שנאי הממיר קדימה: כוח זורם כשהמתג פועל

מבוא - מה זה ולמה זה מיועד

תארו לעצמכם חטיבת דליים שעוברת מים יד ביד כשהברז עדיין פועל . שנאי הממיר קדימה הוא "זוג הידיים" המעביר אנרגיה ישר מהכניסה ליציאה בזמן שהמתג הראשי מופעל . זהו סוס העבודה השקט של ספקי כוח DC-DC מבודדים בטווח של בערך 100 ואט עד כמה מאות וואט - מודולים תעשייתיים, אספקת "לבני" טלקום ושלבי הספק של שרתים. בניגוד לשנאי ה-Flyback במטען טלפון, הוא אינו אוגר אנרגיה בליבה המגנטית שלו; הוא פשוט משנה את המתח ומספק בידוד גלווני, ומעביר את עבודת ההחלקה למשרן פלט נפרד.

עיקרון וסוגים

ממיר קדימה הוא, במהותו, ממיר באק מבודד . כאשר ה-MOSFET הראשי נדלק, מתח הכניסה מופיע על פני הפיתול הראשוני והופך למשני בזמן אמת; המיישר המשני מזין זרם לעומס ולמשרן מסנן פלט. לכן זרם המוצא נשאר חלק והאדווה נמוכה.

המלכוד הוא האנרגיה הממגנטת של הליבה. הליבה מונעת רק בכיוון אחד (חד קוטבי), כך שאם לא תוסר האנרגיה הממגנטת בכל מחזור, השטף "עולה" מחזור אחר מחזור והליבה רוויה - בדרך כלל הורס את המתג תוך כמה מחזורים (Skyworks AN1348; Microchip SMPS Topologies). זה הופך את איפוס הליבה לחובה .

שלוש תוכניות איפוס נפוצות:

פיתול איפוס (שלישוני): פיתול נוסף, בדרך כלל אותה ספירת סיבובים כמו הראשונית, מחזיר זרם מגנט לכניסה דרך דיודה. איזון וולט-שנייה מאלץ זמן איפוס = בזמן, כך שמחזור העבודה המקסימלי הוא 50% (תכנונים מעשיים משתמשים בכ-45%).

מהדק RCD : פשוט, אבל מפזר את האנרגיה בנגד.

מהדק אקטיבי : ממחזר את האנרגיה ומאפשר מיתוג מתח אפס - האפשרות היעילות ביותר.

גרסה פופולרית היא שני המתגים קדימה : שני MOSFETs בתוספת שתי דיודות מהדק מחזירות את אנרגיית הממגנט באופן אוטומטי, מהדקים את מתח המתג לכניסה, ואין צורך בפיתול איפוס (Microchip; ElectronicsGuide).

דוגמה ליישום

שקול אספקת טלקום של 120 וולט, 48 וולט המוזנת מאפיק קלט של 36–72 וולט. השנאי מוריד את המתח ומבודד את מסילת ה-48 V. הפלט מציית בערך ל-VOUT ≈ VIN × D × (NS/NP); בכניסה נמוכה, הבקר מעלה את מחזור העבודה D לכיוון, אך לעולם לא עובר, 50% כדי לשמור על איפוס הליבה בטוח. קדימה נבחר כאן על פני הטיסה מכיוון שזרם המשרן הרציף נותן אדווה פלט נמוכה וזרם ה-RMS המשני - ומכאן אובדן הנחושת - נמוך יותר; יעילות של 85-95% אופיינית (PowerElectronicTips; Hackatronic).

תפיסה מוטעית נפוצה ועובדה מהנה

תפיסה מוטעית: "שנאי קדימה ושנאי לזוז הם אותו שנאי קטן - פשוט החליפו אותם." טָעוּת. שנאי flyback הוא באמת משרן משולב עם ליבה מרווחת אוויר האוגרת אנרגיה; שנאי קדמי הוא שנאי אמיתי בעל חדירות גבוהה, ליבה לא סגורה שאסור לאגור אנרגיה. זרוק חלק חילופי חזרה לתוך מעגל קדימה והוא ישווה.

עובדה מהנה: מכיוון שה-MOSFET של מתג יחיד חייב לחסום עד 2 × VIN במהלך האיפוס, מעצבים מעדיפים לעתים קרובות את שני המתגים קדימה - הדיודות שלו מהדקות את הלחץ ל-VIN בלבד, מה שמאפשר התקני 400–500V זולים ומהירים יותר על רשת 220V (ON Semiconductor).