Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Частота пульсации выходного напряжения рассматриваемого розп-роП преобразователя составляет удвоенную частоту преобразования. К недостатку преобразователей со средней точкой в обмотке трансформатора относят высокое напряжение на закрытых ключевых транзисторах (примерно составляет удвоенное напряжение питания плюс напряжение индуктивного выброса). Высокое обратное напряжение вынуждает применять высоковольтные транзисторы, номенклатура которых уже, чем низковольтных транзисторов.
Кроме того, как известно, напряжение насыщения высоковольтных транзисторов велико и, в зависимости от их марки и типа, может достигать примерно 3 ..12 В, в результате чего КПД сетевого бестрансформаторного рцз)1-рц11 преобразователя ниже, чем у других двухтактных преобразователей сетевых ИИП. Симметрирование перемагничивания трансформаторов рой-рц 11 преобразователей сетевых ИИП осуществить непросто. При коротком замыкании в нагрузке, если отсутствует устройство защиты по току, компоненты источника питания выйдуг из строя. 6.2.8. Резонансные и квазирезонансные преобразователи Преобразователь называют резонансным в том случае, если колебательный контур, обеспечивающий коммутацию ключей при нулевом токе или напряжении, обладаег той же самой резонансной частотой, что и частота преобразования.
Преобразователь называют квазирезонанслым, если резонансная частота колебательного контура не соответствует частоте преобразования. После того, как через колебательный контур квазирезонансного преобразователя пропустят ток или приложат к нему напряжение, в нем возникнет резонанс на собственной частоте. Ее обычно выбирают более высокой, чем частота преобразования, поскольку при этом силовые компоненты функционируют на повышенных частотах, и их можно выбрать с небольшими габаритами и номиналами. Колебательным контуром называют замкнутую цепь, содержащую компоненты, обладающие индуктивностью и емкостью.
В качестве этих компонентов обычно используют соответственно дроссели и конденсаторы. Собственную частоту Рв резонансного колебательного контура можно найти по формуле Томпсона: 1 ~0 = 2 и. /Ск.) к где Ск — емкость колебательной системы, Ф; Ек — индуктивность контура, Гн. В реальном колебательном контуре неизменно присутствуют потери, поэтому вырабатываемые свободные колебания всегда будуг затухающими.
Часть запасенной в колебательном контуре энергии расходуется на нагрев изоляции и металла бд. импульсные преобразователи с задающими генераторами 133 проводов и обкладок, а также на излучение в окружающее пространство. Собственная частота колебательного контура зависит не только от индуктивности катушки и емкости конденсатора, но и от сопротивления потерь. В зависимости от способа соединения одной катушки индуктивности и одного конденсатора различают последовательные и параллельные простейшие колебательные контуры.
Если катушка индуктивности и конденсатор включены последовательно, то контур называют последовательньии, а если включены параллельно— то, соответственно, называют параллельным. Во время резонанса последовательного колебательного контура затраты энергии станут минимальны, а амплитуда тока через компоненты будет максимальна. Амплитуда тока зависит от добротности реактивных компонентов: чем выше добротность, тем больше сила тока. При равенстве частоты преобразования и собственной частоты последовательного колебательного контура на катушке индуктивности и на конденсаторе возрастаег напряжение, т.е.
можно наблюдать резонанс напряжений. При резонансе в параллельном колебательном контуре токи через конденсатор и катушку индуктивности максимальны, а потребляемая контуром энергия минимальна. При равенстве собственной частоты колебательной системы и частоты преобразования ток через компоненты параллельного контура будет максимальным, н, таким образом, наблюдаем резонанс токов. Резонансный контур размещают либо последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора, либо между его вторичной обмоткой и выходным выпрямителем. В случае размещения конденсатора резонансной системы после вторичной обмотки импульсного трансформатора можно ожидать значительного увеличения амплитуды напряжения пульсации на низковольтной нагрузке.
Регулирование величины протекающего тока через резонансный контур осуществляют изменением величины паузы '*деаг) йте" между импульсами, обладающими фиксированной длительностью и периодом, нли отстройкой частоты преобразования от резонансной частоты контура. Первый способ используют при ШИ вЂ” регулировании, второй — при ЧИ вЂ” регулировании. ЧИ вЂ” регулирование обычно не используют, поскольку при отстройке частоты от резонансной резко возрастают потери, падает КПД преобразователя. Кроме того, управление может быть осуществлено изменением фазы колебаний.
Импульсные источники питания с резонансными и квазирезонансными преобразователями целесообразно использовать для питания чувствительной к пульсациям и наводкам аппаратуры. Резонансные и квазирезонансные преобразователи особенно хороши при использовании в системах освещения, а наибольшей эффективности можно достичь при фиксированной, постоянной нагрузке. Достоинства резонансных н квазнрезонансных преобразователей заключаются в узком спектре излучаемых паводок ввиду пониженной скорости нарастания напряжения на силовых компонентах и близкой к синусоидальной форме тока, протекающего через электронные ключи и обмотки трансформатора и резонансного дросселя преобразователя.
