Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 38
Текст из файла (страница 38)
В схемах стабилиместо да~чика напряжения вводится датчик выходного тока (или тока нагрузки), которыи контролиру нне последнего от заданного значения. Компенсационные стабилизаторы непрерывн д " ого ействия могут о есп б спечить высокий коэффициент стабилизации напряжевия ния (или тока). р ). К оме того, они по принципу своего дейст снижают пуль ' сацию выходного напряжения, являясь одновреей. С ественным менно фильтром для переменной составляющеи. ущ " КПД и, как следствие этого, их недостатком является низкий КПД плохие массогабаритные показатели.
4.2.3. ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ В основе работы импульсных или ключевых регуляторов напряжения лежит следующий принцип. Предположим, что нагрузка подключена к источнику напряжения через ключевой элемен~ К (рис. 4.8, а), который периодически замыкается и размыкается, Времена замкнутого (1,) н разомкнутого 11 ) состояний ключа можно автоматически изменять, воздействуя на него сигналами, поступающими из системы управления СУ. В результате к нагрузке будет приложено импульсное напряжение, форма которого соответствует диаграмме, представленной на рис. 4.8,6. Очевидно, что среднее значение напряжения на нагрузке будет зависеть от соотношения времен замкнутого н разомкнутого состояний ключа К.
Согласно определению среднего значения напряжения можно записать Юя= — ~ и„)1)й= — '" '=бы — *Ими„ (4.6) 3 Р о где ~/я †средн значение напряжения на нагрузке; Т вЂ” период переключения ключа К; у — частота переключения ключа К. Отношение 2)= Т~!1, называют скважностью работы ключа. Изменяя скважность д, можно регулировать выходное напряжение на нагрузке. Регулирование напряжения в рассматриваемой схеме за счет изменения скважности можно рассматривать как модуляцию входного напряжения ключом К. Возможны три способа модуляции входного напряжения: 1) широтно-импульсная модуляция (ШИМ), когда время б — переменное, а частота ) †постоянн; 2) частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), когда время 1, †постоянн, а частота Т вЂ переменн; х'л РУ гко я„ тоо стабилизатопом * Исто ичсски сложилось, что под компсисационным ста или ' по обычно понимают стабилизатор нспрср .
от принцип регулирования лежит в основе и других типов ста иапрнмср импульсных 190 г/г т ф 191 рис 4я Импузьсный рсгулятор с послсдоватсчьным ключевым эчсмснтом а жвиязлситиая схема, б — анаграмма выходного напряжения на нагрузке, я .завнсимасть каэффицисата пульсаций от кремлин разомкнутого состояния ключа 3) широтно-частотная модуляция, когда время 1, и частота 7 — переменные, Система автоматического управления ключом может быть выполнена как с цепью обратной связи (регулирование по отклонению), так и без цепи обратной связи, с контролем входного напряжения (регулирование по возмушению).
В этих случаях ключевой регулятор можно считать регулятором компенсационного типа. Кроме того, существует класс ключевых регуляторов с регулированием релейного типа. В таких преобразователях сигнал в цепи обратной связи, подаваемый на исполнительный орган (в данном случае ключ К), изменяется скачком, когда сигнал рассогласования эталонного и контролируемого напряжений становится равным нулю. При расчете ключевых регуляторов чаще всего используются следующие параметры: 1) среднее значение выходного напряжения (уа — — Ум(Т вЂ” 1 ) / Т, определяемое по (4.6), и его относительное значение )9= и,1и.„=(т-1,)1т; 2) действующее значение выходного напряжения т е (4.7) и его относительное значение 3) коэффициент формы (4.8) и, /т — 1,' 4) коэффициент пульсаций и,. )с„= —, и,' (4.9) где Ут — амплитуда первой гармоники кривой выходного напряжения, которая определяется из разложения в гармонический ряд импульсного напряжения.
Коэффициент пульсаций увеличивается с ростом скважности д, т. е. при увеличении времени разомкнутого состояния ключа 1 . На рис. 4.8, в представлена зависимость 1с„от 1п, из которой видно, что он может при работе регулятора изменяться в диапазоне от нуля до двух (или до 200% в процентном исчислении). Следует отметить, что определение (4.9) не 192 Рис 4 9. Импульсный стабилизатор с параллельным ключевым элемен- том учитывает высшие гармоники в крив " амплитуды которых также существенно велич кривои выходного нап яжения, ляющей в целом. ти, затрудняя фильтрацию переменной состав- В некоторых схемах ключевой элемент может быть включен непоследовательно, параллельно на на ис. 4.9.
С ьно нагрузке, как это показано а рис. .. ущность регулирования напряжения в т схемах аналогична но сам ия в таких ами схемы и электромагнитные процессы в регуляторах с параллельным ключом зн личаются от схем и и ачительно ото последовательным ключев и процессов, протекающих в г лят П чевым элементом. регуляторах оскольку напряжение после ключев явно выраж й енны импульсный ха акте, в к ключевого элемента носит торах устанавлив р р, ключевых регуля- ваются ильтры, состоящие из еак ЭЛЕМЕНТО — ИНДУКТИВНОСТЕ фильтров — отфильтровать и и емкостей.
