Induktori ir pamata magnētiskie komponenti, ko plaši izmanto komutācijas barošanas avotos un jaudas pārveidošanas sistēmās. Viņu galvenais uzdevums ir pārveidot elektrisko enerģiju magnētiskajā enerģijā, uzglabāt to un vajadzības gadījumā atbrīvot. Lai gan induktoriem ir strukturālas līdzības ar transformatoriem, tie parasti izmanto vienu tinumu un darbojas ar vienkāršāku mehānismu.
Pastiprināšanas-tipa līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājos induktora uzglabāšanas un atbrīvošanas raksturlielumi veido sprieguma paaugstinājuma stūrakmeni. Šajā rakstā ir sniegta uz induktors-balstītu pastiprināšanas pārveidotāju darbības principu-orientēta analīze, koncentrējoties uz elektromagnētiskās enerģijas pārveidošanu, sprieguma uzvedību pārslēgšanas darbību laikā un magnētiskā piesātinājuma ierobežojumiem.
1. Elektromagnētiskās enerģijas pārveide induktoros
Induktora uzvedību var apkopot, izmantojot divus būtiskus mehānismus:
• Elektriskās{0}}uz-magnētiskās pārveides (enerģijas padeves fāze)
Kad strāva plūst caur tinumu, veidojas magnētiskais lauks, kas uzglabā enerģiju kodolā.
• Magnētiskā-pārvēršana-elektriskā (enerģijas atslēgšanas fāze-)
Kad strāvas ceļš tiek pēkšņi pārtraukts, sabrūkošais magnētiskais lauks liek uzkrātajai enerģijai atgriezties elektriskā formā.
Šie divi mehānismi regulē induktora darbību visās pastiprināšanas topoloģijās. Šo parādību ir viegli ilustrēt, pārbaudot vienkāršu sprieguma spoli, kā parādīts zemāk.
2. Sprieguma paaugstināšanās{1}}sprieguma atslēgšanas intervāla laikā
Kad strāvas ceļš ir atvērts, induktors ir jāsaglabā strāvas nepārtrauktība. Ja nav izlādes ceļa, spriegums pāri induktors strauji palielinās,{1}}ko ierobežo tikai izolācijas pārrāvums. Šis efekts nodrošina induktorus ar to raksturīgo pastiprināšanas spēju un izskaidro polaritātes maiņu, kas novērota magnētiskā lauka sabrukšanas laikā.
Sekojošā ilustrācija atspoguļo šo darbību brīdī, kad tiek pārtraukta strāvas padeve.
3. Pamata pastiprināšanas un negatīvās -sprieguma ģenerēšanas shēmas
Periodiski pārslēdzot induktors, izmantojot strāvas padeves un{0}}izslēgšanas intervālus, tiek izveidota pamata pastiprināšanas konversijas struktūra:
• IESLĒGTS fāze: induktors uzglabā magnētisko enerģiju.
• IZSLĒGTS fāze: induktors atbrīvo enerģiju caur diodi, radot spriegumu, kas ir lielāks par ieejas spriegumu.
Taisngrieža virziena maiņa rada negatīvu{0}}sprieguma veidošanos. Šīs minimālās shēmas ir mūsdienu komutācijas topoloģiju pamatā, tostarp Boost, Buck-Boost, SEPIC un Flyback.
Sekojošās diagrammas ilustrē minimālās pozitīvā un negatīvā sprieguma ģeneratoru struktūras.
4. Praktiskā realizācija, izmantojot pusvadītāju slēdžus
Praktiskajā spēka elektronikā mehāniskos slēdžus aizstāj ar pusvadītāju ierīcēm, piemēram, MOSFET un BJT. Tas ļauj veikt augstas-frekvences pārslēgšanu, vienlaikus saglabājot to pašu pamata enerģijas-pārvades fiziku. Tālāk sniegtās vienkāršotās diagrammas parāda šo attīstību.
5. Magnētiskais piesātinājums: darbības ierobežojums
Induktora enerģijas uzkrāšanas spēju ierobežo magnētiskā serdeņa materiāls. Piesātinājums notiek, kad kodols sasniedz maksimālo plūsmas blīvumu, kā rezultātā rodas:
• Strauja induktivitātes samazināšanās
• Straujš strāvas pieaugums
• Lielāki vara un serdes zudumi
• Iespējama termiskā un pārslēgšanas{0}}ierīces kļūme
Lai izvairītos no piesātinājuma, ir jāizvēlas piemēroti serdeņa materiāli, jākontrolē pulsācijas strāva un jādefinē piemērotas darbības frekvences.
Pastiprināšanas pārveidotāja darbību pamatā nosaka elektromagnētiskās enerģijas pārveidošana induktors. Izprotot šos principus, inženieri var paplašināt koncepcijas, iekļaujot sarežģītākas pārveidotāju arhitektūras un optimizēt magnētisko komponentu atlasi reālām -pasaulēm.
