Лекции 11-12 - Конспекты (1095380), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В отличие от однотранзисторной схемы "косой мост"17Электропитание РЭАГлава 7.2позволяет использовать менее высоковольтные транзисторы ( U си U вх ).Когда оба ключа замкнуты, напряжение Uвх поступает на первичнуюобмотку трансформатора. На вторичной обмотке появляется напряжение,открывается диод VD3. Ток через LфCф-фильтр поступает в нагрузку. Послеразмыкания ключей индуктор Lф продолжает отдавать накопленную энергию внагрузку. Режим работы индуктора может быть непрерывным и прерывистым.Рисунок 7.57 – Схема прямоходового "косого моста"Когда ключи разомкнуты, первичная обмотка через диоды подключена кисточникувходногоUвх,напряженияпроисходитавтоматическоеразмагничивание трансформатора TV; выброс энергии, связанный с наличиеминдуктивности рассеивания, возвращается в шину электропитания.Выходное напряжение ПН зависит от коэффициента трансформации,входного напряжения и коэффициента заполнения:U вых U вх Dw2.w1(7.148)Прямоходовые ПН имеют энергетические показатели на порядок болеевысокие, чем обратноходовые.
Однотранзисторную схему часто применяют вDC/DC преобразователях, но она не нашла широкого применения в сетевыхAC/DC преобразователях из-за свойственных ей высоких перенапряжений на18Электропитание РЭАключе.ВсетевыхГлава 7.2AC/DCпреобразователяхповсеместноприменяютдвухтранзисторную схему.Отметим,чтобольшинствосовременныхимпульсныхИЭПсобратноходовыми и прямоходовыми ПН имеют более одного выхода.Например, в ИЭП цифровых устройств в дополнении к напряжению +5 В могутбыть выходы на напряжения +12, -12, +24 и -5 В. Эти выходы используют дляэлектропитания различных устройств типа контроллеров, накопителей нажёстких дисках, принтеров, интерфейсов и различных аналоговых схем. Нарисунке 7.58 представлена схема импульсного ИЭП с несколькими выходами.Рисунок 7.58 – Импульсный ИЭП с несколькими выходамиСУ – схема управления; ШИМ – широтно-импульсный модулятор; ГР – гальваническаяразвязка; СС – схема сравненияИз схемы видно, что сигнал ОС снимается только с одного выхода(обычно +5 В) и подаётся в СУ.
Таким образом осуществляется стабилизациявсех напряжений. Очевидно, что дополнительные выходы не стабилизируютсяв той же мере, как главный выход +5 В. Поэтому в случае критичности19Электропитание РЭАнагрузоккГлава 7.2напряжениюэлектропитаниянасоответствующиевыходыустанавливают дополнительные линейные интегральные стабилизаторы илидроссель групповой стабилизации.7.6.4 Двухтактные преобразователиДвухтактные ПН могут быть с самовозбуждением и с независимымвозбуждением.
В настоящее время в основном применяют ПН с независимымвозбуждением, имеющие более высокий КПД.Одно из важных преимуществ двухтактных ПН перед однотактными –болееэффективноеиспользованиетрансформатора.Какправило,вдвухтактных схемах индукция в сердечнике изменяется в более широкихпределах, нежели чем в однотактных. Поэтому для наведения такой же ЭДС воднотактной схеме требуется магнитопровод, имеющий значительно бо́ льшеесечение.
По этой и другим причинам КПД двухтактных ПН значительно выше,чем у однотактных. Ещё одно существенное преимущество – ме́ ньшие размерытрансформатора и сглаживающего фильтра.На практике применяют три основныt схемы двухтактных ПН:полумостовые, мостовые и пушпульные.Схема двухтактного полумостового преобразователя (в зарубежнойтерминологии "half bridge") приведена на рисунке 7.59.Рисунок 7.59 – Двухтактный полумостовой преобразователь20Электропитание РЭАГлава 7.2Пока на затвор транзисторов VT1 и VT2 не поступило напряжение, онизакрыты. Напряжение в средней точке ёмкостного делителя, выполненного наконденсаторах C1 и C2 одинаковой ёмкости, составляет половину отпостоянного напряжения, питающего преобразователь.Подадимотпирающееотзадающегонапряжение.генератораПона+Uвх,цепизатвортранзистораС1,конденсаторVT2обмоткатрансформатора TV1, транзистор VT2, -Uвх потечёт ток.
На вторичной обмоткетрансформатора TV1 возникнет напряжение, которое будет выпрямленодиодной сборкой VD1-VD4 и сглажено конденсатором C3. Транзистор VT1 всёэто время был закрыт.Подадим запирающее напряжение на затвор транзистора VT2 иотпирающее напряжение на затвор транзистора VT1. Ток потечёт по цепи +Uвх,транзистор VT1, обмотка трансформатора TV1, конденсатор С2, -Uвх. НавторичнойобмоткеTV1трансформаторапоявитсянапряжениепротивоположной полярности относительно предыдущего такта, котороевыпрямит диодная сборка VD1-VD4 и сгладит конденсатор C3. Затемпостоянное напряжение с конденсатора С3 будет приложено к нагрузке.Транзистор VT2 в течение второго такта закрыт.Очевидно, ток через нагрузку протекает в течение обоих тактов.
