43 Схемотехнически наиболее прост однотактный преобразователь с обратным включением выпрямительного диода (рис. 1, а). Он представляет собой фактически импульсный стабилизатор с последовательным транзистором и параллельным дросселем, причем дроссель выполнен двухобмоточным, что обеспечивает гальваническую развязку нагрузки от первичной сети.
Положительные импульсы напряжения
возбуждения длительностью
отпирают, а отрицательные длительностью
запирают силовой
транзистор VТ. Открытый транзистор оказывается в режиме насыщения
и пропускает через себя как обратный ток диода, пересчитанный в первичную
обмотку, так и ток заряда дросселя, проходящий от источника Еп через
первичную обмотку дросселя (рис.1, б, в). Длительность импульса коллекторного
тока
больше
на время рассасывания
заряда неосновных носителей в базе.
Рисунок 1 – Однотактный преобразователь с обратным включением диода
При запирании транзистора отрицательным импульсом
напряжения напряжение, индуцируемое магнитным потоком на обмотках дросселя,
меняет знак и начинает быстро нарастать по абсолютному значению. Когда
напряжение на обмотке достигнет
значения
отпирается
выпрямительный диод VD и накопительный конденсатор C заряжаясь,
замедляет дальнейший рост индуцируемого напряжения. Таким образом, напряжение
на обмотке дросселя
во
время его разрядки через диод VD оказывается равным -
Если индуктивность дросселя L
больше критической, то выходное напряжение преобразователя можно определить из
условия равенства нулю среднего напряжения на дросселе:
Обозначив и преобразовав последнее выражение, найдем
Зависимость выходного напряжения от длительности
импульса позволяет
регулировать его значение и, следовательно, построить на основе однотактного
преобразователя стабилизирующий источник. Как и в стабилизаторе напряжения с
параллельным дросселем, максимальное значение напряжения
реально не равно бесконечности при
(потому что
ограничивается сопротивление потерь в преобразователе). Возрастания выходного
напряжения на холостом ходу стремятся избежать, для чего используют добавочную
неотключаемую нагрузку.
Напряжение на закрытом транзисторе складывается из
напряжения источника Еп и индуцируемого магнитным потоком
напряжения на обмотке дросселя (рис. 1,
д):
При индуктивности дросселя, много большей критического значения, ток коллектора транзистора по форме близок к прямоугольной:
где - средний ток, потребляемый от источника
Еп.
Произведение в таком преобразователе обратно
пропорционально
и,
следовательно, имеет минимум при
= 0,5. Этому минимуму соответствует наименьшая
установочная мощность транзистора однотактного преобразователя напряжения с
обратным включением диода.
Если выбрать индуктивность дросселя меньше критической, то ток дросселя приобретает треугольную форму (пунктирные линии на рис.1, в, г) и в рассматриваемом преобразователе для отпирания силового транзистора возникнут благоприятные условия. Транзистор будет включаться при нулевом токе и запертом выпрямительном диоде. Поэтому коммутационные выбросы тока коллектора в таком режиме не возникают.
Длительность разрядки дросселя на выпрямительное звено
с нагрузкой постоянному току R0 :
Для реализации режима с треугольной формой тока
дросселя необходимо, чтобы длительность пассивной части периода была больше
. В этом случае в нагрузку
полностью передается энергия, накопленная в дросселе:
При необходимости стабилизации энергии (мощности) в нагрузке однотактный обратный преобразователь регулируется в соответствии с приведенной зависимостью.
Выходное напряжение преобразователя в режиме разрывных токов дросселя обратно пропорционально корню квадратному из сопротивления нагрузки:
По этому же соотношению выбирают сопротивление неотключаемой нагрузки при заданном максимуме выходного напряжения.