1.3 Электронные трансформаторы постоянного напряжения ( тпн )

1.3.1 Тпн с насыщающимся силовым трансформатором (схема Ройера)

Данный ТПН обладает наиболее простой схемой и принадлежит к классу схем ЭТ с самовозбуждением. Интервал между очередными переключениями в коммутаторе инвертора, он же полупериод трансформируемого тока, равен времени перемагничивания сердечника силового трансформатора по полной петле гистерезиса от отрицательного насыщения к положительному, либо наоборот. Частоту, следовательно, задает силовой трансформатор и система управления сводится лишь к двум цепям обратных связей от него на базы транзисторов инвертора.

Рис. 1.3-1

На рис.1.3-1 изображена схема ТПН при нулевом исполнении инвертора и выпрямителя. Схема содержит источник питания , конденсатор входного фильтра, инвертор на транзисторах, силовой трансформатор с коллекторной, нагрузочной и базовой обмотками, диодный нагрузочный выпрямитель, конденсатор выходного фильтраи нагрузку.

Транзисторы инвертора включаются и выключаются поочередно. Если, например, включен, то он подключает верхнюю коллекторную полуобмотку к источнику питания и тогда полярности напряжений на обмоткахисоответствуют обозначенным на рисунке. Напряжение нижней базовой полуобмотки заставляет протекать ток в базе, удерживая его во включенном состоянии. Следовательно, в схеме действует положительная обратная связь.

Процесс переключения транзисторов поясним вначале упрощенно. Как только сердечник насытится, магнитный поток в нем перестанет изменяться, что в согласии с законом электромагнитной индукции, приведет к снижению до нуля э.д.с. в базовой обмотке и выключению проводившего ток транзистора. Последнее приведет, в том числе, и к прерыванию намагничивающего тока, замыкавшегося в контуре , верхняя,. Возникающая за счет накопленной магнитным полем энергии э.д.с. самоиндукции, в согласии с правилом Ленца, поддерживает спадающий ток, то есть ее полярность противоположна помеченной на рис.1.3-1. Появляющийся при этом положительный потенциал на базеприводит к лавинообразному включению этого транзистора.

Анализируя процесс переключения более строго, следует добавить, что с началом процесса насыщения сердечника и вызванного им уменьшения индуктивного сопротивления коллекторной полуобмотки ток коллектора вначале быстро нарастает (рис.1.3-1,в). Причина повышения коллекторного тока состоит в том, что ток базы приходится принимать с запасом по отношению к минимально необходимому значению , чтобы перекрыть возможный разброс коэффициента усиленияи снижение его величины при минимальной рабочей температуре. Поэтому в базе транзистора практически во всех режимах работы имеется избыточный заряд, позволяющий нарасти току коллектора до нескольких раз по отношению к номинальному току нагрузки, прежде чем транзистор выйдет из насыщения. Лишь после этого начинается выключение транзистора, которое имеет лавинообразный характер вследствие действия положительной обратной связи.

После включения напряжение питания прикладывается уже к нижней полуобмотке с полярностью, противоположной той, которая была в предшествующий полупериод. В результате на обмотках трансформатора получается напряжение прямоугольной формы, которое выпрямляется нагрузочным выпрямителем, давая в идеале постоянное напряжение на нагрузке даже без дополнительного фильтра. Практически, однако, немгновенность процесса переключения транзисторов ведет к появлению провалов выпрямленного напряжения, для сглаживания которых и необходим конденсатор.

Длительность полупериода определяется условием, сформулированным в первом абзаце настоящего раздела. Применяя к полупериоду закон электромагнитной индукции в форме (В-1) с учетом того, что , получим зависимость для определения частоты выходного напряжения

(1.3.1)

Наряду с простотой схема Ройера обладает также тем достоинством, что она не боится коротких замыканий в нагрузке. При коротком замыкании напряжение на обмотках трансформатора, в том числе и на базовой, падает до нуля, что приводит к выключению обоих транзисторов и прекращению генерации. Хотя при этом и не достигается избирательного отключения поврежденного блока питаемой аппаратуры предохранителем, так как ток в нагрузке прекращается, но тем не менее короткое замыкание не наносит ущерба самому ЭТ.

Основной недостаток схемы Ройера состоит в наличии иглообразных всплесков тока перед выключением силового транзистора (рис. 1.3-1,в), что увеличивает коммутационные потери и снижает надежность его работы. Поэтому схему Ройера применяют при малых мощностях (до 510 Вт).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ :

1. Назовите основные узлы ЭТ по схеме Ройера.

2. Чем определяется частота выходного напряжения в схеме ?

3. Поясните физические процессы при переключении транзисторов.

4. Почему в схеме Ройера имеются иглообразный всплеск тока перед выключением силового транзистора и к каким последствиям это приводит ?

5. Как связать частоту промежуточного звена с параметрами трансформатора ?

6. В чем состоят достоинства и недостатки схемы Ройера ? Каковы области ее применения.