1.2.1.Принцип действия и вольтамперная характеристика (вах) диода

1.2.2. Виды диодов

1.3. Биполярные транзисторы

1.3.1. Принцип действия транзистора.

1.3.2.Статические вах транзистора

1.4. Униполярные (полевые) транзисторы.

1.4.1. Полевые транзисторы с p-n переходом.

1.4.2. Мдп - транзисторы.

1.5. Тиристоры

1.5.1. Классификация тиристоров

1.5.2. Принцип работы диодного тиристора

1.5.3. Принцип работы триодного тиристора.

2. Усилители

2.1.Назначение и классификация усилителей

2.2. Принцип построения усилительных каскадов.

2.3. Усилительный каскад с общим эмиттером.

2.4. Многокаскадные усилители с конденсаторной связью.

2.5. Усилители мощности.

2.5.1 Усилитель мощности класса а с трансформаторным включением нагрузки (рисунок 2.6)

2.5.2. Двухтактный усилитель мощности (рисунок 2.7)

2.6. Усилители с обратной связью

2.7.Усилители постоянного тока (упт)

2.8. Операционные усилители (оу).

2.8.1. Инвертирующий усилитель (рисунок 2.19)

2.9.1. Компараторы. Триггер Шмитта

2.9.2. Мультивибраторы

2.9.3. Одновибраторы

3. Выпрямители

3.1. Однофазный двухполупериодный неуправляемый выпрямитель с нулевым выводом.

3.2.1. Работа выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке.

3.2.2. Работа выпрямителя при активно-ёмкостной нагрузке

3.3. Однофазный мостовой выпрямитель

3.4. Мостовой выпрямитель с нулевой точкой трансформатора

3.5. Трёхфазный выпрямитель с нулевым выводом

3.6. Трёхфазный мостовой выпрямитель

3.6. Управляемый выпрямитель однофазного тока

4. Коммутация однооперационных тиристоров

4.1. Узлы параллельной коммутации.

4.2. Узлы последовательной коммутации

5. Импульсные преобразователи постоянного напряжения

5.1. Методы импульсного регулирования постоянного напряжения

5.2. Иппн с параллельной коммутацией и коммутирующим контуром, подключаемым параллельно силовому тиристору

5.3. Иппн с последовательной коммутацией

6. Инверторы.

6.1. Автономные инверторы тока (аит)

6.1.1. Однофазный параллельный инвертор тока.

6.1.2. Трехфазный параллельный аит

6.2. Автономные резонансные инверторы (аир).

6.2.1. Последовательный аир

6.2.2. Последовательный аир со встречными диодами.

6.3. Автономные инверторы напряжения.

6.3.1. Способ формирования выходного напряжения инвертора в виде импульсов чередующейся полярности и одинаковой длительности.

6.3.2. Широтно-импульсный способ формирования и регулирования выходного напряжения инвертора.

6.3.2.1. Шир с зависящей от параметров нагрузки формой кривой выходного напряжения.

6.3.2.2. Шир с не зависящей от параметров нагрузки формой кривой выходного напряжения.

6.3.3. Формирование кривой выходного напряжения инвертора с уменьшенным содержанием гармонических.

7. Оптоэлектроника

7.2. Фотоприёмники.

2.Фотодиоды.

3. Фототранзисторы (рисунок 7.8).

4. Фототиристоры.

7.3. Световоды и простейшие оптроны

8. Цифровая техника

8.1.Аксиомы, законы, тождества и теоремы алгебры логики

8.2. Логические элементы на диодах и биполярных транзисторах.

8.2.1. Логический элемент или.

8.2.2. Логический элемент и.

8.2.3. Логический элемент не.

8.2.4. Логический элемент или-не.

8.2.5. Логический элемент и-не.

8.3. Параметры логических элементов.

8.4.Логические элементы на полевых транзисторах.

8.4.1. Логический элемент не.

8.4.2. Логический элемент или-не.

8.4.3.Логический элемент и-не.

5. Импульсные преобразователи постоянного напряжения

Рисунок 5.1

ИППН предназначены для изменения значения постоянного напряжения. Они служат для питания нагрузки постоянным напряжением U Н, отличающиеся от напряжения источника питания Е. При этом иногда необходимо стабилизировать U н при изменении Е и тока нагрузки или изменять U н по определенному закону независимо от Е.

Выходное напряжение таких преобразователей характеризуется последовательностью импульсов прямоугольной формы с длительностью t и и паузой t п (рисунок 5.1), амплитуда которых близка к Е, а среднее значение выходного напряжения U н.

В основе принципа действия ИППН лежит ключевой режим работы регулирующего полупроводникового прибора, осуществляющего периодическое подключение источника питания Е к выходной цепи преобразователя.

5.1. Методы импульсного регулирования постоянного напряжения

Регулирование выходного напряжения ИППН осуществляется импульсными методами путем изменения параметров выходных сигналов. Наибольшее применение нашли широтно-импульсный, частотно-импульсный методы и их комбинация.

Широтно-импульсный метод регулирования (ШИР) осуществляется изменением длительности (ширины) выходных импульсов t и при неизменном периоде их следования T=const;
. Среднее значение выходного напряжения преобразователя при ШИР:

, (5.1)

где
- коэффициент регулирования.

В соответствии с этой формулой диапазон регулирования выходного напряжения ИППН с ШИР составляют от нуля (t и =0; γ=0) до Е (t и =T; γ=1).

Рисунок 5.2

Частотно-импульсное регулирование (ЧИР) производится за счет изменения частоты следования выходных импульсов
при неизменной их длительности t и =const. Регулировочные возможности преобразователя характеризуются соотношением:
(5.2)

Выходному напряжению Е соответствует предельная частота следования импульсов, равная , а нулевому выходному напряжению
.

Совместное применение ШИР и ЧИР заключается в изменении двух параметров выходных импульсов t и и и называется комбинированным.

Рассмотрим наиболее распространенные принципы построения схем ИППН (рисунок 5.2.а). Регулирующий элемент условно покажем в виде ключа, функцию которого обычно выполняет тиристор или силовой транзистор. В выходную цепь входит нагрузка Z н активно-индуктивного характера и при необходимости сглаживающий дроссель L ф. Иногда применяются более сложные сглаживающие фильтры, например Г - образный LC фильтр. Диод VD 0 предназначен для создания контура протекания тока нагрузки при разомкнутом ключе К.

Рассмотрим процессы протекающие в таком преобразователе. На интервалах включенного состояния ключа t 1 -t 2 , t 3 -t 4 , t 5 -t 6 напряжение подключается ко входу сглаживающего фильтра, U вых =Е, диод VD 0 закрыт. Через нагрузку протекает ток i н по цепи (+Е)-К- L ф -Z н –(-Е). На интервалах отключенного состояния ключа t 2 -t 3 , t 4 -t 5 связь выходной цепи с источником питания отсутствует, однако ток через нагрузку продолжается. Он поддерживается энергией, накопленной реактивными элементами – дросселем L ф и индуктивностью нагрузки L н и замыкается через VD 0 вследствие чего U вых =0. Без учета падений напряжения на активных сопротивлениях дросселя L ф и подводящих проводом U н =U вых, определяется средним значением U вых (t) и находится по формулам 4.1 и 4.2. Ток i н состоит из участков экспонент нарастания и спадания с постоянной времени
. Среднее значение тока
.

При переходе к большим мощностям нагрузки (свыше 100кВт) возникают трудности в построении преобразователей по рассмотренной схеме. Они вызваны большими токами, и необходимостью применения большого числа параллельно включенных тиристоров. Кроме того, трудно осуществима конструкция дросселя с большой индуктивностью. ИППН большой мощности выполняют по многотактному принципу, основанному на параллельном включении Т-отдельных преобразователей, работающих на общую нагрузку от общего источника постоянного тока.

Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжениямогут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.

Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.

Устройство

Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:

• Инвертирующие.
• Повышающие.
• Понижающие.

Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:

• Ключевой коммутирующий элемент.
• Источник питания.
• Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
• Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
• Блокировочный диод.

Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике.

Устройство трансформатора включает следующие элементы:

• Магнитопровод.
• Первичная и вторичная обмотка.
• Каркас для обмоток.
• Изоляция.
• Система охлаждения.
• Другие элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).

Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.

Существуют и другие виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.

Принцип действия

Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.

Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.

• Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
• Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
• В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
• Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
• Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
• В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.

В иды

Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.

Преобразователи напряжения постоянного тока:

• Регуляторы напряжения.
• Преобразователи уровня напряжения.
• Линейный стабилизатор напряжения.

Преобразователи переменного тока в постоянный:

• Импульсные стабилизаторы напряжения.
• Блоки питания.
• Выпрямители.

Преобразователи постоянного тока в переменный:

• Инверторы.

Преобразователи переменного напряжения:

• Трансформаторы переменной частоты.
• Преобразователи частоты и формы напряжения.
• Регуляторы напряжения.
• Преобразователи напряжения.
• Трансформаторы разного рода.

Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:

• На пьезоэлектрических трансформаторах.
• Автогенераторные.
• Трансформаторные с импульсным возбуждением.
• Импульсные источники питания.
• Импульсные преобразователи.
• Мультиплексорные.
• С коммутируемыми конденсаторами.
• Бестрансформаторные конденсаторные.

Особенности

• При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
• Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
• По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.

Применение

• Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6-24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.
• Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.
• Для питания различных цепей;

— автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
— радио- и телевизионной аппаратуры.

Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.

• Преобразователи напряжения практически всех типов широко применяются в быту. Блоки питания многих бытовых приборов, сложных электронных устройств, инверторные блоки широко используются для обеспечения требуемого напряжения и обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, это может быть инвертор, который может быть использован для аварийного или резервного источника питания бытовых приборов (телевизор, электроинструмент, кухонная техника и так далее), потребляющих переменный ток напряжением 220 Вольт.
• Наиболее дорогими и востребованными в медицине, энергетике, военной сфере, науке и промышленности являются преобразователи, которые имеют выходное переменное напряжение с чистой формой синусоиды. Подобная форма пригодна для работы устройств и приборов, которые имеют повышенную чувствительность к сигналу. К ним можно отнести измерительную и медицинскую аппаратуру, электрические насосы, газовые котлы и холодильники, то есть оборудование, в составе которых имеются электромоторы. Преобразователи часто необходимы и для продления времени службы оборудования.

Достоинства и недостатки

К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:

• Обеспечение контроля входного и выходного режима тока. Эти устройства трансформируют переменный ток в постоянный, служат в качестве распределителей напряжения постоянного тока и трансформаторов. Поэтому их часто можно встретить в производстве и быту.
• Конструкция большинства современных преобразователей напряжения имеет возможность переключения между разным входным и выходным напряжением, в том числе предполагает выполнение подстройки выходного напряжения. Это позволяет подбирать преобразователь напряжения под конкретный прибор или подключаемую нагрузку.
• Компактность и легкость бытовых преобразователей напряжения, к примеру, автомобильных преобразователей. Они миниатюрны и не занимают много места.
• Экономичность. КПД преобразователей напряжения достигает 90%, благодаря чему существенно экономится энергия.
• Удобство и универсальность. Преобразователи позволяют подключать быстро и легко любой электроприбор.
• Возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния благодаря повышению напряжения и так далее.
• Обеспечение надежной работы критических узлов: охранных систем, освещения, насосов, котлов отопления, научного и военного оборудования и так далее.

К недостаткам преобразователей напряжения можно отнести:

• Восприимчивость преобразователей напряжения к повышенной влажности (кроме преобразователей, специально созданных для работы на водном транспорте).
• Занимают некоторое место.
• Сравнительно высокая цена.

