ты демпфирующей цепи, т. е. для снижения амплитуды импульса напряжения сток-исток транзистора, величина сопротивления Rд должна быть такой, чтобы к концу интервала времени tп = Т – tи обеспечивался разряд конденсатора Сд до напряжения Uн*.

4.2. Работа силового каскада в режиме прерывистых токов

Временные диаграммы работы ОПНО в режиме ПТ приведены на графи-

ках рис. 5, б. Длительность разряда индуктивности L2 вторичной обмотки w2

определяет сущность термина«прерывистый» ток, означающий прерывание тока индуктивности намагничивания Lm трансформатора TV на протяжении оп-

ределенных интервалов времени работы силового каскада.

В режиме ПТ для этапа времениtи накопления тока в индуктивностиL1

Процессы разряда индуктивности L2 определяются эквивалентной схемой рис. 7 и уравнением (4.4). С учетом (4.10) условие выполнения режима ПТ име-

ет следующий вид :

Существенным отличием режима ПТ является принципиальное отсутст-

вие в силовом каскаде коммутационных импульсов тока Iс mах и и Iв mах и. Это оп-

ределяет увеличение надежности работы ИВЭП и повышение КПД, что позво-

22

ляет применять более высокие частоты преобразованияfпр по сравнению с ре-

жимом работы силового каскада в режиме НТ. Однако возникает необходи-

мость увеличения емкости конденсаторов Сф1 и Сф2, так как при этом появляет-

ся интервал времени, когда неизменность выходного напряжения Uн поддержи-

вается только за счет емкости конденсатора Ca2. Поэтому выбор того или иного режима работы силового каскада определяется в каждом конкретном случае при разработке ИВЭП.

Функционирование демпфирующей цепи идентично процессам её работы в режиме НТ, поэтому отдельно не рассматривается.

Кроме рассмотренных режимов НТ и ПТ в некоторых силовых каскадах

«бестрансформаторных» ИВЭП используется граничный режим. Для его реали-

зации требуется выполнение неравенства

когда полный разряд индуктивностиL2 завершается непосредственно перед очередным включением транзистора VTs. Работа ОПНО в граничном режиме наиболее часто применяется в бытовых телевизорах.

Если силовой каскад при номинальной выходной мощности Рн ном работа-

ет в режиме НТ, когда выполняется условие (4.6), то при уменьшении выходной мощности он последовательно переходит в граничный режим, а затем в режим ПТ.

Выбор режима НТ, ПТ или граничного зависит от ряда факторов. Неко-

торые обобщающие выводы можно сделать исходя из анализа работы времен-

ных диаграмм (рис. 5). Они заключаются в следующем:

– амплитудные значения токов через транзистор VTs и диод VDв силового каскада при одинаковой выходной мощностиРн в режиме ПТ больше, чем в режиме НТ, следовательно, больше и статические потери мощности в полупро-

водниковых приборах;

– коммутационные потери мощности силового транзистораVTs в режиме ПТ меньше, поскольку транзистор открывается при нулевом значении тока сто-

23

ка, когда диод VDв уже закрыт, что обусловливает отсутствие импульсов тока через транзистор Iс max и и через диод Iв max и;

– потери мощности в магнитопроводе трансформатораTV при одинако-

вых размерах магнитопровода и характеристиках материала в режиме ПТ больше, так как больше величина максимальной индукции при движении рабо-

чей точки по кривой намагничивания В = f (Н);

– емкости конденсаторов Сф1 и Сф2 выходного фильтра силового каскада в режиме ПТ должны быть больше, чем в режиме НТ в силу большего интервала времени, когда эти конденсаторы не обеспечиваются энергией от ранее заря-

женной током индуктивности L2 вторичной обмотки;

– в граничном режиме работы интервал времени, когда нагрузка обеспе-

чивается напряжением только от энергии, запасенной в конденсаторе выходно-

го фильтра, равен нулю, что дает возможность снизить емкость этого конденса-

тора по отношению к режиму ПТ.

