Обратноходовой преобразователь

Обратноходовой . преобразователь используется как для преобразования переменного/постоянного тока , так и для преобразования постоянного/постоянного тока с гальванической развязкой между входом и любыми выходами Обратноходовой преобразователь представляет собой повышающе-понижающий преобразователь с разделенной катушкой индуктивности , образующей трансформатор, так что коэффициенты трансформации умножаются на дополнительное преимущество изоляции.

Структура и принцип

Схему обратного преобразователя можно увидеть на рис. 1. Он эквивалентен схеме повышающе -понижающего преобразователя . ^[1] с разделенной катушкой индуктивности, образующей трансформатор. Поэтому принцип работы обоих преобразователей очень схож:

Когда переключатель замкнут (верхняя часть рис. 2), первичная обмотка трансформатора напрямую подключена к источнику входного напряжения. Первичный ток и магнитный поток в трансформаторе увеличиваются, сохраняя энергию в трансформаторе. Напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, отрицательно, поэтому диод смещен в обратном направлении (т. е. заблокирован). Выходной конденсатор подает энергию на выходную нагрузку.
При размыкании ключа (нижняя часть рис. 2) первичный ток и магнитный поток падают. Вторичное напряжение положительное, смещает диод в прямом направлении, позволяя току течь из трансформатора. Энергия сердечника трансформатора перезаряжает конденсатор и питает нагрузку.

Операция накопления энергии в трансформаторе перед передачей на выход преобразователя позволяет топологии легко генерировать несколько выходов с небольшими дополнительными схемами, хотя выходные напряжения должны соответствовать друг другу за счет коэффициента трансформации. Также существует потребность в управляющей шине, которую необходимо нагрузить до того, как нагрузка будет приложена к неуправляемым шинам, чтобы позволить ШИМ раскрыться и подать достаточно энергии на трансформатор.

Операции

Обратноходовой преобразователь представляет собой изолированный преобразователь мощности. Двумя преобладающими схемами управления являются управление в режиме напряжения и управление в режиме тока. В большинстве случаев управление текущим режимом должно быть доминирующим для обеспечения стабильности во время работы. Оба режима требуют сигнала, связанного с выходным напряжением. Существует три распространенных способа создания этого напряжения:

1. Используйте оптопару во вторичной цепи для подачи сигнала на контроллер.

2. Намотать на сердечник отдельную обмотку и опираться на перекрестное регулирование конструкции.

3. Измерьте амплитуду напряжения на первичной стороне во время разряда относительно постоянного напряжения первичной обмотки.

Первый метод, включающий оптопару, использовался для обеспечения жесткого регулирования напряжения и тока, тогда как второй подход был разработан для чувствительных к затратам приложений, где выходной сигнал не требует столь жесткого контроля, но многие компоненты, включая оптопару, могут быть исключены из общего дизайна. (среднее время наработки на отказ) системы Кроме того, в приложениях, где надежность имеет решающее значение, оптопары могут отрицательно сказаться на MTBF . Третий метод, измерение на первичной стороне, может быть таким же точным, как первый, и более экономичным, чем второй, но требует минимальной нагрузки, чтобы событие разряда продолжалось, что дает возможность измерить вторичное напряжение 1:N на первичная обмотка (при Тразряда, согласно рис. 3).

Вариант технологии измерения первичной стороны заключается в том, что выходное напряжение и ток регулируются путем мониторинга формы сигналов во вспомогательной обмотке, используемой для питания самой управляющей микросхемы, что повышает точность регулирования как напряжения, так и тока. Вспомогательная первичная обмотка используется в той же фазе разряда, что и остальные вторичные обмотки, но она создает выпрямленное напряжение, обычно связанное с первичным постоянным током и, следовательно, рассматриваемое на первичной стороне.

Раньше измерение проводилось по всей форме обратноходового сигнала, что приводило к ошибке, но выяснилось, что измерения в так называемой точке перегиба (когда вторичный ток равен нулю, см. рис. 3) позволяют получить гораздо более точные результаты. измерение поведения вторичной стороны. Эта топология теперь заменяет преобразователи вызывного дросселя (RCC) в таких приложениях, как зарядные устройства для мобильных телефонов .

Ограничения

Непрерывный режим имеет следующие недостатки, усложняющие управление преобразователем:

Контур обратной связи по напряжению требует более низкой полосы пропускания из-за нулевого значения правой полуплоскости в отклике преобразователя.
Контур обратной связи по току, используемый в режиме управления по току, требует компенсации наклона в случаях, когда рабочий цикл превышает 50%.
Силовые ключи теперь включаются с положительным током – это означает, что помимо скорости выключения, скорость включения переключателя также важна для эффективности и снижения потерь тепла в коммутационном элементе. Активный зажим обратного хода ^[2] — это технология, которая снимает это ограничение.

Прерывистый режим имеет следующие недостатки, ограничивающие эффективность преобразователя:

Высокие среднеквадратичные и пиковые токи в конструкции
Высокие отклонения потока в индукторе

Приложения

Импульсные источники питания малой мощности (зарядное устройство для сотового телефона, резервный источник питания в ПК)
Недорогие источники питания с несколькими выходами (например, блоки питания основного ПК <250 Вт). ^{[ нужна ссылка ]}) Обратноходовой преобразователь обычно применяется в диапазоне мощностей от 50 до 100 Вт, а также в высоковольтных источниках питания для телевизоров и компьютерных мониторов — Основы силовой электроники, Эриксон и Максимович .
Источник высокого напряжения для ЭЛТ в телевизорах и мониторах (обратноходовой преобразователь часто совмещается с приводом горизонтального отклонения)
Генерация высокого напряжения (например, для ксеноновых ламп-вспышек , лазеров, копировальных аппаратов и т. д.)
Изолированный драйвер ворот

См. также

Прямой преобразователь
Вор Джоуля — минималистский пример переключаемого преобразователя

Ссылки

Биллингс, Кейт (1999), Справочник по импульсным источникам питания (второе изд.), McGraw-Hill, ISBN 0-07-006719-8

^ обратноходовой преобразователь. Архивировано 30 августа 2017 г. в Wayback Machine — конспекты лекций — ECEN4517 — факультет электротехники и вычислительной техники — Университет Колорадо, Боулдер.
^ «Что такое обратный ход с активным зажимом» . Силанна Полупроводник . 11 мая 2021 г.

[1] обратноходовой преобразователь. Архивировано 30 августа 2017 г. в Wayback Machine — конспекты лекций — ECEN4517 — факультет электротехники и вычислительной техники — Университет Колорадо, Боулдер.

[2] «Что такое обратный ход с активным зажимом» . Силанна Полупроводник . 11 мая 2021 г.

[1]

[2]