Зачастую в радиолюбительской практике возникает необходимость в получении различных стабилизированных напряжений для питания устройств. Наиболее часто для этих целей служат:

• параметрические стабилизаторы (на основе стабилитрона при малых токах потребления устройства);

• линейные стабилизаторы на транзисторной основе либо на основе стабилизаторов LM78XX, LM317. Возможности таких стабилизаторов по току ограничены 1,5 Амперами. Кроме того, еще одним фактором ограничивающим спектр применения данных стабилизаторов, является преобразование входного напряжения в выходное с выделением большого количества тепла, то есть если входное напряжение будет 20 Вольт, а применяется стабилизатор с выходным напряжением 9 Вольт, то лишние 11 Вольт будут превращаться в тепло. При этом корпус ИС разогревается до достаточно высоких температур и для его отведения требуются радиатор, термопаста, а при высоких токах нагрузки и принудительное охлаждение вентилятором, для которого так же необходимо питание;

• импульсные стабилизаторы . В данных стабилизаторах осуществляется преобразование постоянного входного напряжения в импульсные колебания с последующей их стабилизацией. Одним из представителей данного сектора стабилизаторов является ИС LM2596. По сути это импульсный преобразователь с большим количеством режимов работы. В силу отсутствия всяких линейных процессов во внутреннем мире ИС, тепловые потери на корпусе минимальны. Подключение микросхемы требует минимального количества навесных элементов в зависимости от требуемых целей. Типовое включение показано на рисунке.

Наиболее удачным решением для радиолюбителей и мастеровых людей представляет исполнение данной микросхемы в регулируемом варианте - LM2596ADJ. Даташит на можно посмотреть здесь.

На основе микросхемы китайская народная промышленность выпускает широкий спектр готовых модулей dc-dc преобразователей, как понижающих, так и повышающих. Одним из них является вот такой dc-dc step down модуль.

Изделие обладает следующими характеристиками:

• входное напряжение: 4 В ~ 35 В
• выходное напряжение: 1.23 В ~ 30 В
• выходной ток: 2 А (Номинальный), 3 А (Макс. с радиатором)
• эффективность преобразования: 92%
• выходные пульсации: < 30 мВ
• частота преобразования: 150 кГц
• температурный рабочий диапазон: - 45 ~ + 80 С (Весьма условные показатели)
• размер модуля: 43 * 21 * 14 мм.

Единственное, что требуется перед началом эксплуатации - это установить требуемое напряжение на выходе на холостом ходу и проверить его под нагрузкой.

Надо отметить, что входное напряжение должно быть хотя бы на 1,5 В больше выходного. При необходимости, установив на микросхему радиатор и применив принудительное охлаждение, можно добиться величины выходного тока в 4,5 Ампера. Однако такой режим работы является экстремальным и в виду дешевизны модуля лучше использовать несколько их штук с параллельным включением. Так же как и в случае с LM78XX, на основе данных модулей можно строить двуполярные источники питания.

Для этого вместо конденсатора на входе (С1, С2), стабилизаторов LM7805 (и т.д.), конденсаторов на выходе следует установить обозреваемые понижающие модули. Кроме указанных выше характеристик модуль обладает защитами от короткого замыкания и по температуре. При достижении микросхемой температуры в 125 градусов Цельсия работа ИС прекращается и возобновляется только после ее снижения. Таким образом, вывести ИС из строя модуль весьма и весьма сложно.

В своей практике применял данные модули для питания зарядных устройств литиевых аккумуляторов (в связке с контроллером заряда), радиоприемников, mp3-проигрывателей, мощных светодиодов с резистивным ограничением по току. Одним словом, область применения модуля довольно широка.

Для сравнения сначала запитал радиоприемник от стабилизатора на основе LM7809 с сетевым выпрямителем на трансформаторе, потом схему на LM7809 заменил данным модулем. В результате низкочастотный фон в динамике пропал. К сожалению, производитель модулей не установил защитный диод на входе, предотвращающий выход схемы из строя в результате переполюсовки питания, но это можно сделать и самому. Специально для сайта - Кондратьев Николай, г. Донецк

Обсудить статью ПОНИЖАЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Есть две категории любых импульсных преобразователей напряжения:
С трансформатором
С накопительным дросселем
Преобразователь любой из этих двух категорий может быть как понижающим, так и повышающим, в устройствах с накопительным дросселем это зависит от схемы включения, в устройствах с трансформатором от коэффициента трансформации.

Импульсные преобразователи напряжения с накопительным дросселем

На выходе таких схем всегда будет или постоянное или пульсирующее напряжение.
Переменное напряжение на их выходе не получить.

Сигнал который необходимо подавать в точку А1 по отношению к общему проводу:

Как работают импульсные преобразователи с накопительным дросселем?

Рассмотрим на примере повышающего преобразователя.
Накопительный дроссель L1 подключен так, что при открывании транзистора T1 через них начинает протекать ток от источника "+ПИТ", при этом ток возрастает в дросселе не мгновенно, так как энергия запасается в магнитном поле дросселя.
После того как транзистор T1 закрывается, запасённой в дросселе энергии необходимо высвободится, это следует из физики явлений происходящих в дросселе, соответственно единственный путь этой энергии пролегает через источник +ПИТ, диод VD1 и нагрузку подключенную к ВЫХОДу.
При этом максимальное напряжение на выходе зависит только от одного - сопротивления нагрузки.
Если у нас идеальный дроссель и если нагрузка отсутствует, то напряжение на выходе будет бесконечно большим, однако мы имеем дело с далёким от идеала дросселем, по этому без нагрузки напряжение просто будет очень большим, возможно настолько большим что случиться пробой воздуха или диэлектрика между клеммой ВЫХОД и общим проводом, но скорее пробой транзистора.

Если дроссель желает высвобождает всю энергию которую накопил (за вычетом потерь), то как же регулировать напряжение на выходе таких преобразователей?
Очень просто - запасать в дросселе ровно столько энергии, сколько необходимо, что бы создать нужное напряжение на известном сопротивлении нагрузки.
Регулировка запасённой энергии производится длительностью импульсов открывающих транзистор (временем в течении которого открыт транзистор).

В понижающем преобразователе в дросселе происходят точно те же процессы, однако в этом случае при открывании транзистора дроссель не даёт напряжению на выходе увеличиться мгновенно, а после его закрывания, высвобождая запасённую энергию с одной стороны через диод VD1 а с другой через нагрузку подключенную к ВЫХОДу поддерживает напряжение на клемме ВЫХОД.
Напряжение на выходе такого преобразователя не может оказаться больше чем напряжение +ПИТ.

Импульсные преобразователи напряжения с трансформаторами

Само преобразование происходит в трансформаторе, при этом не важно на железе он - для низких частот; или на феррите - для высоких от 1кГц до 500 и выше кГц.
Суть процессов всегда одинакова: если в первой обмотке трансформатора 10 витков, а во второй 20 и мы приложим переменное напряжение 10 вольт к первой, то во второй мы получим переменное напряжение той же частоты но 20 вольт и соответственно с 2 раза меньшим током чем течёт в первой обмотке.

То есть задача сводится к получению переменного напряжения, которое необходимо приложить к первичной обмотке, от источника постоянного тока питающего преобразователь.

Работает следующим образом:
когда транзистор T1 открыт, ток течёт через верхнюю половину обмотки - L1.1, затем транзистор T1 закрывается и открывается транзистор T2, ток начинает протекать через нижнюю половину обмотки - L1.2, так как верхняя половина обмотки L1 включена своим концом к +ПИТ а нижняя началом, то магнитное поле в сердечнике трансформатора при открытии T1 течёт в одну сторону, а при открытии T2 в другую, соответственно на вторичной обмотке L2 создаётся переменное напряжение.
L1.1 и L1.1 выполняются как можно более идентичными друг другу.
Преимущества:
Высокая эффективность при работе от низкого напряжения питания (через каждую половину обмотки и транзистор протекает только половина необходимого тока).
Недостатки:
Выбросы напряжения на стоках транзисторов равные удвоенному напряжению питания (например когда T1 открыт, а T2 закрыт, то ток течёт в L1.1 в свою очередь в L1.2 магнитное поле создаёт напряжение равное напряжению на L1.1 которое суммируясь с напряжением источника питания воздействует на закрытый T2).
То есть необходимо выбирать транзисторы на большее допустимое максимальное напряжение.
Применение:
Преобразователи, питающиеся от низкого напряжения (порядка 12 вольт).

Работает следующим образом:
когда транзистор T1 открыт, ток течёт через первичную обмотку трансформатора (L1) заряжая конденсатор C2, затем он закрывается и открывается T2, соответственно теперь ток течёт через L1 в обратном направлении, разряжая C2 и заряжая C1.
Недостатки:
Напряжение подводимое к первичной обмотке трансформатора в два раза ниже напряжения +ПИТ.
Приемущества:
Применение:
Преобразователи, питающиеся от бытовой осветительной сети, сетевые блоки питания (например: блоки питания компьютеров).

Работает следующим образом:
когда транзисторы T1 и T4 открыты, ток течёт через первичную обмотку трансформатора в одном направлении, затем они закрываются и открываются T2 и T3 ток через первичную обмотку начинает течь в обратном направлении.
Недостатки:
Необходимость установки четырёх мощных транзисторов.
Удвоенное падение напряжения на транзисторах (падения напряжения на смежных T1 T4/ T2 T3 транзисторах складываются).
Приемущества:
Полное напряжение питания на первичной обмотке.
Отсутствие выбросов удвоенного напряжения свойственных пуш-пулу.
Применение:
Мощные преобразователи, питающиеся от бытовой осветительной сети, сетевые блоки питания (например: импульсные сварочные "трансформаторы").

Общими проблемами для преобразователей на трансформаторах являются те же проблемы что и преобразователей на базе накопительных дросселей: насыщение сердечника; сопротивление провода из которого выполнены обмотки; работа транзисторов в линейном режиме.

Обратноходовые и прямоходовые импульсные преобразователи

Обратноходовой и прямоходовой импульсный преобразователь напряжения - это "гибриды" преобразователя на базе накопительного дросселя и трансформатора, хотя в сути своей это преобразователь на базе накопительного дросселя и об этом никогда не стоит забывать.
Принцип работы такого преобразователя схож с повышающим преобразователем на накопительном дросселе, с той лишь разницей, что нагрузка включена не непосредственно к дросселю, а к ещё одной обмотке, намотанной на сам дроссель.
Как и в повышающем преобразователе, в случае включения его без нагрузки, его выходное напряжение будет стремиться к максимуму.
Недостатки:
Выбросы напряжения на ключевом транзисторе создающие необходимость применения ключевых транзисторов на напряжение значительно превышающее +ПИТ.
Высокое напряжение на выходе в отсутствии нагрузки.
Преимущества:
Гальваническая развязка цепи питания и цепи нагрузки.
Отсутствие потерь связанных с перемагничиванием сердечника (магнитное поле течёт в сердечнике всегда в одну сторону).

Явления, о которых необходимо помнить при конструировании преобразователей напряжения (и импульсных устройств вообще)

Насыщение сердечника (магнитопровода) - момент когда магнитопроводящий материал сердечника дросселя или трансформатора уже настолько намагничен, что более уже не оказывает влияние на процессы протекающие в дросселе или трансформаторе. При насыщении сердечника индуктивность обмоток расположенных на нём стремительно падает, а ток через первичные обмотки начинает увеличиваться, при этом максимальный ток ограничен только сопротивлением проволоки обмотки, а оно выбирается как можно меньшим, соответственно насыщение как минимум приводит к нагреву и обмоток дросселя и силового транзистора, как максимум к разрушению силового транзистора.

Сопротивление проводов обмоток - вносит в процесс потери, так как препятствует запасанию и высвобождению энергии в магнитном поле, вызывает нагрев провода обмотки дросселя.
Решение: использование провода с минимальным сопротивлением (более толстый провод, провод из материалов обладающих малым удельным сопротивлением).

