Импульсные преобразователи: Импульсные преобразователи: Flyback

Содержание

Импульсные преобразователи: Flyback

27-07-2020

Сердце всех импульсных источников питания — это преобразователь напряжения. Существует достаточно много разновидностей и топологий построения преобразователей. Каждая топология имеет свои особенности, недостатки и преимущества.

Сегодня расскажем про топологию обратноходового преобразователя.

Импульсный преобразователь напряжения – это преобразователь, в котором управляющий элемент (чаще всего транзистор) работает в импульсном режиме, постоянно замыкается и размыкается. За счёт этого ток через него передаётся порциями.

Обратноходовой преобразователь (от англ. flyback converter) — одна из разновидностей и построения преобразователя напряжения.

Немного истории

Импульсные источники питания начали развиваться параллельно трансформаторным с 40-х годов прошлого века. Но производство ИИП приостановилось, потому что оно было дорогим, а сами источники получались сложными и громоздкими.

Под конец XX века с развитием транзисторов и интегральных схем, импульсная схемотехника воскресла. В 2020 году каждый житель планеты пользуется устройствами на импульсной схемотехнике. Это обыкновенные зарядки для телефонов всех мастей, телевизоры, компьютеры, светодиодные лампочки, источники бесперебойного питания… список можно продолжать бесконечно.

Как это работает

Одно из преимуществ обратноходового преобразователя в его простоте. Типовая схема преобразователя состоит из:

Работу Flyback преобразователя можно описать так: транзистор непрерывно закрывается и открывается. Пока транзистор открыт, течет ток и дроссель накапливает энергию. Когда транзистор закрывается, дроссель передает энергию на конденсатор и нагрузку.

Происходит это в 2 этапа.

1 этап

Транзистор замкнут, ток протекает через первичную обмотку, энергия запасается в виде магнитного поля.

2 этап

Транзистор размыкается, в первичной обмотке ток перестает течь, но запасённая в магнитном поле дросселя энергия создаёт ток на вторичной обмотке. Диод открывается, в конденсаторе накапливается энергия (для того, чтобы питать нагрузку на этапе 1 и питается нагрузка).

Преимущества обратноходового преобразователя

Из-за простоты конструкции и сравнительно небольшом количестве электронных компонентов источники питания на обратноходовом преобразователе надёжные и не дорогие.

Flyback преобразователи:

нечувствительны к короткому замыканию на выходе;

имеют возможность регулирования выходного напряжения в широких приделах;

исключают передачу помех из сети на нагрузку.

Недостаток тоже есть — это ограничение по мощности, до 200Вт. Более мощные источники питания целесообразно делать по другой топологии, иначе неизбежно упадет эффективность.

Компания Бастион выпускает источники бесперебойного питания для охранно-пожарных систем по топологии Flyback. За 29 лет клиенты убедились в надёжности наших ИБП и обратноходовых преобразователей.

5. Импульсные преобразователи постоянного напряжения

Рисунок
5.1

ИППН
предназначены для изменения значения
постоянного напряжения. Они служат для
питания нагрузки постоянным напряжением
U_Н,
отличающиеся от напряжения источника
питания Е. При этом иногда необходимо
стабилизировать U_н
при изменении Е и тока нагрузки или
изменять U_н
по определенному закону независимо от
Е.

Выходное
напряжение таких преобразователей
характеризуется последовательностью
импульсов прямоугольной формы с
длительностью t_и
и паузой t_п
(рисунок 5.1), амплитуда которых близка
к Е, а среднее значение выходного
напряжения U_н.

В
основе принципа действия ИППН лежит
ключевой режим работы регулирующего
полупроводникового прибора, осуществляющего
периодическое подключение источника
питания Е к выходной цепи преобразователя.

Регулирование
выходного напряжения ИППН осуществляется
импульсными методами путем изменения
параметров выходных сигналов. Наибольшее
применение нашли широтно-импульсный,
частотно-импульсный методы и их
комбинация.

Широтно-импульсный
метод регулирования (ШИР) осуществляется
изменением длительности (ширины) выходных
импульсов t_и
при неизменном периоде их следования
T=const;
.
Среднее значение выходного напряжения
преобразователя при ШИР:

,
(5.1)

где
—
коэффициент регулирования.

