Конверторы и инверторы

Конверторы. Вторичный источник питания должен создавать постоянное напряжение с таким уровнем, который обеспечивает требуемые режимы работы функциональных узлов электронной аппаратуры. При использовании первичных источников постоянного напряжения для питания узлов исходный и требуемый уровни, как правило, не совпадают. Такие источники отдают в нагрузку электрическую энергию только с некоторым определенным уровнем напряжения и не обеспечивают достаточной его стабильности. Согласование уровней осуществляют специальные преобразователи-конверторы. Конвертором называют такой вторичный источник питания, который преобразует электрическую энергию постоянною напряжения одного уровня в другой. Для изменения уровней постоянного напряжения используют трансформаторы. Поэтому в конверторе осуществляется:

=> сначала преобразование постоянного напряжения в переменное;

=> изменение уровня переменного напряжения с помощью трансформатора; => затем обратное преобразование переменного напряжения в постоянное. Конвертор включает в себя (рис. 1):

=> преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение обычно прямоугольной формы, называемый инвертором;

=> повышающий или понижающий трансформатор, обеспечивающий требуемый номинал выходного постоянного напряжения;

=> выпрямитель и фильтр, преобразующие переменный ток в постоянный.

Современные конверторы могут иметь несколько выходов с разными номиналами напряжений и содержать ряд вспомогательных устройств, предназначенных для стабилизации, регулировки, защиты и других функций. Широкое применение конверторов обусловлено наличием мобильных устройств и аппаратов с автономными первичными источниками постоянного напряжения (аккумуляторы, гальванические элементы, солнечные батареи и др.).

Рис. 1. Структура конвертора.

Инверторы. Для получения переменного напряжения в инверторах используют ключи-коммутаторы, с помощью которых разные полюса нагрузки периодически подключаются к источнику постоянного напряжения. Инверторы и выпрямители выполняют взаимно обратные функции. Поэтому схема инвертора может быть получена из схемы выпрямителя, подключив к его входу на1рузку, а к выходу источник постоянного напряжения и заменив диоды на транзисторы (рис. 2, а и 3, я).

Если в мостовой схеме (рис. 2, а) подавать в первой половине периода Т открывающееся напряжение на транзисторы VT и VT₄, а во второй половине периода Т — на транзисторы VT2 и К7з, то на нагрузке появятся разнополярные импульсы прямоугольной формы (рис. 2,6).

Вариан т полумостовой схемы представлен на рис. 2, в. Конденсаторы С_ь Сг заряжены до напряжения ?72, и их можно считать источниками напряжения, а точку соединения конденсаторов С, С2 — искусственной средней точкой источника Е. Поэтому при открывании транзистора VT нагрузка R" подключается к конденсатору С_ь а при открывании транзистора VT_{ к конденсатору С₂. Следовательно, амплитуда импульсов в два раза меньше, чем в мостовой схеме.

Рис. 2. Мостовая схема инвертора (а) и принцип ее работы (б) полумостовая схема (в).

Схема инвертора на рис. 3, а получена из однофазной двухполупериодной схемы выпрямителя. Использование в ней трансформатора позволяет получить требуемый уровень выходного напряжения.

Рис. 3. Двухтактные схемы инвертора с независимым возбуждением (а) и с самовозбуждением (б).

Транзисторные инверторы с независимым возбуждением (по сути дела, усилители мощности) применяют для получения выходной мощности переменного тока в десятки — сотни ватт. При более высоких уровнях мощности инверторы строят на тиристорах. При выходной мощности единицы — десятки ватт лучшие показатели имеют схемы инверторов с самовозбуждением (рис. 3,6). Делитель напряжения /?_ь R₂ обеспечивает усилительный режим работы транзисторов. Поэтому после подачи напряжения Е благодаря положительной обратной связи, создаваемой с помощью обмоток w₂, начинается процесс генерирования колебаний. Инвертор отличается от рассмотренных в параграфе 10.1 автогенераторов тем, что вместо колебательного контура используется апериодическая нагрузка. Поэтому положительная обратная связь действует в широкой полосе частот. Генерируемые колебания содержат высшие гармоники и имеют форму прямоугольных импульсов.

Инверторы с самовозбуждением часто применяют в качестве возбудителей для управления мощными инверторами с независимым возбуждением.