Работа силовых транзисторов в линейном режиме - в случае если генератор сигналов используемый для управления транзисторами выдаёт не прямоугольные импульсы, а импульсы с медленным нарастанием и спадом напряжения, что может быть если ёмкость затвора силовых транзисторов велика, а драйвер (специальный усилитель) не способен выдавать значительный ток для зарядки этой ёмкости, появляются моменты, когда транзистор находится в линейном режиме, то есть обладает неким сопротивлением отличным от нуля и бесконечно большого, в связи с чем через него течёт ток и на нём выделяется тепло ухудшая КПД преобразователя.

Специфические проблемы преобразователей напряжения с использованием трансформаторов

Впрочем, эти проблемы присущи любым устройствам с мощным двухтактным выходным каскадом.

Сквозной ток
Рассмотрим на примере схемы полумоста - если по какой то причине транзистор T2 откроется ранее чем полностью успел закрыться T1, то возникнет сквозной ток от +ПИТ на общий провод , которые будет протекать через оба транзистора приводя к бесполезному выделению тепла на них.
Решение: создание задержки между тем как снизился до нуля потенциал на входе Г1 (см. схему полумоста) и возрос потенциал на входе Г2.
Такое время задержки называют дедтайм (dead time) и графически это можно проиллюстрировать осциллограммой:

Эффект Миллера
Опять же, рассмотрим на примере полумоста - когда транзистор T1 открывается то к транзистору T2 прикладывается напряжение, которое быстро возрастает (со скоростью открывания T1), так как это напряжение велико, то даже незначительная внутренняя ёмкость между затвором и истоком заряжаясь создаёт значительный потенциал на затворе, который открывает T2, пусть и на короткое время, но создавая сквозной ток, даже при наличии дедтайма.
Решение: применение мощных драйверов транзисторов, способных не только отдавать, но и принимать большие токи.

О чём не следует забывать

Понижающий преобразователь с накопительным дросселем, полумост и мост - схемы, которые не так просты, как кажутся на первый взгляд, прежде всего потому, что исток транзистора в понижающем преобразователе и истоки верхних по схеме транзисторов в мосте и полумосте находятся под напряжением питания.
Как мы знаем, управляющее напряжение на затвор транзистора нужно подавать относительно его истока, для биполярных на базу относительно к эмиттера.
Решения:
Использование гальванически развязанных источников питания цепей затворов (баз):

Генератор G1 вырабатывает противофазные сигналы и формирует дедтайм, U1 и U2 драйверы полевых транзисторов , оптрон гальванически развязывает входную цепь верхнего драйвера с выходом генератора, который питается от другой обмотки трансформатора.

Типовая силовая часть такой схемы показана на рисунке 10.

Рисунок 10.

Конденсатор при питании от сети переменного тока 220 В заряжается до напряжения приблизительно 310 В (340 В для 240 В). Резистор R1 - низкоомный (номинал от 2 до 4 Ом), который предохраняет схему от бросков тока при заряде конденсатора C1 во время подачи питания. Q1 - высоковольтный МОП-транзистор, который используется в качестве быстродействующего ключа, переключающего импульс питающего тока в ферритовом высокочастотном трансформаторе T1. Частота переключения обычно лежит в диапазоне от 25 до 250 кГц. Элементы R2 и C2 составляют защитную цепь (snubber), которая уменьшает выбросы напряжения и шумы переключателя. Стабилизация достигается благодаря контролю за выходным напряжением в точке "FB" и регулирования ширины входных импульсов драйвера ключа Q1. Предохранитель FS2 необходим для защиты от короткого замыкания и перегрузки. FS2 иногда заменяется датчиком тока, который запирает при перегрузке драйвер ключа Q1.

4 Импульсные преобразователи

В регулируемом линейном источнике питания силовой трансформатор промышленной частоты используется для изоляции, а затем выпрямитель и линейный регулятор используются для формирования выходного напряжения.

В управляемом ИИП изоляция и регулирование объединены в единое целое, имеющее высокий КПД. В ИИП используется маленький высокочастотный трансформатор, обычно работающий в диапазоне частот от 25 до 250 кГц (хотя в маломощных ИИП до 1 МГц).

Трансформаторы и дроссели, используемые для ИИП, имеют ферритовые сердечники в противоположность листовым железным сердечникам их более низкочастотных двойников. Трансформаторы ИИП вообще имеют меньшее количество витков в обмотках чем трансформаторы промышленной частоты.

4.1 Однотактный преобразователь напряжения

Однотактный преобразователь напряжения содержит трансформатор, первичная обмотка которого состоит из двух частей с числом витков w1 и w2, первый транзистор, соединенный с блоком управления, и второй транзистор, шунтированный обратным диодом. Между эмиттерами транзисторов включен конденсатор. Коллекторы первого и второго транзисторов соединены с крайними выводами обмоток трансформатора. Кроме того, коллектор первого транзистора через резистор, шунтированный последовательной RC-цепью, образующие токозадающую цепь, соединен с входом управления второго транзистора.

В качестве первого и второго транзисторов в данном преобразователе могут быть использованы любые другие ключевые элементы, например, МОП транзисторы и т.д.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При поступлении отпирающего сигнала на базу транзистора последний открывается, к обмотке трансформатора прикладывается входное напряжение. При этом к управляющему переходу транзистора прикладывается запирающее напряжение, практически равное напряжению конденсатора, и он запирается. Через второй транзистор протекает сумма токов намагничивания сердечника трансформатора и нагрузки. По окончании управляющего импульса транзистор запирается, ток намагничивания замыкается через диод, конденсатор и обмотку. К управляющему электроду второго транзистора прикладывается отпирающее напряжение, равное разности коллекторного напряжения первого транзистора и напряжения конденсатора. Второй транзистор отпирается, обеспечивая протекание тока намагничивания в обратном направлении.

Благодаря конденсатору ток намагничивания протекает непрерывно в течение всего периода следования импульсов с блока управления и среднее значение этого тока равно нулю. Это приводит к тому, что размагничивающее напряжение прикладывается к обмотке в течение всего времени запертого состояния первого транзистора, а перемагничивание сердечника трансформатора осуществляется по полному циклу с малой амплитудой тока намагничивания.

Таким образом, в предложенном устройстве уменьшены потери мощности на резисторе, включенном в управляющей цепи дополнительного ключа, за счет снижения напряжения на нем.

4.2 Импульсный однотактный преобразователь постоянного напряжения . Конвертор.

Импульсные преобразователи постоянного напряжения (ИППН) регулируют выходное напряжение (напряжение на нагрузке) путём изменения времени подачи напряжения Uo на нагрузку Zн. Чаще всего применяют широтно-импульсный (ШИР) и частотно-импульсный (ЧИР) способы регулирования. Принцип действия ИППН основан на ключевом режиме транзистора или тиристора, которые периодически прерывают цепь подачи напряжения U0 в нагрузку (Рисунок 11). При широтно-импульсном способе выходное напряжение регулируют изменением длительности выходных импульсов tи (рисунок 12) при неизменном периоде их следования Т. Тогда среднее значение выходного напряжения преобразователя будет определяться по формуле Uн.ср=(tи/T)*Uо. Следовательно, выходное напряжение регулируют от нуля (при tи=0) до Uо(tи=T).

Рисунок 11.

Рисунок 12.

На рисунке 13 изображена схема широко распространённого ИППН . Такой преобразователь называют однотактным. В качестве ключа служит тиристор. Между нагрузкой Z н и тиристором включен сглаживающий LC-фильтр.

Рисунок 13.

Диод Д, выполняющий функции обратного диода, необходим для создания электрической цепи для тока нагрузки при выключенном тиристоре.

Однотактные ИППН работают при мощности 100 кВт. Если требуется большая мощность, прибегают к многотактным ИППН.

Во всех ИППН отпирание проводниковых ключей производится путём принудительной подачи на тиристор (транзистор) коммутирующих импульсов, запирание же тиристоров осуществляется напряжением периодически перезаряжаемого конденсатора. Естественно, что коммутационный блок в ИППН имеет некоторое отличие от подобных блоков в автономных инверторах.

Отметим, что регулирование постоянного напряжения на нагрузке при питании от сети переменного тока можно осуществить с помощью ИППН. Небольшое падение напряжения на открытом полупроводниковом ключе и очень малый ток при его запертом состоянии определяют высокий КПД импульсных преобразователей постоянного напряжения. В этом отношении неуправляемый выпрямитель, работающий в паре с ИППН, успешно конкурирует с управляемым выпрямителем.

Преимущество импульсных преобразователей постоянного напряжения по сравнению с конверторами с самовозбуждением является то, что в ИППН в качестве ключей применяют тиристоры, которые в настоящее время выпускаются на напряжения до нескольких киловольт. Это позволяет создать конверторы большой мощности (свыше 100 кВт) с высоким КПД, меньшими габаритами и массой. Конверторы получили широкое применение в установках, в которых первичным источником электропитания являются контактная сеть, аккумуляторы, солнечные и атомные батарейки, термоэлектрические генераторы.

5 Заключение

5.1 Электромагнитные и радиопомехи, создаваемые ИИП

Известно, что импульсные источники питания создают электромагнитные и радиопомехи. НЧ фильтры в подводящих проводах жизненно важны для уменьшения наводок по цепям питания. Экран Фарадея между обмотками трансформатора и вокруг чувствительных компонентов вместе с правильным расположением в блоке цепей, компенсирующим поля, также уменьшают электромагнитные и радиопомехи. Проблема сглаживания тока пилообразной формы требует применения фильтрового конденсатора. Индуктивность и сопротивление (последовательно включенные) стандартных электролитических конденсаторов влияют на пульсации и напряжения шума в выходных сигналах. Линейные источники питания не имеют себе равных в маломощных и очень малошумящих с низкими пульсациями в выходных сигналах источниках.

5.2 Интегральные микросхемы для ИИП

Mullard:

TDA2640

TDA2581

SGS:

L4960

Диапазон входного напряжения - 9 - 50 В постоянного тока

Регулируемое выходное напряжение - от 5 до 40 В

Максимальный выходной ток - 2.5 А

Максимальная выходная мощность - 100 Вт

Встроенная схема плавного включения

Стабильность внутреннего опорного источника - +\- 4 %

Требует очень небольшого числа навесных компонентов

Коэффициент заполнения - 0 - 1

Высокий КПД - выше 90 %

Встроенная тепловая защита от перегрузки: микросхема выключается, когда температура pn-перехода достигает 150 град. C.

Встроенный ограничитель тока для защиты от короткого замыкания

L4962 (16-выводной DIP корпус. Выходной ток до 1.5 А)

L4964 (специальный 15- выводной корпус. Выходной ток до 4 А)

Texas Instruments:

TL494

TL497

TL497 имеет генератор с фиксированным временем включенного состояния, но с переменной выходной частотой. Это дает минимальное количество навесных элементов. Время включенного состояния определяется значением емкости конденсатора, подключенного между выводом 3 и землей.

Рисунок 14.

5.3 Режим повторных включений ИИП

В импульсных источниках питания такой режим часто используется для ограничения выходного тока. Если ИИП перегружен, схема выключается. После некоторого интервала времени он включается, если перегрузка все еще существует, он немедленно выключается. На некоторых конструкциях, если это случается несколько раз, питание отключается, пока не будет сброшена блокировка схемы.

5.4 ИИП с поддержкой питания

Некоторые "более автономные" ИИП разработаны так, чтобы сохранить устойчивое выходное напряжение более чем несколько периодов при отключении входного питания. Это может быть достигнуто установкой входного конденсатора большой емкости, такой, что его напряжение не будет существенно падать в течение перерывов подачи энергии. Период времени, в течение которого ИИП поддерживает выходное напряжение, когда отсутствует входное, часто называют "временем поддержки питания".

