Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 14

Режимы работы трансформаторов и дросселеи преобразователей напряжения оказывают значительное влияние на их удельные показатели по массе и объему. В случае, когда трансформатор имеет несколько обмоток и каждая из них работает в своем режиме, габаритная (вольтамперная) мощность трансформатора Рй.а определяется как сумма мощностей всех обмоток: где г' — число обмоток. Если рассматривать работу трансформаторов и дросселей отдельно на входе и выходе ключевого усилителя, то можно выявить следую- С точки зрения условий работы магнитопроводов трансформаторов укаэанные сочетания параметров дают два режима: режим с постоянным подмагничиванием, используемый в трансформаторе однофаэного однотактного преобразователя (сочетание !); режим беэ постоянного подмагничивания (сочетания !!, !!! и !Н). Режим с постоянным подмагничиванием сопровождается, как правило, ухудшением магнитных свойств сердечника и приводит иногда к необходимости использования в нем воздушного зазора.

Это приводит к накоплению значительной магнитной энергии в магнитопроводе из-за возрастания намагничивающего тока, что не всегда приемлемо, Магнитная индукция В в трансформаторе с подмагничиванием изменяется в пределах от максимальной В,„до остаточной В,, описывая частную петлю гистерезиса (рис. 2.36). Площадь этой петли пропорциональна потерям в магнитопроводе за один цикл его перемагничивания при сравнительно ниэкик частотах. На высоких частотах необходимо учитывать потери из-эа наличия вихревых токов.

Для расчета трансформатора, работающего в режиме с постоянным подмагничиванием, необходимо для различных магнитных материалов иметь экспериментальные зависимости В„, — В, от напряженности Н. При размахе индукции В„, — В, имеет место неполное использование характеристик магнитопровода. Режим без постоянного подмагничивания является основным режи- мом работы трансформаторов во всех других типах однофаэных преобразователей. Введение воздушного зазора в магнитопровод в этом режиме, как правило, считается нецелесообразным, а накопление энергии в магнитопроводе — нежелательным. Однако имеются схемы, где зто используется, например в так называемых квазидвухтактных схемах.

Схема этого ти- ' па приведена на рис. 2.37, где в течение прямого хода энергия не только передается на выход преобразователя, но и запасается магнитным полем трансформатора в количестве, достаточном для продолжения работы преобразователя во время паузы. В данном случае усилитель намагничивания ферри- является однофаэным и однотактным (гл = 1, 1/гп/сфйф —— г!с. гг1Ьгт с = исовИ. Р пр р —— — / Ув(и)1 „ р(и)гЬ, 2 /~ ! гг — 1 прср/1 а прср.

РВ А — Рпрсрlг!с 1 ар ар/й1. Рй.д = гпУ1. г! = Рпрср/'! а ( = 1 а/Рв А. 82 Ряс. й.зт. Схема квазидвухтактного преобразователя напряжения с одним выходом р = 1, в = 1, п = 1), а выпрямитель имеет другое сочетание параметров (гп = 1, р = 2, д = 1, и = 1). Таким образом, преобразователь напряжения имеет на выходе основную частоту пульсаций, равную удвоенной частоте преобразования, т.е. соответствует двухтактной схеме.. Магнитная индукция Вю при сочетаниях параметров 11, П1 и 1Ч изменяется в пределах от максимальной (+Вп) до минимальной ( — Вгп), описывая полную петлю гистерезиса (см. рис. 2.36).

Площадь полной петли гистерезиса представляет собой потери в магнитопроводе за один цикл его перемагничивания, и при одинаковом значении максимальной индукции Вгп при сочетаниях параметров 11, !П и 1Ч она оказывается заметно большей, чем в режиме с постоянным подмагничиванием. 2.4.3. Многофазные преобразователи напряжения Многофазные преобразователи используются в основном в сетях переменного тока с напряжением синусоидальной формы.

Рассмотрим энергетические соотношения в преобразователях для проведения их сравнительного анализа. Известно, что полная мощность обмоток трансформатора (или электромагнитная мощность обмоток дросселя) представляет собой кажущуюся мощность переменного тока, которая определяется произведением действующих значений напряжения и тока; Это выражение можно представить в другом виде: РВ А = (гп111/1!«1«пср)1/«1«пср = гпьф1сф1«пср1гш где 1са — коэффициент формы напряжения; гсг — коэффициент форф ф— мы тока. Известно также, что отношение 1/гп!сф1сфа равно произведению КПД выпрямления г! на полный коэффициент мощности б, т.е. В свою очередь, полный коэффициент мощности равен произведению косинуса угла сдвига по фазе между напряжением и основной гармоникой тока (коэффициента мощности по первой гармонике) на коэффициент и мощности искажений: Коэффициент полезного действия выпрямления г! определяется отношением мощности Рпр,р к активной мощности выпрямленного тока Ра ар ар, которая представляет собой среднее значение мощности пульсирующего тока за период Если учесть активные потери во всех компонентах преобразователя с помощью коэффициента полезного действиЯ г1п = Р,пр,р/Р„то полное энергетическое уравнение можно представить следующим образом: Ри.

