Invertor
Invertori su elektronski pretvarači jednosmerne u naizmeničnu električnu energiju. Nazivaju se DC/AC konvertori (engleski DC, direct current - jednosmerna struja, i AC, alternation current - naizmenična struja). Pomoću invertora se povezuju sistemi koji rade sa jednosmernom sa sistemima koji rade sa naizmeničnom strujom. Na primer, solarne elektrane sa fotoćelijama proizvode jednosmerni napon, dok postojeća mreža radi sa naizmeničnim naponom. DC/DC Konvertori Prekidački izvori za napajanje (Switching Power Suplies) su jedna sasvim nova filozofija u oblasti napajanja. Ideja se pojavila još sedamdesetih godina, ali kao što to obično biva , nauka je morala da sačeka tehnologiju. Osnovni problem su predstavljali prekidački elementi (tranzistori i diode), koji se nisu dobro ponašali na visokim prekidačkim učestanostima. Ali to je prevaziđeno, i pre nekih petnaestak godina počela je njihova masovna proizvodnja i upotreba. Postoje u sve četiri varijante : AC/AC, DC/AC , AC/DC i DC/DC. Poslednji su i najzanimljiviji i najviše se koriste u elektronici. Osnovni princip je da se konstantni jednosmerni napon analognim prekidačima pretvori u promenljiv napon koji će biti pogodan za transformaciju pomoću magnetnih elemenata (kalemovi i transformatori). Rad na visokim učestanostima ( preko 50kHz ) omogućava da se elementima malih dimenzija prenosi velika količina energije, što je i njihova prva prednost .Druga prednost je veliki koeficijent korisnog dejstva (često i iznad 90%) ,koji ih čini veoma zgodnim za uredjaje sa baterijskim napajanjem. Danas se DC/DC konvertori masovno primenjuju u različitim oblastima : napajanja za stone i prenosne računare, telefonske centrale , mobilne telefone i sve slične elektronske uređaje. Izrađuju se za snage od nekoliko vati do nekoliko kilovata. Postoji više različitih tipova DC-DC konvertora : BOOST, BUCK , BUCK-BOOST , FLYBACK , FORWARD itd. , koji se razlikuju po konstrukciji i osobinama. Za razumevanje je najpogodniji BOOST konvertor, čija je principijelna šema data na slici 1. , i čiji ćemo rad ukratko objasniti. Slika 1. Pretpostavimo da je kolo u ustaljenom stanju i da postoji neki periodični režim .Sve struje i svi naponi periodično se ponavljaju sa periodom Ts odnosno učestanošću Fs (prekidačka učestanost). Pretpostavimo da kroz kalem stalno teče neka struja. To znači da će ta struja na početku i kraju svakog intervala imati neku vrednost I0 a unutar intervala može da se menja. Kako je srednja vrednost struje u svakom intervalu konstantna, tada i srednja vrednost napona na kalemu mora biti jednaka nuli (stvar poznata iz teorije kola). Takođe ćemo pretpostaviti da je kondezator Cs na izlazu velikog kapaciteta, i da je na njemu napon približno konstantan , i ima neku vrednost Vout koja je ujedno i izlazni napon na potrošaču. Pretpostavimo i da je Vout>Vin. U intervalu 0-DTs ( 0<D<1 ) prekidač je uključen i napon na kalemu ima konstantnu vrednost Vin. Zbog toga će struja linearno rasti sa vremenom, i posle vremena DTs će imati neku vrednost I1. Za to vreme dioda Ds je bila inverzno polarisana i nije provodila struju, a struju potrošača je davao kondezator .U trenutku DTs se isključi prekidač. Struja kalema ne može trenutno da opadne na nulu, i nastaviće da teče kroz diodu i da puni izlazni kondezator. Međutim, sada je napon na kalemu VLs = Vin - Vout < 0 i konstantan je , pa će struja kalema početi linearno da opada , i do kraja periode Ts će opasti do početne vrednosti I0. Srednja vrednost napona na kalemu u toku jedne periode mora biti jednaka nuli, i na osnovu toga se može napisati sledeća jednačina : D*Ts*Vin + (1-D)*Ts*(Vout - Vin) = 0 Iz ovoga sledi da je Vout=1/(1-D)*Vin, dakle izlazni napon je veći od ulaznog , i njegova vrednost se može podešavati parametrom D (Duty Ratio). Najzanimljivija stvar je da izlazni napon ne zavisi od struje potrošača, i praktično smo dobili idealni naponski izvor napona Vout. Trik se krije u srednjoj vrednosti struje kalema, koja je direktno proporcionalna struji potrošača ,i koja se sama podesi na vrednost koja odgovara trenutnoj potrošnji. Da su elementi idealni, koeficijent korisnog dejstva ovog konvertora bi bio 100% , a u realnom slučaju može da iznosi i do 95%. Iz ovoga vidimo da je kalem ključni element koji služi za prebacivanje energije sa ulaza na izlaz, i na tom principu se zasniva i rad ostalih konvertora. Za razliku od BOOST konvertora, BUCK konvertor spušta izlazni napon ( 0<Vout<Vin) ,a BUCK-BOOST daje negativan izlazni napon proizvoljne vrednosti ( Vout<0 ). FLYBACK i FORWARD sadrže transformator, tako da obezbeđuju i galvansko razdvajanje. U svakom slučaju, pravim izborom konvertora se može od bilo kog ulaznog , dobiti bilo koji izlazni napon. Čipove koji upravljaju radom konvertora ( uključuju i isključuju prekidački tranzistor ), danas prave gotovo svi veći proizvođači poluprovodnika ,kao što su : National Semiconductor , Texas Instruments , Motorolla , Linear Technology , Unitrode i za sve svoje proizvode daju detaljnu dokumentaciju ( Data Sheets , Application Notes ) sa brojnim primerima primene. Na slici 2. je upravo prikazan jedan BOOST konvertor firme Texas Instruments.