Силовая электроника. Источники питания / Компоненты для построения источников питания
.pdf
1
СОДЕРЖАНИЕ |
|
ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ............... |
2 |
Понижающий (Buck) преобразователь мощностью до нескольких киловатт ........................................... |
2 |
Повышающий (Boost) преобразователь мощностью до нескольких киловатт .......................................... |
3 |
Инвертирующий (Buck-Boost) преобразователь ........................................................................................... |
4 |
Обратноходовой (Flyback) преобразователь мощностью до 200 Вт ............................................................ |
5 |
Прямоходовой (Forward) преобразователь .................................................................................................... |
7 |
Прямоходовой двухтранзисторный (Two-Transistor Forward) преобразователь ....................................... |
8 |
Полумостовой (Half-Bridge) преобразователь ............................................................................................... |
9 |
Мостовой (Full-Bridge) преобразователь ....................................................................................................... |
10 |
Корректоры коэффициента мощности (PFC) .................................................................................................. |
11 |
Сравнение схемных решений ........................................................................................................................... |
14 |
РАЗНОВИДНОСТИ ПРЯМОХОДОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ....................................................................... |
15 |
Классическая схема .......................................................................................................................................... |
15 |
Прямоходовой преобразователь с RCD-демпфирующей цепочкой ............................................................ |
15 |
Прямоходовой преобразователь с LCDD-демпфирующей цепочкой .......................................................... |
15 |
Прямоходовой преобразователь с резонансной схемой размагничивания трансформатора ................. |
16 |
Прямоходовой преобразователь с двумя ключами ....................................................................................... |
16 |
Прямоходовой преобразователь с активной ограничивающей цепью ...................................................... |
16 |
Прямо-обратноходовой преобразователь ...................................................................................................... |
17 |
Двойной прямоходовой преобразователь ...................................................................................................... |
17 |
Сравнение различных схем прямоходовых преобразователей ................................................................... |
18 |
ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ КВАЗИРЕЗОНАНСНЫХ И РЕЗОНАНСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ......................... |
19 |
Описание принципов работы мостового (Phase-Shift) преобразователя на примере контроллера |
|
Renesas HA16163 ............................................................................................................................................... |
19 |
Описание принципов работы квазирезонансных обратноходовых (Flyback) преобразователей |
21 |
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОТОЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ......................................................................................... |
22 |
Проектирование обратноходового трансформатора ..................................................................................... |
22 |
Проектирование прямоходового трансформатора ........................................................................................ |
22 |
Проектирование прямоходового дросселя .................................................................................................... |
23 |
ПРИМЕР РАСЧЁТА ОБРАТНОХОДОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА COOLSET INFINEON ........................... |
24 |
КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ..................................................................... |
28 |
Понижающие (Buck) преобразователи со встроенным ключом National Semiconductor......................... |
28 |
Понижающие (Buck) контроллеры в том числе и многоканальные National Semiconductor .................. |
31 |
Повышающие (Boost) преобразователи со встроенным ключом National Semiconductor ...................... |
33 |
Сдвоенные преобразователи National Semiconductor .................................................................................. |
33 |
Повышающие (Boost) контроллеры National Semiconductor ....................................................................... |
34 |
Микросхемы для синхронного выпрямления International Rectifier ........................................................... |
34 |
Микросхемы International Rectifier для построения низковольтных высокоэффективных |
|
Buck-преобразователей .................................................................................................................................... |
34 |
N-канальные транзисторы Infineon OptiMOS®2&3 85 V и 100 V для DC/DC-преобразователей .............. |
37 |
N-канальные транзисторы Infineon OptiMOS®2&3 25-40V DC/DC-преобразователей ............................. |
38 |
Транзисторы Infineon CoolMOS на рабочее напряжение 500, 600 , 650, 800 В ........................................... |
41 |
Диоды IR/Vishay для корректоров коэффициента мощности ...................................................................... |
42 |
Диоды NXP для корректоров коэффициента мощности ............................................................................... |
43 |
Диоды Infineon для корректоров коэффициента мощности на основе карбида кремния (sic)................ |
43 |
Микросхемы управления AC/DC источником питания со встроенным ключом CoolSet Infineon ............ |
44 |
Микросхемы управления AC/DC Infineon ........................................................................................................ |
45 |
Микросхемы управления DC/DC Vishay .......................................................................................................... |
45 |
Трансформаторы Wurth Elektronik для построения DC/DC-преобразователей серии WE-FLEX ............ |
47 |
Трансформаторы Wurth Elektronik для построения Flyback DC/DC-преобразователей серии WE-PoE |
|
и WE-PoE Plus .................................................................................................................................................... |
48 |
Трансформаторы Wurth Elektronik для построения Flyback AC/DC-преобразователей |
|
серии WE-UNIT.................................................................................................................................................... |
49 |
Дроссели Wurth Elektronik для построения маломощных DC/DC-преобразователей серии WE-PD4 .... |
49 |
серии WE-PD3 .................................................................................................................................................... |
51 |
серии WE-PD2 .................................................................................................................................................... |
53 |
серии WE-PD ...................................................................................................................................................... |
55 |
Дроссели для подавления помех Wurth Elektronik ....................................................................................... |
60 |
Дроссели для подавления помех Murata ....................................................................................................... |
62 |
Оптопары Vishay ................................................................................................................................................. |
70 |
Список рекомендуемой литературы ................................................................................................................ |
80 |
Техподдержка: (495) 797-5585, power.tc@symmetron.ru
2
ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Понижающий (Buck) преобразователь мощностью до нескольких киловатт
Понижающий (buck) преобразователь (рис. 1) относится к разряду прямоходовых схем. Он позволяет получать выходную мощность в несколько киловатт. Предназначен для использования в тех случаях, когда не нужна изоляция между первичной и вторичной сторонами.
