Схема обратноходового преобразователя
Схема обратноходового преобразователяСкачать файл - Схема обратноходового преобразователя
Статистика выявила самые плохие и самые надёжные жесткие диски. При выборе микросхем управления питания у разработчика зачастую разбегаются глаза от разнообразия вариантов. Описанный в статье алгоритм выбора, созданный в National Semiconductor, поможет принять инженеру правильное решение. Доминирующим направлением компании ON Semiconductor остается управление питанием Power Management. В этой категории линейные регуляторы традиционно являются одними из самых востребованных на современном рынке полупроводниковой продукции. Особым спросом пользуются линейные стабилизаторы с малым падением напряжения LDO Low DropOut , которых в номенклатуре ON Semiconductor насчитываются десятки типов. Основными преимуществами LDO-стабилизаторов напряжения ON Semi является их широкая номенклатура для различных приложений, высокое качество и надежность при невысоких ценах. В статье описывается схема обратноходового преобразователя с высоким коэффициентом мощности для систем светодиодного освещения с возможностью использования стандартных диммеров для регулировки яркости светодиодов на базе триака. Статья представляет собой перевод \\\\\\\\\\\\\\\[1\\\\\\\\\\\\\\\]. Современная светотехника Электронные компоненты Медиагруппа 'Электроника' Форум и Премия ЖЭР Справочник ЖЭР. По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы. Когда речь заходит о выборе схемы силового каскада, многие в первую очередь интересуются выходной мощностью. Этот критерий, разумеется, очень важный, но не единственный. Конечно, вряд ли кто-то использует мостовую схему, например в Вт преобразователе, но не всегда задача выбора столь проста, как может показаться. Помимо выходной мощности важны входное и выходное напряжения, выходной ток, тип нагрузки, требуемая энергоэффективность, массогабаритные показатели, изолированный или неизолированный преобразователь. Рассмотрим наиболее часто встречаемые конфигурации силового каскада: Обратноходовой преобразователь ОП как и прямоходовой преобразователь, ПП довольно часто встречается при мощностях менее 1 кВт. Одно из его достоинств — очень простая схема см. Ключевым элементом преобразователя является трансформатор, хотя в данном случае он играет роль накопителя энергии и выполняет функции дросселя — при закрытом ключе вторичная обмотка отдает в нагрузку энергию, которая запасалась при открытом ключе, когда первичная обмотка была подключена к сети. В приведенной схеме обеспечивается гальваническая развязка между первичной и вторичной цепями. ОП удобно применять, когда требуется обеспечить высокое выходное напряжение при относительно малом токе. Конечно, можно использовать эту схему и при низких напряжениях и высоких токах, но следует иметь в виду, что ОП свойственны большие токовые пульсации и пиковые токи, поэтому к компонентам фильтра на низкой стороне предъявляются повышенные требования, отчего их стоимость возрастает. Поэтому эквивалентное последовательное сопротивление ESR этого конденсатора должно быть невелико. Это означает, что для надежной работы следует включить параллельно до 5 электролитических конденсаторов или использовать дорогостоящие керамические конденсаторы. Но, скорее всего, придется использовать хотя бы один электролитический конденсатор, причем его сопротивление должно быть достаточно небольшим, чтобы сохранить устойчивость преобразователя. Поэтому при больших выходных токах, например, 5 В, 10 А, следует отдать предпочтение ПП. Индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора должна быть как можно меньше. При открытом ключе в ней запасается энергия, которая не передается во вторичную обмотку и при закрытии ключа вызывает всплески перенапряжения, из-за которых приходится выбирать ключ с повышенным максимально допустимым напряжением и использовать снабберные цепочки. Последние снижают энергоэффективность преобразователя. Следует отметить еще один недостаток ОП — отношение пикового значения тока к среднему существенно больше, нежели в других топологиях, поэтому приходится выбирать силовой ключ, величина максимально допустимого тока которого больше, чем в других преобразователях, что увеличивает стоимость ключа. Ток ключа в ОП в 1,5—2 раза больше, чем в ПП и полумостовом преобразователе. Ток в выпрямительном диоде в 3—4 раза больше, чем средний ток. Если не удается уменьшить индуктивность рассеяния или снабберной цепочки недостаточно, чтобы снизить перенапряжения, применяется схема из двух силовых ключей на высокой стороне