Меню

Генератор ройера принцип работы



Двухтактный автогенераторный преобразовательРойера

Автогенераторный преобразователь Ройера содержит один импульсный трансформатор, магнитопровод которого работает с заходом петли гистерезиса в область насыщения. Для снижения потерь в магнитопроводе трансформатора его материал должен обладать прямоугольной петлей гистерезиса.

Во вторичной обмотке трансформатора вырабатывается напряжение прямоугольной формы, которое выпрямляют, фильтруют и прикладывают к нагрузке.

Частоту преобразования автогенератора Рой ера можно найти по следующей:

,

где Uп — постоянное напряжение питания преобразователя, В;

Uнас — напряжение насыщения ключевого транзистора, В;

W1 — число витков первичной обмотки трансформатора;

Внас — индукция насыщения магнитопровода, Тл;

Sc — площадь сечения сердечника, м2;

Kсч — коэффициент заполнения сечения магнитопровода ферромагнетиком.

На рис. 5.15, наизображена практическая схема импульсного источника питанияс автогенераторным преобразователем Ройера, имеющего максимальную мощность нагрузки до 15 Вт.

Рис. 5.15. Принципиальная схема автогенераторного преобразователя Ройера

CI, R3, VS1 — запускающая цепь, обеспечивающая асимметрию при

включении преобразователя. При запуске автогенераторного преобразователя Ройера к базе транзистора VT2 через указанную цепь прикладывается положительное напряжение. Транзистор VT2 открывается, что вызывает начало протекания тока через первичную обмотку I трансформатора TV1 и появление напряжений на всех обмотках. Когда магнитопровод трансформатора VTI входит в насыщение, напряжение на обмотках уменьшается, и транзистор VT2 закрывается. При этом полярность напряжений на обмотках трансформатора изменяется и становится противоположной, транзистор VT1 открывается, и через первичную обмотку I трансформатора TV1 снова начинает протекать ток. При насыщении магнитопровода трансформатора транзистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 открывается, и процесс повторяется.

Для предотвращения пробоя ключевых транзисторов VT1 и VT2 параллельно выводам коллектор-эмиттер обязательно следует включить демпфирующие сверхбыстродействующие импульсные диоды или защитные диоды transil. Чем выше напряжение питания преобразователя, тем актуальнее это требование.

Достоинства автогенераторных преобразователей Ройера: небольшое число использованных компонентов и возможность защиты деталей ИИП от перегрузки по току нагрузки плавким предохранителем.

К недостаткам относят: понижение частоты преобразования при увеличении мощности нагрузки; амплитуда импульсов тока коллекторов или истоков ключевых транзисторов в моменты коммутации может превышать средний ток в 3-20 раз, поэтому в маломощных преобразователях приходится использовать довольно мощные транзисторы. Вследствие этого мощность двухтактных автогенераторных преобразователей Ройера, как правило, невелика и не превышает нескольких десятков ватт у самых мощных устройств этого типа.

Источник

Мультивибратор и преобразователь Ройера

Если в схеме одновибратора, приведенной на рис. 61, резистор обратной связи R4 заменить на конденсатор, а резистор входной це­пи R2 замкнуть свободным концом на шину питания «+Uп», то по­лученная таким образом схема (рис. 64) в отличие от одновибратора будет обладать уже двумя стабильными состояниями. Для того что­бы подчеркнуть это свойство схемы, ее назвали мультивибратором. Каждое стабильное состояние мультивибратора сохраняется в тече­ние строго определенного интервала времени. Мультивибратор по­стоянно переключается из одного устойчивого состояния в другое, генерируя на своих выходах Вых.1 и Вых.2 периодические импульсы прямоугольной формы. Период колебаний Т и длительность каждого из двух устойчивых состояний t1, и t2 определяют следующим образом:

Рис. 64. Электрическая схема и временная диаграмма работы мультивибратора

t10,7R3C2; t2 0,7R2C1; Т = t1 + t2. Если резисторы и конденсаторы в каждом плече схемы мультивибратора выбраны оди­наковыми (R2 = R3, С1 = С2 и R1 = R4), то длительности им­пульсов t1 и t2 равны и мультивибратор носит название симметрич­ного.

