С пониженным напряжением на транзисторах

В этой схеме транзисторы VT1 и VT2 управляются синхронно. Диоды VD_p1 и VD_p2 обеспечивают рекуперацию энергии, запасенной трансформатором Т1 в источник питания. Достоинством схемы рисунка 5.2 является меньшее напряжение на закрытых транзисторах VT1 и VT2, которое не превышает величины U_вх.

На рисунке 5.3,а приведена схема однотактного преобразователя с обратным включением выпрямительного диода, а на рисунке 5.3, б – эпюры, поясняющие её работу.

Рисунок 5.3 – Схема однотактного преобразователя

с обратным включением выпрямительного диода

В схеме рисунка 5.3 при отпирании транзистора VT1 напряжение питания прикладывается к первичной обмотке W₁ трансформатора Т1. Полярность напряжения на вторичной обмотке такова, что диод VD1 закрыт. На этом интервале происходит накопление энергии в трансформаторе. При запирании транзистора VT1 изменяется полярность напряжения на обмотках трансформатора, открывается диод VD1 и энергия, накопленная трансформатором, передаётся в нагрузку. Регулировочная характеристика идеального преобразователя нелинейна и имеет вид:

(5.2)

Достоинством схемы рисунка 5.3 является наличие одного моточного элемента (трансформатора Т1), что является в ряде случаев определяющим при выборе схемы малогабаритного, маломощного и экономичного источника электропитания.

Полумостовая схема обратноходового однотактного преобразователя, представлена на рисунке 5.4. В этой схеме напряжение на закрытых транзисторах VT1 и VT2, как и в схеме рис. 5.2 не превышает U_вх.

Рисунок 5.4 – Схема однотактного обратноходового преобразователя

с пониженным напряжением на транзисторах

С ростом выходной мощности габариты емкостного фильтра С_н преобразователей (рисунки 5.3, 5.4) резко растут, что вызывает необходимость применения LC – фильтров.

Достаточно широкое применение в последнее время находит схема преобразователя с разделительными конденсаторами (схема Кука), показанная на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5 – Однотактный преобразователь с симметричным

перемагничиванием сердечника трансформатора

В этой схеме при открытом транзисторе VT1 дроссель L1 подключен к источнику питания, а напряжение на первичной обмотке трансформатора W₁ равно напряжению на конденсаторе C1. Диод VD1 закрыт и к обмотке дросселя L2 приложено напряжение вторичной обмотки трансформатора. Дроссели L1 и L2 на этом интервале времени запасают энергию. При запирании транзистора VT1 энергия, накопленная дросселем L1 идет на заряд конденсаторов С1, С2 и перемагничивание трансформатора Т1. Энергия, накопленная дросселем L2 передается через диод VD1 в нагрузку. Отличительной особенностью данной схемы является перемагничивание трансформатора по частному симметричному циклу петли гистерезиса. Это позволяет уменьшить габариты трансформатора по сравнению с другими рассмотренными типами однотактных преобразователей. Синфазность изменения ЭДС обмоток трансформатора и дросселей позволяет объединить эти элементы в один конструктивный узел.

В тех случаях, когда требуется построить источник вторичного электропитания при U_вх > 300 В, целесообразно применять двухтактные схемы, приведенные на рисунке 5.6. Они отличаются от однотактных лучшим использованием полупроводниковых приборов и электромагнитных аппаратов (в первую очередь трансформатора) и поэтому предпочтительны при выходной мощности более 300...400 Вт.

В структуру преобразователя входят двухтактный инвертор, выходной выпрямитель и фильтр.

а) – инвертор напряжения со средней точкой; б) – мостовая схема инвертора; в) – полумостовая схема инвертора; г) временные диаграммы двухтактного конвертора

Рисунок 5.6 – Функциональные схемы двухтактных конверторов

Двухтактный преобразователь может быть представлен совокупностью двух однотактных с передачей энергии на прямом такте, но работающих со сдвигом во времени на половину периода. Следствием такой работы является увеличение выходной мощности, снижение амплитуды тока, увеличение частоты пульсаций выходного напряжения и симметричное перемагничивание магнитопровода трансформатора. В преобразователях могут быть применены любые известные схемы инверторов и выпрямителей.

В таблице 5.1 приводится краткая характеристика преобразователей постоянного напряжения и рекомендации по их применению.

Таблица 5.1 – Краткая характеристика схем преобразователей постоянного напряжения

Название схемы	Область применения	Достоинства	Недостатки
Однотактные:	Выходная мощность до 300 Вт	Простота силовой части и системы управления, малое число силовых полупроводниковых, отсутствие проблем сквозных токов и симметрирования режимов работы выходного трансфор- матора	Большие габариты трансформатора, выз-ванные малым изменением индукции в сердечнике, большие размеры фильтра из-за однополупериодной схемы выпрямления.
- с прямым включением диода - с обратным включением диода		- малая величина постоянной состав-ляющей намагничи-вающего тока и его независимость от то-ка нагрузки позволяет выполнять магнито-провод трансформа-тора без зазора - при небольшой мощности малое чис-ло силовых элемен-тов

Окончание таблицы 5.1

Название схемы	Область применения	Достоинства	Недостатки
Двухтактные: - мостовая - полумосто-вая с емкост-ным делите-лем на входе - со средней точкой транс-форматора	При мощности от 100 Вт до 1,5 кВт при повы-шенных мощ-ностях и повы-шенном напря-жении источ-ника питания при низких уровнях входного напряжения	Отсутствие ограниче-ний на коэффициент заполнения импуль-сов управления, ма-лые габариты сгла-живающих фильтров - малое обратное на-пряжение на силовых диодах Отсутствие проб-лемы подмагничи-вания трансформа-тора, минимальное число силовых тран-зисторов.	Возникновение режима сквозных токов - симметричный режим перемагни-чивания трансфор-матора -повышенный уровень обратного напряжения на сило-вых транзисторах