Что такое обратноходовый импульсный блок питания
Как мы писали в статье, описывающей принцип работы понижающего преобразователя напряжения, у него есть три существенные особенности, ограничивающие его применение. Во-первых, отсутствие гальванической развязки между входной и выходной цепями. Во-вторых, низкая эффективность работы в случае, если выходное напряжение сильно меньше входного. В-третьих, невозможность формирования на выходе напряжения большего, чем входное.
Логичным развитием понижающей схемы является прямоходовый однотактный импульсный преобразователь. Он свободен от всех трех особенностей, названных выше. Но применение в нем трансформатора сразу же порождает проблему размагничивания.
Вашему вниманию подборки материалов:
Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Здесь же напомню только, что приложение напряжения к первичной обмотке трансформатора не только приводит к появлению напряжения на вторичной, но и начинает намагничивать сердечник. То есть первичная обмотка ведет себя, как индуктор. Через нее начинает идти возрастающий со временем ток намагничивания. Именно из-за этого тока трансформатор не может передавать во вторичную обмотку постоянное напряжение. Кроме того связь первичной обмотки со вторичной неидеальная. Присутствует индуктивность утечки. В этой индуктивности тоже накапливается энергия. Из сказанного понятно, что подключить первичную обмотку трансформатора к источнику питания, а потом просто отключить ее, нельзя. Это приведет к броску напряжения в момент отключения (сила тока через индуктивность не может меняться резко, подробнее об этом в статье о катушках индуктивности) и пробою силового ключа.
Нужно предусмотреть специальную схему размагничивания, через которую пойдет ток после закрытия силового ключа, в которой сформируется напряжение обратной полярности, что позволит отвести энергию, накопленную в индуктивности первичной обмотки и индуктивности утечки.
Преимущества, недостатки, применимость
Но за эти преимущества приходится платить наличием индуктивности связи между обмотками, то есть наличием дополнительных скачков напряжения на силовом ключе, превосходящих расчетные значения. Причем, чем больше ток нагрузки, тем больше будут эти скачки. Именно эти скачки, приводящие к пробою силового ключа, являются основным фактором, ограничивающим максимальную мощность этой схемы.
Обратноходовая схема является самой простой в реализации из всех топологий, содержит минимум деталей, имеет минимальную стоимость.
Заключение
Итак, мы рассмотрели алгоритмы работы импульсных и трансформаторных блоков питания. Как вы видите, несмотря на очень широкое распространение импульсных блоков питания, трансформаторные БП все так же находят свое применение в аппаратуре, чувствительной к высокочастотным помехам.
Статья оказалась вам полезна и интересна, тогда оцените ее пальцем вверх. Спасибо за ваше внимание!
Обратноходовая топология – это универсальная, широко используемая конструкция импульсного источника питания с рядом интересных характеристик, во многих приложениях обеспечивающих высокий уровень параметров и экономию материалов
Обратноходовой преобразователь – это конструкция импульсного источника питания, которая используется более 70 лет и продолжает развиваться в наши дни. Такие источники питания, называемые также преобразователями энергии, имеют две различные рабочие фазы, в которых мощность со стороны входа передается на выход только тогда, когда коммутатор первичной стороны выключен, и его ток равен нулю или близок к нему. Перечень компонентов ядра обратноходовой конструкции довольно короток и недорог: входной конденсатор, MOSFET ключа первичной стороны, выпрямительный диод на выходе (на вторичной стороне) и выходной конденсатор. Кроме того, есть сам обратноходовой трансформатор; (конечно, как и в любом проекте, окончательная схема будет более сложной).
Конструкция обратноходового преобразователя была разработана в 1930-х и 1940-х годах и существенно усовершенствована в 1950-х годах с появлением коммерческого телевидения. В некотором смысле, она предшествовала нашей современной концепции нелинейных источников питания.
