Инвертирующий импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Преимущества, недостатки, применение. Принцип работы. Примеры схем

Как работает инвертирующий стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание принципа действия. Пошаговая инструкция по разработке и расчету. Преобразование постоянного напряжения (10+)

Инвертирующий импульсный стабилизатор напряжения. Проектирование. Расчет - Принцип действия

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Инвертирующий преобразователь напряжения применятся, если на выходе нужно получить стабилизированное напряжение, по знаку противоположное входному. Часто есть источник с выходом +15 вольт, а для питания схемы нужен двуполярный источник +15 В, GND, -15 В. Вот тут то и можно использовать инвертирующий источник питания. Это - удачный пример, но далеко не единственное применение преобразователя такой топологии.

Принцип работы инвертирующего стабилизированного преобразователя напряжения очень похож на принцип работы понижающего преобразователя. Я рекомендую ознакомиться со статьей по ссылке, прежде чем читать этот материал. В инвертирующем преобразователе индуктор также сначала накапливает энергию, а потом отдает ее на конденсатор выходного фильтра. Отличие в схеме включения индуктора, силового диода и конденсатора.

Подробнее о катушках индуктивности.

Сначала ключ замкнут, катушка индуктивности подключена к источнику питания. При этом сила тока через нее растет со временем, происходит накопление энергии. Ток идет по контуру S1. В это время нагрузка питается напряжением, сформированным на выходном конденсаторе C2.

Когда ключ размыкается, ток начинает течь по контуру S2. Он заряжает выходной конденсатор C2 причем так, что на нем формируется напряжение полярности, обратной по отношению к входному напряжению.

Блок управления D1 меняет время, в течение которого ключ остается открытым в зависимости от напряжения на конденсаторе C2. То есть микросхема D1 осуществляет широтно-импульсную модуляцию.

Конденсатор C1 нужен для того, чтобы уменьшить пульсации тока во входной цепи, отбирать из нее не импульсный, а средний ток.

Преимущества, недостатки, применимость

Потери энергии в инвертирующем преобразователе, также как и в понижающем, и в повышающем, пропорциональны отношению входного и выходного напряжений. Поэтому инвертирующие преобразователи применяются, если модуль входного напряжения не более чем 4 раза отличается от модуля выходного.

В таком преобразователе не применяется выходной трансформатор, следовательно нет паразитной индуктивности утечки между обмотками - главной причиной, ограничивающей мощность импульсных преобразователей. С другой стороны, мы не имеет возможность развязать входную и выходную цепи.

Проектирование инвертирующего преобразователя

Разберем процесс проектирования и расчета инвертирующего преобразователя и опробуем его на примерах. В конце статьи будет форма, в которую можно забить необходимые параметры источника, провести расчет онлайн и получить номиналы всех элементов. Для примера возьмем следующие схемы:

Схема 1

Схема 2

Схема 3

Как и в случае понижающего преобразователя в инвертирующем есть сложность с подачей управляющего напряжения на базу (затвор) VT1, и эта сложность преодолевается теми же способами. Но есть еще одна совершенно специфическая сложность со снятием выходного напряжения для обратной связи. Напряжение на выходе ниже напряжения на общем проводе, а на выход обратной связи контроллера нужно подавать положительное напряжение, тем большее, чем меньше (то есть больше по модулю) отрицательное напряжение на выходе. Для решения этой задачи применяется токовое зеркало VT4, VT5, подключенное коллекторами к источнику опорному напряжению (формируется самим контроллером на ножке 16). Чем меньше отрицательное напряжение на выходе, тем больше ток через VT5. Так как сила тока через VT4 равна силе тока через VT5, падение напряжения на R11 тем больше, чем меньше напряжение на выходе. Для получения токового зеркала нужно брать согласованные пары транзисторов, лучше всего выполненные на одном кристалле.

Схема управления от маломощного контроллера и схема для варианта повышенного входного напряжения, большего чем напряжение работы контроллера или допустимого напряжения затвор - исток, совершенно идентичны тем, которые приведены для понижающего преобразователя. Так что здесь мы их обсуждать не будем.

Для примера в качестве ШИМ - контроллера мы используем микросхему 1156EU3.

В наших схемах в качестве силового ключа используются мощный биполярный транзистор или мощный полевой транзистор. Подробнее о работе биполярного транзистора и полевого транзистора в качестве силового ключа.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.