Однофазні некеровані випрямлячі та згладжуючі фільтри

Полярність під'єднання обмоток трансформатора ТV така, що при відкритому транзисторі діод закритий і навантаження від'єднане від перетворювача. При цьому відбувається зростання енергії магнітного поля трансформатора. У наступний момент роботи блокінг-генератора, коли транзистор починає закриватися, полярність напруги на всіх обмотках трансформатора змінюється на зворотну, діод відкривається і накопичена енергія передається у навантаження.

Позитивною рисою такого перетворювача є простота схеми та надійність. Суттєвим недоліком цієї схеми є те, що трансформатор в ній працює з підмагнічуванням, що суттєво збільшує втрати у ньому. Крім того, цей перетворювач має підвищений рівень пульсацій напруги на навантаженні і тому знаходить обмежене застосування. Інший різновид однотактного перетворювача поданий на рис. 6. У цьому перетворювачі частота перетворення визначається схемою керування, з якої керуюча напруга UК подається у транзистор, що працює у ключовому режимі. Транзистор підключає трансформатор до джерела постійної напруги U0 на час тривалості імпульса ф і відключає його на час паузи (Т-ф). При відкритому транзисторі відбувається накопичення енергії магнітного поля у трансформаторі, яка під час паузи віддається у навантаження. Перевагами порівняно з попереднім варіантом є вища стабільність частоти перетворення та можливість її регулювання, недоліком є більша складність схеми.

Двотактні перетворювачі напруги мають два транзистори і трансформатор. Вони виконуються симетричними відносно джерела живлення. Простіша схема двотактного перетворювача (схема Ройєра) подана на рис.7.

Вона являє собою перетворювач з трансформатором, магнітопровід якого досягає режима насичення, та двома транзисторами VT1 i VT2, які почергово підключають джерело постійної напруги UI до первинних обмоток трансформатора ТV. Базові кола транзисторів під'єднані до обмоток зворотного зв'язку WB та WB' через резистори RB, а навантаження під'єднане до вихідної обмотки W2.

При підключенні напруги живлення UI струм через один з транзисторів, наприклад, VT1, через розкид параметрів виявиться більшим, ніж струм через транзистор VT2. Вихідною робочою точкою для магнітопровода трансформатора буде точка 1 (рис.8). Результуючий струм, що протікає по первинній обмотці трансформатора, індукує у всіх його обмотках ЕРС, полярність якої визначається напрямком струму колектора VT1. Тому з обмотки позитивного зворотного зв'язку WB на базу транзистора VT1 подається мінус. Транзистор повністю відкривається і переходить у режим насичення. На базу транзистора VT2 подається плюс, транзистор повністю закривається і переходить у режим відсічки. Починається поступовий процес формування прямокутного імпульса вихідної напруги (ділянка 1 - 2 на рис.8). Закінчення цього процесу визначається моментом насичення осердя трансформатора (точка 3 на рис.8).

У цьому режимі різко зменшується магнітна проникність матеріалу магнітопровода і наростання магнітного потоку припиняється. Згідно закону електромагнітної індукції:

для стаціонарного магнітного потоку Ф наведені у всіх обмотках трансформатора напруги стають рівними нулю. Стан системи, у якому енергія магнітного поля досягає максимуму, є нестійким і супроводжується зменшенням магнітного потока Ф, що змінює знак напруг на обмотках трансформатора.

Тепер на базу транзистора VT1 подається позитивна напруга і він закривається, а на базу транзистора VT2 подається негативна напруга і він відкривається. Таким чином відбувається формування фронтів прямокутного імпульса напруги на вихідній обмотці. Для забезпечення надійного збудження автоколивань у схему введений резистор RЗ, який разом з обмежуючим резистором в колі бази RВ утворює подільник напруги, з якого подається відпираюче зміщення на одне плече перетворювача. Для зменшення часу перемикання транзисторів резистор RB шунтують конденсатором СВ, ємність якого вибирають з умови: СВ ? Т / (2•RB), де Т - період коливань автогенератора.

Позитивною властивістю перетворювачів з насиченням вихідного трансформатора є його простота, а також притаманна схемі властивість захисту транзисторів від короткого замикання в колі навантаження, при якому автогенерація припиняється і пошкодження елементів схеми не спостерігається. Основним недоліком таких перетворювачів є наявність сплесків струму колекторів під час вимикання, що збільшує втрати в транзисторах.

З метою ліквідації сплесків струму колектора, підвищення к.к.д та робочої частоти у перетворювачі використовують додатковий комутуючий трансформатор. Такий перетворювач виконують на двох транзисторах VT1 i VT2 та двох трансформаторах ТV1 і ТV2 (рис. 9). Вихідний трансформатор ТV1 працює без заходу робочої точки в режим насичення. Комутація транзисторів здійснюється малопотужним перемикаючим трансформатором ТV2. Резистор RЗ у колі первинної обмотки перемикаючого трансформатора придушує кидки колекторного струму при перемиканні транзисторів. В момент насичення перемикаючого трансформатора ТV2 зростає струм намагнічення, що викликає відповідне збільшення спадку напруги на резисторі RЗ і зменшення напруги на обмотках комутуючого трансформатора. Базовий струм відкритого транзистора і позитивний потенціал на базі закритого транзистора зменшуються. В результаті цього процесу відкритий транзистор виходить з режиму насичення, спадок напруги на ньому зростає і напруга на первинній обмотці TV1 зменшується.

Частота перетворення автогенератора визначається трансформатором ТV2. Оскільки резистор RЗ обмежує напругу на первинній обмотці ТV2, то його зміною можна у деяких межах регулювати частоту перетворення. Швидкодія перетворювача з перемикаючим трансформатором є вищою і транзистори перемикаються при менших колекторних струмах, ніж у перетворювача з насиченням трансформатора. Недоліком розглянутої схеми є наявність додаткового трансформатора.

Для зменшення впливу навантаження на параметри перетворювача, а також для створення можливості регулювання частоти перетворення використовують перетворювачі з підсилювачем потужності. Перетворювачі з двотактним підсилювачем потужності (рис.10) звичайно використовують для перетворення потужностей порядку десятків та сотень ват, а також при живленні РЕА від низьковольтних джерел постійної напруги. Двотактний підсилювач потужності виконується на двох транзисторах VT1 і VT2 та вихідному трансформаторі ТV2. Напруга керування UK від задаючого генератора через трансформатор ТV1 подається на вхід підсилювача потужності. Під дією вхідної напруги у перший півперіод один з транзисторів, наприклад, VT1 відкривається і переходить у режим насичення, а другий (VT2) закривається і переходить у режим відсічки. У другий півперіод керуючої напруги транзистори перемикаються. Через відкритий транзистор напруга живлення UI подається на первинну обмотку вихідного трансформатора, створюючи на вторинній обмотці напругу прямокутної форми. Вихідний трансформатор працює у лінійному режимі без насичення магнітопроводу.

Через роботу транзисторів у ключовому режимі у схемах перетворювачів виникають умови для ударного збудження паразитних контурів, які утворюються як комбінації різноманітних реактивних елементів схеми. Власні частоти таких контурів можуть лежати в межах від десятків кілогерц до сотень мегагерц, що визначає частотний спектр завад від перетворювача. Ці завади можуть передаватися як по провідних лініях, так і за рахунок випромінювання.

Для запобігання цьому перетворювач розміщується у металічному корпусі (екрані), а ввід та вивід напруг здійснюється через прохідні конденсатори (рис. 11).

Размещено на Allbest.ru