Этот преобразователь предназначен для функционирования в качестве понижающего источника питания в распределенных системах. У него только один выход на +28 VDC, 10 А. Это будет классический квазирезонансный полумостовой преобразователь с ПНН: переменная частота, управление по напряжению с усредненной защитой от перегрузки по току — типичный представитель проектов с использованием доступных на современном рынке микросхем управления.
Данный пример — это проект с ШИМ, модифицированный под квазирезонансную топологию.
Проектная спецификация
Выходное напряжение: +28 VDC ± 0,5.
Выходной номинальный ток: 10 А, минимальная нагрузка— 1А. Диапазон входного напряжения: 105-130 VAC; 208 - 240 VAC. Напряжение пульсаций на выходе: 50 мВ (двойная амплитуда). Стабилизация выхода: ±2%.

Поскольку полномостовые преобразователи среди всех топологий занимают область с самыми большими выходными мощностями, их потери на ключе представляют очень существенную проблему. В обычных полномостовых преобразователях с ШИМ ключи на противоположных углах переключаются одновременно. Это полностью освобождает первичную обмотку от любого заземления переменного тока с низким импедансом, что приводит к большим всплескам и "звону", обусловленных индуктивностью утечки первичной обмотки и индуктивностью остаточного намагничивания. Исторически сложилось так, что эти помехи можно уменьшить только с помощью цепи демпферов без потерь.
При изменении стратегии управления ключом так, чтобы только один угловой ключ вначале размыкался, противоположный конец первичной обмотки остается соединенным с цепью заземления переменного тока. Это позволяет "отрегулировать" ненагруженный конец первичной обмотки с помощью резонансной емкости и обеспечить контролируемое соотношение dv/dt. Значение индуктивности рассеива¬ния и выходной емкости мощного полевого МОП-транзистора вносятся в цепь ре¬зонанса. Контакт напряжения на "открытом" конце первичной обмотки затем "звонит в рельсу" напряжения противоположного входа, где полевой МОП-транзистор переходит в состояние проводимости в стиле ПНН. Затем полевой МОП-транзистор на запаздывающем конце первичной обмотки может быть заперт, его конец, связанный с первичной обмоткой, может "звонить" противоположному входному напряжению, и затем может быть включен противоположный МОП-транзистор. Соответствующие формы сигналов представлены на рис. 4.18.
Поскольку оба конца первичной обмотки в продолжение соответствующих переходных процессов запирания имеют нагруженную обмотку с несимметричным выходом, каждый из полевых МОП-транзисторов запирается в стиле ПНН. При этом несколько повышается КПД выходных выпрямителей, поскольку их токовые переходные процессы по природе более близки к переключению при нулевом токе.

Второй тип квазирезонансных преобразователей — это семейство с переключением при нулевом напряжении (ПНН). Здесь ключ остается замкнутым большую часть времени и производит резонансные периоды выключения для снижения выходной мощности. Фактически, семейство преобразователей с ПНН — это зеркальное отражение семейства преобразователей с ПНТ. Если сравнить формы сигналов напряжения и тока для ключа обоих семейств и инвертировать оба эти сигнала, то обнаружится их поразительное сходство.
Временные сегменты семейства преобразователей с ПНН зеркально противоположны аналогичным сегментам семейства преобразователей с ПНТ. Коммутирующий диод проводит ток в течение резонансного периода выключения. Между такими резонансными периодами выключения, ключ замкнут, а протекающий через него ток — это уже знакомый пилообразный сигнал прямоходового преобразователя с ШИМ с наклоном (Vin - Vmt) I Lmt. Этот период также является временем статического состояния колебательного контура. В течение этого времени резонансный индуктор насыщен и эффективно короткозамкнут. На контакты резонансного конденсатора подано напряжение.

Квазирезонансный импульсный источник питания с переключением при нулевом токе (ПНТ) придает волне тока, протекающего через ключ синусоидальную форму. Транзистор всегда переключается, когда ток через ключ равен нулю. Для понимания принципа действия квазирезонансного импульсного источника питания с ПНТ лучше всего подробно исследовать его наиболее элементарную топологию: понижающий квазирезонансный преобразователь с ПНТ (и его формы сигналов).Как видим, на выходе присутствует уже знакомый нам заградительный входной фильтр (L-C), характерный для понижающих и всех прямоходовых преобразователей. Вход в каскад LC-фильтра соответствует высокому импедансу параллельного тока при частоте резонанса колебательного контура. В противном случае было бы уменьшено Q колебательного контура, что оказало бы отрицательное влияние на его способность "звенеть".
Работу квазирезонансного понижающего преобразователя с ПНТ можно разделить на четыре периода. Период 1 — это его статическое или начальное состояние, в котором элементы колебательного контура "разряжены", ключ разомкнут и через ограничивающий диод протекает тока нагрузки через индуктор, как и в понижающем преобразователе с ШИМ. Период 2 начинается в тот момент, когда ключ замыкается, и напряжение на нем начинает постепенно возрастать. Поскольку ограничи¬вающий диод находится в состоянии проводимости, резонансный конденсатор эффективно закорочен на землю. Ключ "воспринимает" только индуктивность резонансного индуктора.

Квазирезонансные преобразователи придают колебаниям напряжения или тока гаверсинусную форму. Если ключ переключается в правильные моменты, то не возникает никаких потерь переключений. Кроме того, благодаря контролю за скоростью изменения колебаний напряжения и тока, значительно улучшаются характеристики по радио- и электромагнитным помехам. Большинство базовых топологий, существующих в семействе преобразователей с ШИМ, присутствуют также и в семействе квазирезонансных преобразователей.
Квазирезонансные преобразователи используют колебательный L-C-контур, который "звенит" на своей естественной частоте резонанса в ответ на постепенное изменение напряжения или тока на его контактах. Колебательный контур размещается между ключом и трансформатором и/или между трансформатором и выходным фильтром.
Контроль осуществляется путем управления нерезонансной частью сигнала и с фиксированным периодом допустим для резонансной части.

Квазирезонансные преобразователи составляют отдельный класс импульсных источников питания, регулирующих форму электрического сигнала переменного тока для снижения или устранения потерь переключений внутри источника. Это реализовано путем размещения резонансных колебательных контуров внутри пути переменного тока для создания псевдосинусоидальных колебаний напряжения или тока. Поскольку колебательные контуры имеют одну частоту резонанса, данный метод управления нуждается в модификации для применения на различных частотах, когда резонансный период фиксирован, и схема управления изменяет нерезонансный период. Квазирезонансные преобразователи обычно работают в частотном диа¬пазоне 300 кГц — 2 МГц.
Преимущества квазирезонансного преобразователя над классическим преобразователем с ШИМ заключается в меньших размерах и, обычно, более высоком КПД. Хотя, когда небольшие размеры сопровождаются возрастанием рабочей частоты, увеличением КПД приходится пожертвовать, поскольку возникают другие потери, связанные с высокой частотой.
Недостатком квазирезонансного преобразователя, если сравнивать с более новыми методиками демпфера без потерь и активного фиксатора в дополнение к базовым преобразователям с ШИМ, являются повышенные нагрузки по напряжению и току на силовые компоненты. Максимальные напряжения или токи, существующие внутри квазирезонансных преобразователей, могут быть в два-три раза больше, чем в преобразователях с ШИМ. Это заставляет проектировщика использовать ключи и выпрямители с большими номиналами, которые могут и не иметь хороших характеристик проводимости.

