Наиболее простым преобразователем постоянного напряжения в постоянное является последовательный линейный регулятор, представляющий собой эквивалент регулируемого резистора, Рис. 1. Для поддержания постоянного выходного напряжения, сопротивление последовательного элемента регулируется системой управления в зависимости от того, насколько выходное напряжение отличается от эталонного, вырабатываемого в самом регуляторе.
Рис. 1. Схема линейного регулятора
Линейные регуляторы преобразуют более высокое по величине напряжение в более низкое. Основные достоинства линейных регуляторов их простота, высокая точность поддержания выходного напряжения и низкая цена. Главным недостатком линейных регуляторов является их низкая эффективность, которая тем ниже, чем больше разница между входным и выходным напряжениями.
Другим классом преобразователей постоянного напряжения в постоянное являются импульсные преобразователи. Принцип действия импульсных преобразователей основан на периодическом подключении выходной шины преобразователя к источнику входного напряжения посредством управляемого электронного ключа Q1, Рис. 2. Изменяя относительное время проводимости ключа, можно изменять величину выходного напряжения. Дополнив схему импульсного преобразователя выходным фильтром и системой обратной связи, можно поддерживать выходное напряжение на заданном уровне с минимальными пульсациями и вне зависимости от нагрузки преобразователя.
Рис. 2. Принцип действия импульсных преобразователей постоянного напряжения
Общим компонентом импульсных преобразователей является звездообразное соединение управляемого ключа, индуктора и неуправляемого ключа (диода). В зависимости от взаимного подключения ветвей a, b и c такой звезды и полярности элементов в ее лучах различают три основные схемы неизолированных преобразователей постоянного напряжения. Прямоходовый преобразователь, обратноходовой преобразователь и инвертирующий обратноходовой преобразователь.
В прямоходовом преобразователе (Buck) управляемый ключ периодически подключает вход индуктивно-емкостного фильтра к источнику входного напряжения, Рис. 3. Во время замкнутого состояния ключа ток индуктора и выходное напряжение увеличиваются по величине. Когда управляемый ключ разомкнут, индуктор отдает часть накопленной энергии полезной нагрузке и выходному конденсатору через блокирующий диод. Выходное напряжение прямоходового преобразователя всегда меньше входного.
Рис. 3. Схема прямоходового преобразователя и его временные диаграммы
В обратноходовом преобразователе (Boost) управляемый ключ периодически подключает индуктор к источнику входного напряжения, Рис. 4. Во время замкнутого состояния ключа ток индуктора увеличивается, а выходное напряжение поддерживаемое только энергией накопленной в выходном конденсаторе, наоборот, уменьшается. Когда управляемый ключ размыкается, часть накопленной в индукторе энергии передается на выход и в фильтрующий конденсатор в дополнение с энергией поступающей из источника входного напряжения.
Выходное напряжение обратноходового преобразователя всегда больше напряжения входного источника питания.
Рис. 4. Схема обратноходового преобразователя и его временные диаграммы
В инвертирующем обратноходовом преобразователе управляемый ключ периодически подключает индуктор к источнику входного напряжения, а нагрузка и выходной конденсатор изолированы от входа блокирующим диодом. Во время замкнутого состояния ключа ток индуктора увеличивается, а выходное напряжение поддерживаемое только за счет энергии, накопленной в выходном конденсаторе, наоборот, уменьшается. Когда управляемый ключ размыкается часть энергии накопленной в индукторе передается в нагрузку и выходной конденсатор.
Благодаря полярности подключения неуправляемого ключа, напряжение на выходе имеет полярность обратную полярности входного источника напряжения. Абсолютная величина выходного напряжения инвертирующего обратноходового преобразователя может быть как выше, так и ниже величины входного напряжения.
Рис. 5. Схема инвертирующего обратноходового преобразователя и его временные диаграммы
Кривые зависимости выходного напряжения от относительного времени проводимости управляемого ключа D для перечисленных схем преобразователей при условии неразрывности тока в индукторе L приведены на Рис. 6.
Рис. 6. Характеристики управления для различных типов преобразователей
Все три типа преобразователей находят широкое применение для питания современных компьютеров, электронных информационных приборов и устройств. Texas Instruments выпускает большой ассортимент интегральных контроллеров и интегрированных конвертеров способных реализовывать перечисленные типы преобразователей. Преимущества интегрированных специализированных контроллеров и конвертеров состоят в объединении всех важных функций управления и зашиты на едином кристалле.
