Принципы построения инверторов (преобразователей)

[тимвал]

Это тема для тех кто в ипульсных блоках питания, видит особенность только в слове импульсный. Хотя условные обозначения элементов уже знает. Не знаю нужно это кому или нет, в своё время потратил много времени на поиск ответов. Надеюсь будет полезно. Начну с типовых схем построения ИБП.

1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8.

Входные цепи и управление ключами очень схожи практически для всех схем. Поэтому не стану их пока приводить.

Схема №1 это простейший понижающий преобразователь.(чёпер) Удобно использовать для понижения напряжения с 24в до 12в например в грузовиках автобусах и т.п. Где бортовая сеть не 12в а нужно подключить стандартную магнитолу, зарядник, навигатор и т.п. проще всего применить именно такой преобразователь. Ещё его называют стабилизатор с ШИМ модуляцией.

Ключ управляется импульсами с изменяемой длительностью. энергия импульса копится в дросселе, а затем после закрытия ключа плавно заряжает конденсатор. Напряжение на конденсаторе отслеживается обратной связью. Напряжение на выходе поддерживается на заданном уровне, изменением длительности импульсов отпирания ключа.

Схема применяется в компьютерных материнских платах. Да и просто в "прожорливых" платах расширения. Например видеокартах. Минимум потерь, максимум тока.

Схама №2 очень схожа с №1 но служит для повышения напряжения.(бустер) Работает аналогично. Используется в некоторых баластниках для инициализации разряда в газовой среде.

Схема №3 так же схожа с №1 но позволяет получить отрицательное напряжение из положительного, используя минимум деталей!

Схема№4 это однотактный обратноходовый преобразователь. Из за своей простоты чаще всего применялся в маломощных источниках питания. Зарядниках для телефонов. Сейчас вытеснен специализированными микросхемами.

Во время открытого состояния ключа (прямого хода)энергия запасается в сердечнике трансформатора. Когда ключ закрыт(обратный ход) запасённая энергия передаётся в выходной конденсатор. Именно поэтому и называется "обратноходовый".

Отрицательным свойством кроме малого КПД является одностороннее подмагничивание сердечника трансформатора. Вынуждает вносить зазор. А так же высоковольтные выбросы напряжения на первичной обмотке трансформатора при отсутствии нагрузки. Требуют высоковольтных транзисторов и гасящих цепей параллельных трансформатору.

Схема№5 это прямоходовый однотактный преобразователь. В отличие от обратноходового, энергия в нём передается в момент открытого состояния ключа (прямого хода). При этом не вся энергия идёт сразу в нагрузку, а часть запасается в выходном дросселе. И дозаряжает выходной конденсатор во время закрытого состояния ключа. В этой части можно заметить явную схожесть со схемой №1.

На схеме №5 в трансформатор введена третья обмотка (может не быть). Это обмотка рекуперации. Обычно содержит одинаковое с первичной обмоткой количество витков. Позволяет вернуть часть энергии из трансформатора в источник тока. Предотвращая высоковольтный выброс и уберегая ключ от пробоя. Так же размагничивает сердечник, предотвращая насыщение.

Эту схему можно встретить в сварочном аппарате называемом "фиксатый" и в БП средней мощности для питания например маленьких ЖК телевизоров.

Схема№6 это так же прямоходовый однотактный преобразователь но только с двумя ключами и без третьей обмотки. Не думайте что два ключа значит двухтакт. Ключи открываются и закрываются синхронно! Такое схемное решение позволило избавится от высоковольтных выбросов и дало возможность применять относительно низковольтные ключи. Эту схему ещё назавают "косой мост" и часто применяют в недорогих сварочных инверторах благодаря простоте и надёжности. А так же значительно меньшей стоимости ключей.

Также косой мост может быть использован и в обратноходовом преобразователе. Преобразователи будут отличатся только фазировкой подключения вторичной обмотки и принципом накопления энергии. (не в дросселе а трансформаторе)и соответственно другой выходной частью.

