Stabilizator cu convertor inverter

Obiectivele lucrării:

- verificarea relaţiei între mărimea de comandă şi tensiunea de sarcină

- studiul proprietăţilor dinamice ale stabilizatoarelor care folosesc convertor inverter

- evidenţierea strategiilor de reglare PWM şi current-mode PWM

- evidenţierea efectelor nedorite: conductoare lungi, decuplare insuficientă, condensator înfăşurat,

tranzistor cu rezistenţă internă mare (în conducţie)

Aparate necesare: sursă stabilizată 5-10V, 1A, osciloscop, voltmetru, platforme cu MAX635,

MAX735, rezistenţă de sarcină variabilă 5Ω - 100Ω/1A, diodă de comutaţie 0,5A, condensator

neînfăşurat 5μF.

Breviar teoretic

Figura 1: Structura convertorului inverter

Convertorul inverter este un convertor cc-cc, folosit pentru obţinerea unei tensiuni pe

sarcină de semn opus celei de alimentare. Structura tipică a convertorului inverter este cea din

figura 1, unde dispozitivul de comutaţie a fost figurat cu simbolul K. O explicaţie sumară a

funcţionării convertorului: cînd dispozitivul de comutaţie este în conducţie, dioda este blocată,

tensiunea de alimentare se aplică bobinei, iar curentul prin aceasta creşte. În acest interval, sarcina

se alimentează din energia înmagazinată de consensatorul C. Cînd K este blocat, curentul prin

bobină continuă în acelaşi sens (datorită energiei înmagazinate), iar sarcinii i se aplică diferenţa

dintre tensiunea de autoinducţie a bobinei şi tensiunea pe diodă. Deoarece energia din bobină scade,

deci şi curentul, tensiunea de autoinducţie este în sens opus faţă de sensul care a dus la încărcarea

ei, adică de semn opus faţă de tensiunea de alimentare. Din acest motiv, tensiunea pe sarcină este

negativă (am presupus tensiunea de alimentare pozitivă). În intervalul următor, K se deschide, dioda

se blochează iar procesul se reia. În consecinţă, condensatorul este obligatoriu pentru un regim de

tensiune neîntreruptă pe sarcină. Tensiunea de sarcină aproximativă este dată de relaţia:

Us × E

-

= -

g

g

1

,

unde mărimea de comandă g este factorul de umplere al comenzii dispozitivului de comutaţie

(durata conducţiei, raportată la perioada comutaţiei):

on

on off

T

T T

g =

+

.

Nu este necesară determinarea mai precisă a tensiunii pe sarcină, pentru analiza preliminară a

stabilizatorului, deoarece convertorul este cuprins într-o buclă de reglare automată a tensiunii, avînd

rolul de element de execuţie (actuator). Variaţia tensiunii la bornele bobinei este mare, de la

tensiunea de alimentare (pozitivă) la tensiunea pe sarcină (negativă), aşa cum este prezentat în

figura 2. Nivelul V1 din figură este al sursei de alimentare, minus tensiunea pe tranzistorul în

conducţie, iar nivelul V2 este al ieşirii, plus tensiunea pe dioda în conducţie. Curba în verde

evidenţiază căderea de tensiune pe tranzistorul de comutaţie, tensiune care creşte, odată cu creşterea

curentului prin bobină.

Figura 2: Tensiunea pe bobină (cu roşu – valoarea aproximativă, în timpul încărcării bobinei, cu

albastru – valoarea în timpul descărcării prin sarcină, cu verde – valoarea reală, în timpul încărcării)

Figura 3: Schema circuitului stabilizator, cu structura internă a circuitului MAX635

Dinamica convertorului (răspunsul la perturbaţii şi răspunsul la variaţiile comenzii) depinde

de regimul energiei din bobină şi de ordinul filtrului LC. Presupunînd un regim de curent

neîntrerupt al curentului prin bobină, comportarea convertorului este liniară, în raport cu mărimile

enunţate mai sus. Filtrul din figura 1 este de ordinul 2 (acumularea energiei în L şi C), astfel încît

comportarea dinamică este asemănătoare cu cea a convertorului step-down.

Stabilizatorul cuprinde convertorul şi circuitele asociate: referinţa, reacţia de tensiune,

amplificatorul de eroare, eventual reacţia de curent (pentru protecţie). Convertorul mai conţine, pe

lîngă componentele de putere (tranzistor + diodă), oscilatorul pentru generarea comutaţiei şi

modulatorul în factor de umplere (PWM). Ca şi în cazul step-down, tranzistorul necesită comandă

flotantă. Circuitele recente integrează atît comanda cît şi tranzistorul de putere (vezi figurile 3, 4),

eventual şuntul (vezi figura 4, MAX735). Exemple de studiat: MAX635, MAX735.