а — прямоходовой, б — обратноходовой
Примечание.
Такое возможно потому, что в то время, когда силовой ключ открыт, энергия для передачи в нагрузку запасается в виде магнитного поля в магнитопроводе трансформатора, а при закрытом ключе уже эта запасенная энергия передается в нагрузку.
Схемотехнически эти две группы отличаются только полярностью включения выпрямительного диода и алгоритмом управления силовым ключом. Современные однотактные преобразователи по большей части являются обратноходовыми, в том числе и потому, что трансформатор для них проще в изготовлении и содержит меньшее число витков.
Двухтактные преобразователи напряжения (рис. 7.3) содержат вдвое большее число силовых ключей, вдвое большее число выпрямительных диодов, но зато практически не ограничены в выходной мощности.
Схемотехнически двухтактные преобразователи также можно разделить на две группы:
♦ схема со «средней точкой» (рис. 7.3, а)
♦ полумостовая (рис. 7.3, б) и мостовая (рис. 7.3, в) схема.
Рис. 7.3. Принципиальные схемы двухтактных преобразователей:
а — схема со «средней точкой»; б — полумостовая схема; в — мостовая схема
Первая группа фактически представляет собой два «рядом стоящих» прямоходовых однотактных преобразователя, работающих в противофазе.
Примечание.
Двухтактных обратноходовых преобразователей не бывает, потому что такой режим требует применения управляемых особым образом ключей вместо выпрямительных диодов (впрочем, с появлением т. н. синхронных выпрямителей не исключено, что двухтактный обратноходовый преобразователь, наконец, появится).
Вторая группа очень похожа на двухтактные выходные каскады УНЧ. В двухтактных преобразователях подмагничивание трансформатора отсутствует (или, во всяком случае, не является неизбежной характеристикой схемы). Это существенно упрощает изготовление трансформатора (в частности, позволяет применять для трансформаторов кольцевые магнитопроводы без каких-либо ограничений).
Схемы со средней точкой в основном применяются при низких входных напряжениях, мосты и полумосты — при высоких.
Причины такого разделения более экономические, нежели технические — при низких напряжениях первичная обмотка трансформатора полумоста содержит вдвое меньше витков, чем у моста, и вчетверо меньше, чем у схемы со средней точкой.
Изготовить же обмотку с числом витков, меньшим трех, как ни странно, весьма затруднительно — малейшие неточности ее изготовления слишком сильно влияют на напряжения вторичных обмоток, особенно если они высоковольтные.
При высоких напряжениях, наоборот, меньшее число витков удешевляет стоимость трансформатора.
Примечание.
Дополнительный плюс мостовых и полумостовых схем, несмотря на более сложное устройство управления, в том, что они лишены «фирменной» проблемы всех однотактных преобразователей и преобразователей со средней точкой — всплесков перенапряжения на обмотке трансформатора при закрытии ключа.
Эти всплески в мостах и полумостах эффективно гасятся демпферными диодами силовых ключей, «отправляясь» обратно в источник первичного напряжения. В однотактных же схемах и в схеме со средней точкой для борьбы с этими всплесками приходится:
♦ применять специальные гасящие цепочки-снабберы, которые снижают КПД устройства и зачастую имеют немалые габариты, что особенно заметно на преобразователях небольшой мощности;
♦ усиливать изоляцию обмоток трансформатора, что сказывается на его стоимости далеко не в лучшую сторону.
Примечание.
Самые мощные преобразователи обычно собирают по схеме двухтактного моста.
На этом шаге мы попробуем с вами, уважаемый читатель, изготовить повышающий преобразователь постоянного напряжения 12 В (это напряжение называется входным или первичным) в постоянное напряжение 220 В (это напряжение будет, соответственно, выходным или вторичным).
Если пользоваться вновь введенными обозначениями, его можно назвать DC-DC Step-Up 12/220 В преобразователем.
Первый преобразователь, который мы сделаем, будет собран… на транзисторах.
Принципиальная схема. Схема транзисторного преобразователя приведена на рис. 7.4. Это — двухтактный автогенератор со «средней точкой» (однотактные генераторы в повышающих преобразователях применяются нечасто — в основном в очень высоковольтных или очень маломощных).
Рис. 7.4. Схема транзисторного преобразователя напряжения
Для обеспечения генерации в системе должна присутствовать положительная обратная связь. В этой схеме она обеспечивается обмоткой II трансформатора. Обмотка I — обмотка первичного напряжения, обмотка III — соответственно, вторичного.
Транзисторы Т2 и ТЗ служат для защиты выходных транзисторов от перегрузки. В силу простоты схемы такого вида были весьма популярны на заре преобразователей напряжения, однако эта схема — не самая экономичная, и на ее работу очень заметное влияние оказывает характер нагрузки.
Примечание.
Именно по этой причине (с целью ограничения тока заряда конденсатора С1) в схеме присутствует позистор R6 — без него схема может просто не «завестись».
Печатная плата. Устройство собрано на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 60x62,5 мм. Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 7», файл 1.DXF) и посмотреть на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Разводка печатной платы (60x62,5 мм, в зеркальном изображении)
Схема расположения деталей приведена на рис. 7.6.
Рис. 7.6. Схема расположения деталей на плате
Элементная база. Трансформатор преобразователя намотан на кольце М2000НМ К45х28х12. Параметры обмоток трансформатора приведены в табл. 7.1.
Перед намоткой на торцы кольца следует приклеить бумажные шайбы чуть шире самого кольца, чтобы защитить изоляцию провода от острых краев кольца, а затем покрыть кольцо цапонлаком. Транзисторы Т1 и Т4 установлены на радиаторах площадью около 200 см2.
Налаживание. Если преобразователь при подаче питания не заработает, необходимо поменять местами выводы обмотки II трансформатора.
Внешний вид преобразователя представлен на рис. 7.7.
Рис. 7.7. Внешний вид преобразователя
Смотрим ролик. Работу преобразователя представляет ролик: «Видеоурок 7» — > «Преобразователь на транзисторах» на прилагаемом диске.