Схема №7 это двухтактный полумостовой импульсный преобразователь. Применяется практически во всех компьютерных БП и в сварочных инверторах средней ценовой категории. Очень надёжен и имеет хороший КПД. Принцип работы почти как в обычном сетевом трансформаторе, только импульсы прямоугольные и частота несколько десятков килогерц.

Схема№8 это полный мостовой импульсный преобразователь. Характеризуется максимальным использованием всех возможностей трансформатора. Ключи работают попарно как два объединённых косых моста. Используется в дорогих и мощных сварочных инверторах.

Есть ещё интересное решение. Так называемый сепик (не путать с септиком).

Как видите в отличии от чёпера в него добавлен разделительный конденсатор и доп. дроссель. Дросселя могут даже быть совмещёнными. Схема не боится КЗ на выходе.

Поменяв местами Л2 и Д1 можно получить на выходе отрицательное напряжение.

Такая схема ещё носит название преобразователь Чука.

Ну а если совместить обе схемы то получим двухполярный источник!

Всего один ключ и + защита от кз !

Изменено 30 апреля, 2013 пользователем тимвал

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Starichok]

На схеме №5 в трансформатор введена третья обмотка

это называется обмотка размагничивания сердечника. к снабберу она не имеет никакого отношения.

"косой мост" может быть также обратноходовым.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[тимвал]

Приглашаю корифеев поправить, дополнить, расширить и углУбить так сказать.

Дабы избежать повторения вопросов по элементарным основам и уберечь людей от ошибок.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ очень важен контроль процесса заряда и разряда для избегания воздействия внешнего зарядного напряжения после достижения 100% заряда. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список таких решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Пришел в кедах]

@тимвал,

Вот ! Озадачили...

Теперь буду думать дорогая у моего сварочника схема или нет..

[CoPPeR]

а с отводом от серидины как называется

[Serg SP]

"С отводом от середины" называются пуш пульные преобразователи.

ЗЫ в переводе с аглицкого пуш пул - тяни толкай.

Изменено 31 марта, 2012 пользователем Serg SP

[Serg SP]

Ээх, раз пошла такая пьянка - реж последний огурец. Учиться так учиться. Начальная школа построения импульсных преобразователей от Александра Гончарова. Даёшь пятилетку за несколько дней чтения!

В архиве 5 уроков (5 классов) по построению импульсных источников питания, начиная с самых азов, на пальцАх.

Школа построения иип Гончаров.rar

[Starichok]

как уже сказали, эта топология называется пуш-пул. вот картинка.

[Seriyvolk]

Схема№8 это полный мостовой импульсный преобразователь. Характеризуется максимальным использованием всех возможностей трансформатора. Ключи работают попарно как два объединённых косых полумоста. Используется в дорогих и мощных сварочных инверторах.

Так правильней.  Изменено 31 марта, 2012 пользователем Seriyvolk

[Starichok]

нет, Серыйволк, ты не прав. там было правильно - полный мост можно разложить именно на два косых моста.

[Seriyvolk]

Но представляет то собой именно два полумоста. Не столь важно, лишь бы людям понятнее было.

[ZAPAL]

ШИМ-контроллеры серии UC_38_XX c обратной связью по току. фрагмент книги. (рекомендую распечатать - так значительно нагляднее, если положить страницы рядом).

Весьма поучительная информация по некоторым популянейшим драйверам преобразовательной импульсной техники.

У кого греются транзисторы, не работает как надо защита по току, эта информация - для вас.

очень популярно и поучительно расказана работа ключевых узлов этих драйверов - с конкретными примерами.

в большинстве для обратноходовых преобразователей.

UC38_XX.zip

[Крашер]

Тщит. Ещё позавчера хотел спросить. Было уже две темы подобного плана: РАЗ и ДВА ... Постеснялся, а вот теперь смотрю, что в тех темах ну них..фига толком не поясняется, и тут полезли в джунгли без пояснений...