В момент, когда ключ замкнут, входное напряжение подаётся через LC-фильтр на нагрузку. Ток через индуктор линейно повышается:
iLon = |
(V in −V out)ton |
+ i0 |
L |
Энергия, запасённая в индукторе в течение периода, равна:
E = L(imax−imin)2 2
В момент размыкания ключа ток через индуктор продолжает протекать в том же направлении (напряжение на индукторе сменило полярность), диод смещается в прямом направлении, образуется токовый контур: диод – индуктор – нагрузка. Энергия, запасённая в индукторе, частично отдаётся в нагрузку. В момент выключения ток через индуктор линейно снижается.
iLoff = imax − |
V out toff |
L |
Когда ключ замыкается, диод запирается, и ток через индуктор начинает расти.
|
IL |
L |
Iout |
Vin |
V1 |
|
Vout |
|
Cout |
||
|
|
|
|
Рис.1. Схема понижающего (buck) преобразователя. |
|||
Индуктор может работать как в режиме непрерывных токов (рис. 2), так и в прерывистом режиме (рис. 3). Использование прерывистого режима на больших мощностях нежелательно, поскольку в этом режиме через ключ протекает большой ток и велик уровень пульсаций тока в выходном конденсаторе.
Индуктивность дросселя вычисляется по следующей формуле:
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
V F |
|
|
1 |
|
||||
L = |
|
( |
− |
|
|
|
) |
|
V out |
|
|
|
||||||||
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
Vin _ max |
|
Vout |
V in _ max |
+V F |
|
LL |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Для режима непрерывных токов |
|
IL< 2Iout |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
IL = |
1 |
(Vin −Vout ) ton |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
L |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
V out |
+ |
V F |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
ton |
|
f |
|
|
|
V in |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
+V F |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Imax = Iout + |
1 |
|
|
I L , где |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||
VF — прямое падение на диоде, Imax — максимальный ток через ключ.
V1 |
|
|
|
V1 |
|
|
|
|
Vin |
|
|
|
Vin |
|
|
|
|
|
|
|
|
Vout |
|
|
|
|
IL |
t1 |
T |
2T |
IL |
t1 |
t2 |
T |
2T |
|
|
|
Imax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Imax |
delta IL |
|
|
|
|
|
|
|
Iout |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iout |
|
|
|
|
|
|
T |
2T |
|
|
t1 |
T |
2T |
Рис. 2. Диаграммы напряжения и тока для режима |
Рис. 3. Диаграммы напряжения и тока |
непрерывного тока в индукторе. |
для прерывистого режима. |
3
ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ
ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Для прерывистого режима IL>2Iout
ton = 2 Iout |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
(Vin +VF ) |
|
|
|||
L |
f (Vin −Vout ) |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Vout |
|
VF |
|
|
|
|||
|
|
V in |
+V F |
|
|
|
|
1 |
|
( |
|
out ) |
|
|
|
toff |
= ton |
|
|
I |
max |
= |
L |
in − |
t |
on |
|||||
|
V out |
+V F |
|
|
|
V |
V |
|
|||||||
Для повышения эффективности вместо диода может также использоваться транзистор с дополнительной схемой управления, связанной с ШИМ-кон- троллером (синхронный выпрямитель). Применение синхронного выпрямителя позволяет существенно повысить КПД преобразователя. Так, например, в типовом случае понижающий преобразователь без
синхронного выпрямителя имеет КПД, равный 86%, а с ним — 95%. В устройствах, рассчитанных на большие токи потребления (например, в схемах питания процессоров), часто используется многофазное преобразование, что позволяет снизить токи пульсаций
итем самым снизить нагрузку на выходные ёмкости
иуменьшить габариты индуктора (суммарный объём, занимаемый им на монтажной плате).
