Основным узлом большинства импульсных источников питания является ключевой преобразователь постоянного напряжения на транзисторах. Их делят на одно- и двухтактные, регулируемые и нерегулируемые.
Однотактные преобразователи применяются для небольших мощностей и выполняются по одной из двух схем: с «прямым» включением выпрямительных диодов и с «обратным». В первом типе схем ток во вторичной цепи преобразователя протекает во время открытого состояния транзистора, во втором – во время закрытого.
Схема преобразователя с прямым включением диода на рис. 9.23
На базу VT1 со схемы управления поступают прямоугольные импульсы, управляющие состоянием VT1, нагрузкой которого является высокочастотный трансформатор.
Во время открытого состояния VT1 энергия в цепь 
передается через открытый VD1. Одновременно L1 накапливает магнитную энергию, которая затем во время закрытого состояния VD1 выдается в нагрузку через VD2. При этом магнитная энергия, накопленная в сердечнике TV1 за время закрытого состояния VT1, возвращается в источник с помощью обмотки размагничивания и диода VD3. В противном случае сердечник оказался бы в состоянии насыщения и при следующем открытии VT1 транзистор был бы выведен из строя большим током первичной обмотки TV1.
Схема преобразователя с «обратным» включением диода на рис. 9.24
Во время открытого состояния VT1, TV1 запасает магнитную энергию. Во время закрытого состояния VT1, TV1 отдает накопленную энергию через VD1 в C1 и 
.
Во время следующего открытого состояния VT1, VD1 закрыт и ток в нагрузку поступает от С1. Так как в этой схеме TV1 является накопительным элементом, то он должен иметь линейную характеристику намагничивания сердечника в большом диапазоне значений В. Так как все ферромагнитные материалы характеризуются областью насыщения, для избегания попадания в эту область сердечники трансформаторов выполняют с немагнитным зазором, линеаризующим характеристику намагничивания до больших значений В.
|
|
Схема с «обратным» включением диодов имеет ряд преимуществ:
1) в ней меньшее число дополнительных элементов.
2) импульс тока через транзистор меньше чем в схеме с «прямым» включением VD; однако форма сердечника трансформатора усложнена, так как имеется воздушный зазор.
Для регулирования входного напряжения в данных схемах используют метод широтно-импульсной модуляции, который заключается в том, что изменяется длительность импульсов и пауз между ними при постоянной частоте следования.
В случае работы схем в режиме непрерывных токов (ток, протекающий через выпрямительный диод после запирания VT не должен уменьшиться до 0 к моменту следующего открывания VT).
Выходные напряжения преобразователей:
─ с «обратным» включением диодов: 
;
где n – коэффициент трансформации, 
– коэффициент заполнения.
─ с «прямым» включением диодов: 
Таким образом, регулируя 
, регулируют 
.
Так как в диапазоне выходных мощностей свыше 150 Вт однотактные схемы не эффективны (т.к. увеличиваются массогабаритные параметры трансформатора и ухудшается режим работы ключевого транзистора), в мощных импульсных источниках питания применяют двухтактные преобразователи выполненые по полумостовой и мостовой схемам.
Схема полумостового преобразователя на рис. 9.25, его временные диаграммы – на рис. 9.26
|
|
Рис.9.25 Рис.9.26
В промежуток времени qT/2, когда VT1 открыт, а VT2 закрыт происходит передача энергии от С1 в нагрузку и в накопительный фильтр LC. Одновременно заряжается C2. Во время паузы, когда VT1 и VT2 закрыты, LC-фильтр отдает энергию в нагрузку. С момента открытия VT2 накопленная С2 энергия будет передаваться во вторичную обмотку TV, а конденсатор С1 разряжаться.
Схема мостового преобразователя на рис. 9.27, его временные диаграммы – на рис. 9.28
Рис.9.27
Транзисторы схемы могут управляться сигналами разной длительности (рис. 9.28а) VT1, VT2 – длительностью в полупериод, а VT3, VT4 – длительностью qT/2, что обеспечивает протекание симметричного переменного тока в первичной обмотке трансформатора. Или они могут управляться фазовым способом: все транзисторы управляются импульсами одинаковой длительности в полупериод qT/2, но со смещением импульсов одного плеча моста, относительно другого на некоторый угол φ.
Так как в мостовой схеме 
в 2 раза меньше, чем в полумостовой, мостовые схемы применяются в устройствах, рассчитанных на более высокую мощность (0,5÷2 кВт). 