8.2 Двотранзисторні пертворювачі напруги
Двотранзисторні перетворювачі напруги за способом збудження поділяються на два типи: з самозбудженням та з підсилювачем потужності.
Перетворювачі з самозбудженням використовуються для отримання низьких потужностей (до десятків ват). Оскільки найбільше розповсюдження отримали двохтактні схеми перетворювачів, то розглянемо їх будову і принцип роботи.
Перетворювач з самозбудженням (рис. 8.3) складається з трансформатора ТР1, магнітопровід якого виконано з магнітом’якого матеріалу з прямокутною петлею Гістерезиса (ферит, пермалой, альсифер), транзисторів VT1 і VT2, включених за схемою із спільним емітером, які працюють в ключовому режимі, випростовуючого моста на елементах VD1 - VD4 та конденсатора фільтра Сф. Трансформатор ТР1 має три обмотки: колекторну w1, базову wб (обмотка зворотнього зв’язку), вторинну w2.
При вмиканні напруги живлення Ек на резисторі R1, зашунтованому конденсатором С1 з’являється невелика змінна напруга (в межах 0.3 - 0.6 В), яка прикладається до баз транзисторів VT1 і VT2, спричиняючи відкривання якого -небудь з них. Припустимо, що в деякий момент часу відкритий транзистор VT1, тоді VT2 виявляється закритим. Через частину колекторної обмотки w1’ потече струм від джерела живлення, який спричинить поступове насичення магнітопроводу трансформатора і виникнення індукуючого струму в інших його обмотках.
Для надійного запуску перетворювача використовуються резистори R1 і R2.
На вторинній обмотці w2 з’явиться змінна напруга, яка випростується діодним мостом і прикладеться до навантаження Rн.
Рисунок 8.3 - Принципова електрична схема перетворювача постійної напруги з самозбудженням
В момент насичення осердя трансформатора ТР1 колекторний струм VT1 досягне максимального значення. В результаті дії додатнього зворотнього зв’язку напруга на всіх обмотках трансформатора різко зменшується і змінює свій знак. При цьому транзистор VT1 закривається, а VT2 - відкривається. Магнітопровід перемагнічується і всі процеси повторюються.
Напруга на вихідній обмотці w2 трансформатора ТР1 працюючого перетворювача має вид симетричних різнополярних прямокутних імпульсів, а на навантаженні Rн вона є постійною.
При перетворенні потужностей вищими за 10 Вт широке розповсюдження отримали перетворювачі з використанням підсилювача потужності, який керується від задаючого генератора. Як задаючий генератор можна використати перетворювач з самозбудженням, або інший потудний двохвихідний двополярний пристрій.
Перетворювачі з підсилювачем потужності використовуються, коли необхідно забезпечити високу стабільність вихідної напруги і частоти, а також незмінність форми кривої змінної напруги при зміні навантаження перетворювача.
Схема перетворювача на основі двохтактного підсилювача потужності наведена на рис. 8.4.
Рисунок 8.4 - Принципова електрична схема перетворювача постійної напруги з підсилювачем потужності
Перетворювач (рис. 8.4) складається з трансформаторів ТР1 та ТР2, транзисторів VT1 і VT2, та резистроа R1. Трансформатор ТР1 використовується як узгоджуючий між генератором збудження з вихідною напругою Ер і підсилювачем потужності. При подачі змінної напруги на ТР1 транзистори VT1 і VT2 перетворювача працюють почергово. На протязі першого напівперіода напруги Ер під дією керуючої напруги, отриманої за допомогою резистора R1 один з транзисторів, наприклад VT1 відкривається і знаходиться в насиченні, а транзистор VT2 в цей час закритий. На початку другого напівперіода транзистори перемикаються. Напруга живлення Ек при цьому почергово прикладається до обмоток w1’ і w1” трансформатора ТР2 , наводячи в його вторинній обмотці w2 ЕРС прямокутної форми, яка, в свою чергу, поступає в навантаження для подальшого випростання і фільтрації.
ККД двотранзисторних перетворювачів напруги значно вищий за ККД однотранзисторних і становить до 90%.
Габаритні розміри перетворювачів напруги головним чином залежать від розмірів трансформаторів. Розміри трансформаторів, в свою чергу, впливають на частоту перемикання транзисторів. Частота перемикання вихідних транзисторів вибирається, як правило, експериментально і знаходиться в межах 500 - 5000 Гц для осердь зі сталі і в межах 10000 - 50000 Гц для осердь з феритів [1, 2, 7].
Контрольні запитання до теми «ПЕРЕТВОРЮВАЧІ НАПРУГИ»
1. Що таке перетворювачі напруги і де вони використовуються?
2. Пояснити принцип дії однотранзисторного імпульсного джерела живлення.
3. Пояснити, як працює реальна схема імпульсного перетворювача.
4. Навести переваги та недоліки однотранзисторних імпульсних перетворювачів?
5. Як поділяються транзисторні перетворювачі за способом збудження.
6. Пояснити, як працює перетворювач з самозбудженням.
7. Які переваги та недоліки транзисторного перетворювача з самозбудженням?
8. Пояснити, як працює перетворювач постійної напруги з підсилювачем потужності?
9. Які переваги та недоліки транзисторного перетворювача постійної напруги з підсилювачем потужності?
10. На яких частотах використовується той чи інший тип перетворювача?
11. У якої зі схем перетворювача вищий ККД?