Назначение вы жения, уменьшив тем самым ко и иен переменную составляющ ю на у пря- коэффициент пульсаций напряже- жат входные фильтры, предназначенные постоян оянного тока. ольшинс пульсации тока, потребляемого от источника параметры фильт а оп е . В б ястве схем ключевых регуляторов процессс1В, протекаю их в р р деляют характер электромагнитн ых щ схеме, и расчет их имеет сВОи О ношени становимся более под бно на 13О основных расчетных соотшениях и процессах, характе из ю и р у щих рабо гу ключевых ключевым элементом нап име, ассмотрим сначала схем с после в едовательным ом (например, транзистором) и Г-образным -фильтром Ф, получившим наибольшее и . пр (р 410 ) Пеп р дположим, что в момент времени 1=0 т ан входного напряжения и напряжения на конденсато е кото ое олагая транзистор идеальным ключевым элементом, пульс падение напряжения на кото ом р .
равно нулю, и пренебрегая мал, ациеи нап яжения на к О конденсаторе, которая практически ала, получаем уравнение Йь — — (3 »» вн* ° (4. 10) 13 зчо 3658 193 ин и Рис. 4.10. Импульсный регулятор с Сс-фильтром. а — схема, б — диаграммы токов и иапряжеиий в режиме работы с пепрерывиым током ~с, в — диаграммы тока и напряжения в режиме работы с прерывиспам током ч Из (4.10) следует, что ток (с будет нарастать по линейному закону (с=(с(0)+ '* '"*1, ь (4.11) где 1с(0) — ток, проходящий через реактор в момент включения транзистора.
В момент времени 1=1, происходит выключение транзистора (размыкание ключа). В схему введен диод Пт, через который в момент раз мы кани я ключа начинает протекать ток 1с. Прн отсутствии диода на разомкнутом ключевом элементе возникли бы недопустимые перенапряжения, которые привели бы к выходу его из строя. Переход в проводящее состояние диода П1 равнозначен закорачнванию входа фильтра (если считать диод идеальным, падение напряжения на котором равно нулю). В результате к реактору фильтра прикладывается напряжение нагрузки б',„„в направлении, уменьшающем ток что можно выразить уравнением (4.12) Й Из (4.12) следует, что ток в реакторе начнет убывать по с' ви* линейномУ законУ: 1с=1с(1т) — — *1, где 1с(1,) — ток в момент Ь когда происходит размыкание ключа.
Затем в момент 1л снова происходит включение ключа, И тОК сс НаЧИНаЕт УВЕЛИЧИВатЬСЯ. 194 Если к концу интервала разомкнутого состояния ключа ток 1с не успевает снизиться до нуля, то такой режим работы называют режимом непрерывного тока. На рис. 4.10,6 представлены диаграммы токов н напряжений на элементах схемы в режиме работы с непрерывными токами, который является для большинства схем основным. Пульсация тока в реакторе (и,„— и,„„) 0 2Т, Пульсацию выходного напряжения Л(т',„„можно определить, исходя нз следующих соображений.
В установившемся режиме работы схемы с нагрузкой Я„средние значения токов в реакторе и нагрузке равны между собой. Следовательно, среднее значение тока, протекающего через конденсатор, равно нулю, и изменение напряжения на нем (т. е. пульсация) определяется только пульсацией тока 1с. Когда ток 1с выше среднего значения Т„напряжение на конденсаторе увеличивается, а когда меньше — уменьшается.
Учитывая сказанное, можно записать уравнение баланса электрических зарядов в цепи реактора и конденсатора в следующем виде: Ж,Т вЂ” — =2Лс',„,С, (4.14) где Т вЂ” период переключения ключевого элемента; Асс/2— среднее значение тока, поступающего в конденсатор за время, равное Т/2, когда напряжение на конденсаторе изменяется на 2Л(/, „. Подставив в (4.14) вместо Юс выражение (4.13) и учтя (4.6), пол)1чнм и (д — 1)Т 16ф.С Для получения малых всплесков и провалов выходного напряжения при скачкообразных ' изменениях нагрузки необходимо индуктивность фильтра выбирать по возможности малую, а емкость — большую. В этом случае в области малых нагрузок схема будет - работать. в режиме с прерывистыми токами. На рис.
4.10,в представлена диаграмма тока 1' и пап ь ряжения на ключевом элементе (транзисторе) в прерывистом режиме. Когда ток в реакторе спадает до нуля, диод 1гхя выключается и на ключевом элементе напряжение становится Равным разности входного и выходного напряжений, что и отражено ступенчатообразной формой кривой напряжения на транзисторе. При расчете схемы с последовательным ключевым элементом, работающей в режиме с непрерывным током 195 и рег улируемой по способу ШИМ нс д гми обычно являются среднее значение выходи р регулятора 4 и от сх' носительное изменение входного напряжения Ьп — — + Л(х'„/ сх',„„, альное значение входного напряжен ия Лс1 где,х „— помин ия (и едполагается, абсолютное отклонение входного напряжения (пр что отклонения вверх и вниз Относительно номинального значения равны).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
