Однотактные преобразователи

Схема преобразования постоянного напряжения в постоянное

Эта схема включает:

А₁ – инвертор, преобразующий постоянное U в импульсное.

А₂ – масштабный преобразователь, преобразующий импульсное U с одними параметрами в импульсное U с другими параметрами (чаще всего используют трансформаторы).

А₃ – выпрямитель, преобразующий импульсное U в постоянное.

А₄ –ФНЧ – уменьшает пульсацию U на выходе преобразователя.

А₅ – схема управления, которая осуществляет регулировку выходного U, его стабилизацию, защиту преобразователя по U и I, защиту сети от пульсаций, возникающих в преобразователе.

Преобразователи бывают одно- и многоканальные: в многоканальных преобразователях из первого исходного U получают несколько напряжений. Стабилизация U_вых может осуществляться как в отдельном канале, так и во всех каналах одновременно (групповой стабилизатор). Групповая стабилизация возможна, так как все выходные каналы связаны между собой стопроцентной связью, из-за наличия трансформатора.

Преобразователи бывают однотактные и двухтактные: в однотактных преобразователях в течение одного периода поступает один импульс, в двухтактных – два импульса.

Однотактные преобразователи бывают двух видов:

1) с обратным включением диода:

Принципиальная схема с обратным включением диода

Временные диаграммы:

При подаче на вход транзистора положительного перепада, он открывается и первичная обмотка трансформатора оказывается под напряжением (если пренебречь падением напряжения открытого транзистора).
Ток в первичной обмотке начинает нарастать. Диод VD при этом закрыт, нагрузка и фильтрующий конденсатор на работу схемы не влияют.

Длительность отпирающего импульса выбирается из соотношения

,

где r – остаточное сопротивление транзистора.

При выполнении этого условия ток в обмотке нарастает по закону, близкому к линейному.

Энергия, которая накапливается в первичной обмотке трансформатора:

При подаче на вход транзистора отрицательного перепада, он закрывается. Первичная обмотка трансформатора отключается от общего провода и напряжение на ней изменяется на . Также наизменяется полярность напряжения на вторичной обмотке, диод VD открывается и энергия первичной обмотки заряжает конденсатор C.

В установившемся режиме энергия, накопленная в в первичной обмотке, должна быть израсходована на R_H:

_;

- время, в течение которого разряжается первичная обмотка L₁.

Так как форма импульса близка к треугольной, то

Энергия, соответствующая этому импульсу:

Чтобы катушка L₁ успевала полностью передавать энергию в нагрузку, должно выполняться соотношение:

, если условие не выполняется, то катушка L₁ будет разряжаться не полностью и КПД его резко падает.

Максимальное значение тока в первичной обмотке ограничивается:

1) допустимым током транзистора;

2) допустимой магнитной индукцией сердечника.

В_s – максимальная магнитная индукция, соответствующая началу перехода сердечника в режим насыщения.

,

где l_c – средняя длина магнитного пути.

3)
с прямым включением диода:

`

Принципиальная схема с прямым включением диода

При подаче на вход транзистора положительного перепада, он открывается и первичная обмотка трансформатора оказывается под напряжением (если пренебречь падением напряжения открытого транзистора).

При этом на вторичной обмотке трансформатора возникнет напряжение

Здесь– число витков первичной и вторичной обмоток.

Это напряжение заряжает конденсатор С.

При подаче на вход транзистора отрицательного перепада, он закрывается. Первичная обмотка трансформатора отключается от общего провода и напряжение на ней изменяется на .

Также на изменяется напряжение на вторичной обмотке, диод VD1 запирается и конденсатор С начинает разряжаться через сопротивление нагрузки .

Поскольку во время действия положительного перепада к первичной обмотке приложено постоянное напряжение, в обмотке нарастает ток и накапливается энергия.

Дополнительная обмотка L3 и диод VD2 позволяют возвратить эту энергию в источник питания (произвести рекуперацию энергии).

При поступлении энергии в нагрузку диод VD2 закрыт и не влияет на работу схемы. Когда же полярность на первичной обмотке изменяется на , диод VD2 открывается, дополнительная обмотка L3 оказывается подключенной параллельно источнику питания и практически вся энергия из первичной обмотки возвращается в источник питания.

При закрытом транзисторе имеют место следующие соотношения.

Преимущества схемы:

1. через L₁ протекает существенно меньший I, следовательно, габариты трансформатора можно уменьшить;

2. КПД выше, так как возможна рекуперация с помощью обмотки L₃.