см. Отметим, что в этом случае повышается и эффективность преобразователя, так как энергия, запасенная в индуктивности рассеяния первичной обмотки, не рассеивается в снабберной цепи, а передается обратно во входной конденсатор. Двухключевая схема позволяет выбрать силовой ключ с меньшим максимально допустимым напряжением. При этом потери в двух последовательно включенных ключах с меньшим максимально допустимым напряжением примерно такие же или даже меньше, чем в более высоковольтном ключе. Соотношение витков должно быть выбрано так, чтобы напряжение на вторичной обмотке достигло требуемой величины, прежде чем напряжение на первичной обмотке достигнет уровня, при котором диоды D1 и D2 начнут проводить. Иначе запасенная энергия начнет возвращаться во входной конденсатор, а не поступать в нагрузку. ОП может работать в режимах непрерывного 1 или прерывистого токов 2. Однако сейчас становится популярен специальный случай режима прерывистого тока, так называемый режим критической проводимости 3 или режим граничной проводимости 4. Это компромиссный режим с некоторыми интересными особенностями, и он довольно легко реализуется в одноключевой схеме. В режиме DCM ток через дроссель выходной цепи уменьшается до нуля в период, когда силовой ключ Q1 закрыт. В режиме CCM ток постоянно протекает через дроссель при любом состоянии силового ключа. В этих режимах преобразователь работает при постоянной частоте коммутации. Режим CRM является граничным между описанными выше. Для достижения граничного режима варьируется время закрытого и открытого состояний ключа — преобразователь работает на переменной частоте и зависит, в частности, и от индуктивности дросселя, и от максимально допустимого пикового тока, который задается управляющим контроллером. На рисунке 3 показано напряжение сток-исток силового MOSFET в различных режимах. При этом коммутация происходит при минимальном напряжении на ключе, и потери на коммутацию уменьшаются. По существу, наблюдается квазирезонансный режим QR. Такой метод коммутации позволяет увеличить энергоэффективность преобразователя. Этот режим достаточно просто реализовать. Частота коммутации фиксирована, передаточная характеристика имеет один полюс, и полоса пропускания обратной связи может быть достаточно большой и легко компенсироваться. Габариты трансформатора в этом режиме минимальны, т. Отметим, что ток в выходном диоде спадает до нуля еще до того, как откроется силовой ключ на высокой стороне, поэтому отсутствуют шумы коммутации диода и потери на восстановление, которые происходят при запирании диода обратным напряжением. К сожалению, пиковые токи в этом режиме очень велики, больше чем в остальных режимах. Соответственно, нужно выбирать силовой ключ и выходной диод с большими максимально допустимыми токами. Повышаются и требования к выходному конденсатору из-за больших значений пульсирующего тока в нем — потребуется выбрать конденсатор лучшего качества с малым ESR. ОП в этом режиме следует применять при выходной мощности не более Вт. В случае, когда требуется получить источник с большим выходным напряжением, ОП в этом режиме можно использовать вплоть до выходной мощности 1 кВт, но следует обратить внимание на выбор компонентов. Режим используется для оптимизации ОП. В этом режиме время между проводящим состоянием силового ключа и выпрямительного диода сокращается до минимума напомним, что частота коммутации варьируется , и уменьшается кратность пикового тока по отношению к среднему. Квазирезанонансный режим коммутации и отсутствие потерь на восстановление в выпрямительном диоде повышают эффективность ОП в большинстве приложений с малым выходным током. С первого взгляда может показаться, что работа при переменной частоте коммутации создаст проблемы с фильтрацией электромагнитных помех, но, как показывает опыт, опасения напрасны, так как при уменьшении потерь обычно уменьшаются и помехи. В этом режиме очень просто реализовать синхронное выпрямление, а значит, еще больше снизить потери. Граничный режим может оказаться неприемлемым в случае необходимости синхронизации от внешнего источника частоты. Эта топология используется, когда требуется снизить пульсации тока в выходном конденсаторе и получить минимальное соотношение между пиковым и средним токами силового ключа и выпрямительного диода. ОП мощностью меньше 20 Вт выпускаются в виде микросхемы. Из-за минимального тока MOSFET он может быть реализован на одном кристалле с управляющей схемой. Этот режим полезен при больших выходных мощностях свыше Вт. Следует учесть, что в момент запирания выпрямительного диода ток в нем