Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



Для перемагничивания сердечника силового трансформатора по частному, циклу необходимо выполнение неравенства

>

Схема преобразователя с дополнительным трансформатором и постоянным базовым током (рис. 3.9). Трансформатор Тр1 является трансформатором питания, функции дополнительного переключающего элемента выпол-няеттрансформатор Трг.

На рис. 3.9 полярности напряжений на обмотках соответст-вуют~ насыщенному транзистору Tl и запертому Гг.

Параметры схемы рассчитываются так, чтобы переключение

Рис. 3.9. Схема преобразователя напряжения с трансформатором напряжения в цепи базы

транзисторов происходило при насыщении сердечника трансформатора Тр2. Насыщение сердечника приводит к возрастанию на магничивающего тока /ца и, следовательно", к снижению напряжений на всех обмотках Тр. Перед запиранием насыщенного транзистора происходит процесс рассасывания, в течение которого напряжения на обмотках Трх сохраняются неизменными, а коллекторный ток возрастает из-за увеличения /дг • После окончания процесса рассасывания коллекторный ток начинает уменьшаться, происходит .изменение полярности напряжений на всех обмотках Тр\ и, следовательно, перемагничивание сердечника Трг-Ток коллектора до насыщения Трг

/к=/;,+/.1+2(/д2+/;).

где /б=-/б - ток базы, пересчитанный к обмотке Wx. Должно соблюдаться условие насыщения транзистора

б "21Э

Приращение тока в коллекторе отпертого транзистора при насыщении сердечника Трг

А4=2Д/1 = 2(2[/„ ?-/;-/д2). Частота преобразователя

где 5ст2, Bs2 - параметры сердечника трансформатора Трг; б.э - напряжение эмиттерного перехода насыщенного транзистора.

Схема преобразователя с дополнительным трансформатором и пропорционально-токовым управлением. Схема преобразователя, а котором ток базы насыщенного транзистора зависит от тока -коллектора, показана на рис. 3.10. Трансформатором питания является Три токовым - Тр2. Обмотки Wx и Wq включены так, чтобы обеспечить положительную обратную связь.



Рис. 3.10. Схема преобразовате- Рис. 3.11. Схема преобразователя напряжения с трансформато- ля напряжения с трансформато

ром тока в цепи базы

ром тока в цепи базы, имеющим обмотку холостого хода

Для токового трансформатора Трг на.основании закона полного тока можно записать

ИЛИ

учитывая, что I, WxHJcp,

{i,w,-Hj,):

При больших токах нагрузки выполняется неравенство

/к1»Яе/ер. (3.5)

Поэтому, не учитывая различия в направлении токов, протекающих по обмоткам Wi и We, получаем

Последняя формула показывает, что ток базы в открытом транзисторе (с точностью до HJcp/Wq) пропорционален току коллек-



тора. Изменение последнего всегда приводит к изменению тока базы, что энергетически выгодно, поскольку уменьшению тока нагрузки соответствует уменьшение тока базы и, следовательно, снижение потерь на управление. При малой нагрузке или холостом ходе соотношение оказывается несправедливым из-за нарушения неравенства (3.5).

Конденсатор С, включенный параллельно диоду, во время открытого состояния транзистора заряжается, и напряжение на нем равно напряжению на открытом диоде в цепи базы.

При соответствующем выборе витков обмотки W к сердечник трансформатора Гр, не успевает входить в насыщение. Насыщение сердечника Тр приводит к возрастанию его тока намагничивания и уменьшению базового тока открытого транзистора. Напряжения на обмотках Тр2 снижаются до нуля, и теперь заряженный конденсатор С является источником запирающего напряжения для отпертого ранее транзистора. От конденсатора протекает запирающий ток через отпертый эмиттерный переход транзистора и активное сопротивление обмотки Wq. Поскольку полное сопротивление цепи, по которой протекает запирающий ток базы, оказывается очень малым, выключение транзистора происходит, форсированно, потери на выключение незначительны.

Уменьшение тока коллектора отпертого транзистора одновременно означает уменьшение тока намагничивания трансформатора питания /дот. что приводит к смене полярностей напряжения на всех его обмотках, происходит перемагничивание сердечникатокового трансформатора и на всех его обмотках образуются напряжения противоположной полярности.

Для насыщения транзистора должно выполняться соотношение /к</21э/б. Учитывая, что при большой нагрузке вьшолняется соотношение (3.5), получаем условие насыщенного состояния транзистора

При снижении тока нагрузки пропорциональность между коллекторным и базовым током, как следует из (3.5), нарушается. В этих условиях преобразователь становится неработоспособным. Для обеспечения работы при холостом ходе и малых нагрузках необходимо изменить схему преобразователя, как показано на-рис. 3.11. В схему введены дополнительные элементы: резистор х.х и обмотка Wx.x токового трансформатора, соединенные последовательно. Эти элементы и способ их включения полностью повторяют первичную цепь базового трансформатора на рис. 3.9. Они выбираются так, чтобы выполнялось неравенство

где Iw X - "0 протекающий в обмотке W.x-

При этом обмотка Их.х обеспечивает не только намагничивающий ток /д трансформатора Тр2, но и насыщение транзистора при всех условиях работы. 76

Частота преобразователя определяется суммой напряжений на \диоде и эмиттерном переходе транзистора:

\ 4 иб Sex 2 Bs2

Схема автогенераторного преобразователя с внешней синхронизацией. Иногда необходима работа одного или нескольких преобразователей на заданной частоте. Это можно осуществить с помощью синхронизирующих импульсов. На рис. 3.12 показана одна из возможных схем синхронизации. Собственная частота преобразователя должна быть ниже рабочей частоты. Амплитуда импульсов синхронизации Uc выбирается из условия IJc>Ua-б.э-

Рис. 3.13. Структурная схема преобразователя с независимым возбуждением

Рис. 3.12. Схема синхронизации статического . преобразователя напряжения

Частота следования синхроимпульсов должна быть равна удвоенной частоте переключения транзисторов.

