Пришло время рассказать вам о реальной структуре источников питания, их видах и тенденциях развития. В одной из прошлых статей, рассказывая о блоке питания, я брал в качестве примера обратноходовый преобразователь. В этой статье я подробнее расскажу о нем, его родственнике – прямоходовом преобразователе и их перспективном квазирезонансном продолжении.
Обратноходовый преобразователь – это наиболее часто применяемое схемотехническое решение для небольших блоков питания. Контроллер в нем управляет силовым транзистором, на первичной стороне и синхронным выпрямителя на вторичной стороне. Силовой ключ коммутируется с высокой частотой (десятки кГц) и изменяемым временем открытия. Напряжение на первичной обмотке трансформатора передается на вторичную сторону. Накопление энергии происходит непосредственно в трансформаторе. Накопленная энергия передается в нагрузку при закрытии ключа, собственно отсюда и название.
Синхронный выпрямитель (на схеме для простоты диод, но в реальной жизни от них отказались) отвечает за выпрямление переменного импульсного напряжения на вторичной обмотке.
Выходное напряжение определяется трансформатором и скважностью управляющего сигнала. Часто для снижения пульсаций используют выходной фильтр.
Прямоходовый преобразователь немного сложнее.
Контроллер управляет двумя силовыми транзисторами, расположенными на первичной стороне. Ключи коммутируются поочередно с высокой частотой. Отношение части периода, в течение которого ведущий ключ замкнут к полному периоду коммутации называется рабочим циклом или коэффициентом заполнения. Именно в эти моменты идет передача энергии на нагрузку, отсюда и название – прямоходовый преобразователь.
Выходное напряжение выпрямляется синхронным выпрямителем и сглаживается выходным фильтром.
Какая же из топологий лучше? С точки зрения стоимости и габаритов – обратноходовая. Меньше компонентов, меньше себестоимость, меньше места на печатной плате и в корпусе. Но вот с точки зрения эффективности и пульсаций – прямоходовая. Она же меньше греется, имеет более высокий КПД. Прямоходовые схемы также проще считать, они менее требовательны к каждому компоненту.
Схемы успешно сосуществуют в диапазоне решений от 50 до 500 Вт, хотя до сих пор чаще используется обратноходовая, особенно в бюджетных решениях.
Достаточно часто используют вариант с двухтактными схемами, в том числе и микс прямо- и обратноходовой.
Выгодным отличием этой схемы является относительно высокий коэффициент передачи и, как следствие, сравнительно высокий КПД преобразователя. Недостаток данного решения - сложная схема управления, а также перенапряжение на входных диодах.
Но мир требует от разработчиков блоков питания всё большей эффективности. Именно ради нее придумали резонансные (квазирезонансные) схемы.
В резонансных схемах в цепь первичной обмотки добавляются конденсатор или дроссель (чаще дроссель). 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 для настройки резонансного контура. Резонансный преобразователь, по сути, является источником тока, следовательно, нет необходимости использовать дроссель в выходном фильтре.
Как же работает резонансный преобразователь? В момент, когда ток во вторичной обмотке падает до нуля, в первичной обмотке возникают свободные колебания, обусловленные паразитными характеристиками трансформатора — индуктивностью рассеяния и паразитной ёмкостью. В случае, если включение транзистора произойдёт в момент, когда напряжение на стоке минимально, динамические потери будут существенно ниже. Чем ниже будет напряжение, при котором будет происходить переключение, тем меньше будут динамические потери. Ещё одно преимущество данного типа обратноходовых преобразователей — меньший уровень помех, благодаря этому источники данного типа нашли широкое применение в телекоммуникационной технике.
Подписывайтесь на наш канал, пишите, какие темы вам интересны, любите силовую технику и да пребудет с вами сила. ОВЕН_СИЛА.