ВАРИАНТЫ СХЕМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Три конфигурации импульсных источников питания показаны на рис. 1. Эти структуры позволяют управлять большими мощностями по сравнению с одноключевыми, так как большую часть времени один из транзисторов всегда находится во включенном состоянии, поставляя ток в нагрузку. Все три конфигурации обеспечивают изоляцию входного от выходного напряжений с помощью мощного трансформатора и могут повышать и понижать выходное напряжение с помощью трансформатора.

Двухтактная структура. На рис. 1, а показана двухтактная конфигурация импульсного источника питания, представляющая собой простую схему, способную отдавать большую мощность. Выход в виде серии положительных и отрицательных прямоугольных импульсов выпрямляется с помощью диодов, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора. Столь же легко могла бы быть использована на выходе вторичная обмотка без средней точки с двухполупериодным мостовым выпрямителем. Когда транзистор Т1 включен, ток течет через ту половину первичной обмотки трансформатора, которая присоединена к коллектору T1. При этом автотрансформаторный эффект обмотки Тр вызывает появление на коллекторе T2 напряжения, равного 2Ukk. Когда транзистор T2 включается, а Т1 выключается, транзистор Т2. задает ток в другую половину первичной обмотки Тр и в нагрузку за счет трансформаторного эффекта. 

Рис. 1. Схемы двухтактных импульсных источников питания. а - двухтактная схема; б - полумостовая схема; в - мостовая схема. 

Если транзистор Т2 включится в тот момент, когда потенциал базы T1 только приближается к потенциалу земли (т. е. изменяется в отрицательном направлении, но еще положителен), то через коллектор T1 при Uкэтi, равном 2Uкк, будет проходить ток до тех пор, пока не истечет время задержки срабатывания Т1. То же самое происходит, если Т2 отключается как раз тогда, когда T1 включается. Рассеиваемая мощность в течение времени задержки срабатывания .транзисторов (Ррасс = 2Uкк*Iк) очень велика, и это может привести к потере надежности или к необходимости применения чрезмерно мощных транзисторов Т1 и Т2. Большинство систем управления двухтактными преобразователями предусматривает введение так называемого мертвого времени, равного времени выключения транзисторов, между моментом приложения напряжения отключения транзистора, находящегося во включенном состоянии, и моментом приложения напряжения включения к базе отключенного транзистора. Это мертвое время в значительной степени улучшает надежность двухтактного преобразователя.

Другая проблема, возникающая в двухтактном преобразователе, заключается в том, что по первичной обмотке Тр начинает течь небольшой постоянный ток, когда время включенного состояния транзисторов в каждом полупериоде неодинаково или когда напряжения насыщения двух транзисторов недостаточно близки друг к другу. Это может привести к насыщению трансформатора, что в свою очередь приводит к сгоранию выходных транзисторов ИС. Транзисторы T1 и Т2 двухтактных преобразователей должны быть строго симметричны по таким параметрам как tr, Uкэ нас и Iк, где tr - время выключения (в основном рассасывания неосновных носителей в базе).

Полумостовая структура. Полумостовая схема показана на рис. 1,б. Для накопления энергии в полумостовой схеме используются два конденсатора одинаковой емкости. На выходной трансформатор полумостовой схемы задается напряжение переменной полярности, изменяющейся каждый полупериод. Поэтому здесь не возникают проблемы симметрирования, столь существенной для двухтактных схем. Транзисторы T1 и Т2 попеременно подсоединяют первичную обмотку Тр к земле и Uвх. Напряжение на трансформаторе равно 0,5Uвх, когда T1 включен, и Uвх-0,5Uвх = 0,5Uвx, когда T2 включен, так как каждый конденсатор заряжается до 0,5Uвх. Мощность, снимаемая с полумостовой схемы, составляет 0,5Uвх*Iк. Поэтому при заданном значении Uвх для получения большей мощности ток Iк должен быть большим. Падение напряжения на транзисторах T1 и Т2 в отключенном состоянии составляет только Uвх.

Необходим некоторый промежуток времени - мертвое время - между выключением одного транзистора и включением другого, ибо в противном случае ток, протекающий через отключаемый транзистор, в течение времени задержки выключения ничем не будет ограничен.

Диоды Д1 обеспечивают ограничение напряжения, индуцируемого в первичной обмотке Тр1, когда и Т1, и T2 отключаются (как это имеет место в период мертвого времени или выше при ШИМ). Исчезающее магнитное поле может вызвать появление на первичной обмотке перенапряжения положительной или отрицательной полярности, которое будет приложено к транзистору T1 или T2. Диоды Д1 ограничивают величину напряжения на первичной обмотке в этом случае либо на уровне Uвх, либо на уровне потенциала земли. Эти диоды называются защитными диодами.

Мостовая структура. Мостовая схема, показанная на рис. 1,в, может отдавать такую же мощность, как и полумостовая, но при половинном значении тока коллектора, или такую же, как двухтактная, но при половинном значении напряжения для каждого транзистора. Транзисторы включаются парами. Так, транзисторы T1 и Т2 обеспечивают один полупериод выхода и T2 и T4-другой. Если используется ШИМ, то необходимы защитные диоды. Для мостового преобразователя необходимо предусмотреть мертвое время по той же причине, что и для полумостового. Мостовой преобразователь требует на два транзистора больше, чем полумостовой или двухтактный, и сложнее в управлении.

Но, если нет хороших транзисторов рассчитанных на напряжение больше 700 В, то мост - единственный выход для мощного преобразователя.

Л. Фолкенберри "Применение операционных усилителей и линейных ИС"

  Назад