38. Однотактный схемотехнические решения преобразователей постоянного напряжения с трансформаторной развязкой. Область применения. Особенности функционирования.
В автономных источниках питания, предназначенных для работы непосредственно от сети переменного тока, необходимо использовать трансформаторы с целью гальванической развязки нагрузки от сети. Трансформаторы применяются также в источниках питания, где подобная развязка необходима по другим причинам, например в медицинском оборудовании.
Автономный сетевой источник питания по сути представляет собой источник постоянного тока(DC), который питает преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение(DC/DC) с трансформаторной развязкой. Далее в этом разделе мы сфокусируем внимание именно на схемах таких DC/DC преобразователей.
На Рис. 1.7 изображён однотактный обратноходовой преобразователь.
Рис. 1.7. Идеализированная модель однотактного обратноходового преобразователя
Может показаться, что в этом источнике питания использован трансформатор, но на самом деле это дроссель с двумя обмотками. Первичная обмотка дросселя используется для накопления электромагнитной энергии, как в повышающем преобразователе. Обратите внимание, что фазировка обмоток противоположна той, что имеется в обычном трансформаторе. При замкнутом ключе происходит накопление энергии в сердечнике дросселя и во вторичной обмотке ток не течёт. Когда ключ размыкается, начинает течь ток во вторичной обмотке и энергия отдаётся в нагрузку. Напряжение на выходе определяется соотношением витков, как в трансформаторе. Обратноходовой преобразователь является единственным (из работающих непосредственно от сети переменного тока) преобразователем, в котором используется дроссель; во всех остальных применяется трансформатор. Одним из достоинств обратноходового преобразователя является то, что нет необходимости в дополнительном сглаживающем фильтре. Энергия, накопленная в дросселе, «сбрасывается» непосредственно в конденсатор и нагрузку. В этом заключается также и недостаток, потому что в процессе накопления дросселем энергии ток в нагрузку поступает только из конденсатора. Напряжение пульсаций в обратноходовом преобразователе сравнительно велико, что требует применения выходного конденсатора большой ёмкости.
На Рис. 1.8 изображён однотактный прямоходовой преобразователь. Когда ключ замкнут, ток течёт как в цепи первичной, так и в цепи вторичной обмотки. Ток вторичной обмотки«заряжает» дроссель фильтра, как в понижающем преобразователе.
Рис. 1.8. Идеализированная модель однотактного прямоходового преобразователя
Когда ключ размыкается, ток в дросселе, согласно уравнению(1.1), должен по-прежнему течь. Этому способствует коммутирующий диод D2 во вторичной цепи, который играет ту же роль, что и в понижающем преобразователе.
Реальные трансформаторы обладают ещё и паразитной индуктивностью, которую можно представить в виде дросселя, включенного последовательно с первичной обмоткой трансформатора. Первичный ток, текущий через эту паразитную катушку индуктивности, при размыкании ключа должен в соответствии с уравнением (1.1) продолжать течь. Когда ключ размыкается, ток и первичной, и вторичной обмотки прекращается. Ограничительная обмотка (на схеме слева) включена противофазно первичной и вторичной обмоткам, поэтому, когда ток в них перестаёт течь и магнитный поток в сердечнике трансформатора уменьшается, начинает течь ток в ограничительной обмотке. Этот ток размагничивает сердечник до остаточного значения магнитной индукции и обеспечивает его готовность к отработке следующего импульса. Ограничительная обмотка играет точно такую же роль, что и вторичная обмотка в обратноходовом преобразователе: она отдаёт энергию паразитной индуктивности обратно в первичный источник питания.
39. Двухтактные схемы преобразователей постоянного напряжения в постоянное и переменное напряжение. Особенности функционирования (временные диаграммы в регулируемом и нерегулируемом режиме). Сравнительная оценка схем построения и режимов их функционирования.