6 Литература

1. INTERNET:

SGS Power Supply Application manual

Motorola Power MOSFET Transistor Databook

Unitrode Semiconductor Databook

Unitrode Applications Handbook

Transformer Core Selection for SMPS, Mullard

Soft Ferrites - Properties and Applications, E.C. Snelling

Switchmode - A Designer"s Guide, Motorola

SMPS Technology and Components, Siemens

Texas Instruments Linear Circuits Databook

Analogue Electronics Handbook, T.H. Collins

Smith, K.L. Ph.D. (University of Kent), "D.C. Supplies from A.C. Sources", Electronics & Wireless World, September 1984.

Иванов В.С., Панфилов Д.И. Компоненты силовой электроники фирмы MOTOROLA. - М.: ДОДЭКА, 1998

Силовые полупроводниковые приборы International Rectifier. Пер. п/р В.В.Токарева. - Воронеж, 1995

Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Изд. 2-е. - М.: ДОДЭКА, 2000

Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи напряжения в устройствах электропитания РЭА. - М.: Радио и связь, 1989

Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Импульсные регуляторы и преобразователи постоянного напряжения. - М.: Изд-во МЭИ, 1998

Для питания различной электронной аппаратуры весьма широко используются DC/DC преобразователи. Применяются они в устройствах вычислительной техники , устройствах связи, различных схемах управления и автоматики и др.

Трансформаторные блоки питания

В традиционных трансформаторных блоках питания напряжение питающей сети с помощью трансформатора преобразуется, чаще всего понижается, до нужного значения. Пониженное напряжение выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсаторным фильтром. В случае необходимости после выпрямителя ставится полупроводниковый стабилизатор.

Трансформаторные блоки питания, как правило, оснащаются линейными стабилизаторами . Достоинств у таких стабилизаторов не менее двух: это маленькая стоимость и незначительное количество деталей в обвязке. Но эти достоинства съедает низкий КПД, поскольку значительная часть входного напряжения используется на нагрев регулирующего транзистора, что совершенно неприемлемо для питания переносных электронных устройств.

DC/DC преобразователи

Если питание аппаратуры осуществляется от гальванических элементов или аккумуляторов, то преобразование напряжения до нужного уровня возможно лишь с помощью DC/DC преобразователей.

Идея достаточно проста: постоянное напряжение преобразуется в переменное, как правило, с частотой несколько десятков и даже сотен килогерц, повышается (понижается), а затем выпрямляется и подается в нагрузку. Такие преобразователи часто называются импульсными.

В качестве примера можно привести повышающий преобразователь из 1,5В до 5В, как раз выходное напряжение компьютерного USB. Подобный преобразователь небольшой мощности продается на Алиэкспресс - http://ali.pub/m5isn .

Рис. 1. Преобразователь 1,5В/5В

Импульсные преобразователи хороши тем, что имеют высокий КПД, в пределах 60..90%. Еще одно достоинство импульсных преобразователей широкий диапазон входных напряжений: входное напряжение может быть ниже выходного или намного выше. Вообще DC/DC конвертеры можно разделить на несколько групп.

Классификация конвертеров

Понижающие, по английской терминологии step-down или buck

Выходное напряжение этих преобразователей, как правило, ниже входного: без особых потерь на нагрев регулирующего транзистора можно получить напряжение всего несколько вольт при входном напряжении 12…50В. Выходной ток таких преобразователей зависит от потребности нагрузки, что в свою очередь определяет схемотехнику преобразователя.

Еще одно англоязычное название понижающего преобразователя chopper. Один из вариантов перевода этого слова - прерыватель. В технической литературе понижающий конвертер иногда так и называют «чоппер». Пока просто запомним этот термин.

Повышающие, по английской терминологии step-up или boost

Выходное напряжение этих преобразователей выше входного. Например, при входном напряжении 5В на выходе можно получить напряжение до 30В, причем, возможно его плавное регулирование и стабилизация. Достаточно часто повышающие преобразователи называют бустерами.

Универсальные преобразователи - SEPIC

Выходное напряжение этих преобразователей удерживается на заданном уровне при входном напряжении как выше входного, так и ниже. Рекомендуется в случаях, когда входное напряжение может изменяться в значительных пределах. Например, в автомобиле напряжение аккумулятора может изменяться в пределах 9…14В, а требуется получить стабильное напряжение 12В.

Инвертирующие преобразователи - inverting converter

Основной функцией этих преобразователей является получение на выходе напряжения обратной полярности относительно источника питания. Очень удобно в тех случаях, когда требуется двухполярное питание, например.

Все упомянутые преобразователи могут быть стабилизированными или нестабилизированными, выходное напряжение может быть гальванически связано с входным или иметь гальваническую развязку напряжений. Все зависит от конкретного устройства, в котором будет использоваться преобразователь.

Чтобы перейти к дальнейшему рассказу о DC/DC конвертерах следует хотя бы в общих чертах разобраться с теорией.

Понижающий конвертер чоппер - конвертер типа buck

Его функциональная схема показана на рисунке ниже. Стрелками на проводах показаны направления токов.

Рис.2. Функциональная схема чопперного стабилизатора

Входное напряжение Uin подается на входной фильтр - конденсатор Cin. В качестве ключевого элемента используется транзистор VT, он осуществляет высокочастотную коммутацию тока. Это может быть транзистор структуры MOSFET, IGBT либо обычный биполярный транзистор . Кроме указанных деталей в схеме содержится разрядный диод VD и выходной фильтр - LCout, с которого напряжение поступает в нагрузку Rн.

Нетрудно видеть, что нагрузка включена последовательно с элементами VT и L. Поэтому схема является последовательной. Как же происходит понижение напряжения?

Широтно-импульсная модуляция - ШИМ

Схема управления вырабатывает прямоугольные импульсы с постоянной частотой или постоянным периодом, что в сущности одно и то же. Эти импульсы показаны на рисунке 3.

Рис.3. Импульсы управления

Здесь tи время импульса, транзистор открыт, tп - время паузы, - транзистор закрыт. Соотношение tи/T называется коэффициентом заполнения duty cycle, обозначается буквой D и выражается в %% или просто в числах. Например, при D равном 50% получается, что D=0,5.

Таким образом D может изменяться от 0 до 1. При значении D=1 ключевой транзистор находится в состоянии полной проводимости, а при D=0 в состоянии отсечки, попросту говоря, закрыт. Нетрудно догадаться, что при D=50% выходное напряжение будет равно половине входного.

Совершенно очевидно, что регулирование выходного напряжения происходит за счет изменения ширины управляющего импульса tи, по сути дела изменением коэффициента D. Такой принцип регулирования называется (PWM). Практически во всех импульсных блоках питания именно с помощью ШИМ производится стабилизация выходного напряжения.

На схемах, показанных на рисунках 2 и 6 ШИМ «спрятана» в прямоугольниках с надписью «Схема управления», которая выполняет некоторые дополнительные функции. Например, это может быть плавный запуск выходного напряжения, дистанционное включение или защита преобразователя от короткого замыкания.

Вообще конвертеры получили столь широкое применение, что фирмы производители электронных компонентов наладили выпуск ШИМ контроллеров на все случаи жизни. Ассортимент настолько велик, что просто для того чтобы их перечислить понадобится целая книга. Поэтому собирать конвертеры на дискретных элементах, или как часто говорят на «рассыпухе», никому не приходит в голову.

Более того готовые конвертеры небольшой мощности можно купить на Алиэкспрес или Ebay за незначительную цену. При этом для установки в любительскую конструкцию достаточно припаять к плате провода на вход и выход, и выставить требуемое выходное напряжение.

Но вернемся к нашему рисунку 3. В данном случае коэффициент D определяет, сколько времени будет открыт (фаза 1) или закрыт (фаза 2) . Для этих двух фаз можно представить схему двумя рисунками. На рисунках НЕ ПОКАЗАНЫ те элементы, которые в данной фазе не используются.

Рис.4. Фаза 1

При открытом транзисторе ток от источника питания (гальванический элемент, аккумулятор, выпрямитель) проходит через индуктивный дроссель L, нагрузку Rн, и заряжающийся конденсатор Cout. При этом через нагрузку протекает ток, конденсатор Cout и дроссель L накапливают энергию. Ток iL ПОСТЕПЕННО ВОЗРАСТАЕТ, сказывается влияние индуктивности дросселя. Эта фаза называется накачкой.

После того, как напряжение на нагрузке достигнет заданного значения (определяется настройкой устройства управления), транзистор VT закрывается и устройство переходит ко второй фазе - фазе разряда. Закрытый транзистор на рисунке не показан вовсе, как будто его и нет. Но это означает лишь то, что транзистор закрыт.

Рис.5. Фаза 2

При закрытом транзисторе VT пополнения энергии в дросселе не происходит, поскольку источник питания отключен. Индуктивность L стремится воспрепятствовать изменению величины и направления тока (самоиндукция) протекающего через обмотку дросселя.

Поэтому ток мгновенно прекратиться не может и замыкается через цепь «диод-нагрузка». Из-за этого диод VD получил название разрядный. Как правило, это быстродействующий диод Шоттки. По истечении периода управления фаза 2 схема переключается на фазу 1, процесс повторяется снова. Максимальное напряжение на выходе рассмотренной схемы может быть равным входному, и никак не более. Чтобы получить выходное напряжение больше, чем входное, применяются повышающие преобразователи.

Пока только следует напомнить собственно о величине индуктивности, которая определяет два режима работы чоппера. При недостаточной индуктивности преобразователь будет работать в режиме разрывных токов, что совершенно недопустимо для источников питания.

Если же индуктивность достаточно большая, то работа происходит в режиме неразрывных токов, что позволяет с помощью выходных фильтров получить постоянное напряжение с приемлемым уровнем пульсаций. В режиме неразрывных токов работают и повышающие преобразователи, о которых будет рассказано ниже.

Для некоторого повышения КПД разрядный диод VD заменяется транзистором MOSFET, который в нужный момент открывается схемой управления. Такие преобразователи называются синхронными. Их применение оправдано, если мощность преобразователя достаточно велика.

Повышающие step-up или boost преобразователи

Повышающие преобразователи применяются в основном при низковольтном питании, например, от двух-трех батареек, а некоторые узлы конструкции требуют напряжения 12…15В с малым потреблением тока. Достаточно часто повышающий преобразователь кратко и понятно называют словом «бустер».

Рис.6. Функциональная схема повышающего преобразователя

Входное напряжение Uin подается на входной фильтр Cin и поступает на последовательно соединенные L и коммутирующий транзистор VT. В точку соединения катушки и стока транзистора подключен диод VD. К другому выводу диода подключены нагрузка Rн и шунтирующий конденсатор Cout.

Транзистор VT управляется схемой управления, которая вырабатывает сигнал управления стабильной частоты с регулируемым коэффициентом заполнения D, так же, как было рассказано чуть выше при описании чопперной схемы (Рис.3). Диод VD в нужные моменты времени блокирует нагрузку от ключевого транзистора.

Когда открыт ключевой транзистор правый по схеме вывод катушки L соединяется с отрицательным полюсом источника питания Uin. Нарастающий ток (сказывается влияние индуктивности) от источника питания протекает через катушку и открытый транзистор, в катушке накапливается энергия.

В это время диод VD блокирует нагрузку и выходной конденсатор от ключевой схемы, тем самым предотвращая разряд выходного конденсатора через открытый транзистор. Нагрузка в этот момент питается энергией накопленной в конденсаторе Cout. Естественно, что напряжение на выходном конденсаторе падает.

Как только напряжение на выходе станет несколько ниже заданного, (определяется настройками схемы управления), ключевой транзистор VT закрывается, и энергия, запасенная в дросселе, через диод VD подзаряжает конденсатор Cout, который подпитывает нагрузку. При этом ЭДС самоиндукции катушки L складывается с входным напряжением и передается в нагрузку, следовательно, напряжение на выходе получается больше входного напряжения.

По достижении выходным напряжением установленного уровня стабилизации схема управления открывает транзистор VT, и процесс повторяется с фазы накопления энергии.

