Surse în comutație cu transfer direct

Schema de principiu a convertorului este prezentata in figura 4.7.

Din schema, se observa ca sunt necesare doua componente inductive: transformatorul TR pentru izolatie galvanica si bobina L pentru stocarea energiei. Convertorul forward este foarte asemanator cu convertorul coborator din care de altfel este derivat. Pe durata de conductie a tranzistorului T, curentul de magnetizare creste liniar, stocandu-se astfel energie in miezul transformatorului. Cand tranzistorul se blocheaza, trebuie asigurata o cale pentru scurgerea curentului de magnetizare, altfel apar varfuri de tensiune ce pot distruge tranzistorul T. Exista mai multe solutii pentru aceasta problema.Una din cele mai utilizate consta in includerea unei infasurari suplimentare ca in figura 1.

Fig.1. Schema convertorului forward

Cat timp tranzistorul T conduce, dioda D1 fiind polarizata direct este de asemenea in conductie, energiea absorbita din sursa de intrare U1 fiind astfel transferata spre iesire. La blocarea tranzistorului T, tensiunile pe infasurarile transformatorului isi schimba polaritatea. astfel incat dioda D1, se blocheaza. Pe baza energiei acumulate in bobina L, D2 se deshide asigurandu-se o cale pentru curentul din bobina.

D3 cu cea de-a treia infasurare, asigura demagnetizarea transformatorului. Indata ce T este blocat, curentul de magnetizare este transferat in infasurarea 3 si energia acumulata este transferata spre intrare.

Aceasta infasurare trebuie sa fie strans cuplata cu infasurarea primara pentru a elimina varfurile de tensiune ce apar cand tranzistorul se blocheaza.

Astfel tensiunea maxima suportata de tranzistor, se limiteaza la o valoare dubla fata de tensiunea de intrare (cand numarul de spire a infasurarii 1 este egal cu numarul de spire al infasurarii 3), dar factorul de urnplere al tensiunii de comanda se limiteaza la o valoare ce nu poate depasi 0,5 pentru a preveni saturatia miezului (vezi si fig.2).

Vom analiza acum doar functionarea in regim stationar. In acest regim, vom distinge tot doua moduri de functionare:

a) conductie neintrerupta (fig.3a);

b) conductie intrerupta (fig.3b) ;

1.1.Functionarea in conductie neintrerupta :

In conductie neintrerupta curentul prin bobina de soc L nu atinge valoarea zero pe durata de conductie T. Formele de unda corespunzatoare sunt prezentate in figura 2.

Pe durata conductiei tranzistorului (TC) tensiunea pe bobina L este constanta(vezi fig.2), fiind data de relatia :

iar in perioada de blocare(TB) de relatia :

Deoarece in regim stationar valoarea medie a tensiunii pe bobbina este zero rezulta :

de unde :

unde :

T=TB+TC este perioada de comutatie;

n - raportul de transformare primar/secundar;

- =TC/T - factorul de umplere.

Deoarece in regim stationar valoarea medie a curentului prin condesator este zero, curentul de sarcina este egal cu valoarea medie a curentului prin bobina L. Ca urmare putem scrie :

Din relatia (2) rezulta :

Din relatiile (5) si (6) se obtine :

Se observa ca in regim neintrerup tensiunea de iesire nu depinde de curentul de sarcina. Din relatiile (1) si (2) rezulta de asemenea ca panta pozitiva, respectiv negativa a curentului nu sunt afectate de valoarea IS Vom avea acelasi riplu al curentului atat in bobina cat si in condesatorul de iesire, forma curentului prin bobina deplasandu-se in sus si in jos dupa cum creste sau scade IS (fig.3.)

Daca curentul de sarcina scade spre o valoarea limita ISL, convertorul se afla la granita dintre conductia neintrerupta si conductia intrerupta.In acest caz ILmin =0. Valoarea ISL se determina din relatia (7) :

Daca tensiunea de intrare variaza intre U1min, respectiv U1max factorul de umplere - trebuie de asemenea sa varieze intre - min si - max pentru a mentine constanta tensiunea de iesire. Curentul ISL atinge valoarea maxima cand - = - min respectiv U1=Umax. Ca urmare relatia (9) devine :