Przekształtniki prądu stałego obniżająco-podwyższające

Schemat przekształtnika prądu stałego obniżająco-podwyższającego.

Przekształtnik prądu stałego obniżająco-podwyższający napięcie:
a) schemat układu;

b) stany przewodzenia zaworu sterowanego oraz przebiegi czasowe napięć i prądów przy ciągłym prądzie dławika;

c) stany przewodzenia zaworu sterowanego oraz przebiegi czasowe napięć i prądów przy impulsowym prądzie dławika

Napięcie u_o takiego układu może być zarówno mniejsze jak i większe od napięcia wejściowego U_d. Dławik L jest elementem pośredniczącym w przekazywaniu energii pomiędzy wejściem a wyjściem układu. W czasie przewodzenia t_p łącznika dławik jest połączony ze źródłem zasilania. Prąd dławika wzrasta liniowo w czasie zwiększając energię zmagazynowaną w dławiku. Dioda D nie przewodzi zapobiegając rozładowaniu kondensatora C_o w obwodzie z dławikiem. Gdy zawór T nie przewodzi (okres t_w), prąd dławika płynie w obwodzie dioda-odbiornik. Pomijając tętnienie napięcia odbiornika, napięcie dławika w trakcie przewodzenia diody jest stałe i równe -U_o. Wartość średnia napięcia dławika w stanie ustalonym wynosi zero. Stąd wartość średnia napięcia odbiornika

U_o = -U_d t_p / t_w

Zależność ta obowiązuje tylko wówczas, gdy prąd dławika ma charakter ciągły. Przebiegi czasowe napięć i prądów przy impulsowym prądzie dławika przedstawia przedstawiono na powyższym schemacie
W przekształtniku (układ Cuka) elementem pośredniczącym w przekazywaniu energii pomiędzy źródłem zasilania i odbiornikiem jest kondensator C.

Przekształtnik prądu stałego obniżająco-podwyższający (układ Cuka):
a) schemat układu;

b) stany przewodzenia łącznika T oraz przebiegi czasowe napięć i prądów;
c) schemat zastępczy przekształtnika przy przewodzeniu zaworu sterowanego;
d) schemat zastępczy przekształtnika przy przewodzeniu diody

Gdy zawór sterowany T przewodzi (okres t_p), dławik L₁ gromadzi energię pobieraną ze źródła U_d . W tym samym czasie kondensator C rozładowuje się prądem odbiornika I_o , a jego napięcie zmniejsza się liniowo w czasie o wartość I_o t_p / C. W okresie t_w, gdy zawór nie przewodzi, prąd odbiornika płynie w obwodzie zawierającym diodę D i dławik L₂ . Energia zgromadzona w indukcyjności L₁ przekazywana jest do kondensatora C, którego napięcie wzrasta o wartość I_d t_w / C, równą, w stanie ustalonym, I_o t_p / C. Pomijając straty mocy na elementach przekształtnika, moc na wejściu układu U_d I_d jest równa mocy pobieranej przez odbiornik -U_o I_o. Stąd zależność na wartość średnią napięcia odbiornika jest analogiczna jak dla obwodu powyższego

U_o = -U_d t_p / t_w

W powyższych rozważaniach przyjęto, nie bez uzasadnienia, że prąd wejściowy i prąd odbiornika (i_d i i_o) nie zawierają tętnień i wynoszą I_d i I_o, co jest spowodowane ciągłością prądu dławika L₂.

Innym przykładem przekształtnika wykazującego właściwości obniżania i podwyższania napięcia wyjściowego w stosunku do napięcia zasilania jest układ typu SEPIC z rysunku poniżej

Przekształtnik prądu stałego obniżająco-podwyższający napięcie typu SEPIC

Przekształtniki obniżająco-podwyższające wykorzystuje się do budowy zasilaczy o stałym lub regulowanym jednokierunkowym napięciu wyjściowym. Częstotliwość przełączeń tranzystorów mocy stosowanych przy ich produkcji wynosi ok. 300 kHz. Ze względu na stosunkowo niewielkie moce wyjściowe przekształtników (ok. 1 kW) i dużą częstotliwość pracy, najczęściej wykorzystywanymi elementami półprzewodnikowymi są tranzystory MOSFET.

powrót