122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134

Раздел 16 Импульсные источники питания

Основные импульсные схемы

Повышающий преобразователь

На Рис. 1.3 изображена идеальная модель повышающего преобразователя, состоящего из идеального источника напряжения, идеального ключа, идеального диода, идеального дросселя, конденсатора и нагрузочного резистора.

Идеализированная модель повышающего преобразователяРис. 1.3. Идеализированная модель повышающего преобразователя

Преобразователь называется повышающим, так как напряжение на дросселе суммируется с входным напряжением и значение выходного напряжения превышает значение входного. Данный идеальный стабилизатор предназначен для работы от источника напряжением 5 В и обеспечивает напряжение 20 В на нагрузке 1000 Ом. Когда ключ разомкнут, диод открыт и проводит ток. Когда ключ замыкается, диод закрывается. Ключ размыкается и замыкается через каждые 10 мкс.

Ток от источника напряжения протекает через дроссель и замкнутый ключ, при этом происходит накопление дросселем энергии. В это время поступление тока в нагрузку обеспечивается конденсатором, так как диод смещён в обратном направлении. Когда ключ размыкается, ток в дросселе продолжает течь, но теперь он смещает диод в прямом направлении и течёт через нагрузочную цепь. Напряжение на дросселе инвертируется и добавляется к напряжению входного источника питания. Когда преобразователь работает в установившемся режиме, выходное напряжение равно

V0UT = VIN / (1-DC),  (1.7)

где DC — коэффициент заполнения.

Это уравнение определяет выходное напряжение преобразователя вне зависимости от значений индуктивности, тока нагрузки и ёмкости выходного конденсатора при непрерывном режиме работы.

Для повышающих преобразователей требуются гораздо большие ёмкости, чем для понижающих преобразователей, так как именно конденсатор обеспечивает полный ток нагрузки, пока ключ замкнут.

На Рис. 1.4 изображены кривая выходного напряжения (нижний график) и кривая тока дросселя (верхний график) в установившемся режиме работы, обеспечивающем напряжение 20 В и ток 20 мА в нагрузочном резисторе.

Выходное напряжение и ток дросселя в повышающем преобразователеРис. 1.4. Выходное напряжение и ток дросселя в повышающем преобразователе

Как и для понижающего преобразователя, в непрерывном режиме работы ток пульсаций в дросселе не зависит от выходного тока. Обычно пиковый ток дросселя лишь не­много превышает его средний ток.

Работа повышающего преобразователя возможна также в прерывистом режиме. Пульсации выходного напряжения в этом режиме выше (точно так же, как это было и для понижающего преобразователя), поскольку конденсатор должен обеспечивать ток нагрузки в те моменты времени, когда ток дросселя равен нулю. Ещё одной особенностью прерывистого режима работы повышающих преобразователей является очень большой пиковый ток, протекающий в ключе и в дросселе.

Можно вычислить входной ток в обоих режимах для заданного выходного тока. В схеме, пример которой изображён на Рис. 1.3, в непрерывном режиме работы средний входной ток составляет 80 мА. Уравнение (1.8) определяет средний входной ток для обоих режимов. Уравнение (1.9) задаёт пиковый входной ток для прерывистого режима работы.

Iin-avg = Iout-avg (1/ (1-DC)),  (1-8)
Iin-peak = 2 Iout-avg ( (1 — (Vout/Vin)) / DC,   (1.9)

где Iin-avg — средний входной ток, Iout-avg — средний выходной ток, Iin-peak — пиковый входной ток, DC — коэффициент заполнения.

Если схема в нашем примере работает с коэффициентом заполнения 0.25 (прерывистый режим) вместо 0.75 (непрерывный режим), то пиковый ток дросселя и ключа будет составлять 480 мА вместо 81.75 мА.

122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134