продолжает протекать, поэтому неизбежны потери на обратное восстановление. Чтобы уменьшить их, рекомендуется применять диоды Шоттки. Ультрабыстрые диоды при запирании генерируют высокочастотный шум и потому лучше их не использовать. Открытие силового ключа происходит в момент, когда протекает ток во вторичной обмотке трансформатора, поэтому и ток в силовом ключе устанавливается скачком, а потом начинает плавно нарастать. В передаточной функции системы желательно избегать нуля в правой полуплоскости, иначе придется прибегнуть к сложной схеме компенсации и уменьшить полосу пропускания обратной связи, что негативно скажется на переходных процессах в ОП. Прямоходовой преобразователь практически всегда является понижающим. Силовой ключ на первичной стороне и выпрямительный диод на вторичной одновременно проводят ток, то есть через трансформатор передается униполярный импульс напряжения, поэтому чтобы избежать насыщения сердечника трансформатора, коэффициент заполнения не должен превышать 0,5. При этом условии в момент паузы сердечник трансформатора успевает размагнититься. Возможно несколько вариантов построения схемы первичной стороны ПП. На рисунке 4 представлен один из них. В этой схеме для размагничивания сердечника трансформатора во время выключения силового ключа используется специальная размагничивающая обмотка, число ее витков обычно такое же, как у первичной обмотки. Максимальный коэффициент заполнения — менее 0,5. Обратите внимание — при закрытии силового ключа к нему прикладывается двойное напряжение входной сети. Это обстоятельство, а также выбросы напряжения из-за энергии, запасенной в индуктивности рассеяния, должны учитываться при выборе максимально допустимого напряжения силового ключа. Индуктивность рассеяния можно минимизировать, если выполнить намотку первичной и размагничивающей обмоток бифилярным проводом. Учитывая выбросы напряжения от индуктивности рассеяния, следует выбрать ключ с максимально допустимым напряжением не менее В. Схема вторичной части остается неизменной при всех вариантах топологии первичной части. В данной конфигурации см. Отпадает необходимость в размагничивающей обмотке, следовательно, уменьшается размер трансформатора и стоимость изделия. Однако вся энергия, запасенная в сердечнике, рассеивается на резисторе Rs, и такая схема крайне неэффективна с энергетической точки зрения. Снабберная цепочка и первичная обмотка трансформатора составляют квазирезонансный контур. Величина конденсатора должна подбираться так, чтобы ограничить напряжение на закрытом силовом ключе и обеспечить быстрое затухание тока в контуре с тем, чтобы достичь максимального коэффициента заполнения. Обычно такие схемы используются при выходной мощности не более Вт во избежание значительных потерь на резисторе Rs. Для активного ограничения дополнительно используется высоковольтный слаботочный MOSFET. Для управления требуется специальная микросхема контроллера, синхронизирующая работу обоих ключей. Схема с активным ограничением сходна с рассмотренной выше, но энергия в этом случае не рассеивается на резисторе снабберной цепи. В этой схеме также довольно просто использовать синхронный выпрямитель. Подобная топология применяется при мощностях до Вт и даже несколько выше. Основной недостаток рассмотренной топологии: Рекомендуется также вводить в сердечник трансформатора воздушный зазор, чтобы уменьшить индуктивность первичной обмотки и оптимизировать процесс резонанса при выключении силового ключа. Это довольно интересная конфигурация см. В этой схеме конденсатор аккумулирует энергию индуктивности рассеяния между первичной обмоткой и обмоткой размагничивания и управляет скоростью нарастания напряжения на силовом ключе при его запирании, уменьшая тем самым коммутационные потери. При открытом силовом ключе ограничивающий конденсатор разряжается через размагничивающую обмотку и отдает энергию входному конденсатору. По сути, перед нами снабберная цепь без потерь. При увеличении значения емкости Cclamp наступает квазирезонансный режим переключения. Схема первичной стороны в этом случае такая же, как и в обратноходовом преобразователе см. Эта схема наиболее эффективна — энергия, запасенная в трансформаторе и индуктивности рассеяния, возвращается во входной конденсатор. Коэффициент заполнения не превышает 0,5. Эту схему применяют в промышленных приложениях при мощностях до 1 кВт и даже несколько больше при жестких условиях эксплуатации, где требуется надежность. В этих преобразователях магнитный сердечник используется не полностью, так как рабочая точка кривой перемещается по кривой