Κύκλωμα μετατροπέα προς τα εμπρός

Υπάρχουν διάφορα διαθέσιμα κυκλώματα ή μέθοδοι για την κατασκευή τροφοδοτικού Switched Mode (SMPS). Το SMPS χρησιμοποιείται για την παραγωγή ελεγχόμενης και απομονωμένης τάσης DC από μη ρυθμιζόμενη πηγή ισχύος DC. Το κύκλωμα μετατροπέα προς τα εμπρός είναι παρόμοιο με το κύκλωμα μετατροπέα fly-back αλλά είναι πιο αποτελεσματικό από το κύκλωμα μετατροπέα fly-back. Ο μετατροπέας προς τα εμπρός χρησιμοποιείται κυρίως για την εφαρμογή που απαιτεί υψηλότερη ισχύ εξόδου (από 100 έως 200 watt).

Ο μετατροπέας προς τα εμπρός είναι βασικά ένας μετατροπέας DC-σε-DC Buck με ενσωμάτωση μετασχηματιστή. Εάν ο μετασχηματιστής έχει πολλές περιελίξεις εξόδου μπορείτε ακόμη και να αυξήσετε ή να μειώσετε την τάση εξόδου. Παρέχει επίσης γαλβανική απομόνωση για το φορτίο.

Το Forward Converter Circuit αποτελείται από ένα κύκλωμα ελέγχου που έχει μια συσκευή εναλλαγής υψηλής ταχύτητας, έναν μετασχηματιστή του οποίου η κύρια πλευρά είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα ελέγχου και η δευτερεύουσα πλευρά είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα φιλτραρίσματος. Η διορθωμένη έξοδος από τη δευτερεύουσα περιέλιξη των μετασχηματιστών συνδέεται με το φορτίο.

Σύμφωνα με το παραπάνω διάγραμμα μπλοκ, όταν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος, η είσοδος εφαρμόζεται στην πρωτεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή και εμφανίζεται μια τάση στη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή. Επομένως, η πολικότητα κουκίδων των περιελίξεων του μετασχηματιστή είναι θετική, λόγω αυτού η δίοδος D1 προωθείται προς τα εμπρός. Στη συνέχεια, η τάση εξόδου του μετασχηματιστή τροφοδοτείται στο κύκλωμα φίλτρου χαμηλής διέλευσης που συνδέεται με το φορτίο. Όταν ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος, το ρεύμα στις περιελίξεις του μετασχηματιστή μειώνεται στο μηδέν (υποθέτοντας ότι ο μετασχηματιστής είναι ιδανικός).

Διαφορά μεταξύ Μετατροπέα προς τα εμπρός και προς τα πίσω

Σ. Όχι.	Μετατροπέας προς τα εμπρός	Μετατροπέας Fly-back
1.	Μετασχηματιστής απομονωμένος Μετατροπέας Buck	Ουσιαστικά μια τοπολογία Buck-Boost
2.	Απαιτήστε έναν ακόμη πρόσθετο επαγωγέα εξόδου	Δεν απαιτείται
3.	Απαιτείται επαναφορά κυκλώματος	Δεν απαιτείται
4.	Δεν απαιτείται απαίτηση για πυκνωτή εξόδου	Απαιτείται
5.	Περισσότερη ενεργειακή απόδοση	Χαμηλότερος από τον μπροστινό μετατροπέα
6.	Ακριβότερο από τον μετατροπέα flyback	Φθηνότερο σε σύγκριση με το μετατροπέα προς τα εμπρός
7.	Αποθηκεύει ενέργεια στον επαγωγέα όταν το τρανζίστορ ανάβει και μεταφέρει την αποθηκευμένη ενέργεια όταν το τρανζίστορ απενεργοποιείται	Ο μετασχηματιστής του μετατροπέα προς τα εμπρός δεν αποθηκεύει ενέργεια

Διάγραμμα κυκλώματος για μετατροπέα προς τα εμπρός

Λειτουργία κυκλώματος μετατροπέα προς τα εμπρός

Mode-I: Λειτουργία τροφοδοσίας

Ο μετατροπέας προς τα εμπρός λέγεται ότι βρίσκεται σε κατάσταση λειτουργίας όταν το τρανζίστορ είναι σε κατάσταση ΟΝ. Σε αυτήν την κατάσταση, η τάση τροφοδοσίας συνδέεται με την πρωτεύουσα πλευρική περιέλιξη του μετασχηματιστή και επίσης η δίοδος D1 προωθείται προς τα εμπρός σε αυτή την κατάσταση. Η δίοδος D2 δεν θα διεξαχθεί σε αυτήν την κατάσταση, καθώς θα παραμείνει αντίστροφη μεροληπτική. Και οι δύο περιελίξεις αρχίζουν να εκτελούνται ταυτόχρονα όταν το τρανζίστορ είναι σε κατάσταση ΟΝ. Η έξοδος στη δευτερεύουσα πλευρά του μετασχηματιστή εξαρτάται από την αναλογία στροφής (Np / Ns) του μετασχηματιστή. Και, αυτή η τάση εξόδου εφαρμόζεται στο δευτερεύον κύκλωμα, το οποίο αποτελείται από φίλτρο LC. Η μέγιστη ληφθείσα τάση εξόδου, σε περίπτωση ιδανικού μετασχηματιστή, στο φορτίο θα είναι:

(Ns / Np) * Edc

Όπου, Edc είναι η τάση τροφοδοσίας εισόδου

Np είναι όχι. πρωτογενούς περιέλιξης

Ns είναι όχι. δευτερεύουσας περιέλιξης

Mode-II: Λειτουργία ελεύθερης περιστροφής

Ο μετατροπέας προς τα εμπρός λέγεται ότι βρίσκεται σε λειτουργία ελεύθερης περιστροφής όταν το τρανζίστορ είναι σε κατάσταση OFF. Καθώς το τρανζίστορ απενεργοποιείται, το ρεύμα των περιελίξεων του μετασχηματιστή πέφτει στο μηδέν (ιδανικά). Το D1 θα αντιστραφεί μεροληπτικό σε αυτήν την κατάσταση, επομένως διαχωρίζει το τμήμα εξόδου του κυκλώματος από τον μετασχηματιστή και την είσοδο. Ωστόσο, ο επαγωγέας στη δευτερεύουσα πλευρά διατηρεί συνεχή ροή ρεύματος μέσω της διόδου ελεύθερης περιστροφής D2. Καθώς η είσοδος διαχωρίζεται, δεν υπάρχει ροή ισχύος από την είσοδο, αλλά η τάση φορτίου διατηρείται σχεδόν σταθερή από τον φορτισμένο πυκνωτή και τον επαγωγέα. Η αποθηκευμένη ενέργεια στον πηνίο και ο πυκνωτής διαλύεται αργά στο φορτίο. Πριν διαλυθεί εντελώς το τρανζίστορ ανάβει ξανά για να τερματίσει τη λειτουργία ελεύθερης περιστροφής και να διατηρήσει το μέγεθος της τάσης φορτίου εντός της απαιτούμενης ζώνης ανοχής.Μετά την προσομοίωση του παραπάνω κυκλώματος θα λάβουμε την κυματομορφή εξόδου όπως φαίνεται παρακάτω:

Η συχνότητα μεταγωγής του μπροστινού μετατροπέα κυμαίνεται μεταξύ 100 kHz και άνω.