Лекции 11-12 - Конспекты (1095380), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В случае размещения конденсатора РКпослевторичнойобмоткиможноожидатьзначительногоувеличенияамплитуды пульсации выходного напряжения.Достоинства резонансных и квазирезонансных ПН заключаются в узкомспектреизлучаемыхнаводокввидупониженнойскоростинарастаниянапряжения на силовых компонентах и близкой к синусоидальной форме тока,протекающего через силовые ключи и обмотки трансформатора и резонансногодросселя. При наличии мягкой коммутации потери при переключении всиловых транзисторах можно свести к минимуму, из-за чего КПД такого ИЭПможет быть выше, чем у импульсного ИЭП без резонансного ПН.
Именнопоэтому ИЭП с РК в ПН целесообразно применять для электропитания47Электропитание РЭАГлава 7.2чувствительной к пульсациям и наводкам РЭА.Не всегда с первого взгляда на схему можно сказать, что используетсярезонансный режим, потому что на схеме могут отсутствовать в явном видеиндуктивность или ёмкость, а иногда и то и другое. В таких случаяхиспользуют паразитные реактивные сопротивления, такие как индуктивностирассеяния выходного трансформатора, а также паразитная или распределеннаяёмкость. Иногда используют выходную ёмкость транзистора. В некоторыхслучаях параллельный РК образуют вторичной обмоткой трансформатора илибо подключенным к ней конденсатором, либо паразитной ёмкостью.Учитывая, что скорость нарастания напряжения между стоком и истокомсиловых транзисторов резонансных ПН значительно меньше, чем в ИЭП снерезонансными ПН, иногда удаётся обойтись без демпфирующих цепей.К недостаткам резонансных ПН относят высокую сложность расчётакомпонентовПНдополнительныхреактивнуюипоследующуюэлементовРК,мощность,иегонастройку,атакжеимеющихзначительнуюповышенныезначенияналичиеноминальнуютоковчерезполупроводниковые приборы.Также следует отметить, что в резонансных ПН с переключением принулевом токе ток, протекающий через силовые транзисторы и обмоткидросселя и трансформатора, обладает практически синусоидальной формой.Если мощность нагрузки постоянна, то амплитуда этого синусоидального токадолжна быть существенно больше (до нескольких раз), чем амплитудаимпульсов тока прямоугольной или трапецеидальной формы в другихимпульсныхИЭП.Чембольшетокчерезтранзисторыиобмоткитрансформатора и дросселя, тем больше мощность потерь на проводимость итепловыделение в этих компонентах, и, следовательно, тем ниже КПД ИЭП.
Поэтой причине резонансные и квазирезонансные ПН с переключением принулевом токе используют в ИЭП с мощностью не более 0,5 кВт.48Электропитание РЭАГлава 7.2В резонансных и квазирезонансных ПН с переключением при нулевомнапряжении на компонентах ПН велико напряжение, зависящее от добротностиРК. В сетевых ИЭП с рассматриваемыми ПН во время резонанса напряжение накомпонентах последовательного РК может достигать нескольких киловольт,что накладывает серьёзные ограничения на применяемую элементную базу.Квазирезонансные и резонансные ПН с переключением при нулевомнапряжении применяют в импульсных ИЭП с мощностью обычно не менее0,5 кВт.Другая отличительная особенность резонансных ПН – возможностьработы в режиме стабилизации тока без применения дополнительных мер. Этоопределяет оптимальную область их применения: различного рода зарядныеустройства, устройства бесперебойного электропитания и высоконадёжныесистемы электропитания с резервированием, где используется возможность ихпараллельной работы.Итак, резонансные ПН являются более сложными, по сравнению склассическими ПН, как по схемотехнике, так и по сущности происходящих вних процессов, вследствие чего они в настоящее время имеют существенноменьшее распространение в преобразовательной технике.
Вместе с тем онипозволяютсущественноповыситьчастотупреобразования,улучшитьмассогабаритные характеристики и снизить уровень электромагнитных и электростатических помех как в самом ПН, так и на входных и выходных шинах.7.9.3 Квазирезонансные преобразователиКвазирезонансный ПН может быть реализован на основе любой из ранеерассмотренных топологий классических DC/DC-преобразователей.
При этомиспользуют схемы с переключением транзистора как при нуле тока, так инапряжения.Квазирезонансный ПН с переключением при нуле тока придаёт волнетока, протекающего через ключ, синусоидальную форму. При этом транзистор49Электропитание РЭАГлава 7.2всегда переключается, когда ток через него равен нулю. Для пониманияпринципа работы такого ПН рассмотрим далее элементарную топологию:понижающий дроссельный ПН.Схема ПН с РК, в качестве которого выступают элементы Cр и Lр,приведена на рисунке 7.74а.а)б)Рисунок 7.74 – Квазирезонансный ПН с переключением при нуле тока (а) ивременны́ е диаграммы его работы (б)Рассматриваемая конфигурация ПН с РК называется параллельной: всхеме параллельно резонансному конденсатору Cр включена нагрузка (LфCффильтрдействует как демпфирующий импеданс).ВходLфCф-фильтрасоответствует высокому импедансу параллельного тока при частоте резонансаРК.50Электропитание РЭАГлава 7.2Работу ПН на схеме рисунка 7.74а можно разделить на четыре интервала.Интервал 1 – это его статическое или начальное состояние, в которомэлементы РК разряжены, ключ VT разомкнут и через коммутирующий диод VDпротекает ток нагрузки через дроссель Lф.
