Что такое снаббер? подробное описание

Прямоходовой преобразователь с размагничивающей обмоткой

Возможно несколько вариантов построения схемы первичной стороны ПП. На рисунке 4 представлен один из них. В этой схеме для размагничивания сердечника трансформатора во время выключения силового ключа используется специальная размагничивающая обмотка, число ее витков обычно такое же, как у первичной обмотки. Максимальный коэффициент заполнения — менее 0,5.

Рис. 4. Прямоходовой преобразователь с обмоткой сброса

Обратите внимание — при закрытии силового ключа к нему прикладывается двойное напряжение входной сети. Это обстоятельство, а также выбросы напряжения из-за энергии, запасенной в индуктивности рассеяния, должны учитываться при выборе максимально допустимого напряжения силового ключа

Индуктивность рассеяния можно минимизировать, если выполнить намотку первичной и размагничивающей обмоток бифилярным проводом.

Например при напряжении сети ≈220 В, с учетом возможного превышения напряжения на 10%, получим 242 В × 1,4 × 2 = 677,6 В. Учитывая выбросы напряжения от индуктивности рассеяния, следует выбрать ключ с максимально допустимым напряжением не менее 1000 В. Схема вторичной части остается неизменной при всех вариантах топологии первичной части.

Типы снабберных схем

Рис. №2. Схема снаббера. (а) – обычный высоковольтный конденсатор. (б) – схема для применения в низковольтных преобразователях, рассчитанных на высокий ток с использованием MOSFET-ключами. (в) – схема цепи, ограничивающая скорость управления тиристорными ключами. В этом случае, снаббер устанавливается на всех плечах полумоста, схема состоит из диода обладающего быстрой скоростью и резистора. Они выполняют функцию разряда и ограничителя тока разряда и служат для разделения зарядных цепей. (г) – схема для снижения паразитной индуктивности, она характеризуется подключением снаббера к коллектору и эмиттеру всех транзисторов полумоста, схема используется редко, главным образом из-за сложности.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Отдали хлебопечку Vitek VT-1992W мне.) Она работает(замешивает и т.д.).Но в режиме ожидания все время громко гудит мотор.Разобрал, промерял.

На контактах двигателя 1В (в красных кружках). При отсоединении-подсоединении двигателя видно как чуть дергается его ротор.С откинутым движком на диодном мосте 280VDC (в красных кружках).Выбрасывал из цепи симистор, мотор все равно гудит.Откинул RC цепь, наступила тишина.Конденсаторы менял, мост звонил, не помогло.Что за беда, как победить довольно таки громкое гудение мотора(паразитные токи)?Может вообще отказаться от RC цепи?

Соединительные шины и звено постоянного тока

Любой реальный проводник характеризуется наличием распределенной паразитной индуктивности L_B, особенно важным данный параметр является для силовых цепей импульсных преобразователей. При коммутации больших токов с высокой скоростью это приводит к возникновению перенапряжений на выводах электронных ключей. Например, при отключении IGBT напряжение на коллекторе возрастает на величину ΔV = L_B×di_C/dt относительно потенциала шины питания V_DC, где di_C/dt — скорость спада тока коллектора. В результате суммарный сигнал «коллектор–эмиттер» V_CE = V_DC+ΔV может превысить допустимое значение и вывести транзистор из строя.

Аналогичный процесс происходит при открывании IGBT, в этом случае перенапряжение вызывается скачком тока di_rr /dt_rr (i_rr , t_rr — ток и время обратного восстановления) при выключении оппозитного диода. Именно поэтому для диодов, предназначенных для применения в частотных преобразователях, очень важным свойством является плавность характеристики восстановления и согласованность динамических свойств с параметрами IGBT. Всем указанным требованиям отвечают быстрые диоды семейства CAL компании SEMIKRON .

Залогом надежного функционирования импульсного преобразовательного устройства является низкоиндуктивный дизайн DC-шины. Существуют достаточно простые правила, соблюдение которых позволяет свести к минимуму распределенные характеристики звена постоянного тока. Как показано на рис. 1а, величина «петли», определяемая несовпадением путей протекания тока по положительному и отрицательному проводникам шины питания, непосредственно связана со значением паразитной индуктивности. Оптимальной считается копланарная структура шины (в англоязычной литературе она называется “sandwich”), в которой терминалы (+) и (–) расположены плоско-параллельно (рис. 1б).

Кроме того, конструкция преобразователя должна обеспечивать кратчайшие связи между источником напряжения (конденсаторами звена постоянного тока) и выводами питания полупроводниковых ключей.

Простейший вариант копланарной DC-шины с межслойным изолятором применен в инверторе мощностью 200 кВА на основе стандартных модулей IGBT (рис. 2а). Эта сборка, выпускаемая компанией SEMIKRON более 20 лет, показала очень высокую надежность во всех режимах эксплуатации. Достоинством показанной конструкции является также простота наращивания мощности за счет параллельного соединения силовых ключей (в данном примере одно плечо инвертора состоит из 2 параллельных модулей).

При серийном производстве, как правило, используются многослойные ламинированные шины. Они представляют собой прессованные плоские сборки, которые состоят из проводников, изолированных друг от друга тонким слоем диэлектрика. Имея симметричную параллельную топологию, такая конструкция обеспечивает согласованную высокую проводимость слоев, оптимизированное значение распределенной емкости и очень низкую паразитную индуктивность. Один из проводников (например, минус силового питания) может также выполнять функции экрана. Кроме повышения надежности, обусловленного минимальным уровнем перенапряжений, это гарантирует хорошую электромагнитную совместимость изделия. В качестве материала проводников обычно используется алюминий, медь и медные сплавы. В окончательном виде набор проводящих и изолирующих слоев прессуется с использованием эпоксидного наполнителя для повышения механической прочности.

Применение ламинированных шин улучшает отвод тепла от силовых модулей и конденсаторов звена постоянного тока и позволяет создать компактные легкие конструкции (например, как на рис. 2б).

Short Cut Method to Compute Power Loss in RC Snubber

Above solution is complicated and need very high technical knowledge. There is a straight forward solution that can be used. This is good enough if you have big margin on the design since this will give higher power dissipation. If you want a more realistic result however, you must use the previous analysis.

Since the energy during charging and discharging have the same magnitude, we can only consider either one of them to get the energy. Let us consider the discharge state in this analysis.

So,

Considering a switching frequency of 110 kHz and a maximum drain voltage of 80V while 1nF for the snubber capacitor, the resulting power dissipation on the resistor is

The result on this approach is higher than the previous method and the actual or measured result. The previous method (the long one) recorded 0.545 watts; while this short cut method result is 0.704 watts.

How RC Snubber Works

RC snubber is commonly used in switching converters to limit the voltage spike on the switching device into a safe level. Not just by simply clamping the voltage spike alone, but also modifying the spike frequency or ringing behavior to prevent further issue.

RC snubber works by modifying the ringing frequency as well as lowering the voltage spike level. The capacitor acts as charge storage and the resistor provides a discharge path. For instance in below circuit, the RC snubber R1 and C1 protects the MOSFET Q1 from voltage spike on the drain. When the MOSFET is OFF, the snubber capacitor will charge through R1. When the MOSFET turns ON, the capacitor will discharge through R1 to the MOSFET and to the circuit ground. The cycle will repeat with the capacitor is empty. The resistor is the one dissipates power. In a single switching cycle, there are two times where current flows to the resistor. Below illustration called the currents as charge and discharge currents.

The fact that an RC snubber is capable of modifying the ringing frequency, it is instrumental in solving EMI related issues. In the past, I had solved several issues in EMI b using RC snubbers on switching MOSFET and diodes.

Проблема с электролитикой

Опытные инженеры аналоговых систем знают, что есть много различных типов конденсаторов. Никакой физический конденсатор не является идеальным представлением «символа» вашей схемы или модели в моделировании. Электролитические конденсаторы имеют большие значения емкости и более дешевы. Используя диод в демпфирующей сети RCD, вы сможете обойти проблему, связанную с полярностью электролитических конденсаторов, и стоит помнить, что они взорвутся, если вы подключите их в обратной полярности.