Компания National Semiconductor предлагает целый ряд специализированных микросхем, предназначенных для построения понижающих (buck) преобразователей. Имеются контроллеры для управления внешними ключами, в том числе и с синхронным выпрямителем, а также конвертеры со встроенными ключами и сдвоенные понижающие конвертеры/ контроллеры (см. раздел «Компоненты для построения источников питания»).
Повышающий (Boost) преобразователь мощностью до нескольких киловатт
Повышающий (Boost) преобразователь (рис.4.) относится к типу обратноходовых схем. Его особенность — выходное напряжение всегда больше входного. Выходная мощность может составлять сотни ватт в прерывистом режиме и до нескольких киловатт в непрерывном режиме.
Когда ключ замкнут, ток через индуктор линейно нарастает, диод заперт.
iL(ton)= Vin L ton
Энергия, запасённая в индукторе, равна
2
E = Limax 2
В момент размыкания ключа ток через индуктор продолжает течь. Напряжение на
индукторе увеличивается. Когда оно |
достига- |
ет значения Vin, диод открывается, |
напряже- |
ние на индукторе увеличивается до напряжения Vout и фиксируется. Этот уровень называется напряжением обратного хода. Индуктор на обратном ходу отдаёт накопленную энергию в нагрузку. При этом ток в нём линейно уменьшается:
iL(toff)=imax(on)− (Vout − Vin)toff
L
Энергия, отданная индуктором в секунду, должна быть достаточной для питания нагрузки:
Pload < |
Limax2 |
|
|
f |
|
|
|
2 |
|||
|
|
|
|
Iin |
IL |
L |
Id |
Iout |
Vin |
|
|
Vds |
Vout |
|
|
|
||
|
|
|
|
Cout |
Рис. 4. Схема повышающего (boost) преобразователя. |
||||
Vds
Vin
IL |
|
t1 |
T |
2T |
|
|
|
|
|
Imax |
|
delta IL |
|
|
|
|
|
||
Iin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Id |
|
|
T |
2T |
|
|
|
||
Imax |
|
|
|
|
Iout |
|
|
|
|
|
|
|
T |
2T |
Рис. 5. Диаграммы напряжения и токов в непрерывном режиме.
Индуктор может работать как в режиме непрерывных токов (рис. 5), так и в прерывистом режиме (рис. 6).
Техподдержка: (495) 797-5585, power.tc@symmetron.ru
4
ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
|
|
Для |
расчёта |
|
|
|
преобразователя |
необходимо |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
знать величины следующих параметров: Vin_min , |
|
Vin_ |
Vds |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
max , Vout , Iout , f . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
Vout |
|
|
|
|
|
||
L = |
|
+ |
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
( |
VF |
|
|
|
V in _ min |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
f |
|
Vout |
|
|
|
|
|
Vin _ min |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V out +V F |
|
|
I L |
Vin |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Для режима непрерывных токов |
IL< 2Iin . |
|
IL |
t1 |
t |
2 |
T |
2T |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
V F |
− |
|
|
|
|
|
|
Imax |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
= 1 |
|
V out |
|
|
V in |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
ton |
|
|
|
|
|
|
V out |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iin |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
= 1 |
V in |
|
ton |
I max |
= |
I in |
+ 1 |
IL |
|
Id |
t1 |
t2 |
|
T |
2T |
|||||||||||
|
|
I L |
L |
|
|
|
2 |
|
Imax |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
Для прерывистого режима |
|
IL> 2Iout . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vout + VF −Vin |
|
|
|
|
Iout |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
ton = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
t2 |
T |
2T |
||||||||||||
|
|
2Iout L |
|
|
f |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V in |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
toff |
|
= ton |
|
|
V out |
|
+ |
V F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 6. Диаграммы напряжения и токов |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ton |
|
|
для прерывистого режима. |
|
|||||||||
|
|
|
|
V out +V F −V in |
I max |
LV in |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
В разделе «Компоненты для построения источников питания» приведены схемы повышающих (Boost) преобразователей со встроенным ключом и повышающих контроллеров National Semiconductor.
Инвертирующий (Buck-Boost) преобразователь
Этот преобразователь также относится к обратноходовым схемам. Его особенность: выходное напряжение преобразователя имеет отрицательную полярность относительно земли.
