Современная электроника №7/2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2022 один дополнительный компонент, занимающий много места и требую- щий затрат, он помогает генериро- вать более низкое шумовое выходное напряжение по сравнению с обрат- ноходовым преобразователем. Кроме того, размер трансформатора, необхо- димый для прямого преобразователя с тем же уровнем мощности, что и для обратноходового преобразователя, может быть намного меньше. Продвинутые изолированные топологии Помимо обратноходовой и прямой топологий, существует множество кон- цепций гальванически изолированных преобразователей на основе трансфор- маторов. В следующем списке представ- лены основные сведения о наиболее распространённых из этих преобра- зователей: ● двухтактный: топология двухтакт- ного типа аналогична прямому пре- образователю. Однако вместо одно- го переключателя нижнего плеча эта топология требует двух активных пе- реключателей нижнего плеча. Кроме того, требуется первичная обмотка трансформатора с центральным от- водом. Преимуществом двухтактно- го преобразователя является работа с более низким уровнемшума по срав- нению с прямым преобразователем. Кроме того, ему подходит трансфор- матор меньшего размера. Гистерезис кривой BH трансформатора исполь- зуется в двух квадрантах, а не толь- ко в одном; ● полумостовая/полномостовая: эти две топологии обычно используют- ся для проектов с более высокой мощ- ностью от нескольких сотен ватт до нескольких киловатт. Для них требу- ются переключатели верхнего пле- ча в дополнение к переключателям нижнего плеча, но они обеспечивают передачу очень высокой мощности с относительно небольшими транс- форматорами; ● ZVS: термин «переключение при ну- левом напряжении» (Zero Voltage Switching) часто используется при обсуждении мощных изолирован- ных преобразователей. Другой тер- мин для таких преобразователей – преобразователи LLC (индуктор-ин- дуктор-конденсатор). Эти архитекту- ры нацелены на очень высокую эф- фективность преобразования. Они создают резонансный контур и пе- реключают силовые ключи, когда на- пряжение или ток на ключах близки к нулю, что минимизирует коммута- ционные потери. Однако такие кон- струкции могут быть сложными в раз- работке, а частота переключения не является фиксированной, что иногда приводит к проблемам с электромаг- нитными помехами. Преобразователи с переключаемыми конденсаторами В дополнение к линейным стабили- заторам и импульсным источникам питания существует третья группа пре- образователей мощности – преобразо- ватели с переключаемыми конденсато- рами. Их также называют зарядовыми насосами. Преобразователи с переклю- чаемыми конденсаторами, в которых для умножения или инвертирования напряжения используются переключа- тели и конденсаторы, обладают суще- ственным преимуществом, заключаю- щимся в отсутствии необходимости в катушке индуктивности. Обычно такие преобразователи используются для низких уровней мощности ниже 5 Вт. Однако недав- ние разработки позволили использо- вать преобразователи с переключаемы- ми конденсаторами гораздо большей мощности. На рис. 8 показан LTC7820 в исполнении мощностью 120 Вт с КПД 98,5%, преобразующий 48 В в 24 В. Глава 3 Цифровые источники питания Все блоки питания, обсуждаемые в этой статье, могут быть реализованы как аналоговые или цифровые блоки питания. Но что именно собой пред- ставляют цифровые? Питание всегда должно проходить через аналоговый силовой каскад с переключателями, катушками индуктивности, трансфор- маторами и конденсаторами. Цифровой аспект представлен дву- мя цифровыми блоками. Первый – это цифровой интерфейс, который позволяет электронной системе «раз- говаривать» и «слушать» источник пита- ния. Различные параметры могут быть установлены на лету, чтобы оптимизи- ровать питание для различных условий работы. Кроме того, источник питания может обмениваться данными с глав- ным процессором и выдавать сигна- лы предупреждения или неисправно- сти. Например, система может легко контролировать ток нагрузки, превы- шение заданного порога или чрезмер- ную температуру источника питания. Второй цифровой блок заменяет аналоговый контур регулирования. Это может работать успешно, но для большинства приложений оптималь- ным является стандартный аналоговый контур обратной связи с некоторым цифровым влиянием на некоторые параметры. В эти параметры входит Рис. 7. Схема прямой активной фиксации использует ADP1074 для генерации изолированного выходного напряжения, как смоделировано в LTspice