Однотактные инверторы

Устройство для преобразования постоянного напряжения одной величины U_о1, постоянное напряжение другой, U_о2 может быть построено по структурной схеме на рисунке 2.70.

Рисунок 2.70- Структурная схема простейшего преобразователя

напряжения

Структурная схема состоит из переключающего прибора ПП, трансформатора Тр, цепи управления У переключающим прибором и выпрямителем В. В качестве переключающего прибора применяется транзистор в ключевом режиме. Трансформатор позволяет получить преобразованное напряжение требуемой величины и гальванически развязать первичный источник с напряжением U_о1 с нагрузкой.

Цепь управления определяет способ создания или возбуждения колебаний в преобразователе. Устройство без выпрямителя представляет собой инвертор. По способу возбуждения инверторы подразделяются на инверторы с самовозбуждением (называемые автогенераторы) и инверторы с независимым возбуждением (усилители мощности).

Инверторы однотактные называются потому, что электрическая энергия передается на выход преобразователя в течение одной части периода преобразования. На рисунке 2.71 представлена на схема преобразователя с инвертором самовозбуждения на одном транзисторе (однотактная схема).

Принцип работы преобразователя заключается в следующем. Поскольку инвертор является автогенератором, то управляющее напряжение на базу транзистора не подается извне, а снимается с обмотки 3 трансформатора TV. Эту

обмотку называют обмоткой обратной связи. Чтобы автогенератор возбудился

(т.е. начал создавать колебания), нужно выполнить два условия самовозбуждения.

Первое условие носит название «условие баланса фаз» и заключается в том, чтобы с базовой обмотки трансформатора (обмотки обратной связи) снималось напряжение в противофазе с напряжением на коллекторе транзистора.

а - однотактная схема;

б - выходная вольт- амперная характеристика транзистора

Рисунок 2.71 - Принципиальная схема однотактного прямоходового

преобразователя напряжения

Второе условие – условие баланса амплитуд - заключается в том, чтобы напряжение обратной связи было не меньше определенной величины. Эти условия выполняются при соответствующем подключении выводов базовой обмотки, намотанной с определенным числом витков.

При включения источника первичного питания U_о1, транзистора VT закрыт и рабочая точка транзистора находится на нагрузочной характеристике в точке В. В цепях базы и коллектора будет протекать очень маленький по величине ток базы I_бо и ток коллектора I_к. Так как в коллекторной цепи включена индуктивность (обмотка 1 трансформатора), то ток I_к нарастает не мгновенно, а по определенному закону, который с некоторыми допущениями можно считать линейным.

I_к= (U_о1/L₁)·t, (2.67)

Ток I_к протекая по обмотке 1 трансформатора TV создает а обмотке 1 магнитное поток, который пронизывает обмотки трансформатора и создает на отмотках трансформатора ЕДС. На базе транзистора VT создается отрицательный потенциал относительно эмиттера. Ток базы возрастает, что

вновь увеличивает коллекторный ток до тех пор, пока не наступит режим насыщения транзистора, т.е. пока I_к не станет равным I_б·h_21э. На вольт-амперной характеристике рабочая точка из положения В перемещается в точку А. При этом падение напряжение между коллектором и эмиттером резко уменьшается и составляет (0,3…0,8)В для различных типов транзистора и все почти напряжение U_о1 прикладывается к обмотке 1 трансформатора.

При прекращении роста I_к нарастание магнитного потока в сердечнике трансформатора прекращается, что приводит к уменьшению ЭДС в обмотках трансформатора. Это уменьшает ток базы и, как следствие, коллекторный ток. Уменьшение тока сопровождается изменением направления магнитного потока. Поток уменьшается до нуля, следовательно, ЭДС в базовой обмотке меняет знак. Этот процесс носит лавинообразный характер и приводит к быстрому запиранию транзистора. Рабочая точка положения А перемещается в точку В. Для уменьшения потерь в транзисторе ток коллектора при переходе транзистора из состояния «открыт» в состояние «закрыт» должен изменяться не по прямой АВ, а по кривой АБВ, причем время перехода должно быть меньше.

Это можно добиться с применением в трансформаторе сердечника с прямоугольной петлей гистерезиса, благодаря чему форма колебаний, создаваемых инвертором, становится близкой к прямоугольной.

Когда транзистор находится в насыщенном состоянии, происходит накопление энергии в трансформаторе, когда транзистор переходит в режим запирания, энергия запасенная в трансформаторе через открытый диод VD о поступает в нагрузку R_н.

Однотактные преобразователи целесообразно применять в цепях, где требуются высокие постоянные напряжения и малые токи. Применяются однотактные преобразователи на мощность до 100 Вт.

Дата добавления: 2014-01-04