Расчет обратноходового преобразователя напряжения в установившемся режиме

Короткий зміст

Опубликованная в предыдущих номерах журнала статья [1], посвященная анализу
процессу запуска обратноходового преобразователя напряжения (ОПН), неожиданно
вызвала у читателей живой интерес к расчету последнего в установившемся
(статическом) режиме работы. В своей многолетней деятельности в области силовой
электроники автор сталкивался с различными подходами к решению этой задачи. И все
они, безусловно, имеют право на существование, если в итоге дают результаты,
достаточно хорошо подтверждающиеся на практике.
Излагаемая ниже методика автора (хотя ничего такого, что он мог бы приписать лично
себе, в ней нет), этому критерию, можно сказать, отвечает, правда, с той оговоркой, что
речь идет (и пойдет) о довольно низких частотах преобразования – порядка 100 кГц,
типичных для сетевых преобразователей.
Упрощенная электрическая схема силовой части однотактного ОПН показана на рис.1
(Rдт – сопротивление датчика тока, Rт и Rд – соответственно сопротивления транзистора
VT1 и диода VD1 в открытом состоянии, а R1 и R2 – активные сопротивления обмоток I и II
трансформатора T1).

Принцип действия такого преобразователя заключается в накоплении энергии в
трансформаторе-дросселе Т1 во время открытого состояния транзистора VT1 (прямой
ход) и последующей передаче ее в нагрузку во время запертого состояния транзистора
VT1 (обратный ход) через открывающийся диод VD1. Если к моменту очередного
включения транзистора еще не вся энергия из трансформатора передана (на обратном
ходу) в нагрузку, то говорят о непрерывном режиме работы преобразователя, имея в виду
непрерывность магнитного потока в сердечнике трансформатора в течение всего периода
переключений. Если же к моменту включения транзистора вся накопленная на прямом
ходу энергия передается из трансформатора в нагрузку, то такой режим работы
называют прерывным. В последнем случае транзистор включается на полностью
«размагниченный» трансформатор, в сердечнике которого магнитный поток отсутствует.
Из-за ограниченности статьи по объему рассмотрим только прерывный режим работы
на фиксированной частоте. Идеализированные эпюры напряжений и токов для этого
случая показаны на рис.2.

Пренебрегая падениями напряжений на активных сопротивлениях обмоток и
полупроводниковых приборов, запишем очевидные соотношения.
1. Амплитуда напряжения на коллекторе (стоке) запертого транзистора VT1