3.3 Однотактный преобразователь напряжения с прямым включением выпрямительного диода

При прямом включении выпрямительного диода на интервале часть энергии источника передается в на­грузку, а часть идет на пополнение запаса электромагнитной энергии дросселя. На интервале Т — т дрос­сель оказывается отключенным как от источника, так и от нагрузки и на нем возникают значительные напряжения. Поэтому с двухобмоточным дросселем, как это показа­но на рис. 1, а, преобразователь с прямым включением диода ра­ботать не может.

Рисунок 2 - Однотактный преобразователь напряжения с прямым включением выпрямительного диода

Для обеспечения непрерывно­сти тока намагничивания дросселя необходимо добавить в преобразо­ватель третью, размагничиваю­щую, обмотку (рис. 2, а), а также энергоемкий элемент для за­пасания энергии на активном эта­пе (интервал 0 —) и передачи ее в нагрузку на пассивном этапе (интервал — Т) (рис. 2,6). Таким элементом в схеме рис. 2,а является однообмоточный дроссель L₂ . Размагничивающая обмотка обеспечивает уменьшение магнит­ного потока в магнитопроводе дросселя L₁ до нулевого значения в течение пассивной части периода. Так как в дросселе L₁ при прямом включении диода нет необходимости запа­сать большую энергию, то его делают более компактным, чем в преобразова­теле с обратным включением диода. Это обстоятельство иллюстрируется рис. 2, в, на котором даны эпюры коллекторного тока силового транзисто­ра i_k и тока намагничивания магнитопровода дросселя . Как видно из рисун­ка, последний имеет значение значительно меньше, чем первый.

Разрядка дросселя L₁ происходит по цепи: обмотка w₃, прямосмещенный диод VDз и источник питания Е_П. При этом энергия, накопленная ранее в дросселе, возвращается в источник питания Е_П, т. е. происходит так называе­мая рекуперация энергии. Такой возврат энергии обусловливает высокий КПД этого преобразователя. Во время разрядки дросселя L₁ , напряжение на коллекторе транзистора VТ возрастает (рис. 2, д).

Дроссель L₂ включен в цепь выходного тока. Этот ток, как правило, велик. Поэтому в дросселе L₂ создается достаточный запас энергии (рис. 2, г) при относительно малой его индуктивности, что позволяет сделать его ком­пактным.

Расчетные соотношения для преобразователя с прямым включением выпрямительного диода достаточно просты. Пусть w₁ = w₃. Тогда следует выбрать, для того чтобы дроссель успел разрядиться. При этом

Ток коллектора и напряжение на нагрузке определяют из соотношений

Однотактный преобразователь напряжения с прямым включением вы­прямительного диода и размагничивающей обмоткой находит широкое применение для стабилизации напряжения на нагрузках, потребляющих как малую, так и значительную мощность (до 0,7 кВт).

4 Порядок выполнения работы

4.1 Составить схему однотактного преобразователя с обратным включением выпрямительного диода, в соответствии с рисунком 3.

Рисунок 3 - Схема однотактного преобразователя с обратным включением выпрямительного диода

Параметры генератора прямоугольных импульсов V2 установить следующие:

VZERO=0; VONE=5; P1=0; P2=0; P3=50u; P4=50u; P5=200u.

4.2 Выполнить компьютерное моделирование схемы во временной области и по его результатам определить:

- форму и величину напряжения в узлах 1,3,5 схемы;

- зависимость напряжения в узлах 3 и 5 от напряжения источника V3;

- зависимость формы и величины напряжения в узле 5 от сопротивления нагрузки.

Объяснить полученные результаты.

4.3 Включить конденсатор С=2,5 мкФ параллельно резистору R3 и повторить пункт 4.2.

4.4 Изменить параметр Р5 генератора прямоугольных импульсов (рекомендуемые значения – 100, 200 и 400 мкс). Зарисовать форму напряжения в узлах 1, 3, 5 схемы. Определить коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке. Построить график зависимости выходного напряжения от параметра Р5. Объяснить полученные результаты.

5. Содержание отчёта