В
соответствии с этой формулой диапазон
регулирования выходного напряжения
ИППН с ШИР составляют от нуля (t_и
=0; γ=0) до Е (t_и
=T;
γ=1).

Рисунок
5.2

Частотно-импульсное
регулирование (ЧИР) производится за
счет изменения частоты следования
выходных импульсов
при
неизменной их длительности t_и
=const.
Регулировочные возможности преобразователя
характеризуются соотношением:
(5.2)

Выходному
напряжению Е соответствует предельная
частота следования импульсов, равная
,
а нулевому выходному напряжению
.

Совместное
применение ШИР и ЧИР заключается в
изменении двух параметров выходных
импульсов t_и
и

и называется комбинированным.

Рассмотрим
наиболее распространенные принципы
построения схем ИППН (рисунок 5.2.а).
Регулирующий элемент условно покажем
в виде ключа, функцию которого обычно
выполняет тиристор или силовой транзистор.
В выходную цепь входит нагрузка Z_н
активно-индуктивного характера и при
необходимости сглаживающий дроссель
L_ф.
Иногда применяются более сложные
сглаживающие фильтры, например Г —
образный LC
фильтр. Диод VD₀
предназначен для создания контура
протекания тока нагрузки при разомкнутом
ключе К.

Рассмотрим
процессы протекающие в таком
преобразователе. На интервалах включенного
состояния ключа t₁-t₂,
t₃-t₄,
t₅-t₆
напряжение подключается ко входу
сглаживающего фильтра , U_вых=Е,
диод VD₀
закрыт. Через нагрузку протекает ток
i_н
по цепи (+Е)-К- L_ф-Z_н
–(-Е). На интервалах отключенного
состояния ключа t₂-t₃,
t₄-t₅
связь выходной цепи с источником питания
отсутствует, однако ток через нагрузку
продолжается. Он поддерживается энергией,
накопленной реактивными элементами –
дросселем L_ф
и индуктивностью нагрузки L_н
и замыкается через VD₀
вследствие чего U_вых=0.
Без учета падений напряжения на активных
сопротивлениях дросселя L_ф
и подводящих проводом U_н=U_вых
, определяется средним значением U_вых(t)
и находится по формулам 4.1 и 4.2. Ток i_н
состоит из участков экспонент нарастания
и спадания с постоянной времени
.
Среднее значение тока
.

При
переходе к большим мощностям нагрузки
(свыше 100кВт) возникают трудности в
построении преобразователей по
рассмотренной схеме. Они вызваны большими
токами , и необходимостью применения
большого числа параллельно включенных
тиристоров. Кроме того, трудно осуществима
конструкция дросселя с большой
индуктивностью. ИППН большой мощности
выполняют по многотактному принципу,
основанному на параллельном включении
Т-отдельных преобразователей, работающих
на общую нагрузку от общего источника
постоянного тока.

Импульсный преобразователь RFTM-1 • ELKO EP

Присоединяйтесь к нашим предстоящим бесплатным онлайн-вебинарам. ..

Зарегистрируйтесь сейчас

Интернет-магазин

Английский

Беспроводной преобразователь импульсов определяет с помощью датчиков бытовые счетчики электроэнергии (электрической, водяной, газовой) и передает их на беспроводной блок РФПМ-2М

EAN:
8595188143158
|
Код:
4315

ОПИСАНИЕ

Энергошлюз RFPM-2M действует как интерфейс между счетчиком и смартфоном.
Измеренные значения отображаются в приложении iHC-MAIRF/iHC-MIIRF в ежедневном, еженедельном или ежемесячном обзоре в виде графиков.
Датчик предназначен для использования на существующих счетчиках и даже без импульсного выхода «S0» (датчик должен поддерживать сканирование).
RFTM-1 передает потребление от счетчиков с помощью датчиков — LS (светодиодный датчик), WS (магнитный датчик для счетчика), MS (магнитный датчик) или импульсным выходом («S0»).
На каждый счетчик потребления необходимо иметь один преобразователь импульсов РФТМ-1.
Питание от батареи (2 батарейки ААА 1,5 В — входят в комплект) со средним сроком службы батареи около 2 лет (в зависимости от типа сканирования, частоты передачи и импульсов).
Дальность действия до 100 м (на открытом пространстве), если сигнал между контроллером и пользователем слабый, используйте повторитель сигнала RFRP-20 или компонент протокола RFIO2, которые поддерживают эту функцию.
Частота связи с двунаправленным протоколом RFIO.
Повышенная степень защиты IP65 подходит для монтажа в стояках, распределительных щитах и других средах с высокими требованиями.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Источник питания: 2 батарейки 1,5 AAA
Режим настройки: мигает зеленый светодиод — активен, красный светодиод — мигает во время регистрации импульсного датчика
Выбор датчика: поворотный потенциометр
Рабочее положение: любое
Защита: IP65
Размер: 72 x 62 x 34 мм
Вес: 104 г

