Введение
Тип схемы преобразователя напряжения
Преобразователь обратного хода используется как в преобразовании переменного тока в постоянный, так и в преобразовании постоянного тока в постоянный с гальванической изоляцией между входом и всеми выходами. Преобразователь обратного хода является повышающе-понижающим преобразователем, в котором индуктивность разделена для формирования трансформатора, что позволяет увеличить передаточное отношение напряжения и обеспечивает дополнительную изоляцию.
Структура и принцип
Схема преобразователя обратного хода показана на рис. 1. Она эквивалентна схеме повышающе-понижающего преобразователя, при этом индуктивность разделена для формирования трансформатора. Поэтому принцип работы обоих преобразователей очень похож: когда ключ замкнут (верхняя часть рис. 2), первичная обмотка трансформатора напрямую подключена к источнику входного напряжения. Первичный ток и магнитный поток в трансформаторе возрастают, запасая энергию в трансформаторе. Напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, отрицательное, поэтому диод заперт в обратном направлении. Выходной конденсатор обеспечивает энергией выходную нагрузку. Когда ключ разомкнут (нижняя часть рис. 2), первичный ток и магнитный поток уменьшаются. Вторичное напряжение становится положительным, открывая диод и позволяя току течь от трансформатора. Энергия из сердечника трансформатора перезаряжает конденсатор и питает нагрузку. Возможность запасать энергию в трансформаторе перед передачей на выход преобразователя позволяет данной топологии легко генерировать несколько выходов с минимальным количеством дополнительных элементов, хотя выходные напряжения должны соответствовать друг другу посредством коэффициента трансформации. Кроме того, необходима управляющая шина, которую следует нагрузить перед подключением нагрузки к неуправляемым шинам, чтобы обеспечить открытие ШИМ и подачу достаточной энергии в трансформатор.
When the switch is closed (top of Fig. 2), the primary of the transformer is directly connected to the input voltage source. The primary current and magnetic flux in the transformer increases, storing energy in the transformer. The voltage induced in the secondary winding is negative, so the diode is reverse biased (i. e., blocked). The output capacitor supplies energy to the output load. When the switch is opened (bottom of Fig. 2), the primary current and magnetic flux drops. The secondary voltage is positive, forward biasing the diode, allowing current to flow from the transformer. The energy from the transformer core recharges the capacitor and supplies the load. The operation of storing energy in the transformer before transferring to the output of the converter allows the topology to easily generate multiple outputs with little additional circuitry, although the output voltages have to be able to match each other through the turns ratio. Also there is a need for a controlling rail which has to be loaded before load is applied to the uncontrolled rails, this is to allow the PWM to open up and supply enough energy to the transformer.
Операции
Конвертер обратной связи является изолированным преобразователем мощности. Две основные схемы управления – это управление по напряжению и управление по току. В большинстве случаев для обеспечения стабильности в процессе работы необходимо доминирование управления по току. Обе схемы требуют сигнала, связанного с выходным напряжением. Существует три распространенных способа формирования этого сигнала:
1. Использование оптопары во вторичной цепи для передачи сигнала контроллеру. 2. Намотка отдельной обмотки на сердечник и использование перекрестной регулировки в конструкции. 3. Измерение амплитуды напряжения на первичной стороне во время разряда относительно постоянного первичного напряжения. Первая техника, с использованием оптопары, позволяет добиться точного регулирования напряжения и тока, в то время как второй подход разработан для применений, чувствительных к стоимости, где выход не требует столь же жесткого контроля, но многие компоненты, включая оптопару, могут быть исключены из общей конструкции. Кроме того, в приложениях, где критична надежность, оптопары могут негативно влиять на среднее время наработки на отказ (MTBF) системы. Третья техника, измерение на первичной стороне, может быть столь же точной, как и первая, и более экономичной, чем вторая, но требует минимальной нагрузки для поддержания события разряда, что позволяет измерять вторичное напряжение 1:N на первичной обмотке (во время Tразряда, как показано на рис. 3). Вариацией технологии измерения на первичной стороне является регулирование выходного напряжения и тока путем мониторинга формы сигнала во вспомогательной обмотке, используемой для питания самого контроллера, что повысило точность регулирования напряжения и тока. Вспомогательная первичная обмотка используется в той же фазе разряда, что и остальные вторичные обмотки, но формирует выпрямленное напряжение, обычно привязанное к первичному постоянному напряжению, и поэтому считается относящимся к первичной стороне. Ранее измерения проводились по всей форме сигнала обратной связи, что приводило к ошибкам, но было установлено, что измерения в так называемой точке колена (когда вторичный ток равен нулю, см. рис. 3) позволяют более точно измерять поведение вторичной стороны. Эта топология сейчас заменяет преобразователи с колебательным контуром (RCC) в таких приложениях, как зарядные устройства для мобильных телефонов.