Диссертация (1137078), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

В этом случае времяраспространения управляющего сигнала вдоль первичной обмотки импульсноготрансформатора может оказаться соизмеримым со временем переключения133транзисторов [86]. Так же имеется задержка передачи управляющего напряжениячерез импульсный трансформатор обусловленная запаздыванием магнитногопотока в магнитопроводе и зависящая от параметров его материала [87].Проведем исследование влияния такой, назовем ее «естественной»,задержки распространения управляющего сигнала для схемы управления наоснове импульсного трансформатора тока.Представим первичную обмотку трансформатора в виде двухпроводнойлинии с распределенными параметрами. Задержка появления управляющегосигнала, передаваемого через импульсный трансформатор, на вход схемуправления отдельными транзисторами будет зависеть от геометрического местарасположения ячеек ключа.

В дальнейшем будем рассматривать случайэквидистантного расположения ячеек ключа относительно друг друга. При этомзапаздывание сигнала между соседними ячейками вычисляется как tзад.  l     / c ,гдеl- расстояние между соседними ячейками,  , - относительныедиэлектрическая и магнитная проницаемости материала, заполняющего объемключа, с - скорость света в вакууме.а)б)Рис.

4.25. Варианты взаимного расположения ячеек ключа и управляющегоимпульсного трансформатора.Возможны два варианта геометрического расположения ячеек ключа (см.рис. 4.25): а) все ячейки ключа располагаются либо в первой, либо во второйполовине длины первичной обмотки импульсного трансформатора; б) часть ячеек134находится в первой половине, а оставшиеся ячейки во второй половинепервичнойобмоткиимпульсноготрансформатора.Управляющийсигналраспространяется от источника сигнала вдоль линии одновременно по двумпроводникам. Для первого случая с увеличением номера ячейки возможно либолинейное нарастание задержки появления управляющего сигнала, либо еелинейное уменьшение.

Наблюдается наибольшее рассогласование в управлениикрайними ячейками ключа, возможно существенное затягивание фронтаимпульса. Задержка начала переключения последней ячейки относительно первойопределяетсяизtзад.1 N  tзад.  ( N 1) расстояниямеждунимиL  l  ( N  1)поформулеl  ( N 1)     L    .ccВо втором случае для части ячеек будет наблюдаться рост длительностизадержки появления управляющего сигнала, а для оставшихся ячеек уменьшение. Максимальная задержка здесь будет определяться наибольшимчислом ячеек, располагающихся в одной половине первичной обмоткиимпульсного трансформатора.Наличиелинейнойзависимостиизменениязадержкипоявленияуправляющего сигнала на входных клеммах схем управления отдельнымитранзисторами от номера транзистора в ключе будет приводить к аналогичнойзависимости изменения задержки начала переключения транзисторов, чтоприводит к нарушению синхронности работы транзисторов ключа. Проведемоценкувеличиныдопустимойзадержкиначалапереключениямеждутранзисторами ключа.

В качестве критерия допустимости того или иного режимаработы схемы примем условие отсутствия появления перенапряжений натранзисторах. Рассмотрим только процессы, происходящие в ключе во время егооткрытия. Так как процессы, протекающие во время закрытия ключа, аналогичнынаблюдаемым при его открытии, то полученные в дальнейшем выводы можнораспространить и на них.Примем, что параметры всех ячеек модулятора одинаковы, тогда задержкапереключениятранзисторовбудетопределятьсязадержкойпоявления135управляющего сигнала, которая для ячеек ключа увеличивается линейно сувеличением номера ячейки i и выражается из следующего соотношения:t зад.

i  t зад.  (i  1) . При этом ограничим задержку появления управляющего сигналамежду первой и последней ячейками длительностью фронта импульса ф .Допустим, что в закрытом состоянии напряжения U DS i (t ) , прикладываемыеко всем ячейкам ключа, равны друг другу и имеют значение U DS 0 . После началаоткрытия ячейки напряжение, прикладываемое к ней, начинает уменьшаться полинейномузакону:UDSi(t)=UDSi(tзад.i)·(1-t/τф),гдеUDSi(tзад.i)-напряжение,установившееся на транзисторе к моменту начала его открытия.

Напряжения,прикладываемые к еще закрытым ячейкам, за счет перераспределения зарядовнесколько увеличиваются. В момент времени tN= tзад.·(N-1), когда начнетоткрываться ячейка с номером N, к ней будет прикладываться наибольшеенапряжение.Рис. 4.26. Эпюры напряжений, прикладываемых к выходным клеммамтранзисторов при наличии задержки в управляющем напряжении.На рисунке 4.26 приведены численно рассчитанные эпюры напряжений,прикладываемых к транзисторам зарядного ключа, состоящего из десяти136транзисторов, во время формирования фронта импульса, при введении задержки вуправляющий сигнал tзад.=2нс (коэффициент использования транзисторов понапряжению составляет kисп=UDS0/UDSMAX=0,8).Для упрощения анализа примем, что напряжения на всех ячейкахизменяютсясодинаковой∆U/∆t=UDS0/τф.скоростьюТакоедопущениеоправданно, так как по мере открытия транзисторов действительная скоростьизменения напряжений, прикладываемых к ним, уменьшается, что приводит куменьшению скорости нарастания напряжения на закрытых транзисторах.

