7. Импульсные преобразователи с гальванической развязкой. Однотактные.

В импульсных преобразователях, работающих от сети переменного тока, необходимо использовать трансформаторы для гальванической развязки нагрузки от сети. В ряде случаев такая развязка необходима для обеспечения электробезопасности.

В однотактных преобразователях энергия передается на выход только в течение одного такта полного цикла преобразования.

Простейшая схема прямо ходового преобразователя. Первичная цепь преобразователя содержит ключ K и трансформатор. Вторичная цепь образована вторичной обмоткой трансформатора, диодами и , дросселем, сглаживающим трансформатором и сопротивлением нагрузки.

Ключ в первичной цепи периодически замыкается и размыкается. Управление ключом осуществляется с помощью управляющих импульсов.

1. На интервале 0 − ключ замкнут. При этом диод открыт, а v закрыт. Ток замыкается через вторичную обмотку трансформатора, дроссель L, конденсатор С и сопротивление нагрузки .

2. В момент ключ размыкается. Напряжение обмоток трансформатора изменяет полярность на обратную. За счет этого диод закрывается, а открывается. Во вторичной цепи ток замыкается в контуре, образованном диодом , дросселем L, конденсатором С и сопротивлением нагрузки .

*D - напряжение на выходе, где – коэффициент заполнения импульсов, число витков первичной и вторичной обмоток. Изменяя коэффициент заполнения импульсов, мы можем регулировать величину выходного напряжения.

Заметим, что передача энергии в нагрузку происходит только на интервале 0 − , когда ключ замкнут. Поэтому преобразователь называется однотактным прямо ходовым.

В реальной схеме наличие тока намагничивания приведет к резкому возрастанию напряжения на зажимах ключа при его размыкании. Поэтому простейшую схему необходимо изменить так, чтобы была возможность передать энергию, накопленную в индуктивности намагничивания, в источник либо в нагрузку, если трансформатор не идеальный.

Два варианта:

1. Добавим стабилитрон и диод в левую цепь.

После запирания ключа ток намагничивания замыкается через диод и стабилитрон. За интервал времени, в течение которого ключ разомкнут, ток намагничивания должен уменьшиться до нуля. В противном случае сердечник трансформатора будет намагничиваться все больше с каждым циклом работы ключа, но сердечник трансформатора будет успевать полностью размагничиваться при выполнении условия:

Энергия, рассеиваемая в стабилитроне за один цикл преобразования:

Энергия, рассеиваемая в стабилитроне, ухудшает КПД преобразователя. Из последнего выражения следует, что для уменьшения потерь энергии необходимо увеличивать индуктивность намагничивания Lµ.

2. Передача накопленной энергии источнику обратно.

Для передачи энергии, накопленной в сердечнике трансформатора, служит последовательная цепь, образованная дополнительной обмоткой и диодом . Число витков дополнительной обмотки равно . Ее часто называют восстанавливающей.

На первом интервале 0 − ключ замкнут. Диод закрыт, и схема работает так же, как простейший преобразователь. При размыкании ключ на втором интервале в дополнительной обмотке индуктируется ЭДС, диод открывается, и ток замыкается в контуре, образованном восстанавливающей обмоткой, диодом и источником E. Большая часть энергии, накопленной в сердечнике на первом интервале, возвращается источнику

Размагничивание сердечника трансформатора происходит путём добавления в сам трансформатор зазора между сердечником и катушками в 0.1-0.2 мм. В зазоре нет ферромагнитного материала, там нечему намагничиваться, так что там магнитное поле сразу же спадет, как только уменьшается ток через катушку.