Понижуючий імпульсний перетворювач напруги, джерело живлення

Для зниження постійної напруги з мінімальними втратами і отримання стабілізованого виходу застосовується наступний підхід. Постійна напруга перетвориться в імпульси змінної шпаруватості. Далі ці імпульси пропускаються через котушку індуктивності. Енергія накопичується на накопичувальному конденсаторі. Зворотній зв'язок стежить за стабільністю вихідної напруги і для цього регулює шпаруватість імпульсів.

Принцип роботи понижуючого перетворювача напруги заснований на властивості котушки індуктивності (дроселя) накопичувати енергію. Накопичення енергії проявляється в тому, що сила струму через котушку індуктивності як би має інерцію. Тобто вона не може змінитися миттєво. Якщо до котушки прикласти напругу, то сила струму буде поступово наростати, якщо докласти зворотна напруга, то сила струму буде поступово спадати.

Вашій увазі добірки матеріалів:

На схемі ми бачимо, що блок управління D1 в залежності від напруги на конденсаторі C2 замикає й розмикає силовий ключ. Причому чим вище напруга на C2. тим менше час, на яке замикається ключ, тобто менше коефіцієнт заповнення (більше шпаруватість). Якщо напруга на конденсаторі C2 перевищує деякий, то ключ взагалі перестає замикатися, поки напруга не знизиться. Як забезпечується така робота схеми управління, описано в статті про широтно-імпульсної модуляції.

Коли силовий ключ замкнутий, струм йде по шляху S1. При цьому до котушки індуктивності докладено напруга, рівне різниці між вхідним і вихідним напругою. Струм через котушку збільшується пропорційно напрузі, що додається до котушки, і часу, на яке замикається ключ. Котушка накопичує енергію. Протікає струм заряджає конденсатор C2.

Коли силовий ключ розімкнути, ток йде по шляху S2 через діод. До котушки індуктивності докладено вихідна напруга із зворотним знаком. Струм через котушку зменшується пропорційно напрузі, що додається до котушки, і часу, протягом якого ключ розімкнути. Протікає струм і раніше заряджає конденсатор C2.

Коли конденсатор C2 зарядиться, ключ перестає замикатися, зарядка конденсатора припиняється. Ключ знову почне замикатися, коли конденсатор C2 трохи розрядиться через навантаження.

Конденсатор C1 потрібен для того, щоб зменшити пульсації струму у вхідному ланцюзі, відбирати з неї не імпульсний, а середній струм.

Переваги, недоліки, застосовність

Втрати енергії безпосередньо залежать від ставлення вхідного і вихідного напруг. Так понижуючий перетворювач теоретично може сформувати великий вихідний струм при малій напрузі з невеликого вхідного струму, але великої напруги, але нам доведеться переривати великий струм при великому напруженні, що гарантує високі комутаційні втрати. Так що знижують перетворювачі застосовуються, якщо вхідна напруга в 1.5 - 4 рази більше вихідного, але їх намагаються не застосовувати при більшій різниці.

У такому перетворювачі немає трансформатора. Це, з одного боку. добре, так як немає проблем з паразитної індуктивністю витоку - головним обмежувачем потужності імпульсних перетворювачів. Так що понижуючий перетворювач може бути розроблений практично на будь-яку потужність. Але з іншого боку. погано, так як немає гальванічний розв'язки вхідний і вихідний ланцюгів.

Проектування понижуючого перетворювача

Розберемо процес проектування і розрахунку понижуючого перетворювача і випробуємо його на прикладах. В кінці статті буде форма, в яку можна забити необхідні параметри джерела, провести розрахунок онлайн і отримати номінали всіх елементів. Для прикладу візьмемо такі схеми:

Однією з проблем понижуючих перетворювачів є складність управління силовим ключем, так як його емітер (витік) як правило не підключений до загального проводу. Далі ми розглянемо кілька варіантів вирішення цієї проблеми. Поки зупинимося на кілька нестандартному включенні мікросхеми - ШІМ контролера. Ми використовуємо мікросхему 1156EU3. У цій мікросхеми вихідний каскад виконаний за класичною схемою двотактної. Середня точка цього каскаду виведена на ніжку 14, емітер нижнього плеча з'єднаний із загальним проводом (ніжка 10), колектор верхнього плеча виведений на ніжку 13. Ми з'єднаємо ніжку 14 з загальним проводом через резистор, а ніжку 13 підключимо до бази ключового транзистора. Коли верхнє плече вихідного каскаду відкрито (це відповідає подачі відмикає напруги на вихід), струм протікає через емітерний перехід транзистора VT2, ніжку 13, верхнє плече вихідного каскаду, ніжку 14, резистор R6. Цей струм відмикає транзистор VT2.

В такому включенні можна застосовувати і контролери з відкритим емітером на виході. У цих контролерах немає нижнього плеча. Але воно нам і не потрібно.