Энергетические показатели преобразователей напряжения (ПН) достаточно освещены в [1, 2]. Применение ПН и преобразователей тока (ПТ) рассмотрено в [3–5], а их реализация приведена в [6–8].
Статические преобразователи напряжения (ПН) малой мощности в виде DC/DC-конверторов мощностью 1–100 Вт стали неотъемлемой частью гаджетов и бытовых устройств с батарейным питанием. Их применение стимулируется появлением новых приборов на основе карбида кремния и нитрида галлия, позволяющих повысить частоту коммутации с 1 до 100 кГц и снизить массогабаритные показатели и потери до минимума. С другой стороны, ПН большой мощности с сетевым питанием или от распределенных источников (фото- и ветровые энергоустановки), применяемые в электроэнергетике и электроприводе, широко используют DC/DC-конверторы, особенно модульного типа, с учетом высокой частоты коммутации также для повышения КПД и снижения габаритов и затрат.
В настоящей статье делается попытка обобщить схемотехнику подобных устройств с целью формирования рекомендаций по их проектированию. Общие принципы формирования ПН изложены в [1–3], [4–6] автором описаны ВЧ-полупроводниковые приборы на основе карбида кремния и нитрида галлия. Построение ПН и преобразовательных подстанций большой мощности также приведены автором в [7–9].
Известным является множество схем импульсных преобразователей постоянного напряжения (далее – конверторов) с разными реактивными элементами и алгоритмами преобразования [1, 10]. Более распространенными для низковольтных маломощных устройств являются схемы в виде понижающего, повышающего, инвертирующего и обратноходового конверторов, представленных на рис. 1. Эти конверторы имеют одинаковое количество элементов с разными способами коммутации накопительного дросселя L1, изменяющего тип преобразования. При этом наибольший интерес имеет обратноходовой конвертор (Flyback Converter) с гальванической развязкой и более высокой степенью преобразования напряжения [10].
Электрическая энергия преобразуется в течение двух этапов: накопления заряда дросселя и его разряда. На 1-м этапе ключ S1 замыкается. На дроссель L1 воздействует входное напряжение VL1, при котором ток растет до величины dI1 за время tON: