Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 92
Текст из файла (страница 92)
К аналогичному выводу можно прийти, непосредственно анализируя выражения (13.16) и (13,!8): 1)т У„ар — — 1)Ш (/м з)п (и/п) = Ум; 1)ше =11ш — = О. 2 в аа в аа п/и в аа в ва (пз — 1) Гисе рЬон гном Дар Рнс !З.7. Внеаняя хараптерпстнпа емпрямнтеап Внешняя характеристика выпрямителя (1„„=((!„р) — графически выраженная зависимость среднего значения выходного напряженна на нагрузке от среднего значения выходного тока (тока нагрузкн) является важнейшнм показателем выпрямнтельного устройства, определяющнм его зксплуатацнонные возможности.
На рнс. (3,7 прнведена внешняя характернстнка неуправляемого выпрямнтеля по постоянному току, для которой выходное напряженке ($3.24) где Е„р — Э1(С на выходе выпрямителя (напряженке прн токе нагрузки, равном нулю); Ь(),ср~1„р()е„а-гдпрх) — падение напряженна от протекания тока нагрузки по вхтнвным сопротквленням соответственно входного источника питания (Й ) н прямосмешенных днодов (глпрх). 1ЗЗ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНПЕ Электронное устройство, преобразующее напряжение постоянного тока в напряженне переменного тока, называется инвгргороае. Суть построения подобных устройств ссстокт в том, что для преобразования напряження постоянного тока в переменное необходим некоторый коммутатор, который бн периодически подключал к нагрузке ксточннк постоянного токе, причем полярность такого подключення должна постоякко язяекятьс».
Структурные схемы ннверторов могут быть получены кз рассмотренных и $ 13.2 схем выпрямктелей прн условкн, что вход н выход схемы меняются местами, а дкоды заменяются упрпвляемымн ключами. Пронллюстрнруем сказанное на примере мостовой схемы нкаертора, приведенной на рнс. (3.8, а.
Предположим, что ключевые транзнсторы рассматриваемой схемы переключаются попарно н протнвофязпо с некоторым пернодом Т. Причем в интервале от 0 до Т/2 включены транзнсто- 474 пн и рта р прнрг гт Рпс. !З.в Схема мостового преоорахопатедп постоянного папрямеппп и пере- меппое (и) и его выходное папрпмеппе (б) ры УТ! и УТ4.
При этом к нагрузке !с. прикладывается напряжение ()и положительной полярности. На интервале от Т/2 до Т включаются транзисторы УТ3 и УТ2 н к нагрузке прикладываетси то же напряжение с)п, ио в обратной (отрицательной) полярности. В результате на нагрузке действует переменное прямоугольное напряжение (рнс. 13.8,6), не содержащее постоянной составляющей. Нетрудно заметить, что приведенная на рнс. 13.8,а схема является мостовой схемой усилителя мощности, рассмотренной в гл. 12 (см. рис. 12.16). Обычно в качестве непосредсгвенной нагрузки коммутатора нивертора используют обмотку трансформатора, который функционально связан с коммутатором, н поэтому оба этих устройства составляют единое целое.
Пронллюстрнруем сказанное на примере преобразователя постоянного напряжения в переменное, построенного на основе схемы двухполуперкодиого выпрямителя со средней точкой (рис. 13.9,а). В этом устройстве вторичные»олуобмотки трансформатора гвю и гпех являются нагрузкой коммутатора, выполненного иа транзисторах УТ! и УТ2, заменивших диоды исходной схемы выпрямителя. По существу полученная схема является схемой импульсного усплителя мощности с включающим н замыкающим транзистором (см. рис.
!2.15), в которой аналогично проделанному выше поменяли местами точки подключения нагрузки и источника писания. Поясним принцип работы этой схемы в предположении, что петля гистерезнса материала сердечника трансформатора ТУ близка к прямоугольной (рис, !39,б). Предположим, что в некоторый момент времени трпнзисгор )'Т! насыщен (рис. 13.9,в). Тогда к обмотке гпю приложено напряжение питания О., которое вызывает перемагничнвание сердечника трансформатора. На всех обмотка трансформатора до момента насыщения его сердечника гтп о глг 6 Ю Рнс.
1З.Э. Трансформаторнан схема даухгантного нреобрааователн (а), форма ветла гнстерезнса матернала сердечннна его трансформатора (б) н временные днаграммм, нонснанннне его работу (в) при этом наводятся напряжения, пропорциональные числу нх витков бмг У,те~/гва. Обмотки трансформатора гпа н и>ат включены таким образом, что полярности наводимых на них напряжений подтверждают исходное состояние транзисторов ()гТ1 — насыщен, )гТ2 — заперт).
После насыщения сердечника трансформатора напряжения на всех его обмотках уменьшаются до нуля н транзистор )гТ! начинзет запираться, Прн этом по закону электромагнитной индукции в обмотках трансформатора наводится противо- ЭДС, что приводит к форсированному запнранню транзистора 'тТ1 н отпиранию транзистор» 'уТ2. Теперь напряжение питания прикладывается к обмотке га,г, что вызывает обратное перемагничиванне сердечника трансформатора.