Первоначальным назначением обратноходового преобразователя было создание высокого напряжения, необходимого для питания кинескопа и других электровакуумных приборов, выполнявших функции «активной» электроники до появления транзисторов и микросхем. В результате усовершенствований, стимулируемых огромным объемом рынка телевизоров, преобразователь был оптимизирован для низкой стоимости, высокой надежности, безопасности и технологичности. Обратноходовая конструкция и ее характеристики хорошо подходят для источников питания низкой и средней мощности в диапазоне от 100 до 250 Вт.
Выбор частоты работы контроллера
При выборе частоты мы руководствуемся такими же соображениями, что и для инвертирующего преобразователя. Расчет емкости конденсатора C4 и резистора R3 также аналогичный.
Недостатки и достоинства блоков питания с трансформатором
- Главным слабым элементом, а, следовательно, недостатком подобных блоков питания является трансформатор. Его размеры просто физически не позволяют создать компактные зарядные устройства, а его стоимость зачастую в несколько раз больше стоимости всех остальных комплектующих изделия.
- Также у подобных блоков питания низкий КПД (по сравнению с импульсным блоком питания).
- Для стабилизации выходного напряжения необходимо дополнительно использовать стабилизатор, который еще сильнее уменьшает КПД (за счет дополнительных потерь).
Помимо слабых сторон у таких изделий есть и неоспоримые плюсы, а именно:
- Высокая надежность изделия.
- Подобные блоки питания не генерируют паразитных радиоволновых помех (в отличие от импульсных блоков питания).
- Довольно простая конструкция.
Основы обратноходовых преобразователей
В отличие от других конструкций, где трансформатор используется только для понижения или повышения напряжения, в обратноходовом преобразователе трансформатор дополнительно служит дросселем – магнитным устройством хранения энергии. Помимо основных обмоток (первичной и вторичной), этот трансформатор имеет дополнительные обмотки, критически важные для работы с обратной связью. Отношение числа витков обмоток трансформатора выполняет две роли: устанавливает уровень выходного напряжения относительно входного и обеспечивает гальваническую изоляцию. При использовании дополнительных обмоток обратноходовая конструкция может одновременно поддерживать несколько выходов.
В основном цикле обратного хода замыкание ключа первичной стороны увеличивает ток и магнитный поток в первичной обмотке трансформатора/ дросселя, поскольку к первичной стороне подключен источник питания (Рисунок 1). Напряжение в обмотке вторичной стороны отрицательно из-за встречной ориентации первичной и вторичной обмоток. Следовательно, диод смещен в обратном направлении и блокирует протекание тока, а конденсатор вторичной стороны отдает ток в нагрузку во время рабочей фазы.
Рисунок 1. | В первом цикле обратноходового преобразования ключ первичнойстороны замкнут, что увеличивает ток первичной стороны и магнитный поток трансформатора/дросселя. (Источник: Википедия). |
В следующей фазе цикла ключ разомкнут (Рисунок 2), поэтому ток первичной стороны спадает до нуля и магнитный поток прерывается. Теперь напряжение вторичной стороны становится положительным, диод открывается, и ток из вторичной обмотки трансформатора идет в конденсатор, пополняя его заряд.
Рисунок 2. | Во втором цикле обратноходового преобразования ключ первичной стороны разомкнут, и ток идет из вторичной обмотки трансформатора в конденсатор. (Источник: Википедия). |
В обратноходовой схеме выходной конденсатор аналогичен ведру, которое либо наполняется (перезаряжается), либо опорожняется (питает нагрузку), но никогда не наполняется и опорожняется одновременно. Образующиеся в результате пульсации выходного напряжения должны фильтроваться конденсатором, заряд которого никогда не должен падать до нуля. Название «обратноходовой» происходит из-за резких прерываний циклов коммутации MOSFET, которые выглядят как внезапное изменение направления тока (Рисунок 3).
