Семь шагов в электронику

Сократить потери при переходе ключей из одного состояния в другое — задача весьма непростая, и решается она как выбором быстродействующих ключей, так и схемно-техническими средствами (сокращением времени переключения ключей и уменьшением тока, протекающего через ключ в момент переключения).

Причина 3. по аналогичной причине — невозможности мгновенно открыться или закрыться, — происходят потери мощности на диодах выпрямителя. Здесь также задача снижения потерь мощности решается выбором диодов и схемно-техническими средствами.

Особенности схемотехники преобразователей

Схемотехника преобразователей напряжения отличается большим разнообразием, однако ее можно разбить на несколько групп. Первое, самое очевидное, деление — преобразователи бывают однотактные и двухтактные. Легко догадаться, что эти группы отличаются количеством силовых ключей в схеме.

Однотактные преобразователи (рис. 7.2) содержат всего один силовой ключ, всего один выпрямительный диод, отличаются более простой схемотехникой, и практически всегда используются в источниках пихания сравнительно небольшой мощности.

Главный недостаток однотактных преобразователей — они работают при сильном подмагничивании магнитопровода трансформатора, поэтому далеко не всякий трансформатор будет пригоден для работы в однотактной схеме. По этой же причине достаточно сложно изготовить однотактный преобразователь на большие мощности.

Однотактные преобразователи, в свою очередь, делятся на две группы:

♦ прямоходовые (рис. 7.2, а), в которых передача энергии из источника в нагрузку происходит в тот момент, когда силовой ключ открыт.

♦ обратноходовые (fly-back, рис. 7.2, б), в которых передача энергии из источника в нагрузку происходит тогда, когда силовой ключ заперт.

Рис. 7.2.Принципиальные схемы однотактных преобразователей:

_{а — прямоходовой, б — обратноходовой}

 Примечание.

Такое возможно потому, что в то время, когда силовой ключ открыт, энергия для передачи в нагрузку запасается в виде магнитного поля в магнитопроводе трансформатора, а при закрытом ключе уже эта запасенная энергия передается в нагрузку.

Схемотехнически эти две группы отличаются только полярностью включения выпрямительного диода и алгоритмом управления силовым ключом. Современные однотактные преобразователи по большей части являются обратноходовыми, в том числе и потому, что трансформатор для них проще в изготовлении и содержит меньшее число витков.

Двухтактные преобразователи напряжения (рис. 7.3) содержат вдвое большее число силовых ключей, вдвое большее число выпрямительных диодов, но зато практически не ограничены в выходной мощности.

Схемотехнически двухтактные преобразователи также можно разделить на две группы:

♦ схема со «средней точкой» (рис. 7.3, а)

♦ полумостовая (рис. 7.3, б) и мостовая (рис. 7.3, в) схема.

Рис. 7.3.Принципиальные схемы двухтактных преобразователей:

_{а — схема со «средней точкой»; б — полумостовая схема; в — мостовая схема}

Первая группа фактически представляет собой два «рядом стоящих» прямоходовых однотактных преобразователя, работающих в противофазе.

 Примечание.

Двухтактных обратноходовых преобразователей не бывает, потому что такой режим требует применения управляемых особым образом ключей вместо выпрямительных диодов (впрочем, с появлением т. н. синхронных выпрямителей не исключено, что двухтактный обратноходовый преобразователь, наконец, появится).

Вторая группа очень похожа на двухтактные выходные каскады УНЧ. В двухтактных преобразователях подмагничивание трансформатора отсутствует (или, во всяком случае, не является неизбежной характеристикой схемы). Это существенно упрощает изготовление трансформатора (в частности, позволяет применять для трансформаторов кольцевые магнитопроводы без каких-либо ограничений).

Схемы со средней точкой в основном применяются при низких входных напряжениях, мосты и полумосты — при высоких.

Причины такого разделения более экономические, нежели технические — при низких напряжениях первичная обмотка трансформатора полумоста содержит вдвое меньше витков, чем у моста, и вчетверо меньше, чем у схемы со средней точкой.