Двотактний перетворювач напруги (ДПН) з середньою точкою

 

Принципова схема ДПН наведена на рисунку 5.2, а діаграми роботи – на рисунку 5.3 [3, 14].

ДПН складається з інвертора (трансформатор ТР1, резистори R1, R2, транзистори VT1, VT2, трансформатор Тр2), випрямляча (діоди VD1, VD2) та фільтра (дросель L1, конденсатор Сн, діод VD3).

 

 

Рисунок 5.2 – Схема електрична принципова

двотактного перетворювача напруги з середньою точкою

 

Дві первинні напівобмотки силового трансформатора W21, W22 з’єднані з колекторами силових транзисторів VT1, VT2 інвертора. Первинне джерело живлення  увімкнене між емітерами транзисторів і середньою точкою напівобмоток. Транзистори по черзі відкриваються напругою керування Uкер (рисунок 5.3), яка подається через вхідний трансформатор ТР1.

Якщо до вторинних обмоток трансформатора Тр2 підімкнути не випрямляч, а навантаження, то отримаємо інвертор за схемою з середньою точкою.

Силові ключі VТ1 та VТ2 відкриваються протифазними імпульсами на проміжки часу t1 та t2 (t1 = t2). Період імпульсів керування Т (рисунок 5.3).

При відкритому транзисторі VТ1 відкривається випрямляючий діод VD1. Струм, значення якого визначається у тому числі і коефіцієнтом трансформації трансформатора Тр2, , та індуктивністю дроселя L1 через діод VD1, надходить до навантаження і одночасно заряджає конденсатор Сн. Струми колектора VТ1 та дроселя в часі зростають. У кінці імпульсу струм досягає значення . Позитивний та негативний керуючі імпульси розділені паузою, під час якої обидва транзистори закриті. Напруга на навантаженні під час паузи підтримується струмом розряду дроселя, який протікає по колу: L1, Rн||Сн, діод VD3.

 

 

Рисунок 5.3 – Часові діаграми роботи 

двотактного перетворювача напруги з середньою точкою

 

Якщо час розряду дроселя менший паузи між імпульсами, то такий режим ДПН називають режимом переривистих струмів. В противному випадку має місце режим неперервних струмів. При неперервних струмах в спостерігаються великі комутаційні струми. Тому для зменшення комутаційних втрат доцільним є режим переривистих струмів. Однак у цьому випадку для підтримання пульсацій випрямленої напруги на встановленому рівні потрібно збільшувати ємність, а відповідно масу та розміри конденсатора фільтра.

Комутаційні втрати стають істотними зі збільшенням частоти комутації , так як більшу частину часу у пристрої можуть відбуватися перехідні процеси.

Струм дроселя у режимі неперервних струмів зменшується на протязі паузи від значення  до .

Після закінчення паузи відкривається транзистор VТ2, і струм у навантаження надходить через діод VD2.

Діод VD3, який замикає в схемі коло розряду дроселя, може бути відсутнім. У такому випадку розрядний струм буде протікати через обмотки  та діоди VD1, VD2. Але це призведе до додаткових втрат потужності на обмотках трансформатора Тр2 і зменшить ККД перетворювача.

Наявність паузи між імпульсами виключає режим одночасного протікання струму через транзистори VТ1 та VТ2, тобто виключає режим короткого замикання первинної обмотки трансформатора Тр2.

Максимальне значення напруги на переході колектор-емітер закритого транзистора складає:

                          ,                          (5.1)

 

де  – напруга, яка наводиться в обмотці, що підімкнена до колектора закритого транзистора, струмом, який протікає в іншій обмотці. Кількість витків у обмотках  однакова.