Двухтактный преобразователь

— Двухтактный преобразователь это тип преобразователя постоянного тока в постоянный , импульсный преобразователь , который использует трансформатор для изменения напряжения источника питания постоянного тока. Отличительной особенностью двухтактного преобразователя является то, что первичная обмотка трансформатора питается током от входной линии парами транзисторов по симметричной двухтактной схеме . Транзисторы попеременно включаются и выключаются, периодически меняя направление тока в трансформаторе. Таким образом, ток потребляется из линии в течение обеих половин цикла переключения. Это контрастирует с повышающе-понижающими преобразователями , в которых входной ток подается одним транзистором, который включается и выключается, поэтому ток берется из линии только в течение части цикла переключения. В течение оставшейся части цикла выходная мощность обеспечивается за счет энергии, запасенной в катушках индуктивности или конденсаторах источника питания. Двухтактные преобразователи имеют более стабильный входной ток, создают меньше шума на входной линии и более эффективны в приложениях с более высокой мощностью. ^{[ нужна ссылка ]}

Схема

Концептуальная схема мостового преобразователя. Это не двухтактный преобразователь с центральным ответвлением или разделенной первичной обмоткой.

Термин двухтактный иногда используется для обозначения любого преобразователя с двунаправленным возбуждением трансформатора. Например, в мостовом преобразователе переключатели (подключенные как H-мост ) меняют напряжение на стороне питания трансформатора, в результате чего трансформатор работает так же, как при переменном токе, и создает напряжение на его выходной стороне. . Однако двухтактный вариант чаще всего относится к топологии с двумя переключателями и разделенной первичной обмоткой.

В любом случае выходной сигнал затем выпрямляется и отправляется на нагрузку. Конденсаторы часто включаются на выходе для фильтрации шума переключения.

На практике необходимо обеспечить небольшой интервал между питанием трансформатора в одну сторону и питанием в другую: «переключателями» обычно являются пары транзисторов (или подобных устройств), и если бы два транзистора в паре переключались там одновременно, существует риск короткого замыкания источника питания. Следовательно, чтобы избежать этой проблемы, необходимо небольшое ожидание. Это время ожидания называется «Мертвым временем» и необходимо для предотвращения пробоя транзистора.

Транзисторы

Могут использоваться силовые транзисторы N-типа и P-типа. Для этой роли часто выбирают силовые МОП-транзисторы из-за их высокой коммутационной способности и низкого сопротивления в открытом состоянии. Затворы или базы силовых транзисторов через резистор подключаются к одному из питающих напряжений. Транзистор P-типа используется для поднятия затвора силового транзистора N-типа ( общий исток ), а транзистор N-типа используется для опускания затвора силового транзистора P-типа.

Альтернативно, все силовые транзисторы могут быть N-типа, которые обеспечивают примерно в три раза больший коэффициент усиления, чем их эквиваленты P-типа. В этом альтернативном варианте транзистор N-типа, используемый вместо P-типа, должен управляться следующим образом: Напряжение усиливается одним транзистором P-типа и одним транзистором N-типа в конфигурации с общей базой до размаха амплитуды. Затем силовой транзистор приводится в действие в конфигурации с общим стоком для усиления тока.

В высокочастотных приложениях оба транзистора питаются от общего источника .

Поскольку транзисторы работают попеременно, устройство называется двухтактным преобразователем.

Операция

Если оба транзистора находятся во включенном состоянии, происходит короткое замыкание. С другой стороны, если оба транзистора находятся в выключенном состоянии, из-за обратной ЭДС появляются пики высокого напряжения.

Если драйвер транзисторов достаточно мощный и быстрый, обратная ЭДС не успевает поднять напряжение на обмотках и, следовательно, на корпусе-диоде МОП -транзисторов до высоких напряжений.

Если используется микроконтроллер, его можно использовать для измерения пикового напряжения и цифровой регулировки времени работы транзисторов, чтобы пик появлялся едва-едва. Это особенно полезно, когда транзисторы запускаются из холодного состояния без пиков и находятся в фазе загрузки.

Цикл начинается без напряжения и тока. Затем включается один транзистор, ^{[ нужны дальнейшие объяснения ]} к первичной обмотке прикладывается постоянное напряжение, ток увеличивается линейно, и во вторичной обмотке индуцируется постоянное напряжение. Через некоторое время Т транзистор выключается, паразитные емкости транзисторов и трансформатора и индуктивность трансформатора образуют LC-цепь , которая переключается на противоположную полярность. Затем включается другой транзистор. За это же время заряд Т перетекает обратно в накопительный конденсатор, ^{[ нужны дальнейшие объяснения ]} затем автоматически меняет направление, и в течение еще времени Т заряд течет в трансформаторе. Затем снова включается первый транзистор до прекращения тока. Затем цикл завершается, следующий цикл может начаться в любое время позже. S-образный ток необходим для улучшения по сравнению с более простыми преобразователями и эффективной борьбы с остаточной намагниченностью .

См. также

Внешние ссылки

Импульсный блок питания для автомобильной аудиосистемы. Двухтактный преобразователь напряжения 12 В в симметричный выход, используемый для питания автомобильных усилителей аудиосистемы. Это настоящая двухтактная топология с двумя переключателями и трансформатором с центральным отводом.
Основы двухтактного преобразователя. Статья, посвященная основным принципам работы двухтактного преобразователя.