Трансформатор обратного хода (FBT), также называемый линейным выходным трансформатором (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 для низкого (3 В), так и для высокого напряжения (более 10 кВ).
Схема трансформатора обратного хода была изобретена как средство управления горизонтальным движением электронного пучка в электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). В отличие от обычных трансформаторов, трансформатор обратного хода не питается сигналом той же формы волны, что и предполагаемый выходной ток. Удобным побочным эффектом такого трансформатора является значительная энергия, которая доступна в его магнитной цепи. Это может быть использовано с использованием дополнительных обмоток для обеспечения питания для работы других частей оборудования. В частности, очень высокие напряжения легко получаются с использованием относительно небольшого количества витков обмоток, которые после выпрямления могут обеспечить очень высокое ускоряющее напряжение для ЭЛТ. Многие более поздние применения такого трансформатора обходятся без необходимости производить высокие напряжения и используют устройство как относительно эффективное средство производства широкого диапазона более низких напряжений с использованием трансформатора, который намного меньше обычного сетевого трансформатора. [ требуется цитата ]
Первичная обмотка трансформатора обратного хода управляется переключателем от источника постоянного тока (обычно транзистором ) . Когда переключатель включен, первичная индуктивность заставляет ток нарастать по наклонной плоскости. Интегральный диод, подключенный последовательно со вторичной обмоткой, предотвращает образование вторичного тока, который в конечном итоге будет противостоять первичному наклонной плоскости тока. [1]
Когда переключатель выключен, ток в первичной обмотке падает до нуля. Энергия, запасенная в магнитном сердечнике, высвобождается во вторичную обмотку, поскольку магнитное поле в сердечнике разрушается. Напряжение в выходной обмотке растет очень быстро (обычно менее чем за микросекунду), пока условия нагрузки не ограничивают его. Как только напряжение достигает такого уровня, который допускает вторичный ток, поток заряда становится похожим на нисходящую рампу.
Затем цикл может быть повторен. Если вторичный ток полностью падает до нуля (в сердечнике нет запаса энергии), то говорят, что трансформатор работает в прерывистом режиме . [2] Когда вторичный ток всегда не равен нулю (в сердечнике всегда есть запас энергии), то это непрерывный режим . [3] Эта терминология используется, в частности, в трансформаторах питания.
Низковольтная выходная обмотка отражает пилообразную форму первичного тока и, например, для телевизионных целей, имеет меньше витков, чем первичная, тем самым обеспечивая более высокий ток. Это пилообразная и импульсная форма волны, которая повторяется с горизонтальной (строчной) частотой дисплея. Обратный ход (вертикальная часть пилообразной волны) может быть потенциальной проблемой для трансформатора обратного хода, если энергии некуда деться: чем быстрее разрушается магнитное поле, тем больше индуцированное напряжение, которое, если его не контролировать, может вспыхнуть на клеммах трансформатора. Высокая используемая частота позволяет использовать гораздо меньший трансформатор. В телевизорах эта высокая частота составляет около 15 килогерц (15,625 кГц для PAL, 15,734 кГц для NTSC ), и вибрации от 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, единственной целью которых является создание относительно большого импульса напряжения, когда магнитное поле разрушается при выключении входного переключателя. В магнитном поле хранится значительная энергия, и ее вывод через дополнительные обмотки помогает ему быстро разрушаться и позволяет избежать перенапряжения, которое могло бы возникнуть в противном случае. Последовательность импульсов, поступающих от обмоток трансформатора обратного хода, преобразуется в постоянный ток простым полуволновым выпрямителем . Нет смысла использовать двухполупериодную конструкцию, поскольку нет соответствующих импульсов противоположной полярности. Один виток обмотки часто производит импульсы в несколько вольт. В старых конструкциях телевизоров трансформатор производил необходимое высокое напряжение для ускоряющего напряжения ЭЛТ напрямую с выходным выпрямлением простым выпрямителем. В более современных конструкциях выпрямитель заменяется умножителем напряжения . Цветные телевизоры также должны использовать регулятор для управления высоким напряжением. Самые ранние телевизоры использовали шунтирующий ламповый регулятор, но с появлением твердотельных приборов использовался более простой резистор, зависящий от напряжения. Выпрямленное напряжение затем используется для питания конечного анода электронно-лучевой трубки.
Часто имеются вспомогательные обмотки, которые вырабатывают более низкие напряжения для управления другими частями телевизионной схемы. Напряжение, используемое для смещения варакторных диодов в современных тюнерах, часто поступает от трансформатора обратного хода («Line OutPut Transformer» LOPT). В наборах ламп одно- или двухвитковая накальная обмотка расположена на противоположной стороне сердечника, как вторичная обмотка высокого напряжения, используемая для управления нагревателем выпрямительной трубки высокого напряжения.
В современных дисплеях LOPT, умножитель напряжения и выпрямитель часто интегрированы в один корпус на основной плате. Обычно имеется толстоизолированный провод от LOPT к анодному выводу (покрытому резиновым колпачком) на боковой стороне кинескопа.
Одним из преимуществ работы трансформатора на частоте обратного хода является то, что он может быть намного меньше и легче, чем сопоставимый трансформатор, работающий на частоте сети (линии). Другим преимуществом является то, что он обеспечивает отказоустойчивый механизм — в случае отказа схемы горизонтального отклонения трансформатор обратного хода прекратит работу и отключит остальную часть дисплея, предотвращая выгорание экрана, которое в противном случае произошло бы из-за неподвижного электронного луча.
Первичная обмотка сначала наматывается вокруг ферритового стержня , а затем вторичная обмотка наматывается вокруг первичной. Такое расположение минимизирует индуктивность рассеяния первичной обмотки. Наконец, ферритовая рамка наматывается вокруг первичной/вторичной сборки, замыкая линии магнитного поля. Между стержнем и рамкой находится воздушный зазор, который увеличивает магнитное сопротивление . [4] Вторичная обмотка наматывается слой за слоем эмалированной проволокой , а между слоями — майларовой пленкой. Таким образом, части провода с более высоким напряжением имеют больше диэлектрического материала.
Трансформатор обратного хода управляет устройствами отображения ЭЛТ , такими как телевизоры и компьютерные мониторы с ЭЛТ. Напряжение и частота могут варьироваться в широком диапазоне в зависимости от устройства. Например, для большого цветного телевизора с ЭЛТ может потребоваться от 20 до 50 кВ с частотой горизонтальной 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 50 или 60 Гц , трансформатор обратного хода обычно работает с коммутируемыми токами на гораздо более высоких частотах в диапазоне от 15 кГц до 50 кГц.