5.2. Импульсный понижающий преобразователь

В режиме разрывного тока индуктивности часть периода равен нулю Imin=0. В этом режиме время до протекания тока индуктивности td на обратном ходе определяется условиями нагрузки. Напряжение на выходе преобразователя в режиме разрывного тока постепенно возрастает и будет возрастать до тех пор, пока не установится баланс между энергией, подкачиваемой в нагрузку на прямом ходе, и энергией, расходуемой нагрузкой.

Энергия, накопленная индуктивностью:

(35)

Энергия, израсходованная нагрузкой:

(36)

Приравнивая эти выражения между собой , получим

(37)

Максимальный ток

(38)

В режиме разрывного тока(т.е. при нулевом значении минимального тока ) определяется следующим выражением:

(39)

Подставив в уравнение баланса выражение для максимального тока, получим:

(40)

Решая это уравнение относительно Voutполучим:

= (41)

Это уравнение удобнее представить через заполнение сигнала Q и реактивного сопротивления индуктивности

= (42)

(43)

Таким образом, в разрывном режиме выходного напряжения всегда меньше входного напряжения и зависит от заполнения импульсов и отношения реактивного сопротивления индуктивности и активного сопротивления нагрузки.

При заполнении, стремящимся к нулю, выходное напряжение также стремится к нулю. При сопротивлении нагрузки , стремящемся к бесконечности(отсутствие нагрузки), выходное напряжение стремится к входному напряжению.

Таблица 16 - Исходные данные

N	L1, мкГн	C1, мкФ	Rload, КОм	R1, Ом
12	19	49	0.88	448

Рисунок 5.2.1 - Схема понижающего преобразователя для режима разрывного тока

Рисунок 5.2.2 - Изменение напряжений на выходе преобразователя V(out), ключе V(sw); тока индуктивности I(L1) в разрывном режиме понижающего преобразователя

Рисунок 5.2.3 - Упрощенная схема преобразователя для обратного хода

Рисунок 5.2.4 – Изменение напряжений на выходе V(out), на ключе V(sw); тока индуктивности I(L1) упрощенной схемы понижающего преобразователя на интервале обратного хода 3 мкс

Частота осцилляций составляет примерно 3.2 МГц.

Рисунок 5.2.5 - Изменение напряжений на выходе V(out), на ключе V(sw); тока индуктивности I(L1) упрощенной схемы понижающего преобразователя на интервале обратного хода 100 мс

Емкость колебательного контура:

(44)

Рисунок 5.2.6 - Схема замещения диода на обратном ходе понижающего преобразователя

Рисунок 5.2.7 - Переходные процессы в схеме замещения диода в разных фазах обратного хода: открытый ход; IL(0) = 70 мА; интервал 2мкс; Rd = 0.1 Ом

Рисунок 5.2.8 - Переходные процессы в схеме замещения диода в разных фазах обратного хода: открытый ход; интервал 3мкс; IL(0) = 70 мА; Rd = 0.1 Ом

Рисунок 5.2.9 - Переходные процессы в схеме замещения диода в разных фазах обратного хода: частично закрытый ход; IL(0) = 0.5 мА; Rd = 10 кОм; Cp = 130пФ

Как видно из результатов моделирования, кроме высокочастотных, в схеме могут возникать низкочастотные колебания. Их частота определяется колебаниями в контуре, образованным индуктивность L₁ и конденсатором фильтра C₁. Соответствующая резонансная частота f_LC определяется формулой:

(45)