Двухтактный преобразователь — это тип преобразователя постоянного тока в постоянный , импульсный преобразователь , который использует трансформатор для изменения напряжения источника питания постоянного тока. Отличительной особенностью двухтактного преобразователя является то, что первичная обмотка трансформатора снабжается током от входной линии парами транзисторов в симметричной двухтактной схеме . Транзисторы попеременно включаются и выключаются, периодически изменяя полярность тока в трансформаторе. Таким образом, ток потребляется от линии в течение обеих половин цикла переключения. Это контрастирует с повышающе-понижающими преобразователями , в которых входной ток потребляется одним транзистором, который включается и выключается, поэтому ток потребляется от линии только в течение части цикла переключения. В течение оставшейся части цикла выходная мощность обеспечивается энергией, запасенной в индукторах или конденсаторах в источнике питания. Двухтактные преобразователи имеют более стабильный входной ток, создают меньше шума на входной линии и более эффективны в приложениях с более высокой мощностью. [ необходима цитата ]
Концептуальная схема мостового преобразователя. Это не двухтактный преобразователь с центральным отводом или разделенной первичной обмоткой.
Термин push-pull иногда используется для обозначения любого преобразователя с двунаправленным возбуждением трансформатора. Например, в полномостовом преобразователе переключатели (подключенные как H-мост ) чередуют напряжение на стороне питания трансформатора, заставляя трансформатор функционировать так, как он функционировал бы для переменного тока, и вырабатывать напряжение на своей выходной стороне. Однако push-pull чаще относится к топологии с двумя переключателями и разделенной первичной обмоткой.
В любом случае выход затем выпрямляется и отправляется на нагрузку. На выходе часто включают конденсаторы для фильтрации коммутационного шума.
На практике необходимо допускать небольшой интервал между включением трансформатора в одну сторону и включением в другую: «переключатели» обычно представляют собой пары транзисторов (или подобных устройств), и если бы два транзистора в паре переключались одновременно, возник бы риск короткого замыкания источника питания. Следовательно, необходимо небольшое время ожидания, чтобы избежать этой проблемы. Это время ожидания называется «мертвым временем» и необходимо для предотвращения сквозного пропуска транзистора.
Могут использоваться силовые транзисторы N-типа и P-типа. Силовые МОП-транзисторы часто выбираются для этой роли из-за их высокой коммутационной способности по току и их изначально низкого сопротивления в открытом состоянии. Затворы или базы силовых транзисторов связаны через резистор с одним из напряжений питания. Транзистор P-типа используется для подтягивания затвора силового транзистора N-типа ( общий исток ), а транзистор N-типа используется для подтягивания затвора силового транзистора P-типа.
В качестве альтернативы все силовые транзисторы могут быть N-типа, которые обеспечивают усиление примерно в три раза больше, чем их эквиваленты P-типа. В этой альтернативе транзистор N-типа, используемый вместо P-типа, должен управляться следующим образом: напряжение усиливается одним транзистором P-типа и одним транзистором N-типа в конфигурации с общей базой до амплитуды от шины до шины. Затем силовой транзистор управляется в конфигурации с общим стоком для усиления тока.
В высокочастотных приложениях оба транзистора работают от общего источника .
Поскольку транзисторы работают попеременно, устройство называется двухтактным преобразователем.
Если оба транзистора находятся в открытом состоянии, возникает короткое замыкание. С другой стороны, если оба транзистора находятся в закрытом состоянии, из-за обратной ЭДС возникают пики высокого напряжения.
Если драйвер транзисторов достаточно мощный и быстрый, то обратная ЭДС не успевает поднять напряжение на обмотках и, следовательно, на внутреннем диоде МОП-транзистора до высокого напряжения.
Если используется микроконтроллер, его можно использовать для измерения пикового напряжения и цифровой регулировки синхронизации транзисторов, так что пик только появляется. Это особенно полезно, когда транзисторы запускаются из холодного состояния без пиков и находятся в фазе загрузки.
Цикл начинается без напряжения и тока. Затем один транзистор включается, [ необходимо дополнительное объяснение ] постоянное напряжение подается на первичную обмотку, ток линейно увеличивается, и постоянное напряжение индуцируется во вторичной обмотке. Через некоторое время T транзистор выключается, паразитные емкости транзисторов и трансформатора, а также индуктивность трансформатора образуют LC-цепь , которая меняет полярность на противоположную. Затем включается другой транзистор. В течение того же времени T заряд течет обратно в накопительный конденсатор, [ необходимо дополнительное объяснение ] затем автоматически меняет направление, и в течение другого времени T заряд течет в трансформаторе. Затем снова включается первый транзистор, пока ток не прекратится. Затем цикл заканчивается, другой цикл может начаться в любое время позже. S-образный ток необходим для улучшения по сравнению с более простыми преобразователями и эффективной борьбы с остаточной намагниченностью .