Рассмотрим двухтактный мостовой преобразователь, который в англоязычных странах называют «bridge» (его принципиальная схема показана на рис.1).
Рис. 1. Двухтактный мостовой преобразователь
Предположим, на затворы ключевых транзисторов VT2 и VT3 от задающего генератора подано отпирающее напряжение. Ток потечет по цепи +Uвх, транзистор VT3, обмотка трансформатора ТV1, транзистор VT2, -Uвх. На вторичной обмотке трансформатора ТV1 будет индуктировано напряжение, которая выпрямит диодная сборка VD1 и сгладит конденсатор С1, а затем постоянное напряжение будет приложено к нагрузке. Таким образом, в течении первого такта транзисторы VТ1 и VТ4 находятся в состоянии отсечки, а транзисторы VТ2 и VТ3 – в состоянии насыщения.
Подадим на затворы транзисторов VТ2 и VТ3 запирающее напряжения, а на затворы транзисторов VТ1 и VТ4 – отпирающее напряжение. По цепи +Uвх, транзистор VТ1, обмотка трансформатора ТV1 , транзистор VТ4, -Uвх потечет ток. На вторичной обмотке трансформатора ТV1 индуцируется напряжение, которое поступит на выпрямитель, выполненный на диодной сборке VD1, на конденсатор фильтра С1, с которого будет поступать на нагрузку.
В течение второго такта транзисторы VТ2 и VТ3 находились в состоянии отсечки, а транзисторы VТ1 и VТ4 – в состоянии насыщения. Через нагрузку протекает ток и в первый, и во второй такты, благодаря чему частота пульсации напряжения на конденсаторе С1 в два раза превышает частоту преобразования. В магнитопроводе трансформатора мостового преобразователя индукция варьирует от минимального значения до максимальной величины. Благодаря этому частная петля гистерезиса близка к предельной петле гистерезиса, и наиболее полно использованы магнитные свойства сердечника трансформатора.
Напряжение на первичной обмотке импульсного трансформатора мостового преобразователя можно найти согласно выражению:
где Uп – постоянное напряжение, питающее преобразователь;
Uнас – падение напряжения на ключевом транзисторе в состоянии насыщения.
Мостовые преобразователи способны отдавать в нагрузку мощность до десятков киловатт и в отдельных случаях – даже большую.
Достоинства:
- высокий КПД;
- возможность функционирования при очень большой мощности нагрузки;
- к закрытым ключевым транзисторам приложено обратное напряжение, равное постоянному напряжению питания каскада преобразователя.
Мостовые преобразователи можно использовать при высоком напряжении питания и допустимо включать без нагрузки, не прибегая к каким-либо ухищрениям. Пульсация выходного напряжения обладает частотой, которая в два раза превышает частоту преобразования. Подмагничивание сердечника импульсного трансформатора мостового преобразователя возникает при применении неидентичных ключевых транзисторов, различии в потреблении нагрузкой тока в течение полупериодов и от многих других причин.
Для снижения последствия кратковременного подмагничивания в сердечники трансформаторов мощных преобразователей мостового и полумостового типов, а также преобразователей с трансформаторами, имеющими среднюю точку первичной обмотки, часто вводят немагнитные зазоры. Это увеличивает треугольную составляющую тока первичной обмотки (ток холостого хода), однако позволяет нагружать ИИП на динамичную нагрузку. Кроме этого, для уменьшения подмагничивания последовательно с импульсным трансформатором мостового преобразователя включают неполярный конденсатор, обладающий емкостью, наименьшую величину которой можно найти по формуле:
где Iс.и – импульсный ток стока транзистора;
Uп – напряжение пульсации на конденсаторе;
Fп – частота пульсации.
Для двухтактных преобразователей (полумостового, мостового и преобразователя с трансформатором, имеющим среднюю точку первичной обмотки) разработаны эффективные электронные системы симметрирования перемагничивания. Их актуальность проявляется при больших мощностях нагрузки от нескольких киловатт, сопротивление которой изменяется в широких пределах (например, дуга в сварочных аппаратах).
К недостаткам мостовых преобразователей относят наличие четырех ключевых транзисторов и, если отсутствует система защиты от перегрузки, — выход из строя компонентов ИИП при коротком замыкании нагрузки.
Источник: Источники питания. Москатов Е.А.