В результате на обмотках трансформатора присутствует переменное напряжение прямоугольной формы (рнс. 13.9, а), частота которого определяется параметрамн трансформатора Т)г, т. е. схема по существу является мультивибратором с магнитными связями. 134. устРОйстВА сОГлдсОВАния уРОВня ндпряжения В соответствии с функциональными задачами, помимо согла. сования частоты питающего напряжения в ИВП необходимо преобразование также его уровня. 476 Рнс. !3.!О.
Схема конвертора Рнс. 1З.! !. Схема сглаживающего ЯС-фнльтра Каиболее простым и энергетически эффективным является преобразование уровней переменного напряжения, осуществляемое при использовании трансформатора, подробно рассмотренного в курсе «Общая электротехниками Щ Более сложную задачу представляет преобразование постоянного напряжения одного уровня в другое. В этом случае приходится вначале преобразовывать исходное постоянное напряжение в переменное. Это может быть выполнено либо с использованием схем инверторов, либо различных реактивных, как правило, индуктивных накопителей с соответствующими схемамн коммутации.
Затем изменять уровень полученного переменного напряжения до требуемого, применяя для этой цели трансформатор Ту. И только после этого с помощью выпрямителя В получать требуемый уровень постоянного напряжения питания. Устройство, предназначенное для преобразования постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня путем промежуточного его преобразования в напряжение переменного тока, называется конвертором.
Возможная структу. ра такого устройства приведена на рнс. (3.10, Реже для преобразования уровня напряжения применяются емкостные накопи"тели (см. $!3.7!. !3.5. УСТРОЙСТВА СТАБНЛИЗАМИИ НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ Преобразованное по уровню н частоте напряжение (с помощью рассмотренных выше устройств преобразования) в ряде случаев не может быть непосредственно применено для питания ЭУ, так как коэффициент пульсаций и изменение среднего значения выпрямленного напряжения, как правило, превышают предельно допустимые значения для современной элементной базы ЭС.
Поэтому необходимы дополнительные устройства, которые бы обеспечивали получение заданной стабильности выходного напряжения ИВП. Прн этом, как отмечалась ранее, вопрос обеспечения стабильности выходного напряжения может быть разбит на «ве отдельные задачи, решение которых. в общем случае, осу- 477 ществляется самостоятельнымн техническими средствамн. Это задача стабилизации мгновенных значений выходного напряжения (уменьшения переменной составляюпгей напряжения — пульсаций напряжения) и задача стабилизации среднего значения выходного напряжения на заданном уровне.
Стабилизация мгновенного значения выходного наяряжеиня осуществляется введением в цепь передачи напряжения дополнительного звена (Ф на рис. 13.1), коэффициент передачи которого для перемекной составляющей напряжения существенно меньше, чем для его постоянной составляющей. В результате постоянная составляющая напряжения проходит в нагрузку практически без изменений, а его переменная составляющая ослабляется делителем, образованным введенным звеном н нагрузкой ИВП. Пронллюстрируем сказанное на примере простейшего РС- фильтра, состоящего из баластного резистора Ра и конденсатора Сэ (рис. 13.! 1), подключенного между выходом выпрямителя (для рассматриваемого звена это будет и„) и нагрузкой Р,.
Передаточная функция этого фильтра имеет внд ))г ()') = К /(тР -!- 1) (! 3.25) где Ко-Р4(Р.+Рф) — коэффициент передачи звена для постоянной составляющей напряжения; т=РоРфСе/(Ро+Рэ) — постоянная времени звена, Для определения зависимости коэффициента передачи фильтра на рнс. 13.1! от частоты перейдем от передаточной функции (13.25) в частотную область (р )гэ) и найдем модуль получен. иой амплитудно-фазовой характеристики %'(! и)— к Ко(! — )о о) Ко Ко"' — ш )+)юс ()+)ойдо) (1 — )оп) ! ~ (мор )+(мг)О Р(и)+ Я(оо). Тогда К(оо) = / (Р' ()и) 1 ='$~ У~(а)+!)о(м) = Кс/$ 1+(ес)о. (!326) Если предположить, что оотг!, то из (13.26), пренебрегая еди ннцей, получаем (13.27! К(м) Ко/(ео).
Из выражения (13.271 становится очевидным, что с увеличе нием частоты входного сигнала коэффициент передачи звена па дает, а следовательно, амплитуды высокочастотных составляя> щнх, передаваемых звеном в нагрузку, будут уменьшаться. В т~ же время, если выполняется условие Ро~Рэ, то Ко~! и постоян ная составляющая выпрямленного напряжения передается в ~а грузку Р, практически неизменной. 47$ Звено, коэффициент передачи которого для переменной состав. Пяющей электрического сигнала существенно меньше, чем для его постоянной составляющей, называется сглаживающим фильтром. Очевидно, что сглаживающий фильтр является частным случаем рассмотренного в 9 3.17.! фильтра нижних частот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