[ZAPAL]

Если глядя на лес - и он кажется тебе темный и страшный, не надо туда ходить.

У нынешней молодежи - дурная привычка хвататься за киловатные инверторы, при этом не имея даже элементарного опыта

пайки простейшего мультивибратора - на паре транзисторов.

не понимая как отличить двухтактный от однотактного, отрицательный полупериод от положительного.

Вот именно для этого есть светлая и уютная песочница - где детишкам заботливо дают разжованую кашку, пюрешку и детское питание.

Ну и конечно - заботливо поменяют памперсы, если немножко окакался.

такова жизнь.

подрастет, станет взрослым, научится не только читать, но и понимать что написано - тогда и добро пожаловать в темный лес.

будешь в нем - как дома. Все просто, понятно и доступно.

[тимвал]

Ещё позавчера хотел спросить. Постеснялся, а вот теперь смотрю, и тут полезли в джунгли без пояснений...

А что именно Вы хотели узнать? Постараюсь объяснить максимально просто,(по возможности своего понимания). Сам джунгли не люблю.

[Крашер]

...А что именно Вы хотели узнать? ...

Пуш-пулл, идёт как вариант построения преобразователя /включение "ключей" и прочего обвеса/ - или , всё-таки основой является сам трансформатор, а уж как его тянуть-толкать - на усмотрение разработчиков?

Когда первый раз увидел сам термин пуш-пулл - то первое, на что наткнулся в поисковике - radiolamp.ru

Изменено 4 апреля, 2012 пользователем Крашер

[Serg SP]

ИИП со средней точкой первички, куда подаётся напряжение питания, называется пуш пул. Первичная обмотка пуша всегда состоит из двух одинаковых полуобмоток. Конфигурация вторичной обмотки может быть как двухфазной (тоже со средней точкой, с двумя полуобмотками), так и с выпрямителем на 4 диодах (с одной обмоткой). Пуш пул - двухтактный преобразователь, для управления ключами соответственно нужен двухтактный шим контроллер (494, 3825, ...)

[тимвал]

Это классический двухтактный преобразователь. Зачем американцы обозвали его тяни-толкай хз. Плечи абсолютно равнозначны.

Его можно представить как два однотактных прямоходовых преобразователя, включённых встречно-параллельно и намотанных на одном сердечнике.

Рекуперация ему не требуется и мощный дроссель на выходе тоже.(Нет периода нерабочего обратного хода). Ключи отпираются поочерёдно, соответственно длина импульса отпирания не превышает 1/2 периода. Обязательно наличие промежутка между импульсами(мёртвое время), дабы избежать сквозного тока. Передаваемая мощность регулируется длительностью импульсов. Напряжение на ключах равно удвоенному напряжению питания.

Двухтакт имеет хороший КПД и полностью использует возможности сердечника, в отличие от однотакта но сложен в намотке и требует большую длину проволоки. Полумост в этом плане предпочтительней. У него один недостаток, больше вдвое ток через ключи. Зато напряжение на них равно напряжению питания.

Изменено 5 апреля, 2012 пользователем тимвал

[Serg SP]

Любая топология иип, кроме обратноходовой (где трансформатор не совсем трансформатор, а скорее двухобмоточный дроссель), требует на выходе обязательной установки дросселя. Пуш пул не исключение. Если не поставить на выходе дроссель, получим ударные нагрузки на силовые компоненты иип, особенно на ключи, выходные выпрямительные диоды и конденсаторы выходного фильтра. Также очень сильно возрастут пульсации выходного напряжения и стабилизация этого напряжения будет представлять довольно сложную задачу. По моему, у Гончарова (уроки которого я здесь выкладывал) всё это расписано с подробным объясннием, что к чему.