Загрузки

Технические характеристики принадлежностей
Формат: pdf | Размер
: 177 КБ | 06.08.2021
Спецификация RFTM-1
Формат: pdf | Размер
: 121 КБ | 06. 08.2021
Декларация соответствия ЕС RFTM-1
Формат: pdf | Размер
: 50 КБ | 06.08.2021

LS Светодиодный датчик

Светодиодный датчик сканирует светодиодные импульсы на счетчике, которые миганием указывают потребление.

MS Магнитный датчик

Магнитный датчик сканирует движение цифры, на которую наложен постоянный магнит.

Календарь

Декабрь 2022

Центр обслуживания клиентов

Техническая поддержка

	+420 800 100 671
	[email protected]

Больше контактов

ПРОДАЖИ

	+420 573 514 221
	[email protected]

Больше контактов

Преобразователи постоянного тока в постоянный с широтно-импульсной модуляцией

Предисловие.

Об авторе.

Список символов.

1 Введение.

1.1 Классификация источников питания.

1.2 Основные функции регуляторов напряжения.

1.3 Соотношение мощностей в преобразователях постоянного тока.

1.4 Передаточные функции постоянного тока преобразователей постоянного тока.

1.5 Статические характеристики регуляторов напряжения постоянного тока.

1.6 Динамические характеристики регуляторов напряжения постоянного тока.

1.7 Линейные регуляторы напряжения.

1.8 Топологии ШИМ-преобразователей постоянного тока

1.9 Взаимосвязь между током, напряжением, энергией и мощностью.

1.10 Электромагнитная совместимость.

1.11 Резюме.

1.12 Ссылки.

1.13 Контрольные вопросы.

1.14 Проблемы.

2 BuckPWMDC–DCConverter.

2.1 Введение.

2.2 Анализ постоянного тока ШИМ-понижающего преобразователя для CCM.

2.3 Анализ постоянного тока ШИМ-понижающего преобразователя для DCM.

2.4 Понижающий преобразователь с входным фильтром.

Понижающий преобразователь 2,5 с синхронным выпрямителем.

2.6 Понижающий преобразователь с положительной общей магистралью.

2.7 Понижающие преобразователи с отводной индуктивностью.

2.8 Многофазный понижающий преобразователь.

2.9 Резюме.

2.10 Ссылки.

2.11 Контрольные вопросы.

2.12 Проблемы.

3 Повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный с ШИМ.

3.1 Введение.

3.2 Анализ постоянного тока повышающего преобразователя ШИМ для CCM.

3.3 Анализ постоянного тока повышающего преобразователя ШИМ для DCM.

3.4 Двунаправленные понижающие и повышающие преобразователи.

3.5 Повышающие преобразователи с отводной индуктивностью.

3.6 Двойственность.

3.7 Коррекция коэффициента мощности.

3.8 Резюме.

3.9 Ссылки.

3.10 Контрольные вопросы.

3.11 Проблемы.

4 Понижающе-повышающий ШИМ преобразователь постоянного тока в постоянный.

4.1 Введение.

4.2 Анализ постоянного тока повышающе-понижающего ШИМ преобразователя для CCM.

4.3 Анализ постоянного тока повышающе-понижающего ШИМ преобразователя для DCM.

4.4 Двунаправленный повышающе-понижающий преобразователь.

4.5 Синтез повышающе-понижающего преобразователя.

4.6 Синтез преобразователя Boost-Buck (Cuk).

4.7 Неинвертирующие повышающе-понижающие преобразователи.

4.8 Понижающе-повышающие преобразователи с отводной индуктивностью.

4.9 Резюме.

4.10 Ссылки.

4.11 Контрольные вопросы.

4.12 Проблемы.

5 Преобразователь постоянного тока в постоянный с ШИМ обратного хода.

