Преобразователи напряжения с topswitch power integrations

Миниатюризация является основной тенденцией развития современной электрической техники. На фоне фурроров миниатюризации цифровых и аналоговых устройств преобразования сигналов миниатюризация источников вторичного электропитания (ИВЭП) приметно отстаёт. Объём ИВЭП нередко сравним с объёмом остальной аппаратуры. При всем этом более 20% всех отказов приходится на долю блоков питания. Потому у разработчиков всё больший энтузиазм вызывают импульсные ИВЭП.

Основными недочетами ИВЭП с линейными стабилизаторами является маленький КПД (30–50%) и неувязка отвода тепла для устройств высочайшей удельной мощности. Габариты ИВЭП с линейными стабилизаторами в значимой мере определяются габаритами устройств остывания (радиаторов, вентиляторов и т.д.), также низкочастотных реактивных частей. Объём, занимаемый такими ИВЭП, в общем составе аппаратуры добивается 50–60%, причём повысить их КПД и уменьшить за счёт этого габариты принципно нереально. Импульсные же ИВЭП не нуждаются в массивных реактивных элементах и устройствах остывания, потому что имеют завышенную частоту преобразования (50–100 кГц) и высочайший КПД (80–90%).

Компания Power Integrations, один из сегодняшних фаворитов мировой энергетической электроники, была базирована в 1988 году. Учёным компании удалось выполнить прорыв в полупроводниковой промышленности — создать уникальную технологию, позволяющую интегрировать в одной микросхеме высоковольтный (1200 В) полевой МОП-транзистор и стандартные (5 В) КМОП- и биполярные транзисторы. Это новаторство, в свою очередь, послужило основой для разработки технологии TOPSwitch, которая стала одним из достижений Power Integrations в производстве преобразователей напряжения.

Что все-таки представляет собой печатная плата семейства TOPSwitch? На самом деле, это многофункциональное устройство управления, которое врубается в цепь оборотной связи преобразователя напряжения, производит импульсную модуляцию входного напряжения, выравнивает выходное напряжение, производит защиту от температурного перегрева и перенапряжения на выходе, повторный пуск и т.д.. Устройство конструктивно выполнено в трёхвыводном корпусе ТО-220 и содержит внутри себя высоковольтный полевой МОП-транзистор (MOSFET), драйвер для управления MOSFET, конт-роллер широтно-импульсной модуляции (ШИМ), 100-кГц генератор, схемы защиты и другие модули, обеспечивающие эффективную работу импульсного источника питания.

Благодаря TOPSwitch-технологии Power Integ-rations смогла к 1997 году прирастить в 30 раз по сопоставлению с 1989 годом удельную мощность собственных источников питания. При всем этом себестоимость, количество компонент, размеры и вес непреклонно понижались, а КПД рос.
Разглядим кратко принцип деяния импульсных стабилизаторов. Применение транзисторов в режиме переключения (Switch-режиме) позволяет при значимой разнице в уровнях напряжения питания и напряжения на нагрузке получить КПД преобразования близкий к единице. Если источник неизменного тока подключать к нагрузке при помощи временами замыкаемого и размыкаемого ключа, то среднее значение напряжения на нагрузке составит

Преобразователи напряжения с topswitch power integrations

где tu — продолжительность замкнутого состояния ключа; T — период коммутации; i(t) — текущее значение тока.

При индуктивном нраве нагрузки ключа, шунтированной диодиком, такое устройство можно рассматривать как автотрансформатор неизменного тока. Если параллельно нагрузке подключить конденсатор довольно большой ёмкости, то переменная составляющая тока будет замыкаться через него, а пульсации напряжения на нагрузке будут малозначительны.

Этот принцип можно воплотить при помощи нескольких вариантов построения схем преобразователей. Наибольшее рассмотрение получили:

  • понижающий преобразователь (Buck Converter), рис. 1;
  • повышающий преобразователь (Boost Converter), рис. 2;
  • прямоходовой преобразователь (Forward Converter), рис. 3;
  • обратноходовой преобразователь (Flyback Converter), рис. 4.

Понижающий преобразователь (рис. 1) употребляется для пошагового понижения напряжения на нагрузке. Потому что главный транзистор включён поочередно с источником питания, требуется завышенный уровень коммутирующих импульсов. В преобразователе на рис. 2 главный транзистор подсоединён параллельно к источнику питания. Этот преобразователь применяется для пошагового роста напряжения на нагрузке. Достоинством этих 2-ух схем является простота, недочетами — ограниченность функций и отсутствие развязки меж входным и выходным напряжениями.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *