Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 35
Текст из файла (страница 35)
На выводах сток-исток или коллектор-эмиттер ключевого транзистора однотактного прямоходового преобразователя во время работы возникают импульсы напряжения прямоугольной формы. Импульсы тока, протекающие через первичную обмотку трансформатора, имеют форму прямоугольной трапеции, причем амплитуда тока плавно возрастает от фронта до спада импульса. Форму можно представить как прямоугольник, на который поместили прямоугольный треугольник. Такую же форму имеют импульсы тока, протекающие по первичным обмоткам двухтактных полу- мостовых, мостовых и роз!т-рв!! преобразователей. Однотактные прямоходовые преобразователи обладают мощностью примерно от единиц ватт до киловатта.
Их достоинства: ° наличие всего одного ключевого транзистора; ° магнитопровод импульсного трансформатора имеет меньшие габариты, чем магнитопровод трансформатора однотактного обратноходового преобразователя при прочих одинаковых условиях эксплуатации и близких режимах работы. 8.2. Импульсные преобразователи с задающими генервтгхзвми 125 Недостатком однотактного прямоходового преобразователя является подмагничивание сердечника трансформатора, вызванное несимметричным циклом перемагничивания петли гистерезиса.
Из-за этого КПД такого преобразователя обычно меньше, чем у двухтактных преобразователей с симметричным перемагничиванием импульсного трансформатора. Принципиальная невозможность использования эффективных систем симметрирования в однотактных преобразователях является недостатком. Предельную петлю гистерезиса магнитопровода однотактного прямоходового преобразователя используют меньше чем наполовину. Частота пульсации выходного напряжения равна частоте преобразования. Если случится перегрузка по току в нагрузке, компоненты однотактного прямоходового преобразователя может спасти только быстродействующая система защиты, в противном случае они будут выведены из строя. К закрытому ключевому транзистору приложено удвоенное напряжение питания преобразователя и напряжение индуктивного выброса, что накладывает некоторое ограничение на выбор компонента, 6.2.3.
Квазидвухтактный двухтранзисторный прямоходовый преобразователь В устройствах с мощностью нагрузки до десяти киловатт (например, сварочные аппараты) применяют однотактные прямоходовые преобразователи с двумя ключевыми транзисторами. Принципиальная схема квазидвухтактного однофазного прямоходового преобразователя, которую за рубежом называют ' 1огтуагд 1тхго 1гапз1згог", показана на рис. 6.2.
Рис. 6.2. Кввзидвухтехтный двухтрензисторный прямоходовый преобразователь В течение прямого хода между затворами и истоками ключевых транзисторов одновременно прикладывают отпираюшее напряжение, и через первичную обмотку трансформатора ТЧ1 протекает ток по цепи +1.1вх, транзистор ЧТ2, обмотка трансформатора ТЧ1, транзистор ЧТ1, — Бвх. Ток вторичной обмотки трансформатора проходит через диод ЧЕг2, а конденсатор С! фильтрует выпрямленное напряжение, которое поступает на нагрузку. Диоды Ч01 и ЧО4 в течение прямого хода заперты. Для синхронного управления ключевыми транзисторами напряжение на их затворы допустимо подавать с маломощного гальванически развязываюшего транс- 126 Импульсные преобразователи напряжении форматора или можно применить драйвер затворов, предназначенный для указанной цели.
В течение обратного хода транзисторы НТ1 и ЧТ2 находятся в режиме отсечки, диоды Ч01 и Ч04 открыты, и через них первичная обмотка трансформатора подключена к источнику питания преобразователя. В результате на вторичной обмотке трансформатора возникает напряжение обратной полярности, по причине чего диод Ч02 закрыт, а диод Ч03 открыт, и через него в нагрузку протекает ток. Таким образом, через нагрузку протекает ток и в течение прямого хода, и в течение обратного хода. Следовательно, частота пульсации выходного напряжения на конденсаторе С! равна удвоенной частоте преобразования.
Для обеспечения нормального функционирования в магнитопровод квазидвухтактного прямоходового преобразователя обычно вводят немагнитный зазор. Частная петля гистерезиса магнитопровода квазидвухтактного прямоходового преобразователя близка к предельной петле, что является несомненным достоинством. 6.2.4. Однотактный обратноходовой преобразователь Рассмотрим принципиальную схему однотактного однофазного обратноходового преобразователя, или, как ее называют в иностранной литературе, "ЛуЬаск", изображенную на рис. 6.3.