Изменено 5 апреля, 2012 пользователем Serg SP

[Seriyvolk]

Рекуперация ему не требуется и дроссель на выходе тоже

Зачем так однозначно заявлять. В таких схемах всегда ставят снабберы на ключи, а дроссель после выпрямительных диодов считается правилом хорошего тона. Я понимаю, что всё это можно сделать и так, но зачастую такой подход просто нецелесообразен.

[Крашер]

Гм, конфигурация вторичной обмотки - это уже вторично... А вот "напряжение-ток" на ключах (или тут их называют "драйверы"?) - уже весьма таки привлекательно. И, глупо, наверное, но следующий вопрос: реально ли "запараллелить" эти самые драйверы, чтоб качать /тянуть-толкать/ токи до десятка сотен ампер?

Хотя, наверное этот вопрос уже не в эту тему...

Изменено 5 апреля, 2012 пользователем Крашер

[Seriyvolk]

А вот "напряжение-ток" на ключах (или тут их называют "драйверы"?)

Драйвером (в данном понимании) обычно называют микросхему, которая управляет затвором силового транзистора (ключа). Драйвер также может быть собран и на дискретных элементах, суть от этого не меняется.

реально ли "запараллелить" эти самые драйверы ключи, чтоб качать /тянуть-толкать/ токи до десятка сотен ампер?

Крашер, не поверишь, но именно так и делают, когда возможностей одиночного ключа не хватает. (решение актуально при низких напряжениях и больших мощностях)

[Starichok]

Seriyvolk, не надо в цитату вносить изменения, писать туда то, что там не было сказано.

[Крашер]

...... требует на выходе обязательной установки дросселя. Пуш пул не исключение. Если не поставить на выходе дроссель, получим ударные нагрузки на силовые компоненты иип......

Рекуперация ему не требуется и дроссель на выходе тоже

Зачем так однозначно заявлять. В таких схемах всегда ставят снабберы на ключи, а дроссель после выпрямительных диодов ............

Гм, конфигурация вторичной обмотки - это уже вторично...

собрал цитаты, которые, как мне кажется, лучше "рассматривать" уже в , извините, "моей" теме...

[Крашер]

Бестолковый вопрос. Возможно и не в эту тему. (Хотя, если В принципы построения это не входит - то я пим симбирский...)

Когда в импульсных блоках питания говорят про "КЛЮЧИ" - полевые транзисторы, всяческие "мосфеты" и, что-то там ещё, регулярно упоминается "мёртвое время" и "линейный режим". ...

Как я это понимаю:

КЛЮЧ/полевой транзистор/ - в закрытом состоянии НЕ проводит ток. Его сопротивление исчисляется чуть-ли не ГигаОмами и, протекающий через него ток - ток утечки - микроАмперами. В открытом-же состоянии - сопротивление канала сток-исток - исчисляется сотыми долями Ом, соответственно, падение напряжения на транзисторе, помноженное на ток через него - сводятся к некоему мизеру, для чего и необязательно ставить даже минимальный теплоотвод. Всё верно? А вот теперь, правильно ли я понял: - ёмкость затвора НЕ позволяет мгновенно переключать наш КЛЮЧ из закрытого состояния в открытое и, соответственно наоборот... И, что именно в момент зарядки-разрядки ёмкости затвора наступает этот самый "ЛИНЕЙНЫЙ РЕЖИМ"? Если я не прав - пошлите меня, где можно почитать...

А, про "дед-тайм" - "мётрвое время" - если исходить из вышенаписанного, некий ... формирователь импульсов, управляющий ключами в полумосте или ещё в каком-то двухтактном устройстве обязан менять полярность-последовательность задающих-переключающих плечи импульсов с некоторой задержкой. Длительность коей - и есть время того самого "линейного режима". Точнее, наверное, суммы этих двух/одно плечо открывается, второе - закрывается/ - это и есть "мёртвое время"?

Изменено 21 апреля, 2012 пользователем Крашер