Обратноходовой преобразователь
Обратноходово́й преобразова́тель (англ. flyback converter) — разновидность импульсных преобразователей напряжения с гальванической развязкой первичных и вторичных цепей.
Принцип работы[править | править код]
Основным элементом обратноходового преобразователя является многообмоточный накопительный дроссель[1] (который иногда называют трансформатором, хотя происходящие здесь и в трансформаторе процессы имеют существенные отличия).
Различают два основных этапа работы схемы: передача энергии от первичного источника питания в дроссель и передача энергии дросселя во вторичную цепь (вторичные цепи).
При замыкании ключа к первичной обмотке дросселя прикладывается напряжение источника питания. В дросселе начинают почти линейно нарастать ток в первичной обмотке и магнитный поток в магнитопроводе, а следовательно, накапливается энергия. В качестве ключа обычно выступает транзистор. Наведённая на вторичной обмотке ЭДС запирает диод, и ток во вторичной обмотке отсутствует. При размыкании ключа ток в первичной обмотке пропадает, но магнитный поток в дросселе не может измениться мгновенно, поэтому во вторичной обмотке начинает протекать почти линейно спадающий ток, отпирающий диод. Этот ток заряжает конденсатор и поступает в нагрузку. На первом этапе нагрузка питается только за счет энергии, полученной конденсатором во время второго этапа. Частота повторения этапов обычно находится в интервале от 20 кГц до 1 МГц[2].
Регулирование выходного напряжения осуществляется за счёт изменения длительности импульсов тока в первичной обмотке. В цепи обратной связи (на схемах не показана), в устройстве управления ключом, может использоваться широтно-импульсная модуляция (ШИМ) или частотно-импульсная модуляция (ЧИМ)[2].
Некоторые микросхемы для таких преобразователей не имеют полноценного широтно-импульсного модулятора (ШИМ — когда для изменения выходного напряжения изменяется длительность импульса от 50…70 % до 0) и работают в «старт-стопном» режиме. То есть микросхема постоянно работает с максимальной мощностью, если напряжение повысилось выше порога переключения — микросхема отключается и перестаёт «закачивать» импульсы в трансформатор до тех пор, пока оно не понизится, после чего снова начинает работать с максимальной мощностью. Такой режим работы, по сравнению с ШИМ, создаёт много помех, выходное напряжение сильно пульсирует, увеличивается нагрузка на сглаживающий конденсатор, силовой транзистор, выпрямительные диоды, но для заряда аккумуляторов, питания цифровых схем это несущественно.
Применение[править | править код]
Обратноходовые преобразователи нашли широкое применение в качестве источников питания различной аппаратуры мощностью до 200 Вт: телевизоров, аудио- и видеоаппаратуры, периферийных устройств компьютерной техники и самих компьютеров.
Применяются в энергосберегающих лампах и светодиодных лампах, кроме самых дешевых схем с линейными драйверами.
Также применяются в зарядных устройствах мобильных телефонов и ноутбуков.
На базе обратноходовых преобразователей любители изготавливают и инверторные источники сварочного тока, так как нагрузочная характеристика обратноходового преобразователя резкопадающая, что оптимально с точки зрения стабилизации дуги. Но такие преобразователи характеризуются большими габаритами по сравнению с прямоходовыми и двухтактными, поэтому не выпускаются серийно.
Широкое распространение обратноходовых преобразователей привело к появлению на мировом рынке электронных компонентов специальных микросхем, обеспечивающих построение обратноходовых преобразователей с минимальным количеством внешних элементов (например микросхемы серии TOPSwitch).
Преимущества и недостатки[править | править код]
Преимущества обратноходовых преобразователей:
- существенно меньшие габариты и вес по сравнению с источниками питания, содержащими трансформатор на частоту 50 Гц;
- значительно меньшее использование дорогостоящих материалов (меди)
- нечувствительность обратноходового преобразователя к короткому замыканию нагрузки;
- возможность регулирования выходного напряжения в широких пределах, а также поддержание требуемого выходного напряжения в условиях изменения напряжения питающей сети;
В связи с тем, что в обратноходовом преобразователе накопительный дроссель подключён к первичной сети и к нагрузке в различные моменты времени, передача помех из сети в нагрузку и назад исключена, что тоже является достоинством обратноходового преобразователя.
Недостатки обратноходовых преобразователей:
- мощность ограничена энергией, запасаемой дросселем (на практике — не более 200 Вт);
- повышенный уровень электромагнитных помех, создаваемых как в питающей сети, так и в нагрузке;
- бо́льшие по сравнению с другими импульсными преобразователями габариты при той же мощности.
- такой ИИП не работает на холостом ходу (то есть без подключенной нагрузки) поэтому в современных микросхемах-контроллерах предусмотрена функция автоматического отключения преобразователя при снижении нагрузки.
См. также[править | править код]
- Импульсный стабилизатор напряжения
- Двухтактный преобразователь
- Инверторы напряжения
- Катушка Румкорфа
Примечания[править | править код]
- ↑ Источники питания — Раздел 16 Импульсные источники питания — Основные импульсные схемы — Преобразователи с трансформаторной развязкой — Стр. 132 Архивная копия от 12 июня 2010 на Wayback Machine // issh.ru
- ↑ 1 2 Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. — М. : Додэка, 1997. — С. 15—17. — 224 с. — ISBN-587835-0010-6
Литература[править | править код]
- Костенко С. Эволюция обратноходовых импульсных ИП // Радио № 8 (2002) и № 9 (2002)
 | В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |