Теория работы и расчет импульсных преобразователей напряжения

Московский государственный технический университет 

имени Н.Э. Баумана 

В.В. Глазков 

Теория работы и расчет 

импульсных преобразователей напряжения 

Методические указания к выполнению 

домашнего задания по дисциплине  

«Технология и схемотехника средств управления 

в технических системах» 

  
 
 
 
 

 

 

 
 
 

 

УДК 621.382 
ББК 32.848.3 
        Г52 
 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/173/book1361.html 

Факультет «Специальное машиностроение» 
Кафедра «Автономные информационные и управляющие системы» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 
 
Рецензент 
канд. техн. наук, доцент В.В. Вельтищев 
 
Глазков, В. В. 
Теория работы и расчет импульсных преобразователей 
напряжения : методические указания. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 30 [6] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-4321-5 

Издание содержит методические указания к выполнению 
домашнего задания, целью которого является расчет импульсных преобразователей напряжения. Приведено теоретическое 
описание работы импульсных преобразователей. Представлена 
последовательность расчетов при проектировании повышающих и понижающих преобразователей напряжения. Даны варианты заданий для самостоятельного расчета. 
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по 
специальности «Управление в технических системах». 
 
УДК 621.382 
ББК 32.848.3 
 
 
 
 
 
 

  
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 
 
 
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4321-5 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015  

Г52 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Методические указания предназначены для самостоятельного 
выполнения студентами домашнего задания по дисциплине «Технология и схемотехника средств управления в технических системах». 
Принципы построения импульсных источников питания (ИИП) 
используются уже более 100 лет, однако массовое их применение 
до конца 1960-х годов было ограничено функциональными возможностями трех главных компонентов ИИП: магнитопровода, 
ключа и выпрямителя. К 1970 г. достижения в разработке компонентов всех категорий позволили кардинально изменить ситуацию 
на рынке источников питания, особенно в тех его секторах, где 
применение линейных стабилизаторов было невозможно вследствие их неспособности обеспечить требуемый уровень мощности. 
Большинство ведущих производителей линейных интегральных схем (Linear Technology, Maxim, TI, National Semiconductor, 
Analog Devices (США) и др.) предлагают импульсные стабилизаторы, подходящие для локальной стабилизации или преобразования напряжения. Современные полупроводниковые компоненты 
производства этих фирм имеют очень малые габариты и обладают 
высокой эффективностью. Это особенно актуально для устройств 
батарейного питания, поскольку важную роль играет продолжительность автономной работы. 
Многие средства управления в технических системах имеют батарейное питание, поэтому необходимо понимать принципы построения импульсных преобразователей напряжения и уметь проводить их расчет, чтобы повысить время автономной работы всей 
системы. 
Для успешного выполнения домашнего задания студент должен обладать базовыми знаниями по разделу «Операционные усилители и линейные схемы» в рамках программы дисциплины 
«Технология и схемотехника средств управления в технических 
системах». 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
РАБОТЫ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 
НАПРЯЖЕНИЯ 

1.1. ОСНОВЫ НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ 

Основными электрическими элементами, способными накапливать энергию, являются индуктивность и емкость. При этом емкость накапливает энергию в виде электрического поля, а индуктивность — в виде магнитного. 
Приведенное ниже уравнение, выражающее правило Ленца, 
содержит определение индуктивности. Катушка обладает индуктивностью L = 1 Гн, если изменение силы тока I на 1 А за 1 с производит напряжение на катушке U = 1 В: 

.
di
U
L dt

                                        (1.1) 

Первое следствие уравнения (1.1) состоит в том, что ток, протекающий через катушку индуктивности, не может изменяться мгновенно. Ведь в этом случае на катушке возникло бы бесконечное 
напряжение. В реальности такие эффекты, как, например, возникающая при «пробое» контактов электрическая дуга, ограничивают 
это напряжение очень высоким, но не бесконечным значением. 
Вторым следствием уравнения (1.1) является то, что напряжение на катушке индуктивности мгновенно изменяется с положительного на отрицательное при переключении с накопления энергии 
в индуктивности (производная di/dt положительна) на извлечение 
энергии из нее (di/dt отрицательна). 
Следующее уравнение, полученное интегрированием уравнения (1.1), используют для определения тока в катушке индуктивности при известном напряжении: