А. Черномырдин - Семь шагов в электронику

♦ применять специальные материалы (ферриты), которые способны работать на столь высоких частотах с приемлемыми потерями мощности;

♦ обмотки выполнять многожильным проводом или несколькими скрученными проводами, чтобы снизить т. н. скин-эфф ект (он заключается в «выдавливании» высокочастотных токов из глубины проводника на его поверхность, в результате чего внутренняя часть проводника перестает участвовать в передаче тока, а это напрасный расход весьма дорогой меди).

Причина 2.Для того чтобы обеспечить минимальные потери мощности в инверторе, преобразование частоты выполняется не с помощью синусоидального переменного напряжения, а с помощью напряжения, имеющего прямоугольную форму.

В этом случае выходные ключи преобразователя работают в ключевом режиме (аналогично усилителям класса D), т. е. они либо полностью открыты (и тогда протекающий через них ток вызывает минимально возможные потери мощности), либо полностью закрыты (и тогда, естественно, вообще не вносят никаких потерь).

Проблема здесь заключается в том, что ни один силовой ключ не в состоянии мгновенно перейти из одного состояния в другое — он неизбежно проходит при этом стадию т. н. активного режима, в котором он больше всего похож на основательно подгоревший контакт. Именно в моменты перехода из одного состояния в другое на силовых ключах и происходит львиная доля всех потерь мощности.

Сократить потери при переходе ключей из одного состояния в другое — задача весьма непростая, и решается она как выбором быстродействующих ключей, так и схемно-техническими средствами (сокращением времени переключения ключей и уменьшением тока, протекающего через ключ в момент переключения).

Причина 3.по аналогичной причине — невозможности мгновенно открыться или закрыться, — происходят потери мощности на диодах выпрямителя. Здесь также задача снижения потерь мощности решается выбором диодов и схемно-техническими средствами.

Схемотехника преобразователей напряжения отличается большим разнообразием, однако ее можно разбить на несколько групп. Первое, самое очевидное, деление — преобразователи бывают однотактные и двухтактные. Легко догадаться, что эти группы отличаются количеством силовых ключей в схеме.

Однотактные преобразователи(рис. 7.2) содержат всего один силовой ключ, всего один выпрямительный диод, отличаются более простой схемотехникой, и практически всегда используются в источниках пихания сравнительно небольшой мощности.

Главный недостаток однотактных преобразователей — они работают при сильном подмагничивании магнитопровода трансформатора, поэтому далеко не всякий трансформатор будет пригоден для работы в однотактной схеме. По этой же причине достаточно сложно изготовить однотактный преобразователь на большие мощности.

Однотактные преобразователи, в свою очередь, делятся на две группы:

♦ прямоходовые (рис. 7.2, а ), в которых передача энергии из источника в нагрузку происходит в тот момент, когда силовой ключ открыт.

♦ обратноходовые (fly-back, рис. 7.2, б ), в которых передача энергии из источника в нагрузку происходит тогда, когда силовой ключ заперт.

Рис. 7.2. Принципиальные схемы однотактных преобразователей:

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 точкойв основном применяются при низких входных напряжениях, мостыи 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.