Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 16

э.45. Схема включения микроЭВМ семейства МК51 источников, целесообразно испольэовать входную сеть трехфазного тока для снижения пульсаций на выходе входного выпрямителя В „. После сглаживания пульсаций входным фильтром Ф „напряжение Пех подается на силовые инверторы И1 и ИЗ, транзисторы которых работают в двухтактном ключевом режиме. Преобразователь напряжения ПН является вспомогательным источником служебных напряжений, которые необходимы для функционирования инверторов и микропроцессора.

Сигналы на переключение силовых транзисторов Ъ'Т1...ЪгТ4 подаются от устройства управления УУ через промежуточные усилители ПУ1... ПУ4. Напряжения с выходов инверторов И1 и ИЯ поступают на входы резонансных 1 С-контуров, затем повышаются трансформаторами ТЪ'1 и ТЪ'2. К выходу каждого трансформатора подключен выходной выпрямитель В, „с выходным фильтром Ф,„„. Устройство коммутации УК обеспечивает заданный способ соединения выходов двух каналов источника (последовательно или параллельно), что позволяет увели- ааг 007 Рема Рга Рй7 РХ1 Раа РЕК Рга Рйг Асе Раа Рйг Раг Раа Раа РРР Раа Р0.7 юа 10 77 00 10 Юа Л гг Ьак Ряс. Э.44.

Источник электропитания передающего устройства чить выходное напряжение или выходной ток источника по сравнению с одним каналом. В выходной цепи источника электропитания имеются датчик тока ДТ и датчик напряжения ПИ, сигналы с которых подаются на микропроцессор МП. Кроме того, на микропроцессор подаются также сигналы с выходов инверторов И1 и ИЯ. После обработки сигналов формируются команды на переключение силовых транзисторов УТ1...

УТ4 инверторов, которые поступают в устройства управления УУ. Инвертор работает следующим образом. В течение одного иэ полупериодов, когда транзисторы 17Т1 и Ъ'Т2 открыты, а УТЗ и Ъ'Т4 закрыты, напряжение от конденсатора С1 подается на выход инвертора. По окончании первого рабочего такта транзистор Ъ'Т1 закрывается и ток от индуктивности нагрузки инвертора протекает через диод Ъ'Е71 и открытый транзистор Ъ'Т2. Напряжение на закрывшемся транзисторе в это время равно Е/2, поскольку обеспечивается непрерывность тока в нагрузке и, следовательно, отсутствие превышения напряжений. В течение второго рабочего такта закрывается транзистор Ъ'Т2, открываются транзисторы УТЗ, 17Т4 и к нагрузке инвертора подается напряжение от конденсатора С2.

По окончании второго рабочего такта транзистор Ъ'Т4 закрывается и ток от индуктивности нагрузки инвертора протекает через диод 17172 и открытый транзистор Ъ'ТЗ. ПревыШения напряжений при этом отсутствуют. Динамические потери в рассматриваемой схеме ниже, чем в полумостовой схеме беэ резонансного к С-контура, так как имеет место передача в нагрузку энергии, запасенной в индуктивности.

На выходе инвертора формируются импульсы напряжения прямоугольной формы с максимальным значением Уь„и изменяющейся длительностью по закону управляющего сигнала. Форма выходного напряжения приведена на рис. 2.47,б. Последовательный резонансный ЬС- контур на выходе инвертора настраивает- ся на частоту первой гармоники последовательности прямоугольных импульсов и обеспечивает параметрическую стабилизацию тока в нагрузке. В результате выделения контуром первой гармоники в нагрузРис. з.ет. Формы вы- ку передается через согласующий трансфор- матор ток синусоидальной формы (рис. ного напряжения Щ в схеме с последовательным 1С- 2.47,а).

При максимальной ширине рабоче-. контуром го импульса, равного половине периода пре- образования, моменты перехода тока через нуль совпадают с моментами коммутации транзисторов Ъ'Т1 и г'Т4, переключение которых происходит.в обесточенном состоянии. При этом инвертор отдает в нагрузку максимальную мощность. Наличие последовательного резонансного контура обеспечивает ав' томатическое выравнивание напряжения на конденсаторах С1 и С2 емкостного делителя. При увеличении напряжения на одном из конденсаторов энергия, отбираемая в нагрузку от этого конденсатора, возрастает и он разряжается в большей степени по сравнению с другим.

Следу. ет также отметить, что применение контура ограничивает ток заряда выходных конденсаторов, что является существенным при работе источника электропитания на мощную емкостную нагрузку, поскольку накопление энергии в контуре происходит в течение определенного времени. Для электропитания лазерных установок применяются источники, которые должны обладать требуемым быстродействием и ограничивать ток при коротких замыканиях в выходной цепи. Выполнение этих требований обеспечивается преобразователями с частотным регулированием и дозированной передачей электроэнергии в нагрузку. Функциональная схема такого источника электропитания приведена на рис. 2.48, где В— выпрямитель, Ф вЂ” фильтр, М вЂ” модулятор, УУ вЂ” устройство управления, МПК вЂ” микропроцессорный контроллер, ДТ1 и ДТУ вЂ” датчики тока, ДН вЂ” датчик напряжения, г" 1 — нагрузка.

