Обратноходовой преобразователь

Основная схема, по который выполнены многие маломощные импульсные стабилизаторы, - это обратноходовой преобразователь, показанный нарис. 8.6.

Рис.8.6. Схема однотактного обратноходового преобразователя.

Эта схема преобразует одно постоянное напряжение в другое, регулируя выходное напряжение посредством либо широтно-импульсной модуляции (ШИМ), либо частотно-импульсной модуляции (ЧИМ). В обратноходовом преобразователе длительность открытого состояния транзисторного ключа VT больше длительности закрытого состояния для того, чтобы большее количество энергии было запасено в трансформаторе и передано в нагрузку.

Обратноходовой преобразователь работает следующим образом. Ключевой транзистор VT, управляется схемой ШИМ-модулятора. Когда VT открыт, ток в первичной обмотке трансформатора линейно увеличивается. В это время к диоду вторичной обмотки приложено запирающее напряжение и он закрыт. Когда транзистор VT закрывается, магнитный поток в сердечнике трансформатора начинает уменьшаться, полярность напряжения на вторичной обмотке изменяется и открывает диод VD. Это вызывает ток I₂, текущий в цепи вторичной обмотки. Ток I₂ заряжает конденсатор С, сглаживающий пульсации выходного напряжения. Нарис.8.7 показаны импульсы токов I₁ и I₂ во время включенного и выключенного состояний ключевого транзистора. Ток I₁, течет во время включенного состояния, а ток I₂ во время выключенного и поддерживает постоянное напряжение на конденсаторе С.

Рис.8.7. Формы токов и напряжений для обратноходового преобразователя.

Трансформатор в схеме обратноходового преобразователя фактически является дросселем с вторичной обмоткой и. в отличие от обычного трансформатора, накапливает в себе существенную энергию.

Сигнал обратной связи для управления модулятором может сниматься либо с выходной обмотки через цепь гальванической развязки, либо с дополнительной обмотки.

Выходное напряжение такого преобразователя определяется формулой

,

где I_1.max – максимальный ток первичной обмотки трансформатора; I₂ – постоянный ток вторичной обмотки трансформатора; w₁, w₂ – число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора;

Длительности импульса и паузы определяются исходя из максимального тока первичной обмотки и индуктивностей первичной и вторичной обмоток:

,

.

Коэффициент заполнения можно определить из выражения

.

Здесь L₁, L₂ – индуктивности первичной и вторичной обмоток трансформатора; f_п – частота преобразования.

Максимальный ток первичной обмотки определяется требуемой выходной мощностью и может быть вычислен по формуле

,

где - КПД преобразователя.

При выборе регулирующего транзистора необходимо учитывать максимальное напряжение коллектор-эмиттер, определяемое соотношением

.

Данная формула не учитывает индуктивного броска напряжения при запирании транзистора. Для защиты транзистора от пробоя следует использовать различные блокирующие щепи.

Если выходная нагрузка увеличивается, необходимо только увеличить длительность включенного состояния транзистора VT, во время которого ток I₁, достигнет более высокого значения, что создаст в результате больший ток I₂: во вторичной обмотке во время выключенного состояния и, наоборот, при уменьшении нагрузки, ток I₂ уменьшает свое значение.

Осциллограммы на рис.8.7 показывают, что протекающий через первичную обмотку ток несимметричен. Вследствие этого трансформатор подмагничивается постоянной составляющей тока, что требует увеличения его габаритов. Для устранения подмагинчивания сердечник трансформатора должен выполнятся с воздушным зазором. Другим способом является перемагничивание трансформатора за счет включения параллельно одной из обмоток, например первичной, блокировочного конденсатора . При этом, когда транзистор закрывается конденсатор разряжается через первичную обмотку, перемагничивая сердечник током разряда.

Если выходное напряжение сравнить с опорным напряжением, а полученной разностью управлять ШИМ-модулятором, получается замкнутая петля обратной связи, а схема автоматически будет сохранять постоянное значение выходного напряжения.

Занятие 8