Универсальные преобразователи - SEPIC (single-ended primary-inductor converter или преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью).

Подобные преобразователи применяются в основном, когда нагрузка имеет незначительную мощность, а входное напряжение изменяется относительно выходного в большую или меньшую сторону.

Рис.7. Функциональная схема преобразователя SEPIC

Очень похожа на схему повышающего преобразователя, показанного на рисунке 6, но имеет дополнительные элементы: конденсатор C1 и катушку L2. Именно эти элементы и обеспечивают работу преобразователя в режиме понижения напряжения.

Преобразователи SEPIC применяются в тех случаях, когда входное напряжение изменяется в широких пределах. В качестве примера можно привести 4V-35V to 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator. Именно под таким названием в китайских магазинах продается преобразователь, схема которого показана на рисунке 8 (для увеличения нажмите на рисунок).

Рис.8. Принципиальная схема преобразователя SEPIC

На рисунке 9 показан внешний вид платы с обозначением основных элементов.

Рис.9. Внешний вид преобразователя SEPIC

На рисунке показаны основные детали в соответствии с рисунком 7. Следует обратить внимание на наличие двух катушек L1 L2. По этому признаку можно определить, что это именно преобразователь SEPIC.

Входное напряжение платы может быть в пределах 4…35В. При этом выходное напряжение может настраиваться в пределах 1,23…32В. Рабочая частота преобразователя 500КГц.При незначительных размерах 50 x 25 x 12мм плата обеспечивает мощность до 25 Вт. Максимальный выходной ток до 3А.

Но тут следует сделать замечание. Если выходное напряжение установить на уровне 10В, то выходной ток не может быть выше 2,5А (25Вт). При выходном напряжении 5В и максимальном токе 3А мощность составит всего 15Вт. Здесь главное не перестараться: либо не превысить максимально допустимую мощность, либо не выйди за пределы допустимого тока.

До недавнего времени наиболее распространенные источники питания имели трансформаторную схему с выпрямителем и емкостным фильтром. Со временем их вытеснили источники питания на основе импульсных преобразователей. Импульсные источники питания выгодно отличаются большей удельной мощностью . Высокочастотные трансформаторы обладают меньшими габаритами и требуют меньших затрат медного провода что значительно снижает стоимость всего изделия в целом. Тем не менее, трансформаторные схемы промышленной частоты 50 (60) Гц будут актуальны и впредь в виду своей простоты и надежности.

Классификация

Преобразователи питающего напряжения можно классифицировать следующим образом:

1. По роду питающего напряжения:
   постоянного;
   переменного;
   универсальные.
2. По коэффициенту преобразования напряжения:
   повышающие;
   понижающие.
3. По характеру выходной вольтамперной характеристики (ВАХ):
   не стабилизированные;
   стабилизированные;
   регулируемые.
4. По типу базовой схемы преобразования:
   трансформаторная низкочастотная;
   импульсная дроссельная;
   импульсная однотактная обратноходовая, прямоходовая;
   импульсная двухтактная, мостовая и полумостовая схемы;
   инверторы;
   тиристорные и симисторные преобразовательные схемы.

Низкочастотные трансформаторные схемы

Рисунок 1. Трансформатор переменного тока

Трансформаторные схемы отличаются простотой и надёжностью. Применяются для преобразования переменного напряжения синусоидальной формы. Базовая схема изображена на рисунке 1. Частота преобразования соответствует применяемой частоте питающей сети, в подавляющем большинстве случаев это 50 Гц, в некоторых странах 60 Гц, и изредка 400 Гц для питания специализированного оборудования.

Классификация по коэффициенту преобразования напряжения

Коэффициент преобразования трансформаторной схемы равен отношению выходного к входному:

При К понижающей. Это наиболее часто встречающийся тип трансформаторных преобразователей промышленной частоты. Широко используется в источниках питания бытовой и промышленной электроники.

При K >1 схема повышающая. Применяется в тех случаях, когда требуется более высокое напряжение по отношению к первичному. Иногда используется в качестве базовой схемы в инверторных преобразователях, а также для получения высоких напряжений , например, для питания магнетрона микроволновых печей, и т.п.

При K=1 величина выходного напряжения практически не изменяется по отношению к входному. Данная схема иногда применяется для гальванической развязки, когда необходимо исключить влияние сетевого напряжения на питаемый объект, или с целью электробезопасности.

Классификация по характеру выходной ВАХ

Нерегулируемые трансформаторы

Имеют одну первичную и одну, или несколько вторичных обмоток, чаще всего гальванически изолированных от первичной. ВАХ зависит от ряда условий и является неизменной.

Регулируемые трансформаторы – автотрансформаторы

Рисунок 2. Автотрансформатор

Автотрансформаторы предназначены для плавного или ступенчатого регулирования выходного напряжения. Чаще всего имеют одну обмотку, которая играет роль первичной и вторичной одновременно, а регулирование напряжения производится переключением выходной клеммы между различными выводами обмотки.

Входная клемма автотрансформатора подключается не на крайний вывод, а с небольшим смещением на несколько выводов к середине обмотки. Это позволяет при регулировании добиваться коэффициента преобразования как ниже, так и выше единицы. Коммутация выхода с выводами обмоток производится пакетным переключателем, или аналогичным коммутационным устройством.

При необходимости более плавного регулирования выходного напряжения применяются автотрансформаторы с видоизменённым конструктивом. Вся обмотка наматывается в один слой на тороидальном сердечнике виток к витку с небольшим зазором между витками. Часть изоляции с торцевой стороны тороидальной обмотки снимается с проводника для возможности подключения коммутационного устройства к каждому витку. Для контакта с витками используется скользящий или роликовый графитовый бегунок. Благодаря такой конструкции производится более плавное переключение между выводами (места, освобождённые от изоляции), а перемещение бегунка практически по всей обмотке трансформатора позволяет получать на выходе напряжения от нуля до максимального значения коэффициента трансформации. Благодаря такой специфической конструкции и возможности столь глубокого регулирования выходной величины напряжения, такие автотрансформаторы принято называть лабораторными автотрансформаторами, или сокращённо ЛАТР . Упрощённая электрическая схема ЛАТРа показана на рисунке 2.

Трансформаторные схемы с выпрямителем

Вбольшинстве случаев промышленные и бытовые электронные устройства требуют питания от источника постоянного тока. Для этого трансформаторные схемы дополняют полупроводниковым выпрямителем, а для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на выход схемы выпрямителя включают сглаживающий конденсатор. Базовая схема показана на рисунке 3, и может усложняться в зависимости от требований к ВАХ источника питания.

В некоторых случаях для питания различных блоков схемы требуются напряжения разных уровней, или питания со средней точкой. Для этого используются многообмоточные трансформаторы с подключением к каждой обмотке разных напряжений или плеч отдельного выпрямителя с ёмкостным фильтром.

Импульсные преобразователи постоянного напряжения

Когда требуется запитать устройство от напряжения со сниженным значением по отношению к имеющемуся напряжению питания, часто применяются схемы стабилизаторов на основе делителей напряжения - транзисторов или интегральных стабилизаторов . Недостатком этого способа является то, что при необходимости значительного снижения напряжения питания относительно первичного, на регулирующем элементе (транзисторе, микросхеме стабилизатора) выделяется тепло, пропорциональное квадрату тока его нагрузки. При значительной мощности нагрузки такое преобразование влечёт весомые потери энергии и снижение КПД. Для более эффективного преобразования питающего напряжения применяются импульсные преобразователи, работа которых основана на частотно-импульсной или широтно-импульсной модуляции.

Для понимания процесса импульсной модуляции рассмотрим схему на рисунке 4. На выводы входа «Общ.» и «Uип» подаётся напряжение первичного источника. Ключ SA1 управляется устройством управления в импульсном режиме, периодически замыкая и размыкая цепь заряда конденсатора C1 через балластный резистор Rб. При замыкании ключа SA1 конденсатор начинает заряжаться, напряжение на нём постепенно растёт. При размыкании ключа заряд прекращается. Если нагрузка отключена, то напряжение на конденсаторе остаётся неизменным до следующего замыкания ключа. Когда к выходу подключена нагрузка, то конденсатор разряжается, напряжение на нём падает. Если рассматривать этот повторяющийся процесс в течении длительного времени, то будут заметны значительные колебания напряжения на выходе устройства при нагрузке. Чтобы эти колебания были не столь значительны, достаточно сократить время процесса заряда и разряда конденсатора, т.е. увеличить частоту следования импульсов коммутации до приемлемых значений.

Уровень напряжения на выходе такого преобразователя зависит от отношения времени замкнутого положения ключа ко времени разомкнутого положения и от величины нагрузки. Если принять величину нагрузки постоянной, тогда уровень напряжения будет прямо пропорционален длительности импульса в периоде. Отношение длительности импульса к периоду следования называется коэффициентом заполнения импульсов:

где D – коэффициент заполнения импульсов, t – длительность импульса, T – период следования импульсов.

Чем больше коэффициент заполнения импульсов, тем выше может быть поднято напряжение на выходе преобразователя. Для исследования работы такого преобразователя можно собрать базовую схему, изображённую на рисунке 5.

Ключ VT1 коммутирует цепь заряда конденсатора C1 через балластный (токоограничивающий) резистор Rб. Подтягивающий резистор Rп ускоряет стечение электронов из области базы в момент запирания ключа VT1. Rо – резистор, ограничивающий максимальный ток базы ключа VT1. VT2 – ключ управления током базы транзистора VT1. Его назначение – согласование работы схемы с сигналом генератора относительно минуса питания, принципиального значения не имеет, если сигнал генератора инвертировать и подавать относительно плюса питания на базу ключа VT1.

Коэффициент заполнения можно изменять несколькими способами. Рассмотрим их по отдельности.

Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ)

При изменении частоты следования импульсов одинаковой длительности меняется только длительность пауз между ними. Длительность импульсов - величина постоянная, она ограничивает максимально возможную частоту, которой достигнет генератор при максимально возможном коэффициенте заполнения импульса, т.е., когда приближенно выполняется равенство

Частота при этом будет равна

Рисунок 6 иллюстрирует принцип частотно-импульсной модуляции. Красная прямая «а» - условно линейная временная зависимость напряжения на фильтрующем конденсаторе C1 (схема на рис.5) во время заряда (ключ VT1 замкнут). Зелёная прямая «б» - условно линейная временная зависимость напряжения на фильтрующем конденсаторе при его разряде на нагрузку. t – длительность импульсов, одинаковая для всех импульсов. T1, T2, T7 и Tn – период следования импульса соответствующего порядка. Как иллюстрирует приведённый пример, периоды следования импульсов могут отличаться, и влияют на среднее значение энергии передаваемой от первичного источника на выход.

В нижней части рисунка изображена теоретически истинная диаграмма напряжения на фильтрующем конденсаторе, состоящая из отрезков, отражающих периодически повторяющийся заряд/разряд. Синяя кривая показывает усреднённое значение напряжения на выходе преобразователя. Горизонтальный участок этой кривой демонстрирует режим стабилизации напряжения выхода – Uст.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

При неизменном периоде следования импульсов, т.е., когда частота импульсов не меняется, модуляция производится изменением длительности импульсов, при этом обратно пропорционально изменяется длительность пауз. Принцип несколько похож на частотно-импульсную модуляцию.

Широтно-импульсная модуляция проиллюстрирована на рисунке 7. В отличии от ЧИМ, здесь период следования импульсов T является постоянной величиной, а длительность импульсов порядка t1, t4, tn меняется в зависимости от требуемого уровня модулируемой выходной величины.

Отличие рассмотренных методов позволяет для выполнения одной задачи применять различные схемотехнические решения.

Применяя частотную, или широтно-импульсную модуляцию можно ограничивать, стабилизировать или динамически регулировать выходную величину. На рисунке 8 продемонстрированы примеры ЧИМ и ШИМ регулирования.

