Главная Источники вторичного электропитания - часть 2




ншо управляющего напряжения Usy,i от УПТ над уровнем опорного пилообразного напряжения.

Если напряжение faxa равно уровню, например, при прохождении пилообразного напряжения через нуль (рис. 9.23, е), соответствующему номинальному выходному напряжению преобразователя, то ОУ будет переключаться Из одного состояния в другое под Действием внутренней положительной обратной связи и противодействующей ей запаздывающей отрицательной обратной связи, причем длительность этих состояний приблизительно


Рис. 9.23. Схема щиротно-импульсно-го модулятора на операционном усилителе (а) и осциллограммы напряжений, поясняющие его работу (б)

одинакова = tn (рис. 9.23, г) и коэффициент заполнения у - = tjtu = 0,5.

Если выходное напряжение преобразователя по какой-либо причине понизится, например из-за понижения входного напряжения питания или увеличения тока нагрузки, то напряжение на выходе УПТ также понизится, что будет соответствовать уровню t/вх 2 на входе ОУ (рис. 9.23, в), усилитель также переключится, ио теперь > t„ (рис. 9.23, д) и у > 0,5. В предельном случае при UamiiK еСли нет в ШИМ принудительной постоянной паузы, то Утах = 1.

При повышении Ьходного сигнала УПТ до уровня Ubx 2 (рнс. 9.23, в), что соответствует увеличению входного напряжения питания или уменьшению тока нагрузки на выходе преобразователя, усилитель переключится и будет находиться в режиме насыщения, длительность < <о> при этом коэффициент заполнения Т < 0,5 и в пределе может быть равным нулю.

Выходные импульсы ШИМ используются для формирования сигналов управления переключением силовых транзисторов стабилизирующего преобразователя.

f3 Зак. 726




Рис. 9.24. Схема промежуточного усилителя с повышенным быстродействием

Операционные усилители обладают определенным временем восстановления (запаздывания). В схемах ШИМ это ограничивает динамический диапазон модуляции длительности импульсов, что приводит к снижению точности регулирования напряжения преобразователя, особенно при крайних значениях входного напряжения питания. Для повышения стабильности выходного напряжения преобразователя в ШИМ необходимо использовать безынерционные ОУ или компараторы.

Выходные сигналы схем управления (особенно в интегральном исполнении) являются маломощными, поэтому для раскачки силовых транзисторов преобразователя вводятся промежуточные усилители (ПУС), включение которых показано на рис. 9.17, а и 9.18, а. Промежуточные усилители выполняются на дискретных элементах или гибридно-пленочных микросхемах.

Одна из схем промежуточного усилителя приведена на рис. 9.24 [51]. В ней. кроме усиления входного сигнала по мощности реализуется ускоренное выключение выходного мощного транзистора преобразователя, что позволяет повысить частоту преобразования и снизить динамические потери в силовых транзисторах. В состав промежуточного усилителя входит эмиттерный повторитель на комплементарной паре транзисторов VT, VT, транзистор VT, для форсированного выключения силового каскада и ключевой транзистор VT", с диодами VD,, VD,, которые обеспечивают его ненасыщенный режим в открытом состоянии.

При подаче на вход схемы импульса Uj отрицательной полярности открывается транзистор VT, и его ток коллектора через резистор /?б и насыщенный транзистор VTg эмиттерного повторителя поступает в базу силового транзистора VT, (обведен пунктирной линией), открывая его. При окончании входного импульса сначала выключается транзистор VTj, а затем VT, что приводит к выключению силового транзистора VT. Срез входного импульса дифференцируется цепью Cj, Rs, Rj » вызывает кратковременное открывание транзистора VT,. Вследствие этого происходит форсирован-. ное выключение транзисторов VT и VT, и, главное, силового транзистора преобразователя VT. После окончания входного импульса (/нх схема возвращается в исходное состояние, транзистор VT запирается, силовой транзистор VT преобразователя продолжает оставаться в закрытом состоянии под действием тока транзистора VT, эмиттерного повторителя.

Рассмотренные схемы управления стабилизирующими преобразователями являются сложными, многоэлементными устройствами; в то же время они работают при малых токах и могут быть выполнены на интегральных микросхемах или бескорпусных полупроводниковых приборах в виде микросборок. Перспективным является применение в качестве схем управления специальных полупроводниковых многофункциональных микросхем.



9.8. Области применения преобразователей и выбор силовых элементов для повышения частоты

В табл. 9.3 приведены основные характеристики некоторых схем преобразователей н рекомендуемые области их применения. Одной из основных проблем, которые приходится решать при разработке ИВЭ с преобразователями напряжения, является повышение частоты с целью уменьшения массы и габаритов блоков питания. , . Уменьшение массы и габаритов преобразователя становится заметным при повышении частоты от 10-20 до 100-200 кГц за счет снижения массы, реактивных элементов: трансформаторов, дросселей и конденсаторов сглаживающих фильтров. Переход к высоким частотам преобразования с хорошо освоенного, сравнительно низкочастотного диапазона частот вызывает необходимость решения ряда новых задач, связанных с выбором материалов и разработкой конструкции трансформаторов, выбором элементов силовой части преобразователя. Опыт, накопленный при разработке высокочастотных источников электропитания [5, 23, 35. 41, 61, 71], позволяет сформулировать основные рекомендации по выбору элементов для таких устройств.

Транзисторы силовой части преобразователя должны коммутировать значительные токи - от единиц до десятков ампер при допустимом напряжении на коллекторе порядка 100-150 В и при этом обеспечивать малое время рассасывания избыточных носителей заряда в базовой области. При частоте преобразования 200 кГц длительность полуволны прямоугольного напряжения преобразователя составляет 2,5 мкс; если допустить иа переходный процесс коммутации даже 10 % этого значении, то время переходного процесса выключения транзистора не должно превышать 0,25 мкс. В мощных биполярных транзисторах это трудно сделать, поэтому наиболее подходящими для высокочастотных преобразователей являются полевые транзисторы, которые должны иметь при этом малое сопротивление в режиме насыщения (не более 0,05-0,1 Ом).

Можно также применять в высокочастотных преобразователях маломощные биполярные транзисторы с высокими импульсными характеристиками. Однако при этом выходная мощность в преобразователе резко снизится и ограничится несколькими ваттами. Возникает задача построения многоканальных ИВЭ из многих ячеек маломощных преобразователей, а также суммирования мощности по отдельным сильноточным цепям.

Диоды для силовых выпрямителей выбираются по прямому току и обратному напряжению. В выпрямителях высокочастотных преобразователей с выходными токами от единиц и до нескольких десятков ампер при обратном напряжении не более 20-30 В необходимо применять диоды с барьером Шотки. Для более высоковольтных выпрямителей могут использоваться диффузионные диоды с тонкой базой. В маломощных выпрямителях наиболее целесообразно применять импульсные малогабаритные диоды.

Трансформаторы и дроссели являются наиболее трудными узлами для миниатюризации преобразователей, так как их габариты плохо совмещаются с плоскими малогабаритными ИС и другими элементами. Для высокочастотных преобразователей трансформаторы наиболее рационально выполнять иа тороидальных сердечниках из феррита. Однако если механические нагрузки и температурные режимы не позволяют использовать феррит, то тороидальные сердечни-

13* 38Г



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 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 [126] 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189


0.0099