Лекции 11-12 - Конспекты (1095380)

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

Текст из файла

ГЛАВА 7.2ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯСоставитель:к.т.н. Родин М.В.Москва – 2017Электропитание РЭАГлава 7.2СОДЕРЖАНИЕ7.6 Трансформаторные преобразователи напряжения .................................... 37.6.1 Общие сведения............................................................................................... –7.6.2 Обратноходовые преобразователи ................................................................. 47.6.3 Прямоходовые преобразователи .................................................................. 117.6.4 Двухтактные преобразователи......................................................................

207.7 Многофазные преобразователи напряжения ............................................. 277.8 Шинные преобразователи напряжения ...................................................... 347.9 Резонансные схемы преобразования напряжения .................................... 367.9.1 Общие сведения...............................................................................................

–7.9.2 Классификация резонансных схем преобразования .................................... 407.9.3 Квазирезонансные преобразователи ............................................................ 497.9.4 Резонансные преобразователи ...................................................................... 647.9.5 Управление регулирующими элементами ................................................... 677.10 Синхронное выпрямление напряжения ................................................... 737.11 Корректоры коэффициента мощности .....................................................

817.12 Инверторные преобразователи напряжения ........................................... 907.13 Преобразователи частоты ........................................................................... 987.13.1 Общие сведения............................................................................................. –7.13.2 Преобразователи с непосредственной связью ......................................... 1027.13.3 Двухзвенные преобразователи .................................................................

1042Электропитание РЭАГлава 7.27.6 Трансформаторные преобразователи напряжения7.6.1 Общие сведенияТрансформаторныеПН,вотличиеотдроссельных,неимеютгальванической связи с питающей сетью, однако их удельная мощность ниже,чем у дроссельных.Помимо гальванического разделения входа и выхода трансформаторныеПН, в отличие от ранее рассмотренных дроссельных ПН, обеспечивают:- возможность получения выходного напряжения любой величины (каквыше, так и ниже входного);-возможностьодновременногополучениянесколькихвыходныхнапряжений.Трансформаторные ПН делят на однотактные и двухтактные. Воднотактных ПН энергия передаётся на выход только в течение одной частипериода преобразования. Если энергия передаётся при включенном силовомключе, то такой ПН называют прямоходовым (forward).

Если же энергияпередаётсяпривыключенномсиловомключе,тоПНназываютобратноходовым (flyback).Двухтактные ПН делят на двухфазные (push-pull), мостовые (full-bridge)и полумостовые (half-bridge). В двухтактных ПН используются обе частипериода преобразования. В отличие от однотактных двухтактные ПН работаютбез подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током.Крометого,выделяютоднонаправленныеидвунаправленныетрансформаторные ПН.Как правило, для электрической развязки вторичной цепи от первичнойиспользуют магнитную цепь трансформатора.

В случае, когда управляющийконтроллер расположен на стороне первичной обмотки трансформатора,требуется,чтобыцепьОСповыходномунапряжениюпересекалаизоляционный барьер. Если контроллер запитывается от изолированного ИЭП,3Электропитание РЭАГлава 7.2то изоляционный барьер должна пересекать цепь управления транзисторнымключом.Едва ли не самым простым способом передачи информации о выходномнапряжении на контроллер через изоляционный барьер является применениеоптопары. Они гораздо дешевле трансформаторов. Однако недостаткомоптопар является большой разброс передаточной функции от экземпляра кэкземпляру, что вносит погрешности в расчёт контура управления.

Другойнедостаток оптопар связан с увеличенной входной ёмкостью.Для устранения указанных недостатков обычно на вторичной сторонетрансформатораустанавливаютдополнительныйусилительи источникопорного напряжения, например, на ИМС TL431.7.6.2 Обратноходовые преобразователиТиповая схема однотактного обратноходового ПН приведена на рисунке7.48.Рисунок 7.48 – Однотактный обратноходовый преобразовательОбратноходовой ПН по принципу работы аналогичен повышающемудроссельному ПН (boost-конвертору): когда ключ VT находится в открытомсостоянии (замкнут), энергия запасается в трансформаторе/индукторе, приразомкнутом ключе энергия передаётся в нагрузку.Силовой трансформатор TV выполняет функцию накопителя энергии4Электропитание РЭАГлава 7.2тока, отбираемого от источника входного напряжения Uвх.

При открытомтранзисторе VT импульс тока длительностью tвкл  DT накапливает энергию виндуктивностиL1первичнойобмоткиw1трансформатораTV.Выпрямительный диод VD при этом закрыт. Ток через транзистор нарастаетлинейно по закону, определяемому значением индуктивности L1 первичнойобмотки трансформатора, а напряжение в нагрузке Uвых на этом этапеподдерживается конденсатором Cф выходного фильтра.После того как транзистор VT выключается, полярность напряжения навторичной обмотке w2 изменяется, а ранее накопленная в L1 энергия поступаетчерез диод VD в нагрузку и заряжает конденсатор Cф.