Схемотехника импульсных преобразователей

Рассматривая схему на рисунках 4 и 5, можно обратить внимание на один значительный недостаток такого решения: через балластный резистор Rб при замкнутом ключе протекает ток, пропорциональный падению напряжения на нём. В результате резистор рассеивает часть энергии в виде тепла, а это влечёт за собой снижение КПД. Для устранения этого недостатка вместо балластного резистора в импульсных схемах применяются индуктивные элементы – дроссели и импульсные трансформаторы.

Дроссель ограничивает нарастание тока по переднему (нарастающему) фронту импульса. От момента включения дросселя в цепь до полного магнитного насыщения сердечника, в нём запасается энергия в виде магнитного поля. После полного насыщения сердечника, даже если ток продолжает нарастать, дроссель не способен запасать больше энергии, в результате энергия начинает выделяться в виде тепла, что может вызвать потери и снизить КПД. Поэтому схему необходимо рассчитывать так, чтобы наибольшая длительность импульса ограничивалась до момента полного насыщения. При разрыве цепи дросселя по заднему (нисходящему) фронту импульса, магнитное поле дросселя в результате прекращения протекания тока быстро уменьшается. Уменьшение магнитного поля обуславливает возникновение на концах обмотки дросселя импульса напряжения магнитной индукции противоположной полярности, по отношению к приложенному напряжению во время протекания через обмотку дросселя тока. Это напряжение можно коммутировать таким образом, чтобы использовать энергию импульса для питания нагрузки. Так дроссель, ограничивая, ток накапливает энергию, а между импульсами может накопленную энергию передать нагрузке, или вернуть первичному источнику. В результате сокращаются потери энергии при значительном понижении выходного напряжения относительно входного, даже при питании мощной нагрузки.

Появление импульса обратной ЭДС в обмотке дросселя можно использовать не только для повышения КПД устройства при ограничении напряжения, но и для повышения выходного напряжения относительно входного.

Недостатком дроссельных преобразователей является невозможность гальванической развязки выхода от первичного источника питающего напряжения. Гальваническая развязка может быть обеспечена с применением импульсных трансформаторов с раздельными обмотками первичного (питающего) и вторичного напряжений. Трансформаторные схемы могут работать как в однотактном режиме (режим дросселя), так и в двухтактном.

Типовые схемы каскадов импульсных преобразователей с применением индуктивных элементов – дросселей и импульсных трансформаторов

Схемы выходных каскадов однотактных преобразователей постоянного напряжения с применением дросселя

Понижающий дроссельный преобразователь постоянного напряжения

На рисунке 9 показан выходной каскад. SA1 – ключ, управляемый схемой. При включении ключа в первоначальный момент времени к дросселю прикладывается разница напряжения источника питания относительно напряжения выхода. Затем, по мере намагничивания дросселя, ток через него постепенно возрастает, а падение напряжения на нём наоборот уменьшается. При протекании тока через дроссель фильтрующий конденсатор C1 заряжается, а дроссель накапливает энергию в магнитном поле сердечника. При размыкании ключа на концах обмотки L1 возникает импульс обратного напряжения. При появлении обратной ЭДС в дросселе, импульсный диод DV1 коммутирует освободившийся вывод его обмотки с минусом C1. В результате запасённая энергия в магнитном поле дросселя не теряется, а тратится на дополнительный заряд фильтрующего выходного конденсатора в промежутках между импульсами.

Повышающий дроссельный преобразователь постоянного напряжения

При подключении схемы (рисунок 10) к первичному источнику постоянного напряжения, конденсатор C1 через дроссель L1 и импульсный диод (диод Шоттки) DV1 заряжается. Напряжение на нём достигает напряжения источника питания, за вычетом падения напряжений на дросселе и диоде.

Дроссель рассчитывается так, чтобы при разомкнутом ключе SA1 при работе на нагрузку, ток нагрузки не приводил к значительному насыщению сердечника дросселя.

При замыкании ключа SA1 к дросселю прикладывается напряжение источника питания, ток через него увеличивается, а в сердечнике накапливается энергия магнитного поля до момента полного насыщения. Диод VD1 при замыкании ключа под действием обратного напряжения закрывается, исключая замыкание конденсатора C1.

После некоторого насыщения сердечника ключ размыкается.

В момент размыкания ключа на дросселе возникает импульс напряжения обратной полярности. На аноде разделительного диода появляется напряжение равное сумме напряжений первичного источника питания и напряжения импульса на дросселе. Диод открывается и конденсатор C1 заряжается.

Благодаря тому, что в момент размыкания ключа напряжение обратного импульса дросселя создаёт прибавку к напряжению первичного источника, на выходе преобразователя мы можем получить напряжение, превышающее напряжение первичного источника.

На основе этой схемы можно строить преобразователи с регулируемым напряжением выхода, но регулировка возможна только от напряжения первичного источника, что ограничивает область применения данного решения.

Пример транзисторных схем выходных каскадов дроссельных преобразователей

Для проведения опытов по рассмотренным видам дроссельных преобразователей можно собрать схемы каскадов на транзисторах, показанных на рисунках 11 и 12.

Ненасыщающийся импульсный трансформатор

При подаче на трансформатор однополярных импульсов напряжения, из-за крутой характеристики петли гистерезиса, остаточная напряжённость в сердечнике не снимается, и с каждым следующим импульсом достигает такого значения, при котором изменение напряжённости магнитного поля от начала до конца импульса становится несущественным. Поскольку передача энергии в трансформаторе осуществляется изменяющимся магнитным полем, величина которого значительно снижается при одностороннем намагничивании сердечника, снижается количество энергии, которое трансформатор способен передать за один рабочий период, т.е. его эффективность. В таких случаях иногда говорят, что трансформатор насыщается постоянной составляющей тока намагничивания .

По своей сути, трансформатор с разомкнутым магнитопроводом является дросселем, с наличием вторичных обмоток.

В работе однотактных преобразователей выделяют две фазы цикла:

1. возбуждение ЭДС взаимной индукции во вторичной обмотке в ходе увеличения напряжённости магнитного потока при увеличивающемся первичном токе (намагничивание сердечника);
2. возбуждение ЭДС взаимной индукции во вторичной обмотке в ходе спада напряжённости магнитного потока при сбросе первичного тока (размагничивание сердечника).

Снимать полезную мощность со вторичной обмотки целесообразно либо в первую фазу цикла, либо во вторую. При полезной нагрузке вторичной обмотки в первую фазу преобразователь называется «прямоходовым», во вторую – «обратноходовым».

Прямоходовый преобразователь с применением ненасыщающегося импульсного трансформатора

На рисунке 13 изображена схема силового каскада прямоходового импульсного преобразователя.

Когда при подаче управляющего импульса ключ VT1 открывается, к первичной обмотке T1 прикладывается напряжение питания. Ток первичной обмотки начинает увеличиваться по мере насыщения сердечника. В это время увеличивающийся магнитный поток сердечника вызывает индукцию напряжения на вторичной обмотке такой полярности, при которой импульсный диод VD1 открывается, заряжая конденсатор C1 и питая нагрузку.

Когда ключ VT1 закрывается, через первичную обмотку прекращает течь ток, в результате чего напряжённость магнитного поля начинает изменяться в обратную сторону, то есть уменьшаться. Уменьшение напряжённости магнитного потока сердечника индуцирует во вторичной обмотке напряжение обратной полярности, при котором диод VD1 закрывается. Обе обмотки оказываются не нагруженными, и в результате на концах всех обмоток может возникнуть импульс напряжения, в несколько раз превышающий по величине напряжение первичного источника. Этот импульс может вывести из строя и импульсный диод, если превысит его максимальное обратное напряжение, и транзисторный ключ . Поэтому такие схемы необходимо дополнять защитными цепями.

Способы защиты могут быть разнообразны, на рисунке показан лишь один из возможных вариантов. Здесь в момент появления импульса обратного напряжения его всплеск открывает демпфирующий диод VDд, в результате конденсатор демпфирующей цепочки Cд шунтирует первичную обмотку при прохождении крутого фронта импульса напряжения, а резистор Rд несколько снижает величину напряжения всего импульса.

Обратноходовый преобразователь с применением ненасыщающегося импульсного трансформатора

Схема на рисунке 14 повторяет схему на рисунке 13. Разница в том, что у вторичной обмотки произведена смена выводов. Если Вы уже обратили внимание на знаки «*» у изображений обмоток Т1, то многие из Вас догадались, что это условное обозначение начала обмоток.

Теперь, при открывании ключа в первичной обмотке начнёт увеличиваться ток c намагничиванием сердечника, но во вторичной обмотке индуцированное напряжение закроет диод VD1, и вся энергия (за исключением потерь) передаваемая через первичную обмотку будет накапливаться в магнитном поле сердечника до его полного насыщения. При запирании ключа, через первичную обмотку прекращает течь ток, а во вторичной индуцируется напряжение обратной полярности, которое открывает диод VD1, заряжая конденсатор C1 и питая нагрузку.

В этом случае у нас полезная нагрузка снимается со вторичной обмотки в период размагничивания сердечника, во время обратного хода цикла работы преобразователя. Отсюда и название – «обратноходовый».

Фаза обратного хода при постоянной нагрузке такого преобразователя активна, и в первичной обмотке не должно возникать опасных всплесков напряжения при размыкании первичной цепи. Но когда нагрузка имеет переменный характер, то при работе в режиме холостого хода ключ может выйти из строя. Для этого рассмотренную схему необходимо дополнить цепочкой защиты, аналогично схеме рисунка 13.

Рассмотренные выше схемы каскадов однотактных преобразователей пригодны лишь в диапазоне малых мощностей, приблизительно до 100 ВА.

Схемы выходных каскадов двухтактных преобразователей постоянного напряжения с применением импульсных трансформаторов

Силовые трансформаторы являются ключевым элементом устройств преобразования питающего напряжения. Как мы уже говорили, однотактные режимы работы накладывают значительные ограничения на их применение и эффективность. Для более полноценного использования всех полезных свойств импульсных трансформаторов, их применяют в схемах двухтактного преобразования . Это позволяет не только увеличить КПД, но и в значительной степени мощность преобразователя.

Рассмотрим три базовые схемы силовых каскадов двухтактных импульсных преобразователей.

Схема силового каскада двухтактного импульсного преобразователя с выводом средней точки первичной обмотки

В схеме на рисунке 15 используется импульсный трансформатор T1 с двумя первичными обмотками I и II, которые соединены последовательно, т.е. конец одной обмотки соединён с началом второй. Такое соединение образует среднюю точку, к которой подключается один из полюсов источника питания, в данном случае положительный. Свободные выводы первичных обмоток подключаются к противоположному полюсу источника питания через силовые коммутирующие ключи VT1 и VT2.

Полный цикл работы данной схемы заключается в поочерёдном включении обмоток I и II в цепь источника питания. Например, при открывании ключа VT1 обмотка I возбуждает в сердечнике магнитный поток определённой напряженности магнитного поля. При закрывании VT1 магнитный поток сердечника ослабляется до остаточной величины. Это первый такт работы. Далее, открывается ключ VT2, при этом через обмотку II начинает течь ток, создающий магнитный поток противоположного направления по отношению к первому такту. При этом сердечник успевает полностью размагнититься, а затем снова насытиться магнитным потоком обратной полярности. При закрытии ключа VT2 магнитный поток так же снижается до величины остаточного. Это второй такт работы преобразователя.

Работа в двухтактном режиме позволяет полноценно использовать преимущество импульсных трансформаторов, имеющих сердечники с высоким значением магнитной проницаемости, и не требует введения немагнитного зазора в цепь магнитопровода.

Если кратко изложить суть реализации двухтактного трансформаторного преобразования, это – периодическое изменение направления тока в первичной обмотке.