BH только в пределах одного квадранта. Поэтому габариты трансформатора больше, чем в мостовой, полумостовой и двухтактной пушпульной схемах, где происходит полное перемагничивание сердечника. Но потери в трансформаторе в прямоходовом преобразователе меньше, чем в этих топологиях, так как потери пропорциональны величине B2. Для управления ПП желательно использовать режим с обратной связью по току, но выбросы на переднем фронте при резонансном переключении могут составить проблему. В этом случае предпочтительнее режим управления по напряжению. Коэффициент заполнения может превышать 0,5, если соблюдается вольт-секундный баланс. Если при этом применяется метод управления по току, то для задания по величине тока необходимо использовать не постоянное значение, а кривую первого или более высоких порядков slope compensation. Полумостовой преобразователь получается заменой ключей Q3, Q4 на конденсаторы. Он применяется при меньших мощностях — примерно до 2 кВт. Отметим, что и в мостовом, и в полумостовом преобразователях через трансформатор передаются импульсы разной полярности, поэтому происходит перемагничивание сердечника, и рабочая точка перемещается по кривой ВН во всех четырех квадрантах. При этом потери в сердечнике больше, так как они пропорциональны В2. Для мостового преобразователя в отличие от полумостового отлично подходит режим управления с обратной связью по току. К недостаткам мостового преобразователя следует отнести более сложный драйвер ключей и риск возникновения сквозного тока, возникающего при переключении ключей верхнего и нижнего плечей. Мостовой и полумостовой преобразователи применяются для понижения напряжения. Если же требуется повышающий преобразователь для больших мощностей, то обычно используют резонансные LLC-преобразователи. Этот тип преобразователей используется, когда требуется уменьшить потери на коммутацию и повысить эффективность преобразователя. На рисунке 9 показан полумостовой LLC-преобразователь. В резонансных схемах в цепь первичной обмотки добавляются конденсатор или дроссель в данном случае дроссель , чтобы реализовать коммутацию при нулевом напряжении ZVS или нулевом токе ZVC. Для получения полностью резонансной схемы необходимо изменять коэффициент заполнения и частоту коммутации так, чтобы в цикл коммутации укладывался целый период резонансной частоты. Резонанс происходит в цепи, состоящей из индуктивности рассеяния и конденсаторов. Обычно индуктивность рассеяния точно неизвестна, поэтому в цепь вводят дополнительный дроссель Lr для настройки резонансного контура. Резонансный преобразователь, по сути, является источником тока, следовательно, нет необходимости использовать дроссель в выходном фильтре. В приведенной на рисунке схеме реализованы режимы ZVS, ZVC, и она отлично подходит для случаев, когда требуется получить высокое входное напряжение. Ростех заключил соглашение с китайской корпорацией CETC по контрактному производству полупроводниковых приборов \\\\\\\\\\\\\\\[7\\\\\\\\\\\\\\\]. Неправильный подход к развитию искусственного интеллекта может привести к вымиранию человечества \\\\\\\\\\\\\\\[1\\\\\\\\\\\\\\\]. Минэкономразвития дало отрицательный отзыв на предложения о законе Яровой \\\\\\\\\\\\\\\[1\\\\\\\\\\\\\\\]. Российские светодиодные лампы теперь поставляются и на Ближний Восток \\\\\\\\\\\\\\\[1\\\\\\\\\\\\\\\]. Texas Instruments может приобрести компанию AMD \\\\\\\\\\\\\\\[1\\\\\\\\\\\\\\\]. Ростех заключил соглашение с китайской корпорацией CETC по контрактному производству полупроводниковых приборов. Новости Статистика выявила самые плохие и самые надёжные жесткие диски Обзоры, аналитика Интервью, презентации. LDO-стабилизаторы напряжения ON Semi. Выбор и применение Доминирующим направлением компании ON Semiconductor остается управление питанием Power Management. Основными преимуществами LDO-стабилизаторов напряжения ON Semi является их широкая номенклатура для различных приложений, высокое качество и надежность при невысоких ценах Обратноходовой преобразователь для светодиодного освещения с регулировкой яркости на базе триака В статье описывается схема обратноходового преобразователя с высоким коэффициентом мощности для систем светодиодного освещения с возможностью использования стандартных диммеров для регулировки яркости светодиодов на базе триака. Ссылки Современная светотехника Электронные компоненты Медиагруппа 'Электроника' Форум и Премия ЖЭР Справочник ЖЭР. Реклама По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы. Руководителям Обзоры, аналитика Силовая электроника. Для каждой из них указаны области