Михаил Сизов, Троицк
В статье предлагается использовать схему обратноходового преобразователя (международное название – Flyback) [1, 2] для решения нестандартных задач.
Напомним принцип работы простейшего преобразователя с трансформатором, в котором есть две обмотки с одинаковым количеством витков. Схема устройства изображена на Рисунке 1. На Рисунке 2 показана форма тока ISUM через резистор 0.1 Ом, который включен в цепи эмиттера транзистора и размагничивающей обмотки NS. Схема преобразователя с размагничивающей обмоткой (далее – ПРО) формирует последовательно два импульса пилообразного тока. Первый, нарастающий импульс с пьедесталом (ток базы VT1), имеет положительную полярность, а второй, ниспадающий – отрицательную.
 |
 |
||
| Рисунок 1. | Схема преобразователя с размагничивающей обмоткой. |
Рисунок 2. | Форма тока ISUM. |
Наклон импульсов тока определяется индуктивностью обмоток трансформатора LF и напряжением питания ПРО (ВТ1) в соответствии с выражением (1).
 |
(1) |
Импульсы тока такой формы нужны для управления силовыми биполярными транзисторами, коммутирующими индуктивную нагрузку, например, катушку зажигания автомобиля, первичную обмотку мощного обратноходового преобразователя или силового транзистора выходного каскада строчной развертки.
На Рисунке 3 показана схема биполярного ключа с применением ПРО для формирования базового тока силового ключа, а на Рисунке 4 – форма токов базы и коллектора силового транзистора VT2.
 |
 |
||
| Рисунок 3. | Схема биполярного ключа с применением ПРО. | Рисунок 4. | Форма токов транзистора VT2. |
Схема включения транзисторов VT1 и VT2 напоминает схему составного транзистора, в которую добавили накопительный трансформатор. Получилась новая схема составного транзистора, в которой оба транзистора работают в ключевом режиме, обеспечивая минимальные потери при сохранении большого коэффициента усиления по току.
Параметры элементов схемы ПРО определяются характеристиками силового транзистора и коммутируемой им нагрузкой.
Рассмотрим практический пример применения схемы ПРО для управления силовым транзистором, который коммутирует катушку электронного зажигания автомобиля ВАЗ-2108.
Параметры схемы:
- Катушка:
- индуктивность первичной обмотки L = 4 мГн,
- номинальный ток катушки в момент отключения 10 А.
- Напряжение питания схемы ВТ1 = ВТ2 = 12 В.
- Коэффициент усиления силового транзистора в режиме насыщения h = 4.
Для оптимального управления необходимо, чтобы базовый ток VT2 был в 4 раза меньше тока коллектора на протяжении всего времени открытого состояния силового транзистора.
Поскольку напряжение питания ПРО совпадает с напряжением питания нагрузки, индуктивность первичной обмотки трансформатора ПРО должна быть в 4 раза больше индуктивности нагрузки (LNF = 16 мГн). При изменении напряжения питания системы зажигания отношение токов (IL/IB2) меняться не будет.
Анализ предложенной схемы позволяет сделать следующие выводы.
- Применение схемы ПРО для управления силовым биполярным транзистором обеспечивает минимальные потери в цепи управления электронным ключом, так как в схеме отсутствуют активные потери.
- В момент закрытия силового транзистора вторичная обмотка ПРО формирует запирающий базовый ток, равный базовому току до выключения транзистора, но противоположный по знаку. В ТУ на биполярные транзисторы рекомендуется именно такой способ выключения транзисторов, для этого режима оговариваются временные параметры отключения. Запирающий базовый ток можно увеличить, если уменьшить количество витков вторичной обмотки.
- В момент закрытия силового транзистора вторичная обмотка ПРО возвращает в источник питания схемы энергию, которая была запасена в первичной обмотке во время открытого состояния VT1. Этот режим обеспечивают диоды VD1 и VD2.
- Схема имеет широкий диапазон рабочих напряжений питания (ВТ1) – от 3 В до уровня питания силового транзистора (ВТ2). Это дает преимущество биполярным транзисторам перед силовыми MOSFET, напряжение на затворе которых обычно не может превышать 10 … 20 В.
- Если нагрузка силового биполярного транзистора имеет индуктивно-резистивный характер, необходимо использовать схему, изображенную на Рисунке 5.
 |
 |
||
| Рисунок 5. | Схема ПРО для активно-реактивной нагрузки. | Рисунок 6. | Форма токов в схеме на Рисунке 5. |
Литература