(рисунок 7.74б)Интервал 2 начинается в тот момент, когда ключ VT замыкается – инапряжениенанёмначинаетпостепенновозрастать.Посколькукоммутирующий диод VD находится в проводящем состоянии, резонансныйконденсатор Ср закорочен на "землю". При переключении напряжения токчерез ключ VT равен нулю, поскольку ток, протекающий через резонансныйдроссель Lр, не может измениться мгновенно. Затем ток, протекающий черезключ VT, начинает линейно возрастать от нуля с положительным наклоном,определяемым из соотношения U вх / Lр .
Это продолжается до тех пор, покасила тока, протекающего через ключ VT и резонансный дроссель Lр, непревысит силы тока через нагрузку, проводимого коммутирующим диодом VD.Затем коммутирующий диод VD запирается.Интервал 3 начинается в тот момент, когда происходит разблокировкарезонансного конденсатора Cр.
Волна тока теперь принимает синусоидальнуюформу и, миновав верхнюю точку, понижается до тех пор, пока ток недостигнет нуля. Затем ток начинает протекать в обратном направлении черезрезонансный дроссель Lр и встречно-параллельный диод ключа VT. Ключ VTможет разомкнуться в любой момент этого интервала без каких-либо потерьпереключения, поскольку любой ток в это время протекает через диод ключаVT. При этом любой избыток энергии дросселя возвращается в конденсатор Cвхвходного фильтра. На протяжении интервала 3 напряжение на резонансномконденсаторе Cр имеет синусоидальную форму с отставанием от тока на 90°.Таким образом, когда ток через дроссель переходит через нулевое значение,напряжение на резонансном конденсаторе Cр достигает своего максимума иначинает спадать.51Электропитание РЭАГлава 7.2На протяжении интервала 4 дроссель Lф выступает в роли нагрузки потоку и создаёт линейный пилообразный спад напряжения, разряжающийостаток энергии резонансного конденсатора Cр.
Когда пилообразный сигналнапряжения достигает нулевого значения, РК вновь переходит в статическоесостояние и ожидает следующего периода проводимости ключа VT.Таким образом, ключ VT переключается при нулевом токе по обоимфронтам переключения.Интервал, в котором ключ находится в замкнутом состоянии, долженбыть согласован с периодом резонанса РК.
Мощность, переданная нагрузке,зависит от изменения числа замыканий в секунду переключателя мощности.Таким образом, квазирезонансный ПН с переключением при нуле тока требуетприменения способа управления с фиксированным временем замыкания(импульса) и переменным временем размыкания (паузы) ключа. Соотношение,используемое для управления, имеет вид:U вых f 0 .U вхfр(7.156)При выборе нижнего и верхнего предела выходной мощности следуетсоблюдать осторожность.
При малых нагрузках может резко упасть частота.Если частота попадёт в декаду полюса выходного фильтра, то в нагрузку будетпередано слишком много пульсаций. При больших нагрузках частота можетстать слишком высокой – и переключение будет происходить при ненулевомтоке.Отметим,чтововсех выпускаемых контроллерах реализованоограничение частоты преобразования.Второй тип квазирезонансных ПН использует переключение транзисторапри нулевом напряжении. Схема и формы сигналов квазирезонансногопонижающего ПН с переключением при нуле напряжения приведены нарисунке 7.75.52Электропитание РЭАГлава 7.2а)б)Рисунок 7.75 – Квазирезонансный ПН с переключением при нуленапряжения (а) и временны́ е диаграммы его работы (б)Фактически, семейство ПН с переключением при нуле напряжения – этозеркальное отражение семейства ПН с переключением при нуле тока.Коммутирующий диод VD проводит ток в течение резонансного периодавыключения.
Между такими периодами ключ VT замкнут, а протекающий черезнего ток имеет пилообразную форму с наклоном U вх U вых / Lф . Этот периодтакже является временем статического состояния РК. В течение этого временирезонансныйдроссельLрнасыщеникороткозамкнут.Наконтактырезонансного конденсатора Cр подано напряжение Uвх.Период резонанса инициируется размыканием ключа VT. Напряжение нарезонансном конденсаторе Cр не может измениться мгновенно, поэтому53Электропитание РЭАГлава 7.2напряжение на ключе VT остаётся равным напряжению насыщения, пока непрекратится ток.
Затем начинает спадать напряжение на резонансномконденсаторе Cр. К этому моменту ток через резонансный дроссель Lр ужедостиг нулевого значения. Коммутирующий диод VD начинает пропускать токв нагрузку, когда сила тока через резонансный дроссель Lр падает нижезначения тока нагрузки. Резонансный дроссель Lр выходит из состояниянасыщения, и прямосмещённый коммутирующий диод VD шунтируетрезонансный дроссель Lр со стороны выходного фильтра на "землю", чтопозволяет резонировать РК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
