12.5. Транзисторные преобразователи

При использовании в качестве первичных источников питания таких источников постоянного тока, как аккумуляторы, солнечные батареи и т.п., транзисторный преобразователь является основным функциональным узлом преобразования входного напряжения постоянного тока одного номинала в ряд постоянных напряжений различных номиналов и полярностей, гальванически не связанных друг с другом и с первичным источником. Транзисторный преобразователь применяется также в источниках питания с бестрансформаторным входом, работающих от сети переменного тока промышленной частоты. Такие источники питания в настоящее время полностью вытеснили громоздкие трансформаторные устройства из бытовой радиоаппаратуры, персональных компьютеров и других приборов различного назначения.

Транзисторные преобразователи выполняются по однотактной или двухтактной схеме. Однотактные преобразователи выполняются по схеме релаксационного автогенератора с трансформаторной обратной связью (рис. 12.22, а), преобразующего постоянное напряжение питания Ucc в прямоугольные импульсы; выходное напряжение Uo, получаемое на вторичной обмотке трансформатора Т, выпрямляется и после фильтрации подается на стабилизатор и далее потребителю.

Двухтактный преобразователь выполняется, как правило, на двух транзисторах, к коллекторам которых подключена первичная обмотка трансформатора. Источник питания Ucc подключается к эмиттерам транзисторов и среднему выводу первичной обмотки трансформатора Т (рис. 12.22, б). Трансформатор содержит также две обмотки, подключаемые к базам транзисторов и обеспечивающие режим автогенерации за счет положительной обратной связи.

В двухтактных автогенераторных преобразователях используются трансформаторы в режиме насыщения или ненасыщения. В преобразователях с силовым трансформатором в режиме насыщения переключение транзисторов осуществляется за счет смены полярности напряжения на обмотках трансформатора в момент насыщения сердечника. В этих преобразователях цепь обратной связи (базовые обмотки, обмотка Wb на рис. 12.22, а) находится на общем магнитопроводе трансформатора питания. Частота преобразования определяется параметрами трансформатора и напряжением на его первичной обмотке. Основным недостатком таких преобразователей является резкое увеличение тока через открытый транзистор в момент его насыщения, что вызывает дополнительные потери мощности в транзисторах.

В преобразователях с ненасыщающимся трансформатором переключение транзистора осуществляется за счет введения в цепь обратной связи дополнительных элементов, которые переключают транзистор до насыщения трансформатора. В качестве таких переключающих элементов могут использоваться маломощный переключающий трансформатор, дроссель насыщения или RC-цепи (параллельно резисторам Rb, Rbl, Rb2 подключаются конденсаторы).

Двухтактные преобразователи ввиду их простоты и высокой надежности широко используются в источниках питания с выходной мощностью до нескольких десятков ватт. В более мощных преобразователях дополнительно используются двухтактные или мостовые усилители на транзисторах большой мощности. В качестве задающего генератора, который управляет переключением силовых транзисторов усилителя мощности, используются двухтактные преобразователи с самовозбуждением, автогенераторы на операционных усилителях или логических элементах с внешними RC-цепями, задающими частоту преобразователя до 200 кГц и выше.

Достоинством преобразователей с усилителем мощности является отсутствие влияния изменения нагрузки и напряжения питания на частоту преобразования; в них также просто организуется управление силовыми транзисторами.

На практике получили также распространение преобразователи с дополнительным стабилизатором напряжения на входе. При этом в зависимости от выходной мощности применяются различные типы стабилизаторов. Преобразователи с входным непрерывным стабилизатором используются при выходной мощности от долей до единиц ватт, КПД такого преобразователя не выше 0,5. Преобразователи с входным импульсным стабилизатором используются при выходной мощности от единиц до сотен ватт; они имеют более высокий КПД — до 0,6...0,8.

Схема преобразователя с усилителем мощности (преобразователь с независимым возбуждением) приведена на рис. 12.23, а. Преобразователь содержит два транзистора VT1, VT2, выходной Т1 и входной Т2 трансформаторы, между средними точками обмоток которых включен источник преобразуемого постоянного напряжения Ui. В качестве задающего генератора использован функциональный генератор в режиме синусоидального сигнала напряжением 3 В. Выходной сигнал этого преобразователя показан на рис. 12.23, б.