Рисунок 3. | Формы токов в основных узлах первичной и вторичной сторон обратноходовой схемы показывают резкие смены направления и скачки. (Источник: Википедия). |
Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет изменения коэффициента заполнения импульсов, управляющих ключом первичной стороны. В некоторых конструкциях дополнительно регулируется частота переключения (более быстрое переключение позволяет точнее отслеживать разницу между желаемым и фактическим выходным напряжением). Эта обратная связь с требуемой изоляцией между входом и выходом реализуется либо, как показано на Рисунке 4а, с помощью специальной обмотки трансформатора (традиционный и исторически первый подход), либо с помощью оптоизолятора (Рисунок 4б).
Рисунок 4. | В традиционной обратноходовой конструкции используется трансформатор/катушка индуктивности с как минимум двумя первичными обмотками и одной вторичной обмоткой (а). В некоторых обратноходовых конструкциях для изоляции цепи обратной связи используют оптопару, функционально эквивалентную второй обмотке первичной стороны (б). |
Плюсы и минусы импульсных блоков питания
По сравнению с трансформаторными аналогами импульсные блоки питания аналогичной мощности имеют довольно скромные габариты, а вследствие этого и довольно малый вес устройства.
У импульсных БП КПД достигает 98% (потери в устройстве обусловлены лишь с переходными процессами во время открывания ключей).
По причине очень широкого распространения комплектующих, готовые изделия имеют относительно низкую стоимость.
- Высокочастотные помехи. Так как сам принцип работы подобных устройств построен на преобразовании высокочастотных импульсов, то неизбежна выработка паразитных составляющих.
Размагничивающая обмотка
Чтобы энергии, накопленной в магнитном поле было куда уйти после размыкания силового ключа, предусмотрена размагничивающая обмотка L6. Она включена так, чтобы ток через нее пошел в цепи питания, возвращая им энергию. То есть к плюсу питания получается приложенным еще более положительное напряжение.
Чем помогает эта обмотка? В идеальной ситуации катушке индуктивности все равно, в какой обмотке течет ток. Главное, чтобы индукция (степень намагничивания) была постоянной. То есть ток как бы может перетекать из одной обмотки в другую. Если при этом индукция не меняется, то и подвода / отвода энергии не требуется. Например, если у нас есть две обмотки 20 и 40 витков, то замена тока в 2 А в первой на ток в 1 А во второй не вызовет никаких бросков напряжения и может произойти мгновенно.
Сказанное верно для идеального трансформатора. В реальных условиях между первичной и размагничивающей обмотками также есть индуктивность утечки, что препятствует моментальному перетеканию тока из одной обмотки в другую. Скачок напряжения при размыкании ключа все таки возникает, хотя и не такой большой, как если бы размагничивающей обмотки не было. Прогнозировать величину этого всплеска трудно, так как надежно рассчитать индуктивность утечки обычно не удается. Но из общих соображений можно утверждать, что чем больше ток нагрузки, тем больше будет скачок напряжения. Во-первых, чем больше ток, тем сильнее скачок при его переходе в другую обмотку. Во-вторых, чем больше ток, тем толще провод первичной обмотки, что увеличивает индуктивность утечки (связи). Именно эта паразитная индуктивность ограничивает максимальную мощность схем источников питания прямоходовой однофазной топологии. Есть красивое решение, позволяющее полностью исключить влияние этой индуктивности и строить источники питания такой мощности, какую позволяет силовой ключ. Оно описано в самом конце статьи.
Размагничивающую обмотку наматывают обычно непосредственно под или над первичной, иногда переплетают провода этих обмоток. Все это делается для снижения индуктивности утечки. Через размагничивающую обмотку идет довольно небольшой ток, так что она выполняется тонким проводом.
[Число витков размагничивающей обмотки] = [Число витков первичной обмотки] * (1 - [Максимальный коэффициент заполнения]) / [Максимальный коэффициент заполнения]
[Максимальное напряжение на силовом ключе, В] = 1.3 * [Максимальное входное напряжение, В] * (1 + [Максимальный коэффициент заполнения] / (1 - [Максимальный коэффициент заполнения]))
Если бы не описанная выше индуктивность утечки, коэффициент 1.3 не понадобился бы, а так мы делаем наобум запас 30%. Однако и его бывает недостаточно. Как видно из формулы, если коэффициент заполнения стремится к единице, то напряжение на силовом ключе стремится к бесконечности.