Когда ключ замкнут, ток через индуктор линейно растёт и в нем запасается энергия. В момент размыкания ключа напряжение на индукторе меняет знак, ток продолжает течь через диод, заряжая конденсатор.
Как и рассмотренные выше преобразователи, инвертирующая схема также может работать в режиме непрерывного тока в индукторе (рис. 8) и в прерывистом режиме (рис. 9).
Выходное напряжение на выходе преобра-
зователя в непрерывном режиме пропорционально входному напряжению Vin и рабочему циклу ton /T , в прерывистом режиме — входному напряжению Vin и отношению времени нахождения во включённом состоянии и в выключенном.
Для расчёта схемы необходимо знать следую-
щие параметры Vin_min , Vin_max , Vout , Iout , f .
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
V in |
|
||||
I L |
= |
|
|
|
|
|
( |
Vout |
+ |
|
) |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
VF |
|
|
|
|||||||
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
V out +V F +V in |
||||||||
|
|
I L |
= I out |
|
|
V in |
+V out |
+V F |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
V in |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Id |
Iout |
VL |
L |
|
Vin |
|
Vout |
IL
Рис. 7. Схема инвертирующего (Buck-Boost) преобразователя.
Для режима непрерывных токов IL< 2Iin
|
|
|
1 |
|
|
+ |
V F |
|
|||
ton |
= |
|
|
|
V out |
|
|||||
|
|
|
|
||||||||
|
f |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
V out +V F +V in |
|||||||
I L = |
1 |
Vin ton |
I max = I L + |
1 |
I L |
||||||
L |
2 |
||||||||||
5
ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ
ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
VL |
|
|
VL |
|
|
|
|||||
Vin |
|
|
Vin |
|
|
|
|||||
t1 |
T |
2T |
t1 |
t2 |
T |
2T |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Vout |
|
|
|
|
IL |
|
|
IL |
|
|
|
|||||
Imax |
|
delta IL |
|
|
Imax |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||
TL |
|
|
|
|
T |
2T |
t1 |
t2 |
T |
2T |
|
Id |
|||||||||||
|
|
Id |
|
|
|
||||||
Imax |
|
|
Imax |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Iout |
|
|
Iout |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
t1 |
T |
|
t1 |
t2 |
T |
2T |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Рис. 8. Диаграммы напряжения и токов |
Рис. 9. Диаграммы напряжения и токов |
||||||||||
в режиме непрерывных токов. |
для прерывистого режима. |
|
|||||||||
Для прерывистого режима IL>2Iout
|
ton = |
2 Iout L |
Vout + VF |
|
|
|||||
|
|
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
f V in |
|
|
|
||
|
|
V out |
+V F +V in |
|
|
1 |
|
|
|
|
toff |
= ton |
|
|
|
= |
|
|
ton |
||
|
|
|
||||||||
|
V out +V F |
|
|
I max |
L |
V in |
||||
Обратноходовой преобразователь (Flyback converter) мощностью до 200 Вт
Обратноходовой (Flyback) преобразователь (рис. 10) по принципу работы аналогичен повышающему преобразователю (когда ключ находится в открытом состоянии (замкнут), энергия запасается в трансформаторе/индукторе, при разомкнутом ключе энергия передаётся в нагрузку).
Для расчёта преобразователя необходимо знать исходные данные Vin_min, Vin_max, Vout, Iout и f.
Индуктивность первичной обмотки |
L1 |
= |
V in2 |
_ avg |
|
, где V |
|
— среднее входное на- |
|
|
|
||||||
|
8 (Vout + VF ) Iout |
f |
In_avg |
|||||
пряжение, |
|
|
|
|||||
( |
+ |
) |
|
|
|
|
|
VIn _ avg = |
Vin _ min 2 Vin |
_ max |
I1 |
L1 |
N2 I2 |
Iout |
|
|
|
|
|
N2 |
|||
Коэффициент трансформации равен: |
Vin |
V1 |
V2 |
Vout |
|||
|
|
|
|
||||
N1 |
= |
V in _ avg |
|
|
f |
Vds |
|
N 2 |
|
V out +V F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.10. Схема обратноходового (Flyback) преобразователя. |
|||
Техподдержка: (495) 797-5585, power.tc@symmetron.ru
6
ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Ток через первичную обмотку равен:
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
I L1 = |
I out |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
N1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N 2 |
|
|||
I L1 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
( |
|
) |
|||
= |
|
|
|
|
+ |
||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
f |
|
|
|
|
|
|
Vout |
|
VF |
|
||
|
|
|
|
|
L1 |
|
|
|
|
|
|
||
Vin + (Vout +VF ) (N1 
N2 )
|
|
|
|
Vin |
|
N1 |
|
|
Vin |
|
(Vout +VF ) (N1 N 2) +Vin |
|||
|
N 2 |
|
|
|
|
|
|
Обратноходовой преобразователь может работать как в режиме непрерывного тока в трансформаторе (индукторе) (рис. 11), так и в прерывистом режиме (рис. 12). Следует отметить, что в непрерывном режиме схема очень нестабильна и склонна к автогенерации, поэтому преобразователи этого типа в основном проектируют для работы в прерывистом режиме.
