Лекции 11-12 - Конспекты (1095380), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Наличиесдвига фаз между током и напряжением в РК обеспечивает коммутациюсиловых транзисторов с задержкой, что устраняет режим "сквозных" токов ипрактически сводит к нулю потери мощности при выключении.61Электропитание РЭАГлава 7.2Рисунок 7.78 – Схема ПН с последовательным РК и параллельной нагрузкойТаким образом, в некоторых схемах резонансных ПН изначальнозаложены потери при включении транзистора. Но их легко минимизироватьвыбором соответствующего режима работы ПН.В заключение можно сказать, что во всех рассмотренных схемах ПНпотери при переключении силовых полупроводниковых приборов максимальноснижены и не ограничивают рост частоты преобразования.Отметим одну из перспективных резонансных технологий построенияПН, предложенную С.
Куком. Резонансная схема Кука обеспечивает высокийКПД (для опытного образца С. Кука КПД составил 99%), быстрые переходныепроцессы, имеет малые габариты и массу, а соответственно и стоимость.Основное техническое преимущество данной схемы состоит в том, чтоприменение резонансных дросселей (одного или нескольких) позволяетисключить относительно крупногабаритный дроссель постоянного тока воизбежание ограничений на величину постоянного тока и мощность.Резонансная схема Кука на нитридных транзисторах приведена нарисунке 7.79.
В состав данного ПН дополнительно входят два транзисторныхключа, которые коммутируются не в одной фазе друг с другом на постоянной62Электропитание РЭАчастотеГлава 7.2преобразования.УглавноготранзистораVT1–переменныйкоэффициент заполнения D. При включении VT1 включается VT4, а привключении VT3 включается VT2.Рисунок 7.79 – Резонансная схема КукаВ данной топологии используются две безобмоточные индуктивностипеременноготокасвоздушнымсердечником.Приэтомвеличинаиндуктивности очень мала (около 10 нГн для частоты преобразования 50 кГц).Отметим, что применение нитридных транзисторов позволяет уменьшитьразмеры силовых ключей примерно в четыре раза при тех же параметрахсхемы.
При этом величина паразитной ёмкости нитридных транзисторов напорядок меньше, чем у кремниевых. Таким образом, нитридные транзисторыможно объединить в одной ИМС.Временны́ е диаграммы работы рассматриваемого ПН приведены нарисунке 7.80.Резонансная схема Кука содержит три резонансных компонента:конденсатор Cr, дроссели Lr1 и Lr2. В свою очередь, они создают дваперекрывающихся резонанса с помощью:- конденсатора Cr и дросселя Lr1 (вторая кривая на рисунке 7.80);- конденсатора Cr и дросселя Lr2 (третья кривая на рисунке 7.80).Заметим, что полный синусоидальный резонанс недопустим – разрешёнтолько положительный цикл каждого резонанса.
Следовательно, каждыйрезонанс начинается при нулевом значении тока и заканчивается также при63Электропитание РЭАГлава 7.2нулевом значении. В результате обеспечивается очень короткий переходнойпроцесс.Рисунок 7.80 – Временны́ е диаграммы работы резонансной схемы Кука7.9.4 Резонансные преобразователиДальнейшим развитием квазирезонансных ПН является полностьюрезонансный режим работы преобразователя. Резонансный режим (ResonantMode,RM) может быть реализован споследовательнымрезонансом,параллельным резонансом или в режиме параллельно-последовательногорезонанса (LCC-топология).
Поскольку полумостовая LCC-схема даёт особыепреимущества в резонансном режиме, рассмотрим далее её подробнее.В самом общем случае конечной целью резонансного режима в ПНявляетсядобавлениеиндуктивноститак,достаточночтобыРКбольшойдополнительнойпозволялосуществлятьёмкостиипереключениерегулирующего транзистора при нулевом напряжении для достижения низкихкоммутационных потерь.LCC-топология, схема которой приведена на рисунке 7.81, имеет дверезонансныечастоты.Первойизнихявляетсярезонанснаячастотапоследовательного РК, образованного элементами Cр и Lр1, вторая – это частота64Электропитание РЭАГлава 7.2параллельного РК, образованного элементами Cр и L р1 Lр 2 .
Как правило, дляуменьшенияиндуктивностирассеиванияобекатушкииндуктивностинаматывают на трансформаторе рядом друг с другом.Рисунок 7.81 – LCC резонансный преобразовательПреимущество двойного резонанса заключается в том, что либо один,либо другой резонанс имеют приоритет в соответствии с нагрузкой.
Такимобразом, в то время как последовательный РК имеет резонансную частоту,которая увеличивается с уменьшением нагрузки, параллельный РК имеетрезонансную частоту, которая увеличивается с увеличением нагрузки. Исходяиз этого, должным образом спроектированный параллельно-последовательныйРКр имеет стабильную частоту резонанса во всём диапазоне нагрузок. Частотакоммутации и значения элементов Lр1, Lр2 и Cр должны быть подобраны такимобразом, чтобы первичная обмотка трансформатора TV находилась впостоянном резонансе и напряжение на ней имело практически идеальнуюсинусоидальную форму волны.Временны́ е диаграммы работы рассматриваемого ПН приведены нарисунке 7. 82. Два ключа полумоста VT1 и VT2 работают в противофазе.
Когдаполевые транзисторы активируются, напряжение на них на самом деле являетсяотрицательным. При этом напряжение затвор-сток – это только падениенапряжения на внутреннем диоде, а ток драйвера затвора таким образом крайне65Электропитание РЭАГлава 7.2низкий. По мере перехода напряжения в положительную область, полевыетранзисторы уже открываются и начинают проводить ток, но только тогда,когда синусоидальное напряжение проходит через нуль.Рисунок 7.82 – Временны́ е диаграммы работы LCC- преобразователяУчитывая низкие коммутационными потери в ключах и трансформаторе(из-за синусоидального сигнала на его первичной стороне), КПД LCCпреобразователя может превышать 95%. Ещё одним его преимуществомявляется относительно низкий уровень излучения электромагнитных помех.Недостатком LCC-топологии преобразования является то, что требуемаяиндуктивностьможетоказатьсядостаточновысокой,чтобы получитьстабильную резонансную частоту с хорошей добротностью Q.
Также для тогочтобы обеспечить устойчивый запуск, преобразователь должен быть настроен66Электропитание РЭАГлава 7.2для работы ниже своего максимально возможного коэффициента усиления. Какправило, рабочее усиление в 80-90% от максимального является вполнедостаточным безопасным запасом.Отметим также, что для работы рассматриваемого ПН на холостом ходуможет потребоваться дополнительный импульсный режим работы схемы. Хотядиапазон нагрузки для LLC-топологии теоретически включает в себя и нулевуюнагрузку, но на практике допуски его компонентов могут сделать ПН в такомрежиме весьма неустойчивым.
Наконец, учитывая особенности расположенияобмоток,конструкциятрансформатораПНтребует очень тщательнойразработки. Это касается выполнения требований по токам утечки и зазорам,что необходимо для обеспечения выполнения требований по безопасности.7.9.5 Управление регулирующими элементамиВыше было отмечено, что выходное напряжение квазирезонансных ПНрегулируют изменением частоты преобразования выше или ниже резонанснойчастоты РК, что приводит к изменению тока (напряжения) на элементах РК и,соответственно, в нагрузке.Иными словами, импеданс цепи меняется вместе с изменением частоты инагрузки. Следовательно, выходное напряжение регулируется посредствомизменения импеданса РК. Например, если ток нагрузки возрастает, выходноенапряжение понижается.
Это изменение через ОС поступает на СУ и таизменяет частоту, приближая её к резонансному значению, увеличивая темсамым выходное напряжение. И, напротив, когда ток в нагрузке уменьшается,выходное напряжение возрастает, и СУ "отодвигает" рабочую частоту отрезонансной.Фактически ПН работает подобно делителю напряжения, а коэффициентделения определяется рабочей частотой, которая всегда выше резонансной, приэтом импеданс цепи имеет индуктивный характер, ток отстает от напряжения, икоммутация силовых ключей происходит при нулевом напряжении. Отметим67Электропитание РЭАГлава 7.2также, что при приближении рабочей частоты к резонансной форма выходногонапряжения приближается к синусоидальной.Помимо ЧИМ-регулирования, в резонансных ПН возможно и ШИМрегулирование.
В этом случае регулирование величины протекающего токачерез РК осуществляют изменением величины паузы ("dead time") междуимпульсами, обладающими фиксированной длительностью и периодом. Крометого, управление может быть осуществлено изменением фазы колебаний(фазовое регулирование).Рисунок 7.83 иллюстрирует квазирезонансный режим работы. Сигналошибки получен так же, как в традиционных ПН с ШИМ, то есть как разностьмежду выходным и опорным напряжениями. Это напряжение рассогласованияпоступает на генератор, управляемый напряжением, выходной сигнал которогозапускает ждущий мультивибратор. Импульсы ждущего мультивибратора,имеющие фиксированную длительность и переменную частоту повторения,поступают на вход МОП-транзисторов.Рисунок 7.83 – Упрощённая схема резонансного ПН с цепью управленияMMV – ждущий мультивибратор; ГУН – генератор, управляемый напряжениемВыход МОП-транзисторов связан с РК и выходным трансформатором.Видно, что амплитуда почти синусоидального напряжения, приложенного кпервичной обмотке трансформатора, зависит от близости резонансной частоты68Электропитание РЭАГлава 7.2РК к величине, обратной фиксированной длительности импульсов переменнойчастоты, поступающих с МОП-транзисторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