Непрерывный / прерывный ток
Выберем режим тока через дроссель. Когда мы будем говорить о токе через дроссель, то будем иметь ввиду силу тока, приведенную у первичной обмотке, то есть для тока, проходящего через первичную обмотку, силой тока через дроссель будет именно она, а для тока, проходящего через вторичную обмотку, под силой тока через дроссель будет пониматься сила тока через вторичную обмотку умноженная на коэффициент трансформации. Подробный анализ достоинств и недостатков режима прерывного и режима непрерывного тока.
Режимы работы
Обратноходовые (и многие другие типы преобразователей) могут быть спроектированы для работы в одном из двух режимов. В режиме прерывистой проводимости (discontinuous conduction mode – DCM) трансформатор может полностью размагничиваться в каждом цикле коммутации. Обычно такая схема работает на фиксированной частоте переключения с модуляцией пикового тока в соответствии с требованиями нагрузки. В режиме непрерывной проводимости (continuous conduction mode – CCM) ток всегда течет в трансформаторе в каждом цикле коммутации. Поэтому в трансформаторе всегда присутствует некоторая остаточная энергия, поскольку каждый цикл переключения начинается раньше, чем ток успевает полностью прекратиться.
При DCM отсутствуют потери обратного восстановления в выходном выпрямителе, так как в каждом цикле коммутации его ток спадает до нуля. Требуемое значение индуктивности первичной стороны невелико и позволяет уменьшить размеры трансформатора. Теоретически, конструкции DCM присуща более высокая устойчивость, поскольку в правой полуплоскости ее передаточной функции нет нуля. Однако в режиме прерывистой проводимости выходной ток имеет очень большие пульсации, что, соответственно, требует больших фильтров.
В отличие от DCM, CCM имеет небольшие пульсации и среднеквадратичные токи. Эти более низкие токи уменьшают потери проводимости и переключения, а меньшие пиковые токи позволяют использовать компоненты фильтров меньших размеров. Однако недостатком CCM является наличие нуля в правой полуплоскости передаточной функции, что ограничит полосу пропускания контура регулирования и ухудшит его динамический отклик. CCM также требует большей индуктивности дросселя и, следовательно, магнитного компонента большего размера.
Проектирование обратноходового преобразователя
Разберем процесс проектирования и расчета обратноходового преобразователя. В конце статьи мы разместили форму, в которую можно забить необходимые параметры источника, провести расчет онлайн и получить номиналы всех элементов.
Если нам необходима гальваническая развязка выходной и входной цепей, то в цепи обратной связи по напряжению применяется оптрон. Если же такая развязка не требуется, то минусовую шину выходной цепи соединяют с общим проводом входной, оптрон исключают, а резистор R9 соединяют непосредственно с R11.
Ключевым недостатком оптронов является большой разброс их параметров. Коэффициент передачи тока у них даже в рамках одной партии может быть от 0.3 до 10. Но в рассматриваемой топологии это не так критично, как в прямоходовой, так как здесь применяется другая схема коррекции. Разброс параметров оптрона можно компенсировать подбором резистора R9 без пересчета всех других элементов схемы. Схема рассчитывается исходя из коэффициента передачи тока оптрона, равного 1, а потом подбирается R9.
В качестве ШИМ - контроллера мы используем любимую микросхему 1156ЕУ3.
В наших схемах в качестве силового ключа используются мощный биполярный транзистор или мощный полевой транзистор. Подробнее о работе биполярного транзистора и полевого транзистора в качестве силового ключа. Также на схемах показано два подхода к ограничению тока: считывающий резистор и токовый трансформатор. Считывающий резистор показан на схеме с полевым транзистором, а токовый трансформатор - на схеме с биполярным. Однако применять можно и наоборот, считывающий резистор с биполярным, а токовый трансформатор с полевым транзистором.