Несмотря на это, электролитические конденсаторы не подходят для демпфирующих цепей, так как демпферы имеют очень большие пиковые токи, которые могут вызывать перегрев и повредить электролитический конденсатор. Что еще хуже, электролитические конденсаторы обладают ужасной надежностью, хуже, чем большинство пассивных или дискретных компонентов, за исключением, возможно, потенциометра. Это делает электролитические или танталовые конденсаторы плохим выбором для демпфирующих цепей.

Mechanical and hydraulic systems

Snubbers for pipes and equipment are used to control movement during abnormal conditions such as earthquakes, turbine trips, safety valve closure, relief valve closure, or hydraulic fuse closure. Snubbers allow for free thermal movement of a component during regular conditions, but restrain the component in irregular conditions. A hydraulic snubber allows for pipe deflection under normal operating conditions. When subjected to an impulse load, the snubber becomes activated and acts as a restraint in order to restrict pipe movement. A mechanical snubber uses mechanical means to provide the restraint force.

Подбор элементов для демпфирующей (снабберной) цепи

Снабберная цепь, подключаемая параллельно эмиттер-коллектор, предназначены прежде всего для соблюдения области безопасной работы (ОБР, SOA ) — не допустить превышения максимально разрешенных значений тока, напряжения, мощности, не допустить режимы, где возможен вторичный пробой. Вторая задача снабберных цепей — снижение потерь на переключение, повышение энергетической эффективности устройства. Третья задача — уменьшение электромагнитных помех, наводимых в силовых цепях, подключаемых к преобразователю.

Теперь, руководствуясь рекомендациями производителя, подберем снабберные элементы для модуля CM600DY-24F.

В зависимости от величины коммутируемых токов применяются разные схемотехнические решения. Их можно разделить на два основных — индивидуальные и общие.

Индивидуальные:

a) RC-снаббер

b) Зарядно-разрядный RCD-снаббер

c) Разрядно-гасительный RCD-снаббер

Общие снабберы

d) С-снаббер

e) RCD-снаббер

Для инверторов, по рекомендациям Mitsubishi подходят схемы c,d,e. Для маломощных, до 100А, подходит схема D. Например, такие применяются в Новополоцких ПЧТТ мощностью 22-30кВт. Там стоят по одному 100-амперному модулю в каждой фазе. DC-шина там простая — две алюминиевые шинки объединяют коллекторы и эмиттеры. Демпферный конденсатор стоит примерно по середине. В остальном, силовой монтаж выполнен гибким проводом, толщиной квадратов где-то в 6. Для более мощных приводов от 200 А применяется схема С. Например, такая схема применяется в инверторе OMRON 3G3HV мощностью 185кВт. Там на каждую фазу включено в параллель по 4 модуля. В фазе модули идут один над другим (в каждой фазе).

Процесс выключения с демпферной цепью:

здесь: Ioff — ток выключения, Vcc- напряжение на DC-шине, di/dt — скорость отключения. Vсе — напряжение эмиттер-коллектор

схема цепи:

здесь — L1-паразитная индуктивность DC-шины, L2 — паразитная собственная индуктивность проводников снабберной цепи.

Рассчитаем элементы для разрядно-гасящей RCD снабберной цепи (схема С).

Схема ставится под напряжение, когда напряжение эмиттер-коллектор начинает превышать напряжение DC-шины. Штриховая линия на рисунке 5.8 показывает идеальное запирание транзистора. Но в действительности, из-за паразитной индуктивности монтажа, проводников, и прямого падения напряжения на снабберном диоде вызывает выброс напряжения Vcesp на стадии запирания (рисунок 5.9).

