Современная электроника №7/2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 35 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2022 рировано из 5 В или 24 В на входе. Это возможно без каких-либо специальных модификаций схемы. В инвертирующей повышающе-пони- жающей топологии катушка индуктив- ности подключается от узла переключа- теля к земле. На стороне входа, а также на стороне выхода преобразователя протекает импульсный ток, что делает эту топологию относительно шумной с обеих сторон. В приложениях с низ- ким уровнемшума эта особенность ком- пенсируется добавлением дополнитель- ных входной и выходнойфильтраций. Одним весьма положительным аспек- том топологии инвертирующего повы- шающе-понижающего преобразователя является то, что для такого преобразо- вателя можно использовать любую микросхему импульсного понижаю- щего стабилизатора. Это так же просто, как подключить выходное напряжение понижающей цепи к заземлениюсисте- мы. Заземление цепи понижающего пре- образователя станет скорректирован- нымотрицательнымнапряжением. Этой простотой обусловлен большой выбор импульсных регуляторов ИС на рынке. Глава 2 Помимо трёх основных неизоли- рованных топологий импульсного источника питания, рассмотренных в первой главе, доступно множество дру- гих топологий. Однако все они требу- ют дополнительных компонентов питания, что обычно делает их более дорогими и снижает эффективность преобразования энергии. За некоторы- ми исключениями, добавление допол- нительных компонентов в цепь пита- ния обычно увеличивает потери. Одними из самых популярных топологий являются SEPIC, Zeta, Ć uk и понижающе-повышающий с четырь- мя переключателями. Каждая из них предлагает функции, недоступные в трёх основных топологиях. К наиболее важным особенностям каждой тополо- гии относятся: ● SEPIC может генерировать положи- тельное выходное напряжение из по- ложительного входного напряжения, которое может быть выше или ниже выходного напряжения. ИС повы- шающего регулятора могут исполь- зоваться для разработки источни- ка питания SEPIC. Недостатком этой топологии является необходимость использования второй катушки ин- дуктивности или одной связанной ка- тушки индуктивности и конденсато- ра SEPIC; ● преобразователь Zeta похож на SEPIC, но он способен генерировать поло- жительное или отрицательное вы- ходное напряжение. Кроме того, он не имеет нуля в правой полуплоско- сти (ПНПЗ), что упрощает контур ре- гулирования. Для такой топологии можно использовать ИС понижаю- щего преобразователя; ● преобразователь Ć uk предлагает ин- вертирование положительного вход- ного напряжения в отрицательное выходное напряжение. В нём исполь- зуются две катушки индуктивности, одна на входе и одна на выходе, что обеспечивает довольно низкий уро- вень шума на входе и выходе. Не- достатком является то, что только несколько импульсных ИС преоб- разования мощности поддержива- ют эту топологию, поскольку для кон- тура регулирования требуется вывод отрицательной обратной связи по на- пряжению; ● понижающе-повышающий с четырь- мя переключателями преобразова- тель стал довольно популярным в последние годы. Он позволяет полу- чать положительное выходное напря- жение от положительного входного напряжения. Входное напряжение может быть выше или ниже отрегу- лированного выходного напряжения. Этот преобразователь заменяет мно- гие конструкции SEPIC, поскольку обеспечивает более высокую эффек- тивность преобразования мощности и требует только одного индуктора. Наиболее распространённые изолированные топологии Помимо неизолированных тополо- гий, в некоторых приложениях тре- буются преобразователи мощности с гальванической развязкой, исходя из соображений безопасности, необходи- мости наличия плавающего заземления в более крупных системах, в которых соединены различные цепи, или пре- дотвращения образования контуров заземления в приложениях, чувстви- тельных к помехам. Наиболее распро- странёнными топологиями изолиро- ванных преобразователей являются обратноходовые и прямоходовые пре- образователи. Обратноходовой преобразователь обычно используется для уровней мощ- ности до 60 Вт. Схема работает таким образом, что во время включения энер- гия накапливается в трансформаторе. В нерабочее время эта энергия высво- бождается на вторичной обмотке пре- образователя, питая выход. Этот преобразователь прост в изго- товлении, но требует относительно больших трансформаторов для хра- нения всей энергии, необходимой для правильной работы. Такая особенность ограничивает топологию более низ- кими уровнями мощности. На рис. 6 вверху показан обратноходовой пре- образователь, а внизу – прямой преоб- разователь. Помимо обратноходового преоб- разователя, также очень популярен прямоходовой преобразователь. Он использует трансформатор иначе, чем обратноходовой. Во время вклю- чения, пока ток протекает через пер- вичную обмотку, ток также протекает через вторичную обмотку. Энергия не должна накапливаться в сердечнике трансформатора. После каждого цикла переключения нужно убедиться, что вся намагниченность сердечника сбрасывается до нуля, чтобы трансформатор не насыщался после нескольких циклов переключе- ния. Такое выделение энергии из ядра может быть достигнуто с помощью нескольких различных технологий. Одним из популярных способов явля- ется использование активных клещей с небольшим дополнительным переклю- чателем и конденсатором. На рис. 7 показана схема среды моделирования LTspice конструкции прямого активного зажима с исполь- зованием ADP1074. В прямоходо- вом преобразователе на выходном пути имеется дополнительная катуш- ка индуктивности по сравнению с обратноходовым преобразователем (рис. 6). Несмотря на то что это ещё Входное напряжение Входное напряжение Выходное напряжение Выходное напряжение Рис. 6. Показаны топологии обратноходового преобразователя (вверху) и прямого преобразователя (внизу)