Лекции 9-10 - Конспекты (1095378), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Следовательно, периодкоммутации транзистора является переменной величиной. Принцип действиятакого ПН аналогичен принципу действия ранее рассмотренного ПН с ШИМконтроллером. Изменение выходного напряжения ПН вызывает изменениевремени паузы регулирующего транзистора, что приводит к изменениючастоты его коммутации, а среднее значение выходного напряжения при этомостаётся неизменным.Рассмотрим далее математическое описание понижающего ПН срелейным управлением.

Учтём при этом паразитные элементы схемы.СоответствующаяэквивалентнаясхемаПН,работающеговрежименепрерывных токов дросселя, приведена на рисунке 7.28.Пусть в момент времени t  0 напряжение на выходе ПН uвых(t)уменьшилось ниже требуемого – и открывается регулирующий транзистор VT.С учётом ранее принятых допущений и законов Кирхгофа можно записать45Электропитание РЭАГлава 7.1следующее уравнение, справедливое для подынтервала времени импульса:LdiL (t ) U вх (t )  RLiL (t )  uвых (t ) .dt(7.26)Рисунок 7.28 – Эквивалентная схема замещения ПН с учётом паразитныхэлементовНаподынтервалевременипаузырегулирующийтранзисторVTзакрыт – и дроссель L разряжается через коммутирующий диод VD на ёмкостьконденсатора C выходного фильтра и сопротивление нагрузки RН.

В этомслучае можно записать уравнение, справедливое для подынтервала паузы:LdiL (t )  RLiL (t )  uвых (t )  UVD ,dt(7.27)где UVD – падение напряжения на коммутирующем диоде VD.С учётом ранее принятых допущений и законов Кирхгофа можнозаписать ещё два уравнения, справедливых для двух указанных подынтерваловвремени:СduC (t ) iL (t )  iН (t ) ,dt(7.28)uвых (t )  uC (t )  RC iL (t )  iН (t )  .Системауравнений(7.26-7.29)полностью(7.29)описываетработупонижающего ПН на одном периоде автоколебания.Найдём далее время открытого tвкл и закрытого tвыкл состоянийрегулирующего транзистора.46Электропитание РЭАГлава 7.1Результат интегрирования уравнения (7.26) на подынтервале импульсабудет иметь вид:tвклL( I L1  I L 0 )  U вхtвкл  RLtвкл i (t )dt   uL0вых(t )dt ,(7.30)0где IL0 – ток через дроссель в момент включения регулирующего транзистора;IL1 – ток через дроссель перед выключением регулирующего транзистора.Также уравнение (7.26) можно преобразовать следующим образом:diL (t ) U вх  RL (iН (t )  iС (t ))  uвых (t ) dtdu (t )  u (t ) U вх  RL  вых  С C   uвых (t ) dt  RН u (t ) du (t ) du RC (t )   U вх  RL  вых  С  вых    uвых (t ) dt   dt RН u (t )di (t )   du (t ) U вх  RL  вых  С  вых  RC C    uвых (t ) dt   dt(7.31) RН u (t )d (iL (t )  iН (t ))   du (t ) U вх  RL  вых  С  вых  RC   uвых (t ) dt dt RН u (t ) du (t ) di (t ) 1 duвых (t )    U вх  RL  вых  С  вых  RC  L     uвых (t )  RНdtdtRdtНRdu (t )di (t ) СR du (t ) U вх  L uвых (t )  С вых  RC С L  C вых  uвых (t ),RНdtdtRНdtLгде uC(t) – напряжение на конденсаторе выходного фильтра; iC(t) – ток черезконденсатор выходного фильтра; iН(t) – ток через нагрузку; uRc(t) – напряжениена ЭПС конденсатора выходного фильтра.Уравнение (7.31) можно переписать в виде( L  RC RLС )diL (t )R  du (t ) R  U вх  RLС 1  C  вых  1  L  uвых (t )dtRН  dt RН (7.32)и проинтегрировать на подынтервале импульса:R R ( L  RC RLС )iL  U вхtвкл  RLС 1  C  U гист  1  L RН  RН 47t вклu0вых(t )dt ,(7.33)Электропитание РЭАГлава 7.1где ΔiL = IL1- IL0 – размах переменной составляющей тока через дроссель.Аналогично можно преобразовать и проинтегрировать уравнение (7.27)на подынтервале паузы:R R ( L  RC RLС )iL  RLС 1  C  U гист  1  L RН  RН t выклuвых (t )dt  UVDtвыкл .(7.34)0Пустьt вклuвых(t )dt  U выхtвкл ,(7.35)0t выклuвых (t )dt  U выхtвыкл ,(7.36)0tвклU вх iL (t )dt 02U вых(tвкл  tвыкл ) .RН(7.37)Тогда уравнения (7.30), (7.33) и (7.34) можно переписать в виде2U вых(tвкл  tвыкл ) U выхtвкл , LI L  U вхtвкл  RLURвх НRC RL (7.38)( L  RC RLС )I L  U вхtвкл  RLС 1  U гист  1 U выхtвкл ,RRН Н  ( L  RC RLС )I L  RLС 1  RC  U гист  1  RL U выхtвыкл  UVDtвыкл .RН  RН Из полученной системы уравнений (7.38) можно выразить tвкл и tвыкл.Время открытого состояния регулирующего транзистора tвкл составитtвклLR U гист 1  C RC RН , UVD RL 1 U вх U вх  U вых (1 ) U VD U выхRL  RН 1  AUCRН RCвых 48(7.39)Электропитание РЭАГлава 7.1 U RН 1  VD  U вх  , а время закрытого состояния tгде A  1 выкл – U VD RL  RН 1  U вых tвыклUVD1UU вх  вх 1 tвкл . U вых 1  U VD  RLU вых RН(7.40)Остановимся далее на двух важных особенностях работы понижающихПН.

