Vorwärtswandlerschaltung

Für den Aufbau eines SMPS (Switched Mode Power Supply) stehen verschiedene Schaltkreise oder Methoden zur Verfügung. SMPS wird zur Erzeugung einer gesteuerten und isolierten Gleichspannung aus einer nicht geregelten Gleichstromquelle verwendet. Die Vorwärtswandlerschaltung ähnelt der Rücklaufwandlerschaltung, ist jedoch effizienter als die Rücklaufwandlerschaltung. Der Vorwärtswandler wird hauptsächlich für Anwendungen verwendet, die eine höhere Ausgangsleistung erfordern (im Bereich von 100 bis 200 Watt).

Der Vorwärtswandler ist im Grunde ein DC-DC-Abwärtswandler mit integriertem Transformator. Wenn der Transformator mehrere Ausgangswicklungen hat, können Sie die Ausgangsspannung sogar erhöhen oder verringern. Es bietet auch eine galvanische Trennung für die Last.

Die Vorwärtswandlerschaltung besteht aus einer Steuerschaltung mit einer Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung, einem Transformator, dessen Primärseite mit der Steuerschaltung und der Sekundärseite mit der Filterschaltung verbunden ist. Der gleichgerichtete Ausgang der Sekundärwicklung des Transformators ist mit der Last verbunden.

Gemäß dem obigen Blockdiagramm wird beim Einschalten des Schalters der Eingang an die Primärwicklung des Transformators angelegt und an der Sekundärwicklung des Transformators wird eine Spannung angelegt. Daher ist die Punktpolarität der Wicklungen des Transformators positiv, wodurch die Diode D1 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird. Dann wird die Ausgangsspannung des Transformators der Tiefpassfilterschaltung zugeführt, die an die Last angeschlossen ist. Wenn der Schalter ausgeschaltet wird, sinkt der Strom in den Wicklungen des Transformators auf Null (vorausgesetzt, der Transformator ist ideal).

Unterschied zwischen Vorwärts- und Rücklaufwandler

S. Nr.	Vorwärtswandler	Fly-Back-Konverter
1.	Transformator isolierter Abwärtswandler	Im Wesentlichen eine Buck-Boost-Topologie
2.	Benötigen Sie eine weitere zusätzliche Ausgangsinduktivität	Nicht benötigt
3.	Das Zurücksetzen der Schaltung ist erforderlich	Nicht benötigt
4.	Keine Notwendigkeit für Ausgangskondensator	Erforderlich
5.	Energieeffizienter	Niedriger als Vorwärtswandler
6.	Kostspieliger als Flyback-Konverter	Billiger im Vergleich zum Vorwärtswandler
7.	Speichert Energie in der Induktivität, wenn der Transistor eingeschaltet wird, und überträgt die gespeicherte Energie, wenn der Transistor ausgeschaltet wird	Der Transformator des Vorwärtswandlers speichert keine Energie

Schaltplan für Vorwärtswandler

Funktionsweise der Vorwärtswandlerschaltung

Modus I: Stromversorgungsmodus

Der Vorwärtswandler soll sich im Stromversorgungsmodus befinden, wenn sich der Transistor im EIN-Zustand befindet. In diesem Zustand ist die Versorgungsspannung an die primärseitige Wicklung des Transformators angeschlossen und auch die Diode D1 wird in diesem Zustand in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die Diode D2 leitet in diesem Zustand nicht, da sie in Sperrrichtung vorgespannt bleibt. Beide Wicklungen beginnen gleichzeitig zu leiten, wenn sich der Transistor im EIN-Zustand befindet. Der Ausgang auf der Sekundärseite des Transformators hängt vom Übersetzungsverhältnis (Np / Ns) des Transformators ab. Diese Ausgangsspannung wird an den Sekundärkreis angelegt, der aus einem LC-Filter besteht. Die maximal empfangene Ausgangsspannung bei idealem Transformator an der Last beträgt:

(Ns / Np) * Edc

Wobei Edc die Eingangsversorgungsspannung ist

Np ist nein. der Primärwicklung

Ns ist nein. der Sekundärwicklung

Modus II: Freilaufmodus

Der Vorwärtswandler soll sich im Freilaufmodus befinden, wenn sich der Transistor im AUS-Zustand befindet. Beim Ausschalten des Transistors fällt der Strom der Wicklungen des Transformators (idealerweise) auf Null. D1 wird in diesem Zustand in Sperrrichtung vorgespannt, wodurch der Ausgangsabschnitt der Schaltung vom Transformator und vom Eingang getrennt wird. Die Induktivität auf der Sekundärseite hält jedoch einen kontinuierlichen Stromfluss durch die Freilaufdiode D2 aufrecht. Da der Eingang getrennt ist, fließt kein Strom vom Eingang, aber die Lastspannung wird durch den geladenen Kondensator und die Induktivität nahezu konstant gehalten. Die im Induktor und im Kondensator gespeicherte Energie geht langsam in die Last über. Bevor er sich vollständig auflöst, schaltet sich der Transistor wieder ein, um den Freilaufmodus zu beenden und die Größe der Lastspannung innerhalb des erforderlichen Toleranzbandes zu halten.Nach der Simulation der obigen Schaltung erhalten wir die Ausgangswellenform wie unten gezeigt:

Die Schaltfrequenz des Vorwärtswandlers liegt im Bereich von 100 kHz oder mehr.