Полумостовая схема силового каскада двухтактного импульсного преобразователя

В полумостовой схеме (рисунок 16) ток в первичной обмотке создаётся путём перезарядки конденсаторов C2 и C3.

Пока оба ключа закрыты, после подачи питающего напряжения, конденсаторы верхнего и нижнего плеча полумоста C2 и C3 заряжаются приблизительно равномерно, и на общем выводе формируется напряжение, примерно равное половине напряжения питания.

При открывании ключа VT1 начало (помечено «*») первичной обмотки I оказывается подключено к положительному полюсу источника питания. При этом конденсатор С2 начинает разряжаться, а C3 заряжаться. Потенциал общей точки конденсаторов будет стремиться подтянуться к положительному полюсу первичного источника питания.

При закрывании VT1 и открывании VT2, начало обмотки переключается с положительного на отрицательный полюс первичного источника питания. При этом будет наблюдаться симметричный процесс ранее рассмотренному – C3 будет разряжаться, а C2 заряжаться. Их общая точка первичной обмоткой будет стремиться подтянуться к минусу питания.

В результате описанных выше двух тактов работы преобразователя, в первичной обмотке будет создаваться переменное направление электрического тока, он будет возбуждать переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора, а поток индуцирует переменное напряжение на вторичной обмотке.

В моменты коммутации на выводах первичной обмотки могут возникать импульсы напряжения, способные вывести из строя ключи, поэтому в целях защиты оба ключа шунтируются защитными диодами VD1 и VD2.

Мостовая схема силового каскада двухтактного импульсного преобразователя

Мостовая схема (мост) представляет из себя четыре плеча, сформированных ключами VT1-VT4. Мост имеет две диагонали. Одна диагональ подключается к первичному источнику питания. Ко второй диагонали подключена первичная обмотка I импульсного трансформатора T1.

Для создания первичной обмоткой переменного магнитного потока в сердечнике трансформатора производится поочерёдная коммутация пар ключей VT1, VT4 и VT2, VT3.

Защитные диоды VD1, VD2, VD5 и VD6 при возникновении коммутационных импульсов на первичной обмотке коммутируют её таким образом, что не снятая нагрузкой энергия магнитного поля возвращается к первичному источнику питания.

Мертвое время (пауза)

При снятии управляющего сигнала транзистору требуется некоторое время, чтобы полностью закрыться. Если ключ (пара ключей в мостовой схеме) ещё не закрыт, или закрыт не до конца, а второй ключ (пара ключей) открывается, то источник первичного питания оказывается шунтированным созданной цепью открытых ключей. При этом транзисторы будут выделять значительное количество тепла, работать в режиме перегрузок, или могут даже выйти из строя. Чтобы этого не случилось, между тактами включения вводят специальную паузу – время необходимое для полного запирания ключей, отработавших в завершённом такте. Это время называют «мёртвой паузой», или «мёртвым временем».

Режимы регулирования и стабилизации

Для всех рассмотренных схем импульсных преобразователей характерен общий принцип организации процесса регулирования и стабилизации выходных параметров – импульсная модуляция . На рисунке 18 представлена структурная схема организации процесса преобразования с контролем выходного напряжения и тока.

Первичный источник питания ПИ снабжает энергией схему импульсной модуляции СИМ и выходной каскад ВК. Схема импульсной модуляции формирует управляющий сигнал, передаваемый по каналу управления КУ. Выходной каскад ВК в результате преобразования питающего напряжения первичного источника ПИ выдаёт на нагрузку Н напряжение, контролируемое схемой контроля напряжения СКН. Ток нагрузки контролируется схемой контроля тока СКТ. Схемы контроля по каналам обратной связи КОСТ и КОСН формируют информационные сигналы на входах схемы импульсной модуляции СИМ. На основании этих сигналов СИМ формирует необходимые характеристики управляющего сигнала, подаваемого по каналу управления КУ выходному каскаду ВК.

Данная структурная схема отражает наиболее сложный вариант преобразователя, способного контролировать и регулировать сразу несколько параметров, таких как ток, напряжение и мощность нагрузки. В отдельных случаях достаточно более простого исполнения. Например, там, где требуется только стабилизация напряжения, можно исключить схему контроля тока, скажем, для питания маломощного электронного устройства . Там, где требуется только контроль тока, можно исключить схему контроля напряжения, что обычно требуется при создании источников питания для светодиодных матриц. Полная же схема с контролем напряжения и тока может пригодиться для разработки зарядных устройств , когда требуется ограничить и ток, и максимально допустимое напряжение , или вообще создать более сложный алгоритм работы преобразования с помощью использования микроконтроллерных схем.

Заключение

В импульсной технике есть много нюансов, которые приходится учитывать при проектировании, но это уже более узкие темы, требующие рассмотрения в конкретных решениях. Приведённая информация является общей, ознакомительной. Невозможно в одной статье охватить всё разнообразие и экзотику схемотехники. Но какое бы устройство Вам не пришлось рассматривать, основополагающие принципы практически не меняются. Поэтому, усвоив азы Вы уверенно разберётесь в схемотехнике любой сложности.

С уважением, Михаил Сташков.

Импульсные понижающие преобразователи являются неотъемлемой частью современной электроники. Они способны преобразовывать напряжения источников питания (типичные значения от 8 до 25 В) в более низкое стабилизированное напряжение (типичные значения от 0,5 до 5 В). Понижающие преобразователи передают маленькие порции энергии, используя переключатель, диод, дроссель и несколько конденсаторов. Несмотря на то, что размеры и уровень шумов импульсных преобразователей значительно больше, чем у их линейных аналогов, импульсные понижающие преобразователи в большинстве случаев имеют более высокий КПД.

Несмотря на широкое распространение, проектирование понижающих преобразователей может стать сложной задачей, как для начинающих проектировщиков источников питания, так и для специалистов среднего уровня. Это связано с труднодоступностью большинства практических методов и некоторых алгоритмов расчета схем. И хотя некоторые из расчетов можно легко найти в спецификациях микросхем, даже эти сведения иногда печатаются с ошибками.

Производители понижающих преобразователей включают в помощь инженерам в качестве пункта спецификации типовую схему применения, которая, в свою очередь, зачастую определяет конкретные типы и количество компонентов для разработки прототипа. Но подробное описание методики выбора компонентов производители предоставляют редко, предполагая, что потребитель в точности копирует предлагаемый вариант. В случае снятия с производства какого-либо из основных компонентов схемы или необходимости замены на более дешевый вариант, у потребителя не оказывается под рукой методики выбора эквивалента.

В данной статье рассматривается только одна топология понижающего стабилизатора — с фиксированной частотой коммутации, широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и работой в режиме непрерывного тока (РНТ). Обсуждаемые принципы могут быть применены к другим топологиям, но приводимые уравнения непосредственно к ним применять нельзя. Чтобы рассмотреть сложные моменты проектирования понижающих преобразователей, мы приводим пример, который включает подробный анализ расчетов параметров различных компонентов. Потребуются четыре параметра схемы: диапазон входного напряжения, стабилизированное выходное напряжение, максимальный выходной ток и частота коммутации преобразователя. На рис. 1 наряду со схемой и основными требуемыми компонентами приведен список этих параметров.

Рис. 1.

Выбор дросселя

Расчет значения дросселя является самым критичным моментом в проектировании понижающего импульсного преобразователя. Сначала предположим, что преобразователь работает в РНТ, что является типичным случаем. РНТ означает, что когда коммутирующий элемент закрыт, дроссель разряжается не полностью. Приведенные ниже уравнения справедливы для идеального коммутирующего элемента (нулевое сопротивление открытого ключа и бесконечное — закрытого, нулевое время переключения) и идеального диода:

где f SW — частота коммутации понижающего преобразователя, а LIR — коэффициент тока дросселя, выраженный как процент от выходного тока I OUT (т.е. для пульсирующего тока с размахом 300 мА при выходном токе 1 А получаем LIR = 0,3 А/1 А = 0,3).

LIR, равный 0,3, говорит о хорошем соотношении КПД и реакции на изменение нагрузки. Увеличение постоянной LIR — повышение пульсаций тока дросселя — улучшение динамики переходных характеристик, а уменьшение LIR — следовательно, снижение пульсаций тока — замедление переходных процессов. На рис. 2 приведены переходные характеристики и ток дросселя для определенной величины тока нагрузки при значении LIR от 0,2 до 0,5. Верхний график на рисунке — пульсации выходного напряжения по переменному току, 100 мВ/дел. Средний график — ток нагрузки, 5 А/дел. Нижний — ток дросселя, 5 А/дел. Масштаб времени для всех графиков — 20 мкс/дел.

Рис. 2.

Максимальный ток дросселя определяет требуемое номинальное значение его тока насыщения, который, в свою очередь, обусловливает габариты дросселя. Насыщение сердечника дросселя снижает КПД преобразователя, повышая при этом температуру дросселя, МОП-транзистора и диода. Расчет максимального рабочего тока дросселя можно выполнить по нижеприведенной формуле:

где

Для значений, приведенных на рис. 1, индуктивность, рассчитанная по этим формулам, равна 2,91 мкГн (LIR=0,3). Выбираем наиболее близкое к расчетному типовое значение, например, 2,8 мкГн, затем проверяем, что номинальное значение тока насыщения выше, чем расчетное значение максимального тока (IPEAK = 8,09 А).

Выбираем достаточно большое номинальное значение тока насыщения (в данном случае 10 А), чтобы компенсировать отклонения параметров схемы и разницу между действительными и расчетными значениями компонентов. Приемлемым для этого будет запас в 20% от расчетного номинального значения с учетом ограничения физических размеров дросселя.

Дроссели такого размера и с таким номиналом тока, как правило, имеют диапазон сопротивления постоянному току (СПТ) от 5 до 8 мОм. Для минимизации потерь мощности выбирайте дроссель с наименьшим СПТ. Хотя спецификации разных поставщиков отличаются, всегда для расчетов используйте максимальные значения СПТ, а не типовые, потому что максимум гарантируется для наихудших условий.

ВЫБОР ВЫХОДНОГО КОНДЕНСАТОРА

Выходной конденсатор требуется для минимизации выбросов напряжения и пульсаций на выходе понижающего преобразователя. Большие выбросы вызываются недостаточной выходной емкостью, а большие пульсации напряжения — недостаточной емкостью и высоким эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) выходного конденсатора. Максимально-допустимые выбросы напряжения и амплитуда пульсаций обычно определяются во время разработки. Таким образом, для обеспечения требований к пульсациям необходимо включать выходной конденсатор с достаточной емкостью и низким ESR.

Проблема выброса (когда выходное напряжение превышает напряжение стабилизации во время внезапного отключения полной нагрузки от выхода) требует, чтобы выходной конденсатор был достаточно большим для предотвращения передачи энергии дросселя, уровень которой выше определенного максимума. Величина превышения выходного напряжения может быть рассчитана по следующей формуле:

(Ур. 2)

Преобразуя уравнение 2 получим:

(Ур. 3)

где C 0 равно выходной емкости, а DV равно максимуму выброса выходного напряжения.

Приняв значение максимума перерегулирования по напряжению 100 мВ и решив уравнение 3, получим расчетную выходную емкость 442 мкФ. Поправка на типичное допустимое отклонение конденсатора (20%) дает практическое значение выходной емкости около 530 мкФ. Ближайшее стандартное значение — 560 мкФ.

Пульсации на выходе при использовании только этой емкости рассчитываются по следующей формуле:

Основное влияние на пульсации оказывает ESR выходного конденсатора. Результат может быть подсчитан следующим образом:

Знайте, что выбор конденсатора с очень низким значением ESR может стать причиной нестабильной работы преобразователя. Показатели, влияющие на стабильность, меняются от одной ИС к другой, поэтому при выборе выходного конденсатора обязательно прочтите технические условия и обратите особое внимание на разделы, имеющие отношение к стабильности преобразователя.

