Двухтактные преобразователи. 
Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных средств

Простейшим двухтактным инвертором является автогенератор по схеме Ройера. Здесь транзисторы попеременно находятся в состоянии насыщения и отсечки (рис. 5.7).

После включения питания через резистор R протекает ток, открывающей оба транзистора. Схема симметрична, и коллекторные токи транзисторов равны межлу собой (/_К1 = /'к2), ЭДС самоиндукции в обмотках. W также равны по величине, но противоположно направлены. Поэтому коллекторная обмотка в целом нейтральна и в базовой обмотке ничего не наводится. За счет тепловых, дробовых или фликкер-шумов ток одного из траюисгоров мгновенно станет больше. Пусть /_Ki > /_к2, тогда в базовой обмотке появится ЭДС, как показано на рис. 5.7, под действием которой VT1 приоткрывается, a VT2 подзапирается, /_К1 еще больше возрастает, растет ЭДС, протекает лавинообразный процесс, в результате которого VT1 входит в насыщение, a VT2 — в состояние отсечки. Рабочая точка сердечника входит в область насыщения, рост тока прекращается.

ЭДС самоиндукции меняет знак на противоположный, чтобы поддержать падающий ток, и происходит обратный лавинообразный процесс, в результате которого VT2 входит в насыщение, a VT1 — в состояние отсечки и так далее.

Рис. 5.7. Двухтактный автогенератор.

^о автогенератор с насыщающимся трансформатором. Индукция в сердечнике меняется от -В_т до Резистор R служит для запуска схемы, а резистор /?б ограничивает базовый ток в открытом сос тоянии.

Из-за конечного быстродействия транзисторов, работающих с насыщением, время рассасывания коллекторного тока не равно нулю и время выключения больше времени включения. Поэтому в момент смены полярности напряжения на W VT1 еще нс успевает перейти в состояние отсечки, a VT2 уже включился и к еще открытому VT1 прикладывается напряжение.

Поэтому коллекторный ток имеет всалсск — так называемый сквозной ток (рис. 5.8).

Величина сквозного тока может в несколько раз превышать рабочий ток. Поэтому в современных источниках питания такие схемы используется редко, но в радиолюбительской практике очень широко: простота и надежность, при небольшой выходной мощности (до 100 Вт), делают схему очень привлекательной.

Для больших мощностей используют преобразователи с независимым возбуждением, чтобы уменьшить мощность потерь в насыщающемся выходном трансформаторе. Усложняется схема управления, формируются сигналы управления с запасом по времени на выключение транзисторов.

Рис. 5.8. Сквозные ТОКИ в Схеме Ройера.

К двухтактным опюсягся также мостовые и полумостовые схемы. Па рис. 5.9, а показана силовая цепь мостового 1швсртора, а на рис. 5.9, б — диаграмма работы при активной нагрузке. Ключи работают попарно и поочередно (VT1, VT4 и VT2, VT3). Потери здесь больше, чем в обычной схеме, поскольку в цепи тока включены последовательно два ключа. Напряжение на закрытом ключе равно всего ?_к, поэтому такая схема предпочтительна при высоких напряжениях питания. Форма напряжения на нагрузке и форма тока совпадают.

Рис. 5.9. Мостовой инвертор.

На практике нагрузка редко бывает активной, обычно она имеет индуктивный характер (рис. 5.10) и ток в первичной обмотке не может измениться мгновенно.

Рис. 5.10. Мостовой инвертор с индуктивным характером нагрузки

После коммутации ключей (VT1,4 закрываются, VT2,3 открываются) под действием ЭДС самоиндукции ток протекает еще некоторое время Л/ через первичную обмотку в том же направлении. Ключи VT2,3 нс держат обратного напряжения и могут быть пробиты этой ЭДС самоиндукции. Для их защиты и создания пути тока разряда индуктивности все ключи шунтируют диодами. На рис. 5.10 условно показаны только два из них. Энергия, запасенная в индуктивности, возвращается в источник по цепи: минус источника Е_к, диод VD3, обмотка W_t диод VD2, плюс источника ?_к, имеет место рекуперация, а чтобы ток протекал в источник, величина ЭДС превышает Е_к на величину AU. Мгновенная мощность на интервале At отрицательна:

Рекуперация энергии может играть и положительную роль. Например, в городском электротранспорте и па железной дороге при движении идет потребление энергии от контактной сети приводными электродвигателями. При торможении двигатели переключаются в генераторный режим, кинетическая энергия движения преобразуется в электрическую и возвращается в есть. В источниках электропитания рекуперация приводит только к дополнительным потерям и ее следует избегать. В мостовом инверторе, например, можно изменить алгоритм управления ключами, как показано на рис. 5.11.

В этой схеме при замкнутых ключах VT1 и VT4 идет передача энергии в нагрузку и ее накопление в индуктивности. После размыкания VT1 ЭДС самоиндукции меняет знак, как показано на рис. 5.11, а, и индуктивность разряжается через открытый ключ VT4 и защитный диод VD3 на нагрузку. Здесь запас по времени такой, что индуктивность полностью разряжается и появляются высшие гармоники в составе выходного напряжения. Если нс будет разрыва между токами /_р и / ], то нс будет провала в выходном напряжении и в его спектре будет меньше высших гармоник.

Рис. 5.11. Мостовой инвертор без рекуперации

В мостовых схемах шшерторов имеются четыре упраатяемых ключа и довольно сложная схема управления. Уменьшить число ключей позволяет полумостовая схема инвертора (рис. 5.12).

Рис 5.12. Полумосговой инвертор

Здесь конденсаторы С и С₂ создают искусственную среднюю точку источника U_Су = U_Cl = Е_к/2. При открытом VT1 С разряжается на нагрузку и подзаряжается С₂, а при открытом VT2 — наоборот (С₂ разряжается на нагрузку и подзаряжается С|). Напряжение, прикладываемое к первичной обмотке трансформатора, равно напряжению на одном конденсаторе.