Как правило, период Т мультивибраторов на биполярных транзисторах выбирают таким образом, чтобы частота повторения импульсов f = 1/Т лежала бы в пределах от 100 Гц до 10 кГц.

Бесконтактную коммутацию напряжения первичного источника питания и преобразование этого напряжения в периодические им­пульсы прямоугольной формы можно осуществить с помощью транс­форматорного устройства, получившего название преобразователя Ройера. В состав устройства (рис. 65) входят два биполярных тран­зистора VT1 и VT2, два резистора R1 и R2, два конденсатора С1 и С2 и насыщающийся трансформатор Т. Транзисторы выполняют роль бесконтактных прерывателей и работают в ключевом режиме, трансформатор осуществляет положительную обратную связь в схеме и гальванически разделяет выходное напряжение (в виде им­пульсов прямоугольной формы) с напряжением источника питания Uп.

При подаче напряжения питания Uп через транзисторы VT1 и VT2 начинают протекать начальные коллекторные токи малой ве­личины. Вследствие неидентичности параметров транзисторов ток одного из них, например первого, будет больше. Это приведет к появлению нарастающего магнитного потока в сердечнике трансформа­тора, в обмотках которого наводятся э.д.с., усиливающие исходную разницу. Полярности этих э.д.с. на рис. 65 указаны без скобок. Иными словами, э.д.с., индуцируемая в базовых обмотках I и IV трансформатора, такова, что транзистор VT1 (с большим начальным током) будет открываться, а транзистор VT2 (с меньшим началь­ным током) — закрываться. Коллекторный ток IК1 первого транзис­тора, а следовательно, и магнитный поток в сердечнике будут не­прерывно нарастать до момента насыщения сердечника (транзистор VT2 заперт). При этом рост магнитного потока прекращается и э.д.с. во всех обмотках становятся равными нулю. Ток IК1 начина­ет снижаться, вызывая уменьшение магнитного потока. Это приво­дит к изменению полярностей э.д.с. во всех обмотках на противо­положные (на рис. 65 отмечены скобками). Под действием э.д.с., действующих в симметричных базовых обмотках / и IV, транзистор VT1 начинает закрываться, а транзистор VT2—открываться. Кол­лекторный ток второго транзистора IК2 увеличивается до тех пор, пока не прекратится нарастание магнитного потока в противополож­ном направлении. Э.д.с. во всех обмотках вновь становятся равными нулю. Ток IК2 уменьшается, магнитный поток убывает, э.д.с. ме­няет полярность. Это приводит к закрытию транзистора VT2 и от­крытию VT1. Процесс повторяется, и транзисторы попеременно про­водят ток в симметричные обмотки II и III трансформатора, ин­вертируя напряжение источника питания Un и формируя на нагруз­ке импульсы прямоугольной формы. Частота переключения транзи­сторов f и период колебаний Т связаны с параметрами устройства и напряжением питания Uп следующей формулой:

Читайте также:  Соболь нет возбуждения генератора

f = 1/T = Uп /(),

где — число витков обмотки II трансформатора;

bS индукция насыщения сердечника трансформатора, Тл; S — сечение сердечника трансформатора, см 2 .

В течение всего периода насыщения э.д.с. во всех обмотках трансформатора остается постоянной. Следовательно, и в обмотке V, к которой подключена нагрузка, э, д. с. имеет форму прямоуголь­ного импульса (см. рис. 65).

Частоту переключения транзисторов обычно выбирают в пределах от 300 Гц до 15 кГц. Сопротивления базовых резисторов R1 и R2 выбирают в диапазоне 15—150 Ом. Они предназначены для стабилизации работы преобразователя. Емкость конденсаторов С1 и С2 вы­бирают в диапазоне 510—5100 пФ. Они служат для улучшения фор­мы выходного напряжения.