При этом напряжение назакрытом транзисторе VT определяется выражениемU си  U вх w1U вых .w2(7.114)Обратноходовой ПН может работать как в режиме непрерывного тока втрансформаторе, так и в прерывистом режиме. Соответствующие временны́ едиаграммы приведены на рисунке 7.49. Следует отметить, что в непрерывномрежиме схема очень нестабильна и склонна к автогенерации, поэтому ПН этоготипа в основном проектируют для работы в прерывистом режиме.Регулировочную характеристику обратноходового ПН получим длярежима непрерывных токов. Для этого рассмотрим контур w2-VD-Cф.Применяя второй закон Кирхгофа, получимU w2  UVD _ T  U Cф  0 .(7.115)Поскольку U w2  0 , а U Cф  U вых , то получимUVD _ T  U вых .(7.116)Знак минус в полученном выражении соответствует запертому состояниюдиода.

Среднее за период напряжение на диоде связано с его минимальнымзначением на интервале паузы как5Электропитание РЭАГлава 7.2UVD _ T  UVD D .(7.117)В свою очередь, напряжение UVD определяется на интервале импульса какUVD  U w2  U вых  nU вх  U вых ,где n (7.118)w2.w1Подставив UVD из выражения (7.118) и используя соотношение (7.117),окончательно получимU вых DnU вх .1 D(7.119)Однотактные обратноходовые ПН используют преимущественно привыходной мощности от единиц до сотен ватт.а)б)Рисунок 7.49 – Диаграммы напряжений и токов в непрерывном (а) ипрерывистом режимах (б)Достоинствами обратноходовых ПН являются:- наличие одного регулирующего транзистора;- отсутствие разрушения компонентов ПН при перегрузке по току.6Электропитание РЭАГлава 7.2К недостаткам следует отнести:- подмагничивание сердечника трансформатора;- бо́ льшие габариты магнитопровода трансформатора по сравнению соднотактным прямоходовым ПН.Отметим, что при работе обратноходовых ПН на регулирующемтранзисторе возникают перенапряжения, обусловленные как коммутационнымипроцессами, так и процессами, связанными с перемагничиванием сердечникатрансформатора.

Эти перенапряжения могут привести к выходу из строяполупроводниковых приборов, а также увеличивают уровень помех на входеПН.По этой причине фундаментальную роль в рассматриваемой топологииПН играют высоковольтные МОП-транзисторы, используемые как ключи.Типоваяформанапряжениянарегулирующемтранзисторесетевогообратноходового ПН при его выключении приведена на рисунке 7.50.Рисунок 7.50 – Форма напряжения на транзисторе при его выключенииКак легко увидеть из рисунка 7.50, при допустимом рабочем напряженииот питающей сети 230 В переменного тока на стоке транзистора мы имеем не7Электропитание РЭАГлава 7.2максимальное напряжение 374 В, полученное в результате выпрямления, идаже не 504 В, которое является суммой входного и выходного напряжений, авсе 650 В (и даже более), что связано с особенностями функционирования ПН.Именно поэтому для обеспечения надёжности и создания приемлемоготехнологического запаса по напряжению сток-исток необходимо выбиратьтранзисторы с рабочим напряжением до 700-800 В (например, семействаCoolMOS P7).ОсновнымобратноходовомспособомПНограниченияявляетсянапряженияприменениенатранзисторедемпфирующейвRCD-цепи,позволяющей ограничить коммутационный выброс напряжения.

Основныесхемы широко применяемых демпфирующих цепей приведены на рисунке 7.51.Рисунок 7.51 – Демпфирующие RCD-цепиОбратноходовыеПНблагодарясвоейпростотенашлиширокоеприменение в AC/DC и DC/DC преобразователях телекоммуникационногооборудования и компьютерной техники. Однако они имеют не очень высокиепоказатели удельной мощности.Для примера рассчитаем сетевой обратноходовой ПН с широкимдиапазоном изменения входного напряжения. Исходными данными для расчётаявляются:- входное напряжение Uвх_rms: 85…264 В / 50…400 Гц;- выходное напряжение Uвых: 5 В;- выходной ток IН: 1…10 А;8Электропитание РЭАГлава 7.2- пульсации выходного напряжения ΔUвых~: <1%.1. Находим максимальную и минимальную выходные мощности ПН:Pвых _ макс  U вых I н _ макс  5  10  50 Вт(7.120)Pвых _ мин  U вых I н _ мин  5  1  5 Вт .(7.121)и2.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций