Импульсные преобразователи напряжения

Импульсные преобразователи напряжения - это преобразователь напряжения, в котором регулирующий элемент работает в ключевом режиме, то есть регулирующий элемент находится или в режиме отсечки, когда его сопротивление максимально, или в режиме насыщения — с минимальным сопротивлением. Сглаживание пульсаций выходного напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента, способного накапливать электрическую энергию и отдавать её в нагрузку.

Принцип работы: важнейшими элементами импульсного источника питания являются ключ — устройство, способное за короткое время изменить сопротивление прохождению тока с минимального на максимальное и наоборот, и интегратор, напряжение на котором не может измениться мгновенно, а плавно растёт по мере накопления им энергии и так же плавно падает по мере отдачи её в нагрузку.

Рис.1 Структурная схема импульсного преобразователя

Достоинства импульсных преобразователей напряжения:

1. Работают в большом диапазоне частот – от 100кГц до 1МГц

2. Очень высокое кпд около 95%

3. Работает при больших токах

4. Малые габариты и масса

5. Небольшая стоимость

Недостатки импульсных преобразователей напряжения:

1. Наличие импульсных помех, за счет переключения ключа

Понижающий преобразователь напряжения

Рис. 2 Понижающий преобразователь напряжения

Принцип работы: в первый момент времени ключ S замкнут, ток от источника течет через индуктивный элемент L и емкостной элемент C: происходит зарядка (накапливают энергию) L и С. Диод D в этот момент времени закрыт. Затем ключ размыкается, при этом источник отключается от цепи, цепь питается за счет накопленной энергии в индуктивном элементе, ток на катушке падает. В этот момент диод открыт, т.к индуктивный элемент поменял полярность. Емкостной элемент сглаживает пульсации напряжения.

Повышающий преобразователь напряжения

Рис. 3 Повышающий преобразователь напряжения

Принцип работы: в первый момент времени когда, ключ открыт, ток от источника питания протекает через катушку индуктивности, в которой запасается энергия. Диод D при этом закрыт, цепь нагрузки отключена от источника питания, ключа и накопителя энергии. Напряжение на сопротивлении нагрузки поддерживается благодаря запасенной на конденсаторе энергии. Затем ключ размыкают ЭДС самоиндукции суммируется с напряжением питания, запасенная энергия передается в нагрузку через открытый диод D. Полученное таким способом выходное напряжение превышает напряжение питания. Расчеты должны быть очень точные, т.к схема нестабильна.

Инвертирующий преобразователь напряжения

Рис. 4 Инвертирующий преобразователь напряжения

Принцип работы: при замыкании ключа энергия запасается в индуктивности. Диод D закрыт и не пропускает ток от источника питания в нагрузку. Когда ключ размыкается ЭДС самоиндукции накопителя энергии оказывается приложенной к выпрямителю, содержащему диод D, сопротивление нагрузки R и конденсатор С. Поскольку диод выпрямителя пропускает в нагрузку только импульсы отрицательного напряжения, на выходе устройства формируется напряжение отрицательного знака.