Складывая пульсации выходного напряжения, обусловленные значением емкости (первое слагаемое в уравнении 4) и ESR выходного конденсатора (второе слагаемое), получаем суммарное значение пульсаций выходного напряжения для понижающего преобразователя:

Преобразуя уравнение 4 для нахождения ESR, получаем:

Неплохой понижающий преобразователь обычно имеет уровень пульсаций выходного напряжения менее 2% (40 мВ в нашем случае). Для выходной емкости 560 мкФ уравнение 5 дает максимальное расчетное значение ESR 18,8 мОм. Поэтому выбирайте конденсатор с ESR меньше 18,8 мОм и емкостью, равной или большей 560 мкФ. Для получения эквивалента ESR менее 18,8 мОм можно включить параллельно несколько конденсаторов с низким значением ESR.

Рис. 3.

На рис. 3 представлена зависимость пульсаций выходного напряжения от значений выходной емкости и ESR. Так как в нашем примере используются танталовые конденсаторы, влияние ESR на пульсации преобладает.

ВЫБОР ВХОДНОГО КОНДЕНСАТОРА

Диапазон пульсаций тока входного конденсатора определяет его значение и физические размеры. Следующая формула рассчитывает, какой должна быть величина пульсаций тока входного конденсатора:

Рис. 4.

Рис. 4 представляет график зависимости пульсаций тока конденсатора (в долях выходного тока) от входного напряжения понижающего преобразователя (показанного как отношение выходного напряжения к входному). Наихудшим является случай, когда входное напряжение V IN = 2V OUT (V OUT /V IN = 0,5 ), который приводит к максимальным пульсациям тока I OUTMAX /2 . Входная емкость конденсатора, требуемая для понижающего преобразователя, зависит от полного сопротивления источника питания. Для лабораторных источников питания общего применения обычно достаточно от 10 до 22 мкФ на каждый ампер тока нагрузки. Для параметров схемы рис. 1 можно подсчитать, что пульсации входного тока составят 3,16 А. Исходя из этого, можно начать с полной входной емкости 40 мкФ, а потом по результатам испытаний скорректировать это значение.

Танталовые конденсаторы — неудачный выбор для входных фильтров. Они обычно выходят из строя «с замыканием», что означает — неисправный конденсатор создает короткое замыкание на своих выводах и, следовательно, повышает опасность возгорания. Керамические или алюминиевые электролитические конденсаторы предпочтительнее, потому что свободны от такого рода дефектов.

Керамические конденсаторы являются лучшим выбором в случае ограниченного пространства печатной платы или высоты компонентов, но они могут стать причиной генерации схемой акустического звона. Такой высокочастотный шум вызывается вибрацией керамического конденсатора, установленного на печатную плату, благодаря сегнетоэлектрическим свойствам и пьезоэффекту, вызванному пульсациями напряжения. Смягчить проблему могут полимерные конденсаторы. Они также подвержены отказам с коротким замыканием, но намного надежнее танталовых и поэтому подходят в качестве входных конденсаторов.

ВЫБОР ДИОДА

При выборе диода ограничивающим фактором является рассеиваемая мощность. Средняя мощность для наихудшего случая может быть рассчитана по формуле:

(Ур. 6)

где V D — падение напряжения на диоде при заданном выходном токе I OUTMAX .

(Для кремниевых диодов типичное значение — 0,7 В, для диодов Шоттки — 0,3 В). Выбранный диод должен быть способен рассеивать энергию. Для обеспечения надежной работы во всем диапазоне входного напряжения необходимо, чтобы максимум обратного повторяющегося напряжения был больше максимального входного напряжения (V RRM і V INMAX ). Справочное значение прямого тока диода должно соответствовать или превышать максимум выходного тока (т.е. I FAV і I OUTMAX ).

ВЫБОР МОП-ТРАНЗИСТОРА

Инженеры часто просто выбирают ИС стабилизатора со встроенным МОП-транзистором. К сожалению, большинство производителей считает, что расходы на размещение мощных МОП-транзисторов в одном корпусе с преобразователем непомерно высоки, поэтому интегрированные схемы обычно характеризуются максимальными выходными токами не более 3…6 А. Для более мощных схем единственной альтернативой обычно является внешний МОП-транзистор.

Перед тем как выбрать соответствующий прибор, необходимо определить максимальную температура перехода (T JMAX ) и максимальную температуру окружающей среды (T AMAX ) внешнего МОП-транзистора. T JMAX не должна превышать 115…120°C, а T AMAX не должна превышать 60°C. Максимальная температура окружающей среды 60°C может показаться высокой, но, как правило, понижающие преобразователи монтируются на шасси, где такая температура не является необычной. Максимально допустимый подъем температуры для МОП-транзистора можно рассчитать по формуле:

Подставив приведенные выше значения T JMAX и T AMAX в уравнение 7, получим максимальный подъем температуры для МОП-транзистора 55°C. Максимальная мощность, рассеиваемая МОП-транзистором, может быть рассчитана, исходя из допустимого максимума подъема температуры МОП-транзистора:

Тип корпуса МОП-транзистора и параметры радиатора влияют на тепловое сопротивление «переход-среда» (Θ JA ). Если в спецификации нет данных о Θ JA , для стандартного корпуса SO-8 (проволочные соединения, корпус без медного основания), установленного на 30-граммовую медную пластину площадью 6,5 см 2 , достаточно точным будет значение 62°C/Вт. Между значением Θ JA и массой радиатора нет обратной линейной зависимости, и степень уменьшения значения Θ JA быстро падает при использовании медного радиатора площадью больше 6,5 см 2 . Подставив в уравнение 8 Θ JA = 62°C/Вт, получим допустимую рассеиваемую мощность около 0,89 Вт.

Мощность, рассеиваемая МОП-транзистором, является следствием ненулевого сопротивления открытого канала сток-исток и потерь коммутации. Потери от сопротивления открытого канала могут быть рассчитаны по формуле:

(Ур. 9)

Так как в большинстве справочников приводится максимальное сопротивление открытого канала только для 25°C, вам может понадобиться оценка значения этого параметра при T JHOT . Для практических расчетов достаточно точное значение максимума сопротивления при любой температуре обеспечивает применение температурного коэффициента 0,5%/°C. Таким образом, сопротивление открытого канала при высокой температуре подсчитывается следующим образом:

Допуская, что потери открытого канала составляют приблизительно 60% от всех потерь, приходящих на долю МОП-транзистора, и преобразуя с учетом этого уравнение 10 в уравнение 11, максимально допустимое сопротивление открытого канала при 25°C:

Потери коммутации составляют меньшую часть рассеиваемой мощности МОП-транзистора, но, тем не менее, они тоже должны быть приняты в расчет. Следующий расчет потерь коммутации дает достаточно грубое приближение и поэтому не заменяет оценку в лабораторных условиях. Предпочтителен тест с применением термодатчика, закрепленного на транзисторе P1 для достоверного контроля температуры.

(Ур. 12)

где C RSS — проходная емкость (затвор-сток) транзистора P1, — максимальный втекающий/вытекающий ток управления затвором, а P1 — МОП-транзистор верхнего плеча. Приняв ток управления затвором 1 А (значение из справочных данных драйвера затвора/контроллера) и проходную емкость 300 пФ (из спецификации на МОП-транзистор), получаем из уравнения 11 максимальное значение R DS(ON)25°C около 26,2 мОм. Пересчет и суммирование потерь канала и коммутации дает в конечном результате значение рассеиваемой мощности 0,676 Вт. Используя эту цифру, можно подсчитать, что максимально допустимый подъем температуры для данного МОП-транзистора составляет 101°C. Это значение находится в пределах допустимого температурного диапазона.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ПОНИЖАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Минимизация потерь мощности продлит срок службы батареи и уменьшит теплоотдачу преобразователя. Следующие формулы обеспечивают расчет потерь мощности на каждом участке преобразователя.

Потери на ESR входного конденсатора:

Потери на диоде, сопротивлении открытого МОП-транзистора и потери коммутации определяются по формулам 6, 9 и 12.

Потери на СПТ дросселя:

Потери на ESR выходного конденсатора:

Потери на медных печатных проводниках: эти потери трудно подсчитать точно, но рис. 5 дает грубую оценку величины сопротивления квадратного участка меди на печатной плате. С помощью рис. 5 можно использовать простое уравнение рассеяния мощности I 2 R, чтобы подсчитать потери.

Рис. 5. Сопротивление одной унции меди в форме квадрата примерно равно 0,5 мОм

Следующее уравнение суммирует все потери преобразователя и учитывает их в выражении КПД преобразователя:

Допуская, что потери меди могут составлять 0,75 Вт, КПД данного преобразователя равен 69,5%. Замена кремниевого диода на диод Шоттки увеличивает КПД до 79,6%, а применение вместо диодов синхронного выпрямителя на МОП-транзисторе повысит КПД до 85% при полной нагрузке.

Рис. 6.

На рис. 6 приведен анализ потерь мощности преобразователя. Удвоение массы меди до 60 г или утроение до 90 г минимизирует потери меди и тем самым увеличивает КПД с 86 до 87%.

Тщательная компоновка печатной платы является важным фактором в минимизации потерь коммутации и стабильности работы понижающего преобразователя. В качестве отправной точки придерживайтесь следующих рекомендаций:

• Сильноточные цепи, особенно у выводов заземления, необходимо выполнять как можно короче.
• Минимизируйте длину проводников, идущих к дросселю, МОП-транзистору и диоду/синхронному выпрямителю.
• Шины питания и линии подключения нагрузки должны быть короткими и широкими. Такой подход является весьма важным для достижения высокого КПД.
• Размещайте узлы и проводники, чувствительные к наводкам тока и напряжения, вдали от узлов коммутации.

ПРОВЕРКА ХАРАКТЕРИСТИК

Разрабатывая или модифицируя схему понижающего импульсного стабилизатора (который работает в РНТ с использованием ШИМ), для расчета параметров основных компонентов и требуемых характеристик можно применить уравнения, приведенные в этой статье. Для проверки электрических и тепловых характеристик окончательного варианта всегда необходимо проводить лабораторные испытания схемы. Для удовлетворительной работы схемы правильная разводка печатной платы и рациональное размещение компонентов являются таким же важным моментом, как и правильный выбор компонентов.

По вопросам получения технической информации
обращайтесь в компанию КОМПЭЛ.
E-mail:

Новые приемопередатчики интерфейса RS-485

Компания Maxim Integrated Products представила полудуплексные приемо-
передатчики интерфейса RS-485 MAX13487E/ MAX13488E . Особенностью данных микросхем является наличие функции AutoDirection Control, которая автоматически разрешает работу драйвера при передаче данных. В связи с наличием этой функции отпадает необходимость в управляющем входе разрешения передатчика, что приводит к экономии занимаемого пространства и сокращению количества компонентов в измерительных, автомобильных и промышленных устройствах с гальванической развязкой.

Микросхема MAX13487E обеспечивает защиту от разрядов статического электричества (РСЭ) ±15 кВ по методике испытаний стандарта IEC 61000-4-2 Air-Gap Method. В то же время обе микросхемы обеспечивают защиту от разрядов статического электричества ±15 кВ при испытаниях по методике Human Body Model. Передатчики микросхемы MAX13487E имеют ограничение скорости нарастания выходного напряжения и обеспечивают пониженный уровень ЭМИ. Они предназначены для работы в условиях повышенного уровня внешних помех и позволяют безошибочно передавать данные со скоростью до 500 кбод. Скорость передачи данных микросхемы MAX13488E составляет до 16 Мбод. Кроме того, полное входное сопротивление приемников этих микросхем составляет 1/4 стандартного значения, что дает возможность подключать к сети до 128 трансиверов.

Расширенный рабочий диапазон температур микросхем MAX13487E/MAX13488E составляет от -40 до 85°C. Микросхемы выпускаются в стандартном 8-выводном корпусе SOIC.