Преобразователи постоянного напряжения преобразуют постоянный ток одного напряжения в постоянный ток другого напряжения. Так, например, часто возникает необходимость низкое напряжение аккумуляторов или каких-либо других источников питания преобразовать в более высокое напряжение для питания анодов электронных ламп и других цепей. В электронной аппаратуре находят применение электромеханические, ионные, электронные и полупроводниковые преобразователи. Наибольшее распространение получили последние.
Низковольтное постоянное напряжение сначала инвертируют (превращают в переменное напряжение), далее с помощью трансформатора его трансформируют в более высокое, после чего выпрямляют. Часто возникает необходимость иметь на выходе преобразователя не только различные по величине постоянные напряжения, но и ряд переменных напряжений. В этих случаях трансформатор преобразователя постоянного напряжения снабжают несколькими вторичными обмотками. Одни из них работают на выпрямители, а другие обмотки непосредственно подключены к потребителям переменного тока.
Обычно первичное постоянное напряжение преобразуют в переменное напряжение прямоугольной формы. При этом амплитуды выпрямленного и первичного постоянного напряжений равны между собой. Потери в процессе этого преобразования невелики. Обратное преобразование прямоугольного переменного напряжения в постоянное также выгодно, благодаря малым пульсациям выпрямленного напряжения.
На рис. 121 приведена схема двухтактного самовозбуждающегося полупроводникового преобразователя. Основными элементами схемы являются два транзистора Т1 и Т2 трансформатор Тр, выпрямитель В и сопротивление нагрузки Zн. Делитель напряжения R1—R2 служит для того, чтобы на участках база—эмиттер транзисторов создать напряжение прямого перехода.
 |
Сопротивление R1 значительно меньше сопротивления R2. В сумме они должны обеспечить величину тока делителя, превышающую величину тока базы транзисторов не менее чем в 5— 6 раз. Трансформатор выполняют обычно на сердечнике из пермалоя, который имеет прямоугольную петлю гистерезиса и хорошо работает на частотах до нескольких килогерц. Трансформатор имеет три обмотки: первичную I, вторичную повышающую II и обмотку обратной связи III. Первичная обмотка и обмотка обратной связи выполнены с выводом средней точки. Включение обмоток трансформатора должно быть таким, чтобы на концах, обозначенных точками, наводились напряжения одной полярности. Рис. 121. Схема двухтактного полупроводникового преобразователя. |
При подключении преобразователя постоянного напряжения к первичному источнику постоянного напряжения, из-за неидентичности транзисторов и обеих половин первичной обмотки трансформатора, в сердечнике возникает некоторый возрастающий магнитный поток. На зажимах плеч обмотки обратной связи появляются э. д. с. При правильном подключении обмотки обратной связи увеличится отрицательное напряжение на базе того транзистора, у которого ток коллектора был больше (например, на транзисторе Т2).
Это вызывает дальнейший рост коллекторного тока одного транзистора (Т2) и уменьшение коллекторного тока другого транзистора (Т1). В результате транзистор T1 оказывается запертым, а транзистор Т2 — полностью открытым.
К плечу первичной обмотки трансформатора, в которое включен транзистор Т2, приложено напряжение
U = Uвх-ΔUТ2,
где ΔUТ2 — падение напряжения на открытом транзисторе. Поэтому плечу проходят два тока: ток нагрузки iн величина которого определяется как сопротивлением нагрузки, так и напряжением Uвх, и намагничивающий ток iL, определяемый возрастающим магнитным потоком в сердечнике. При насыщении сердечника (особенно резко насыщение наступает у сердечников, изготовленных из материала с прямоугольной петлей гистерезиса) исчезает э. д. с. в обмотке обратной связи. Ток коллектора и магнитный поток убывают, и в плечах обмотки обратной связи наводится э. д. с. Знаки э. д. с. таковы, что теперь Т2 запрется, а T1 —откроется. К плечу первичной обмотки трансформатора, в которое включен транзистор T1 оказывается приложенным напряжение
U = Uвх-ΔUТ1.
В дальнейшем процесс повторяется в той же последовательности. Происходит автоматическое переключение транзисторов. Конденсатор С сглаживает пики напряжения, которые возникают во время переключения транзисторов. Эта схема обеспечивает надежный запуск преобразователя, но потери мощности в пусковых цепях па делителе несколько снижают его к. п. д.
В заключение следует отметить некоторые особенности работы транзисторов и трансформатора в рассмотренной схеме преобразователя напряжения. Транзисторы работают в ключевом режиме. Когда триод открыт, ток коллектора максимален, напряжение же на участке коллектор— эмиттер минимально. Когда триод закрыт, ток коллектора практически отсутствует, а напряжение на переходе коллектор—эмиттер максимально. Отсюда следует, что потери мощности в транзисторах весьма малы. У германиевых транзисторов максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером не превышает 50—60 в. Поэтому UBK может быть не более 24—27 в, так как к запертому транзистору оказывается приложенным примерно удвоенное напряжение первичного источника.
Транзистор работает на частотах от 300 до 5000 гц, причем частота преобразования определяется данными трансформатора:
(210)
где
Uвх - первичное напряжение; Sс - сечение магнитопровода; Кз.с - коэффициент заполнения сердечника магнитным материалом (≈07÷09); N1 - число витков первичной обмотки; Вмакс = 0,9Bs — максимальное значение магнитной индукции; Bs — магнитная индукция насыщения.
Частота преобразования прямо пропорциональна входному напряжению и обратно пропорциональна числу витков первичной обмотки.