применения. Приведены поясняющие схемы и комментарии. Статья представляет собой сокращенный перевод \\\\\\\\\\\\\\\[1\\\\\\\\\\\\\\\]. Обратноходовой преобразователь Обратноходовой преобразователь ОП как и прямоходовой преобразователь, ПП довольно часто встречается при мощностях менее 1 кВт. Базовая топология обратноходового преобразователя В приведенной схеме обеспечивается гальваническая развязка между первичной и вторичной цепями. Обратноходовой преобразователь с двумя силовыми ключами Если не удается уменьшить индуктивность рассеяния или снабберной цепочки недостаточно, чтобы снизить перенапряжения, применяется схема из двух силовых ключей на высокой стороне см. Напряжение сток-исток силового MOSFET в различных режимах Обратноходовой преобразователь в режиме прерывистого тока DCM Этот режим достаточно просто реализовать. Обратноходовой преобразователь в режиме непрерывного тока CCM Эта топология используется, когда требуется снизить пульсации тока в выходном конденсаторе и получить минимальное соотношение между пиковым и средним токами силового ключа и выпрямительного диода. Прямоходовой преобразователь Прямоходовой преобразователь практически всегда является понижающим. Прямоходовой преобразователь с размагничивающей обмоткой Возможно несколько вариантов построения схемы первичной стороны ПП. Прямоходовой преобразователь с обмоткой сброса Обратите внимание — при закрытии силового ключа к нему прикладывается двойное напряжение входной сети. Прямоходовой преобразователь со снабберной цепочкой В данной конфигурации см. Прямоходовой преобразователь со снабберной цепочкой Снабберная цепочка и первичная обмотка трансформатора составляют квазирезонансный контур. Прямоходовой преобразователь с активным ограничением Эта топология см. Прямоходовой преобразователь с активным ограничением Это очень эффективная схема, так как при правильном выборе конденсатора обеспечивается квазирезонансный режим переключения силового ключа и, следовательно, малые коммутационные потери и электромагнитные помехи. В этой схеме коэффициент заполнения может превышать 0,5 и не требуется использовать ключ с удвоенным максимально допустимым напряжением. Пассивное ограничение без рассеяния При открытом силовом ключе ограничивающий конденсатор разряжается через размагничивающую обмотку и отдает энергию входному конденсатору. Прямоходовой преобразователь с двумя силовыми ключами Схема первичной стороны в этом случае такая же, как и в обратноходовом преобразователе см. Прямоходовой преобразователь В этих преобразователях магнитный сердечник используется не полностью, так как рабочая точка кривой перемещается по кривой BH только в пределах одного квадранта. Мостовой преобразователь Такой преобразователь см. Мостовой преобразователь Для мостового преобразователя в отличие от полумостового отлично подходит режим управления с обратной связью по току. Резонансные преобразователи Этот тип преобразователей используется, когда требуется уменьшить потери на коммутацию и повысить эффективность преобразователя. Резонансный полумостовой LLC-преобразователь Резонанс происходит в цепи, состоящей из индуктивности рассеяния и конденсаторов. Фрэнк Кэсел Frank Cathell , инженер по применению, ON Semiconductor Комментарии \\\\\\\\\\\\\\\[ \\\\\\\\\\\\\\\]. Комментарии читателей Ростех заключил соглашение с китайской корпорацией CETC по контрактному производству полупроводниковых приборов \\\\\\\\\\\\\\\[7\\\\\\\\\\\\\\\] Хокинг: Неправильный подход к развитию искусственного интеллекта может привести к вымиранию человечества \\\\\\\\\\\\\\\[1\\\\\\\\\\\\\\\] Минэкономразвития дало отрицательный отзыв на предложения о законе Яровой \\\\\\\\\\\\\\\[1\\\\\\\\\\\\\\\] Российские светодиодные лампы теперь поставляются и на Ближний Восток \\\\\\\\\\\\\\\[1\\\\\\\\\\\\\\\] Texas Instruments может приобрести компанию AMD \\\\\\\\\\\\\\\[1\\\\\\\\\\\\\\\] все комментарии. Горячие темы Ростех заключил соглашение с китайской корпорацией CETC по контрактному производству полупроводниковых приборов все комментарии. Руководителям Обзоры, аналитика Силовая электроника 15 марта Выбор топологии преобразователя В статье подробно рассмотрены популярные топологии силовых преобразователей: Прокомментировать Представьтесь E-mail Пароль Неверно введен логин или пароль Заголовок Текст комментария.
Обратноходовой преобразователь
Это интересно!
Обратноходовый преобразователь
Характеристика транспортной магистрали москва архангельск
Квитанция почтовый перевод бланк
Сколько времени должен завариваться зеленый чай
Расписание автобусов сургут курган на завтра