5.1 Введение.

5.2 Трансформаторы.

5.3 Анализ постоянного тока ШИМ-обратноходового преобразователя для CCM.

5.4 Анализ постоянного тока ШИМ-обратноходового преобразователя для DCM.

5.5 Обратноходовой преобразователь с несколькими выходами.

5.6 Двунаправленный обратноходовой преобразователь.

5.7 Звон в обратноходовом преобразователе.

5.8 Обратноходовой преобразователь с активным ограничением.

5.9 Двухтранзисторный обратноходовой преобразователь.

5.10 Резюме.

5.11 Ссылки.

5.12 Контрольные вопросы.

5.13 Проблемы.

6 Прямой ШИМ преобразователь постоянного тока в постоянный.

6.1 Введение.

6.2 Анализ постоянного тока прямоходового ШИМ-преобразователя для CCM.

6.3 Анализ постоянного тока ШИМ-преобразователя для DCM.

6.4 Прямоходовой преобразователь с несколькими выходами.

6.5 Прямоходовой преобразователь с синхронным выпрямителем.

6.6 Преобразователи прямого хода с активным креплением.

6.7 Прямоходовой преобразователь с двумя переключателями.

6.8 Резюме.

6.9 Ссылки.

6.10 Контрольные вопросы.

6.11 Проблемы.

7 Полумостовой ШИМ-преобразователь постоянного тока в постоянный.

7.1 Введение.

7.2 Анализ постоянного тока полумостового ШИМ-преобразователя для CCM.

7.3 Анализ постоянного тока полумостового ШИМ-преобразователя для DCM.

7.4 Резюме.

7.5 Ссылки.

7.6 Контрольные вопросы.

7.7 Проблемы.

8 Полномостовой ШИМ-преобразователь постоянного тока в постоянный.

8.1 Введение.

8.2 Анализ постоянного тока полномостового ШИМ-преобразователя для CCM.

8.3 Анализ постоянного тока полномостового ШИМ-преобразователя для DCM.

8.4 Мостовой преобразователь с фазовым управлением.

8.5 Резюме.

8.6 Ссылки.

8.7 Контрольные вопросы.

8.8 Проблемы.

9 Двухтактный ШИМ-преобразователь постоянного тока в постоянный.

9.1 Введение.

9.2 Анализ постоянного тока двухтактного ШИМ-преобразователя для CCM.

9.3 Анализ постоянного тока двухтактного ШИМ-преобразователя для DCM.

9.4 Сравнение ШИМ-преобразователей постоянного тока.

9.5 Резюме.

9.6 Ссылки.

9.7 Контрольные вопросы.

9.8 Проблемы.

10 Малосигнальные модели ШИМ-преобразователей для CCM и DCM.

10.1 Введение.

10.2 Допущения.

10.3 Усредненная модель идеальной коммутационной сети для CCM.

10.4 Усредненные значения коммутируемых сопротивлений.

10.5 Уменьшение модели.

10.6 Усредненная модель большого сигнала для CCM.

10.7 Линейные модели коммутационной сети постоянного тока и малосигнальных цепей для CCM.

10.8 Семейство моделей преобразователей ШИМ для CCM.

10.9 Модель переключателя слабого сигнала PWM для CCM.

10.10 Моделирование идеальной коммутационной сети для DCM.

10.11 Усредненные паразитные сопротивления для DCM.

10.12 Малосигнальные модели ШИМ-преобразователей для ДКМ.

10.13 Резюме.

10.14 Ссылки.

10.15 Контрольные вопросы.

10.16 Проблемы.

11 Характеристики слабого сигнала разомкнутого контура повышающего преобразователя для CCM.

11.1 Введение.

11.2 Характеристики постоянного тока.

11.3 Передаточная функция управления-выход без обратной связи.

11.4 Задержка в функции передачи управления на выход без обратной связи.

11.5 Восприимчивость к звуку без обратной связи.

11.6 Входной импеданс без обратной связи.

11.7 Полное выходное сопротивление без обратной связи.

11.8 Переходные характеристики без обратной связи.

11.9 Резюме.

11.10 Ссылки.

11.11 Контрольные вопросы.

11.12 Проблемы.

12 Управление повышающим преобразователем в режиме напряжения.

12.1 Введение.

