Прямоходовый преобразователь

Прямоходовый преобразователь передаёт энергию через трансформатор в тот момент, когда ключ открыт, — в отличие от обратноходового, где энергия сначала запасается в сердечнике. По сути это понижающий преобразователь с трансформатором перед дросселем.

Обновлено 1 ноября 2026 г.Редакция GAW

Прямоходовый преобразователь (forward converter) — импульсный источник питания с трансформатором, в котором энергия передаётся в нагрузку, пока ключ открыт. Microchip в AN1114 описывает его как изолированный вариант понижающего преобразователя: ключ стоит последовательно с первичной обмоткой, трансформатор понижает напряжение и обеспечивает развязку входа и выхода, а за выпрямительным диодом стоят такие же дроссель и конденсатор, как в понижающей схеме.

В установившемся режиме (AN1114, ур. 8):

$V_{OUT} = V_{IN} \cdot \frac{N_S}{N_P} \cdot D$

где NS/NP — отношение витков вторичной и первичной обмоток, D — коэффициент заполнения. Пока ключ закрыт, ток дросселя продолжает течь через второй, обратный диод.

Размагничивание сердечника

Во время импульса через первичную обмотку течёт не только ток нагрузки, пересчитанный по виткам, но и ток намагничивания, растущий со скоростью VIN/LM. Энергию, запасённую в сердечнике, нужно снять до следующего такта, иначе сердечник насытится. В классической схеме это делает обмотка размагничивания NR с диодом: она возвращает энергию во входной источник. По AN1114 (ур. 10):

Параметр	Формула	При NR = NP
Наибольший коэффициент заполнения	DMAX = 1 / (1 + NR/NP)	50 %, на практике 45 %
Напряжение на закрытом ключе	VDS = VIN + VIN · NP/NR	2 · VIN плюс выброс от рассеяния

Если взять NR меньше NP, D можно поднять выше 50 %, но напряжение на ключе станет больше 2·VIN, и наоборот.

Где применяют

По оценке Microchip, однотактный прямоходовый преобразователь подходит для дешёвых сетевых источников до 150 Вт, особенно с большим выходным током (больше 15 А), а для выходов выше 30 В неудобен из-за громоздкого дросселя. Двухключевой вариант с двумя ключами по концам первичной обмотки ограничивает напряжение на каждом ключе величиной VIN и рассчитан на 150–350 Вт. Для малых мощностей чаще выбирают обратноходовый преобразователь: у него нет выходного дросселя. Выходные диоды заменяют синхронным выпрямителем, если важен КПД. Общий обзор топологий — в статье об импульсных преобразователях.

Безопасность. Сетевой прямоходовый преобразователь питается выпрямленным сетевым напряжением, ключ при NR = NP видит вдвое больше, а входной конденсатор держит заряд и после отключения. Первичную часть проверяют только через разделительный трансформатор и после разряда конденсаторов.

Частые вопросы

Чем прямоходовый преобразователь отличается от обратноходового?

Моментом передачи энергии. В прямоходовом диод вторичной цепи открыт одновременно с ключом, энергия идёт в нагрузку сразу через выходной дроссель, как в понижающем преобразователе. В обратноходовом энергия во время импульса запасается в индуктивности намагничивания и отдаётся при закрытом ключе. Поэтому у прямоходового есть выходной дроссель и нужна отдельная цепь размагничивания сердечника.

Зачем обмотка размагничивания?

Пока ключ открыт, в сердечнике нарастает ток намагничивания. После закрытия ключа ему нужен путь, иначе к следующему такту сердечник не вернётся в исходное состояние и дойдёт до насыщения. AN1114 показывает обмотку NR с диодом, которая возвращает эту энергию во входной источник; вместо неё можно поставить стабилитрон или RC-снаббер.

Почему коэффициент заполнения не больше 50 %?

Сердечник должен успеть размагнититься за время паузы. При числе витков NR = NP время размагничивания равно времени импульса, поэтому D не превышает 50 %, а ключ при этом видит 2·VIN. Microchip советует закладывать на практике 45 % и учитывать, что из-за индуктивности рассеяния выброс будет выше 2·VIN.

Источники

Microchip. AN1114 Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part I) (DS01114A, 2007) — разд. «Forward Converter», с. 7–11: изолированный преобразователь на основе понижающего; ключ последовательно с первичной обмоткой; ток намагничивания растёт со скоростью VIN/LM; ур. 7 VL = VIN·NS/NP − VOUT; ур. 8 VOUT = VIN·(NS/NP)·D; обмотка NR и диод D3 размагничивают сердечник, иначе насыщение; ур. 10 DMAX = 1/(1 + NR/NP), VDS = VIN + VIN·NP/NR; при NR = NP — D до 50 % и 2·VIN на ключе, практический предел 45 %; вместо обмотки — стабилитрон или RC-снаббер; до 150 Вт в дешёвых сетевых источниках, токи > 15 А, выходы > 30 В неудобны; синхронный выпрямитель (рис. 7); двухключевой вариант ограничивает напряжение на ключах величиной VIN, 150–350 Вт; табл. 4 — выбор топологии
Microchip. AN1114, Appendix A: Glossary (DS01114A) — Forward Converter — топология на основе понижающего, энергия передаётся во вторичную обмотку и нагрузку, пока ключ открыт; Flyback — энергия запасается в индуктивности намагничивания в первой части такта

Нашли ошибку?