Таким образом, выбор режима работы ОПНО определяется параметрами элементной базы силового каскада и требуемыми характеристиками ИВЭП. В

пособии для заданной максимальной выходной мощности выбран более рацио-

нальный режим ПТ. Это обусловлено необходимостью работы на более высо-

ких частотах преобразования и требованиями снижения материалоемкости ин-

дуктивных элементов.

4.3. Работа магнитопровода силового трансформатора

Трансформатор силового каскада– специфический индуктивный эле-

мент, характерные особенности работы которого определяются выбранным ти-

пом импульсного преобразователя – ОПНО.

С точки зрения трансформации напряжений и токов из первичной обмот-

ки w1 во вторичную w2 трансформатор TV (рис. 4) представляется классическим трансформатором, к которому применимы рассматриваемые в курсе ТОЭ фор-

24

мулы приведения, что было использовано в изложении материала предыдущих разделов.

Однако в классическом трансформаторе тока или напряжения, в том чис-

ле и в импульсном, индуктивность намагничивания Lm является паразитной.

Для повышения энергетической эффективности трансформатора она должна быть максимальной, так как при этом уменьшается бесполезный ток холостого хода. В преобразователе типа ОПНО функция индуктивности Lm иная. Рассмот-

рим эту особенность с использованием графика(рис. 10) кривой намагничива-

ния магнитного материала В = f(Н).

Рис. 10. График кривой намагничивания магнитопровода трансформатора

Магнитопровод трансформатора силового каскада ОПНО работает в ре-

жиме однополярного намагничивания, как и импульсный трансформатор. Од-

нако индуктивность его намагничивания должна быть не максимально возмож-

ной, а иметь строго определенную величину. Это обусловлено тем, что на этапе включенного состояния транзистора VTs амплитуда импульса тока стокаIс max

определяет процессы переноса энергии из первичного источникаЕп в нагрузку и уровень напряжения Uн.

Как следует из временных диаграмм(рис. 5) и приведенных уравнений,

для требуемого функционирования силового каскада ОПНО все изменения то-

ков обмоток трансформатора должны иметь линейный характер, что обеспечи-

25

вается при L1 = const и L2 = const. В общем виде индуктивность любой из обмо-

ток трансформатора может быть выражена обобщенной функцией

L = kmw2, (4.13)

где k – коэффициент, определяемый геометрическими размерами сердечника магнитопровода; m = DВ ¤ DН – магнитная проницаемость материала сердечника,

геометрическая интерпретация величины которой показана на графике рис. 10;

где w – число витков обмотки, обусловливающей изменение магнитной индук-

ции магнитопровода.

При изменении тока, протекающего через индуктивность, рабочая точка перемещается по кривой намагничивания(см. рис. 10) в направлениях, пока-

занных стрелками. Так как трансформатор TV работает в режиме однополярно-

го намагничивания, то рабочей областью функцииВ = f(Н) является первый квадрант графика (см. рис. 10). Для выполнения условия неизменности индук-

тивности L необходимо, чтобы рабочая точка при изменении магнитного поля

Н, которое соответствует подмагничивающим ампервиткам Iw, не выходила за пределы линейного участка функции В = f(Н). Это соответствует показанной на графике (см. рис. 10) величине индукции В = Враб. max. Только в этом случае обеспечивается равенство m = const. Одновременно с этим график показывает,

что если ампервитки Iw = H max, то действующая индукция будет равнаВ = Внас

(индукции насыщения сердечника), уменьшая магнитную проницаемость до значения m = 0, что в соответствии с (4.13) определяет значение L1 = L2 = 0.

Изложенное определяет необходимость применения в трансформаторе силового каскада ОПНО специальных магнитопроводов и выбора определен-

ных режимов работы, которые существенно отличаются от традиционных, ис-

пользуемых при проектировании классических трансформаторов тока или -на пряжения. По существу процессов трансформатор силового каскада ОПНО яв-

ляется многообмоточным сглаживающим дросселем. Поэтому в таких транс-

форматорах используются магнитные сердечники с воздушным зазором или специальные магнитопроводы с достаточно малой магнитной проницаемостью:

26