3.3. Реальные процессы в простейшем ооп
Конечно, реальный ООП и реальный ОПП имеют диаграммы напряжений и токов, отличающиеся от почти идеальных диаграмм, приведенных выше [7].
В ООП сразу после выключения транзистора VT1 на диаграмме напряжения на стоке полевого транзистора наблюдается достаточно узкий выброс напряжения, обычно значительной величины, многократно повышающей входное напряжение [7] (рис. 35, а).
Наличие накопленной энергии WL=i2LS/2 в индуктивности рассеяния LS трансформатора Т1 при выключении вызывает резонансный переходный процесс на стоке транзистора VT1.
Поскольку величина индуктивности рассеяния мала, этот процесс имеет относительно небольшую длительность.
Рис. 34. Схема силовой части одинарного ООП
Отметим различия процессов, происходящих в ОПП и в ООП.
Первое отличие заключается в том, что в ОПП выходное напряжение формируется с помощью выходного L–C фильтра, т.е. напряжение, поступающее с выходной обмотки трансформатора во время импульса (прямой ход), принципиально больше напряжения нагрузки. Выходная обмотка, соответственно, имеет количество витков, адекватное импульсному напряжению на обмотке.
В ООП напряжение нагрузки формируется непосредственно с выходной обмотки трансформатора во время паузы (обратный ход), а выходная обмотка, соответственно, имеет количество витков, адекватное выходному напряжению.
В результате количество витков выходной обмотки ОПП всегда принципиально больше количества витков выходной обмотки ООП.
При одинаковых витках первичных обмоток ОПП и ООП коэффициент трансформации трансформатора ООП всегда меньше, чем у трансформатора ОПП [7].
То есть вторичная обмотка ООП имеет меньше витков и в ООП имеется большая, чем в ОПП, разница между витками первичной и вторичной обмоток трансформатора. Это обусловливает значительно худшие условия магнитной связи обмоток в ООП и, как следствие, большую индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора в ООП.
Поэтому в ООП энергия выброса больше, чем в ОПП, а игольчатый выброс напряжения на стоке транзистора VT1 всегда выше и больше по длительности, чем в ОПП [7]!
Второе отличие заключается в том, что затухающие колебания игольчатого выброса в ОПП происходят вокруг линии, соответствующей уровню входного напряжения.
В ООП затухающие колебания игольчатого выброса происходят вокруг линии, соответствующей сумме напряжения питания и приведенного к первичной обмотке выходного напряжения.
В результате, при одинаковой конструкции трансформатора, в ООП исходный паразитный выброс напряжения на стоке силового транзистора значительно больше по уровню и энергетике, чем аналогичный выброс в ОПП.
На диаграмме тока, приведенной на рис. 35, б, при включении транзистора VT, так же как и в ОПП, наблюдается треугольный выброс тока с высокочастотным переходным процессом. Появление данного выброса связано с тем, что включение транзистора VT обычно происходит при значительном напряжении на стоке транзистора VT , таким образом, при включении транзистора VT через него проходит ток разряда конденсатора С2, заряженного относительно высоким напряжением. Кроме этого, выходной диод VD1 ещё находится в проводящем состоянии, в результате чего при включении транзистора VT образуется короткое замыкание выходной обмотки трансформатора на выходной конденсатор С1. Но величина сверхтока в этом случае ограничивается индуктивностью рассеяния обмоток трансформатора.
Для предохранения силового транзистора ООП от пробоя и от перегрузки по току в первую очередь необходимо применять только полевые транзисторы (MOSFET) [7]. Они имеют универсальные динамические характеристики и высокую перегрузочную способность. Кроме этого, у этих транзисторов практически отсутствует явление вторичного пробоя, которое имеет место у биполярных транзисторов. Из-за этого недостатка биполярные транзисторы не нашли широкого применения в высокочастотных ООП.
Для ограничения отмеченных выше нежелательных явлений принимаются специальные схемы решения, защищающие транзисторы по напряжению и по току. Цепочка R1–C3 (см. рис. 34) кратковременно берет на себя уменьшающий рабочий ток обмотки W1, что позволяет быстро и эффективно (т.е. без потерь и перегрузок) выключиться транзистору VT1 при относительно плавном нарастании напряжения на стоке. Замедление скорости изменения тока в обмотке W1 на этапе выключения транзистора VT1 снижает величину игольчатого выброса напряжения на стоке. Расплатой за это положительное действие является дополнительная нагрузка транзистора VT на этапе включенного состояния, ведь заряженный конденсатор С3 необходимо разряжать при каждом переключении транзистора. Таким образом, с помощью цепочки R1–C3 можно формировать траекторию выключения транзистора VT.
Индуктивность рассеяния трансформатора Т также может считаться схемной мерой, так как часто её действие в ООП, работающих на высоких частотах, усиливают дополнением ферритовой бусинки, одеваемой на вывод обмотки W1 трансформатора Т. Таким образом, можно отметить двойную роль индуктивности рассеяния обмоток трансформатора. С одной стороны она увеличивает перенапряжение на транзисторе, а с другой – ограничивает сверхток через транзистор VT при его включении.
С перенапряжениями на транзисторе можно бороться с помощью установки в схеме различных цепочек, например диода VD2 и цепочки С3- R1 (см. рис. 34). Эта цепочка ограничивает импульс перенапряжения, как показано на рис. 35, а более темной линией.
Дополнительные цепочки типа приведенных на схеме рис. 34 (R4–С6, R2–C4, R3–С5) используются для уменьшения уровня помех, появляющихся в обмотках, в элементах печатных плат, в выводах компонентов и т.д. вследствие резких изменений напряжений и токов в этих цепях.