Лекции 11-12 - Конспекты (1095380), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

Прерывистыйрежим работы в основном используют в схемах мощностью до 300 Вт из-заналичия больших токов, протекающих через ключ. Он хорош тем, чтоотсутствуютпотеринаобратноевосстановлениебустерногодиода.Непрерывный режим используют в схемах мощностью до единиц киловатт, носледует применять диод с малым временем восстановления.Различают три основных способа управления активным ККМ:- способ разрывных токов и его разновидность – граничное управление;- способ управления по пиковому значению тока;- способ управления по среднему значению тока.Первые два метода применяют в ККМ малой и средней мощности (до88Электропитание РЭА300 Вт)из-заГлава 7.2большойамплитудыпульсацийтока,значительныхэлектромагнитных помех, необходимости установки громоздких сетевыхфильтров и невысокой точности коррекции.ККМ с управлением по среднему току свободны от указанныхнедостатков.

Как правило, пиковое значение пульсации тока дросселявыбирают в пределах 20%: от среднего значения, а схема ОС по току имеетнизкое усиление на частоте преобразования, что значительно повышаетпомехоустойчивость ККМ и точность отслеживания формы сигнала.Существует три принципиальных подхода к реализации ККМ суправлениемпосреднемутоку:использованиеклассическойсхемы,использование схемы с переключением транзистора при нулевом напряжении(квазирезонансный ККМ, рисунок 7.91) и применение карбид-кремниевого илиарсенид-галлиевого диода Шоттки в классической схеме.Рисунок 7.91 – Схема ИЭП с активным квазирезонансным ККМУправление квазирезонансной схемой на рисунке 7.91 может бытьреализовано на базе стандартного контроллера. Однако у схемы имеется рядсущественных недостатков, один из которых – возникновение переходногопроцесса с удвоенной амплитудой отрицательной полярности, что приводит ктрёхкратному перенапряжению на диоде VD8.

Для устранения выбросовприменяют снабберные цепи.89Электропитание РЭАГлава 7.2Карбид-кремниевые (SiC) диоды Шоттки являются оптимальнымиполупроводниковыми приборами для использования в качестве диодовповышающей ступени активных ККМ, работающих в режиме непрерывныхтоков. Это связано с присущим диодам этой технологии малым влияниемэффекта обратного восстановления, что обеспечивает нулевой обратный ток.SiС диоды Шоттки выгодно отличаются от своих ближайших конкурентов –кремниевых быстродействующих диодов с присущим им мягким режимомвосстановления, которые имеют потери энергии при обратном восстановлении,являющиеся причиной снижения КПД преобразования.Таким образом, снижение потерь на SiC диоде позволит уменьшить икоммутационные потери МОП-транзистора.

В свою очередь, это приведёт киспользованию резисторов и диодов с меньшими рабочими токами и,соответственно, меньшими размерами. Кроме того, из схемы ККМ могут бытьисключены и элементы демпфирования ключа, обязательные для классическойсхемы ККМ с кремниевыми диодами.7.12 Инверторные преобразователи напряженияИнвертированием называют процесс преобразования электрическойэнергии постоянного тока в переменный. Преобразователь, выполненный набазе полупроводниковых приборов и осуществляющий такое преобразование,называют инвертором (DC-AC-преобразователем).Обычноинверторпредставляетсобойгенераторпериодическогонапряжения, по форме приближенного к синусоиде, или дискретного сигнала.Инверторы напряжения могут применяться в виде отдельного устройстваили входить в состав ИЭП.Инверторы позволяют устранить (или, по крайней мере, ослабить)зависимость работы РЭА от качества сетей переменного тока. Например, привнезапном отказе сети с помощью резервной аккумуляторной батареи иинвертора, образующих устройство бесперебойного электропитания, можно90Электропитание РЭАГлава 7.2обеспечить работу РЭА для корректного завершения решаемых задач.

В болеесложных ответственных радиоэлектронных системах инверторы могут работатьв длительном контролируемом режиме параллельно с сетью или независимо отнеё.Кроме "самостоятельных" приложений, где инвертор выступает вкачестве ИЭП потребителей переменного тока, широкое развитие получилитехнологии преобразования энергии, где инвертор является промежуточнымзвеномвцепочкепреобразователей.Принципиальнойособенностьюинверторов напряжения для таких приложений является высокая частотапреобразования (сотни килогерц). Для эффективного преобразования энергиинавысокойчастотетребуетсяболеесовершеннаяэлементнаябаза(полупроводниковые ключи, магнитные материалы, специализированныеконтроллеры).Как и любое другое устройство силовой электроники, инвертор должениметь высокий КПД, обладать высокой надёжностью и иметь приемлемыемассогабаритные характеристики.

Кроме того, он должен иметь допустимыйуровеньвысшихгармоническихсоставляющихвкривойвыходногонапряжения (допустимое значение коэффициентов гармоник) и не создаватьпри работе недопустимый для других потребителей уровень пульсации назажимах источника электроэнергии.Работа инвертора напряжения основана на переключении источникапостоянного напряжения с целью периодического изменения полярностинапряжения на зажимах нагрузки. Частота переключения задается сигналамиуправления, формируемыми СУ (контроллером). Контроллер также можетрешать дополнительные задачи:- регулирование напряжения;- синхронизация частоты переключения ключей;- защита от перегрузок и т д.91Электропитание РЭАГлава 7.2Класс инверторов весьма разнообразен.