(1) Можно ли рассчитать обратноходовый преобразователь, у которого на выходе будет мостовой выпрямитель на 250 В, а также умножитель на 4 или 3 с выходным напряжением 700 В (ток около 5-7 мА) - для питания ЭЛТ осциллографа? Точнее - для 250 В выпрямитель на одном диоде, а 700 В на умножителе. (2) А почему Вы ничего не говорите про демпфирующую цепь, включаемую параллельно Читать ответ.
Прямоходовый однотактный импульсный преобразователь напряжения, источн.
Как сконструировать прямоходовый импульсный преобразователь. В каких ситуациях о.
Повышающий импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Ко.
Как сконструировать повышающий импульсный преобразователь. Как выбрать частоту р.
Пушпульный импульсный преобразователь напряжения. Выбор ключа - биполя.
Как сконструировать пуш-пульный импульсный источник питания. Как выбрать мощные .
Понижающий импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Пр.
Понижение напряжения постоянного тока. Как работает понижающий преобразователь н.
Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму.
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи.
Резистор R1 подстроечный 200 кОм - служит для установки максимально допустимого коэффициента заполнения. Оптимальным значением для коэффициента заполнения будет 50%. Однако в некоторых случаях, например, для уменьшения напряжения на силовом ключе, эта величина может отличаться от 50%. Вам необходимо определиться с коэффициентом заполнения на начальном этапе. Настройка резистора R1 проводится таким образом. Отключаются силовые элементы. Далее с помощью осциллографа этим резистором устанавливается рассчитанное значение коэффициента заполнения.
Резистор R16 подстроечный 200 кОм - служит для регулировки выходного напряжения.
Резистор R8 50 Ом. Если Вы применяете в качестве ШИМ - контроллера микросхему с двухтактным выходом (например, упомянутую выше 1156ЕУ3), то этот резистор можно не ставить. Если же Ваш контроллер имеет на выходе открытый эмиттер, то без резистора R8 не обойтись.
Вашему вниманию подборки материалов:
Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Диод VD1 маломощный, например, КД510
Конденсатор C1 0.1 мкФ, согласно рекомендациям производителей контроллера.
Конденсатор C5 0.1 мкФ. Этот конденсатор задает скорость мягкого старта. Он заряжается током 1 мкА от контроллера. По мере роста напряжения на нем, растет максимально возможный коэффициент заполнения. Этот процесс продолжается, пока напряжение не будет ограничено диодом VD1 и подстроечным резистором R1.
Конденсатор C6 22 пФ для фильтрации высокочастотных помех, чтобы защита по току не срабатывала от помех.
Резистор R15 1 кОм. Он также, как и C5, нужен для фильтрации высокочастотных помех.
Резистор R16 10 - 20 Ом. Он выбирается согласно рекомендациям производителя микросхемы D2.
Диоды VD5, VD6 HER308.
Оптрон VD7 - VT8 TLP521.
Емкость выходных конденсаторов
Выходные конденсаторы C8 и C9 рассчитываются также, как для инвертирующей схемы.
(1) Можно ли рассчитать обратноходовый преобразователь, у которого на выходе будет мостовой выпрямитель на 250 В, а также умножитель на 4 или 3 с выходным напряжением 700 В (ток около 5-7 мА) - для питания ЭЛТ осциллографа? Точнее - для 250 В выпрямитель на одном диоде, а 700 В на умножителе. (2) А почему Вы ничего не говорите про демпфирующую цепь, включаемую параллельно Читать ответ.
Простой импульсный прямоходовый преобразователь напряжения. 5 - 12 вол.
Схема простого преобразователя напряжения для питания операционного усилителя.
Полумостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, .
Как работает полу-мостовой стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание.
Пушпульный импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен.