Vin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
(Vout+0.7V)*N1/N2 |
t1 |
T |
|
|
|
2T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
t2 |
|
|
|
2T |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Vout+0.7V)*N1/N2 |
|
|
|
|
||||||||||||
Vds |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vds |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Vin+(Vout+0.7V)*N1/N2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vin+(Vout+0.7V)*N1/N2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
t1 |
|
T |
|
|
|
2T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
|
t2 |
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2T |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
I1max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
t1 |
|
T |
|
|
|
2T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
|
|
T |
|
|
2T |
||||
I2max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I2max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Iout |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
t1 |
|
T |
|
|
|
2T |
|
|
|
|
|
|
|
|
Iout |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
|
t |
T |
|
|
2T |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Рис. 11. Диаграммы напряжения и токов |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 12. Диаграммы напряжения и токов |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
в режиме непрерывных токов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для прерывистого режима. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Для режима непрерывных токов |
IL1< 2I'L1: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
= |
|
( |
+ |
) |
|
|
|
|
N1 N |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
f |
(Vout +VF ) (N1 |
N2)+Vin |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
ton |
|
|
Vout |
VF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
V in t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N1 |
|||||||||
I L1 = |
|
|
|
|
|
I1max = I L1 + |
1 |
|
IL1 |
|
|
|
I 2 max = I1max |
|
|
|
||||||||||||||
L1 |
|
|
|
|
|
|
|
N 2 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Для прерывистого режима |
IL1> 2I'L1: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
ton |
= |
2I out L1 |
|
Vout +VF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V in |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
(Vout +VF ) (N1 N2 )+Vin |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
N1 |
|
|||||||||||
toff = ton |
(Vout + VF ) (N1 |
N 2) |
|
|
I1max |
= L1V in ton |
|
I 2 max = I1max |
|
N 2 |
||||||||||||||||||||
7
ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ
ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Прямоходовой (Forward) преобразователь
В отличие от обратноходовой схемы, в трансформаторе прямоходового преобразователя (рис. 3) энергия не запасается. Когда ключ открыт, к первичной обмотке прикладывается напряжение питания Vin. На обмотке N2 появляется напряжение, открывается диод D2, ток протекает через индуктор LС-фильтр в нагрузку. Когда ключ размыкается, открывается диод D3, энергия, запасённая в индукторе L, поступает в нагрузку. Размагничивание трансформатора происходит через дополнительную обмотку и диод D1.
Схема может работать как в режиме непрерывного тока в индукторе L (рис.14), так и в прерывистом режиме (рис.15).
Для расчёта необходимо знать следующие ис-
ходные данные Vin_min, Vin_max, Vout, Iout и f .
Iin |
N1 N1’ N2 |
IL L |
Iout |
|
|
|
|
Сout |
|
|
V1 |
D3 |
V3 |
Vou |
Vin |
|
|
|
|
|
|
D1 |
|
|
Рис. 13. Схема прямоходового (Forward) преобразователя. |
||||
Для режима непрерывных токов IL<2Iout:
|
|
1 |
|
+ |
V F |
|
|
ton |
= |
|
V out |
|
|
||
|
|
|
|
||||
|
|
' |
|
|
|
||
|
f |
V in |
+V F |
||||
Коэффициент трансформации равен:
|
|
|
|
|
N1 |
|
1 |
|
V in _ min |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
0,95 |
|||||||||
|
|
|
|
|
N 2 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 V out +V F |
|
|
|
|
|||||||||
|
Индуктивность дросселя: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
V F |
|
|||
L = |
|
( ' |
− |
|
|
|
) |
V out |
|
|
|||||||||
f |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vin |
_ max |
+VF |
||||||
|
|
|
|
Vin _ max Vout |
|
' |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
V in _ max |
|
|
|
|
|||||
|
где |
Vin _ max = |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
( |
1 |
|
2 )− |
F |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N N |
