Рассмотрим принципиальную схему однотактного однофазного прямоходового преобразователя (Рис.1), которую зарубежом называют «forward».
Рис.1. Схема однотактный прямоходового преобразователя
Пусть в течении прямого хода ключевой транзистор VT1 открыт, через первичную обмотку трансформатора TV1 протекает ток, создающий магнитное поле в сердечнике. На вторичной обмотке наводится напряжение, которое подведено к нагрузке, выпрямляемое диодом VD1 и сглаживаемое конденсатором С1. Через нагрузку в течении прямого хода протекает ток. В течении обратного хода полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора TV1 становится противоположной. При этом выпрямительный диод VD1 закрыт, и ток через нагрузку обеспечивает конденсатор С1.
Для того чтобы снизить остаточную индукцию и уберечь магнитопровод однотактного прямоходового преобразователя от захода петли гистерезиса в область насыщения, в нем на пути магнитного потока обычно создают немагнитный зазор. Если этой меры будет недостаточно или введение зазора недопустимо из-за снижения магнитной проницаемости, на магнитопроводе можно уложить дополнительную обмотку рекуперации, подключенную к источнику питания преобразователя через диод, благодаря чему в течение обратного хода энергия, запасенная в магнитном поле, возвратится в источник питания.
На выходах сток-исток или коллектор-эмиттер ключевого транзистора однотактного прямоходового преобразователя во время работы возникают импульсы напряжения прямоугольной формы. Импульсы тока, протекающие через первичную обмотку трансформатора, имеют форму прямоугольной трапеции, причем амплитуда плавно возрастает от фронта до спада импульса. Форму можно представить как прямоугольник, на который поместили прямоугольный треугольник. Такую же форму имеют импульсы тока, протекающие по первичным обмоткам двухтактных полумостовых, мостовых и push-pull преобразователей.
Однотактные прямоходовые преобразователи обладают мощностью примерно от единиц ватт до киловатта.
Их достоинства:
- наличие всего одного ключевого транзистора;
- магнитопровод импульсного трансформатора имеет меньшие габариты, чем магнитопровод трансформатора однотактного обратноходового преобразователя при прочих одинаковых условиях эксплуатации и близких режимах работы.
Недостатком однотактного прямоходового преобразователя является подмагничивание сердечника трансформатора, вызванное несимметричным циклом перемагничивания петли гистерезиса. Из-за этого КПД такого преобразователя обычно меньше, чем у двухтактных преобразователей с симметричным перемагничиванием импульсного трансформатора.
Принципиальная невозможность использования эффективных систем симметрирования в однотактных преобразователях является недостатком. Предельную петлю гистерезиса магнитопровода однотактного прямоходового преобразователя может спасти только быстродействующая система защиты, в противном случае они будут выведены из строя.
К закрытому ключевому транзистору приложено удвоенное напряжение питания преобразователя и напряжение индуктивного выброса, что накладывает некоторое ограничение на выбор компонента.