Как рассчитать пуш-пульный импульсный преобразователь напряжения. Как подавить п.
Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Принцип р.
Сборка и наладка повышающего преобразователя напряжения. Описание принципа работ.
Силовой импульсный преобразователь, источник синуса, синусоиды, синусо.
Принцип работы, самостоятельное изготовление и наладка импульсного силового прео.
Повышающие переменное, постоянное напряжение бестрансформаторные преоб.
Повышение напряжения без трансформатора. Умножители. Рассчитать онлайн. Преобраз.
Заключение
При выборе топологии источника питания или преобразователя существует множество разумных вариантов, каждый из которых обладает уникальным набором функций, а также положительными и отрицательными характеристиками. Они должны быть сопоставлены с приоритетами системы, их техническими характеристиками и финансовыми затратами. Обратноходовая топология является реальным конкурентом в приложениях мощностью до нескольких сотен ватт при напряжениях от единиц вольт до киловольт, и она особенно привлекательна, когда требуется несколько выходных постоянных напряжений и изоляция входа/выхода.
Обратноходовый преобразователь напряжения является развитием идеи инвертирующей топологии.
В нем используется тот эффект, что в катушке индуктивности накапливается энергия. Если приложить напряжение к катушке индуктивности, то сила тока через катушку будет возрастать, магнитное поле усиливаться, энергия накапливаться. Однако отдавать энергию дроссель может через другую обмотку, если он (дроссель) имеет несколько обмоток. Изображенное на схеме устройство L4, L5 правильнее называть именно дросселем с несколькими обмотками, а не трансформатором.
Вашему вниманию подборки материалов:
Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Когда ключ замкнут, происходит накопление энергии в магнитом поле катушки индуктивности. Ток идет по контуру S1. В это время нагрузка питается напряжением, сформированным на выходном конденсаторе C2.
Когда ключ размыкается, ток начинает течь по контуру S2. При этом ток течет уже по другой обмотке, а сила тока получается такой, чтобы индукция (интенсивность магнитного поля) осталась такой же, какая она была при протекании тока S1. То есть сила тока S2 будет равна силе тока S1, поделенной на коэффициент трансформации. Ток S2 заряжает выходной конденсатор C2.
Блок управления D1 меняет время, в течение которого ключ остается открытым в зависимости от напряжения на конденсаторе C2. То есть микросхема D1 осуществляет широтно-импульсную модуляцию.
Конденсатор C1 нужен для того, чтобы уменьшить пульсации тока во входной цепи, отбирать из нее не импульсный, а средний ток.
Размагничивание сердечника трансформатора
Чтобы обеспечить надежное размагничивание сердечника трансформатора без посторонней помощи (без приложения внешнего размагничивающего напряжения), в сердечнике предусматривается небольшой зазор (0.1 - 0.2 мм). Без этого зазора сердечник намагничивается по своей средней магнитной линии. Магнитное поле закольцовывается и само себя поддерживает. Получается такой закольцованный постоянный магнит. Если же есть зазор, то вся энергия как бы накапливается именно в этом зазоре, так как его магнитная проводимость на несколько порядков ниже магнитной проводимости материала сердечника. Это получается как плотина на бурной реке. В зазоре нет ферромагнитного материала. Там нечему намагничиваться. Так что там магнитное поле сразу же спадает, как только уменьшается ток через катушку.
Блок питания с силовым трансформатором
Для простоты понимания давайте изучим упрощенную схему подобного блока питания (БП)
Из выше представленного рисунка видно, что на входе расположен понижающий трансформатор. Благодаря ему выполняется трансформация входящего напряжения, например 230 вольт, на выходное напряжение, например 12 Вольт. Так же трансформатор служит гальванической развязкой высокой и низкой стороны.
Далее идет блок выпрямителя, в котором происходит преобразование синусоидального тока в импульсный. Для этого в рассматриваемом блоке применяются диоды, соединенные мостом.
