22.Однотактные преобразователи напряжения типа пи и типа пв. Однотактные преобразователи напряжения с гальванической развязкой. Принцип работы, основные параметры.

		Н >
				t/Т

Однотактные преобразователи типа ПИ. При подключении плюсового зажима источника энергии не к катоду диода VD, как это выполнено в схеме рис. 6.1,а, а к минусовому зажиму выходного на­пряжения, будет получен второй основной тип ОПН, который называ­ется полярно-инвертирующим (ПИ). Схема силовой части этого ОПН и диаграмма, поясняющая его работу, представлены на рис. 6.8.Рассмотрим установившийся режим работы идеального ОПН это­го типа для случая безразрывных токов дросселя. При переводе схемой управления СУ транзистора VT в режим насыщения дрос­сель L оказывается подключенным параллельно источнику энергии U₀. На интервале импульса (от 0 до ) к обмотке дросселя прило­жено напряжение U0, под действием которого он запасает энергию, а ток дросселя нарастает по линейному закону от I_Lminдо I_Lmax.Диод VD на этом временном интервале закрыт и находится под на­пряжением U_H + U₀. Передача энергии в нагрузку от источника отсутствует. Ток на­грузки поддерживается за счет разряда конденсатора С. При запи­рании транзистора ЭДС на зажимах обмотки дросселя меняет свой знак и обеспечивает включение диода VD. На интервале «пуазы» (от до 1,0) когда транзистор закрыт, ранее запасенная дросселем энергия передается в нагрузку и обеспечивает подзаряд конденсато­ра. Ток дросселя при этом спадает от ILmax ДО ILmin Для при­ращения тока дросселя на интервале паузы ∆Il = от ILmax-ILmin справедливо ранее записанное соотношение (6.2). Для граничного случая между режимами безразрывных и разрывных токов дросселя I_L min в момент окончания периода преобразования принимает нуле­вое значение. Среднее за период значение тока диода, как показано на рис. 6.4, равно среднему значению тока нагрузки. Следовательно, для граничного случая можно записать ∆Il=2I_н/(1-_).

С учетом (6.2) выражение для критической индуктивности L_Kp примет следующий вид: L_кр=U_н(1-)²/2I_нf

Однотактные преобразователи типа ПВ. Третий основной тип ОПН с непосредственной связью входного и выходного напряже­ний может быть получен из схемы рис. 6.8 простым переключением минусового полюса нагрузки и конденсатора С к минусовому зажи­му источника энергии Щ. Такой преобразователь называется в ли­тературе ОПН с повышением напряжения (типа ПВ). Схема силовой части этого ОПН и временные диаграммы, поясняющие ее работу, представлены на рис. 6.9. На интервале импульса, когда транзистор VT находится в ре­жиме насыщения, дроссель оказывается подключенным к источнику энергии U₀ и запасает энергию. Ток дросселя, равный на этом вре­менном интервале току транзистора, будет нарастать по линейному закону от ILmax ДО ILmin При этом, как и в случае ОПН типа ПИ, передача энергии от источника в нагрузку отсутствует. Ток нагруз­ки поддерживается только за счет разряда конденсатора С. Диод VD закрыт и находится под напряжением, равным напряжению нагрузки U_н. При запирании транзистора когда напряжение на нем превысит напряжение на нагрузке, т.е. когда ЭДС самоиндукции обмотки дрос­селя превысит величину, равную (U_Н — Uо), открывается диод VD и ранее запасенная дросселем энергия совместно с энергией, потребля­емой от источника U₀ будут обеспечивать питание нагрузки и под­заряд конденсатора С. Для идеального ОПН типа ПВ, работающего в режиме безразрывных токов дросселя, регулировочная характери­стика будет иметь следующий вид: U_н = U₀/(1-) Из рис. 6.8 и 6.9 следует, что временные диаграммы токов диода VD для ОПН типа ПИ и типа ПВ совпадают. Однако отдача ранее накопленной дросселем энергии осуществляется в последнем преоб­разователе при напряжении на его зажимах равном U„ — Uq, а не при напряжении, равном U_n, поэтому выражение для критической индуктивности будет иметь вид: L_кр=U_н(1-)²/2I_нf

Однотактные преобразователи напряжения с гальванической развязкой между источником энергии и нагрузкой находят широкое применение в различных устройствах систем электропитания аппа­ратуры телекоммуникаций, в радиоэлектронной и бытовой технике. Наибольшее применение находят так называемые ОПН с прямым и ОПН с обратным включением диода.

Схема однотактного преобразователя с прямым включением ди­ода, применяющаяся при относительно низком уровне напряжения источника питания U0 (как правило, до 100 В), представлена на рис. 6.10.

Рассмотрим работу идеального преобразователя, работающего в режиме безразрывных токов дросселя L. При переводе схемой управ­ления транзистора VT в режим насыщения к первичной обмотке W1 трансформатора будет приложено напряжение источника питания U0. В результате на обмотках трансформатора появится ЭДС, по­лярность которой указана на рис. 6.10 (без скобок). Значение ЭДС на вторичной обмотки W₂ трансформатора будет равным U₀n₂₁, где n₂₁= W2 /W1 — отношение чисел витков вторичной и первичной об­моток трансформатора (коэффициент трансформации). Диод VD1 будет открыт, и напряжение, приложенное к обмотке дросселя L, под действием которого он будет запасать энергию на интервале открыто­го состояния транзистора VT, окажется равным (U₀n₂₁—U_н). На этом временном интервале будет также осуществляться передача энергии в нагрузку и подзаряд конденсатора С (когда нарастающий по линей­ному закону ток дросселя превысит ток нагрузки). Диод VD_P в цепи размагничивающей (рекуперацйонной) обмотки W_p трансформатора и диод VD будут закрыты. При запирании транзистора VT изменится полярность ЭДС на зажимах обмоток трансформатора, что приведет к закрытию диода VD1 и открытию диодов VD и VD_P. В результате ранее запасенная дросселем L энергия через диод VD будет переда­ваться в нагрузку и обеспечивать подзаряд конденсатора С (до тех пор пока уменьшающийся ток дросселя будет больше тока нагруз­ки). Кривая напряжения на обмотке дросселя и кривая тока дрос­селя совпадают по форме с соответствующими кривыми ОПН типа ПН, представленными на рис. 6.1. Отличие заключается только в том, что на интервале импульса к обмотке дросселя L будет прило­жено напряжение, равное (U₀n₂₁— U_н), а не (Uo — U_н), как это имеет место для ОПН типа ПН. Поэтому выражение для регулировочной характеристики данного идеального преобразователя, полученное из условия равенства нулю среднего за период значения напряжения, приложенного к обмотке дросселя, в установившемся режиме рабо­ты ОПН принимает следующий вид: U_н= U₀n_21. Выражение (6.3) для критической индуктивности дросселя, опре­деляющей границу между режимами работы преобразователя с раз­рывными и безразрывными токами дросселя L, остается справедли­вым и для ОЦН с прямым включением диода,