Калькулятор обратноходового преобразователя

Оцените идеальный коэффициент заполнения, токи и энергию переключения для базового обратноходового силового каскада.

Расчёт параметров обратноходового преобразователя
Предварительная модель предполагает отношение витков 1:1 и идеальное преобразование напряжения при непрерывной проводимости.

О расчётах обратноходового преобразователя

Обратноходовой преобразователь накапливает энергию в связанных индуктивностях при включённом первичном ключе, а после его выключения передаёт её вторичной стороне и нагрузке. Калькулятор даёт полезные предварительные рабочие значения по входному и выходному напряжению, выходной мощности, КПД и частоте переключения. Для отображаемого идеального коэффициента заполнения предполагается одинаковое число витков первичной и вторичной обмоток. При этом из вольт-секундного баланса следует, что коэффициент заполнения равен выходному напряжению, делённому на сумму входного и выходного напряжений. Средний выходной ток равен выходной мощности, делённой на выходное напряжение. При КПД меньше единицы средний входной ток превышает выходную мощность, делённую на входное напряжение, поскольку источник должен покрывать и потери. Входная энергия за цикл равна входной мощности, делённой на частоту переключения. Эти средние величины помогают определить масштаб проекта, но не являются пиковыми или действующими токами ключа, диода, обмоток либо конденсаторов. Токи обратноходового каскада импульсные, поэтому нагрузки на компоненты могут значительно превышать средние значения. Отношение витков меняет связь напряжения с коэффициентом заполнения. Если отношение первичной обмотки ко вторичной не равно единице, нужно учитывать отражённое выходное напряжение. Прямое падение на диоде, падение на ключе, сопротивление обмоток, индуктивность рассеяния, потери снаббера, мёртвое время и ограничения управления тоже отдаляют реальную схему от идеальной. Непрерывный и прерывистый режимы проводимости имеют разные формы тока и расчётные уравнения. Индуктивность намагничивания и допустимый пиковый ток определяют, сколько энергии действительно можно накопить за цикл. Используйте результаты для проверки правдоподобия коэффициента преобразования, тока источника, тока нагрузки и энергии за цикл перед подробным расчётом магнитных компонентов. Полный проект должен учитывать весь диапазон входа и нагрузки, площадь сечения сердечника, магнитную индукцию, воздушный зазор, плотность тока в проводе, требования к изоляции, пути утечки, воздушные промежутки, нагрев, электромагнитные помехи, устойчивость контура управления и переходные перенапряжения. Выбирайте полупроводники и конденсаторы с подходящими запасами по напряжению, току, пульсациям, температуре и безопасности. Сетевые и высоковольтные обратноходовые схемы могут сохранять смертельно опасную энергию; необходимы квалифицированная проверка проекта и безопасные лабораторные процедуры.

Примеры обратноходового преобразователя

Электрические параметрыРасчётные значенияУсловия проекта
Из 12 V в 24 V, 48 W, 80%, 100 kHzЗаполнение 66.67%; вход 5 A; 600 µJИдеальная повышающая оценка 1:1
Из 48 V в 12 V, 60 W, 90%, 200 kHzЗаполнение 20%; вход 1.389 A; 333.33 µJИдеальная понижающая оценка 1:1
Из 24 V в 24 V, 36 W, 85%, 150 kHzЗаполнение 50%; вход 1.765 A; 282.35 µJБазовый случай равных напряжений

Как оценить параметры обратноходового каскада

  1. Введите рабочее входное и желаемое выходное напряжения.
  2. Введите отдаваемую выходную мощность и ожидаемый КПД.
  3. Введите частоту переключения в килогерцах.
  4. Нажмите «Рассчитать параметры» и изучите идеальное заполнение и средние токи.
  5. Перед выбором компонентов выполните подробные магнитные расчёты и расчёты нагрузок.

Часто задаваемые вопросы

Какое отношение витков предполагается?

Идеальный коэффициент заполнения рассчитан для одинакового числа витков первичной и вторичной обмоток. Другое отношение меняет отражённое напряжение и требуемый коэффициент заполнения.

Показанные токи являются пиковыми?

Нет, это средние токи источника и нагрузки по балансу мощности. Пиковые или действующие токи ключа, диода и обмоток требуют расчёта режима проводимости и индуктивности намагничивания.

Почему КПД влияет на входной ток?

Входная мощность должна покрывать полезную выходную мощность и потери. Поэтому меньший КПД требует большего тока источника при тех же входном напряжении и выходной мощности.

Что означает энергия за цикл?

Это средняя входная мощность, делённая на частоту переключения. Она показывает масштаб перерабатываемой за цикл энергии, но сама по себе не задаёт индуктивность намагничивания или пиковый ток.

Можно ли по этому результату собрать сетевой преобразователь?

Нет, это лишь предварительная идеальная оценка. Сетевые преобразователи требуют экспертного решения вопросов изоляции, переходных нагрузок, EMI, теплового режима, защиты и применимых норм безопасности.