Прямоходовый однотактный импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Применение, конструирование, проектирование

Как сконструировать прямоходовый импульсный преобразователь. В каких ситуациях он применяется (10+)

Прямоходовый однотактный импульсный преобразователь напряжения. Расчет. Примеры схем - Проектирование

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

После размыкания ключа происходит размагничивание сердечника трансформатора. Ток идет по контурам S2. Энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора, возвращается в цепи питания.

Блок управления D1 формирует широтно-импульсно модулированный сигнал, то есть формирует импульсы управления ключом переменной скважности. Время, в течение которого ключ остается открытым, зависит от напряжения на конденсаторе C2.

Конденсатор C1 нужен для того, чтобы защитить входную цепь от пульсаций тока, отбирать из нее не импульсный, а средний ток.

Применение

Оптимально применять прямоходовый однотактный преобразователь напряжения в схемах небольшой мощности (до 500 Вт), в которых требуется гальваническая развязка входной и выходной цепи или выходное напряжение сильно (в 10 и более раз) отличается от входного. По такой схеме выполнено большинство зарядных устройств для мобильных телефонов.

Проектирование прямоходового преобразователя

Предлагаю Вашему вниманию две схемы, в которых представлены разные силовые ключи, а схема ограничения тока выполнена на токосчитывающем резисторе. В конце статьи будет схема с токовым трансформатором. Трансформатор тока можно применять и в первых двух схемах, включив его совершенно аналогично в эмиттерную (истоковую) цепь.

В конце статьи будет форма, позволяющая рассчитать номиналы всех элементов обоих схем, в том числе и трансформатора тока.

Схема 1

Схема 2

Главной проблемой всех преобразователей с гальванической развязкой входной и выходной цепей является формирование обратной связи по напряжению. Если гальваническая развязка не нужна, то следует соединить минус выходной цепи с общим проводом входной и применять такую же схему обратной связи по напряжению, как в понижающей топологии. Если же развязка нужна, то применяется транзисторный оптрон VT8 - VD7.

Все было бы хорошо, если бы нам был известен коэффициент передачи тока этого оптрона. Но на самом деле для разных экземпляров оптопар он может быть от 0.3 до 10. Подбирать резистор R9 под конкретный экземпляр оптрона крайне нежелательно, так как изменение номинала это резистора требует пересчета номиналов остальных пяти элементов цепи обратной связи. Решения есть два.

Первый вариант. Применение на стороне вторичной обмотки отдельного операционного усилителя ошибки со всеми цепями коррекции, и передача на вход уже скорректированного сигнала через оптрон. При этом коэффициент передачи тока оптрона корректируется за счет применения обратной связи в усилителе ошибки ШИМ - контроллера. Коэффициент усиления усилителя ошибки ШИМ - контроллера устанавливается таким образом, чтобы суммарно оптрон и этот усилитель ошибки дали усиление, равное 1. Если Вам интересна такая схема, напишите в обсуждение статьи, я ее выложу.

Второй вариант. Этот наш любимый вариант. Мы его всегда применяем. На стороне первичной обмотки оптрон подключается не непосредственно к входу усилителя ошибки, а через токовое зеркало с изменяемым коэффициентом отражения. Все элементы схемы рассчитываются исходя из того, что коэффициент передачи тока оптрона вместе с зеркалом равен 1. После сборки схемы подстроечным резистором R18 устанавливается выходное напряжение. Так как мы рассчитывали все резисторы, ориентируясь на единичный коэффициент передачи тока, то нужное нам выходное напряжение получится как раз при таком положении движка резистора R18, при котором коэффициент будет равен 1.

Резистор R19 - 1 кОм.

Резистор R18 - подстроечный 5 кОм.

Если входное напряжение превышает максимально допустимое напряжение питания микросхемы - контроллера или максимально допустимое напряжение управления полевым транзистором, то применяются специальные схемы понижения. Их обзор будет в отдельной статье. Подпишитесь на новости, чтобы узнать о ее выходе.

Для управления полевым транзистором применяются ШИМ - контроллер с двухтактным каскадом на выходе. Для управления биполярным транзистором можно применять такие же контроллеры (тогда резистор R8 не нужен), а можно использовать контроллеры с транзистором с открытым эмиттером на выходе и ставить резистор R8. Мы качестве ШИМ - контроллера используем любимую микросхему 1156EU3. Она с двухтактным каскадом на выходе.

В 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.

Резистор R1 подстроечный 200 кОм - служит для установки максимально допустимого коэффициента заполнения. Коэффициент заполнения выбирается произвольно в некоторых пределах. От него зависит целый ряд номиналов других элементов схемы. Оптимальным является коэффициент заполнения 50%. Однако, для снижения максимального напряжения на силовом ключе его можно делать меньше. Настройка проводится таким образом. Отключаются силовые элементы. Далее с помощью осциллографа этим резистором устанавливается рассчитанное значение коэффициента заполнения.

Резистор R16 подстроечный 200 кОм - служит для регулировки выходного напряжения.

Резистор R8 50 Ом. Этот резистор обеспечивает надежное и быстрое запирание биполярного транзистора.

Диод VD1 маломощный, например, КД510

Конденсатор C1 0.1 мкФ, согласно рекомендациям производителей контроллера. Конденсатор нужен для сглаживания пульсаций опорного напряжения, которое формируется контроллером на ноге 16.

(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. [2] сообщений.

Уважаемый Автор, спасибо за очень интересные, подробные и написанные простым понятным языком статьи по импульсным преобразователям. Многое в голове разложилось по полочкам, тем не менее остались некоторые вопросы. (1) Все схемы в Ваших конструкциях основаны на ШИМ преобразователе с постоянной частотой следования импульсов. Чем такой подход выгоднее релейного регулирова Читать ответ...