Лекции 11-12 - Конспекты (1095380), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Находим максимальное и минимальное сопротивление нагрузки ПН:U вых5  5 ОмI н _ мин 1RН _ макс (7.122)иRН _ мин U выхI н _ макс5 0,5 Ом .10(7.123)3. Находим минимальное и максимальное значения входного напряженияпосле выпрямления:U вх _ мин  2  85  120, 2 В(7.124)U вх _ мин  2  264  373,35 В .(7.125)и4. Находим передаточную функцию для минимального и максимальноговходного напряжения:M U _ мин U выхU вх _ макс5 0,01339373,35(7.126)иM U _ макс U вых5 0,0416 .U вх _ мин 120,2(7.127)5. Примем, что КПД η ПН составляет 80%, а максимальный коэффициентзаполненияDмакс–0,36.Тогдаотношениетрансформатора составит:9числавитковобмотокЭлектропитание РЭАГлава 7.2n Dмакс0,8  0,36 10,82 .1  Dмакс  MU _ макс 1  0,36   0,0416(7.128)Пусть n  12 .6.

Находим минимальный и максимальный коэффициент заполнения:Dмин nMU _ минnM U _ мин  11  0,01339 0,155511  0,01339  0,8(7.129)иDмакс nM U _ максnM U _ макс  11  0,0416 0,3638 .11  0,0416  0,8(7.130)7. Пусть рабочая частота f равна 100 кГц. Находим минимальнуюиндуктивность:Lm n 2 RН _ макс 1  Dмин 2f2112  5  1  0,1555 2  1052 2,157 мГн .(7.131)Примем Lm  2,5 мГн .8. Находим пульсации тока через дроссель:iL _ макс nU вых 1  Dмин  11  5  1  0,1555  0,1858 А .

(7.132)fLm105  2,5  1039. Максимальный входной ток будет наблюдаться при минимальномвходном напряжении. Учитывая максимальную передаточную функцию,находим максимальный входной ток:I вх _ макс  MU _ макс I Н _ макс  0,0416  10  0,416 А .(7.133)10. Находим максимальные напряжения и токи на транзисторе и диоде:I с _ макс  I вх _ макс I Н _ максniL _ макс2 0,416 10 0,1858 1, 418 А , (7.134)112I пр _ макс  nI вх _ макс  I Н _ макс niL _ макс211  0,1858 11  0, 416  10  15,597 А210,(7.135)Электропитание РЭАГлава 7.2U си _ макс  U вх _ макс  nU вых ,(7.136) 373,35  11  5  428,35 ВU обр _ макс U вх _ максn U вых 373,35 5  38,94 В .11(7.137)Исходя из полученных значений напряжения и тока в ПН можноприменить транзистор типа IRF840 ("International Rectifier") с параметрамиU си _ макс  500 В , I с _ макс  8 А , Rси  0,85 Ом и диод Шоттки типа MBR2540с параметрами I пр  25 А , U обр  40 В , U пр  0,3 В .11.

Согласно исходным данным пульсация выходного напряжениясоставляет 50 мВ. Пусть из них 40 мВ приходятся на ЭПС конденсаторавыходного фильтра, а остальные 10 мВ – на сам конденсатор.Находим ЭПСRС U RCI пр _ макс40  10 3 2,56 мОм15,597(7.138)и ёмкость конденсатора выходного фильтраС мин DмаксU вых0,3638  5 5 3,638 мФ .fRН _ минU C 10  0,5  0,01(7.139)Окончательно можно принять С  4 мФ / 25 В / 2,5 мОм .7.6.3 Прямоходовые преобразователиСхема типового однотактного прямоходового ПН приведена на рисунке7.53.В открытом состоянии транзистора VT энергия от источника входногонапряжения Uвх через трансформатор и выпрямительный диод VD2 поступает внагрузку, накапливается в элементах фильтра, а также в магнитном полесердечникатрансформатораTV.ПослевыключениятранзистораVTоткрывается диод VD3, шунтирующий вход фильтра, а накопленная впоследнем энергия отдаётся в нагрузку RН. Диод VD2 при этом закрывается, а11Электропитание РЭАГлава 7.2энергия, запасённая в трансформаторе, рекуперируется в источник входногонапряжения Uвх через обмотку wp и диод VD1.Рисунок 7.53 – Однотактный прямоходовой преобразовательВ этой схеме трансформатор работает на несимметричном частотномцикле без накопления магнитного потока в сердечнике.

