. Однотактний DC-DC перетворювач з ідеальним трансформатором.
. 1 Принципова особливість роботи однотактного прямоходовій перетворювача
Замінимо ідеальний трансформатор в схемі рис. 5 реальним, виконаним з використанням феррімагнітном сердечника. Нехтуючи поки індуктивностями розсіювання обмоток, уявімо схему заміщення такого трансформатора, як показано на рис. 6, де індуктивність намагнічування L ? наведена до первинної обмотки.
В інтервалі імпульсу через індуктивність намагнічування трансформатора проходить струм від джерела U вх через ключ К. Після розмикання ключа струм намагнічування (i ?) повинен проходити через L ?, не змінюючи свого напряму. При цьому в схемі створюється ситуація, коли струм i ? не може пройти ні через первинну ланцюг, оскільки разомкнут ключ К, ні через вторинну - через те, що діод D1 замкнений. Розглянуте стан роботи схеми, коли немає можливості передати енергію, накопичену в індуктивності L ? в інтервалі імпульсу, що є надзвичайно небезпечним, що призводить до великих перенапряжениям на електронних елементах і до швидкого виходу з ладу. Зрозуміло, що Прблема зводиться до знаходження шляху, по якому енергія індуктивності L ? буде передана в інтервалі паузи (t п) в інші елементи перетворювача. Якщо дана проблема вирішується, напруга на обмотках трансформатора, ключі і діод схеми фіксуються або клампіруются (скріплюються).
Рис. 6. Схема заміщення трансформатора з індуктивністю намагнічування, наведеної до первинної обмотки.
Оскільки обмеження напруги на транзисторах або діодах вихідних каскадів є спільним завданням перетворювальної техніки, розглянемо на прикладі однотактного прямоходового перетворювача (далі ОПП) можливі шляхи її вирішення:
. Поглинання енергії, накопиченої в індуктивності L ?, в стабилитроне.
На рис. 6 показана схема ОП П, в якій паралельно первинній обмотці трансформатора W 1 включені діод D3 і стабілітрон С т. ВАХ стабілітрона показана на рис. 7, де U ст, I ст - напруга на стабілітроні і струм, що проходить через нього від катода до анода, U стаб - напруга стабілізації, I ст min - мінімальний струм стабілізації. Після замикання ключа, виконаного на польовому транзисторі Т, струм намагнічування i ? трансформатора замикається через стабілітрон С т і діод D3. Одночасно із замиканням ключа закривається діод D1 і відкривається діод D2, що дозволяє проходити току i L. За час паузи струм i ? повинен зменшитися до нуля і на кривій перемагнічування осердя робоча точка повинна повернутися в положення, де індукція дорівнює В r. Час проходження струму i ? через стабілітрон назвемо часом повернення t в (мається на увазі повернення робочої точки в початковий стан, в якому індукція дорівнює В r) Траєкторія руху робочої точки по кривій ВН показана на рис. 8, а діаграма напруги на обмотці W 1 трансформатора - на рис. 9.
Рис. 6. ОПП зі стабілітроном в первинному ланцюзі трансформатора.
Рис. 7. ВАХ стабілітрона
Рис. 8. Траєкторія руху робочої точки по кривій перемагнічування на обмотці W 1 трансформатора.
Рис. 9. Діаграма напруги сердечника трансформатора.
Оскільки пряме падіння напруги на діод D3 набагато менше напруги стабілізації, можна вважати, що на інтервалі t в до обмотки W 1 докладено негативне напруга -U стаб. Середня напруга на обмотці W 1 за період, так само як середнє напруга на обмотці W 2 повинна дорівнювати нулю, іншими словами, площі, відмічені на рис 9 знаками «+» і «-», повинні бути рівні. Якщо цього не відбувається, тобто на обмотці W 1 існує середнє (постійне) напруга за період не рівне нулю, робоча точка на кривій ВН (рис 8) не встигатиме повертатися у вихідне положення 1 і з кожним циклом роботи ключа все далі буде йти вправо від точки 2. Очевидно, що струм намагнічування трансформатора буде при цьому необмежено зростати, що призведе до виходу з ладу перетворювача.
Зі сказаного вище можна отримати умова, при якому не буде відбуватися неприпустимого намагнічування сердечника трансформатора:
U вх D max lt; U стаб (1-D max) (1)
звідки:
U стаб gt; U вх D max/(1-D max) (2)
При виконанні останнього умови і D lt; D max час повернення t в буде менше інтервалу паузи t п.
Максимальна напруга на замкненому ключі дорівнює U вх + U стаб, що необхідно враховувати при виборі транзистора.
Потужність, що розсіюється в стабілітроні, погіршує ККД і пов'язані з ним технічні характеристики пристрою.
. Передача енергії, накопиченої в індуктивності L...