|
|
|
V |
||||
1
I
L
I L = |
1 |
(Vin' |
−Vout ) ton |
I max = I out + |
1 |
|
IL |
||||||||||
L |
2 |
||||||||||||||||
Для прерывистого режима |
IL> 2Iout: |
|
|
|
|
||||||||||||
ton = |
|
|
|
|
|
(Vout + VF ) |
|
|
+VF)) |
||||||||
2I out L (f (Vin' − Vout) (Vin' |
|||||||||||||||||
toff = ton |
|
|
V in' |
+V F |
|
|
|
1 |
( |
' |
|
|
|
) |
|
||
|
|
|
I max |
= |
|
|
− |
|
|
ton |
|||||||
|
L |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
V out |
+V F |
|
Vin |
|
Vout |
|||||||||
V1 |
|
|
|
|
|
V1 |
|
|
|
|
Vin |
|
|
|
|
|
Vin |
|
|
|
|
|
t1 2t1 |
T |
2T |
|
t1 2t1 |
|
T |
2T |
||
Vin |
|
|
|
|
|
Vin |
|
|
|
|
Iin |
|
|
|
|
|
Iin |
|
|
|
|
Iin_max |
|
|
|
|
|
Iin_max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V3 |
|
|
|
T |
2T |
V3 |
|
|
T |
2T |
Iin N2/N1 |
|
|
|
|
|
Vin N2/N1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vout |
|
|
|
|
IL |
t1 |
T |
2T |
IL |
t1 |
t |
T |
2T |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ILmax |
|
|
|
|
|
ILmax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iout |
|
|
|
T |
2T |
Iout |
t1 |
|
T |
2T |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||||
Рис. 14. Диаграммы напряжения и токов |
Рис.15. Диаграммы напряжения и токов |
|||||||||
в режиме непрерывных токов. |
|
|
для прерывистого режима. |
|
||||||
Техподдержка: (495) 797-5585, power.tc@symmetron.ru
8
ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Прямоходовой двухтранзисторный (Two-Transistor Forward) преобразователь
Схема прямоходового двухтранзисторного преобразователя (рис. 16) по принципу работы аналогична однотранзисторной, иногда ее называют «косой мост». Наличие второго транзистора требует применения драйвера (дополнительного усилительного каскада) верхнего плеча. В отличие от однотранзисторной схемы «косой мост» позволяет использовать менее высоковольтные транзисторы
Vds=Vin.
Когда оба ключа замкнуты, напряжение Vin поступает на первичную обмотку N1. На вторичной обмотке N2 появляется напряжение, открывается диод D2. Ток через LC фильтр поступает в нагрузку. После размыкания ключей индуктор L продолжает отдавать накопленную энергию в нагрузку. Режим работы индуктора может быть непрерывным (рис. 17) и прерывистым (рис. 18).
Когда ключи разомкнуты, первичная обмотка через диоды подключена к напряжению питания, происходит автоматическое размагничивание трансформатора; выброс энергии, связанный с наличием индуктивности рассеивания, возвращается в шину питания.
Выходное напряжение преобразователя зависит от коэффициента трансформации, входного напряжения и коэффициента заполнения цикла (50% max):
V out |
=V in |
|
|
N2 |
|
ton |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
N1 |
|
T |
|
N1
Коэффициент трансформации N2 рассчитывается, иcходя из минимального входного напряжения Vin_min и заданного выходного напряжения:
|
|
|
|
|
|
|
N1 |
|
|
1 |
|
|
|
V in _ min |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
0,95 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
N2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 V out +V F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
V out |
+ |
V F |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||||
L = |
|
|
( |
− |
Vout |
) |
|
|
|
|
|
, |
где |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
f |
|
|
Vin _ max |
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V in _ max |
+V F |
I L |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
Vin _ max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Vin _ max = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
1 |
N |
2)− |
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
= |
1 |
|
|
|
N2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V out |
|
|
|
|
1 |
|
||||||||||
IL |
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|||||||||||||||||||||
|
L |
V in |
1 |
|
|
|
V out |
|
in |
( 2 |
|
1) |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
V |
|
|
N N |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Iin |
|
|
|
|
|
|
N1 N2 |
IL |
L |
Iout |
|
Vin |
V1 |
D3 |
V3 |
Vout |
|
|
|
|
|
Сout |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 16. Схема прямоходового двухтранзисторного |
|||||
|
преобразователя. |
|
|
|
|
V1 |
|
|
|
|
|
Vin |
|
|
|
|
|
t1 |
2t1 |
T |
|
2T |
|
Vin |
|
|
|
|
|
Iin
Iin_max
V3 |
T |
2T |
Vin N2/N1
IL |
t1 |
T |
2T |
|
|
|
ILmax
Iout
T |
2T |
Рис. 17. Диаграммы напряжения и токов в режиме непрерывных токов.