Для расчетов необходимо сделать некоторые допущения — это паразитная индуктивность DC-шины и монтажных проводников снабберных цепей. Такие вещи (возможно) проще измерить на стадии разработки — т.е. измерить индуктивность DC-шины и монтажных проводников (как получилось сконструировать монтаж) при реальном макетном моделировании. По таблице (что сверху) индуктивность DC-шины для токов от 600А не должна превышать 50 нГн, а индуктивность проводников снабберов — 7нГн.

Поэтому примем:

Паразитная индуктивность DС-шины

L, L1 = 35 нГн,

проводник инвертор демпфирующий снаббер

Паразитная индуктивность проводников снабберов

Ls, L2 = 6,5нГн

Коммутационный ток Io примем в 510А, а не 600, т.к. уменьшили на 15% ввиду параллельного соединения:

Io=510А

Напряжение на DC-шине примем для колебаний входного напряжения до 440 В переменного тока, и при перенапряжениях на торможении ЭД, то

Ed = 800 В постоянного тока.

Вычислим выброс напряжения во время отключении IGBT по формуле:

,

Ed -напряжение на DC-шине

VFM — падение напряжения на снабберном диоде (40-60 В)

LS — паразитная индуктивность снаббеорных цепей ( 6,5 нГн)

dIc/dt — скорость снижения коллекторного тока (3 А/нс)

В

Вычислим емкость демпферного конденсатора:

L — индуктивность DC-шины

I0 — ток отключения (при аварийном отключении тока не менее 2Iном), пердположим, 1500 А на модуль

VCEP — пиковое напряжение на конденсаторе (не более, чем VCE)

Ed — напряжение на DC-шине

мкФ

Вычислим резистор в демпферной цепи:

f — частота коммутации (примем 5кГц)

CS — Есмкость снабберного конденсатора

Ом

Выберем снабберный диод Ds. Выбирают исходя из того, что он должен обладать малым прямим падением напряжения, которое является одним из основных факторов, влияющих на выброс напряжения во время выключения IGBT. Если время обратного восстановления будет слишком большим, в нём будут расти потери с ростом частоты коммутации. Если обратное восстановление диода будет происходить слишком жестко, это приведет к генерации напряжения VCE. Поэтому снабберный диод должен иметь малое падение напряжения, малое время обратного восстановления и мягкое переключение.

Производитель рекомендует применять диод для RCD — цепей RM50HG-12S.

Керамические конденсаторы работают

Несмотря на особенности керамических конденсаторов, их можно использовать в демпфирующих цепочках, если вы хорошо понимаете их преимущества и недостатки. Мурата описывает, как разные диэлектрики подходят для разных снабберных (демпфирующих) конденсаторов. Просто
помните, что диэлектрики большой емкости имеют худшие температурные
характеристики, поэтому их небольшой размер и низкая индуктивность приводят к необходимости более высоких значений для работы при повышенных температурах.

Производители транзисторов хотят, чтобы вы улучшали свои снабберные цепи. Соответственно, ROHM сравнивает использование пленочных и керамических конденсаторов (рисунок ниже). Здесь они базируются вокруг ограничений по напряжению и стоимости керамических конденсаторов, соединяя последовательно два блока из пяти керамических конденсаторов. Эти 10 устройств дают номинальное напряжение и значение, соизмеримые с одним пленочным конденсатором.

Результаты, полученные ROHM, показывают, насколько лучше керамические конденсаторы с демпфированием (рисунок ниже)

Обратите внимание, что эти результаты относятся к SiC-транзисторам ROHM, которые переключаются очень быстро и нуждаются в оптимальной демпфирующей цепочке. Также обратите внимание, что компания не проводила испытания при повышенных
температурах, при которых силовые цепи всегда работают

Вы несете
ответственность за то, чтобы снаббер хорошо работал при высоких температурах, когда значение емкости падает.

Вы также должны проверить свою систему на «акустические проблемы» от керамических конденсаторов. Они работают как динамики и микрофоны. Если ваш преобразователь работает с частотой ниже 20 кГц, керамические снабберные конденсаторы могут создавать нежелательный шум. Обязательно найдите молодого человека, который будет слушать шум, так как кто-либо старше 35 лет не может слышать в диапазоне выше 15 кГц.

