форматор» постоянного напряжения, преобразующий со 100 %-ной эффективностью один уровень постоянного напряжения на входе в другой уровень постоянного напряжения на выходе. Частота коммутации /"ком обычно в 10 раз превышает угловую частоту выходного фильтра /вых-

Преобразователи, работающие в ключевом режиме, имеют ряд достоинств, Эффективность их обычно достигает 60-90 % в отличие от линейных источников питания, для которых она равна 30-60 %. При высокой частоте коммутации, порядка 20-200 кГц, габариты индуктивных н емкостных фильтрующих элементов (а также развязывающих трансформаторов, если они используются) малы, что позволяет уменьшить габариты, массу и материалоемкость источников питания.

Источники питания, работающие в ключевом режиме, сложнее линейных, время реакции на нестационарные процессы, например случайные изменения нагрузки, у них больше, чем у линейных, (хотя при увеличении /ком крутизна переходной характеристики возрастает). Кроме того, коммутация создает электромагнитные помехи, которые нужно тщательно отфильтровывать. Однако в большинстве случаев этн недостатки компенсируются достоинствами,

7.2. ЧЕТЫРЕ ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ОДНОКОММУТАТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Обычно используют одну из четырех схем однокоммутаторных преобразователей. Это - понижающий преобразователь, схему которого с развязкой по постоянному току называют прямым преобразователем; повышающий, вариант которого с развязкой по постоянному току называют реверсивным преобразователем (он в настоящее время применяется редко н мы не будем его рассматривать); понижающе-повыша-ющий (инвертирующий напряжение) н его вариант, называемый обратным преобразователем, а также преобразователь Чука и его модификация с развязкой по постоянному току. Преобразователь Чука иногда называют повышающе-понижающим.

7.2,1. ПОНИЖАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

На рис. 7.2, а показана схема преобразователя понижающего типа, а на рис. 7.2, б - формы входного н выходного сигналов. Для понижающего преобразователя требуются следующие элементы: дроссель конденсатор С, диод VDt н мощный транзистор. Понижающий, повышающий и понижающе-повышающнй преобразователи являются просто различными компоновками одних н тех же элементов.

Транзисторный ключ-коммутатор может быть выполнен с использованием биполярного или мощного полевого МОП-транзистора, Малое

время переключения МОП-транзисторов позволяет эффективно исполь-зовать нх при высоких частотах коммутации с одновременным снижением энергетических затрат на переключение и существенным упрощением схем коммутации. Более низкое сопротивление биполярных

Рнс. 7.2. Понижающий преобразователь: о - схема преобразователя; б - формы сигналов

транзисторов в открытом состоянии объясняет предпочтительное нх использование на низких частотах, где потери коммутации имеют меньшее значение. Частота, при которой биполярным транзисторам отдается предпочтение перед полевыми с точки зрения потерь, изменяется чуть ли не каждый месяц. Если полевые транзисторы отвечают требованиям по

напряжению и току, их в настоящее время обычно используют в мощных коммутаторах на частотах свыше 30 кГц. В качестве мощных коммутаторов чаще применяют р-п-р (или р-канальные МОП)-транзисторы. Схема работает следующим образом. Когда транзистор открыт (<и), дроссель аккумулирует энергию, конденсатор заряжается и ток нагрузки определяется током через дроссель. Диод смещен в обратном направлении и заперт. Ток в нагрузке течет только тогда, когда транзистор открыт. Когда транзистор закрыт, поле дросселя меняет полярность, создавая на диоде смещение в прямом направлении. Конденсатор и дроссель поддерживают ток нагрузки в течение to. Поскольку запасаемая конденсатором энергия должна быть равна расходуемой, то без учета падения напряжения на диоде и транзисторе

Свых = Сист " = Сист X

где D=tjx - коэффициент заполнения коммутирующего сигнала. Поскольку энергия постоянна (пренебрегая потерями),

/ВХ.СР ВЫХ - £)

Из этих двух соотношений видно, что такой преобразователь называют понижающим, потому что Dsgl. Преобразователь может только понижать напряжение Основным недостатком понижающего преобразователя является пульсирующий входной ток, который часто требует включения фильтра на входе. Понижающие преобразователи обычно применяются тогда, когда требуется большой ток, умеренная мощность (приблизительно до 800 Вт) и относительно невысокое напряжение,

7.2.2. ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

На рнс. 7 3, а показана схема мощного повышающего преобразователя, иа рис. 7.3, б - формы сигналов. В преобразователе используется переключающий транзистор п-р-п-хпш, подключенный к источнику питания через дроссель. Энергия аккумулируется дросселем при открытом транзисторе (£„); диод VDt при этом смещен в обратном направлении и ток нагрузки протекает за счет разряда конденсатора. В течение t0 транзистор закрыт и энергия, аккумулированная дросселем, передается в нагрузку и конденсатор через открытый диод. Напряжение на дросселе имеет ту же полярность, что и £/„ст, и приложено последовательно с ним; таким образом осуществляется повышение напряжения.

Если пренебречь потерями и падением напряжения на коммутирующих элементах, то

Сист £/ист