V1
Vin
t1 2t1 |
T |
2T |
Vin
Iin
Iin_max
V3 |
T |
2T |
|
|
Vin N2/N1
Vout |
|
|
|
t1 |
t |
T |
2T |
IL |
|
|
|
ILmax |
|
|
|
Iout |
|
|
|
t1 |
|
T |
2T |
Рис. 18. Диаграммы напряжения и токов для прерывистого режима.
9
ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ
ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Для режима непрерывных токов IL<2Iout:
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ton |
= |
|
V out |
|
V F |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vin |
+V F |
|
|
|
|||||||
IL |
= |
1 |
( |
' |
− |
|
) |
ton |
|
Imax |
= |
Iout |
+ |
1 |
IL |
|||||
|
L |
Vin |
|
Vout |
|
|
|
|
|
2 |
||||||||||
Для прерывистого режима IL>2Iout:
ton =
toff = ton
|
|
|
|
|
(Vout +VF ) |
|
|
||||
|
2Iout L (f (Vin' −Vout) (Vin' +VF)) |
||||||||||
|
|
V in' |
+V F |
|
= |
1 |
( |
' |
− |
) |
ton |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||||
|
V out |
+V F |
I max L |
Vin |
|
Vout |
|||||
Полумостовой (Half-Bridge) преобразователь
Полумостовой (Half-Bridge) преобразователь (рис. 19) относится к двухтактным схемам. Энергия передаётся в нагрузку в течение двух полупериодов цикла. Схема позволяет получать большие выходные мощности. Когда замкнут верхний ключ T1, на первичную обмотку N1 подаётся положительное напряжение, равное Vin/2 (напряжение на конденсаторах делится ровно пополам). На вторичной обмотке появляется положительное напряжение, кратное коэффициенту трансформации, напряжение через диагональ диодного моста поступает на LCфильтр в нагрузку. Далее выдерживается пауза («мёртвое время») до полного закрытия верхнего транзистора и открывается нижний транзистор. На первичную обмотку поступает отрицательное напряжение, на вторичной обмотке появляется напряжение также отрицательной полярности и через вторую диагональ поступает через LC-фильтр в нагрузку.
Когда ни один из ключей не замкнут («мёртвое время»), индуктор отдаёт в нагрузку накопленную
|
Iin |
IL |
L |
Iout |
|
|
|||
|
T1 |
|
|
|
|
|
N1 N2 |
Сout |
|
|
|
|
|
|
Vin |
V1 |
V3 |
|
Vout |
|
T2 |
|
|
|
Рис. 19. Схема полумостового (Half-Bridge) преобразователя. |
||||
энергию. Если ток в индукторе не падает до нуля, то такой режим работы называется непрерывным (рис. 20), если ток падает до нуля, то это прерывистый режим (рис. 21). Прерывистый режим характеризуется большими токами, что приводит к повышенным потерям мощности в ключах и выходных диодах.
При расчёте схемы необходимо знать следую-
щие параметры: Vin_min, Vin_max, Vout, Iout и f .
|
V1 |
|
|
|
V1 |
|
|
|
||
|
Vin |
|
|
|
Vin |
|
|
|
||
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
T |
2T |
|
t1 |
T |
2T |
|
Vin |
|
|
|
Vin |
|
|
|
||
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Iin |
|
|
|
Iin |
|
|
|
||
|
Iin_max |
|
|
|
Iin_max |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
T |
2T |
|
1 |
T |
2T |
|
V3 |
|
|
|
V3 |
t |
||||
Vin |
|
|
|
Vin N2/N1 |
|
|
|
|||
2 |
N2/N1 |
|
|
|
2 Vout |
|
|
|
||
|
IL |
t1 |
T |
2T |
IL |
t1 t2 |
T |
2T |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
ILmax |
|
|
|
|
ILmax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iout |
|
|
|
Iout |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
T |
2T |
|
t1 t2 |
T |
2T |
|
|
|
|
|
||||||
Рис. 20. Диаграммы напряжения и токов |
Рис. 21. Диаграммы напряжения и токов |
|||||||||
|
в режиме непрерывных токов. |
|
|
для прерывистого режима. |
|
|||||
Техподдержка: (495) 797-5585, power.tc@symmetron.ru
10
ОСНОВНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Коэффициент трансформации равен:
|
|
|
|
N1 |
|
1 |
|
|
V in _ min |
|
|
|
|||
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
0,95 |
||||||
|
|
|
|
N2 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
2 |
|
V out + 2VF |
|
|
|
||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
2V F |
|
|
L = |
|
( ' |
|
− |
Vout |