Конструкция снабберов

Корнелл Дубильер (Cornell Dubilier) имеет хорошее руководство по проектированию демпфирующих сетей. В руководстве есть раздел с кратким описанием проектирования и предложением, похожим на аналог: «Планируйте использование 2-ваттного резистора из углеродного состава». В руководстве отмечается, что проволочные резисторы вызовут проблемы, поскольку они имеют более высокую индуктивность. Даже у металлического пленочного резистора могут возникнуть проблемы, если заусенцы выполняется в форме спирали, имеющей индуктивность. Поскольку он является аналоговым компонентом, вы можете быть уверены, что резистор мощностью 2 Вт не подходит для преобразователя мощностью 1 Вт или инвертора мощностью 10 кВт.

В руководстве описан метод быстрого проектирования, а затем оптимизированный проект, который снижает номинальную мощность резистора в 5 раз и значение демпфирующего конденсатора в 3,5 раза. Эти выгоды предназначены для конкретной конструкции с определенной компоновкой
печатной платы. Ваши изделия, несомненно, будут иметь отличия.

Одно из ценных замечаний в этом руководстве заключается в том, что узел коммутатора, который вы пытаетесь отключить, будет иметь характеристическое сопротивление, как и линия передачи. Вы хотите, чтобы размер демпфирующего резистора не превышал это характеристическое сопротивление, чтобы не возникало переходного напряжения при размыкании коммутатора.

Корнелл Дубильер также имеет гораздо более подробное руководство по проектированию демпферов. В этом руководстве намного больше математики, теории и диаграмм. Помните, однако, что вся теория бесполезна, если вы не создаете, не проводите испытаний и не оцениваете схемы демпфирования, которые разрабатываете.

Хорошая особенность резистора в RC-цепи состоит в том, что вы можете с его помощью вести замеры в реальном времени мгновенных значений токов (применение в качестве шунта) и напряжений, которые также находятся и на конденсаторе. В цепи RCD вы должны добавить шунт последовательно конденсатору. Это будет непросто для устройств поверхностного монтажа, но обычно вы можете разорвать дорожку печатной платы, чтобы подключить датчик тока в цепь. Все это высокочастотные сигналы, поэтому убедитесь, что у вас есть осциллограф и щупы с достаточной шириной полосы пропускания для измерения пиковых значений токов и напряжений.

Обратноходовой преобразователь

Обратноходовой преобразователь (ОП) (как и прямоходовой преобразователь, ПП) довольно часто встречается при мощностях менее 1 кВт. Одно из его достоинств — очень простая схема (см. рис. 1). Ключевым элементом преобразователя является трансформатор, хотя в данном случае он играет роль накопителя энергии и выполняет функции дросселя — при закрытом ключе вторичная обмотка отдает в нагрузку энергию, которая запасалась при открытом ключе, когда первичная обмотка была подключена к сети.

Рис. 1. Базовая топология обратноходового преобразователя

В приведенной схеме обеспечивается гальваническая развязка между первичной и вторичной цепями. ОП удобно применять, когда требуется обеспечить высокое выходное напряжение при относительно малом токе. Конечно, можно использовать эту схему и при низких напряжениях и высоких токах, но следует иметь в виду, что ОП свойственны большие токовые пульсации и пиковые токи, поэтому к компонентам фильтра на низкой стороне предъявляются повышенные требования, отчего их стоимость возрастает. Велики также и пульсации напряжения, поэтому выходной сглаживающий фильтр лучше выбрать типа «пи».

При коэффициенте заполнения 50% амплитуда пульсаций тока через выходной конденсатор примерно в 1,6 раза превышает выпрямленный ток нагрузки. Поэтому эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) этого конденсатора должно быть невелико. Это означает, что для надежной работы следует включить параллельно до 5 электролитических конденсаторов или использовать дорогостоящие керамические конденсаторы. Но, скорее всего, придется использовать хотя бы один электролитический конденсатор, причем его сопротивление должно быть достаточно небольшим, чтобы сохранить устойчивость преобразователя. Поэтому при больших выходных токах, например, 5 В, 10 А, следует отдать предпочтение ПП.

Индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора должна быть как можно меньше. При открытом ключе в ней запасается энергия, которая не передается во вторичную обмотку и при закрытии ключа вызывает всплески перенапряжения, из-за которых приходится выбирать ключ с повышенным максимально допустимым напряжением и использовать снабберные цепочки. Последние снижают энергоэффективность преобразователя.

Следует отметить еще один недостаток ОП — отношение пикового значения тока к среднему существенно больше, нежели в других топологиях, поэтому приходится выбирать силовой ключ, величина максимально допустимого тока которого больше, чем в других преобразователях, что увеличивает стоимость ключа. Ток ключа в ОП в 1,5—2 раза больше, чем в ПП и полумостовом преобразователе. Ток в выпрямительном диоде в 3—4 раза больше, чем средний ток.

Выберите свой подход к разработке

Вы можете использовать проверенные снабберы на основе пленочных конденсаторов, зная, что вы можете повысить производительность и стоимость с керамическими конденсаторами.

Это сложное решение. Применение конденсаторов меньшего размера означает, что у вас будет меньше паразитной индуктивности — то, что требует больших снабберов. Если вы можете уменьшить всю конструкцию, особенно с SiC и GaN, возможно, имеет смысл начать с керамики. Опять же, если вам нужно некоторое пространство, чтобы отводить тепло от силовых транзисторов, и это пространство дает возможность для установки пленочного конденсатора, ну, возможно, это ваш лучший выбор. «Может быть» и «аналог» идут рука об руку. Каждая разработка и каждая схема уникальны, так же как и ситуация, в которой они используются. Вот что делает аналоговую систему такой сложной и одновременно полезной, когда вы правильно ее понимаете.

Power Loss in RC Snubber

The contributor of power loss in RC snubber is the resistor. The right resistor size must be selected in terms of power loss and snubber effectiveness. Too high resistance has lower power loss but might deliver not effective snubber. On the other hand, lower resistance most likely can deliver an effective snubber but the efficiency of the system will suffer due to higher power loss in RC snubber.

How to Calculate Power Loss in RC Snubber Resistor

In below circuit, Rsn and Csn comprise the RC snubber network. When Q1 is turning on, the charge on the snubber capacitor will pass through Rsn to discharge. By the moment Q1 turns off, the capacitor Csn will charge through Rsn. Therefore, in a single switching cycle, the current will pass through the resistor twice.

Below are the important waveforms for the analysis. The total RMS power dissipation on the resistor is dependent to the VRMS1 and VRMS2. Actually, the RMS1 waveform is on the negative y-axis because it is happening when the capacitor discharges. However, since we are going to get the RMS value we draw the waveform in the positive y-axis. For RMS derivation, it will not matter.

Definitions:

V_RMS1 – RMS value of the resistor voltage waveform when the capacitor is discharging

V_RMS2 – RMS value of the resistor voltage waveform when the capacitor is charging

V_DRAIN – Drain voltage of Q1

VC_SN – Snubber capacitor voltage

VR_SN – Snubber resistor voltage

PWM – pulse width modulated signal on the gate of Q1 to turn it on and off

T – One switching period

Ton – the time that Q1 is on or the PWM is high

5RC – simply 5 tau or 5 time constants

t1 – the time the voltage on the resistor become zero after Q1 turns off

Note: on below derivations, the area under the curve is considered as triangular for easier integration. Thus the computed result is may be a bit higher than the actual test result.

Derivations:

t1

When Q1 is off, the snubber capacitor will charge and its voltage will rise exponentially while the snubber resistor will see very high voltage initially but decay exponentially, Thus

Where;

VDS – steady state of the drain voltage of Q1 (without the spike)

VDS_MAX – is the peak drain voltage (with the spike)

V_RMS1

V_RMS1 is present from time zero to full discharge state of the capacitor which happening at 5 time constants.

Where;

VR_{SN_DIS} – peak level of the resistor voltage during discharge. This is equal to the level of the drain voltage without the spike.