В третьем блоке совмещены сразу две функции, а именно: сглаживание напряжения (для этого применяется конденсатор с подобранной емкостью) и его стабилизация (чтобы избежать провалов при возрастании нагрузки).
Еще раз скажу, что представленная схема довольно сильно упрощена, так как не указаны входной фильтр и цепи защиты, но для понимания принципа работы эти опущения допустимы.
Импульсные блоки питания
Давайте теперь рассмотрим упрощенную структурную схему импульсного блока питания:
Принцип работы подобных блоков питания имеет существенную разницу от трансформаторных блоков питания и в первую очередь она обусловлена тем, что здесь отсутствует сам трансформатор. А теперь давайте познакомимся с алгоритмом подробнее:
- Сетевое напряжение поступает на сетевой фильтр. Главная функция представленного элемента - снижение сетевых помех, которые возникают непосредственно в самом блоке питания и присутствуют в приходящем из сети напряжении.
- Затем подключается к работе преобразовательный блок, который трансформирует напряжение синусоидальной формы в постоянное напряжение импульсного характера. Затем подключается сглаживающий фильтр.
- Далее инвертор формирует прямоугольный высокочастотный сигнал. При этом обратная связь с инвертором выполняется через блок управления.
- Дальнейшим элементом, вступающим в работу, является блок ИТ (силовой трансформатор). Данный блок выполняет гальваническую развязку. Так же ИТ нужен для автоматического генераторного режима и для запитывания цепей защиты, управления и нагрузки. Сердечник элемента производится из ферромагнитных материалов, которые гарантируют передачу высокочастотных сигналов, находящиеся в пределе от 20 кГц до 100 кГц.
- Следующим элементом, вступающим в процесс преобразования, является выходной выпрямитель. Так как здесь происходит работа с напряжением высокой частоты, то в этом блоке применяются диоды Шоттки.
- И на завершающем этапе на выходном фильтре происходит сглаживание напряжения и выдача преобразованного напряжения на нагрузку.
Вот мы и рассмотрели алгоритм работы импульсного блока питания, давайте теперь узнаем, какие у них есть преимущества и недостатки
Усовершенствование обратноходового преобразователя
Как и в случае любой конструкции источника питания, некоторые изменения и улучшения могут превратить хороший источник в очень хороший. В DCM существует мертвое время или «резонансный звон», когда ни диод, ни MOSFET не проводят ток. Этот звон возникает вследствие взаимодействия между первичной индуктивностью трансформатора и паразитной емкостью коммутационного узла. В квазирезонансной схеме пиковый ток и частота переключения регулируются таким образом, чтобы MOSFET включался в первом «провале» этих резонансных колебаний и минимизировал потери.
Современные микросхемы контроллеров сводят к минимуму многие неизбежные проблемы разработки законченных обратноходовых источников питания, улучшая при этом их характеристики. Например, выпускаемый Analog Devices контроллер обратноходового преобразователя LT8316 при входном напряжении от 20 до 600 В может непосредственно отдавать в нагрузку мощность до 100 Вт (Рисунок 5), поддерживая широкий диапазон выходных напряжений.
Рисунок 5. | Законченный изолированный обратноходовой преобразователь напряжения 20…600 В с выходной мощностью до 100 Вт. |
Рекомендации, данные в техническом описании, упрощают выбор обратноходового трансформатора, предоставляя таблицу распространенных пар входных/выходных напряжений и токов с соответствующими именами поставщиков и доступными моделями стандартных трансформаторов. В результате разработать хорошую обратноходовую схему стало намного проще.
Принцип действия схемы
Когда ключ замкнут, к первичной обмотке трансформатора приложено входное напряжение. На вторичной обмотке формируется напряжение. Разница напряжения на вторичной обмотке и выходного приложено к дросселю L1. Сила тока в дросселе нарастает, индуктор накапливает энергию. Ток идет по контурам S1 в цепях первичной и вторичной обмоток трансформатора. Функционирование цепей вторичной обмотки совершенно аналогично функционированию соответствующих цепей понижающего преобразователя, так что мы их рассматривать не будем.
