Одним из эффективных пассивных средств, которые можно использовать для подавления звона и ограничения перенапряжений, вызванных утечкой энергии в обратноходовом трансформаторе, является реализация рекуперирующей обмотки, наматываемой бифилярно с первичной обмоткой. Это тот же метод, который обычно используется для размагничивания трансформатора в прямоходовых преобразователях. Безусловно, эта обмотка имеет сильную магнитную связь с первичной обмоткой, но после перенаправления энергии утечки обратно на вход технически это все равно вторичная обмотка. Поэтому она также может использоваться для других целей, например, для питания ШИМ-контроллера или встроенного преобразователя.
На Рисунке 1 показан обратноходовой преобразователь с дополнительной рекуперирующей и питающей обмоткой NR, намотанной бифилярно с первичной обмоткой NP, реализованный путем небольшой модификации демонстрационной платы Viper17L фирмы STMicroelectronics [1]. NS – это вторичная обмотка, а остаточная индуктивность рассеяния представлена элементом LLK. Резистор RS1 служит датчиком тока, резистор R1 – токоограничивающий. Соотношения числа витков трансформатора такие же, как и в исходном трансформаторе.
 | |
| Рисунок 1. | Бифилярная размагничивающая обмотка, добавленная к трансформатору обратноходового преобразователя, шунтирует выходную емкость COSS силового ключа, направляет энергию утечки обратно в шину питания; и ограничивает напряжение ключа во время его перехода в выключенное состояние. Затем, подключенная к выводу питания преобразователя, эта обмотка работает как обмотка питания. |
Выходное напряжение немного снижено до 11.5 В по сравнению с исходными 12 В, чтобы схема соответствовала напряжению на шине питания 145 В. На Рисунке 2а показаны осциллограммы напряжения на силовом ключе и тока первичной обмотки для исходной конфигурации Viper17L с отключенной снабберной цепью. Можно видеть, что пиковое значение напряжения звона, обусловленного индуктивностью рассеяния, при полной нагрузке (500 мА) составляет около 540 В при напряжении питания 160 В. На Рисунках 2б и 2в показаны те же осциллограммы при наличии бифилярной обмотки рекуперации, реализованной в виде снабберной и питающей обмотки. При первом включении питания внутренний высоковольтный генератор тока микросхемы Viper17 начинает заряжать конденсатор C4 до тех пор, пока напряжение VDD не достигнет порога запуска преобразователя и не активируется ШИМ управление. После этого преобразователь питается от энергии, накопленной в конденсаторе C4. Во время этой фазы все диоды D2, D3 и D4 смещены в обратном направлении. Когда силовой ключ выключается, ток намагничивания течет через обмотку рекуперации, открывая диод D3 и, таким образом, ограничивая VDS на уровне удвоенного входного напряжения. Когда энергия утечки полностью возвращается на вход питания, D3 смещается в обратном направлении, и обмотка рекуперации начинает перезаряжать конденсатор C4 через диод D2. Зарядный ток не может течь из шины питания, так как диод D3 смещен в обратном направлении, и, таким образом, преобразователь питает обмотка рекуперации.
| |||||
| Рисунок 2. | При отсутствии снаббера на осциллограммах напряжения силового ключа (канал 1, синий) и тока первичной обмотки (канал 2, красный) при полной нагрузке возникает звон, если у преобразователя нет обмотки рекуперации (а). Показаны формы сигналов с обмоткой рекуперации при легкой нагрузке 100 мА (б) и полной нагрузке 500 мА (в). В пульсирующем режиме частота переключения снижается примерно до 1 кГц (канал 1), а стабилизация обеспечивается за счет поддержания напряжения обратной связи на выводе 4 (канал 2) в пределах пороговых уровней пульсирующего режима (г). | ||||
Микросхема Viper17 спроектирована для снижения энергопотребления за счет перехода в пульсирующий режим при отсутствии нагрузки, переключения внутренней схемы на пониженное энергопотребление в режиме ожидания и т. д. Для сохранения пульсирующего режима работы включен резистор предварительной нагрузки R2 номиналом 1 кОм, что снижает среднюю частоту переключения без нагрузки, как показано на Рисунке 2г. Таким образом, бифилярная обмотка рекуперации успешно поддерживает работу преобразователя при любых нагрузках и, в то же время, эффективно ограничивает выбросы напряжения на силовом ключе, вызванные индуктивностью рассеяния обратноходового трансформатора.