ivanov-ciganov2 (558065), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Развив- Рис. 13.16 шийся после этого лавинообразный процесс приведет к переключению транзисторов: запертый перейдет в состояние насыщения, а открытый в состояние отсечки. Запертый транзистор пропускает через себя только небольшой ток отсечки /„„. Коллекторпый ток насыщенного транзистора содержит три составляющие: ток, трансформирующийся в нагрузку /„и = (/„бш,/сам (13.38) ток намагничивания /„и ток, иейтрализующий иамагпичивающую Силу, создаваемую током отсечки запертого транзистора. Последняя составляющая из-за симметрии полуобмоток равна /ы.
Поскольку токи намагничивания и нейтрализации малы в сравнении с /и„, то ими при расчетах пренебрегают. Считают, что иа этапе, соответствующем перемещению рабочей точки по крутым участкам петли гистерезиса, т. е. в линейных процессах, ток коллектора от- крьггого транзистора равен току, трансформирующемуся в нагрузку, т. е. /„1„„. После запирания ранее открытого транзисгора начнется второй этап линейного процесса — спад индукции в сердечнике трансформатора. Длительность этого этапа Т„ как и первого, определится протяженностью крутого участка петли гистерезиса, ибо при спаде индукция уменьшится от +В, до — В, (рис. 13.16, в).
Время запирания и отпирания транзисторов, в течение когорого иидукция меняется от В до В„ как правило, мало в сравнении с величиной полупериода, .поэтому спадание индукции от значения +В, до — В, практически определяет величину полупериода напряжения, генерируемого инвертором — Т. Отсюда можем записать Т„дВ/Ф 2В„ (13.39) что совместно с (13.52) дает [ = 1/(2Т,) = (ń— 0„„)/(4ш,ЯВ,) Е /(4гагЯВД. (13.40) Частота колебаний инвертора с насыщающимся трансформатором определяется в основном конструктивными данными трансформатора и величиной напряжения питания. При расчете частоты переключений инвертора, работающего на повышенной частоте, следует учитывать длительность коммутационных процессов Т„. В этом случае / = 1/[2 (Т„+ Т„Я.
(1 3.41) Длительность коммутационных процессов зависит от инерционности транзисторов и от схемы инвертора. Для рассматриваемой схемы она практически равна времени рассасывания заряда неосповных носителей в базах транзисторов. Одной из особенностей рассматриваемого инвертора является возникновение значительных выбросов коллекторных токов транзисторов, возникающих в процессе коммутации. Оценить величину этих выбросов /к (рис. 13.16, а) можно следующим образом. Поскольку именно из-за роста коллекторпого тока транзистор в этой схеме ипвертора выходит из насыщения, а ток базы при этом остается постоянным, то при увеличении тока коллектора в Аэ раз (Аф — фактический коэффициент насыщения транзистора) транзистор окажется на границе режима насыщения и активного режима.
Таким образом, /кт йф/кн (13.42) Раньше было показано, что значение лф может достигать пяти— восьми, а иногда и больше десяти. Поэтому выброс может почти на порядок превышать нормальное значение коллекторного тока. Для успешной работы в инверторе транзистор должен иметь допустимое напряжение (/„„большее двух Е„и допустимый коллекторный ток, больший (5 —: 8) /„„. Это приводит к излишне большой установочной мощности транзисторов в сравнении с мощностью, отдаваемой инвертором в нагрузку. Уменьшить величину выбросов коллекторного тока можно, изменив принцип переключения транзисторов. В рассмотренной схеме транзисторы переключаются послеимпульсом„т.
е. благодаря энергии, запасенной в сердечнике трансформатора. Если в схему самовозбуждающегося инвертора включить второй трансформатор Тр, (рис. 13.17), то можно основной (силовой) трансформатор Тр, сделать ненасыщающимся. Переключаться транзисторы в такой схеме будут из-за насыщения трансформатора Тр„который и называется п е р е к л ю ч аюшим. Обычно напрюкение на первичной обмотке этого трансформатора (l выбирается меньшим, чем напряжение, снимаемое с обмотки пь.
