Режим непрерывного / прерывного (прерывистого) тока через дроссель в импульсных преобразователях напряжения, источниках питания

Понятие режимов непрерывного и прерывного тока. Онлайн расчет для понижающей, пушпульной, прямоходовой, мостовой и полумостовой топологий (10+)

Режим непрерывного / прерывного (прерывистого) тока через дроссель

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

В импульсных источниках питания всех топологий используется дроссель (катушка индуктивности) для накопления энергии и передачи ее на выходной конденсатор.

Различают два режима работы таких схем: непрерывного тока и прерывного (прерывистого) тока через дроссель.

Диаграмма токов

Графики тока (суммарного тока) через дроссель в зависимости от времени

На верхнем рисунке показан режим прерывистого тока, на нижнем - непрерывного. Для непрерывного режима определена величина максимального тока через дроссель (I max) и минимального тока через дроссель (I min). Для прерывного режима I min равно нулю.

Особенности обратноходовой схемы

В обратноходовой схеме используется дроссель с несколькими обмотками, который одновременно является трансформатором. Все, сказанное верно и для этой схемы с учетом следующего соображения. Под током через дроссель понимается суммарный ток, то есть сумма токов, приведенных к первичной обмотке, через все обмотки этого дросселя, при условии, что все обмотки намотаны в одну сторону. Что это значит?

[Суммарный ток через дроссель, А] = [Ток через первичную обмотку, А] + [Ток через обмотку 2, А] * [Количество витков первичной обмотки] / [Количество витков обмотки 2] + [Ток через обмотку 3, А] * [Количество витков первичной обмотки] / [Количество витков обмотки 3] + ...

Если обмотка намотана в другую сторону, то ток через нее нужно не прибавлять, а вычитать.

Действительно, катушка индуктивности накапливает энергию в магнитном поле и склонна поддерживать его (магнитного поля) напряженность, то есть величину электромагнитной индукции. Током через какую обмотку обеспечивается эта индукция - все равно. Ток в таком дросселе может как-бы перетекать из одной обмотки в другую. Можно беспрепятственно менять силу тока в разных обмотках, если сохраняется суммарный ток через дроссель. В этом случае сохраняется индукция, и не требуется подводить или отводить энергию. Индукция пропорциональна количеству витков, этим обуславливается необходимость приводить силу тока к первичной обмотке, то есть умножать на соотношение витков (коэффициент трансформации от вторичной отмотки к первичной).

Критерий режима

Для понижающего, прямоходового, пушпульного, полумостового, мостового преобразователей

В расчете пренебрегаем потерями.

[Приведенное входное напряжение, В] = [Коэффициент передачи входного напряжения] * [Входное напряжение, В]

• Понижающий: [Коэффициент передачи входного напряжения] = 1
• Прямоходовый, мостовой: [Коэффициент передачи входного напряжения] = [Количество витков вторичной обмотки] / [Количество витков первичной обмотки]
• Пушпульный: [Коэффициент передачи входного напряжения] = [Количество витков вторичной обмотки] / [Количество витков одного плеча первичной обмотки]
• Полумостовой: [Коэффициент передачи входного напряжения] = [Количество витков вторичной обмотки] / [Количество витков первичной обмотки] / 2

Тогда преобразователь будет работать в непрерывном режиме, если:

[Сила тока нагрузки, А] > ([Приведенное входное напряжение, В] - [Выходное напряжение, В]) * [Выходное напряжение, В] / [Приведенное входное напряжение, В] / [Частота преобразователя, Гц] / [Индуктивность дросселя, Гн] / 2

Онлайн расчет

Учитываем, что для пушпульной топологии в форму надо ставить количество витков одного плеча первичной обмотки, для понижающего поставьте количество витков обоих обмоток равным 1, а для полумостового количество витков первичной обмотки удвойте по сравнению с тем, что есть на самом деле.

Понять приведенную формулу очень просто, если принять во внимание, что сила тока нагрузки равна средней силе тока через дроссель. При максимально возможной для прерывного режима силе тока нагрузки график тока в катушке индуктивности выглядит так:

Работа преобразователей состоит из двух фаз: накопления энергии (T1) и отдачи энергии (T2). Накопление энергии происходит, когда дроссель подключен ко входному напряжению. Отдача энергии - когда дроссель отключен от входного напряжения.

Средняя сила тока дросселя равна половине максимальной (I max). В свою очередь максимальная сила тока (I max) достигается путем приложения разницы приведенного входного и выходного напряжений (на рисунке эта разница обозначена U1) к катушке на время, определенное длительностью периода (1 деленная на частоту) и коэффициентом наполнения (T1 / (T1 + T2)).

Коэффициент наполнения при максимально возможной для прерывного режима силе тока нагрузки равен отношению выходного напряжения к входному (из закона сохранения энергии и того, что мы пренебрегли потерями).

(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.