Иными словами, послевыключения транзистора VT наступает этап рекуперации, во время которогопроисходитуменьшениемагнитногопотокадоисходногосостояния,характеризуемого остаточной индукцией Br. Этот процесс должен бытьзавершён к моменту очередного включения транзистора VT. Напряжение назакрытом транзисторе определяется коэффициентом трансформации TV поцепи размагничивающей обмотки:w1 U си  U вх 1 . w p (7.140)Обычно число витков обмотки wp принимают равным w1. В этом случае:U си  2U вх .(7.141)Для определения регулировочной характеристики прямоходового ПНвоспользуемся вольт-секундным балансом напряжения на дросселе, полагая,что работа происходит в непрерывном режиме.Для интервала импульса имеем:uL _ вкл  uw2 _ вкл  U вх ,12(7.142)Электропитание РЭАГлава 7.2где uw2 _ вкл  nU вх – напряжение на обмотке w2 на интервале импульса.Для интервала паузы имеем:uL _ выкл  U вых .(7.143)Из выражений (7.142) и (7.143) получим: nU вх  U вых  D  U вых 1  D   0 .(7.144)Окончательно получимU вых  nDU вх .Легкоаналогичнуюувидеть,чтохарактеристикурегулировочнаядроссельного(7.145)характеристикапонижающегоповторяетПН(buck-конвертора).

Поэтому прямоходовую схему часто называют аналогом buckконвертора.Отметим, что в отличие от обратноходовой схемы, ток реактивногоэлемента, запасающего энергию, течёт во время обеих частей цикла (периода)переключения транзистора. Поэтому прямоходовой ПН имеет более низкиепульсации, чем обратноходовой ПН при те же самых выходных параметрах.Схема может работать как в режиме непрерывного тока в дросселе Lф, таки в прерывистом режиме. Соответствующие диаграммы приведены на рисунке7.54.Типовое значение перенапряжения на регулирующем транзисторе равно2,6U вх _ макс . При таком уровне перенапряжения существенно возрастаетстоимость силовых транзисторов с низким сопротивлением открытого каналасток-исток, особенно для сетевых ПН.Прямоходовые ПН обладают мощностью от единиц ватт до одногокиловатта.К достоинствам таких ПН следует отнести:- наличие всего одного регулирующего транзистора;- магнитопровод импульсного трансформатора имеет ме́ ньшие габариты,13Электропитание РЭАчеммагнитопроводГлава 7.2трансформатораобратноходовогоПН при прочиходинаковых условиях эксплуатации и близких режимах работы.а)б)Рисунок 7.54 – Диаграммы напряжений и токов в непрерывном (а) ипрерывистом режимах (б) работы прямоходового преобразователяНедостатком прямоходового ПН является подмагничивание сердечникатрансформатора, вызванное несимметричным циклом перемагничивания петлигистерезиса.Из-за наличия индуктивности рассеивания Ls трансформатора TV привключении транзистора VT на его стоке возможно появление коммутационногоимпульса напряжения.

