Имя доктора Слободана Чука (Slobodan Ćuk) знакомо большинству инженеров по названию архитектуры DC/DC преобразователя Чука, справедливо славящегося низкими входными и выходными пульсациями тока и способностью работать в понижающе-повышающем режиме.
Поэтому, когда недавно я узнал о том, что Доктор анонсировал новую архитектуру, это, определенно, не могло не привлечь моего внимания.
Я общался с Доктором, но немного не понял, каков же статус его новой конструкции. Похоже, макет был сделан, но остальные детали он обрисовал очень поверхностно.
Схема преподносится как резонансный преобразователь, который, несмотря на довольно низкую рабочую частоту (например, 50 кГц), может обойтись очень незначительной индуктивностью – даже индуктивностью печатных проводников платы, которая резонирует с большой емкостью (Рисунок 1).
 |
||
| Рисунок 1. | Гибрид резонансного понижающего преобразователя и зарядового насоса, предложенный доктором Слободаном Чуком. |
|
Поскольку существующие описания схемы я нашел немного сложными для понимания (что, несомненно, больше характеризует мою квалификацию, чем схему), вот вам мой собственный свежий взгляд на ее конструкцию:
Если не учитывать индуктивности (заменить их перемычками), мы, по существу, получим классический зарядовый насос с соотношением входного и выходного напряжений 2:1.
Представьте себе схему в более или менее равновесном состоянии, ключи которой находятся в положениях, показанных на рисунке. Входное напряжение будет поделено между C1 и C2. Когда состояния ключей изменятся на противоположные, C1 окажется включенным параллельно C2 (через S2 и D1) и передаст часть своего заряда для пополнения C2.
При задействованных индуктивностях каждая фаза зарядового насоса заключает в себе половину резонансного цикла. Это уменьшает выбросы тока, которые могут возникать в стандартных конструкциях зарядовых насосов, и дает возможность без потерь КПД управлять коэффициентом заполнения импульсов для регулировки выходного напряжения (поскольку индуктивности замедляют скорость передачи заряда). Полагаю, что схема управления также должна была бы поддерживать пульсирующий режим, чтобы не допускать роста выходного напряжения при легких нагрузках, так как во время фазы передачи заряда энергия L2 будет продолжать сбрасываться в конденсаторы.
Если вы не возражаете против их потерь, D1 и D2 могут быть реальными диодами, но в большинстве случаев использовались бы синхронные ключи. В этом случае, как указывает Чук, может потребоваться блокировка тока MOSFET, заменяющего D2, когда он открыт так же, как диод, но паразитный диод N-канального MOSFET, исток которого будет на месте катода D2 (как в одной из схем Чука), окажется включенным не в том направлении. Возможно, понадобится встречное включение MOSFET, но тогда, опять же, с правильной схемой управления, думаю, исток может быть слева.
Я признаю, что мои аналитические навыки здесь работали на пределе возможностей, поэтому, если вы считаете, что я ошибаюсь, пожалуйста, не очень ругая меня, изложите свое мнение о работе этой схемы.
В то время как Чуку, похоже, нравится идея поддержания низкой частоты переключения, я не вижу причин не увеличивать ее, чтобы получить обычный выигрыш от уменьшения номиналов L и C и ускорения реакции на переходные процессы (и заплатить за это ростом потерь переключения). О каких номиналах мы говорим? Вот несколько примеров:
- 50 кГц: 1,000 мкФ, 10 нГн
- 500 кГц: 22 мкФ, 4.6 нГн
- 2 МГц: 6.8 мкФ, 1 нГн
Иногда квадратные корни действительно работают в вашу пользу.
Если вы хотите немного больше узнать о резонансной схеме Чука, покопайтесь вместе Гуглом в Интернете. Что вы думаете о возможностях этой схемы?