Первая касается потребления тока от источника входного напряжения Uвх.Этот ток имеет импульсный характер и для схемы на рисунке 7.23 равен токучерез регулирующий транзистор VT. При L   форма потребляемого токабудетприближатьсякпрямоугольной.Есливыходноесопротивлениеисточника входного напряжения Uвх ненулевое (что обычно всегда имеет местона практике), на его зажимах появляются пульсации напряжения – то естьпомехи для других устройств, включенных в ту же сеть.Для снижения уровня помех на клеммах источника входного напряженияиспользуют входной фильтр, позволяющий привести уровень пульсации дотребуемого значения. Входной фильтр выполняют таким образом, чтобыбо́ льшая часть импульсного тока на входе ПН замыкалась бы через ёмкостьвходного фильтра, а последовательно с источником входного напряжениядолжен быть включен дроссель, сопротивление которого возрастает приувеличении номера гармоники тока.

При сглаженном характере тока,потребляемого ПН от источника входного напряжения, другие устройства,подключенные к нему, будет подвержены ме́ ньшим помехам.Другую особенность ПН легко обнаружить, если исследовать уравнениебаланса мощностей на его входе и выходе, которое имеет следующий вид:U вх I вх  U вых I Н .49(7.41)Электропитание РЭАГлава 7.1Баланс (7.41) возможен, если в элементах ПН отсутствуют потери, апульсации напряжения на выходе пренебрежимо малы. Из (7.41) следует, чтопри постоянной мощности в нагрузке возрастание входного напряжения Uвхприводит к снижению потребляемого тока Iвх, и наоборот.

Следовательно,входное статическое сопротивление ПН, так же как и дифференциальное,оказывается отрицательными. Поэтому при неправильном расчёте входногофильтраПНиз-заотрицательноговходногосопротивлениявозможновозникновение недопустимых автоколебаний.Рассмотрим далее ограничения на выходное напряжение, которыесвойственны понижающим ПН.Ранее было показано, что в случае идеального понижающего ПН на еговыходе можно получить напряжение любой величины в пределах (0…Uвх). Вреальных же ПН существуют практические ограничения.Наиболееочевиднымограничениемявляетсявеличинаопорногонапряжения Uоп.

Как правило, для подачи части выходного напряжения наинвертирующий вход усилителя ошибки (для ШИМ управления) используетсярезистивный делитель. Это напряжение сравнивается с опорным, и прирегулировании в установившемся режиме выходное напряжение усилителяошибки не станет меньше напряжения, равному опорному. Таким образом,выходное напряжение будет определяться как R1 U вых  U оп  1 , R2 (7.42)где R1 и R2 – сопротивления резисторов делителя напряжения.По мере приближения величины сопротивления R2 к бесконечности,величина выходного напряжения будет стремиться к величине Uоп. Какследствие, величину выходного напряжения нельзя будет регулировать нижезначения Uоп.Помимо этого, могут существовать ограничения по времени включенногосостояния регулирующего транзистора.

Эти ограничения могут быть вызваны50Электропитание РЭАГлава 7.1схемой драйвера либо временны́ ми задержками в цепях контроллера и силовойчасти ПН. Таким образом, минимальная величина времени включенногосостояния транзистора tвкл_мин даёт дополнительные ограничения на минимальновозможную величину выходного напряжения:U вых _ мин  tвкл _ минU вх f .(7.43)Коэффициент заполнения D также может быть ограничен по верхнемупределу. Для многих типов ПН требуется время задержки для заряда ёмкостизатвора МОП-транзистора. Схема тракта прямой передачи может также вызватьсглаживание вершины пилообразного напряжения по мере увеличения егокрутизны при постоянном периоде.

Это ограничивает максимум выходногонапряжения по отношению к входному. В этом случае максимальное значениевыходного напряжения определится какU вых _ макс  U вх Dмакс .(7.44)Вместе с тем в реальном ПН имеются потери. И величины потерь напроводимость электронных компонентов очень важны при определениидостижимых минимума и максимума выходного напряжения. Наиболееважными параметрами для этого являются сопротивление в открытомсостоянии нижнего и верхнего транзисторов, а также последовательноесопротивление выходного дросселя. С учётом этих потерь коэффициентзаполнения можно выразить следующим образом (для синхронного ПН):DU вых  I Н  Rси 2  RL ,U вх  I Н  Rси1  Rси 2 (7.45)где Rси1 – сопротивление верхнего транзистора в открытом состоянии; Rси2 –сопротивление нижнего транзистора в открытом состоянии; RL – сопротивлениедросселя.Поскольку выражение для потерь добавляются в числителе и вычитаютсявзнаменателе,коэффициентзаполнения51увеличиваетсяотносительноЭлектропитание РЭАГлава 7.1идеального при возрастании тока нагрузки.

Характеристики

Список файлов лекций