ivanov-ciganov2 (558065), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Их называют сквозными. Они перегружают транзисторы и забирают бесполезную, непередаваемую в нагрузку мощность от первичного источника. За время, необходимое для отключения ранее открытых транзисторов, сквозной ток не должен увеличиться до предельной для транзисгора величины. В основной схеме рис. 13.10 коммутационные токи 1„и ю'„полностью аналогичны сквозным.
Они протекают по первичным полуобмоткам трансформатора навстречу друг другу к общей точке и также ие трансформируются в нагрузку, но в отличие от мостовой схемы перегружают и трансформатор. Рассмотрим процесс переключения транзисторов инвертора н диодов выпрямителя — коммутационный процесс — в схеме преобразователя рис.
13.11,а. Пусть в момент 1, на базу ранее открытого транзистора Тт подаегся запирающий импульс напряжения (рис. 13.11, б), а на базу ранее запертого Т, — отпирающий. До этого через транзистор Т1 протекал ток 7„, = п1,. Тбком намагничивания трансформатора пренебрегаем, так как сердечник трансформатора ненасьпцен. В течение интервала времени 1с —: 1, транзистор Т, все еще находится в состоянии насыщения, так как происходит процесс рассасывания неосновных носителей заряда в его базе.
Следо- г; .аг вательио, напряжение источни- Е..Р у г ю~~ й Ги а Р к первичной полуобмотке ! и Г на выходе инвертора (обмотка 8) поддерживается напряжение, 7~ равное существовавшему ранее. а1 Рис. 13.9 — Ъ Ри . 13ий Рис. 13.11 Транзистор Т„открывшись, оказывается в активном режиме. Напряжение на его коллекторе равно 2Е„ (дополнительное к напряжению самого источника Е„ получается на полуобмотке трансформатора 2).
Его ток начинает нарастать. В соответствии с принятой ранее моделью транзистора, работающего в ключевом режиме, ток базы открывающегося транзистора нара- стает по зкспоненте*. а изменения тока коллектора (в своем масштабе) следует без зцдержки за изменениями базового тока, т.
е. (13.13) где р = статический коэффициент усиления по току транзисторов Тг и Т;, Г~ — амплитуда импульса тока базы; т, — постоянная времени транзистора; й = 1, ~/1„„ — фактическая кратность управляющего тока базы. Выражение (13.13) справедливо до тех пор, пока рабочая точка транзистора находится в активной области.
При переходе в насыщение ток коллектора транзистора перестает следовать за током базы и выражение (13.13) теряет силу. Однако (13.!2) остается справедливым и при-насыщении в рамках принятой модели транзисгора. Как уже было сказано, сердечник трансформатора ненасыщен, сумма намагничивающих сил его первичных обмоток (1„,ш,— 1 ш,) равна намагничиваю.цей силе тока вторичной обмотки (м т.
е. ~мшг — (Бзшг = гоша (13. 14) Ток диода Дм пока не вышел из насыщения транзистор Тм остается равным 1 и, следовательно, ток 1„, будет возрастать настолько же, насколько увеличивается ток 1„: („т= 1„„+1„, =1„„(1+Аф — Афе ~ '~~'). (13.13) Это и приводит к появлению выброса на импульсе коллекторного тока отключающегося транзистора (рис. 13.11, э). В'момент времени 1, транзистор Т, выйдет из состояния насыщения, так как заряд не- основных носителей в его базе рассосался.
Определим время рассасывания заряда в базе Тг из следующих условий: к моменту окончания процесса рассасывания рабочая точка транзистора находится на грани перехода из режима насыщения в активный режим. Иначе говоря, возрастающий ток коллектора 1„ в этот момент сравнивается с уменьшающимся во времени током Ям. Ток базы первого транзисгора под воздействием скачка напряжения (рис. 13.11, б) уменьшаегся по экспоненте ат значения 1а и стремится к значению — 1э .
Поэтому для него, пока транзисгор не закрылся, имеем гм = 16~ (2е ~ иг т — 1) = (ЙФУ„„/($) (2е ~ лгч — 1). (13.16) Подставив это выражение в условие, определяющее конец процесса рассасывания неосновных носителей заряда. в базе и 1 =- г„получим е ( д!" = (2лФ+ 1йзйФ) (13. 17) или время рассасывания Т р, — — гг — 1~ = т, 1п (Зйэl(2йф + 1)1. (13.18) Как только закончилось рассасывание заряда в базе Т„он начинает запираться, его ток коллектора уменьшается, следуя за спадающим током базы (м.
Таким образом, на этапе 1, (1( 1, („,=йф1,„(2е " "м — 1), (13.19) '::ят ток транзистора Т будет продолжать нарастать, следуя (13.13). ':В нагрузку через открытый диод Д, на этом этапе трансформируется :;'паЗНОСтЬ ТОКОВ 1„, — 1„„ПОзтОМУ СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ТОКОВ тРаиэн;:сторов определяет скорость уменьшения тока запирающегося диода Д, (Р . 13.11, г): 111 П1 (111 1ир) (13.20) ",Использовав (13.13) и (13. 19), получим 111 — — тйф/„„(3е '" "'~' — 2) =т/„, [(уф+1) е "~' — 2йф~, (13.21) где гл = 1/и = гзр/рвэ — коэффициент трансформацнитрансформатора; ,~' = 1 — 1, — время, отсчитываемое от момента выхода Т, из насы:.щения.
Ток, определяемый соотношением (13.21), протекает через диод Д, ,до тех пор, пока в его базовой области не рассосется заряд неосновных :носителей. В течение времени рассасывания в диоде падение напряжения на нем даже при отрипвтельном токе остаегся малым, напря"жения иа обмотках трансформатора поддерживаются конденсатором С, практически такими же, какими онн были при насыщенном транзи':сторе Т, (рис. 13.11, д).
После того как рассосется заряд неосновных :носителей в диоде Д, (1) 1,), восстановится его большое обратное :сопротивление, напряжение на выходе быстро меняет свою полярность (рис. 13.11, в, ж) и открывается диод Д,. Для определения времени рассасывания заряда неосновных носи:.жлей в базе диода необходимо решить уравнение диффузии для этих ;.;убыточных носителей при экспоненциальном изменении тока через :::';диод. Ранее при анализе выпрямителя напряжения трапециевидной ::,:формы были приведены решения аналогичной задачи, но при линейно ::.';уменьшающемся токе через запирающийся диод.
Поскольку рассасывание заряда неосновных носителей в диодах :выпрямителя обычно происходит на интервале, меньшем или примерно гравном постоянной времени транзистора, то для приближенных рас",:четов можно воспользоваться полученными ранее результатами. ':-',В данном случае относительная скорость спадания тока диода при ,;1',= 0 получается в соответствии с (13.21) равной ~~~л1 ~ ЭЛф+ ~ мг„р (13. 22) Таким образом, при инерционном диоде, обнадающем постоянной '''-времени т,) Ут,/(уф+ 1), время рассасывания неосновных носи- ' Млей заряда в диоде определится как Тр 1=1,31 1 Т'прад=!ю31 Ггт)тд/(Иф+1) з (1323) ;Фтпри т, < 7т,/(Иф+ 1) Т „ж0,31т„+1,2т,/(Иф+1), (13.24) Сильное насыщение транзистора (увеличенне фактического коэф.
фициента насыщения йэ) резко снижаег время рассасывания заряда неосновпых носителей в базовых областях диодов выпрямителя. Величина выброса обратного тока диода получается из (13.21) при подстановке б =- Т,„. Приближенные выражения для выброса обратного тока через диод получаются следующими: / „— т/„„(1,31 р'т,(2/аз+1)/т,— 1) (13.25) 1„, гл/,„10,2+ 0,31т„(2йэ+ 1)/т.,1. (13.26) Первое из этих выражений используют для времени рассасывания в диоде (13.23), а второе (13.24). В промежуточном случае, т. е.
при г„= 7т,/(2йф + 1) оба последних выражения дают выброс обратного тока диода, равный 1,5 —: 2 от его прямого тока. У более инерционного диода максимальное значение больше, а у менее иперционного— меньше. Таким образом, из-за инерционности транзисторов и диодов импульсы коллекторных токов отличаются по форме от прямоугольных. Значительные коммутационные всплески накладываются на передний н задний фролы (рис.
13.11, в, г). Значения коммутационных выбросов получим, подставив / = /, в (13.15) н г = /э в (13.13). Это даег /„=/ (1+Аэ — 0,33 (2вф+ 1)1 = /,„(лэ+ 2)/3 (13.27) и /, „=йэ/„„[1 — (Иь-(-1) е ~и э/' /(Зйэ)~. (13.28) При 11 = 3 р м н /г = 1,3, т. е. й, = 4„амплитуда выброса в конце импульса /„„получается в два раза больше амплитуды самого импульса /„„. Йз-за коммутационных выбросов постоянная составляющая тока, потребляемого инвертором от первичного источника Е„, может быть заметно большей /„„. Усреднив сумму токов /м и /„„получим для постоянной составляющей тока источника /„=(1„,~Т) (Т вЂ” Т, „-1-0,5т,(1-(-е гм /")+(/„,//,)0,5т,+ +2АД2Тв,,+Т„„+т,(е "Р «/'~ — 1п2Я.
(13.29) Так, положив Аф = 5, г, = т„= 3 мкс и Т = 25 мкс, получим Тр., = 11,33 т„Тря = 0,26 т„, /щд — — 1,93 /, и 1„= 1,31 /„.. Полученные выражения для /„„и Т„, позволяют рассчитать динамические потери мощности в диодах выпрямителя и пульсации выпрямлешюго напряжения. Для этого можно использовать формулы 3 11.1. Коммутационные процессы в схеме преобразователя, содержащего выпрямитель с нагрузкой, начинакхцейся с индуктивности (рис.
13.12, а — ж), отличаются от рассмотренных тем, что на этапах рассасывания заряда и восстановления обратного сопротивления диодов все вентили выпрямителя открыты и напряжение на вторичной обмотке равно нулю. Ток, трансформируемый во вторичные обмотки из первичных на этапе рассасывания неосновных носителей заряда в диодах, по-прежнему определяется выражением (13.21). Однако в данном случае это выражение определяет не ток запирающегося диода, а разность токов двух диодов, т. е. 1„, — 1„, = т1„„[(2А„+1) е " — 2АФД.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