Во всех импульсных источниках питания существуют общие паразитные элементы. Их влияние обычно замечают при просмотре форм волны на главных узлах переменного тока внутри преобразователя. Некоторые из них, такие как внутренние емкости полевого МОП-транзистора, даже описаны в спецификациях физических компонентов.
Некоторые паразитные элементы, такие как емкости МОП-транзистора, четко определены, другие же могут быть распределены между различными узлами и объединяться, чтобы облегчить процесс моделирования. Попытки назначить величину этим плохо определенным паразитным элементам очень затруднены и обычно они рассматриваются лишь как эмпирические величины. То есть, когда приходит время перенаправить энергию, выбираются компоненты, которые обеспечивают налучшие результаты.Важно размещать паразитные элементы внутри схем в правильных местах, поскольку некоторые электрические ветви активны только в течение определенных периодов работы преобразователя. Например, емкость p-n-переходов выпрямителя имеет значение только тогда, когда выпрямитель является обратно-смещенным, и исчезает, когда на диоды подается прямое напряжение.Некоторые специфические паразитные величины можно получить по спецификациям конкретных компонентов.

Этот импульсный источник питания предполагается использовать в качестве повышающего преобразователя внутри распределенной системы питания. Он будет обеспечивать "безопасное" напряжение на шине 28 VDC. Проектируемый источник имеет вход переменного тока, на котором должно быть изменено ответвление, чтобы входное напряжение системы питания было или НОВ, или 240В.
Проектная спецификация
Диапазоны входного напряжения: . от 90 до 130 VAC, 50/60 Гц;
. от 200 до 240 VAC, 50/60 Гц.
Выходное напряжение: +28 VDC при номинальном максимальном токе 10 А, минимум тока нагрузки — 1 А.
Напряжение пульсаций на выходе: 50 мВ (двойная амплитуда). Стабилизация выхода: ±2%.
Предпроектные оценки "черного ящика"
Номинальная выходная мощность: Р0 = 28 В • 10 А = 280 Вт.
Оценка входной мощности: Pjn(est)= 280 Вт / 0,8 = 350 Вт.
Напряжения входа постоянного тока (для ПО VAC используется удвоитель напряжения):
• от 110 VAC: rin(low) = 2 • 1,414 • 90 VAC = 254 VDC;
Г!п(Ы) = 2 • 1,414 • 130 VAC = 368 VDC;
. от 220 VAC: Vin(bw) = 1,414 • 185 VAC = 262 VDC;
^in(hi) = 1,414  270 VAC = 382 VDC. Средние входные токи (постоянные):
• наибольшее среднее: ijn(maX) = 350 Вт / 254 VDC = 1,38 А;
• наименьшее среднее: /т(тт) = 350 Вт / 382 VDC = 0,92 А. Оценка максимального тока: /рк = 2,8 280 Вт / 254 VDC = 3,1 А.

Этот импульсный источник питания можно использовать для электронных изделий, которые подключаются к источникам питания напряжением от 85 до 240 VAC. Данный конкретный источник питания можно "масштабировать" для обеспечения выходной мощности от 25 до 150 Вт. Он может использоваться в таких изделиях как небольшие офисные АТС и т.п. Проектная спецификация
Диапазон входного переменного напряжения: 90-240 В, 50/60 Гц. Выходы:
. +5 VDC, номинальный ток 1 А, минимум 750 мА; . ±12 VDC, номинальный ток 1 А, минимум 100 мА;
• +24 VDC, номинальный ток 1,5 А, минимум 0,25 А.
Напряжение пульсации на выходе: . +5 В, ±12 В — 100 мВ (максимум);
• +24 В — 250 мВ двойной амплитуды (максимум).
Выходная стабилизация:
• +5 В, ±12 В — максимум ±5%;
• +24 В — максимум ±10%.
Защита системы и дополнительные свойства:
• подавление низкого уровня на входе — источник питания и само изделие пе¬рестает функционировать всякий раз, когда входное напряжение падает ниже 85 VAC ± 5%;
• сигнал пропадания питания микропроцессора — система питания должна содержать выход открытого коллектора на тот случай, когда напряжение на выходе +5 В падает ниже уровня 4,6 В ± 5%.