Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



Коэффициент фильтрации /Сф2 находится в обратной зависимости от относительной нестабильности по напряжению микросхемы

/Сфг = (2.52)

Поскольку частота пульсаций в цепях источников питания, как правило, . не превышает 50-100 кГц, частотными свойствами микросхемы (fr=12,5 МГц) в цепи ООС можно пренебречь.


Рис. 2.27. Схема активного сглаживающего фильтра на микросхеме К142ЕН1,2

ГЛАВА 3

ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ. СТРУКТУРЫ, ЭЛЕМЕНТЫ, ПРОЦЕССЫ

Преобразование электрической энергии с помощью импульсных методов является наиболее эффективным направлением миниатюризации ИВЭП. Эти методы позволяют получить высокие удельные показатели устройств электропитания при минимальных потерях энергии.

По своему назначению импульсные преобразователи напряжения (ИПН) можно разделить на два класса:

нерегулируемые, с помощью которых решается задача изменения уровней напряжений в заданном постоянном отношении, т. е. трансформаторы постоянного напряжения;

регулируемые, обеспечивающие плавное изменение выходного напряжения в соответствии с управляющим воздействием; введение отрицательной обратной связи по напряжению превращает регулируемые ИПП в импульсные стабилизаторы напряжения или стабилизирующие ИПН.

3.1. Нерегулируемые транзисторные преобразователи напряжения

Основная схема нерегулируемого транзисторного ИПН представляет собой двухтактный автогенератор с индуктивной обратной связью (рис. 3.1).


Рие. 3.1. Основная схема Рис. 3.2. Эквивалентная схема преобразова-нерегулируемого импульс- теля напряжения

кого преобразователя напряжения

В зависимости от вида петли гистерезиса материала сердечника трансформатора можно рассматривать два режима работы автогенератора [24]:

1) прекращение нарастания магнитного потока происходит вследствие достижения предельного значения коллекторного тока транзистора, определяемого в данном режиме базовым током и коэффициентом передачи тока транзистора я21э. При этом предполагается, что сердечник трансформатора не насыщается, так как петля перемагничивания линейна;

2) прекращение нарастания магнитного потока происходит» вследствие насыщения сердечника трансформатора. При этом предполагается, что для сердечника трансформатора применяется материал с резко выраженной индукцией насыщения. В этом случае максимальный поток полностью определяется индукцией насыщения и сечением сердечника трансформатора.

Для анализа работы основной схемы преобразователя (автогенератора) можно использовать эквивалентную схему, показанную на рис. 3.2. Наибольшее распространение получили преобразователи с сердечником трансформатора, имеющим прямоугольную петлю гистерезиса. Это объясняется малым реактивным током в первичной цепи такого трансформатора и малыми потерями в активных сопротивлениях. В преобразователе с сердечником трансформатора, имеющим прямоугольную петлю гистерезиса, перемаг-ничивание сердечника происходит при практически неизменном во времени намагничивающем токе (рис. 3.3)




Рис. 3.3. Прямоугольная петля перемагничивания сердечника трансформатора

Рис. 3.4. График изменения тока коллектора транзистора основной схемы преобразователя

к. MQKC

к.проЙ

с ср

0,4 я W„

где /ср - средняя длина магнитной силовой линии сердечника

трансформатора.

Ток в приведенном сопротивлении нагрузки Rii = RJn{n = - Wq/Wk) при насыщении транзистора скачком возрастает до

Rh + RI

и остается до конца периода практически неизменным (рис. 3.4);

- суммарное сопротивление в цепи коллектора транзистора.

Ток коллектора транзистора, определяемый проводимостью коллекторной цепи, также не изменяется во времени:

(3.1)

к.пров- „ IX п , п

Напряжение на базовой обмотке

"б < {Un-

-lR.)

Rh + R„

где n,,= WIW,.

Расчетный максимальный коллекторный ток транзистора, определяемый режимом базовой цепи,

/1213 "б (Ц - и к) 2

RoiRn + R,)

к.макс -

Перемагничивание сердечника трансформатора продолжается, пока расчетный ток коллектора транзистора превышает ток проводимости. 70

Минимально необходимый коэффициент трансформации, обеспечивающий самовозбуждение преобразователя, определяется из (3.1) и (3.2). - .

Полагая для упрощения /д Rh-Uu и 1цЯк-<ип, получаем

n6>----r- или <"б/121Э•

При перемагничивании сердечника трансформатора индукция в нем изменяется от -.бнас До Внас Время перемагничивания сердечника определяется из выражения

Тпер = 2 Ф„,, {R, + R) ?; (t/„-R,).

Полагая /д к<Ьш получаем следующее выражение для периода выходного напряжения преобразователя:

4ФяасИк(«-Ь/?;) 4Фнас1Гк

UaRn

Если приведенный ток нагрузки превышает расчетный ток коллектора, то условие самовозбуждения .автогенератора нарушается и происходит срыв колебаний. Если перегрузка -незначительна, то транзисторы преобразователя переходят в активный режим, амплитуда колебаний падает, мощность, рассеиваемая в транзисторах, резко возрастает, а сердечник перемагничивается по частному циклу, не достигая предельных значений индукции (Лнас; -биас), период колебаний уменьшается.

Режим базовой цепи преобразователя выбирается по (3.2) исходя из минимального справочного значения коэффициента передачи /121Э при t мин и максимальной нагрузки. Поэтому при малых токах нагрузки сердечник трансформатора будет глубоко насыщаться, заходя в нелинейную область петли гистерезиса (рис. 3.5). Обратное перемагничивание в этом случае сопровождается выделением энергии, запасенной в нелинейной индуктивности, в течение времени перехода сердечника из нелинейного участка петли гисте-


Рис. 3.5. Процесс насыщения сердечника трансформатора

Рис. 3.6. Схема преобразователя на-«ряжения с дросселем в цепи эмиттеров транзисторов




резиса на линейный, процесс происходит в момент запирания транзистора и следствием его является выделение большой мгновенной мощности в коллекторном переходе.

Обязательным условием работы основной схемы ИПН является достижение тока проводимости коллекторной цепи транзистора значения /г21э/в ; этим обусловлены следующие недостатки преобразователя:

глубокое насыщение сердечника трансформатора питания при прямоугольной петле гистерезиса и связанное с этим увеличение потерь в сердечнике и цепи коллектора силового транзистора;

существенное изменение режима работы транзистора при изменении температуры и тока нагрузки;

высокий уровень помех, возникающих во время переключения силовых транзисторов.

Ниже рассматриваются схемы, в которых перечисленные недостатки в значительной мере могут быть уменьшены.

Схема нестабилизированного преобразователя с дросселем в цепях эмиттеров силовых транзисторов (рис. 3.6). В ИПН с прямоугольной петлей гистерезиса сердечника трансформатора ток, потребляемый по первичной цепи, остается постоянным и резко возрастает только с.увеличением тока намагничивания сердечника в конце полупериода (см. рис. 3.4). Поэтому падение напряжения на дросселе при неизменном токе в первичной цепи определяется только его омическим сопротивлением. При возрастании намагничивающего тока на дросселе возникает падение напряжения за счет ЭДС самоиндукции, что приводит к ускоренному запиранию насыщенного транзистора. Ориентировочно индуктивность дросселя можно выбрать по формуле

/ рас

где U(, - напряжение на базовой обмотке трансформатора; lA/ - допустимое увеличение намагничивающего тока трансформатора преобразователя.

Схема преобразователя с переключающим- дросселем. В основе всех схем с дополнительными переключающими элементами лежит принцип переключения транзисторов ранее того момента, когда сердечник трансформатора питания достигнет насыщения.

Перемагничивание дополнительного магнитного элемента преобразователя (дросселя или трансформатора) происходит по полному циклу с заходом в область насыщения, в то время как перемагничивание сердечника трансформатора питания должно происходить по симметричному частному циклу (рис. 3.7).

Схема преобразователя напряжения с переключающим дросселем показана на рис. 3.8. Знаки напряжений на обмотках трансформатора соответствуют открытому состоянию транзистора Ти

Базовый ток транзистора

(3.3)

где /дь - ток намагничивания дросселя, протекающий от обмотки Woe и обмотки запертого транзистора через эмиттерный переход насыщенного транзистора и базовое сопротивление Rf,. Транзистор находится в насыщенном состоянии, если выполнено условие

где / nLiiz, торную цепь

ток дросселя, пересчитанный в коллек-



Рис. 3.7. Перемагничивание Рис. 3.8. Схема преобразователя напряжения с сердечников дросселя и переключающим дросселем

трансформатора

Ток намагничивания дросселя определяется из соотношения

/.L = -%. (3.4)

Насыщение дросселя приводит к изменению знака базового тока согласно (3.3).

Эмиттерный переход насыщенного транзистора запирается очень быстро, так какк нему вследствие насыщения сердечника дросселя приложено напряжение обмотки lloc (через эмиттерный переход второго транзистора).

Отпирание транзистора обеспечивает смену полярностей напряжений на всех обмотках и перемагничивание сердечника дросселя. Частота преобразователя определяется напряжением, приложенным к обмотке Wl:

где Sl, Bsl - сечение и индукция насыщения сердечника дросселя.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [11] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46


0.0221