V_RMS2

V_RMS2 is present from the moment Q1 is off until t1. So,

Where;

VR_{SN_CHA} – peak level of the resistor voltage during charging (with voltage spike)

Total RMS Voltage of Snubber Resistor

Snubber Resistor Power Dissipation

Example Power Loss in RC Snubber Calculation

This design example features a center tap transformer with a synchronous rectifier on each transformer leg. Q1 and Q2 have complementary operations (ideally 50% duty not considering dead time).

When Q1 is off, its drain voltage will see initially a high voltage spike then settle to twice the Vout level since L1 and L2 has the same number of turns. During this time C1 will charge.

When Q1 turns on, it will provide ground path for the charge in C1 to discharge through R1. By this time, the peak level of the voltage on R1 is just twice Vout plus the drop on Q2.

Given:

Vout = 24V

CSN = 1nF

RSN = 51Ω

Fsw = 110kHz (switching frequency)

VDS_MAX = 80V (measured voltage spike)

V_{SR_DROP} = 0.2V (estimated voltage drop of Q1 or Q2 when on)

Solution:

Обратноходовой преобразователь с двумя силовыми ключами

Если не удается уменьшить индуктивность рассеяния или снабберной цепочки недостаточно, чтобы снизить перенапряжения, применяется схема из двух силовых ключей на высокой стороне (см. рис. 2). Отметим, что в этом случае повышается и эффективность преобразователя, т.к. энергия, запасенная в индуктивности рассеяния первичной обмотки, не рассеивается в снабберной цепи, а передается обратно во входной конденсатор. Двухключевая схема позволяет выбрать силовой ключ с меньшим максимально допустимым напряжением. При этом потери в двух последовательно включенных ключах с меньшим максимально допустимым напряжением примерно такие же или даже меньше, чем в более высоковольтном ключе.

Рис. 2. Базовая схема ОП с двумя ключами

К недостаткам можно отнести усложнение схемы, ограничение величины коэффициента заполнения (менее 50%). Соотношение витков должно быть выбрано так, чтобы напряжение на вторичной обмотке достигло требуемой величины, прежде чем напряжение на первичной обмотке достигнет уровня, при котором диоды D1 и D2 начнут проводить. Иначе запасенная энергия начнет возвращаться во входной конденсатор, а не поступать в нагрузку.

ОП может работать в режимах непрерывного 1 или прерывистого токов 2. Однако сейчас становится популярен специальный случай режима прерывистого тока, так называемый режим критической проводимости 3 или режим граничной проводимости 4. Это компромиссный режим с некоторыми интересными особенностями, и он довольно легко реализуется в одноключевой схеме.

В режиме DCM ток через дроссель выходной цепи уменьшается до нуля в период, когда силовой ключ Q1 закрыт. Фактически в этот момент ни через один элемент преобразователя не протекает ток, и его можно назвать «мертвым временем». В режиме CCM ток постоянно протекает через дроссель при любом состоянии силового ключа. В этих режимах преобразователь работает при постоянной частоте коммутации. Режим CRM является граничным между описанными выше. Как и в DCM, ток в дросселе спадает до нуля, но «мертвое время» отсутствует. Для достижения граничного режима варьируется время закрытого и открытого состояний ключа — преобразователь работает на переменной частоте и зависит, в частности, и от индуктивности дросселя, и от максимально допустимого пикового тока, который задается управляющим контроллером.

На рисунке 3 показано напряжение сток-исток силового MOSFET в различных режимах. Заметьте, что в режиме CRM/BCM открытие MOSFET происходит в момент первого колебания в нижней точке кривой (valley), после того как энергия сердечника трансформатора уменьшилась до минимума. При этом коммутация происходит при минимальном напряжении на ключе, и потери на коммутацию уменьшаются. По существу, наблюдается квазирезонансный режим (QR). Такой метод коммутации позволяет увеличить энергоэффективность преобразователя.

Рис. 3. Напряжение сток-исток силового MOSFET в различных режимах