Обратноходовой преобразователь

Этапы работы обратноходового преобразователя. Красным обозначены проводники, в которых на данном этапе течёт ток

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 перестает «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, создает много помех, выходное напряжение сильно пульсирует, увеличивается нагрузка на сглаживающий конденсатор, силовой транзистор, выпрямительные диоды, но для заряда аккумуляторов, питания цифровых схем это несущественно.

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 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.

• Импульсный стабилизатор напряжения
• Двухтактный преобразователь
• Инверторы напряжения
• Катушка Румкорфа

• Костенко С. Эволюция обратноходовых импульсных ИП // Радио № 8 (2002) и № 9 (2002)