+Овх ТЧ1 +Он Рис. В.З. Однотантный обратноходовой преобразователь Как видим, отличие этой схемы от принципиальной схемы однотактного прямоходового преобразователя заключается в другой фазировке обмоток импульсного трансформатора. В течение прямого хода диод Ч01 выходного выпрямителя практически не проводит электрический ток, и энергия не поступает в нагрузку, а запасается в магнитном поле трансформатора ТЧ1, как в дросселе. При обратном ходе ключевой транзистор ЧТ1 закрыт, выпрямительный диод Ч01 открыт, а энергия, накопленная в магнитном поле, расходуется на питание нагрузки. В магнитопровод однотактного обратноходового преобразователя обычно вводят зазор для уменьшения остаточной индукции с целью недопущения насыщения ферромагнетика.
Предельную петлю гистерезиса однотактного обратноходового преобразователя используют менее чем наполовину, ввиду чего велики габариты магнитопроводов трансформаторов. Если нагрузка к ИИП не подключена, то выходное напряжение может стать недопустимо высоким, что способно вывести из строя компоненты источника питания. Для того чтобы обратноходовой ИИП мог быть включен без номинальной нагрузки, внутри него размещают неотключаемую нагрузку, на которой рассеивается незначительная мощность.
6.2. Импульсные преобразователи с задающими генераторами 127 Напряжение на нагрузке вторичной обмотки трансформатора однотактного преобразователя можно найти ло формуле: (!н = ивх -(%2/'тй/1) (1/1), где ()вх — входное напряжение, В; %1 — число витков первичной обмотки; '1!!/2 — число витков вторичной обмотки; г", — скважность импульсов, Напряжение, прикладываемое к выводам сток-исток или коллектор-эмиттер запертого ключевого транзистора, составляет: (!си = (!вх+(тй/1/%2) (!н.
Форма импульсов напряжения на ключевом транзисторе — прямоугольная со ступенькой; форма импульсов тока, протекающих через первичную обмотку,— треугольная. Однотактные обратноходовые преобразователи используют при отдаваемой в нагрузку мощности примерно от единиц ватт до сотен ватт.
Достоинства однотактного обратноходового преобразователя: ° наличие одного переключательного транзистора; ° отсутствие разрушения компонентов ИИП при перегрузке по току в нагрузке. К недостаткам относят: ° подмагничивание сердечника импульсного трансформатора; ° отсутствие возможности применения систем симметрирования перемагничи- вания; ° наличие более крупного магнитопровода трансформатора, чем в аналогичном однотактном прямоходовом преобразователе. Частота пульсации выходного напряжения равна частоте преобразования. Напряжение на закрытом транзисторе практически достигает суммы выходного напряжения, помноженного на величину, обратную коэффициенту трансформации, и напряжения питания преобразователя.
6.2.6. Двухтактный полумостовой преобразователь Изучим принципиальную схему двухтактного полумостового преобразователя, носящего международное называние "Ьа! т" Ьг1г!яе" (рис. 6.4). +Овх Овх Рис. 6.4. Двунтактный полумостовой преобразователь !28 Импульсные преобразователи напряжения Пока на затворы транзисторов не поступило напряжение, они закрыты, Напря- жение в средней точке емкостного делителя, выполненного на конденсаторах С1 и С2 одинаковой емкости, составляет половину от постоянного напряжения, пи- тающего преобразователь.
Подадим от задающего генератора на затвор транзистора ЧТ2 отпирающее на- пряжение. По цепи +(/вх, конденсатор С1, обмотка трансформатора ТЧ1, транзи- стор ЧТ2, — (Звх потечет ток. На вторичной обмотке трансформатора ТЧ1 возникнет напряжение, которое будет выпрямлено днодной сборкой ЧР! и сглажено конден- сатором СЗ. Транзистор ЧТ1 все это время был закрыт. Подадим запирающее напряжение на затвор транзистора ЧТ2 и отпирающее напряжение на затвор транзистора ЧТ!. Ток потечет по цепи +Овх, транзистор ЧТ1, обмотка трансформатора ТЧ1, конденсатор С2, — 1)вх. На вторичной обмотке транс- форматора ТЧ! появится напряжение противоположной полярности относительно предыдущего такта, которое выпрямит диодная сборка Ч01 и сгладит конденсатор СЗ. Затем постоянное напряжение с конденсатора СЗ будет приложено к нагрузке. Транзистор ЧТ2 в течение второго такта закрыт.
Как видим, ток через нагрузку протекает в течение обоих тактов. Частота пуль- сации выходного напряжения в два раза выше частоты преобразования, что позво- ляет использовать конденсатор СЗ сглаживающего фильтра с небольшой номиналь- ной емкостью. Частная петля гистерезнса магнитопровода трансформатора полу- мостового преобразователя близка к предельной петле гистерезиса. Пока нагрузка не соединена с ИИП, к каждому конденсатору емкостного дели- теля напряжения приложена половина от постоянного напряжения, питающего пре- образователь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