Модулятор М содержит тиристоры и'Я1... 'х'54 и дозирующий конденсатор С1. Тиристоры отпираются импульсами от устройства управления УУ и перезаряжают доэирующий конденсатор С1. Момент отпирания определяется уровнями поступающих в устройство управления сигналов от датчика тока ДТ1 в цепи емкости, датчика тока ДТ8 в цепи Рис. 2.48.

Функциональная схема источника электропитания лазера нагрузки и значением опорного тока 1 „ отмикропроцессорного контроллера МПК. После цикла коммутации в нагрузку передается электроэнергия от конденсатора, предварительно заряженного до напряжения Ус. В результате перезаряда напряжение на конденсаторе изменяется от +Ус до — Ус.

Во время перезаряда до момента равенства напряжений заряженного конденсатора Ус и нагрузки У„ ток увеличивается, затем начинает уменьшаться и с момента эапирания тиристоров скорость спада тока определяется зависимостью '71И~ = — г~Ун/1. В устройстве управления сравниваются мгновенные значения тока нагрузки и опорного тока. При равенстве этих токов и окончании переэаряда конденсатора выдается импульс от устройства управления на отпирание очередной пары тиристоров, затем процесс повторяется. Если перезаряд конденсатора не окончился, зо отпирание тиристоров задерживается до окончания перезаряда.

Благодаря выполнению этого условия предотвращается протекание сквозного тока через нагрузку. Нормальный режим работы источника характеризуется тем, что тиристоры отпираются при достижении током нагрузки 1„значения опорного тока 1 „. Это режим однопоэиционного слежения, при котором имеет место зависимость 1, = 1,„+1в/2. Второе слагаемое в правой части равенства учитывает пульсации среднего тока нагрузки. Амплитуда этих пульсаций определяется нагрузкой. Защитные функции источника электропитания при появлении признаков короткого замыкания в цепи нагрузки осуществляются следующим образом. В качестве указанных признаков приняты знак и значение отношения величин ггУа/ц1к и скорость изменения напряжения ИУв/гй.

По результатам замеров г1У /И1а и ИУв/й проводится коррекция значения опорного тока 1ь„, что обеспечивает ограничение тока нагрузки. 94 Нарастание тока при коротком замыкании в выходной цепи источника электропитания происходит с весьма высокой скоростью, поэтому необходимо предельно возможное быстродействие устройства защиты. Источники электропитания с тиристорным модулятором и дозированной передачей электроэнергии имеют максимальную раБочую частоту примерно 8 крц.

При этой частоте коррекцию опорного тока необходимо провести за время, не превышающее 125 мкс. Укаэанное время обеспечивается построением микропроцессорного контроллера на базе однокристальной микроЭВМ типа 1816ВЕ51. В контроллер поступает информация от датчиков тока нагрузки и напряжения, рассчитывается отношение величин гг77е7771» и определяется новое значение опорного тока, которое подается в устройство управления. Глава 3 Компоненты источников электропитания 70 Х 10 7 0,0 0,70 0,7 70 гр 70 0000700 0ааагд 0 3.1. Транзисторы и транзисторные ключи 3.1.1. Биполярные транзисторы Транзисторы в силовых узлах источников электропитания импульсного действия работают в ключевом режиме, который характеризуется двумя основными состояниями. В течение определенной части периода коммутации транзистор находится в огпкрып7ом (насыщенноэ7) сосгпоянии, в течение оставшейся части периода — в закрытож сосл7оянии.

При переходе из закрытого состояния в открытое (процесс включения) или из открытого состояния в закрытое (процесс выключения) транзистор кратковременно находится в активной о0ластпи. Время нахождения в активной области составляет доли или единицы микросекунд, что обычно на несколько порядков меньше длительности открытого или закрытого состояния. При выборе типа транзистора и числа транзисторов для конкретной схемы определяющими являются мгновенные значения напряжения в закрытом состоянии и тока в открытом состоянии, а также их сочетание в активной области. Предельно допустимые сочетания параметров приводятся в технических условиях на транзисторы в виде графика области безопасной работы, называемой также областью максимальных режимов (рис.

3.1). Типовая область Безопасной работы транзистора размещена внутри ломаной линии, состоящей иэ четырех отрезков (г, О, 0 и Е). г 77 Максимальное граничное значение тока коллектора 17с (отрезок 1) определяется из условия допустимой плотности тока для выбранной транзисторной структуры и конструкции. При увеличении плотности тока нагрев транзистора повышается, что приводит к снижению коэффициента усиления. Максимальная рассеиваемая мощность при работе транзистора в активной области ограничивается отрезком Я и определяется допустимой темпеРатУРой нагр в кри- р э 7 Г , обл Рис. эцн рафики о ла"алла. Отрезок Я ограничивает соч - сти Безопасной работы транзи- тания токов и напряжений, не вызыва- стора для различных длительноющих вторичный пробой транзисторной атей импульсов 97 структуры. Отрезок Ч' ограничивает значение напряжения Укэа„р, которое соответствует напряжению первичного лавинного пробоя при разомкнутой цепи базы (т.е.