Частотапульсации выходного напряжения в два раза выше частоты преобразования, чтопозволяет использовать конденсатор С3 сглаживающего фильтра с небольшойноминальнойёмкостью.Частнаяпетлягистерезисамагнитопроводатрансформатора близка к предельной петле гистерезиса.Пока нагрузка не соединена с ПН, к каждому конденсатору ёмкостногоделителя приложена половина постоянного входного напряжения. Еслиёмкостьконденсатораделителябудетнедостаточновелика,топримаксимальной нагрузке в течение каждого полупериода конденсаторы будутсущественно разряжаться, и напряжение на них превысит половину входного21Электропитание РЭАГлава 7.2напряжения.Напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора, можновычислить какU1 U вх U нас .2(7.149)где Uнас – напряжение насыщения одного силового транзистора.Ёмкость каждого конденсатора делителя находят ориентировочно какСгдеIперв.макс–амплитудаI перв.
макс4 f U cполного.тока(7.150)черезпервичнуюобмоткутрансформатора; f – частота преобразования; ΔUс – изменение напряжения наконденсаторе за длительность времени прохождения через него импульсаполного тока.Величина приложенной к конденсатору переменной составляющейнапряжения не должна превышать максимально допустимую справочнуювеличину для компонента данного типа. Важно помнить, что номинальнаяёмкость многих конденсаторов на высокой частоте и при низкой температуреокружающей среды существенно уменьшается.Полумостовые ПН нашли широкое применение при выходной мощностиот сотен ватт до нескольких киловатт.Достоинством полумостового ПН является низкое обратное напряжение,приложенное к каждому силовому транзистору в состоянии отсечки, примерноравном постоянному входному напряжению. Это позволяет использоватьполумостовые ПН при высоком входном напряжении.
Полумостовые ПН могутбыть включены без нагрузки, и при этом не будет опасности повреждениякомпонентов.Если ёмкости конденсаторов делителя напряжения строго одинаковы,силовые транзисторы идентичны друг другу, а петля гистерезиса материала22Электропитание РЭАмагнитопроводаГлава 7.2несодержитдефектов,томожнополагать,чтоподмагничивание сердечника трансформатора отсутствует. Однако такаякартина возможна только в идеальном случае. Вместе с тем одним изпростейшихспособовтрансформатораявляетсяуменьшениявключениеподмагничиваниянеполярногосердечникаконденсаторамеждуимпульсным трансформатором и средней точкой ёмкостного делителя.К недостаткам полумостового ПН относят наличие двух конденсаторов вделителе, разрушение компонентов ПН при перегрузке по току в нагрузке приотсутствии системы защиты, ме́ ньший КПД (по сравнению с мостовыми ПН).Отметим также, что для верхнего по схеме транзистора требуетсягальваническая развязка от управляющего контроллера.Схемадвухтактногомостовогопреобразователя(взарубежнойтерминологии "bridge") приведена на рисунке 7.60.Рисунок 7.60 – Двухтактный мостовой преобразовательПусть на затворы силовых транзисторов VT2 и VT3 от задающегогенератора подано отпирающее напряжение.
Ток потечёт по цепи +Uвх,транзистор VT3, обмотка трансформатора TV1, транзистор VT2, -Uвх. Навторичной обмотке трансформатора TV1 будет индуктировано напряжение,23Электропитание РЭАГлава 7.2которое выпрямит диодная сборка VD1-VD4 и сгладит конденсатор С1, а затемпостоянное напряжение будет приложено к нагрузке. Таким образом, в течениепервого такта транзисторы VT1 и VT4 находятся в состоянии отсечки, атранзисторы VT2 и VT3 – в состоянии насыщения.Подадим на затворы транзисторов VT2 и VT3 запирающие напряжения, ана затворы транзисторов VT1 и VT4 – отпирающие напряжения.
По цепи +Uвх,транзистор VT1, обмотка транcформатора TV1, транзистор VT4, -Uвх потечётток. На вторичной обмотке трансформатора TV1 индуцируется напряжение,которое поступит на выпрямитель и далее через фильтр в нагрузку.В течение второго такта транзисторы VT2 и VT3 находились в состоянииотсечки, а транзисторы VT1 и VT4 – в состоянии насыщения. Через нагрузкупротекает ток и в первый, и во второй такты, благодаря чему частота пульсациинапряжения на конденсаторе C1 в два раза превышает частоту преобразования.В магнитопроводе трансформатора индукция варьируется от минимальногозначения до максимальной величины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