Источник

Исследование автогенераторных SMPS с насыщающимися сердечниками. — Мысли злого плебея — ЖЖ

9 окт 2019

02:22 am — Исследование автогенераторных SMPS с насыщающимися сердечниками.

Их еще называют Генератором Ройера (Royer oscillator). В интернетах по их поводу гуляет много заблуждений. Любое электронное устройство по совокупности свойств без микросхем хуже подобного содержащего микросхем, но зато они позволяют добиться одной-двух выдающихся характеристик. Поэтому такие БП будут делаться, пока экологисты не запретят, так как позволяют сделать блок очень дешево, но ненадежно. Мне именно нужен был вариант надежно, просто, но цена и качество выходного напряжения не важно. Поэтому занялся исследованием автогенераторных БП.

Основные свойства инверторов с насыщающихся сердечником.
1. Есть защита от перегрузки: при перегрузке транзисторы перестают переключаться.
2. На холостом ходу потребляют около половины энергии номинального режима. Можно сделать лучше, но надо прикладывать дополнительные усилия для этого.
3. Тяжело запускаются. Часто в «исправном» блоке работает только один транзистор из двух.
4. К «электронным трансформаторам» для галогеновых ламп мой пост не относится. В них используется инвертор с двумя трансформаторами, в котором насыщается транзистор, а не трансформатор.
5. Подходят для преобразования пониженного напряжения, а не для встления в розетку. Это следствие из пунктов 2 и 4.
6. Во вторичной цепи выпрямитель и фильтр могут быть любыми, инвертор все равно работать будет. Главное не перегружать.

Простейшая схема принципиальная.

Эта схема из И.М. Готлиб, Источники Питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы. Москва: Постмаркет, 2002. -544с. Она хороша при напряжении питания близким к 5 Вольтам, то есть от 3 до 12 Вольт. При напряжении ниже 3В она может не запускаться, а при напряжении выше 12В неоправдано высокие потери напряжения на резисторах R1 и R2.

Читайте также:  Никнейм для стандофф 2 генератор

1. К запертому транзистору прикладывается двойное напряжение питания из-за действия автотрансформатора. Поэтому транзисторы надо выбирать на напряжение Vceo в 3 раза выше напряжения питания.
2. R3 и R4 служат для протекания токов утечки транзисторов в обход базы. Вычисляется по формуле: 50mV/Iceo, где 50mV — одна десятая порогового напряжения перехода база-эмиттер, Iceo — обратный ток коллектор-база при оборванном эмиттере.
3. R1 и R2 обеспечивают положительную обратную связь. Номинал рассчитывается по формуле: 0.2*Ucc*Ucc/(Uout*Iout).
4. В трансформаторе я мотаю один виток на Вольт.

В интернетах гуляет такая ее модификация с добавленными разделительными конденсаторами от «муравей». Эта добавка снижает КПД. ИМХО, оптимален вариант из книги. Вообще, во всем модификациях генератора Ройера конденсаторы делают хуже.

Для напряжения питания выше 12 Вольт используют схемы с дополнительной обмоткой обратной связи. Когда с двумя обмотками, то проблем с ними нет. Схема из статьи «Электроизгородь», «Радио» №8, 1973

Она же в книге И.М. Готлиба.

Трансформатор наматывается тем же способом, что и в предыдущем случае, то есть один виток на Водьт. Обмотки обратной связи по 5 витков. R1=25В*Vcc/(V*I), где Vcc — напряжение питания инвертора, V и I — требуемое напряжение и сила тока нагрузки. R2=R1*(Vcc-Vb)/Vb, где Vb — пороговое напряжение транзистора (0.5-0.7 В). Нужен ли конденсатор — незнаю. Подозреваю делает хуже.

Эта схема имеет две обмотки ПОС, чем она меня не устраивает.

