Мостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, источник питания. Преимущества, недостатки, применение. Принцип работы. Примеры схем. Расчет

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

Мостовой импульсный преобразователь напряжения. Схемы. Расчет

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Одним из вариантов развития идеи прямоходового преобразователя с исключением излишних скачков напряжения на силовых элементах, описанной здесь является мостовая схема.

У мостовой схемы есть одно преимущество, нехарактерное больше ни для одной топологии. В ней в некоторые моменты времени первичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. Это позволяет сбрасывать накопленную в ней энергию в цепи питания не в момент запирания ключа, а подождать до момента перед самым открытием другого плеча. Это позволяет серьезно сократить потери на переключение, так как в момент отпирания через диод, шунтирующий силовой ключ, идет обратный ток, то есть напряжение на ключе близко к нулю.

Контуром S1 показано направление тока при открытом левом верхнем и правом нижнем ключах. После закрытия верхнего левого ключа, ток протекает по контуру S3, так как правый нижний ключ остается открытым (так его коммутирует контроллер). При этом напряжение на первичной обмотке практически равно нулю, она замкнута накоротко. Сброса накопленной энергии не происходит. Перед открытием правого верхнего ключа контроллер сначала закрывает правый нижний и ждет некоторое время. В это время ток идет по траектории S1, тем самым обеспечивая отпирание верхнего правого ключа при нулевом напряжении на нем.

В схеме исключено возникновение на силовых ключах напряжения больше питающего, так как обратные диоды немедленно отведут такое напряжение в цепи питания.

Коммутационные потери в этой схеме много меньше, чем в пушпульной. Зато потери в открытом состоянии ключей вдвое больше, так как ток протекает не через один, а сразу через два ключа, нагревая их оба.

Типичная схема мостового преобразователя

В этой схеме для контроля и ограничения тока применяется трансформатор тока. Это оправдано для мощных преобразователей. Обычно по мостовой схеме строятся именно мощные преобразователи, так что в основном используются токовые трансформаторы. Но если Вы захотите спроектировать относительно маломощный мостовой источник питания, то можно для контроля тока применить считывающий резистор. Тогда нужно соединить нижние ключи, подключить резистор и обратные диоды так, как это показано в пушпульной схеме. Дальше в форме расчета мы посчитаем сопротивление и мощность этого резистора (R7).

Схема может строиться на основе ШИМ - контроллера 1156ЕУ2 (D1). Кроме него в схеме применяются два драйвера полумоста (D3, D4), например, IR2184. Именно эти драйверы обеспечивают правильное (описанное выше) переключение транзисторов. Эти драйвера предназначены только для работы с полевыми транзисторами, так что биполярные транзисторы в этой схеме применяться не могут.

Применение

Мостовая схема лучше всего подходит для мощных источников питания с высоковольтным входом. На такой схеме строятся, например, большинство импульсных сварочных аппаратов.

У схемы два основных недостатка. Во-первых, высокие потери на проводимость при больших входных токах. Во-вторых, сложность, большое количество компонентов, а значит высокая стоимость.

Диоды VD12, VD13 HER308.

Номиналы следующих элементов выбираются согласно рекомендациям производителя IR2184.

Резисторы R21, R22, R23, R24 20 Ом.

Конденсаторы C10, C11 1 мкФ, рассчитанные на напряжение питания драйверов.

Расчет

В целом расчет аналогичен расчету для пушпульной схемы. Так что я приведу только те формулы, которые отличаются.

Как и для пушпульной схемы, мы рекомендуем выбирать максимальный коэффициент заполнения около 80%

При расчете трансформатора формулы такие же, как в пушпульной схеме с учетом того, что в мостовой схеме одна первичная обмотка. Количество витков в ней равно количеству витков в одной из половинок пушпульного трансформатора, а толщина провода вдвое больше, так как средний ток через нее вдвое больше.

Силовые транзисторы

[Максимальное напряжение коллектор - эмиттер VT2, VT9, VT11, VT12, В] = [Максимальное входное напряжение, В]

Коррекция асимметрии

Для того, чтобы исключить одностороннее намагничивание сердечника трансформатора иногда включают последовательно с первичной обмоткой конденсатор. Это гарантирует отсутствие одностороннего намагничивания. Но с другой стороны конденсатор снижает максимальную мощность преобразователя. Для мощных схем потребуется конденсатор большой емкости, рассчитанный на большой ток. Другим решением является применение в сердечнике трансформатора небольшого зазора (0.025 - 0.05 мм). Такой зазор гарантирует саморазмагничивание.

[Емкость последовательного конденсатора, Ф] = 5 * [Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] * [Коэффициент трансформации] * [Максимальный коэффициент заполнения] / ([Минимальное входное напряжение, В] * [Частота работы контроллера D1, Гц])

Такой выбор емкости обеспечит изменение напряжения на нем в пределах 10% от минимального входного.

Конденсатор лучше выбирать рассчитанный на максимальное входное напряжение. Это обеспечит надежный запас.

(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.