיצוב. במכשיר, רשת הקשר אמורה לשמש בתחילה כמקור - במיוחד, עיקרון זה משמש בסוללות ובסוללות.
Boost Converter
בעזרת שנאי זה, המתח גדל מ-12 ל-220 V. משתמשים בו במצבים שבהם אין מקור עם פרמטרי הספק מתאימים, אך יש צורך לספק חשמל למכשיר מתקן רֶשֶׁת. במילים אחרות,יש להכניס מתאם ממקור בעל מאפיינים מסוימים לצרכן עם דרישות חשמל שונות. עיצובים סכמטיים של ממירי מתח דופק 12-220 V מאפשרים חיבור של מכשירים הפועלים בתדר של 50 הרץ. יתר על כן, הספק של הציוד לא יעלה על דירוג ההספק המרבי של השנאי. וגם אם פרמטרי המתח תואמים, למכשיר הצרכן חייב להיות הגנה מפני עומס יתר ברשת. לשיטת תיקון מתח זו מספר יתרונות:
- אפשרות להפעלת עבודה ארוכה בעומס מירבי ללא הפרעות.
- התאמת פלט כוח אוטומטית.
- יעילות מוגברת מבטיחה הן את יציבות מצב הפעולה של המכשיר והן את האמינות הגבוהה של תפקוד המעגל החשמלי.
ממיר מיתוג למטה
בעת שימוש בציוד בתדר נמוך או בצריכת הספק נמוך, זה די טבעי שעשוי להיות צורך להוריד את מחוון המתח. לדוגמה, משימה זו נתקלת לעתים קרובות בעת חיבור התקני תאורה - למשל, תאורת LED אחורית. כדי להוריד את הממיר סוגר את מפתח מיתוג הוויסות, ולאחר מכן הוא צובר אנרגיה "מיותרת". דיודה מיוחדת במעגל אינה מאפשרת זרם ממקור האספקה לצרכן. יחד עם זאת, במערכות אינדוקציה עצמית, דיודות מיישרים יכולות להעביר פולסי מתח שליליים. בפעולה של ממירי דופק 24-12 V, פונקציית ייצוב הפלט חשובה במיוחד. גם ליניארי וגםמייצבי דחף ישירות. כדאי יותר להשתמש במכשירים מהסוג השני עם אפנון רוחב או תדר. במקרה הראשון, משך פעימות הבקרה יתוקן, ובשני, תדירות התרחשותם. ישנם גם מייצבים עם שליטה מעורבת, שבהם המפעיל יכול במידת הצורך לשנות את תצורת התאמת הפולסים בתדירות ובמשך.
Pulse Width Converter
בתהליך העבודה נעשה שימוש במכשיר שצובר אנרגיה כתוצאה מהתמרה. ניתן לכלול אותו במבנה הבסיסי או לחבר אותו ישירות למתח הכניסה ללא התייחסות לממיר. כך או אחרת, הפלט יהיה מחוון מתח ממוצע, שנקבע לפי ערך מתח הכניסה ומחזור העבודה של הפולסים ממפתח המיתוג. למגבר התפעולי יש מחשבון מיוחד שמעריך את הפרמטרים של אותות הקלט והיציאה, רושם את ההבדל ביניהם. אם מתח המוצא קטן ממתח הייחוס, אזי מחובר לוויסות אפנן, מה שמגדיל את משך המצב הפתוח של מפתח המיתוג ביחס לזמן מחולל השעון. ככל שמתח הכניסה משתנה, ממיר המיתוג מכוון את מעגל בקרת המפתח כך שההפרש בין הפלט למתח הייחוס ממוזער.
מסקנה
בצורתו הטהורה ללא חיבור התקני עזרכמו מיישרים ומייצבים, הפונקציות של הממיר מופחתות באופן משמעותי, אם כי היעילות נשארת ברמה גבוהה. מכשירי טרנספורמציה שלעיתים רחוקות מסתדרים ללא ציוד נוסף כוללים רגולטורים ברשתות AC. לפחות במקרה זה, תצטרך להתקין מסנן החלקה ומיישר בכניסה. לעומת זאת, ממירי דופק של זרמים חשמליים ישירים הן בכניסה והן במוצא יכולים לתמוך באופן אוטונומי בתפקודם העיקרי. אבל גם במערכות כאלה, חשוב שהמכשיר יוכל לבצע את משימת ייצוב המתח. כמו כן, אל תשכח על הפרעה אפשרית לשימוש הפעיל במתגי מיתוג במערכת המייצבים. באפליקציות לא מוארקות כאלה, מומלץ לחבר מסנן רעשים לבלוק הממיר.