Поэтому резистор (~, ограничивает ток в первичной обмотке насыщаю. щегося трансформатора. При ограничении тока в первичной пепи и насыщении сердечника трансформатора ток вторичной обмотки, т. е. ток базы ранее открытого транзистора, спадаег до нуля. Транзистор начинает запираться, что приводит в свою очередь к уменьшению на- и„ пряжения на первичной обмотке 1: ~Я~ „' 1 силового трансформатора Тп,. Спад напряжения на первичной обмотке и4 '1т~ из вызовет уменьшение как папряже- 1 + э1 гг 71 ния на обмотке ш„так и тока, Еп протекаюшего через резистор и первичную обмотку трансформатора Тр,. з х Уменьшение тока насьпцающего сердечник трансформатора приве- Иг дег к появлению на его вторичных гдг ° обмотках напряжений с поляр- ии постыл, противоположной существовавшей ранее.
Начавший запи- Рис. 13.17 раться транзистор прн этой смене полярности напряжения на всех обмотках силового трансформатора запрется полностью, а ранее запертый перейдет в режим насыщения. Поскольку выход транзисторов из насыщения в этой схеме инвертора начинается с уменьшения тока базы„ то рассасываиие заряда неосновных носителей в базе открытого транзистора не приводит к возникновению выбросов коллекторного тока. Более детально преимущества инвертора с промежуточным насыщаюшимся трансформатором, так же как и расчетные соотношения, будут приведены в следующем параграфе.
Здесь ограничимся опредеЛением частоты переключения инвертора. По аналогии с (13.52) можно представить длительность процесса перемагничивания переключающего трансформатора Тр;. Т, = Т„= 2 .„В В ~(7м (13. 43) где (7, — напряжение на первичной обмотке Трм а в„В и Ю, — его 'конструктивные параметры. После этапа перемагничивания протекает этап .рассасывания заРяда неосновных носителей в базе силового транзистора. Длительность вго равна Тг,. Сумма длительностей двух этапов равна длительности полупериода переменного напряжения, генерируемого инвертором. Поэтому частота колебаний инвертора с переключающим трансформатором — — (13.44) 2 (7„«г+7р «) чмпвм+20«7и« Время рассасывания у современных транзисгоров составляет доли или единицы микросекунд. Из-за этого в низкочастотных инверторах при подсчете частоты вторым слагаемым в знаменателе последней формулы пренебрегают.
Однако при частоте переключений,' равной нескольким десяткам килогерц Тр„составляет заметную часть полу- периода и его учет обязателен. В первой из рассмотренных схем инверторов длительность процесса переключения, а следовательно, и длительность фронтов генерируемых колебаний определяется целиком инерционностью транзи- сторов. Во второй схеме она зависит 1'5 пн от посгоянной времени транзистора и индуктивности трансформатора Тр .
При насыщении сердечника трансформатора Тр, ток его вторичной обмот- .$. г ки, являющийся током базы запи~п рающегося транзистора, спадает по экспоненте (см. (13.50)1 с постоянной времени г = 1.„6, причем в данном случае 6 =- (1/1«э + 1/1«а) и Рис. 18.18 Е,„= )г„ц~;Я /1«, (13.45) где )г„— проницаемость насьвценного сердечника. Сопротивление Йэ — это сопротивление резисгоров Ям пересчитанное в«первичяую обмотку Трм Скорость спадания тока коллектора ранее открытого транзистора зависит от постоянных времени трансформатора т и транзистора т,. Будем в дальнейшем считать, что г С 0,3 г, и для транзистора такой быстрый спад тока базы равносилен скачку.
Поэтому коллекторный ток, ток транзистора во второй схеме, будет спадать со скоростью, определяемой постоянной времени транзистора. Если же соотношение постоянных времени обратное; т. е. т, < 0,3 т, то время рассасывания и скорость спада коллекторного тока транзистора будут определяться индуктивностью трансформатора при насыщенном сердечнике, сопротивлениями, стоящими в цепи возбуждения транзисторов.
Поэтому в последующих выкладках для такого соотношения постоянных времени следует заменить г, на т. Ускорить процесс переключения ьюжно, зашунтировав один из резисторов делителя напряжения в базовой цепи конденсатором С (рис. 13.18). Заряд, накопленный в конденсаторе за линейную часть процессов, приводит к форсированному запиранию ранее открытого транзистора, что и ускоряет процесс переключения. Коммутационные потери мощности при этом уменьшаются из-за сокращения длительности перегрузки транзистора экстремальными токами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
