1.3 Двухтранзисторный прямоходовой преобразователь (дпп) – «косой мост»

Указанный недостаток отсутствует в двухтранзисторном прямоходовом преобразователе (ДПП), который называют «косой мост» (рис. 1.3, а). В этом преобразователе, благодаря введению дополнительного транзистора и диода, в качестве размагничивающей обмотки используется первичная обмотка трансформатора. Так как эта обмотка сама с собою полностью связана, то проблемы не полного возврата энергии намагничивания полностью исключаются.

Рассмотрим подробнее процессы, происходящие в момент перемагничивания сердечника трансформатора.

Магнитная индукция В в трансформаторе с односторонним намагничиванием может изменяется только в пределах от максимальной Вm до остаточной Вr, описывая частную петлю гистерезиса.

Когда транзисторы VT1, VT2 преобразователя открыты, энергия источника питания Uп через трансформатор Т передается в нагрузку. При этом сердечник трансформатора намаг­ничивается в прямом направлении (участок а-b на рис. 1.3, б).

Рис. 1.3. Двухтранзисторный прямоходовый преобразователь (ДПП): а—принципиальная электрическая схема ДПП; б—процесс перемагничивания сердечника прямоходового преобразователя.

Когда транзисторы VT1, VT2 заперты, ток в Нагрузке поддер­живается за счет энергии запасенной в дросселе L. При этом ток замыкается через диод VD0.

В этот момент под Действием ЭДС обмотки открываются диоды VD1, VD2, и через них Протекает ток размагничивания сердечника трансформатора в обратном направлении (уча­сток b-а на рис. 6.3, б).

Изменение индукции В в сердечнике происходит практи­чески от Вm до Вr и значительно меньше значения В= 2·Вm, возможного для двухтактного преобразователя. Некоторый прирост В можно получить с помощью введения немагнит­ного зазора в сердечник. Если сердечник имеет немагнитный зазор , то остаточная индукция становится меньше, чем Вr.

Из [17] следует, что в случае наличия Немагнитного зазора в сердечнике, новое значение остаточной индукции можно найти в точке пересечения прямой, проведенной из начала координат под утлом , к кривой перемагничивания (точка В1 на рис. 63, б):

tg= ₀·lc/,

где ₀— магнитная проницаемость, представляющая собой отношение индукции В к напряженности Н для ва­куума (также справедливо и для немагнитного воз­душного зазора) и является физической постоян­ной, численно равной ₀ = 4·10^-7 Гн/м;

l_С — длина средней силовой магнитной линии магнитного сердечника, м;

 —длина немагнитного зазора, м.

Величину tg можно рассматривать как проводимость немагнитного зазора, приведенную к длине сердечника. Таким образом, введение немагнитного зазора эквива­лентно введению отрицательной напряженности магнит­ного поля:

Н1 = -В1/ tg.

1.4 Двухтактные преобразователи

Двухтактные преобразователи содержат большее количе­ство элементов и требуют более сложных алгоритмов управ­ления. Однако эти преобразователи обеспечивают меньшую пульсацию входного тока, а также позволяют получить боль­шую выходную мощность и эффективность, при одинаковой мощности дискретных ключевых компонентов.

На рис. 1.4 изображена схема двухтактного мостового пре­образователя. Если сравнивать этот преобразователь с однотактными, то он ближе всего к двухтранзисторному прямо­ходовому преобразователю (рис. 1.3) и легко в него преоб­разуется. Для этого нужно убрать пару транзисторов и пару диодов, расположенных по диагонали (VT1, VT4, VD2,VD3 или VT2, VT3, VD1, VD4).

Таким образом, двухтактный мостовой преобразова­тель является комбинацией двух однотактных преоб­разователей, работающих поочерёдно.

При этом энергия в нагрузку передается в течение всего периода работы преобразователя, а индукция в сердечнике трансформатора может меняться от -Вm до +Вm.

Рис. 1.4. Двухтактный мостовой преобразователь (ДМП)

Как и в ДПП, диоды VD1—VD4 служат для возврата энер­гии, накопленной в индуктивности рассеяния Ls трансформа­тора Т, в первичный источник питания Uп. В качестве этих ди­одов могут быть использованы внутренние диоды MOSFET.

Общей особенностью двухтактных преобразовате­лей является то, что их трансформаторы работают в условиях с симметричным перемагничиванием.

Рассмотрим подробнее процессы, происходящие в момент перемагничивания сердечника трансформатора.

Магнитная индукция В в сердечника трансформатора с симметричным перемагничиванием может изменяется в пре­делах от отрицательно -Вm до положительной Вm максималь­ной индукции.

В каждом полупериоде работы ДМП открыты два ключа, расположенные по диагонали. В паузе все транзисторы преоб­разователя обычно закрыты. Хотя существуют режимы управ­ления, когда некоторые транзисторы преобразователя остаются открытыми и в паузе. Сосредоточимся на режиме управления, согласно которого в паузе все транзисторы ДМП закрыты.

Когда транзисторы VT1, VT4 преобразователя открыты, энергия источника питания Uп через трансформатор Т пере­дается в нагрузку. При этом сердечник трансформатора на­магничивается в условном обратном направлении (участок в-а на рис. 1.4). В паузе, когда транзисторы VT1, VT4 закрыты, ток в нагрузке поддерживается за счет энергии, запасенной в дросселе L.

При этом ток замыкается через диод VD7. В этот момент одна из вторичных обмоток (IIа или IIб) трансформатора Т зам­кнута накоротко через открытый диод VD7 и один из выпрями­тельных диодов (VD5 или VD6). В результате этого индукция в сердечнике трансформатора практически не меняется.

После завершения паузы открываются транзисторы VT2, VT3 преобразователя, и энергия источника питания Uп че­рез трансформатор Т передается в нагрузку. При этом сер­дечник трансформатора намагничивается в условном прямом направлении (участок а-б на рис. 1.4). В паузе, когда транзи­сторы VT2, VT3 закрыты, ток в нагрузке поддерживается за счет энергии запасенной в дросселе L. При этом ток замыка­ется через диод VD7. В этот момент индукция в сердечнике трансформатора практически не меняется и фиксируется на достигнутом положительном уровне.

Из-за фиксации индукций в паузах, сердечник трансформа­тора Т способен перемагничиваться только в моменты откры­того состояния диагонально расположенных транзисторов.

Чтобы в этих условиях избежать одностороннего насы­щения необходимо обеспечить равное время открытого состояния транзисторов, а также симметричность силовой схемы преобразователя.