Методики уменьшения основных потерь

November 20, 2011 by admin Комментировать »

Любой импульсный источник питания с ШИМ, разработанные без применения каких-либо экстраординарных методов управления потерями, будет показывать КПД согласно табл. 3.3. Для импульсных источников питания, для которых не проблема избавиться от перегрева (например, некоторые автономные приложения), вышеупомянутые значения КПД вполне приемлемыми. Для переносных приложений и оборудования, которое должно быть небольшим по размеру, следует обеспечивать значительно более высокий КПД. Для увеличения общего КПД источника питания можно использовать несколько методик.

Как было отмечено в разделе 4.1, основные типы потерь — это потери на электропроводимость и потери переключения. Вопрос с потерями на электропроводимость решается путем выбора лучшего ключа или выпрямителя с более низким напряжением проводимости. Для снижения потерь на электропроводность выпрямителя можно использовать синхронный выпрямитель, но лишь в прямоходовых топологиях, за исключением дискретных повышающих преобразователей. Синхронный выпрямитель увеличивает КПД источника питания на 1-6%, в зависимости от среднего рабочего цикла источника. Для дальнейших улучшений следует применять другие методики.

Внутри импульсного источника питания потери переключений оказываются более значимыми при высоких уровнях входного или выходного напряжения (более 20 VDC). Падения прямого напряжения выпрямителя менее значительны в сравнении с входным или выходным напряжением. Мгновенное произведение напряжения и тока в переходных процессах переключения пропорционально как напряжению, так и току.

Внутри любого импульсного источника питания потери переключений происходят в двух эквивалентных узлах: на стоке (или коллекторе) ключа(чей) мощности и на аноде выходного выпрямителя(лей). Это — единственные узлы переменного тока в любом типе импульсного источника питания с ШИМ. В топологиях без изолирующего трансформатора эти узлы физически представляют собой один узел, в котором коллектор (или сток) ключа напрямую соединен с анодом выходного выпрямителя. Внутри топологий с изолирующим трансформатором рассматриваемые два узла отделены друг от друга трансформатором и обрабатываются немного иначе.

Формы волны в типичном импульсном источнике питания с ШИМ показаны на рис. 4.1 и рис. 4.2 раздела 4.1. Нетрудно заметить, что в периоды переходных процессов напряжение и ток имеют значительные уровни, а их максимальные значения также достигаются именно в эти периоды, еще более увеличивая потери.

В отношении этих двух рассматриваемых узлов следует решить четыре задачи.

1.              Снизить напряжение и силу тока в точках пересечения в течение всех переходных процессов включения и выключения.

2.              Минимизировать влияние обратного восстановления всех р-п-выпрямителей.

3.              Удалить любые всплески, создаваемые паразитными элементами.

4.              Восстановить, насколько это возможно, "потерянную" энергию и возвратить ее в поток мощности источника питания.

Разработчик не может решить все эти задачи полностью, однако некоторые улучшения в этих направлениях могут добавить еще 3-9% к общему КПД источника питания.

Еще один дополнительный аспект при работе с рассматриваемыми схемами заключается в том, чтобы сделать все возможное для ограничение полосы пропускания колебаний с целью уменьшения любых излучений электромагнитных помех. Основная часть энергии электромагнитных помех, излучаемой в окружающую среду, создается транзисторами импульсного источника питания. Обычно можно существенно уменьшить характеристики по электромагнитным помехам, добавив по пути тока небольшую индуктивность, которая возвращает энергию источнику питания.

Для решения этой задачи, как правило, используют два дополнительных реактивных элемента с диодами или полевыми МОП-транзисторами для управления указанными эффектами. Типы модификаций стандартных топологий с ШИМ разбивают на следующие три категории: • демпферы без потерь;

•                активные фиксаторы;

•                квазирезонансные модификации.

Демпферы без потерь и активные фиксаторы дают формы волны с ШИМ с "плавными" фронтами.

Для узла ключа во время переходных процессов размыкания требуется задержка напряжения. Это обеспечивает нагружение магнитного элемента во время прямого восстановления выходного выпрямителя. Для узла выходного выпрямителя при его выключении требуется задержка тока. Этим ограничивается всплеск тока отраженной волны, вызванный периодом обратного восстановления выпрямителя. Перечисленные методики рассматриваются в последующих разделах.

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