Такимобразом, при фиксированной скорости изменения напряжения на транзисторахбудутполученырезультаты,удовлетворяющиевыбранномукритериюдопустимости режима работы для реальной схемы. С учетом сказанного выше кмоменту времени t1  t зад. напряжение на первом транзисторе спадет на величинуU DS 0 t зад.ф, а на остальных транзисторах увеличится на U DS 0 tзад.ф1. К моментуN 1времени t2  2  t зад. напряжение на открывающихся первом и втором транзисторахспадет на величины U DS 0 tзад.  2фи U DS 0 t зад.фсоответственно, а на остальныхтранзисторах напряжение увеличится относительно момента времени t1 навеличинуU DS 0 tзад.

 2ф1.N 2Аналогичнобудетпроисходитьизменениенапряжений, прикладываемых к транзисторам, в последующие моменты времени.К моменту времени t зад.1 Nнапряжение на последнем транзисторе будетопределяться выражением:N 1  t N 1  i t  i  kУМ  U DS 0 1  зад.  U DS N (tзад.1 N )  U DS 0   U DS 0  зад.  kУМ , (4.18) ф   N  i  i 1   ф i 1   N  i  гдеkУМ-коэффициентучитывающийуменьшениенапряжения,прикладываемого к ключу во время переключения, за счет перераспределениянапряжений между элементами схемы модулятора.137Во время замыкания транзисторов ключа через них и ограничительноесопротивление Rогр начинает протекать ток заряда паразитной емкости нагрузки.Так как к моменту времени t зад.1 N последний транзистор находится в закрытомсостоянии, то ток заряда емкости нагрузки протекает через выходную емкостьэтого транзистора.

Этот ток к моменту времени t зад.1 N достигает значенияiRогр  (dU КЛЮЧА / dt )  CDS (U DS MAX ) , где dU КЛЮЧА / dt  U DS 0  ( N 1) /  ф - скорость изменениянапряжения, прикладываемого к ключу в момент времени t зад.1 N , CDS (U DS MAX ) величинавыходнойемкостипоследнегозакрытоготранзисторапримаксимальном напряжении между выходными электродами. Падение напряжениянаограничительномрезистореU Rогр  iRогр  Rогр  Rогр  CDS (U DS MAX ) U DS 0  ( N 1) /  ф .Примем, что к моменту времени t зад.1 N паразитная емкость нагрузки не успеваетзарядиться и напряжение, прикладываемое к ней, близко к нулю.

Падениенапряжения на паразитной индуктивности нагрузки учитывать не будем. Тогдакоэффициент уменьшения напряжения kУМ можно выразить как:kУМ  1 Rогр  CDS (U DS MAX )  U DS 0  ( N  1)U DS 0  N  ф 1Rогр  CDS (U DS MAX )  ( N  1)N  ф. (4.19)Исходя из выбранного критерия допустимого режима работы ключа, навыражение (4.18) накладываем ограничение UDS N (tзад.1N )  UDS MAX  UDS 0 / kисп . Приведяэто выражение к переменным N и kисп , получаем зависимость максимальнойзадержки начала переключения транзисторов в соседних ячейках:ф1tзад. ( N )  1 N 1, kисп  kУМ   i i 1  N  i (4.20)и максимальную задержку начала переключения между первой и последнейячейками:  ф   N  11t зад.1 N ( N )   1 N 1. kисп  kУМ   i i 1  N  i (4.21)138На рисунке 4.27 приведены графики tзад.(1 N ) ( N ) относительно  ф длянескольких значений коэффициентов kисп .Рис. 4.27. Зависимость максимальной задержки переключения между крайнимиячейками от числа ячеек в ключе.Приведенный расчет не учитывает наличие паразитной индуктивностинагрузки и емкости ограничительных сопротивлений на корпус, поэтомуреальные значения предельных задержек оказываются несколько большерассчитанных по формулам (4.20, 4.21).

Более точные значения допустимыхзадержек переключения транзисторов дает численный расчет с использованиемматематической модели, рассмотренной ранее.Приведенные выше расчеты не зависят от того, в какой последовательностиначнут переключаться транзисторы. Определена только задержка междупереключением отдельных транзисторов. Поэтому полученные результаты можноиспользовать для случая, когда задержки переключения имеют случайныйхарактер (например, из-за разброса величин входных емкостей транзисторов) ираспределены по равномерному закону. В этом случае можно поставить условие,что задержка переключения между любыми двумя ячейками не должнапревышать tзад.(1N ) ( N ) , рассчитанного по формуле (4.21).

Исходя из этого условия139следует определять допустимый разброс значений параметров элементов схемы.Или наоборот, по известным значениям разброса параметров элементов схемыопределятьдопустимыйкоэффициентиспользованияпонапряжениютранзисторов.4.2.5 Исследование влияния паразитных параметров цепи нагрузки наравномерность плоской вершины импульсаВовремяформированияфронтаимпульсавозможнопоявлениепереколебаний на плоской вершине импульса, обусловленное возбуждениемпаразитного L-C контура. Контур образован паразитной индуктивностью выводовнагрузки LLOAD и ее емкостью на корпус CLOAD (см.

Характеристики

Список файлов диссертации