Трансформатор обратного хода (FBT), также называемый трансформатором линейного выхода (LOPT), представляет собой особый тип электрического трансформатора . Первоначально он был разработан для генерации пилообразных сигналов высокого напряжения на относительно высокой частоте. В современных приложениях он широко используется в импульсных источниках питания как низкого (3 В), так и высокого напряжения (более 10 кВ).
Схема обратноходового трансформатора была изобретена как средство управления горизонтальным движением электронного луча в электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). В отличие от обычных трансформаторов, на обратноходовой трансформатор не подается сигнал той же формы, что и предполагаемый выходной ток. Удобным побочным эффектом такого трансформатора является значительная энергия, присутствующая в его магнитной цепи. Это можно использовать, используя дополнительные обмотки для обеспечения питания других частей оборудования. В частности, очень высокие напряжения легко получить, используя относительно небольшое количество витков обмоток, которые после выпрямления могут обеспечить очень высокое ускоряющее напряжение для ЭЛТ. Во многих более поздних применениях такого трансформатора нет необходимости создавать высокие напряжения и использовать это устройство как относительно эффективное средство создания широкого диапазона более низких напряжений с использованием трансформатора, который намного меньше обычного сетевого трансформатора. [ нужна цитата ]
Первичная обмотка обратноходового трансформатора приводится в действие переключателем от источника постоянного тока (обычно транзистора ) . Когда переключатель включен, первичная индуктивность приводит к постепенному нарастанию тока. Встроенный диод, включенный последовательно со вторичной обмоткой, предотвращает образование вторичного тока, который в конечном итоге будет противодействовать изменению первичного тока. [1]
Когда переключатель выключен, ток в первичной обмотке падает до нуля. Энергия, запасенная в магнитном сердечнике, передается во вторичную обмотку по мере разрушения магнитного поля в сердечнике. Напряжение в выходной обмотке возрастает очень быстро (обычно менее микросекунды), пока условия нагрузки не ограничивают его. Как только напряжение достигает такого уровня, чтобы обеспечить возникновение вторичного тока, поток заряда становится похожим на нисходящую рампу.
Затем цикл можно повторить. Если вторичному току позволить полностью упасть до нуля (энергия в сердечнике отсутствует), то говорят, что трансформатор работает в прерывистом режиме . [2] Когда вторичный ток всегда отличен от нуля (некоторая энергия всегда сохраняется в сердечнике), то это непрерывный режим . [3] Эта терминология особенно используется в трансформаторах питания.
Выходная обмотка низкого напряжения повторяет пилообразную форму первичного тока и, например, для телевизионных целей, имеет меньше витков, чем первичная обмотка, что обеспечивает более высокий ток. Это линейно изменяющийся импульсный сигнал, который повторяется с горизонтальной (линейной) частотой дисплея. Обратный ход (вертикальная часть пилообразной волны) может стать потенциальной проблемой для обратноходового трансформатора, если энергии некуда идти: чем быстрее схлопывается магнитное поле, тем больше наведенное напряжение, которое , если его не контролировать, может вспыхнуть. клеммы трансформатора. Используемая высокая частота позволяет использовать трансформатор гораздо меньшего размера. В телевизорах эта высокая частота составляет около 15 килогерц (15,625 кГц для PAL, 15,734 кГц для NTSC ), а вибрации сердечника трансформатора, вызванные магнитострикцией , часто можно услышать как пронзительный вой. В компьютерных дисплеях на основе ЭЛТ частота может изменяться в широком диапазоне, примерно от 30 кГц до 150 кГц.
Трансформатор может быть оснащен дополнительными обмотками, единственная цель которых — индуцировать относительно большой импульс напряжения, когда магнитное поле схлопывается при выключении входного ключа. В магнитном поле хранится значительная энергия, и ее соединение с помощью дополнительных обмоток помогает ему быстро разрушиться и избежать вспышки напряжения, которая могла бы произойти в противном случае. Последовательность импульсов, поступающая с обмоток обратноходового трансформатора, преобразуется в постоянный ток с помощью простого полуволнового выпрямителя . Нет смысла использовать полноволновую схему, поскольку нет соответствующих импульсов противоположной полярности. Один виток обмотки часто дает импульсы в несколько вольт. В старых конструкциях телевизоров трансформатор вырабатывал необходимое высокое напряжение для ускоряющего напряжения ЭЛТ напрямую, а выходное напряжение выпрямлялось простым выпрямителем. В более современных конструкциях выпрямитель заменен умножителем напряжения . В цветных телевизорах также должен использоваться регулятор для управления высоким напряжением. В самых ранних комплектах использовался шунтирующий ламповый регулятор, но с появлением твердотельных комплектов использовался более простой резистор, зависящий от напряжения. Выпрямленное напряжение затем используется для питания конечного анода электронно-лучевой трубки.
Часто существуют вспомогательные обмотки, которые создают более низкое напряжение для управления другими частями телевизионной схемы. Напряжение, используемое для смещения варакторных диодов в современных тюнерах, часто получается от обратноходового трансформатора («Трансформатор линейного выхода» LOPT). В комплектах ламп одно- или двухвитковая накальная обмотка расположена на стороне, противоположной сердечнику, как вторичная обмотка высокого напряжения, и используется для привода нагревателя трубки выпрямителя высокого напряжения.
В современных дисплеях LOPT, умножитель напряжения и выпрямитель часто интегрированы в один корпус на основной плате. Обычно на боковой стороне кинескопа имеется толстоизолированный провод от LOPT до анодной клеммы (закрытой резиновым колпачком).
Одним из преимуществ работы трансформатора на обратноходовой частоте является то, что он может быть намного меньше и легче, чем сопоставимый трансформатор, работающий на сетевой (сетевой) частоте. Еще одним преимуществом является то, что он обеспечивает отказоустойчивый механизм — в случае выхода из строя схемы горизонтального отклонения обратноходовой трансформатор перестанет работать и отключит остальную часть дисплея, предотвращая выгорание экрана , которое в противном случае могло бы возникнуть из-за стационарного электронного луча.
Первичная обмотка сначала наматывается на ферритовый стержень , а затем вторичная обмотка наматывается на первичную. Такое расположение минимизирует индуктивность рассеяния первичной обмотки. Наконец, вокруг первичной/вторичной сборки оборачивается ферритовая рамка, замыкающая силовые линии магнитного поля. Между стержнем и рамкой имеется воздушный зазор, увеличивающий сопротивление . [4] Вторичная обмотка наматывается послойно эмалированной проволокой , между слоями проложена майларовая пленка. Таким образом, части провода с более высоким напряжением имеют больше диэлектрического материала.
Обратноходовой трансформатор управляет устройствами с ЭЛТ-дисплеями , такими как телевизоры и компьютерные ЭЛТ-мониторы. Напряжение и частота могут варьироваться в широком диапазоне в зависимости от устройства. Например, для большого цветного ЭЛТ-телевизора может потребоваться напряжение от 20 до 50 кВ со скоростью строчной развертки 15,734 кГц для устройств NTSC и 15,625 кГц для устройств PAL . В отличие от силового (или «сетевого») трансформатора, который использует переменный ток частотой 50 или 60 Гц , обратноходовой трансформатор обычно работает с коммутируемыми токами на гораздо более высоких частотах в диапазоне от 15 до 50 кГц.