173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185

Раздел 16 Импульсные источники питания

Схемы с трансформаторной развязкой

Схемы прямоходовых преобразователей

Прямоходовой преобразователь — это одноключевой преобразователь, в котором для передачи энергии из первичной цепи во вторичные цепи используется трансформатор. Энергия передаётся из первичной обмотки во вторичную, когда ключ замкнут и через него течёт ток. Типовая схема прямоходового преобразователя изображена на Рис. 5.15.

Типовая схема прямоходового преобразователяРис. 5.15. Типовая схема прямоходового преобразователя

В схеме прямоходового преобразователя требуется предусмотреть ограничитель напряжения, так как при размыкании ключа протекание тока через все обмотки трансформатора прекращается. Ограничитель обеспечивает путь для тока, вызванного намагничивающей индуктивностью трансформатора и индуктивностью рассеяния. В обратноходовой же схеме при размыкании ключа ток, вызванный убыванием магнитного потока в сердечнике, протекает в цепи вторичной обмотки. Поэтому в обратноходовой схеме ограничитель напряжения может использоваться лишь для того, чтобы уменьшить воздействие на ключ импульсов напряжения, вызванных наличием индуктивностей рассеяния.

В прямоходовом преобразователе можно применить любую из ограничительных схем, изображённых на Рис. 5.10. Напряжение на ограничительных цепях при использовании в обратноходовой схеме зависит от вторичного напряжения вследствие требования, чтобы отношение V / N было одинаковым для всех обмоток. Для прямоходового преобразователя это не так. Наличие ограничительной обмотки на Рис. 5.10 (a) гарантирует, что напряжение на ключе при снижении намагничивающего тока не превысит величины удвоенного входного напряжения. Напряжения в схемах на Рис. 5.10 ) и ) изменяются в зависимости от величины рассеиваемой резистором энергии. При использовании схем ) и ) нужно тщательно рассчитать максимальный коэффициент заполнения, намагничивающую индуктивность трансформатора и постоянную времени RC-цепи, чтобы не превысить номинальное напряжение ключа. Заметьте, что схема ) работает подобно повышающему стабилизатору. В инструкции AN-939A фирмы International Rectifier приведено очень хорошее руководство по применению диссипативных ограничительных цепей в прямоходовых преобразователях.

Способ реализации ограничительной цепи в схеме прямоходового преобразователя влияет на максимальное напряжение на ключе. Энергия, накопленная в намагничивающей индуктивности, пропорциональна величине магнитного потока (выраженной в вольт-секундах)1, действующего в то время, когда ключ замкнут (открыт). То же самое количество вольт-секунд требуется для рассеивания этой энергии за то время, пока ключ разомкнут2. Стрессовое воздействие напряжения на ключ можно уменьшить, ограничивая коэффициент заполнения. Однако снижение коэффициента заполнения приведёт к увеличению пикового тока в первичной обмотке и выходных пикового тока и напряжения. Ограничительная обмотка обычно имеет то же число витков, что и первичная обмотка, чтобы установить напряжение на ключе равным удвоенному значению входного напряжения. Однако максимальный коэффициент заполнения и число витков ограничительной обмотки можно откорректировать для любого желаемого значения напряжения на ключе. Далее во втором примере расчёта практической схемы прямоходового преобразователя будет показано, как использовать большое напряжение на ключе для сброса магнитной индукции в сердечнике при коэффициенте заполнения более 50%. Ограничительная цепь рассеивает только энергию индуктивностей, расположенных внутри петли, образованной самой ограничительной цепью. Какие-либо паразитные индуктивности за пределами ограничивающей цепи, например индуктивности выводов ключа, создадут при запирании ключа дополнительные напряжения, воздействующие на ключ.

Двухключевую схему, которая изображена на Рис. 5.12, можно применить и для прямоходового преобразователя, заменив обратноходовой дроссель трансформатором. Максимальное напряжение на каждом ключе будет немного выше входного напряжения. Диоды, как и прежде, ограничивают обратное напряжение, вызванное индуктивностью трансформатора3, значением входного напряжения. Поскольку ограниченное таким образом напряжение не превышает величину входного напряжения, максимальная величина коэффициента заполнения не должна превышать 50%, чтобы не происходило насыщения сердечника вследствие увеличения потока магнитной индукции в нём.

1 Вольт-секунда (то же, что вебер) — единица магнитного потока. Определяется как магнитный поток, равномерное изменение которого до нуля за промежуток времени 1 с вызывает в пронизываемом им замкнутом контуре ЭДС, равную 1 В.

2 Из этого следует, что, чем короче интервал времени, когда ключ разомкнут, по сравнению с интервалом времени, в течение которого ключ замкнут . е. чем больше коэффициент заполнения), тем выше будет напряжение на ключе.

3 Точнее, изменением знака магнитного потока в сердечнике трансформатора при размыкании ключа.

173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185