Квазирезонансный преобразователь с переключением при нулевом токе

November 2, 2011 by admin Комментировать »

Квазирезонансный импульсный источник питания с переключением при нулевом токе (ПНТ) придает волне тока, протекающего через ключ синусоидальную форму. Транзистор всегда переключается, когда ток через ключ равен нулю. Для понимания принципа действия квазирезонансного импульсного источника питания с ПНТ лучше всего подробно исследовать его наиболее элементарную топологию: понижающий квазирезонансный преобразователь с ПНТ (и его формы сигналов), показанный на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Схема и формы сигналов понижающего квазирезонансного преобразователя с ПНТ

Как видим, на выходе присутствует уже знакомый нам заградительный входной фильтр (L-C), характерный для понижающих и всех прямоходовых преобразователей. Показанная на рис. 4.10 конфигурация называется топологией параллельного резонанса, поскольку параллельно резонансному конденсатору включено полное сопротивление нагрузки (LC-фильтр действует как демпфирующий импеданс). Вход в каскад LC-фильтра соответствует высокому импедансу параллельного тока при частоте резонанса колебательного контура. В противном случае было бы уменьшено Q колебательного контура, что оказало бы отрицательное влияние на его способность "звенеть".

Работу квазирезонансного понижающего преобразователя с ПНТ можно разделить на четыре периода. Период 1 — это его статическое или начальное состояние, в котором элементы колебательного контура "разряжены", ключ разомкнут и через ограничивающий диод протекает тока нагрузки через индуктор, как и в понижающем преобразователе с ШИМ. Период 2 начинается в тот момент, когда ключ замыкается, и напряжение на нем начинает постепенно возрастать. Поскольку ограничивающий диод находится в состоянии проводимости, резонансный конденсатор эффективно закорочен на землю. Ключ "воспринимает" только индуктивность резонансного индуктора. При переключении напряжения ток через ключ равен нулю, поскольку ток, протекающий через резонансный индуктор, не может измениться мгновенно. Затем ток, протекающий через ключ, начинает линейно возрастать от нуля ампер с положительным наклоном, определяемым из соотношения -VJLr. Это продолжается до тех пор, пока сила тока, протекающего через ключ и резонансный индуктор, не превысит силы тока нагрузки, проводимого ограничивающим диодом. Затем ограничивающий диод запирается как бы при достижении нулевого тока, полученного в результате вытеснения тока нагрузки.

Период 3 начинается в тот момент, когда происходит разблокировка резонансного конденсатора. Волна тока теперь принимает синусоидальную форму и, миновав верхнюю точку, понижается до тех пор, пока сила тока не достигнет нуля ампер. Затем начинает протекать в обратном направлении ток через резонансный индуктор и встречно-параллельный диод ключа. Ключ может разомкнуться в любой момент этого периода "обратного звона" без каких-либо потерь переключения, поскольку любой ток в этого время протекает через встречно-параллельный диод. Любой избыток энергии индуктора возвращается в конденсатор входного фильтра. На протяжении периода 3 напряжение на резонансном конденсаторе имеет синусоидальную форму волны с отставанием от волны тока на 90°. Таким образом, когда ток через индуктор переходит через нулевое значение, напряжение на резонансном конденсаторе достигает своего максимума и начинает спадать.

На протяжении периода 4 индуктор понижающего фильтра (Х0) выступает в роли нагрузки по току и создает линейный пилообразный спад напряжения, разряжающий остаток энергии резонансного конденсатора в L-C-фильтр. Когда пилообразный сигнал напряжения достигает нулевого значения, колебательный контур вновь переходит в статическое состояние и ожидает следующего периода проводимости ключа.

Как видим, ключ переключается при нулевом токе по обоим фронтам переключения. Коммутирующий диод переключается при нулевом токе в результате замещения тока ключом при его замыкании и линейного понижении пилообразного сигнала напряжения при размыкании (выключение при нулевом напряжении). В конечном итоге получаем отсутствие потерь переключений на обоих мощных полупроводниках, включая диод "обратного звона".

Период, в котором ключ находится в "замкнутом" состоянии, должен быть согласован с периодом резонанса колебательного контура. Мощность, переданная нагрузке, зависит от варьирования количества замыканий в секунду переключателя мощности. Таким образом, квазирезонансный преобразователь с ПНТ требует применения метода управления с фиксированным временем замыкания и переменным временем размыкания ключа. В настоящее время на рынке существуют микросхемы контроллеров, выполняющие только эту функцию. Соотношение, используемое для управления, представлено следующим выражением:

При выборе нижнего и верхнего предела выходной мощности преобразователя следует соблюдать осторожность. При малых нагрузках может резко упасть частота. Если частота попадает в декаду полюса выходного LC-фильтра, то в нагрузку будет передано слишком много пульсаций. При больших нагрузках частота может стать слишком высокой, и циклы проводимости ключа будут уплотняться, приводя таким образом к ситуации, когда переключение происходят при ненулевой силе тока. Таким образом,

I

где: ffp — частота полюса LC-фильтра (см. формулу (Б.8)); /sw — частота переключений источника питания; fr — резонансная частота колебательного контура (см. (4.13)).

На всех резонансных контроллерах, имеющихся сегодня на рынке, обеспечивается также ограничение частоты. Частота резонанса колебательного контура определяется следующим выражением:

Половина обратной дроби этого выражения — это положительный полупериод волны колебательного контура. Поскольку колебательный контур частично освободился от энергии, период "обратного звона" короче полупериода. В среднем для периода "обратного звона" должно быть зарезервировано дополнительно 75% вышеупомянутого периода.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты