6.4. Однотактный преобразователь напряжения

с обратным включением диода (ОПНО)

Однотактный преобразователь с обратным включением выпрямительного диода (рис.10) схемотехнически наиболее прост. Он представляет собой фактически импульсный стабилизатор с последовательным транзистором и параллельным дросселем, причем дроссель L выполнен двухобмоточным и обозначен на рис.10 как трансформатор Т1, что обеспечивает гальваническую развязку нагрузки от первичной сети.

U_н

Рисунок 10. Однотактный преобразователь напряжения с обратным включением диода

Положительные импульсы напряжения управления Uу длительностью tи отпирают, а отрицательные длительностью Т - tи запирают силовой транзистор VT1 (рис.11). Открытый транзистор оказывается в режиме насыщения и пропускает через себя как обратный ток диода, пересчитанный в первичную обмотку, так и ток заряда дросселя, проходящий от источника Uвх через первичную обмотку дросселя W1 (рис.11,а,б).

При запирании транзистора отрицательным управляющим импульсом напряжение, индуцируемое магнитным потоком на обмотках дросселя, меняет знак и начинает быстро нарастать по абсолютному значению. Когда напряжение на обмотке W2 достигнет значения Uн, отпирается выпрямительный диод VD1. Накопительный конденсатор Сн, заряжаясь, замедляет дальнейший рост индуцируемого напряжения. Таким образом, напряжение на обмотке дросселя W1 во время его разряда через диод VD1 оказывается равным — Uн W1/W2.

Если индуктивность вторичной обмотки трансформатора L₂ больше критической, то выходное напряжение преобразователя можно определить из условия равенства нулю среднего напряжения на дросселе

Uвх·tи = Uн (Т- tи) W1/W2

Обозначив коэффициент заполнения как tи/Т=Кз и преобразовав последнее выражение, найдем

Uн=Uвх(W2/ W1)Кз/(1-Кз)

Зависимость выходного напряжения oт длительности импульса tи позволяет регулировать его значение и, следовательно, построить на основе однотактного преобразователя стабилизированный преобразователь. Как и в стабилизаторе напряжения с параллельным дросселем, максимальное значение напряжения на нагрузке Uн реально не равно бесконечности при Кз →1, потому что ограничивается сопротивлением потерь в преобразователе. Возрастания выходного напряжения на холостом ходу стремятся избежать, для чего используют добавочную неотключаемую нагрузку.

Напряжение на закрытом транзисторе складывается из напряжения на входе преобразователя Uвх и индуцируемого магнитным потоком напряжения на обмотке дросселя-трансформатора W1 (рис.11 г):

Uкэ=Uвх+Uн W1/W2=Uвх/(1-Кз)

При индуктивности дросселя, много большей критического значения, ток коллектора транзистора по форме близок к прямоугольному:

Iк=(W2/ W1)Iн/(1-Кз)=Iпср/(1-Кз)

где Iпср - средний ток, потребляемый преобразователем.

Произведение Uкэ•Iк в таком преобразователе обратно пропорционально Кз•(1-Кз) и, следовательно, имеет минимум при Кз =0,5. Этому минимуму соответствует наименьшая установочная мощность транзистора однотактного преобразователя напряжения с обратным включением диода.

Если выбрать индуктивность дросселя меньше критической, то ток дросселя приобретает треугольную форму (пунктирные линии на рис.11,б,в) и в рассматриваемом преобразователе для отпирания силового транзистора возникнут благоприятные условия. Транзистор будет включаться при нулевом токе и запертом выпрямительном диоде. Поэтому коммутационные выбросы тока коллектора в таком режиме не возникают. Но из-за больших пульсаций тока этот режим в традиционных схемах пробразователей не используется.

• Расчет силовой части

Исходные данные при питании схемы от шин постоянного тока ЭПУ:

- напряжения питания (известны из предыдущих расчетов)

, (В) ,

,( В) ,( В),

- выходное напряжение U н (В),

- ток нагрузки Iн, (A);

- частота преобразования fк,( Гц);

- коэффициент пульсаций выходного напряжения Кпул,( %).