Push-Pull-Wandler - Push–pull converter
Ein Gegentaktwandler ist eine Art DC-DC-Wandler , ein Schaltwandler , der einen Transformator verwendet , um die Spannung einer Gleichstromversorgung zu ändern . Das Unterscheidungsmerkmal eines Gegentaktwandlers besteht darin, dass die Transformatorprimärseite durch Transistorpaare in einer symmetrischen Gegentaktschaltung mit Strom von der Eingangsleitung versorgt wird . Die Transistoren werden abwechselnd ein- und ausgeschaltet, wodurch der Strom im Transformator periodisch umgekehrt wird. Daher wird während beider Hälften des Schaltzyklus Strom aus der Leitung gezogen. Dies steht im Gegensatz zu Buck-Boost-Wandlern , bei denen der Eingangsstrom von einem einzelnen Transistor geliefert wird, der ein- und ausgeschaltet wird, sodass der Strom nur während der Hälfte des Schaltzyklus aus der Leitung entnommen wird. Während der anderen Hälfte wird die Ausgangsleistung durch Energie geliefert, die in Induktivitäten oder Kondensatoren in der Stromversorgung gespeichert ist. Push-Pull-Wandler haben einen gleichmäßigeren Eingangsstrom, verursachen weniger Rauschen in der Eingangsleitung und sind bei Anwendungen mit höherer Leistung effizienter.
Schaltungsbetrieb
Konzeptionelles Schema eines Vollbrückenwandlers. Dies ist kein primärer Gegentakt- oder geteilter primärer Gegentaktwandler.
und einer automatischen äquivalenten
automatischen Schaltvorrichtung, die anstelle des mechanischen Schalters mit zwei Transistoren und einem Autotransformator mit geteilter Wicklung implementiert ist.
Der Begriff Push-Pull wird manchmal verwendet, um sich allgemein auf jeden Wandler mit bidirektionaler Erregung des Transformators zu beziehen. Beispielsweise wechseln bei einem Vollbrückenwandler die Schalter (als H-Brücke angeschlossen ) die Spannung auf der Versorgungsseite des Transformators, wodurch der Transformator wie bei Wechselstrom funktioniert und auf seiner Ausgangsseite eine Spannung erzeugt . Jedoch Gegentakt bezieht sich häufiger auf eine Zweischalter - Topologie mit einem geteilten Primärwicklung.
In jedem Fall wird der Ausgang dann gleichgerichtet und an die Last gesendet. Am Ausgang sind häufig Kondensatoren enthalten, um das Schaltrauschen zu filtern.
In der Praxis muss ein kleines Intervall zwischen der Stromversorgung des Transformators in die eine und der Stromversorgung in die andere Richtung eingehalten werden: Die „Schalter“ sind normalerweise Transistorpaare (oder ähnliche Geräte), und die beiden Transistoren des Paares schalten dort gleichzeitig Es besteht die Gefahr eines Kurzschlusses der Stromversorgung. Daher ist eine kleine Wartezeit erforderlich, um dieses Problem zu vermeiden. Diese Wartezeit wird als "Totzeit" bezeichnet und ist erforderlich, um ein Durchschießen des Transistors zu vermeiden.
Transistoren
N-Typ- und P-Typ-Leistungstransistoren können verwendet werden. Leistungs-MOSFETs werden aufgrund ihrer hohen Stromschaltfähigkeit und ihres inhärent niedrigen Einschaltwiderstands häufig für diese Rolle ausgewählt. Die Gates oder Basen der Leistungstransistoren sind über einen Widerstand mit einer der Versorgungsspannungen verbunden. Ein P-Typ-Transistor wird verwendet, um das N-Typ-Leistungstransistor-Gate ( gemeinsame Quelle ) hochzuziehen, und ein N-Typ-Transistor wird verwendet, um das P-Typ-Leistungstransistor-Gate herunterzuziehen.
Alternativ können alle Leistungstransistoren vom N-Typ sein, die etwa die dreifache Verstärkung ihrer P-Äquivalente bieten. Bei dieser Alternative muss der anstelle des P-Typs verwendete N-Typ-Transistor folgendermaßen angesteuert werden: Die Spannung wird durch einen P-Typ-Transistor und einen N-Typ-Transistor in gemeinsamer Basiskonfiguration von Schiene zu Schiene verstärkt Amplitude. Dann wird der Leistungstransistor in einer gemeinsamen Drain- Konfiguration angesteuert , um den Strom zu verstärken.
In Hochfrequenzanwendungen werden beide Transistoren mit einer gemeinsamen Quelle betrieben .
Der Betrieb der Schaltung bedeutet, dass beide Transistoren tatsächlich drücken, und das Ziehen erfolgt im Allgemeinen durch ein Tiefpassfilter und durch einen Mittelabgriff des Transformators in der Wandleranwendung. Da die Transistoren jedoch abwechselnd drücken, wird das Gerät als Gegentaktwandler bezeichnet.
Zeitliche Koordinierung
Wenn beide Transistoren eingeschaltet sind, entsteht ein Kurzschluss. Wenn andererseits beide Transistoren ausgeschaltet sind, treten aufgrund der Gegen-EMK Hochspannungsspitzen auf.
Wenn der Treiber für die Transistoren leistungsstark und schnell genug ist, hat die Gegen-EMK keine Zeit, die Kapazität der Wicklungen und der Body-Diode der MOSFETs auf hohe Spannungen aufzuladen .
Wenn ein Mikrocontroller verwendet wird, kann er verwendet werden, um die Spitzenspannung zu messen und das Timing für die Transistoren digital anzupassen, so dass die Spitze nur gerade erscheint. Dies ist besonders nützlich, wenn die Transistoren ohne Spitzen von kalt starten und sich in ihrer Startphase befinden.
Der Zyklus beginnt ohne Spannung und ohne Strom. Dann wird ein Transistor eingeschaltet, eine konstante Spannung wird an die Primärwicklung angelegt, der Strom steigt linear an und eine konstante Spannung wird in der Sekundärseite induziert. Nach einiger Zeit T wird der Transistor ausgeschaltet, die parasitären Kapazitäten der Transistoren und des Transformators und die Induktivität des Transformators bilden eine LC-Schaltung, die in die entgegengesetzte Polarität schwingt. Dann schaltet sich der andere Transistor ein. Zur gleichen Zeit fließt T Ladung zurück in den Speicherkondensator, ändert dann automatisch die Richtung und für eine andere Zeit T fließt die Ladung in den Transformator. Dann schaltet sich der erste Transistor wieder ein, bis der Strom gestoppt ist. Dann ist der Zyklus beendet, ein weiterer Zyklus kann jederzeit später beginnen. Der S-förmige Strom wird benötigt, um die einfacheren Wandler zu verbessern und effizient mit Remanenz umzugehen .
Siehe auch
Externe Links
- Switchmode-Netzteil für Car-Audio- Push-Pull-Wandler mit 12 V und symmetrischem Ausgang zur Stromversorgung von Car-Audio-Verstärkern. Dies ist eine echte Push-Pull-Topologie mit zwei Schaltern und einem Transformator mit Mittenabgriff.
- Grundlagen des Gegentaktwandlers Ein Artikel, der die grundlegenden Funktionsprinzipien des Gegentaktwandlers behandelt.