2.8.2 Однотактные инверторы

Устройство для преобразования постоянного напряжения одной величины U_о1, постоянное напряжение другой, U_о2 может быть построено по структурной схеме на рисунке 2.70.

Рисунок 2.70- Структурная схема простейшего преобразователя

напряжения

Структурная схема состоит из переключающего прибора ПП, трансформатора Тр, цепи управления У переключающим прибором и выпрямителем В. В качестве переключающего прибора применяется транзистор в ключевом режиме. Трансформатор позволяет получить преобразованное напряжение требуемой величины и гальванически развязать первичный источник с напряжением U_о1 с нагрузкой.

Цепь управления определяет способ создания или возбуждения колебаний в преобразователе. Устройство без выпрямителя представляет собой инвертор. По способу возбуждения инверторы подразделяются на инверторы с самовозбуждением ( называемые автогенераторы) и инверторы с независимым возбуждением ( усилители мощности ).

Инверторы однотактные называются потому , что электрическая энергия передается на выход преобразователя в течение одной части периода преобразования. На рисунке 2.71 представлена на схема преобразователя с инвертором самовозбуждения на одном транзисторе ( однотактная схема ).

Принцип работы преобразователя заключается в следующем. Поскольку инвертор является автогенератором, то управляющее напряжение на базу транзистора не подается извне, а снимается с обмотки 3 трансформатора TV. Эту

136

обмотку называют обмоткой обратной связи. Чтобы автогенератор возбудился

( т.е. начал создавать колебания), нужно выполнить два условия самовозбуждения.

Первое условие носит название « условие баланса фаз» и заключается в том, чтобы с базовой обмотки трансформатора (обмотки обратной связи) снималось напряжение в противофазе с напряжением на коллекторе транзистора.

а - однотактная схема ;

б - выходная вольт- амперная характеристика транзистора

Рисунок 2.71 - Принципиальная схема однотактного прямоходового

преобразователя напряжения

Второе условие – условие баланса амплитуд - заключается в том, чтобы напряжение обратной связи было не меньше определенной величины. Эти условия выполняются при соответствующем подключении выводов базовой обмотки, намотанной с определенным числом витков.

При включения источника первичного питания U_о1, транзистора VT закрыт и рабочая точка транзистора находится на нагрузочной характеристике в точке В. В цепях базы и коллектора будет протекать очень маленький по величине ток базы I_бо и ток коллектора I_к. Так как в коллекторной цепи включена индуктивность ( обмотка 1 трансформатора), то ток I_к нарастает не мгновенно, а по определенному закону, который с некоторыми допущениями можно считать линейным.

I_к= (U_о1/L₁)·t , ( 2.67 )

Ток I_к протекая по обмотке 1 трансформатора TV создает а обмотке 1 магнитное поток, который пронизывает обмотки трансформатора и создает на отмотках трансформатора ЕДС. На базе транзистора VT создается отрицательный потенциал относительно эмиттера . Ток базы возрастает, что

137

вновь увеличивает коллекторный ток до тех пор, пока не наступит режим насыщения транзистора, т.е. пока I_к не станет равным I_б·h_21э. На вольт-амперной характеристике рабочая точка из положения В перемещается в точку А. При этом падение напряжение между коллектором и эмиттером резко уменьшается и составляет (0,3…0,8)В для различных типов транзистора и все почти напряжение U_о1 прикладывается к обмотке 1 трансформатора.

При прекращении роста I_к нарастание магнитного потока в сердечнике трансформатора прекращается, что приводит к уменьшению ЭДС в обмотках трансформатора. Это уменьшает ток базы и, как следствие, коллекторный ток. Уменьшение тока сопровождается изменением направления магнитного потока. Поток уменьшается до нуля, следовательно, ЭДС в базовой обмотке меняет знак. Этот процесс носит лавинообразный характер и приводит к быстрому запиранию транзистора. Рабочая точка положения А перемещается в точку В. Для уменьшения потерь в транзисторе ток коллектора при переходе транзистора из состояния «открыт» в состояние «закрыт» должен изменяться не по прямой АВ, а по кривой АБВ, причем время перехода должно быть меньше.

Это можно добиться с применением в трансформаторе сердечника с прямоугольной петлей гистерезиса, благодаря чему форма колебаний, создаваемых инвертором, становится близкой к прямоугольной.

Когда транзистор находится в насыщенном состоянии, происходит накопление энергии в трансформаторе, когда транзистор переходит в режим запирания, энергия запасенная в трансформаторе через открытый диод VD о поступает в нагрузку R_н.

Однотактные преобразователи целесообразно применять в цепях, где требуются высокие постоянные напряжения и малые токи. Применяются однотактные преобразователи на мощность до 100 Вт.