Схема с одной обмоткой ПОС.

В этой схеме часто запускается только один транзистор из двух, так как смещение не симметричное, в результате она сильно греется. Поэтому совместил первую схему (перекрестные резисторы) и эту (обмотку ПОС).

Трансформатор наматывается тем же способом, что и в предыдущем случае, то есть один виток на Водьт. Обмотки обратной связи по 5 витков. R3=50В*Vcc/(V*I), где Vcc — напряжение питания инвертора, V и I — требуемое напряжение и сила тока нагрузки. R1=R2=100*Vcc*Vcc/(V*I).

У всех этих схем есть один общий недостаток: большие потери энергии на холостом ходу. Википедия предлагает его исправлять общим дросселем в цепи питания. Интернеты ей поддакивают. По такому принципу.

На самом деле надо добавлять индуктивность в эмиттер каждого транзистора. Варинт интернетов вредный, он только увеличивает потери. Принцип действия индуктора такой: при насыщении трансформатора увеличивается скорость нарастания силы тока, а значит быстро увеличивается напряжение на индукторе в цепи эмиттера открытого транзистора до величины больше ЭДС обмотки обратной связи (5 Вольт). В результате момент времени, когда транзистор запирается наступает раньше, а значит потери меньше. Вариант википедии только мешает запуску и увеличивает потери энергии из-за более пологих фронтов напряжений на базах транзисторов.

Окончательная схема SMPS.

Индуктивности L1 и L2 выбираются в 10 раз меньше индуктивности первичной обмотки, что бы не мешали основному процессу. Добавка их позволила мне сократить потребление тока на холостом ходу в 5 раз.

Источник

Осциллятор Ройера — Royer oscillator

Ройер генератор представляет собой электронный релаксационный генератор , который использует насыщаемый сердечник трансформатор . Он был изобретен и запатентован в 1954 году Джорджем Х. Ройером. Его преимущества заключаются в простоте, малом количестве компонентов, прямоугольной форме волны и легкой развязке трансформатора . Максимально используя сердечник трансформатора, он также сводит к минимуму размер и вес трансформатора. Классическая схема Ройера выдает прямоугольные волны . Существует еще одна конструкция преобразователя, часто описываемая как «резонансная конструкция Ройера», которая генерирует синусоиды. Он был, по-видимому, впервые описан в 1959 году Баксандаллом и поэтому должен называться «конвертер Баксандалла». Его различия объясняются ниже. Обе версии широко используются, в основном как силовые инверторы .

Содержание

Описание схемы

Схема Ройера состоит из трансформатора с насыщаемым сердечником и первичной обмоткой с центральным отводом, обмотки обратной связи и (необязательно) вторичной обмотки . Две половины первичной обмотки управляются двумя транзисторами в двухтактной конфигурации. Обратная намотка паров небольшого количества трансформатора поток в задней части к транзисторным основаниям для обеспечения положительной обратной связи , генераций колебаний. Частота колебаний определяется максимальной плотностью магнитного потока , напряжением источника питания и индуктивностью первичной обмотки .

Читайте также:  Работа вала в генераторе

Базовый Royer генерирует выходной сигнал прямоугольной формы .

Необходимость использования насыщающегося сердечника ограничивает выбор материала сердечника. Некоторые распространенные материалы:

Основной материал Плотность потока насыщения / г Потери в сердечнике Вт / см 3 при 50 кГц
Toshiba MB 6000 0,49
Metglas2714A 6000 0,62
Квадратный пермаллой 80 (0,5 мил) 7800 0,98
Квадратный пермаллой 80 (1 мил) 7800 4.2
Феррит типа 84 4000 4

Текущий режим работы

Недостатком работы в режиме напряжения является высокая нагрузка на переключающие транзисторы во время перехода, когда и напряжение, и ток велики. Этот недостаток устраняется использованием текущего режима работы. Это достигается за счет включения индуктора в центральный отвод трансформатора. Эта катушка индуктивности понижает напряжение центрального отвода, когда dI / dt будет очень высоким в режиме напряжения. Эта улучшенная версия в некоторых книгах называется генератором Ройера с питанием от тока .

