В этой статье рассмотрим ключевые вопросы и ответы на их, которые часто возникают при разработке импульсных источников питания.
Вопрос 1:
Какая связь между входным и выходным напряжениями в импульсных преобразователях, выполненных по основным топологиям на основе катушки индуктивности?
Ответ 1:
К основным топологиям импульсных преобразователей на основе катушки индуктивности относятся:
— Buck – понижающие преобразователи (выходное напряжение меньше чем входное);
— Boost – повышающие преобразователи (выходное напряжение больше чем входное);
— Bust-Boost – понижающие-повышающие преобразователи (выходное напряжение меньше чем входное или выходное напряжение больше чем входное).
Необходимо помнить, что речь идет только об абсолютных величинах напряжений. Топология Bust-Boost, может изменить полярность выходного напряжения, по отношению к входному.
Вопрос 2:
В чем состоит разница между топологией преобразователя и конфигурацией преобразователя?
Ответ 2:
Понижающий преобразователь V0=5 В, V1N= 15В относится к топологии Buck, конфигурация – преобразование положительного входного в положительное выходное или в упрощенной форме – положительная топология Buck. Понижающий преобразователь V0= — 5В, V1N= -15В относится к топологии Buck, конфигурация – преобразование отрицательного входного в отрицательное выходное или в упрощенной форме – отрицательная топология Buck.
На этих примерах мы видим, что топология является фундаментальным понятием, которое имеет несколько конфигураций. Еще раз обратим внимание, импульсный преобразователь V0= — 5В, V1N= -15В относится к топологии Buck, хотя с математической точки зрения – 5 В, больше чем – 15 В, нас интересует только абсолютное значение величин напряжений.
Аналогично с вышеприведенным, преобразование V0= 30 В, V1N= 15В – положительная топология Boost, а преобразование V0= — 30 В, V1N= — 15В – отрицательная топология Boost.
Для топологии Bust-Boost, мы должны всегда помнить, что такие преобразователи инвертируют полярность (см. следующий вопрос).
Вопрос 3:
Что такое инвертирующая конфигурация?
Ответ 3:
Топология Bust-Boost немного отличается от двух предыдущих. Хотя она имеет большое преимущество в виде понижения либо повышения по требованию, такой процесс связан с инвертированием выходного напряжения по отношению к входному. Иногда можно встретить название – инвертирующая топология и речь идет именно о топологии Bust-Boost.
Например, «положительное – в – отрицательное» понижающе-повышающее преобразование требуется, если мы хотим преобразовать 15В в -5 В или в – 30В. Точно так же «отрицаткльное-в-положительное» понижающе-повышающее преобразование дает из – 15 В на входе. 5 В или 30 В на выходе. Отметьте, что понижающе-повышающее преобразование никогда не может сделать из положительных 15 В входного напряжения, положительные 5 В выходного (так же невозможно получить из- 15 В, -5 В). Функция повышение/понижение достигается только за счет инверсии полярности. Данная топология на основе простой катушки индуктивности полезна, только если необходимость изменения полярности источника.
Вопрос 4:
Почему только топология Bust-Boost дает инверсию напряжения? Разве, преобразователи, принадлежащие данной топологии, не могут неинвертировать выходное напряжение?
Вопрос 4:
Вспоминаем, что во всех топологиях, в момент запирания силового ключа, напряжение на катушке индуктивности меняет свою полярность. Далее, напряжение, которое присутствует на «коммутационном узле» подается на выход, т. к.диод смещен в прямом направлении. Только в случае понижающее-повышающих преобразователей, один из выводов катушки подключен к общему приводу, т. е. к земле. Это и объясняет причину инверсии напряжения.
Вопрос 5:
Почему топология Boost используется только для повышения напряжения?
Ответ 5:
Изменение полярности напряжения на выводах катушки индуктивности при изменении состояния силового ключа происходит в любых импульсных преобразователях и не обязательно это приводит к инверсии выходного напряжения. Но фактически с изменением полярности напряжения катушки индуктивности связаны функции понижения напряжения в топологии Buck, и повышения напряжения в топологии Boost. Более конкретно можно сказать следующим образом – функция понижения или повышения напряжения определяются выбором подключения одного из выводов катушки индуктивности к входу или к выходу.
В топологии Boost один вывод катушки подключен к входу. Второй вывод в момент замкнутого ключа подключен к общему проводу. В момент размыкания ключа, второй вывод со сменой полярности подключается к выходу схемы через диод, в результате мы получаем выходное напряжение выше входного.
Вопрос 6:
Что такое общий провод ли «земля» в импульсном преобразователе?
Ответ 6:
В импульсных преобразователях имеются две входные шины и две выходные. Одна из этих шин является общей как для входа, так и для выхода. Эта общая шина и называется «силовой землей». Входное и выходное напряжения меряются относительно этой шины, относительно нее определяются как величины напряжений, так и их полярность.
Вопрос 7:
Что представляет собой «земля» для микросхемы управления?
Ответ 7:
Общий провод или «земля» интегральной схемы управления представляет собой, встроенную в корпус ИС, общую для внутренней схемы шину. Эта «земля» выводится из корпуса ИС в виде отдельного вывода, который обычно подключен к силовой «земле» источника. Имеются и исключения из этого правила. Обычно это происходит при использовании ИС, заявленной производителем для конкретного применения или конкретной конфигурации, в не традиционном для своей функции применении, т. е. с другой топологией и т. п. В этом случае силовая «земля» источника питания может не соединятся с «землей» интегральной схемы.
Вопрос 8:
Что такое системная «земля»?
Ответ 8:
Это – общая шина для всей системы. Так фактически, «земля» на плате преобразователя связана с « землями» других устройств. Системная «земля», обычно соединяется с корпусом конкретного устройства, который в свою очередь в целях безопасности заземляется.
Вопрос 9:
Почему редко применяется конфигурация импульсных преобразователей «отрицательное в отрицательное»?
Ответ 9:
Напряжение приложенное ко входу и/или полученное с выхода импульсного преобразователя измеряется относительно общего провода. Как правило, для питания большинства электронных схем требуется положительное напряжение, по этой причине выбирается конфигурация «положительное в положительное».
Вопрос 10:
Почему редко применяется топология импульсных преобразователей с инверсией полярности напряжения?
Ответ 10:
Обычно не принято перераспределять общий провод в середине тракта. Если система эффективно будет работать при принятии выходного терминала статуса общего провода, то подобное допускается.
