Импульсные конверторы напряжения

Импульсный трансформатор представляет собой преобразователь, элемент управления которого функционирует в импульсном состоянии, постоянно замыкаясь и размыкаясь. Благодаря данной особенности работы подача тока происходит порционно.

Данная схема преобразователя напряжения применяется во многих бытовых электроприборах: в телевизорах, заряжающих устройствах для телефона, светодиодных лампах, компьютерной технике, бесперебойных источниках питания и т. д. В современных системах также может использоваться импульсный инвертор напряжения как часть силового преобразовательного узла.

Конструкционные особенности

Схема преобразователя с обратным ходом проста и имеет следующие элементы:

• электронный ключ (чаще всего его роль играет транзистор);
• накопительный дроссель;
• конденсатор;
• диод.

Главный принцип функционирования преобразователя заключается в беспрерывной смене закрытия и открытия. При открытом состоянии транзистора возникает подача тока, при этом в дросселе накапливается энергия. При закрытии транзистора энергия через дроссель передается на конденсатор и нагрузку, что характерно также для работы импульсного инвертора напряжения в аналогичных топологиях.

Операция происходит поэтапно:

• 1 этап – при замкнутом транзисторе ток проходит через обмотку первичную, а накопление энергии происходит с трансформацией ее в магнитное поле;
• 2 этап - транзистор разомкнут, подача тока в обмотку прекращается, однако энергия, аккумулированная в магнитном поле дросселя, продуцирует ток на обмотке вторичной. Возникает открытие диода, при этом в конденсаторе аккумулируется энергия, которая впоследствии будет применена для питания нагрузки на 1 этапе. Подобный принцип работы также применяется в ряде схем, включая устройства на базе импульсного инвертора напряжения.

Главные достоинства преобразователя

Простая схема устройства и незначительное количество электронных составляющих делают инверторы напряжения недорогими и надежными.

Основными достоинствами такого оборудования являются:

• отсутствие чувствительности к коротким замыканиям на выходе;
• делают невозможной передачу помех на нагрузку из сети;
• позволяют регулировать напряжение на выходе в широком диапазоне.

При этом импульсные преобразователи имеют один недостаток – ограничение мощности до 200 Вт. Если требуются более мощные источники питания,

Виды

С учетом функциональных особенностей различают следующие типы схем:

• понижающий преобразователь напряжения – задействован при нагрузках, которым для функционирования требуются большой уровень тока и низкий показатель напряжения;
• повышающий трансформатор – востребован для питания потребителей, нуждающихся в напряжении, превышающем показатели, которые способен обеспечить источник энергии;
• инвертирующий трансформатор – используется для получения напряжения с обратной полярностью.

У всех видов преобразователей напряжения есть несколько общих элементов:

• блок питания;
• коммутатор (он играет роль ключа);
• индуктивное устройство для накопления энергии (дроссель, катушка индуктивности);
• диод для выполнения блокировки;
• фильтровый конденсатор (он включен параллельно с сопротивлением нагрузки).

Благодаря соединению перечисленных элементов в отличающихся вариантах последовательности можно получить любую их трех разновидностей преобразователя напряжения.

Регулировать показатели выходного напряжения такого устройства удается при помощи корректировки ширины импульсов. А его стабилизация возникает вследствие применения импульсных преобразователей.

Использование стандартных линейных стабилизаторов для подобных целей в таких случаях неоправданно, так как они характеризуются низким уровнем КПД.

Импульсные устройства напряжения подразделяют на:

• стабилизаторы с широтно-импульсной модуляцией – подвергается изменениям продолжительность импульсов, при этом периодичность их возникновения остается без изменений;
• выпрямители с частотно-импульсной модуляцией – происходит преобразование частоты управляющих импульсов, а их длительность не изменяется.

Также встречаются варианты импульсных стабилизаторов, которые имеют смешанное регулирование.

В основе функционирования DC/DC преобразователей заложено понятие самоиндукции. Прерывание тока, поступающего через индуктивную катушку, в магнитном поле, расположенном вокруг нее, появляется ЭДС, а на клеммах возникает напряжение, которое характеризуется наличием обратной полярности. Управление током и периодами переключения схемы позволяет осуществлять регулирование напряжения самоиндукции.

Основные функциональные показатели

Главными рабочими параметрами всех разновидностей импульсных трансформаторов считаются:

• напряжение на выходе – бывает фиксированным либо регулируемым в определенном промежутке;
• напряжение на входе;
• ток на выходе – поможет определить, какую величину нагрузки способен поддерживать источник питания;
• стабилизация напряжения;
• размеры пульсаций;
• КПД.

При выборе оборудования, включая системы на базе импульсных инверторов напряжения, особое внимание уделяется защите от перегрузок, перегрева и короткого замыкания, а также наличию гальванической развязки.