Материал: first_scool

Рис. 2. Диаграммы напряжения и тока

в схеме ООП для режима неразрывных токов

Рис. 3. Регулировочная характеристика

ООП

Рис. 4. Диаграммы тока в схеме ООП для

режима разрывных токов

íèå Uâõ (см. рис. 2 в). Исходная полярность напряжения на обмотках трансформатора и на конденсаторе С2 показана на рисунке 1.

На вторичной обмотке w2 трансформатора Т1 в течение времени @ существует такое же по форме напряжение, имеющее величину в соответствии с коэффициентом трансформации. До времени @ выходной диод VD1 закрыт отрицательным напряжением, поступающим с обмотки w2.

В соответствии с формулой для индуктивности, ток через индуктивность обмотки w1 (через транзистор VT1) за время @ линейно нарастает (см. рис. 2 г). Так как передача энергии в нагрузку ООП не происходит (закрыт выходной диод), то в индук-

тивности обмотки w1 накапливается энергия W = L1 Ч I2/2.

При выключении транзистора VT1 во время @ выключение и спад тока через транзистор VT1 происходит «мгновенно». Условно мгновенно (правильно – очень быстро) разряжается до нуля конденсатор С2, так как в этот момент времени он отдает большой рабочий ток обмотке w1 (т.е. кратковременно выполняет роль источника входного напряжения). Но так как ток в индуктивности мгновенно исчезнуть не может, то он почти мгновенно перезаряжает конденсатор С2 в полярности, противоположной показанной на рисунке 1 до напря-

жения Uâûõ’. При этом из-за появления на обмотке w2 напряжения с по-

лярностью, противоположной показанной на рисунке 1, мгновенно открывается диод VD1. В результате обмотка w2 через диод VD1 присоединяется к конденсатору С1, т.е. к нагрузке.

Здесь важно предположить, что емкость конденсатора С1 достаточно велика, чтобы можно было пренебречь пульсациями напряжения на нем, следовательно, напряжение на нагрузке стабильно и неизменно.

Так как накопленная в w1 энергия практически никуда не потратилась (конечно мы учитываем, что в конденсаторе С2 теперь имеется накопленная энергия W = С2 Ч

× Uâûõ2/2), она с момента времени @ начинает тратиться на заряд конден-

сатора С1 и на питание нагрузки (см. рис. 2 д) в виде спадающего тока обмотки w2.

Нужно заметить, дорогой читатель, что «Пежо», т.е. данный ООП, не лыком шит. В нем даже в этих простейших процессах прячется интрига. Посмотрите внимательно на ри-

сунок 2. Естественно, пока ток через обмотку w2 будет существовать весь интервал от момента времени @ до 1 (т.е. до Т), обмотка w2 будет присоединена фактически к постоянному выходному напряжению через открытый диод VD1. Именно это и формирует прямоугольную часть напряже-

ния на обмотке w1 величиной Uâûõ`. Но так как вольт-секундная площадь

напряжения на индуктивности за период всегда равна нулю (см. рис. 2 в), то зная напряжение входного питания и время открытого состояния ключа VT1, читатель всегда элементарным образом вычислит выходное напряжение ООП. Кстати, совсем без

сложных выводов, приведенных в учеб-

никах: Uâûõ = Uâõ Ч N Ч @/(1 – @), где N = w2/w1 – коэффициент

трансформации Т1.

Регулировочная характеристика (а данное выражение она и есть) ООП,

âотличие от таковой для ОПП, нелинейна. Здесь приятный сюрприз в том, что это просто и легко выводится графически.

Àвот для тока через конденсатор С1, учитывая, что ампер-секундная площадь за период для конденсатора всегда равна нулю (см. рис. 2 е), легко увидеть, что если вершина импульса тока будет иметь достаточно крутой скос на интервале от @ до 1 (Т), то в конце этого интервала ток, отдаваемый конденсатором С1 (отрицательные значения тока), обязательно будет не прямоугольной формы, как это часто рисуют в учебниках, а с характерным пологим спадающим участком. Эти два интересных момента-сюрприза автор показал на рисунках 3 и 4.

Регулировочная характеристика ООП (см. рис. 3) кроме того, что она нелинейна, еще говорит и о том, что

âООП такие же изменения @, как и

âОПП, приводят к большим изменениям выходного напряжения. Т.е. ООП регулируется в более широких пределах. На практике используется зона @ от 0 до 0,7 (максимум). А вот часть диаграмм рисунка 2, приведенная на рисунке 4, наглядно выявляет упомянутый спадающий участок тока через конденсатор С1.

Режим, когда ток обмотки w2 за время от @ до 1 (Т) не успевает спадать до нуля, является режимом неразрывного тока. Естественно, может существовать и режим разрывного тока (см. рис. 5). Здесь есть интересная особенность – ток вторичной обмотки после некоторого времени от момента @ становится равным

Рис. 5. Диаграммы токов и напряжений в

схеме ООП для режима разрывных токов

Рис. 6. Регулировочные характеристики

ООП

неразрывных токов при малых токах нагрузки – дополнительная «подгрузка» ООП.

Характеристика выходного напряжения, в зависимости от наличия режимов неразрывных и разрывных токов, которую автор приводил для описания ОПП («первый класс») ка- чественно актуальна и для ООП (см. рис. 6). Такая характеристика показывает эффект «задирания» выходного напряжения при уменьшении тока нагрузки из-за режима разрывного тока L1 трансформатора Т1. Но, как уже отмечалось выше, режим разрывных токов в ООП может быть весьма полезен при построении высоковольтных преобразователей.

Наиболее сложное в ООП – реализация трансформатора. В сущности это многообмоточный дроссель.

Действительно, на интервале от 0 до @ ток в обмотке w1 протекает от

Из этого выражения видно, что чем меньше ток нагрузки, тем большую индуктивность трансформатора необходимо обеспечивать. Вспомните, что похожий вывод мы сделали для индуктивности выходного дросселя ОПП. При этом мы отметили, что режим разрывных токов в ООП может быть весьма полезен при построении высоковольтных преобразователей.

Наконец мы показали, что магнитопровод трансформатора постоянно намагничен, что диктует необходимость использования сердечников магнитопровода с сосредоточенным или распределенным зазором.

РЕАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОСТЕЙШЕМ ООП

Конечно, реальный ООП имеет диаграммы напряжений и токов, отлича- ющиеся от почти идеальных диаграмм, приведенных в предыдущей статье.

Сразу после выключения транзистора VT1 на диаграмме напряжения на стоке наблюдается достаточно узкий выброс напряжения, обычно зна- чительной величины, многократно превышающей входное напряжение (см. рис. 2а).

Наличие накопленной энергии W = i2 × Ls/2 в индуктивности рассеяния Ls трансформатора Т1 при выключении вызывает резонансный переходный процесс на стоке транзистора VT1. Поскольку величина индуктивности рассеяния мала, то этот процесс имеет относительно небольшую длительность, и игольчатый выброс рождается, как и в ОПП.

Однако здесь имеются заметные отличия от процессов, происходящих в ОПП.

Во-первых, легко заметить, что в ОПП выходное напряжение формируется с помощью интегратора, усреднителя — выходного LC-фильтра, т.е. напряжение, поступающее с выходной обмотки во время импульса (прямой ход) принципиально больше выходного. А выходная обмотка, соответственно, имеет количество витков, адекватное импульсному напряжению на обмотке.