а = гп!сф1гфгРпр ср/г!и или Ри, а Рпр ар/(г/т! б). Произведение г/г!и = г! можно считать полным коэффициентом полезного действия, а произведение г11 — полным энергетическим коэффициентом. С учетом етого Введя понятие полной активной мощности Р„т.е, мощности переменного тока с учетом потерь во всех компонентах преобразователя, величины г! и б можно представить следующим образом: г!б = (~ пр ар/Рй АН~ а/1 прср) = (1 прср/~ «К1 «/Рй А) ~ откуда в соответствии с физическим смыслом следует Таким образом, определив значения величин Рпрср и Рй.я с помощью вольтметра и амперметра, а величины Р, с помощью ваттметра, значения величин г1, 1, У можно найти простыми расчетными соотношениями. 2.4.4.

Преобразователи напряжения с амплитудной модуляп;ней по входу инвертора Источник электропитания выполнен по структурной схеме, показанной на рис. 2.38. Входное напряжение в зависимости от номинального значения выходного напряжения ИЭП устанавливается дополнительными отводами от вторичной обмотки сетевого трансформатора, выпрямляется и поступает на регулирующий компонент непрерьиного стабилизатора напряжения НСН, показанного на рис. 2.39.

Регулирующий компонент непрерывного стабилизатора на транзисторе ЪгТ2 управляется усилителем постоянного тока, выполненным на операционном усилителе РА1. На инвертирующий вход операционного усилителя подается регулируемое напряжение от источника опорного напряжения, содержащего компоненты Ъ'Р1, Я1, Я2, Регулирование источника опорного напряжения позволяет плавно изменять выходное напряжение непрерывного стаБилизатора. На неинвертирующий вход операционного усилителя поступает напряжение обратной связи с высоковольтного делителя выходного напряжения или с дополнительной обмотки выходного трансформатора, что определяется заданной нестабильностью выходного напряжения при изменении тока нагрузки.

Рис. э.эв. Структурная схема источника электропитания со стабилизатором на входе инзертора: Т,„— трансформатор входной (сетевой); В,. — выпрямитель входной; НСЙ вЂ” непрерывный стабилизатор напряжения; И вЂ” инвертор; Т, „— трансформатор выходной; УОС вЂ” устройство обратной связи; В.„„— выпрямитель выходной ых Рис. э.зз. Схема непрерывного стабилизатора напряжения Внхп л Рис. а.еа. Схема устройства управления инвертора К этому же входу с положительного выхода подключена цепь Я4, С1, обеспечивающая плавный выход в режим непрерывного стабилизатора напряжения (т = Я4С1) а момент включения и устранения низкочастотной сетевой пульсации на выходе укаэанного стабилизатора. Для защиты источника электропитания от перегрузок и короткого замыкания на выходе стабилизатора предусмотрена схема токовой защиты на транзисторе ~/Т3.

При превышении номинального выходного тока источника электропитания на 20% регулирующий компонент стабилизатора переходит в режим стабилизации тока. При устранении короткого замыкания выходное напряжение источника восстанавливается. Выходное напряжение стабилизатора непрерывного действия подается на инвертор, в состав которого входят ключевые компоненты с узлом согласования и устройство управления.

Схема устройства управления приведена на рис. 2.40. Генератор на интегральном компараторе РА2 формирует тактовые импульсы, имеющие крутой фронт переключения (менее 100 нс). Крутой фронт необходим для надежного запуска счетного триггера РР1, преобразующего тактовые импульсы в парафазные сигналы со скважностью, равной двум. Напряжение возбуждения с триггера поступает на первые входы селекторов импульсов (компоненты РР2.1, РР2.2).

Подачей на вторые входы этих селекторов логических уровней 1 или 0 осуществляется дистанционное управление включением и выключением источника электропитания. С выходов селекторов сигналы поступают на узел согласования, схема которого показана на рис. 2,41. Транслирующие компоненты РР1.1... РР1.4 служат для согласования входных сигналов устройства управления с транзисторами г'Т1, Ъ'Т2 и компонентами РР2.1, РР2.2, формирующими токи управления коммутирующими компонентами инвертора. Последние выполнены на транзисторах Ъ'ТЗ, Ъ'Т4, работаю- 84 88 У31 ааигай Сигнал„АВария" Сигиап Вьппюапния иняпрюппа Ю »» е е»» 4'» ВМ з»» 86 Рвс.

змп Схема узла согласования и ключевых компонентов ин- вертора щих в двухтактной схеме со средним отводом от первичной обмотки выходного трансформатора. Открытое состояние транзистора 1гТ! соответствует протеканию тока базы коммутирующего компонента Ъ'ТЗ через резистор В7. При этом конденсатор заряжается до напряжения Ус» — — Й7 1в»гтз. В момент выключения транзистора 1УТ1 открывается транзистор сборки РР2.1 и к переходу база-змиттер транзистора 1гТЗ прикладывается обратное напряжение, равное 11сы Это напряжение форсирует выключение транзистора.

Аналогичный процесс протекает в другом плече выходного каскада. Напряжение возбуждения с коллекторов транзисторов УТЗ, ЧТ4 поступает на первичную обмотку выходного трансформатора. В источниках электропитания рассматриваемого типа используется узел автоматики и контроля (рис. 2.42), который в случае превышения выходным напряжением заданного значения выключает инвертор и выдает в цепь внешней автоматики сигнал в аиде лог.1. Этот сигнал выдается во всех случаях отсутствия выходного напряжения. Компаратор Р.42 сравнивает напряжение опорного источника стабилизатора непрерывного действия с напряжением от дополнительной обмотки трансформатора. При превышении выходным напряжением заданного уровня компаратор переключает триггер РР2. При этом лог.0, поступающий на селектор импульсов узла управления, выключает инвертор.