Ключевые элементы: два силовых MOSFET или IGBT, диоды обратного хода, конденсаторный делитель напряжения. Частота переключения обычно лежит в диапазоне 50-200 кГц. Важно соблюдать мертвое время 200-500 нс между закрытием одного и открытием второго ключа для предотвращения сквозных токов.
Типовая топология: первичная цепь содержит два конденсатора по 470-1000 мкФ, образующие искусственную среднюю точку. Вторичная сторона чаще всего использует выпрямитель с отводом от середины или синхронное выпрямление для КПД выше 85%. Пиковые токи через ключи не должны превышать 80% от максимального значения, указанного в даташите.
Особенности функционирования и построения полумостовой топологии
Для корректной реализации полумостовой структуры используйте два ключевых транзистора с диодами обратного хода. Нагрузка подключается между средней точкой делителя и общим проводом. Частота переключения выбирается в диапазоне 20-100 кГц в зависимости от типа сердечника.
Фазировка управляющих сигналов должна исключать одновременную проводимость обоих элементов. Мертвое время между импульсами составляет 200-500 нс для IGBT, 50-100 нс для MOSFET. Напряжение смещения затворов — не менее 10 В для полного открытия.
Трансформатор проектируется с запасом по индукции 15-20% от значения насыщения. Для ферритов N87 максимальная Bmax = 0,3 Тл при 100°C. Сечение провода вторичной обмотки рассчитывается по плотности тока 4-6 А/мм².
Демпфирующая RC-цепь параллельно первичной обмотке снижает выбросы напряжения. Оптимальные параметры: R = 100-470 Ом, C = 1-10 нФ. Диоды в стоках должны иметь обратное напряжение минимум в 1,5 раза выше входного.
Конденсаторы входного фильтра подбираются из расчета 2-5 мкФ на 1 Вт мощности. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) не должно превышать 0,1 Ом для частот выше 50 кГц.
Конструкция и компоненты импульсного источника на базе полумоста
Основу устройства составляют два ключа, подключённые последовательно между шиной питания и землёй. Средняя точка соединения транзисторов соединяется с первичной обмоткой трансформатора через разделительный конденсатор. Это предотвращает постоянное подмагничивание сердечника.
Ключи управляются противофазными сигналами с контроллера, обеспечивая поочерёдное открывание. Частота переключения выбирается в диапазоне 20–500 кГц в зависимости от типа сердечника и требуемой мощности. Для MOSFET-транзисторов обязательны драйверы с током не менее 0,5 А, иначе возрастут динамические потери.
Трансформатор проектируется с запасом по индукции насыщения – не более 0,3 Тл для ферритов. Вторичная обмотка подключается к выпрямителю на диодах Шоттки или синхронным ключам при низковольтном выходе. Ёмкость выходного фильтра рассчитывается исходя из допустимой пульсации: 100–1000 мкФ на каждый ампер нагрузки.
Защита от сквозных токов реализуется через паузу между импульсами (dead-time) 100–500 нс. Для детектирования перегрузки применяют датчики тока на резисторах или трансформаторах. Теплоотвод обязателен при мощности свыше 50 Вт – радиаторы подбирают с тепловым сопротивлением ниже 5 °C/Вт.
Как управляются ключи в полумостовой конфигурации
Для корректного переключения транзисторов в мосту применяется ШИМ-сигнал с мертвым временем (dead time) 100–500 нс, чтобы исключить сквозные токи. Частота коммутации обычно лежит в диапазоне 20–500 кГц, в зависимости от типа ключей (MOSFET, IGBT) и потерь на переключение.
Формирование управляющих импульсов
Драйверы верхнего и нижнего плеча (например, IR2110) получают сигнал от контроллера. Верхний ключ требует отдельного питания с плавающей землей, которое формируется через bootstrap-цепь: диод (1N4148) и конденсатор 1–10 мкФ на 25 В.
Защитные механизмы
Обязательно добавьте RC-цепочки (100 Ом + 1 нФ) параллельно затворам для подавления паразитных колебаний. Датчики тока (ACS712) в цепи истока нижнего транзистора предотвращают перегрузку.