Благодаря этому, резонансные и квазирезонансные преобразователи можно использовать для питания чувствительной к помехам аппаратуры (например, медицинской, измерительной и др.), которую нельзя питать от обычного импульсного источника питания. При наличии мягкой коммутации потери при переключении в силовых транзисторах можно свети к минимуму, из-за чего КПД источника питания может быть выше, чем у ИИП с нерезонансным преобразователем.
Достоинством является возможность использования в качестве компонентов колебательного контура паразит- 134 Импульсные преобразователи напряжения ных элементов, например: емкости сток-исток транзисторов и индуктивности рассеяния импульсного трансформатора. Учитывая, что скорость нарастания напряжения между стоком и истоком или коллектором и эми ггером ключевых транзисторов резонансных и квазирезонансных преобразователей значительно меньше, чем в преобразователях нерезонансных топологий, иногда удается обойтись без демпфирующих цепей.
К недостаткам относят высокую сложность расчета компонентов преобразователя, в особенности — импульсного трансформатора и колебательного контура. После проведения расчета и сборки изделия "в железе" необходима корректировка и настройка колебательной системы в резонанс. Мы говорили о том, что в резонансных и квазирезонансных преобразователях с переключением при нулевом токе ток, протекающий через переключательные транзисторы и обмотки дросселя и трансформатора, обладает практически синусоидальной формой. Если мощность нагрузки постоянна, то амплитуда этого синусоидального тока должна быть существенно больше (вплоть до нескольких раз), чем амплитуда импульсов тока прямоугольной или трапецеидальной формы в преобразователях многих обычных ИИП.
Чем больше ток через транзисторы и обмотки импульсного трансформатора и резонансного дросселя, тем больше мощность потерь на проводимость и тепловыделение в этих компонентах, и, следовательно, тем ниже КПД источника питания с резонансным или квазирезонансным преобразователем. По этой причине мощный ИИП с резонансным или квазирезонансным преобразователем с переключением при нулевом токе обычно обладает меньшим КПД, чем аналогичный ИИП с нерезонансным преобразователем.
Резонансные и квазирезонансные преобразователи с переключением при нулевом токе используют в ИИП с мощностью не более 0,5 кВт. В резонансных или квазирезонансных преобразователях с переключением при нулевом напряжении на компонентах преобразователя велико напряжение, зависящее от добротности колебательной системы. В бестрансформаторном импульсном источнике питания, который питают от бытовой сети 220 В переменного тока, во время резонанса напряжение на компонентах последовательного колебательного контура может достигать нескольких киловольт, что накладывает серьезные ограничения на применяемую элементную базу.
Например, ключевые транзисторы должны быть высоковольтными, но известно, что напряжение насыщения высоковольтных транзисторов велико и, следовательно, из-за повышенной мощности потерь на проводимость существенно тепловыделение в этих компонентах и невелик КПД источника питания.
Квазирезонансные и резонансные преобразователи с переключением при нулевом напряжении применяют в ИИП с мощностью обычно не менее 0,5 кВт. 6.2.9. Многофазные преобразователи До этого момента мы рассматривали только однофазные преобразователи. Эффективность однофазных преобразователей при больших токах нагрузки и низком выходном напряжении невелика.
Для увеличения эффективности используют многофазные преобразователи. Многофазным преобразовалтелелт называют систему из ряда идентичных преобразовательных блоков, каждый из которых включается циклично на небольшой промежуток времени по сравнению с периодом и отдает энергию в нагрузку, единую для всех преобразователей [48, с. 2471. Наложения фаз работы блоков недопустимы 1!50, с. 50]. 6.2. импульсные преобразователи с задающими генераторами 135 Сигналы управления, поступающие на все преобразователи, вырабатывает общий многофазный задающий генератор, а включение каждого преобразовательного блока происходит после выключения предыдущего.
При этом величина импульсов тока, которые потребляет от сети многофазный преобразователь, примерно постоянна в течение периода, и нагрузка между блоками распределена равномерно. Частота пульсации выпрямленного напряжения многофазного преобразователя значительно превышает частоту пульсации однофазного преобразователя, благодаря чему можно использовать малогабаритные компоненты в выходном сглаживающем фильтре. К достоинствам многофазных преобразователей можно отнести: ° близкий к единице коэффициент мощности, потребляемой от питающей сети; ' малую массу и габариты сглаживающего фильтра ввиду высокой частоты пульсации напряжения; ° возможность повышения надежности за счет резервирования путем введения избыточности числа применяемых блоков.
На основе многофазного преобразователя можно создать систему, аппроксимированное выходное напряжение пульсации которой может быть близким к синусоидальному [48, с. 269], а помехи от такого ИИП будут малы. Причем, чем больше задействовано идентичных преобразовательных блоков, тем ближе будет огибающая напряжения напоминать синусоиду, и тем меньше будет коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения. Недостатки заключаются в обилии задействованных компонентов и сложности организации системы. 6.2.10. Симметрирование перемагничивания сердечников трансформаторов Известно, что сердечник трансформатора двухтактного преобразователя не должен быть подмагничен постоянным током, и недопустимо несимметричное перемагничивание ферромагнетика. Подмагннчивание приводит к снижению КПД, перекосу частного цикла петли гистерезиса и порой даже — заходу ее в область насыщения [182, с. 58], что сопровождается значительным (иногда многократным) увеличением тока первичной обмотки трансформатора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