Приложения (и варианты синусоидальной волны)

Классическая схема генератора Ройера (с приводом тока или без него) используется в некоторых инверторах постоянного и переменного тока, где для нагрузки приемлем выходной сигнал прямоугольной формы. Он также активно использовался в 1970-х годах в импульсных источниках питания (путем выпрямления выхода) и обычно реализовывался с биполярными транзисторами. Эта схема полагается исключительно на насыщение сердечника трансформатора, чтобы вызвать переключение между двумя состояниями.

Между преобразователем Ройера и резонансной конструкцией Баксандалла есть три основных различия, хотя литература неоднозначна. Во-первых, в синусоидальную цепь добавлен конденсатор, параллельный первичной обмотке трансформатора с отводом от центра, который образует резонансный LC («бак») контур. Во-вторых, индуктор подключается последовательно с питающим напряжением к отводу первичной обмотки трансформатора. Эти компоненты полностью меняют характер схемы по сравнению с конструкцией Ройера.

Когда один транзистор включен, его коллекторное напряжение близко к нулю и ограничивается напряжением насыщения. Он работает с постоянным током, задаваемым индуктором. Ток в первичной обмотке трансформатора делится на две части, каждая сторона проводит половину синусоиды, но в противофазе, и каждая имеет среднее значение, или смещение постоянного тока, равное половине напряжения питания. Противоположные токи всегда уравновешивают, но вся первичная обмотка «видит» полную синусоиду. Таким образом, синусоида может генерироваться, позволяя транзисторам попеременно полностью включаться и выключаться в двухтактном режиме. Это единственное сходство с преобразователем Ройера.

Напряжение центрального отвода колеблется вверх и вниз, поскольку катушка индуктивности препятствует изменению тока. В результате форма волны выглядит как двухполупериодный выпрямитель. Напряжение питания постоянного тока соответствует среднему значению, поэтому пиковые значения отвода составляют примерно (pi / 2) * Vcc. Поскольку трансформатор действует как автотрансформатор 2: 1 на первичной обмотке, напряжение на коллекторе «выключенного» транзистора достигает двойного, или pi, умноженного на Vcc.

Наконец, третье важное отличие состоит в том, что трансформатор не насыщается или не должен насыщаться. Переключение между двумя транзисторами происходит просто через резонирующую первичную обмотку, меняющую полярность каждые полупериод.

Схема такого типа была использована, например , в продвижении ЭЛТО в Tektronix 547 осциллографа . Схема, использующая аналогичную идею, фигурирует в патенте 1973 года, выданном Bell Telephone Laboratories, и, как уже упоминалось, в документе конференции 1959 года П. Дж. Баксандалла, который дал четкое описание ее работы.

Конвертер Баксандалла недавно использовался для управления люминесцентными лампами от источников низкого напряжения, часто с использованием перезаряжаемых батарей, для аварийного освещения и кемпинга и т. Д. Также в своей статье 1959 года Баксандалл описал вариант синусоидального генератора с переключением напряжения. Этот вариант, кажется, был предшественником большинства двухтранзисторных драйверов для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), который недавно был расширен для управления низковольтными светодиодными лампами.

Еще одно применение преобразователя Баксандала — питание CCFL . CCFLs демонстрируют ухудшение их тока в выходной световой эффективности в присутствии гармоник , так что резонансный контур является той , которая используется , чтобы управлять ими . Чтобы обеспечить регулировку интенсивности света, интегральная схема обычно запускает сигнал с широтно-импульсной модуляцией на затворе дополнительного транзистора, образуя понижающий преобразователь с питающим дросселем. Другие интегральные схемы также управляют двумя транзисторами генератора и для этого определяют нулевую долину среднего отвода трансформатора.

Источник