Управляемые однотактные преобразователи с прямым включением диода. Принципиальная схема, принцип действия.

Прямоходовой.

Временный диаграммы.

Принцип действия:

После прихода управляющего импульса транзистор открывается. Ток от входного источника протекает по первичной обмотке трансформатора и через транзистор. VD_p закрыт (т.к у него на катоде «+») VD₁ открыт, ток протекает по вторичной обмотке трансформатора через VD₁, дроссель, R_н, С. VD_к закрыт (т.к у него на катоже «+»). Энергия запасается в трансформаторе и дросселе. По окончанию управляющего импульса транзистор закрывается. На обмотках трансформатора и дросселя напряжение меняет полярность. Закрывается VD₁ и открывается VD_к.

Энергия запасенная в дросселе отдаётся через этот диод в нагрузку. Энергия запасённая в трансформаторе через открывшийся VD_p подзаряжает конденсатор С_р

 

27. Двухтактные преобразователи с выводом средней точки первичной обмотки трансформатора:

При переводе СУ транзистора VT1 в режим насыщения к первичной обмотке W11 трансформатора будет приложено напряжение источника U0. На зажимах вторичной обмотки W21 появится ЭДС E2 с полярностью, обеспечивающей открытие VD1. При этом на интервале открытого состояния VT1 все остальные диоды и транзистор VT2 будут закрыты.

Т.к. ЭДС E₂=U₀*n₂₁=U₀*W₂/W₁, то к обмотке дросселя L будет приложено напряжение, равное U₀*n₂₁-U_н. Под действием этого напряжения ток в обмотке L будет расти по линейному закону от минимума до максимума, соответствующего моменту времени t=γT, когда СУ переведет транзистор VT1 в закрытое состояние.

На этом интервале идет передача энергии в нагрузку, накопление энергии в дросселе и подзарядка C1. При этом напряжение, приложенное к закрытому транзистору VT2, оказывается равным 2U₀. При запирании VT1 меняется полярность ЭДС на зажимах всех обмоток трансформатора, что приводит к запиранию VD1 и открыванию VD3. В результате к обмотке L будет приложено напряжение, равное напряжению на нагрузке, и он будет отдавать ранее запасенную энергию в нагрузку и конденсатор C1 (пока ток дросселя будет больше тока нагрузки). При этом напряжение, приложенное к закрытым VT1 и VT2, оказывается равным напряжению источника U₀, т.к. трансформатор оказывается в режиме КЗ (при отключенной первичной обмотке от источника энергии).

В момент t/T=0.5 СУ открывает VT2, в результате чего первичная обмотка W₁₂ подключается к источнику. Это приводит к резкому росту тока в обмотках W₂₂ и W₁₂. В момент, когда ток в обмотке W₂₂ достигает значения тока дросселя L, начинается запирание VD3. На интервале 0.5T≤t≤(0.5+γ)T транзистор VT2 открыт и находится в режиме насыщения, а ток дросселя опять растет от минимума до максимума.

Регулировочная характеристика: Uн=2*n21* γ*U0

 

28. Полумостовой двухтактный преобразователь:

 

 

При переводе СУ, например, транзистора VT1 в режим насыщения напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора TV1, будет равно напряжению на C1. В результате ЭДС E2, полярность которой показана на рисунке, на зажимах вторичной обмотки будет равна U₀*n₂₁/2. При этом будут открыты диоды VD3 и VD6. Напряжение, приложенное к закрытому VT2, равное сумме напряжения на конденсаторе C2 и ЭДС первичной обмотки, будет равно напряжению U0. Для исключения интервалов, на которых оба транзистора открыты одновременно, длительности открытого состояния VT1 и VT2 должны мыть меньше половины периода преобразования энергии. На интервалах открытого состояния VT1 (VT2) осуществляется передача энергии в нагрузку и ее накопление в дросселе L1 и конденсаторе C3. Кривые тока коллектора транзисторов, тока дросселя L1, напряжения на входе фильтра L1C3 и напряжения на нагрузке по форме полностью совпадают с соответствующими кривыми пункта 27. На интервалах выключенного состояния транзисторов открыты все четыре диода выходного выпрямителя и через каждый из них протекает ток, равный половине тока дросселя, при этом напряжение, приложенное к закрытым транзисторам, равно U0/2.

Регулировочная характеристика: Uн=γ*U0*n21 (28.1)

Критическая индуктивность дросселя: (28.2)

29. Мостовой двухтактный преобразователь:

СУ обеспечивает синхронную коммутацию диагональных транзисторов (VT1 и VT4 на интервале первой половины периода, а затем VT2 и VT3 на интервале второй половины периода преобразования энергии). При этом на интервале открытого состояния любой пары диагональных транзисторов напряжение, приложенное к первичной обмотке TV1 и к каждому из закрытых транзисторов, в идеальном преобразователе равно напряжению источника энергии. В остальном работа мостового преобразователя при симметричном способе управления транзисторами подобна работе рассмотренных выше двухтактных преобразователей. Выражения 28.1 и 28.2 остаются справедливыми и для мостового преобразователя.

 

Конструкция трансформатора. Потери в трансформаторе:

1) Броневой тип:

Все обмотки на среднем стержне. У броневого сердечника меньше поток вращения, следовательно, меньше уровень помех.

Применяют цилиндрические и дисковые обмотки. При использовании дисковых меньше потерь в меди на высоких частотах.

 

 

2) Стержневой тип:

f_c > 400Гц – материал – феррит

f_c > 20кГц – материал – электротехническая сталь.

На каждом листе ставится каркас катушки, на котором ставится обмотка. На каждую из катушек наматывается половина первичной и половина вторичной обмоток. Соединяют последовательно или параллельно, чтобы намагничивающие силы обмоток совпадали по направлению обхода.

 

 

3) Тороидальный тип:

Обмотки располагаются по всей длине.

Преимущества: практически полная нечувствительность к внешним магнитным полям, минимальные габариты.

Потери в трансформаторе определяются потерями в проводах (в меди) и в сердечнике (в стали).

 

 

9. Автотрансформатор. Принцип действия. Преимущества и недостатки по сравнению с обычным трансформатором:

Одна обмотка. Вся (или часть) используется как первичная или вторичная.

Повышающий тип: в качестве вольтодобавки выступает вторичная обмотка.

 

Понижающий тип:

По сравнению с обычным, автотрансформатор имеет меньшие габариты, выше КПД.

Принципиальный недостаток: отсутствие гальванической развязки, из-за чего такой трансформатор не может осуществить защиту (нет выхода на «землю»).