Так как при выключении транзистора VT через негопротекал ток Iс_макс, то энергия, накопленная в индуктивности рассеивания Ls,составитWs 1Ls I с2_ макс .2(7.146)Выключение транзистора VT сопровождается увеличением напряженияUси. Так как спад тока транзистора происходит за пренебрежимо малое время,14Электропитание РЭАГлава 7.2то увеличение напряжения вследствие наличия индуктивности Ls и ёмкостисток-исток Сси транзистора подчиняется синосоидальному закону. Амплитудаколебаний имеет вид:U си. _ имп I с _ максTk exp  4  2 Сси,(7.147)где Tk  2 LsСси – период собственных колебаний резонансного контураLsCси;  Rk– коэффициент затухания колебательного контура; Rk – активное2Lsпоследовательное сопротивление колебательного контура.Основными способами ограничения напряжения на транзисторе впрямоходовых ПН являются:- применение демпфирующих RCD-цепей (снабберы, snabbers);- активное ограничение (применение фиксаторов).Применение RCD-цепей позволяет существенно снизить перенапряженияна полупроводниковых приборах при относительно невысоких затратах.Основным недостатком этого способа является ухудшение энергетическиххарактеристикПНиувеличениепостояннойсоставляющейтоканамагничивания трансформатора.В схеме с активным ограничением перенапряжений (с активнымклампом),приведённойнарисунке7.55,дляперемагничиваниятрансформатора используется дополнительный транзистор и конденсатор С1.При выключении силового транзистора VT2 с некоторой временно́ й задержкой(чтобы не пошёл сквозной ток) открывается вспомогательный транзистор VT1 иперезаряжает ёмкость С1.

Типовое значение перенапряжения на транзисторесоставляет 1,3U вх _ макс . Временна́ я задержка необходима для перезарядавыходных ёмкостей транзисторов энергией, накопленной в индуктивностирассеяния трансформатора.Регулировочная характеристика рассматриваемого ПН совпадает с15Электропитание РЭАГлава 7.2характеристикой типового обратноходового ПН. Отметим также, что активныйкламп может быть использован и в обратноходовой схеме.Пожалуй, самым интересным в данной схеме является воздействиетранзистора VT1 и конденсатора C1 на режим работы трансформатора.

Черезконденсатор не проходит постоянная составляющая тока, а поскольку наинтервале импульса ток через конденсатор равен нулю, то постояннойсоставляющей тока нет в конденсаторе и на интервале паузы. В интервалепаузычерезконденсаторпроходиттолькотокнамагничиваниятрансформатора. Поэтому в интервале паузы под действием напряжения наконденсаторе происходит размагничивание сердечника трансформатора.Другимважнымпреимуществомэтойсхемыявляетсято,чтопереключение транзисторов происходит при нулевом напряжении на них. Кнедостаткам схемы можно отнести наличие дополнительного транзистора и СУ,обеспечивающей временну́ ю задержку при переключении транзисторов, атакже увеличение потерь проводимости ввиду использования небольшойиндуктивности намагничивания.Рисунок 7.55 – Схема ПН с активным ограничением перенапряженийСуществует ряд разновидностей прямоходовых ПН.

Одна из них – прямообратноходовой (forward/flyback) ПН. Отличие его схемы, представленной нарисунке 7.56, от прямоходового ПН с активной ограничивающей цепью16Электропитание РЭАГлава 7.2(рисунок 7.55) состоит в том, что в сердечник трансформатора вводитсядополнительный зазор.При открытом транзисторе VT2 передача энергии от источника в нагрузкуосуществляется через диод VD1. При выключении транзистора VT2 энергия,накопленная в сердечнике за счёт наличия дополнительного зазора, передаётсяв нагрузку через диод VD2.

Выгодным отличием этой схемы от рассмотренныхвыше является повышенный КПД ПН. Типовое значение перенапряжения натранзисторе, как и для прямоходового ПН с активной ограничивающей цепью,составляет 1,3U вх _ макс . К недостаткам данного решения следует отнестинеобходимость использования дополнительного транзистора и сложность СУ, атакже существенные перенапряжения на выходных диодах, обусловленныепроцессами их обратного восстановления.Рисунок 7.56 – Схема прямо-обратноходового ПНОтметим далее ещё одну из самых распространённых разновидностейпрямоходовойприведённаясхемы. Схема прямоходового двухтранзисторного ПН,нарисунке7.57,попринципуработыаналогичнаоднотранзисторной, иногда её называют "косой мост". Наличие второготранзистора требует применения драйвера (дополнительного усилительногокаскада) верхнего плеча.

Характеристики

Список файлов лекций