Различные методы переключения источников питания для снижения потерь
Различные методы переключения источников питания для снижения потерь
Эффективность импульсного источника питания с ШИМ без специальной технологии контроля потерь ниже, чем у импульсного источника питания с технологией контроля потерь. Для импульсных источников питания, у которых нет проблем с рассеиванием тепла, таких как некоторые автономные источники питания, эффективность может быть удовлетворительной. Но для портативных источников питания и устройств, требующих небольших размеров, необходимо добиваться большей эффективности. Для повышения общей эффективности источника питания можно использовать несколько методов.
Основными видами потерь импульсного источника питания являются двухпозиционные и двухпозиционные потери. Выбор лучшего силового выключателя или выпрямителя с более низким напряжением во включенном состоянии может уменьшить потери во включенном состоянии. Использование синхронного выпрямителя может уменьшить потери при включении-выключении выпрямителя, но его можно использовать только в топологии прямого контура и он не включает повышающий преобразователь прерывистого режима. Синхронные выпрямители повышают КПД источника питания на 1–6 % в зависимости от среднего рабочего цикла источника питания. Дальнейшие улучшения потребуют других методов.
Когда входное или выходное напряжение внутри импульсного источника питания высокое (более 20 В постоянного тока), потери при переключении будут больше, а прямое падение напряжения на трубке выпрямителя мало по сравнению с входным и выходным напряжением. Мгновенное переключение напряжения и тока и произведения пропорциональны напряжению и току.
Коммутационные потери возникают в основном в двух равноценных узлах импульсного источника питания: стоке (или коллекторе) силового ключа и аноде выходной выпрямительной лампы. Они являются основными узлами переменного тока внутри импульсного источника питания. В топологии с нетрансформаторной изоляцией коллектор (или сток) силового ключа напрямую соединен с анодом выходного выпрямителя и, таким образом, имеет только один узел. В топологии изоляции трансформатора два узла разделены трансформатором, и они обрабатываются немного по-разному.
В течение периода переключения значения напряжения и тока очень велики, и пик напряжения и тока появляется одновременно, что увеличивает потери. С помощью этих двух узлов необходимо достичь четырех целей:
1. Уменьшите напряжение и ток, протекающие во все моменты включения-выключения и выключения-выключения.
2. Свести к минимуму эффект восстановления отражения всех ламп выпрямителя PN.
3. Устранить все выбросы паразитных компонентов.
4. Верните как можно больше этой «потерянной» энергии в поток мощности.
Конструкторы могут не достичь всех этих целей, но улучшение этих условий могло бы повысить общий КПД блока питания еще на 3-9%. Еще одним соображением при модификации этих схем является максимально возможное ограничение ширины полосы сигнала для уменьшения электромагнитных помех. Большая часть энергии электромагнитных помех генерируется в процессе переключения источника питания и излучается вокруг него. Как правило, характеристики электромагнитных помех можно значительно улучшить, добавив небольшую катушку индуктивности в токовую ветвь источника питания с возвратом энергии.
Для этого часто используются дополнительные резистивные элементы и диоды или MOSDET для управления этим действием. Существует три основных типа улучшений стандартной топологии PEM:
1. Схема поглощения без потерь.
2. Цепь активного зажима.
3. Квазирезонансная улучшенная схема. Схемы поглощения без потерь и активного ограничения придают сигналу ШИМ «мягкий» край.
Для силовых узлов переменного тока предусмотрена задержка напряжения в момент выключения, что обеспечивает выходному выпрямителю поступательный процесс загрузки магнитного элемента при прямом восстановлении. Для узла переменного тока выходного выпрямителя предполагается, что ток будет задерживаться во время отключения, что ограничивает всплеск отраженного тока, вызванный выпрямителем во время обратного восстановления.