Уважаемый Автор, спасибо за очень интересные, подробные и написанные простым понятным языком статьи по импульсным преобразователям. Многое в голове разложилось по полочкам, тем не менее остались некоторые вопросы. (1) Все схемы в Ваших конструкциях основаны на ШИМ преобразователе с постоянной частотой следования импульсов. Чем такой подход выгоднее релейного регулирова Читать ответ.
Простой импульсный прямоходовый преобразователь напряжения. 5 - 12 вол.
Схема простого преобразователя напряжения для питания операционного усилителя.
Обратноходовый импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Пода.
Как рассчитать обратноходовый импульсный преобразователь напряжения. Как подавит.
Пушпульный двухтактный импульсный стабилизированный преобразователь на.
Как работает пуш-пульный стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание п.
Понижающий импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен.
Как рассчитать понижающий импульсный преобразователь напряжения. Как подавить пу.
Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Принцип р.
Сборка и наладка повышающего преобразователя напряжения. Описание принципа работ.
Резонансный стабилизатор переменного напряжения, токовые клещи постоян.
Два примера применения магнитного усилителя - токовые клещи и стабилизатор напря.
Импульсный преобразователь, источник. Синус, синусоида, синусоидальное.
Импульсный силовой преобразователь напряжения в чисто синусоидальное. Принципиал.
Микроконтроллеры. Составление программы. Инструменты проектирования сх.
Как и с помощью чего программировать и отлаживать микро-контроллеры, проектирова.
Практически все современные электронные устройства уже используют для своей работы импульсные блоки питания и простые (аналоговые) блоки питания становятся довольно редкими. Для понимания того, по какой причине так случилось, давайте изучим алгоритмы их функционирования, а также сильные и слабые стороны.
Существуют ограничения по мощности
Особенность импульсных блоков питания заключена в том, что их нельзя не только перегружать, но и недогружать. В случае того, если потребление тока в цепи упадет ниже критического предела, то схема запуска может просто отказаться работать либо выходное напряжение будет иметь характеристики далекие от рабочего диапазона.
Индуктивность дросселя
[Обратное напряжение на дросселе L1, В] = [Минимальное входное напряжение, В] * [Максимальный коэффициент заполнения] / (1 - [Максимальный коэффициент заполнения])
Режим прерывного тока
[Коэффициент трансформации] = [Выходное напряжение, В] / [Обратное напряжение на дросселе L1, В]
[Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] = 1.2 * [Максимальная сила тока нагрузки, А] * [Коэффициент трансформации] / (1 - [Максимальный коэффициент заполнения])
Коэффициент 1.2 нужен для учета переходных процессов. В установившемся режиме этот коэффициент равен 1.
[Индуктивность дросселя L1, Гн] = [Минимальное входное напряжение, В] * [Максимальный коэффициент заполнения] / [Частота работы контроллера D1, Гц] / [Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] / 2
[Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А] = [Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А]
Режим непрерывного тока
Для режима непрерывного тока выбираем желаемую максимальную амплитуду пульсации тока через дроссель, тогда
[Коэффициент трансформации] = 1.3 * [Выходное напряжение, В] / [Обратное напряжение на дросселе L1, В]
Мы делаем коэффициент трансформации на 30% больше, чем для режима прерывного тока. Выбор именно 30% представляется нам оптимальным.
[Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] = 1.2 * [Максимальная сила тока нагрузки, А] * [Коэффициент трансформации] / (1 - [Максимальный коэффициент заполнения])
[Индуктивность дросселя L1, Гн] = [Максимальное входное напряжение, В] * [Максимальный коэффициент заполнения] / [Частота работы контроллера D1, Гц] / [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А] / 2
По полученным данным можно рассчитать дроссель L1. Подробнее о расчете и проектировании дросселя.
Читайте также: