Однотактные схемы ИБП



 Однотактные схемы ИБП

odnopol_napr♥     Однотактная схема ИБП, это преобразователь переменного напряжения сети (или постоянного напряжения аккумуляторной батареи) одной величины, в переменное, а затем выпрямленное, постоянное напряжение другой величины.
Такое название схема получила потому, что содержит один ключевой элемент и один рабочий такт (когда транзистор открыт) по накоплению магнитной энергии в ферритовом сердечнике трансформатора. Перемагничивание сердечника происходит пассивно (когда транзистор закрыт), без участия ключевого транзистора.
♥     Простая схема однотактного генератора с самовозбуждением изображена на рисунке.
Она состоит из выпрямителя (Д1-Д4) с конденсатором фильтра С1, генератора ВЧ напряжения на транзисторе Т и ферритовом трансформаторе Тр, выпрямителя вторичного напряжения Д7 с сглаживающим конденсатором С6.shema_odnotaktniy_obr

♥     Само преобразование напряжения происходит на ферритовом трансформаторе Тр. Выходное напряжение преобразователя зависит от соотношения витков в первичной и вторичной обмоток.
Схема такого автогенератора применяется в простых и маломощных импульсных источниках питания, мощностью до 10 — 50 ватт.
♥     Однотактные ИБП могут быть с «обратным» и «прямым» включением выпрямительного диода во вторичной цепи. Ферритовый трансформатор выполняет функции индуктивного накопителя энергии.

♥     В простом однотактном, автогенераторном преобразователе напряжения с «обратным» включением выпрямительного диода (на рисунке), процесс накопления индуктивной энергии в трансформаторе и передача этой энергии в нагрузку разнесены во времени. При обратном включении выпрямительного диода на выходе схемы – передача энергии из первичной цепи во вторичную идет во время , когда транзистор закрыт.

♥     Рассмотрим работу схемы автогенератора ИБП с "обратным" включением диода.
Каждый период автоколебания состоит из двух интервалов времени:

     Т = tн + tи      где:
– время накопления магнитной энергии (транзистор открыт);
– время передачи индуктивной энергии, накопленной в ферритовом сердечнике, в нагрузку (транзистор закрыт).odnotakt_obr

♥     При включении питающего напряжения U, через входную цепь транзистора, протекает ток смещения, определяемый сопротивлением резистора базового смещения R2 (эпюра 1).
Транзистор приоткрывается, в результате чего течет ток коллектора через первичную обмотку трансформатора w1 (эпюра 2).
♥     Начинается этап накопления энергии в индуктивности трансформатора. Появляется наведенный ток в базовой обмотке wб, который поддерживает и увеличивает ток базы, а соответственно и ток коллектора транзисторного ключа. В это время ток во вторичной обмотке протекает через конденсатор С5.
♥     При достижении тока насыщения в цепи коллектора транзистора Т — прекращается нарастание магнитной энергии в сердечнике.
Магнитная энергия сердечника начинает убывать. На всех обмотках трансформатора Тр возникает ЭДС самоиндукции в обратной полярности от предыдущего значения.
Напряжение на базовой обмотке меняет полярность. На базе относительно эмиттера появляется минус, транзистор закрывается.
♥     Напряжение на обмотке w2 также меняет полярность. Начинается передача накопленной в ферритовом сердечнике индуктивной энергии во вторичную обмотку трансформатора. Открывается диод Д7, через него проходит ток заряда конденсатора С6 и ток в нагрузку (эпюра 3).
В период паузы (транзистор открыт, диод Д7 закрыт), напряжение на выходе поддерживается за счет разряда конденсатора С6 (эпюра 4).
♥     В момент, когда транзистор закрыт, начинается перезаряд конденсатора С4 (по цепочке: + питания, R2, С4, R5, базовая обмотка, — питания) и потенциал базы транзистора постепенно возрастает, по экспоненциальному закону до тех пор, пока не откроется переход эмиттер – база транзистора и в цепи потечет ток коллектора транзистора.
Процесс накопления и передачи магнитной энергии из первичной цепи во вторичную цепь повторяется.

В данной схеме при закрывании транзистора на его выводах Э – К, из за напряжения самоиндукции в первичной обмотке трансформатора, возникает высокое напряжение. Особенно значительно напряжение Uэк при холостом ходе (в момент закрывания транзистора).
♥     Применяют различные способы снижения выбросов напряжения на коллекторе транзистора:
— включаются RC цепочки параллельно первичной обмотке трансформатора (это С2, R3, Д5 и С3, R4),
— конденсатор C5 в цепи вторичной обмотки и другие технические решения.

♥     Существенным недостатком однотактной схемы питания является большое напряжение самоиндукции, наводимое в первичной обмотке трансформатора, превосходящее входное напряжение питания Eп в 2-4 раза.
В таких схемах нужны транзисторы, имеющие высокое рабочее напряжение коллектор – эмиттер, равное 700-1000 вольт.
Выходное напряжение Uн на нагрузке, определяется коэффициентом заполнения импульсов (соотношением времени открытого и закрытого состояния ключевого транзистора Т1).
Также используется система широтно-импульсного управления (ШИМ) в цепи базы транзистора.schim

♥     Особенность работы преобразователя с «прямым» включением выпрямительного диода во вторичной цепи, заключается в том, что передача энергии из первичной цепи во вторичную цепь передается в то время, когда транзистор открыт. Когда ключевой транзистор Т1 открыт, через первичную обмотку трансформатора протекает ток, который наводит переменное напряжение во вторичной обмотке.
Электрическая энергия идет в нагрузку и одновременно заряжает конденсатор С6. Затем, когда транзистор закрывается, конденсатор С6 отдает накопленную энергию в нагрузку.
♥     При закрывании транзистора на элементах схемы возникают перенапряжения, особенно значительные при малых токах нагрузки. Для исключения возможного пробоя транзистора и диода, применяют включение блокировочных конденсаторов в первичной (С3, R4) и вторичной (С5) обмотках трансформатора.
Из-за большого напряжения самоиндукции возможен пробой между витками первичной обмотки трансформатора.
Схемы автогенераторов с «прямым и обратным» включением выпрямительного диода во вторичной обмотке похожи, за исключением некоторых особенностей схемы.

Плюсы и минусы однотактной схемы генератора с самовозбуждением.

Плюсы:
— один ключевой транзистор в схеме,
— схема проще, чем двухтактная.

Минусы:

— намагничивание ферритового сердечника происходит только в одной полярности (пассивное размагничивание) вследствие чего не полностью используется магнитная индукция сердечника. Необходим немагнитный зазор в ферритовом сердечнике.
— при среднем токе потребления от сети, ток через ключевой транзистор больше в n-раз и потому необходимо выбирать транзистор с заведомо большим максимальным током.
— выбирается транзистор с Uкэ = 3 Uпит.
— возникают большие перенапряжения на элементах схемы.
— необходимо применять специальные меры защиты от перенапряжения в первичной обмотке трансформатора.

На практике в основном применяется схема автогенератора с «обратным» включением выпрямительного диода.



Понравилась Публикация?Поделитесь в соц. сетях!

0

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>