Рис. 1. Схема линейного регулятора
Линейные регуляторы преобразуют более высокое по величине напряжение в более низкое. Основные достоинства линейных регуляторов их простота, высокая точность поддержания выходного напряжения и низкая цена. Главным недостатком линейных регуляторов является их низкая эффективность, которая тем ниже, чем больше разница между входным и выходным напряжениями.
Другим классом преобразователей постоянного напряжения в постоянное являются импульсные преобразователи. Принцип действия импульсных преобразователей основан на периодическом подключении выходной шины преобразователя к источнику входного напряжения посредством управляемого электронного ключа Q1, Рис. 2. Изменяя относительное время проводимости ключа, можно изменять величину выходного напряжения. Дополнив схему импульсного преобразователя выходным фильтром и системой обратной связи, можно поддерживать выходное напряжение на заданном уровне с минимальными пульсациями и вне зависимости от нагрузки преобразователя.
Рис. 2. Принцип действия импульсных преобразователей постоянного напряжения
Общим компонентом импульсных преобразователей является звездообразное соединение управляемого ключа, индуктора и неуправляемого ключа (диода). В зависимости от взаимного подключения ветвей a, b и c такой звезды и полярности элементов в ее лучах различают три основные схемы неизолированных преобразователей постоянного напряжения. Прямоходовый преобразователь, обратноходовой преобразователь и инвертирующий обратноходовой преобразователь.
В прямоходовом преобразователе (Buck) управляемый ключ периодически подключает вход индуктивно-емкостного фильтра к источнику входного напряжения, Рис. 3. Во время замкнутого состояния ключа ток индуктора и выходное напряжение увеличиваются по величине. Когда управляемый ключ разомкнут, индуктор отдает часть накопленной энергии полезной нагрузке и выходному конденсатору через блокирующий диод. Выходное напряжение прямоходового преобразователя всегда меньше входного.
Рис. 3. Схема прямоходового преобразователя и его временные диаграммы
В обратноходовом преобразователе (Boost) управляемый ключ периодически подключает индуктор к источнику входного напряжения, Рис. 4. Во время замкнутого состояния ключа ток индуктора увеличивается, а выходное напряжение поддерживаемое только энергией накопленной в выходном конденсаторе, наоборот, уменьшается. Когда управляемый ключ размыкается, часть накопленной в индукторе энергии передается на выход и в фильтрующий конденсатор в дополнение с энергией поступающей из источника входного напряжения.
Выходное напряжение обратноходового преобразователя всегда больше напряжения входного источника питания.
Рис. 4. Схема обратноходового преобразователя и его временные диаграммы
В инвертирующем обратноходовом преобразователе управляемый ключ периодически подключает индуктор к источнику входного напряжения, а нагрузка и выходной конденсатор изолированы от входа блокирующим диодом. Во время замкнутого состояния ключа ток индуктора увеличивается, а выходное напряжение поддерживаемое только за счет энергии, накопленной в выходном конденсаторе, наоборот, уменьшается. Когда управляемый ключ размыкается часть энергии накопленной в индукторе передается в нагрузку и выходной конденсатор.
Благодаря полярности подключения неуправляемого ключа, напряжение на выходе имеет полярность обратную полярности входного источника напряжения. Абсолютная величина выходного напряжения инвертирующего обратноходового преобразователя может быть как выше, так и ниже величины входного напряжения.
Рис. 5. Схема инвертирующего обратноходового преобразователя и его временные диаграммы
Кривые зависимости выходного напряжения от относительного времени проводимости управляемого ключа D для перечисленных схем преобразователей при условии неразрывности тока в индукторе L приведены на Рис. 6.
Рис. 6. Характеристики управления для различных типов преобразователей
Все три типа преобразователей находят широкое применение для питания современных компьютеров, электронных информационных приборов и устройств. Texas Instruments выпускает большой ассортимент интегральных контроллеров и интегрированных конвертеров способных реализовывать перечисленные типы преобразователей. Преимущества интегрированных специализированных контроллеров и конвертеров состоят в объединении всех важных функций управления и зашиты на едином кристалле.
Комментариев нет:
Отправить комментарий