В этой статье рассмотрю некоторые популярные топологии преобразователей. Обращу внимание лишь на наиболее часто встречаемые конфигурации силового каскада. Одна из типовых схем это простейший чепперный преобразователь уже описанный ранее (shopper).
Удобно использовать для понижения напряжения с 24 В до 12 В например в грузовиках, автобусах и т.п. Где бортовая сеть не 12 В и нужно подключить магнитолу, зарядник, навигатор и т.п. проще всего применить именно такой преобразователь. Ключ управляется импульсами с изменяемой длительностью, энергия импульса накапливается в дросселе а затем, после закрытия ключа, заряжает конденсатор. Напряжение на конденсаторе отслеживается обратной связью. Напряжение на выходе поддерживается на заданном уровне, изменением длительности импульсов отпирания ключа.
Следующая схема служит для повышения напряжения ( Booster). Об этой схеме уже рассказывал в статье про корректор мощности.
Эта топология применяется в корректорах мощности ( ККМ ) которые сегодня применяются практически во всех электронных устройствах.
Следующая схема позволяет получить отрицательное напряжение из положительного, используя минимум деталей! похожа на чепперный преобразователь.
Следующая схема это однотактный обратноходовой преобразователь, из-за своей простоты чаще всего применялся в маломощных источниках питания, зарядниках для телефонов.
Во время открытого состояния ключа (прямого хода) энергия запасается в сердечнике трансформатора. Когда ключ закрыт(обратный ход, обратите внимание на фазировку трансформатора, красные звездочки на рисунке ), запасённая энергия передаётся в выходной конденсатор. Именно поэтому и называется "обратноходовый". Отрицательным свойством, кроме малого КПД, является одностороннее подмагничивание сердечника трансформатора. Это вынуждает вносить зазор, так же высоковольтные выбросы напряжения на первичной обмотке трансформатора при отсутствии нагрузки. Требуют высоковольтных транзисторов и гасящих цепей параллельных трансформатору ( снабберные цепи ).
Еще одна схема - это однотактный прямоходовой преобразователь.
В отличие от обратноходового, энергия в нём передается в момент открытого состояния ключа (прямого хода). При этом не вся энергия идёт сразу в нагрузку, а часть запасается в выходном дросселе. И заряжает выходной конденсатор во время закрытого состояния ключа.
В трансформатор может быть введена третья обмотка (может не быть). Это обмотка размагничивания сердечника, или обмотка рекуперации. Обычно содержит одинаковое с первичной обмоткой количество витков. Позволяет вернуть часть энергии из трансформатора в источник, предотвращая высоковольтный выброс и уберегая ключ от пробоя.
Следующая схема это однотактный прямоходовой преобразователь на двух транзисторах, в литературе эта топология называется косой мост.
Здесь два ключа, но это НЕ двухтактный преобразователь, ключи открываются и закрываются синхронно! Такое схемное решение позволило избавится от высоковольтных выбросов и дало возможность применить относительно низковольтные ключи. Эту схему часто применяют сварочных инверторах благодаря простоте, надёжности и значительно меньшей стоимости ключей. Косой мост может быть использован также в обратноходовом преобразователе. Преобразователи будут отличатся только фазировкой подключения вторичной обмотки и принципом накопления энергии. (не в дросселе а трансформаторе) и соответственно другой выходной частью. Теперь обратим внимание на двухтактные преобразователи, первый из них это полумостовой двухтактный преобразователь.
Применяется практически во всех компьютерных блоках питания и в сварочных инверторах средней ценовой категории. Очень надёжен и имеет хороший КПД. Имеет ШИМ частотой несколько десятков килогерц. Но за простоту приходится рассчитываться удвоенным числом витков вторичной обмотки. Теперь обратим внимание на мостовой преобразователь.
Характеризуется максимальным использованием всех возможностей трансформатора. Ключи работают попарно как два объединённых косых моста. Используется в дорогих и мощных сварочных инверторах. Имеет много разновидностей это фазосдвигающий, резонансный или даже с разделенной обмоткой. Обращу внимание резонансная топология стоит в стороне, особняком.
А теперь расскажу еще о двух топологиях, они применяются реже, но имеют положительные особенности. Первая из них это сепик ( SEPIC ).
В отличии от чеппера в него добавлен разделительный конденсатор и дополнительный дроссель. Дроссели могут даже быть совмещёнными. Схема не боится КЗ на выходе. Согласитесь это важное преимущество. А если поменять местами L2 и D1 можно получить на выходе отрицательное напряжение.
Такая схема ещё носит название преобразователь Чука. А если совместить эти две схемы то легко получим двухполярный источник!
Всего один ключ и + защита от короткого замыкания !
