4.2 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.

Исходные данные:

Транзистор p-n-p.

Диод DFLS220L (Диод Шоттки).

Рисунок 4.2.1 -Схема понижающего преобразователя для режима разрывного тока

Рисунок 4.2.2 -Изменение напряжений на выходе преобразователя V(out), ключе V(sw); тока индуктивности I(L1) в разрывном режиме понижающего преобразователя

Рисунок 4.2.3 -Упрощенная схема преобразователя для обратного хода

Рисунок 4.2.4 -Изменение напряжений на выходе V(out), на ключе V(sw); тока индуктивности I(L1) упрощенной схемы понижающего преобразователя на интервале обратного хода 3 мкс

Рисунок 4.2.5 -Изменение напряжений на выходе V(out), на ключе V(sw); тока индуктивности I(L1) упрощенной схемы понижающего преобразователя на интервале обратного хода 100 мс

Источники высокочастотных осцилляций

Рисунок 4.2.6 -Схема замещения диода на обратном ходе понижающего преобразователя

Для оценки емкости конденсатора Cdв схеме замещения использовалась частота высокочастотных колебаний в схеме. Соответствующая емкость колебательного контура вычислялась по формуле для значений частоты f=3,5МГц и индуктивности L=22мкГн:

Величина сопротивления замещения Rd в частично закрытом состоянии диода влияет на скорость затухания высокочастотных колебаний. Соответственно, было подобрано значение Rd=10kOmдля закрытого состояния диода.

Рисунок 4.2.7 -Переходные процессы в схеме замещения диода в разных фазах обратного хода: открытый ход; IL(0) = 70 мА; интервал 2мкс; Rd = 0.1 Ом

Рисунок 4.2.8 -Переходные процессы в схеме замещения диода в разных фазах обратного хода: открытый ход; интервал 3мкс; IL(0) = 70 мА; Rd = 0.1 Ом

Рисунок 4.2.9 -Переходные процессы в схеме замещения диода в разных фазах обратного хода: частично закрытый ход; IL(0) = 0.5 мА; Rd = 10 кОм; Cp = 94 пФ