12.2 Схема повышающего преобразователя с управлением по напряжению.

12.3 Широтно-импульсный модулятор.

12.4 Передаточная функция модулятора, силового каскада повышающего преобразователя и цепи обратной связи.

12.5 Усилитель ошибки.

12.6 Встроенный однопроводной контроллер.

12. 7 Встроенный двухпроводной контроллер.

12.8 Усиление контура.

12.9 Функция передачи напряжения управления по замкнутому контуру на выход.

12.10 Восприимчивость к звуку с обратной связью.

12.11 Полное входное сопротивление замкнутого контура.

12.12 Полное выходное сопротивление замкнутого контура.

12.13 Реакции на скачки с обратной связью.

12.14 Передаточные функции постоянного тока с обратной связью.

12.15 Резюме.

12.16 Ссылки.

12.17 Контрольные вопросы.

12.18 Проблемы.

13 Управление текущим режимом.

13.1 Введение.

13.2 Принцип работы ШИМ-преобразователей с режимом пикового тока.

13.3 Взаимосвязь между рабочим циклом и наклоном тока индуктора.

13.4 Нестабильность замкнутого контура тока.

13.5 Компенсация наклона.

13.6 Эффект выборки и хранения на токовой петле.

13.7 Текущая петля в s -Домен.

13. 8 Контур напряжения ШИМ-преобразователей с управлением по току.

13.9 Коэффициенты прямой связи в ШИМ-преобразователях с управлением по току без компенсации наклона.

13.10 Коэффициенты усиления с прямой связью в ШИМ-преобразователях с управлением по току и компенсацией наклона.

13.11 Передаточные функции замкнутого контура с коэффициентами прямой связи.

13.12 Компенсация наклона путем добавления линейного изменения тока дросселя.

13.13 Взаимосвязи для управления временем включения в режиме тока постоянной частоты.

13.14 Резюме.

13.15 Ссылки.

13.16 Контрольные вопросы.

13.17 Проблемы.

13.18 Приложение: Моделирование выборки и хранения.

14 Управление повышающим преобразователем в токовом режиме.

14.1 Введение.

14.2 Передаточные функции слабого сигнала без обратной связи.

14.3 Переходные характеристики тока дросселя без обратной связи.

14.5 Передаточные функции с обратной связью по напряжению.

14.6 Реакции на скачки с обратной связью.

14.7 Передаточные функции постоянного тока с обратной связью.

14.8 Резюме.

14.9 Ссылки.

14.10 Контрольные вопросы.

14.11 Проблемы.

15 Силовые диоды из кремния и карбида кремния.

15.1 Введение.

15.2 Электронные выключатели питания.

15.3 Собственные полупроводники.

15.4 Внешние полупроводники.

15.5 Кремний и карбид кремния.

15.6 Физическая структура соединительных диодов.

15,7 Статическая I – V Характеристика диода.

15.8 Напряжение пробоя переходных диодов.

15.9 Емкости переходных диодов.

15.10 Обратное восстановление диодов с pn-переходом.

15.11 Диоды Шоттки.

15.12 SPICE Модель диодов.

15.13 Резюме.

15.14 Ссылки.

15.15 Контрольные вопросы.

15.16 Проблемы.

16 силовых МОП-транзисторов на основе кремния и карбида кремния.

16.1 Введение.

16.2 Физическая структура силовых МОП-транзисторов.

16.3 Принцип действия мощных МОП-транзисторов.

16.4 Получение характеристик мощного МОП-транзистора.

16.5 Характеристики мощного МОП-транзистора.

16.6 Подвижность носителей заряда.

16.7 Эффекты короткого канала.

16,8 Соотношение сторон мощных МОП-транзисторов.

16.9 Напряжение пробоя мощных МОП-транзисторов.

16.10 Напряжение пробоя оксида затвора мощных МОП-транзисторов.

16.11 Сопротивление области дрейфа.

16.12 Знаки отличия.

16.13 Сопротивление силовых МОП-транзисторов в открытом состоянии.

16.14 Емкости силовых МОП-транзисторов.

16.15 Переключение сигналов.

16.16 SPICE Модель мощных МОП-транзисторов.

16.17 Биполярные транзисторы с изолированным затвором.

16.18 Радиаторы.

16.19 Резюме.

16.20 Ссылки.

16.21 Контрольные вопросы.

16.