Однотактные преобразователи постоянного напряжения. Преобразователи постоянного напряжения понижающего типа

Основную роль в процессе преобразования постоянного напряжения (ППН) в другое постоянное напряжение выполняет инвертор. Одной из составных частей инвертора является, как правило, трансформатор, предназначенный для формирования переменного напряжения и преобразования его величины. Причем трансформатор преобразовывает подводимое к его первичной обмотке напряжение только в том случае, если ток первичной обмотки i₁(t) и созданная им МДС F=i₁ω₁ вызовут в магнитопроводе трансформатора изменяющийся во времени переменный магнитный поток Ф.

Поскольку подводимое к инвертору напряжение (преобразуемое напряжение) является постоянным, то для нормального функционирования трансформатора в его первичной цепи необходимо наличие устройства периодически размыкающего и замыкающего цепь постоянного тока (прерывателя тока). Принцип преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока заключается в периодическом замыкании и размыкании цепи первичной обмотки трансформатора, подключенной к источнику энергии постоянного тока.

На рис 1. изображена функциональная схема силовой цепи инвертора, т.е. преобразователя постоянного тока в перемененный, на котором прерыватель показан в виде ключа Кл.

Рис. 1 Функциональная схема силовой цепи однотактного инвертора.

К выходу инверотора (ко вторичной обмотке трансформатора) подключена активная нагрузка R_н.

В интервале времени t_р, соответствующем разомкнутому состоянию ключа, ЭДС e₂, а поэтому и ток i₂ уменьшаются, изменяясь по экспоненциальному закону при постоянной времени τ₂=L/R'_н которая меньше τ₁, так как R_вых << R'_н. Когда ключ Кл разомкнут, источник энергии постоянного тока отключен от трансформатора и в нагрузку передается энергия, запасенная в магнитном поле в интервале t_з.

Рис 2. Временная зависимость выходного напряжения однотактного инвертора.

Инвертор называется однотактным потому что ток в цепи первичной обмотки трансформатора i₁ протекает 1 раз за период коммутации ключа (в интервале t_з).

ППН понижающего типа.

На рис 3. Приведена функциональная схема силовой цепи ППН понижающего типа (в схему также включен Г образный сглаживающий LC - фильтр), т.е. данная схема является стабилизатором постоянного напряжения.

Рис. 3. Функциональная схема силовой цепи ППН понижающего типа

Регулирующий элемент – Кл. Этот ключе периодически замыкается, и на вход Г- образного сглаживающего LC – фильтра подаются импульсы, амплитуда которых равна величине входного напряжения U_вх, а длительность t_и соответствует замкнутому состоянию ключа. Интервал, в течение которого ключ размокнут равен длительности паузы t_п между соседними импульсами. Период следования импульсов Т равен: Т= t_и + t_п. (рис. 4)

Рис 4. График изменения во времени напряжения на входе сглаживающего фильтра в импульсном стабилизаторе ПН.

Импульсные стабилизаторы, у которых U_вых<U_вх называются понижающими или типа ПН.