Длительность импульсов /с не может быть меньше некоторой минимальной, необходимой для завершения процессов переключения.

Схема преобразователя с независимым возбуждением. Структурная схема преобразователя с независимым возбуждением показана нарис. 3.13.

В качестве задающего .генератора (ЗГ) можно использовать автогенератор Ройера. При управлении выходным каскадом прямоугольным импульсным напряжением без паузы, поступающим от ЗГ, необходимы меры для устранения так называемых «сквозных» токов. Эти токи свойственны выходному каскаду, выполняемому как по двухтактной, так и по мостовой или полумостовой схемам.

Возникновение «сквозного» тока через транзисторы связано с их инерционностью: во время рассасывания носителей в базе отпертого транзистора происходит нарастание тока в коллекторе ранее запертого. В результате в обоих транзисторах возрастает мощность при переключении, что отрицательно сказывается на надежности и тепловом режиме устройства. Для ликвидации «сквозно-



го» тока необходима задержка отпирающего сигнала, поступающего в базу запертого транзистора.

Возможно использование схем как с фиксированной задержкой, так и с автоматической задержкой на время рассасывания. Последние наиболее просты, и одна из них (рис. 3.14) щироко ис-.•пользуется на практике.

Задающий генератор на схеме не,показан, его импульсные противофазные напряжения t/yi и Uyi поступают во входные,цепи

транзисторов.. Полярности напряжений на коллекторных обмотках (Wk) и об-.мотках обратной связи (Woc) соответствуют отпертому состоянию транзистора 7,. Цепи loc, Дь Дг >не оказывают влияния на работу схемы. По окончании полупериода рабочей частоты ЗГ полярности натряжений t/yb t/y2 изменяются на противоположные (на рис. 3.14 не показаны). Под действием управляющего сигнала происходит рассасывание избыточных носителей в базе отпертого транзистора Т\, который за время остается замкнутым ключом. Напряжения на обмотку трансформатора во время рассасывания не изменяются, поэтому правая обмотка Uoc продолжает удерживать транзистор Гг в запертом состоянии, несмотря на то, что сигнал t/уг является для этого транзистора отпирающим.

По окончании времени р уменьшается коллекторный ток, изме-:няются полярности напряжений на обмотках и, следовательно, воз-можно отпирание транзистора 7% Таким образом, «сквозной» ток в данном преобразователе с независимым возбуждением отсутствует при любом изменении длительности р.

Работа преобразователя по схеме на рис. 3.14 на высоких частотах (десятки и сотни килогерц) связана с некоторыми -особенностями транзисторов как переключателей. При расчете процессов, происходящих в схеме на высокой частоте преобразования, необходимо учитывать емкость коллекторного перехода [29].

Схема транзисторного преобразователя с магнитным поясом. Как-было показано выше, насыщение сердечника трансформатора питания преобразователя приводит к увеличению токов в транзисторах, что в свою очередь, влияет на надежность работы и КПД устройства, С помощью длинного соленоида (называемого магнит-


Рис. 3.14. Схема преобразователя напряжения с независимым возбуждением и- задержкой на время рассасывания избыточных носителей в базе транзистора

1ЫМ поясом или поясом Роговского), замкнутого по контуру, уда-егся измерить скорость изменения суммарного тока в обмотках трансформатора, который при неизменной нагрузке преобразователя полностью отражает изменение намагничивающего тока [7]. Магнитный пояс - соленоид на плоском каркасе. Он размещается на внешней или внутренней стороне кольцевого сердечника, изолируется вместе с сердечником, после чего наматываются -все обмотки трансформатора.

В нерегулируемом преобразователе с магнитным поясом индукция в сердечнике изменяется по полному циклу! Большую часть времени открытого состояния транзистора ЭДС обмотки пояса будет постоянной, а при резком изменении тока намагничивания ЭДС возрастает. Сигнал с магнитного пояса используется для переключения силовых транзисторов.

Упрощенная схема преобразователя показана на рис. 3.15. В схеме управления (СУ) находятся элементы, формирующие запирающий сигнал в базу насыщенного транзистора при возрастании намагничивающего тока.

Рис. 3.15. Схема преобразователя напряжения с датчиком полного тока (магнитным поясом); м.п -обмотка магнитного пояса

Таким образом, преобразователь, рассмотренный в данном параграфе,, отличается от автогенератора Ройера тем, что с помощью дополнительного элемента (магнитного пояса) переключение транзисторов происходит сразу же после начавшегося возрастания намагничивающего тока, что не приводит к заметному увеличению тока коллектора.

3.2. Импульсные стабилизаторы напряжения

Применение транзисторов в режиме переключения позволяет при значительной разнице в уровнях напряжения питания и напряжения на нагрузке получить КПД преобразования, близкий к единице.



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


0.0123