Например, к инверторам относятрелаксационные генераторы (блокинг-генераторы, мультивибраторы и т. д.), укоторых энергия постоянного тока преобразуется в энергию переменногоимпульсного тока.К инверторам также относят генераторы гармонического сигнала. Чёткойграницы между генераторами и инверторами не существует, поэтомубольшинство инверторов является генераторами специального типа.По принципу действия инверторы делят на:- автономные (с самовозбуждением, генераторы Ройера);- зависимые (инверторы, ведомые сетью).В зависимом инверторе (с внешним возбуждением) имеется задающийгенератор, что несколько усложняет схему, но при этом повышается КПДинвертора, а форма кривой на выходе и частота преобразования не изменяются.Эти достоинства предопределили широкое применение инверторов с внешнимвозбуждением для построения импульсных ИЭП.Автономныминверторомявляетсяпреобразователь,выходныепараметры которого (форма, амплитуда, частота выходного напряжения)определяются схемой преобразователя, СУ и режимом его работы в отличие отинвертора, ведомого сетью, выходные параметры которого определяютсяпараметрами сети.Силовой трансформатор инвертора может работать как на низкой частоте(50/400 Гц), так и на высокой (единицы-сотни кГц).

В первом случае(рисунок 7.92) трансформатор TV, обеспечивающий как гальваническуюразвязку цепей, так и преобразование уровня напряжения, подключен к выходуинвертора И. Во втором случае трансформатор, являющийся элементомповышающего высокочастотного ПН (конвертора), работает во входной цепиинвертора И. Конвертор может быть как одно-, так и двухтактным. Структуруинвертор-трансформатор называют схемой с однократным (или "прямым")92Электропитание РЭАГлава 7.2преобразованием, а структуру конвертор-инвертор – схемой с "двойным"преобразованием (рисунок 7.93).Рисунок 7.92 – Однофазный инвертор с "прямым" преобразованиемРисунок 7.93 – Однофазный инвертор с "двойным" преобразованиемЭксплуатационные и энергетические характеристики инверторов взначительной степени определяются их силовой частью.Различают три типовые схемы построения силовой части двухтактныхинверторов, то есть инверторов, в которых энергия со входа на выходпередаётся в течение обоих тактов работы силового транзистора: схема сосредней точкой (с нулевым выводом), мостовая схема и полумостовая схема.Рассмотрим получение однофазного переменного напряжения в схемемостового инвертора, представленной на рисунке 7.94.Работа схемы может происходить в двух различных режимах.1.

Каждый из ключей VT1, VT2 и VT3, VT4 вертикально расположенной насхеме пары транзисторов открыт половину периода, при этом парыпереключаются синхронно. Схема имеет два состояния по отношению к93Электропитание РЭАГлава 7.2нагрузке.2. Каждый из ключей VT1, VT2 и VT3, VT4 открыт половину периода, нопереключение каждой пары происходит со смещением по отношению к другой.В этом режиме три состояния схемы по отношению к нагрузке.Рисунок 7.94 – Схема мостового инвертораДиаграммы состояния ключей формы напряжения на нагрузке показанына рисунке 7.95.а)б)Рисунок 7.95 – Временны́ е диаграммы работы мостового инвертора с двумясостояниями (а) и тремя состояниями (б)94Электропитание РЭАГлава 7.2В первом режиме при двух состояниях схемы действующее напряжениена нагрузке U и амплитуду первой гармоники U1m можно изменить, вырьируяуровень постоянного напряжения Uвх, во втором – изменением угла πD.Определим действующее значение напряжения на нагрузке для двухслучаев:21 2U вхUu t  d  t  d t   U вх 0 вых 0(7.180)для первого случая и D2122 U d t    U вх d t    U вх DU  0 вх D 1  2(7.181)для второго случая.Заменим активную нагрузку на индуктивно-активную – индуктивность Lи активное сопротивление RН включаются последовательно.

Отметим, дляобеспечения нормальной работы схемы ключи шунтируют диодами (если вполевом транзисторе нет встроенных обратных диодов), а источник входногонапряжения, если его внутреннее сопротивление велико – конденсатором.В режиме с тремя состояниями при не очень малых значениях D и  LRток в нагрузке будет изменяться по закону, близкому к гармоническому:iН  I1m cos  t    , L где   arctg  и I1m  RН U1mRН2  L 2(7.182).Амплитуда первой гармоники напряжения в точках 1-2 определяетсяразложением периодической чётной функции uвых  u1 2 в ряд Фурье:95Электропитание РЭАГлава 7.2U1m4TT / 2u1 2 t  cos td t 04U вхDsin.2(7.183)Определим зависимость средней мощности в нагрузке, сохранивдопущение о близости формы тока к синусоидальной.

Характеристики

Список файлов лекций