Принципиальная схема с прямым включением диода

 

При подаче на вход транзистора положительного перепада, он открывается и первичная обмотка трансформатора оказывается под напряжением (если пренебречь падением напряжения  открытого транзистора).

При этом на вторичной обмотке трансформатора возникнет напряжение

Здесь  – число витков первичной и вторичной обмоток.

Это напряжение заряжает конденсатор С.

При подаче на вход транзистора отрицательного перепада, он закрывается. Первичная обмотка трансформатора отключается от общего провода и напряжение на ней изменяется на .

Также на  изменяется напряжение на вторичной обмотке, диод VD1 запирается и конденсатор С начинает разряжаться через сопротивление нагрузки .

Поскольку во время действия положительного перепада к первичной обмотке приложено постоянное напряжение, в обмотке нарастает ток и накапливается энергия.

 Дополнительная обмотка L3 и диод VD2 позволяют возвратить эту энергию в источник питания (произвести рекуперацию энергии).

При поступлении энергии в нагрузку диод VD2 закрыт и не влияет на работу схемы. Когда же полярность на первичной обмотке изменяется на , диод VD2 открывается, дополнительная обмотка L3 оказывается подключенной параллельно источнику питания и практически вся энергия из первичной обмотки возвращается в источник питания.

При закрытом транзисторе имеют место следующие соотношения.

Преимущества схемы:

1. через L ₁ протекает существенно меньший I, следовательно, габариты трансформатора можно уменьшить;

2. КПД выше, так как возможна рекуперация с помощью обмотки L ₃.

 

Двухтактные преобразователи напряжения

Схема двухтактного преобразователя напряжения

С внешним возбуждением

В исходном состоянии на базу VT1 и VT2 подается 0 потенциал, оба транзистора закрыты. На вход подаются импульсы U_вх.

∆t – защитный интервал t3-t2.

Транзисторы поочередно в режиме насыщения. Из насыщения в режим отсечки нельзя перейти мгновенно.

За t_расс транзистор переходит из одного режима в другой.

 

Для исключения эффекта «обратных токов». Существует время перехода для рассасывания избыточных разрядов.

Транзисторные инверторы используются на мощности до 500 Вт. При уменьшении мощности до 50 Вт используют инверторы самовозбуждения.

Принципиальная схема инвертора самовозбуждения:

 

В момент включения U_пит на базе транзистора возникает потенциал

Так как К _I у транзисторов разные, то ток первого из них будет больше, чем ток другого.

Разностный ток создает магнитный поток в первичной обмотке сердечника: , где Ф₂ - поток, который создает коллекторный ток VT 2.

Для самовозбуждения должно выполняться условие баланса фаз и амплитуд.

Условие баланса амплитуд:

К – коэффициент усиления; β – коэффициент образа связи

S – крутизна транзистора

 - условие баланса амплитуд, где  - температурный потенциал.

Работа схемы:

Схема называется схемой с насыщающимся сердечником.

Броски тока уменьшают КПД преобразователя (используются до 50 Вт).

_, где S – площадь сердечника, W₁ – число витков в первичной обмотке.

Магнитная индукция сердечника меняется от – Bs до + Bs (t ₀ - t ₂), тогда

, где Bs – магнитная индукция, соответствующая началу участка насыщения.

, если R₁ зашунтировать, то I_б возрастет:

Было бы то же самое, если включить C_бл на R₂:

Однотактная схема транзистора с насыщенным сердечником получается из схемы, если убрать одно плечо. В однотактной схеме усиление возбуждения получается хуже, и на базу надо подавать большое напряжение. В одноактном преобразователе протекает большой постоянный ток через обмотку трансформатора, поэтому мощность таких инверторов делают не больше, чем на 1-2 Вт.

В двухтактном преобразователе при той же мощности сердечник будет меньше. В этих схемах отсутствует ток подмагничивания.

При мощностях больше 100 Вт используют тиристорные инверторы.

    Тиристорный инвертор со средней точкой:

Пусть включен VD 1, следовательно, ток идет через W _11, С заряжается: W₁₁=E_п-U_VD1≈E_п.

Затем подаем отпирающий импульс на VD 2: VD 2 открывается, а к VD 1 приложено напряжение на С: U_c = 2·Еп, VD 1 закроется и ток потечет через W ₁₂, конденсатор перезарядится. Когда VD 1 откроется, процедура повторится.

Так как тиристоры имеют мощность большую, чем транзистор, следовательно, на таких преобразователях можно получить мощность единицы-десятки кВт.

Конденсатор С должен выбираться из условия: