Обратноходовой преобразователь

ВХОДА И ВЫХОДА

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ РАЗВЯЗКОЙ

ЛЕКЦИЯ 6

Дополнение или замена в предыдущих схемах индуктивного накопительного элемента (реактора) на трансформатор позволяет решить ряд новых задач в преобразователе постоянного напряжения в постоянное[12]. Этими новыми задачами являются:

– облегчение согласования уровней входного и выходного напряжений при их большом различии;

– оптимизация установленных мощностей элементов преобразователя;

– способность к выполнению преобразователя с несколькими гальванически развязанными выходными напряжениями.

В первом типе такого преобразователя, называемого обратноходовым, трансформатор заменил накопительный дроссель. Во втором типе преобразователя, называемого прямоходовым, трансформатор добавлен в схему для получения всех перечисленных выше новых возможностей, без функции энергонакопления, которая осталась за накопительным реактором. Ниже рассмотрены обе указанные схемы.

Принципиальная схема преобразователя показана на рис. 1.2.13. При обычных мощностях таких преобразователей, используемых как вторичные источники питания, в единицы ватт, применяется MOSFET – транзистор с частотой коммутации до 100 кГц. При включении транзистора в индуктивности первичной обмотки трансформатора нарастает ток и запасается энергия. При выключении транзистора эта энергия из индуктивности намагничивания трансформатора передается во вторичную обмотку и через диод D ₁ в накопительную емкость С, от которой питается нагрузка R. Для вывода энергии, запасенной в индуктивности рассеивания первичной обмотки, она зашунтирована стабилитроном D _c, ограничивающим уровень перенапряжения на обмотке при закрывании транзистора Т. Последовательно со стабилитроном включен диод D ₂, снимающий с него прямое напряжение при включенном транзисторе Т. Стабилизацию выходного напряжения обеспечивают обычно регулированием частоты импульсов отпирания транзистора.

ПРЯМОХОДОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Принципиальная схема прямоходового преобразователя показана на рис. 1.2.14. При включении транзистора Т напряжение входного источника U _вх через трансформатор Тр и диод D ₁ прикладывается ко входу цепочки из накопительного дросселя L и накопительного конденсатора C. Ток в дросселе и напряжение на конденсаторе, от которого питается нагрузка R, возрастают, увеличивая запасенную в них энергию. При выключении транзистора Т трансформатор обесточивается, а ток накопительного дросселя L замыкается через диод D ₂. Для вывода из индуктивности намагничивания трансформатора Тр «паразитной», не передающейся в нагрузку энергии, накопленной в ней за время открытого состояния транзистора, можно использовать такую же цепочку из диода и стабилитрона параллельно трансформатору, как в обратноходовом преобразователе (рис. 1.2.13).

Использование трансформатора в этой схеме по своему прямому назначению, а не как накопительного элемента делает прямоходовые преобразователи предпочтительными перед обратноходовыми (самыми простыми) при мощностях нагрузки в несколько сотен ватт.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С МЯГКИМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕЗОНАНСНЫХ

ЯВЛЕНИЙ LC -КОНТУРОВ

Рассмотренные выше широтно-импульсные преобразователи характерны тем, что токи в вентилях и напряжения на них в моменты включения и выключения изменяются скачком. Подобные формы токов и напряжений присущи и вентилям преобразователей с управляемым обменом энергией между реактивными элементами схемы, где это управление также достигнуто за счет широтно-импульсного регулирования. Но скачки токов и напряжений есть идеализация реальных динамических процессов в вентилях, при которых на вентилях сохраняются высокие значения напряжения при высоких значениях тока. Это вызывает большие потери активной мощности в процессах включения и выключения вентилей, что диктует необходимость ограничивать верхнюю частоту переключения вентилей на уровне килогерц в мощных преобразователях и на уровне десятков килогерц в маломощных преобразователях.

Известно, что ток в индуктивности не может изменяться скачком, как и напряжение на емкости. Поэтому очевидны преимущества совместного использования с ключом реактора и конденсатора, включенных соответствующим образом, как показано на рис. 1.3.1, и называемых резонансными ключами. Из них образуется резонансный контур, собственная частота которого определит скорости изменения напряжения и тока ключа и, главное, разнесет во времени максимумы тока и напряжения ключа, что резко уменьшит потери при переключении ключа. Это позволяет поднять, как правило, на один-два порядка предельную частоту коммутации вентилей. При этом нужно только учесть, что коэффициент формы у синусоидальной полуволны тока больше в π/2 раз, чем у прямоугольного импульса тока. В результате при одноми том же среднем значении тока, являющемся полезной составляющей в преобразователях постоянного напряжения, большее действующее значение импульсов тока вентилей будет вызывать увеличение составляющей потерь

в элементах цепи от такого тока в

Схемы ключей на рис. 1.3.1, а обеспечивают включение и выключение вентилей при нулевом токе, а схемы на рис. 1.3.1, б – включение и выключение вентилей при нулевом напряжении. Двухполюсные схемы резонансных ключей на рис. 1.3.1 (слева) прямо заменяют ключи в широтно-импульсных преобразователях постоянного напряжения. Трехполюсные схемы резонансных ключей на рис. 1.3.1 (справа) заменяют ключи в ШИП так, чтобы их третий полюс (с емкостью) попадал на общую шину питания или выхода.

Таким образом, в соответствии с двумя типами резонансных ключей различают два типа широтно-импульсных преобразователей, которые получили соответственно названия:

• квазирезонансные преобразователи с переключением при нулевом токе;

• квазирезонансные преобразователи с переключением при нулевом напряжении.

Практически любой широтно-импульсный преобразователь из раздела 1.1 и 1.2 может быть выполнен с резонансными ключами. Ограничимся здесь рассмотрением перевода простейшей схемы ШИП на рис. 1.1.2, а в оба вида квазирезонансных преобразователей.

Дата добавления: 2014-01-07