Схема двухтактного преобразователя с последовательным подключением дополнительного насыщающегося маломощного трансформатора

Схема двухтактного преобразователя с последовательным подключением дополнительного насыщающегося маломощного трансформатора представляет собой автогенераторный инвертор, где основной силовая трансформатор работает в линейном режиме, а малый коммутирующий трансформатор периодически входит в насыщение. Переключение транзисторов происходит в момент резкого падения индуктивности насыщающегося сердечника, что снижает потери на переключение, уменьшает токовые перегрузки ключевых транзисторов и существенно повышает общий коэффициент полезного действия устройства.

$f = \frac{U_{in}}{4 \cdot B_s \cdot S \cdot N_c}$

Разбор по случаям

Примеры

Расчет частоты переключения. Дано: напряжение питания $U_{in} = 24$ В, индукция насыщения малого сердечника $B_s = 0,4$ Тл, сечение $S = 0,1$ см$^2$, число витков $N_c = 100$.

Решение: по формуле $f = U_{in} / (4 \cdot B_s \cdot S \cdot N_c)$ подставляем значения: $f = 24 / (4 \cdot 0,4 \cdot 10^{-5} \cdot 100) = 150000$ Гц.

Ответ: частота автогенерации составляет $150$ кГц.

Анализ силовых потерь. В стандартной схеме Роера силовой трансформатор насыщается, вызывая пиковые токи коллектора. В рассматриваемой топологии насыщается только малый управляющий трансформатор, поэтому ток коллектора силовых транзисторов остаётся ограниченным рабочим током нагрузки. Это предотвращает тепловой пробой силовых ключей, снижает динамические потери переключения и повышает надежность всей схемы инвертора.

Расчет витков управляющего трансформатора. Рассмотрим расчет числа витков маломощного переключающего трансформатора для работы автогенераторного двухтактного инвертора на фиксированной частоте $f = 50$ кГц. Сердечник управляющего трансформатора выполнен из феррита с площадью сечения $S_c = 10$ мм² ($10^{-5}$ м²) и индукцией насыщения $B_s = 0.4$ Тл. Напряжение обмотки управления равняется $U_b = 5$ В.

Согласно формуле $N_s = \frac{U_b}{4 \cdot f \cdot B_s \cdot S_c}$, расчетное значение витков составляет $N_s = \frac{5}{4 \cdot 50000 \cdot 0.4 \cdot 10^{-5}} = 6.25$.

Выбираем 6 витков, при этом реальная частота коммутации составит $52.1$ кГц. Основной силовой трансформатор проектируется на максимальную индукцию $0.15$ Тл, что полностью гарантирует его работу вне зоны насыщения и минимизирует динамические потери.

Частые ошибки

• Использование общего силового трансформатора в режиме насыщения вместо малого управляющего.
• Неправильный расчет числа витков обмотки обратной связи, приводящий к срыву автогенерации.
• Отсутствие выравнивающих резисторов в цепях баз силовых транзисторов двухтактного каскада.

Коротко

Схема двухтактного преобразователя с последовательным подключением дополнительного насыщающегося маломощного трансформатора позволяет эффективно разделить функции передачи мощности и управления переключением транзисторов. Данное решение исключает опасные броски тока через силовые ключи и оптимизирует частотные характеристики автономного инвертора.