) |
|
V out |
|
||||||
|
|
' |
|
||||||||||||
|
|
|
|
Vin |
_max |
|
|
|
|
|
|||||
|
2 f |
|
|
|
|
|
|
|
|
V in _ max |
+ |
2V F |
|||
1
I ,
L
Для режима непрерывных токов IL<2Iout:
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
ton |
= |
|
V out |
|
2VF |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
2 f |
Vin |
+ 2VF |
|
|
|
|||||||
I |
|
= |
1 |
( |
in' |
− |
|
out) |
t |
|
|
= |
Iout |
+ |
1 |
IL |
|||
L |
L |
|
on |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
V |
|
V |
|
|
|
Imax |
2 |
||||||||||
|
где V |
||||
IL |
|
1 |
|
|
|
= |
|
|
|||
|
|||||
|
|
|
|
||
|
|
2 f |
|
||
где
' |
|
|
= |
|
|
V in _ max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
in _ max |
|
2(N1 |
N2)−2VF |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
2V F |
|
|
1 |
|
|||
( |
|
− |
|
|
|
|
) |
V out |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Vin |
|
|
Vout |
V in + |
2V F |
L |
, |
||||||||||
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
||||||||
V in' = |
|
|
Vin |
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 ( |
1 |
2)− |
F |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
N N |
2V |
|
|
|
|
|||||
Для прерывистого режима |
IL>2Iout: |
|
|
|
|||||||
ton = |
|
|
|
|
(Vout |
+ |
2VF ) |
|
|
|
|
2Iout L (2 f (Vin' −Vout) (Vin' |
+ 2VF)) |
||||||||||
toff = ton |
V in' |
+ 2VF |
|
1 |
( ' |
|
|
) |
|
||
|
|
|
|
= |
− |
Vout |
ton |
||||
|
|
||||||||||
|
|
L |
|||||||||
|
V out |
+ 2VF |
I max |
Vin |
|
|
|||||
Мостовой (Full-Bridge) преобразователь
Мостовой преобразователь (рис. 22) также представляет собой двухтактную схему. В отличие от полумостовой схемы здесь используются четыре транзистора. Мостовой преобразователь применяется в мощных схемах от единиц до десятков киловатт, что позволяет снизить токи в первичной цепи в два раза по сравнению с полумостовой схемой.
Когда замкрунта пара ключей T1 и T4, к первичной обмотке N1 прикладывается напряжение питания Vin. На вторичной обмотке N2 появляется напряжение, которое через LC фильтр поступает на нагрузку. Затем пара ключей T1 и T4 размыкается, после паузы замыкаются ключи T2 и T3, на первичную обмотку подаётся напряжение питания Vin отрицательной полярности.
Как и полумостовая, мостовая схема может работать в непрерывном режиме (рис. 23) или в прерывистом (рис. 24).
Для её расчёта необходимо знать исходные
данные: Vin_min, Vin_max, Vout, Iout и f .
T1 |
|
IL |
L |
Iout |
T3 |
|
|
|
|
|
N1 N2 |
|
|
|
Vin |
V1 |
V3 |
|
Vout |
|
|
|||
T2 |
T4 |
|
|
|
Рис. 22. Схема мостового (Full-Bridge) преобразователя. |
||||
IL |
|
1 |
|
|
|
= |
|
|
|||
|
|||||
|
|
|
|
||
|
2 f |
|
|
||
где
|
' |
|
|
|
+ |
|
|
1 |
|
( |
|
− |
|
) V out |
2V F |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Vin |
|
Vout |
V in + |
2V F |
L , |
||||
|
|
' |
|
|
|
|
|||
' |
|
|
|
V in |
|
|
V in |
= |
|
|
|
|
|
( |
1 |
N |
2) − |
F |
||
|
|
N |
|
|
2V |
|
Коэффициент трансформации равен:
|
|
|
|
N1 |
|
|
V in |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
= |
|
_ min |
|
0,95 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
N2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Vout + 2VF |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
2VF |
|
|
|
||
L = |
|
( ' |
− |
|
) |
|
|
V out |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
Vin _max |
Vout |
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|||
|
2 f |
|
|
|
|
|
|
V in _ max + 2VF |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
V in _ max |
|
|
|
|
||
|
|
где V in _ max |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
( |
|
|
1 |
N |
2) − |
|
F |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
2V |
|
|
||||
1 ,
I
L
Для непрерывного режима IL<2Iout:
' |
|
|
|
V in |
|
|
V in |
= |
|
|
|
|
|
( |
1 |
N |
2) − |
F |
||
|
|
N |
|
|
2V |
|
IL = L1 (Vin' −Vout ) ton
Imax = Iout + 12 IL